真空技术在粮食行业的应用与发展 - 文章

真空技术在粮食行业的应用与发展

作者：国家粮食储备局郑州科学研究设计院赵祥涛

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摘要：简要介绍了真空技术在粮食行业的应用及发展情况。
Abstract：Introduce status of vacuum technology application and development in grain field briefly
关键词：真空输送真空除尘真空包装真空储藏真空爆壳真空干燥
Key words：vacuum handling；vacuum cleaning；vacuum packaging；vacuum storage；vacuum bursting；vacuum drying

1 概述

随着科学技术的发展，真空技术（vacuum technology）在粮食行业的运用越来越广。真空技术被称为21世纪的朝阳产业，作为一门综合性交叉学科，在输送、环保、干燥、储藏、加工等领域有着广泛的应用，各种与真空技术密切相关的新工艺、新方法、新技术、新设备都显示了其独特的优势和特色。

“真空”这一术语译自拉丁文vacuo，其意义是虚无。其实真空应理解为气体较稀薄的空间。在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。真空状态下气体稀薄程度称为真空度（degree of vacuum），通常用压力值表示。

根据我国所制订的国标GB3163的规定，真空区域大致划分如下：

低真空区域 10⁵~10²Pa （760~1torr）
中真空区域 10²~10^-1Pa （1~10^-3torr）
高真空区域 10^-1~10-⁵Pa （10^-3~10^-7torr）
超高真空区域 <10^-5Pa （<10^-7torr）

目前，真空技术在粮食行业的运用主要集中在中、低真空区域内。体现在粮食产后的清粮、干燥、储藏、输送和加工等一系列生产活动中，有利于增加粮食有效产出，改善或保护粮食品质，提高系统处理功效。

2 真空输送（vacuum handling）

利用真空与大气空间存在压力差所产生的力来做功的。由于这种机械能存在着压强处处均匀的特点，这些真空设备在粮食、面粉、饲料行业运用较多。利用安装在输送系统终点的真空泵（vacuum pumps）抽吸系统内的空气，使输送管内形成低于大气压的负压气流，物料同大气一起从起点吸嘴进入管道，随着气流输送到终点分离器内，物料颗粒受到重力或离心力作用从气流中分离出来，气体除尘后经真空泵或离心风机排入大气，绿色环保（见图1）。

图1 典型的真空输送示意图

真空输送设备在粮食行业主要用于谷物装卸，它可置于港口、码头、筒仓或散装物料存放点，将物料抽吸上来，并送至料仓等受料点，对装运散装物料的船舶、车辆等无需特殊改装，是粮食等粉粒料系统输送散装物料的理想设备。可实现远距离垂直输送，操作方便。整机性能可靠，无尘作业，装卸传送物料损耗小，工作效率高。并且体积小、重量轻、结构简单紧凑、安装容易、低噪音、无震动、维护方便。采用负压输送方式来处理和搬运，可以改善各种粮食设施的工作环境、减少因粉尘对设备的磨损、保护操作人员免受粉尘对身体损害、防止粉尘爆炸的发生，还可减少对周围环境的粉尘污染。具有巨大的社会效益和环境效益。

早在1958年，上海港口和长沙等地开始试用真空吸粮机从船舶上缷粮。以食品工业部门为例，我国有1000多个面粉厂采用真空输送，其中港口采用的真空输送已达到200吨/时的输送能力。真空输送作为一项新的运送技术，在其可以适应的领域预计将得到进一步的发展。

真空输送具有以下特点：①设备构造简单，制造、加工、安装都比较方便，控制费用少，建设时间短。真空输送系统的主要构成部分均为型钢板材的焊接结构，由管、罐形状的构件所组成，各构件间各相对运动、维修操作都比较容易，如果加装一些控制设备，很容易实现自动化操作。②输送效率高，设备无回程运输。其他运输工具均有运输手段均有空程返回的缺点，而真空输送的运输介质是空气，只需在终端排入大气，输送过程中，进料口可连续加料，实现连续输送。③劳动卫生条件好，真空输送时物料在管内运行，管内处于负压，粉尘不会外泄飞扬，物料不会飞散和污损环境。在输送过程中，还可以进行分选、干燥等中间处理。如物料在负压下输送，因为在负压下水分易于蒸发，所以，即使不采用其它干燥手段，水分较高的物料在输送过程中，也会得到一定的干燥作用，利用物料颗粒重量的不同，设计适当的缷料口可以对物料分选。④此外，真空输送的输送管道，便于因地制宜地设置管网，布置简便灵活，可以充分利用场地面积，易于适应作业环境。

真空输送的主要问题是动力消耗大，输送距离受到一定的限制。对于吸送物料的体积、形状、物理性质有一定要求，不宜于输送凝聚性和粘着性的物料，忌输入带电粉体，整个系统要气密性好，而完全做到这一点又比较困难。是否宜于采用真空输送，需综合考虑经济效益决定。

3 真空除尘（vacuum cleaning）

在我国粮食进出仓、倒仓作业以及生产加工过程中，特别是在粮食中转过程中，产生的粉尘大、作业环境恶劣，更为严重的是，大量的粉尘极有可能产生粉爆，给人民生命和国家财产安全带来严重的隐患。在粮食工业现代化的生产领域中，对粉尘的要求越来越高。生产环境的洁净不仅是确保某些产品高质量的必要前提，而且对改善生产环境、保护个人身体健康、避免二次污染均有重要意义。

采用真空除尘方式绿色环保，不仅改善各种粮食设施的工作环境、保护个人身体健康、防止粉尘外泄飞扬以及粉尘爆炸的发生，而且减少对周围环境的粉尘污染（见图2）。

图2 典型的真空除尘示意图

真空除尘具有布置灵活、使用方便、收集率高、有效收集范围广、运行可靠性强等特点，在减少二次污染的同时还能大大降低工人的劳动强度和粉尘对身体的危害。

4 真空包装（vacuum packaging）

真空包装是将物品装入气密性容器后，在容器封口之前抽真空，使密封后的容器内基本没有空气的一种包装方法。真空包装法也称减压包装法或排气包装法。这种包装可阻挡外界的水汽进入包装容器内，也可防止在密闭着的防潮包装内部存有潮湿空气，在气温下降时结露。采用真空包装法，要注意避免过高的真空度。

一般的原粮以及粮食加工过的商品都可以采用真空包装，真空包装不但可以避免或降低粮食的氧化、变色、变味，而且抑制了某些霉菌和细菌的生长。

目前粮食、油料等加工保鲜都还基本处于低级、粗放的状态，而且我国的冷藏条件也不能与美国、日本等发达国家相比，这样造成农产品大量损耗和资源浪费。而真空包装能维持粮食农产品的品质和营养成分，倍受粮食行业的重视。

真空包装除控制外界温度和无菌以外，更重要的是控制粮食合适的气体环境，达到预期的保鲜目的。其主要方法有机械挤压式、吸管脱气式等方法。无论何种方式，都是要把包装袋内的空气抽出，然后热封。其主要特点是：降低袋内含氧量，抑制霉菌、细菌生长发育，控制粮食变质，达到保鲜、保质的目的。另外，真空包装后，还可抗机械压力，减轻振荡，既利于远途运输，又利于销售。

5 真空储藏（vacuum storage）

真空储藏新技术也称低压储藏、减压储藏。真空储藏是利用抽气减压的方法，用抽气装置将密封良好的粮堆中的空气抽出，降低粮堆中的氧气浓度甚至使其接近绝氧状态，并长时间地保持，以达到储藏粮食的保鲜和杀虫、防虫的目的。与气调贮藏不同的是，减压贮藏只改变贮藏环境中空气的总含量和密度，不改变空气成分和组合比例。真空储藏实质上是一种压控储藏方法。有利于抑制酶、细菌、病、虫的发生与扩散。

真空储藏是将粮食置于密闭库房(容器)内，在降温的过程中将贮藏库(容器)内的空气抽出，进行减压降氧，随着压力的不断降低，一些对贮物有害的气体也随之减少或基本消失，为粮食的长期贮藏保鲜创造了有利的条件。减压库在正常运行中可同时和连续完成真空预冷、减压冷藏过程，减少了贮藏工艺环节；由于库内所贮粮食无需气密包装，应用领域广泛，成为粮食科研工作者研究的热点。

6 真空爆壳（vacuum bursting）

将坚壳类农产品（如板栗、葵花子等）经漂洗及挑选工序（主要是挑去发霉及生虫的原料）后装入真空爆壳机中，在真空条件下，将具有相当水分的湿物料加热到一定温度，在真空泵的抽气作用下，物料吸热使其外壳的水分不断蒸发而被移除，其韧性和强度降低，脆性大大增加。真空作用又能使壳外压力降低，壳内将相对处于较高压力状态。在外壳将被加热干燥产生应力发生应变的同时，果仁也被加热并使其内部的水分汽化，果仁因失水而收缩，使其与内皮、外壳自行分离；由于果仁的水分汽化后无法从外壳逸出，使壳内的压力进一步升高，达到一定数值时，就会使外壳和内皮爆裂。

真空爆壳加工技术不仅效率高，而且卫生，不仅适应大规模生产，而且能够保持果仁的原形、原色、原味，同碾、轧、挤等加工工艺相比较，大大降低了果仁破碎及损失，爆壳率达90%以上，提高了产品质量，具有广阔的应用价值。

7 真空干燥（vacuum drying）

真空干燥过程就是将被干燥物料置放在密闭的干燥室内，用真空系统抽真空的同时对被干燥物料不断加热，使物料内部的水分通过压力差或浓度差扩散到表面，水分子在物料表面获得足够的动能，在克服分子间的相互吸引力后，逃逸到真空室的低压空间，从而被真空泵抽走的过程。真空干燥能够方便地回收有用和有害的物质，而且能做到密封性良好。从环境保护的意义上讲，有人称真空干燥为“绿色干燥”。

在真空状态下，物料湿气的沸点降低、汽化过程加速，因此就特别适合于对温度敏感而且易分解的物料。真空干燥主要在低真空区域内进行。粮食水分在汽化过程中，其沸腾蒸发温度与环境压力成正比，把高水分粮食放置在密闭的干燥筒内，使干燥筒形成并维持一定的真空度，同时对干燥筒内的粮食不断加热，使粮食内部的水分通过压力差扩散到表面，汽化后被真空泵抽走，实现真空低温状态下连续对高水分粮食进行脱水干燥。真空干燥使水分的沸腾蒸发温度从100℃降低到40℃以下，由于蒸发温度低于淀粉的糊化温度，不会对粮食籽粒产生损伤。避免了粮食籽粒的膨胀和爆腰，能够保证粮食干燥后的产品质量。保证了物料烘后原有色、香、味、营养成份、品质基本不变，是真正意义上的低温干燥，与一般的热风低温干燥完全不同。

真空冷冻干燥（vacuum freeze drying）技术是使物料首先冻结，然后在真空条件下升温，使冰升华达到最后干燥的目的。采用的加热方式有红外线加热、微波加热等，所提供的热量既要快速使冰升华，又不能使产品表面受到损伤。真空冷冻干燥技术能够保持产品原有的色、香、味、形以及营养成分，特别对热敏性物料的干燥，是生产绿色食品有前途的一种干燥方法。

8 结束语

我国粮食输送、干燥、加工等产业市场潜力巨大，如何将真空技术科学、合理、有效地运用在粮食行业当中，真空工作者应发挥自己的专业优势以及新理论的研究，大力开发新型实用的新技术、新工艺、新设备，为我国的粮食事业做出应有的贡献。

真空科学与技术的发展迅速，涉及的内容很广，本文只对真空技术在粮食行业应用中的几个方面进行简要论述，还有很多未涉及的内容，请读者谅解。

参考文献：
1 朱武,等.真空与环保.沈阳：沈阳真空杂志社，2005,3
2 徐成海,张世伟,关奎之主编. 真空干燥. 北京：化学工业出版社，2004,1
3党新安,张昌松,葛正浩.板栗真空爆壳技术与设备的研究.杭州：轻工机械，2001,2

作者简介赵祥涛，助理工程师；E-mail：xiangtao588@163.com；地址：郑州市南阳路153号。博客：http://xiangtao.blogchina.com(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/4/2006)


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