李长友:烘干理论研究的哲学态度

在广东，提到粮食干燥，李长友是绕不过的一个关键人物。李长友，华南农业大学工程学院教授，在干燥解析理论研究方面达到国际领先水平、“粮食干燥水分在线检测技术及自适应控制系统”总体技术达到国际先进水平。首次从理论上阐明了干燥耗能的本质，揭示了粮食热风干燥系统内物性参数、过程特性参数、工艺及结构特征等参数间的内在关系，实现了经验监控向自适应控制的技术跨越。

干燥物系解析理论研究进展

干燥是含湿物料与有限介质两个独立物系,在限定的工艺条件下,自发进行能量传递和转换的过程。它隶属热力学范畴,而又不同于一般的热力过程,在物系边界存在诸多错综复杂的随机因素交互作用,使得基于热力学熵参数无法对实际过程的能效进行实时的定量评价。基于传递定律建立扩散模型,得不到传递系数严格意义的数学解,存在微积分结果偏离实际较远的情况;基于反应工程原理建立干燥动力学模型,存在指前因子,活化能,机理函数等待定的物理量,实际应用存在很大的局限性。如何从理论上完整地解析出实际过程,得到其分析解是热力学应用技术基础科学研究领域自古以来的重大理论难题。近十几年,笔者从非均相系热力学基础和干燥㶲分析入手,以干燥㶲传递和转换时的自由能消耗为统一尺度,以水分活度为一切干燥物系的共同属性,揭示了干燥物系固有特征函数及其理论解,丰富了热力学应用技术基础理论。该文从干燥物系解析理论发展的历史现状,阐释揭示物料干燥理论过程、评价工艺装备能效的解析理论与方法并指明其应用与发展的技术途径,为揭示物系传递机理、评价工艺装备系统能效、实现干燥过程自适应控制和制订科学的工艺能效评价标准提供参考。

油茶果热风干燥爆蒲后茶籽传热传质特性及干燥工艺优化

为深入挖掘油茶果热风干燥爆蒲后茶籽内部水分和温度变化规律,找到一种低耗、高效的干燥工艺参数,该研究通过试验测定了油茶籽导热系数、密度等物性参数,计算得出油茶籽有效水分扩散系数的Arrhenius关系式,引入传热传质的数学建模理念建立了油茶籽传热传质模型,模型预测值与试验数据吻合较好,最大误差不超过8.5%。基于上述模型,研究了油茶籽的变温干燥工艺,经过响应面优化后的干燥参数为前期风温63.7℃、水分转换点38.5%、后期风温74.8℃,在此干燥条件下,单位能耗为5.040 kJ/g,干燥速率为0.048 g/(g·h),与试验指标的回归模型预测结果相比,其相对误差分别为7.4%和12.1%。该研究提出的干燥工艺参数可为油茶果干燥爆蒲方法的产业化推广提供理论依据和应用参考。

荔枝定向去核剥壳机设计与试验

基于荔枝的物性特征和柔性去核刀具,设计了一种自动定向、去核、剥壳和分离一体联动的荔枝定向去核剥壳机,在不同的工况条件下考证其去核剥壳后果肉的完整率和果汁损失率,结果表明:在定向对辊直径为72 mm、对辊间隙为2 mm、转速为93 r/min、荔枝纵径比等效直径长为1.3 mm以上时,定向成功率超过90%;在刀管内径为10 mm、果顶余量为2 mm、刀轴转速为12 r/min时,去核成功率为80%;在进料口间距为16 mm、出料口间距为20 mm、剥壳辊倾角为0°、主轴转速为15 r/min时,剥壳成功率为100%,灯笼状果肉的完好率超过80%。

苏云金芽孢杆菌B-Pr-88菌株中cry2Ab4基因的表达和杀虫活性研究

以我室自行分离的对鳞翅目夜蛾科害虫具有高毒力的Bt菌株B-Pr-88为材料,用PCR-RFLP方法从其质粒DNA文库中筛选到含cry2Ab基因的一个阳性克隆pZF858,序列测定发现,该片段含有cry2Ab全长基因,开放读码框为1902bps,编码由633个氨基酸组成的70.7kD蛋白,氨基酸同源性与已公布的cry2Ab基因同源性均为99.8%,经Bt基因国际命名委员会正式命名为cry2Ab4。根据cry2Ab4基因开放阅读框架(ORF)两端序列,设计合成一对特异引物L2ab5和L2ab3,PCR扩增获得cry2Ab4完整ORF,与大肠杆菌表达载体pET-21b连接,构建了重组表达质粒pET-2Ab4,质粒导入大肠杆菌BL21(DE3),IPTG诱导后,SDS-PAGE电泳证实该基因表达了60kD的蛋白,生物测定表明,Cry2Ab4对棉铃虫和大豆食心虫具有高毒力,同时对小菜蛾和二化螟有一定的杀虫活性,而对亚洲玉米螟和甜菜夜蛾没有杀虫活性。

高湿稻谷节能干燥工艺系统设计与试验

为了降低高湿稻谷干燥耗能、提高干燥系统作业效率,基于高湿稻谷干燥特性和干燥传递理论,绘制出了高湿稻谷贮存干燥仓内通风去湿降温过程状态参数变化图,设计出了高湿稻谷贮存干燥仓,能够利用常温自然空气实现高湿稻谷干燥和有效回收干燥系统的烟气余热。应用结果显示,在风量谷物比为149 m3/(h·t)时,每间隔1 h,通风2 h,累计贮藏干燥18 h,可使初始含水率31.3%的稻谷平均含水率降低11.36%,回收烟气废热55.3%。针对南方高温高湿的气候特点,设计出了5HNH-15型稻谷逆流热风干燥机和节能干燥工艺系统。试验结果表明,系统的单位耗热量为2 939 kJ/kg,与国标≤7 400 kJ/kg相比,最高节能可达60%。该文指出了实现高湿稻谷优质、高效节能干燥,合理的工艺系统设计应以客观能势的利用为主,人为提供主观热能消耗为辅。研究结果为粮食干燥设计指明了高效节能途径,为大型粮食集中干燥工艺系统设计提供了参考。

我国不同森林立地带Bt分离株杀虫晶体蛋白及基因分析

利用苏云金芽孢杆菌cry基因的PCR RFLP鉴定体系和SDS PAGE方法分析了来自我国不同森林立地带土壤中的 72株苏云金芽孢杆菌的cry1、cry2、cry3、cry4、cry5、cry8、cry9、cry10、cry11、cry1I等 10类基因类型和表达蛋白 ,并进行了杀虫活性的生物测定。研究表明 :同时含有cry1,cry2 ,cry1I 3类基因的有 2 1株菌 ,6株菌含有cry1,cry2类基因 ,4株菌含有cry1和cry1I类基因 ,只含有cry1基因的有 1株 ,cry2类基因的 4株 ,36株菌不含所鉴定的 10类cry基因。同时证明 ,绝大多数含有cry1基因的菌株表达了 130kDa蛋白 ,含有cry2基因的菌株表达了 6 0kDa蛋白。生物活性测定表明 ,共同含有cry1Aa、cry1Ac和cry2基因的菌株对棉铃虫幼虫具有较强的杀虫活性 ,只含有单一基因和不含上述基因的菌株杀虫活性较弱。

粮食热风干燥热能结构与解析法

为了揭示粮食干燥系统客观作用效果,定量评价环境条件、粮食状态对干燥机效能的影响,分析了粮食热风干燥势场的来源与特征,建立了干燥特性函数、给出了粮食和介质状态参数解析图,分析了热量及效率,定量评价了热能结构,结果发现利用温度和相对湿度变化范围分别为26～35℃和40%～55%的自然空气直接干燥初期湿基含水率38.6%的高湿稻谷,平均小时降水率达1.2%,在5HP-3.5型循环干燥机上的热风干燥试验结果显示,稻谷的干基含水率由27.06%降至16.96%的过程中,单位气耗量由最初的113.0kg/kg增加到了546.4 kg/kg,单位热耗量由最初的2548.9 kJ/kg增加到了16352.7kJ/kg,排气热损失由最初的6.2%增加到了30.6%。解析出了造成干燥效率偏低的主要原因是热能匹配性较差。指出了评价粮食干燥工艺及干燥机能量利用效果不能忽视客观干燥的作用。研究结果为指导干燥设计,形成粮食干燥系统公平的评价标准,提供了科学的解析方法。

粮食水分结合能与热风干燥动力解析法

为揭示粮食中水分蒸发耗能特征,基于不可逆热力学分析方法,把水分迁移的现象看作是一定数量的能量迁移,建立水分结合能解析模型,给出了水分结合能随温度、含水率变化规律,清晰地呈现了粮食在高水分段水分蒸发受物料的限制作用很小,而在低水分段水分结合能随温度升高显著降低的特征,研究结果为解析粮食二段降速干燥过程、合理匹配干燥温度提供了依据和分析方法,为揭示干燥质驱动机理,制订科学的能效评价标准,合理的干燥装备系统设计补充了技术基础理论。

稻谷落入姿势对电阻式水分仪检测精度的影响

电阻式水分检测仪是粮食烘干装备的重要部件,为了提高电阻式单粒粮食检测仪的检测精度,以产自广东省汕头市的自留种丝苗米为研究对象,研究不同含水率(10%w.b.,15%w.b.,20%w.b.,25%w.b.和30%w.b.)稻谷以不同姿势下落入辊轮电极时所测得的电阻值的变化规律,并分析稻谷在落入辊轮电极间被碾压前的受力情况,揭示不同姿势下的稻谷电阻值的变化及变化原因。试验结果表明:电阻式单粒水分检测装置的检测精度会受到稻谷落入姿势的影响,直接表现为所获取的电阻值存在较大误差,进而影响水分检测装置的精度。此外,根据测算原理,引入峰值法及面积法的电阻式水分检测仪给出稻谷最适落入姿势,即峰值法要使得稻谷在λ=90°的姿势下落入辊轮电极,而面积法要使得稻谷在λ=0°的姿势下落入辊轮电极,以获得最佳的检测精度。

种子循环干燥系统设计与试验

基于种子的物性特征和干燥系统客观能势的利用,设计了一种小型种子循环干燥机及引风干燥工艺系统,给出了消除干燥机热惯性的准则数烟气热风比,设计了比例阀,依照种子的含水率和干燥历程开发了自适应控制系统;为保证干燥机清种的可靠性,设计了可在360°范围内旋转的排粮翻板,不仅清种彻底,还能实现无级排粮。试验结果表明,在同样的干燥速率下,可使种子的干燥温度较传统的鼓风干燥低9℃,干燥效率提高20%,排粮结束后,干燥机内没有残留种子。

高湿粮食贮藏干燥机设计与试验

在对高湿粮食干燥状态参数和水分结合能变化特征理论分析的基础上,设计了一种高湿粮食贮藏干燥机,从理论和试验两方面证实了干燥系统客观能势的利用效果,图解了高湿粮食在贮藏干燥机内的温度及其含水率状态变化过程。试验结果显示,温度在30℃、相对湿度40%时,利用自然空气可将粮食的温度降至低于环境温度10℃、降水速率在0.76%/h以上。研究结果为粮食干燥工艺系统设计指明了高效节能的途径,为大型粮食集中干燥设施提供了高效节能的预干燥设备。

粮食热风干燥含水率在线模型解析

为了揭示粮食在深床动态干燥过程中的含水率变化规律,指导干燥工艺设计,实现干燥过程实时跟踪与调控,提高干燥品质,降低能耗。基于薄层干燥水分扩散模型、深层干燥质量守恒原理、态函数和不可逆热力学分析方法,建立并求解了粮食深床干燥基础方程,获得了顺流、逆流、横流和静置层干燥方式下粮食含水率和干燥速率分布解析式,解析出了粮食在顺流层内经历持续降速干燥的过程,逆流层内存在干燥速率的极值点,在通风温度、湿度、送风量相同的干燥条件下,逆流干燥速率明显高于顺流,表明了逆流干燥能量利用效果优于顺流;粮食在横流和静置层内的干燥特性相同,进风侧和出风侧的干燥速率相差很大,在层厚度0.5 m、粮食含水率20%以上时,出风侧的干燥速率几乎为0,干燥的均匀性较差。在5HP-3.5型循环式缓苏干燥机上的试验结果显示,深层干燥解析值与实测值间的最大偏差为0.69%,极差范围为-0.27%-0.69%,从粮食干燥的惯性特征推断,产生偏差的原因主要是仪器检测误差。解析方法对实现粮食深床干燥过程动态跟踪和调控,指导干燥设计,降低干燥能耗、提高干燥效率和干燥机产能等具有重要意义。

荔枝干燥热湿特性模型解析与验证

为了揭示干燥过程中荔枝果体内部温度和水分分布的动态特征，指导干燥工艺设计，提高干燥品质，降低干燥能耗。基于扩散模型，试验考察荔枝果体的干燥特征参数，测试结果显示：在相对湿度10%、温度35℃～50℃范围内，荔枝果体的干燥常数为0.5965～0.6717 h-1，干基平衡含水率在7.55%～60.92%之间；而在相对湿度60%、温度40℃和50℃条件下，荔枝果体的干燥常数分别为0.076和0.098h-1，干基平衡含水率分别为211.35%和141.06%，表明了荔枝的干燥特征参数受干燥条件的影响很大；干燥过程中，果体内部的水蒸气分压力存在最大极值点，在极值点之后的干燥接近于等温变化过程。基于拉氏变换，联立求解了导热基础方程和干燥热平衡方程，得到了荔枝在非稳态干燥过程中果体内部温度和水蒸气分压力分布的解析式。利用初始温度10℃、干基含水率为388%的荔枝果，在干燥温度50℃，相对湿度10%的干燥条件下进行验证试验的结果表明，解析值与试验值比较一致，证实了模型解析预测荔枝非稳态干燥热湿特性的有效性。研究成果充实了荔枝干燥热质传递解析理论，对指导干燥工艺设计，实现节能干燥具有重要现实意义。

甘蓝夜蛾核型多角体病毒杀虫剂的制备及田间防治试验

应用活体增殖病毒 ,制备甘蓝夜蛾核型多角体病毒杀虫剂乳剂 ,室内对 4龄甘蓝夜蛾幼虫的毒力测定 ,其LD50 为 9 4 2× 1 0 3 PIB/头。田间防治效果表明 ,采用 1 0× 1 0 11PIB/hm2 和 3 0× 1 0 11PIB/hm2 的剂量防治甘蓝夜蛾的效果都在 70 %以上。乳液的稳定性较好 。

八字地老虎血球细胞系的建立

由八字地老虎Xestiac nigrum血细胞建立了一株细胞系 ,命名为NEAU Xc 96 0 716H ,原代培养 90余天 ,现已传至 70余代。细胞多为圆形 ,部分梭形 ,细胞群体倍增时间约为 6 3h。具有典型的鳞翅目昆虫染色体特征 ,数量多 ,形态为短杆状和球形。酯酶同工酶谱为 5条主带 ,与同种昆虫 (八字地老虎 )的胚胎细胞系 (NEAU Xc 730E)酯酶图谱稍有不同 ,而与草地夜蛾细胞系 (IPLB SF 2 1)的酯酶图谱完全不同。该细胞系可以被八字地老虎核型多角体病毒XcNPV感染 ,但感染率较低。

高湿稻谷多段逆流干燥缓苏解析模型研究

为了获得高湿稻谷逆流干燥层内的水分分布,实现干燥过程动态跟踪和调控,基于干燥水分扩散模型和深层干燥质量平衡方程,在线解析稻谷逆流干燥水分变化,给出了稻谷多段逆流干燥、缓苏复杂工艺条件下,层内含水率分布及干燥速率解析式,验证了风量谷物比为4,温度50℃的热风流过0.5 m厚的逆流层后,仍具有较强的干燥能力,解析结果与实测的干燥机出粮口水分偏差在±0.5%范围内,证实了解析模型的可靠性。

基于深层干燥解析理论的粮食干燥自适应控制系统设计

粮食干燥系统存在多种不确定因素,传统的靠检测出机粮水分,控制排粮速度或进风条件的做法,很难实现干燥过程的实时控制,为了能根据不同的进粮水分,自动调整干燥机的工作状况,从而提高干燥的效率和品质,在粮食深层干燥解析理论和高湿粮食水分在线测量技术的基础上,研究开发了一套粮食干燥设备自适应控制系统,能够使设备在工作过程中,按照实时的进粮水分自动变更工作制度,确保实时的操作条件最优。通过生产应用验证,系统能够在10%～35%wb的含水率变化范围、-30℃～+40℃温度变化范围可靠地工作,控制的干燥机出粮含水率偏差≤±0.5%wb。形成了适宜于产业化推广应用的粮食集中干燥自适应控制系统。

散体物料孔隙率测定装置设计与试验

为了提高散体物料孔隙率检测精度及可靠性,基于理想气体状态方程,按照气体置换法,研制了一种定容型散体物料孔隙率的快速测定装置,开发了自动检测控制系统。在设定的0.1～0.4 MPa测量范围内,采用可精确测得其体积且形态各异的标准不锈钢球体、塑料四棱柱体、鹅卵石以及细石子的试验结果发现,系统的充气压力越高,测量误差相对越小且重复性越好。采用标准不锈钢球体与圆柱体,在孔隙率分别为16.02%、25.14%、35.57%、49.05%、58.42%、67.79%、76.57%、85.36%、94.14%的标准条件下,给出了补偿系数的计算式。在样品填充率分别为25%、50%、75%、100%,充气上限压力为0.4 MPa的试验条件下,检测湿基含水率为13.5%的稻谷的试验结果显示,测量误差极差为0.3%,证实了测量结果的可靠性。

颗粒物料深床降速干燥过程的解析

通过对颗粒物料的干燥特性分析，给出单一粒体降速干燥具有二段性的物料在深床干燥过程各降速阶段的解析式；讨论诸干燥参数及物性参数的变化和相互关系，建立数学模型，采用计算方法，示出解析结果以及这一解析方法的应用。