引言我国作为农业大国，粮食产量不断提高，粮食储存成为亟须关注的问题，每年因储粮技术不完善损失的粮食量约占粮食总生产量的8%~10%[1]，造成巨大浪费。减少因储粮技术不完善造成的粮食消耗量，有助于推进我国的农业现代化发展[2]。粮食在水分含量高时容易变质，不易长久保存，将粮食干燥再保存是有效的储粮办法[3]。目前，干燥过程主要使用供热方式除去物料中的水[4-5]。随着粮食干燥要求不断提高，真空干燥[6]、微波干燥[7]、太阳能干燥[8]等粮食干燥技术应运而生。粮食就仓干燥能够减少仓外晾晒、运输等步骤产生的粮食损失，最大限度地维持粮食品质。就仓干燥方式主要包含加热通风干燥和自然干燥，加热干燥温度高，可能降低粮食的外观品质和口感；自然干燥的周期长且受制于天气因素，不稳定性较大。人为向粮仓内送入低温干空气，可以避免以上两种现存干燥方式的弊端，使用吸湿能力强的液体进行溶液除湿可以满足粮食干燥要求。除湿使用的盐溶液能够去除部分霉菌和细菌[9-10]，有利于粮食储藏。我国于20世纪70年代开始溶液除湿的研究与应用。刘晓华[11]等通过试验和拟合分析证明溶液除湿能够避免过度冷却和再热现象，对空气实行热湿分控，极大地提高了能源利用率，提升了室内的舒适度。张小松[12]等研究溶液除湿系统中的除湿器，发现除湿效率受除湿器形式的影响。通过试验和模拟证明逆流和叉流的吸收效果优于顺流。Jae-hee[13]等对比两种不同的溶液除湿设计方案，发现具有双重集液池的方案比单一集液池方案节省28％的能源消耗，为溶液除湿设计提供参考。Salikandi[14]等研究溶液除湿过程的液体干燥剂材料、性能、运行条件、干燥剂除湿机，研究不同再生配置下的性能改进，阐明各种液体干燥剂的再生方法，如光伏/电渗析再生方法。如果溶液能够再生，系统可以不间断运行与工作，减少了经济成本。Datta[15]等研究溶液除湿中的腐蚀问题，发现膜辅助分离工艺适用于液体干燥剂系统，可以最大限度地减少腐蚀问题。将平板聚四氟乙烯膜用于液-气分离，并将多效设计与真空条件结合使用，改善整个膜的液-气分离效果，能够有效减少腐蚀。目前，溶液除湿技术主要应用于建筑空调系统，应用于粮食干燥的研究还相对较少。介绍溶液除湿粮食干燥机的原理，通过仿真试验探究溶液的温度、浓度和质量流量对粮食干燥机系统除湿性能的影响。1设备原理不同农作物储存的适宜温湿度不同，室外环境不断变化，溶液除湿粮食干燥机组必须具备多种工作模式，如高温快速干燥、低温慢速干燥、粮食调质保湿等模式。机组由溶液除湿-再生循环系统、热泵系统、风系统组成。溶液除湿-再生循环系统的除湿器中放置低浓度LiCl溶液，再生器中放置高浓度LiCl溶液。LiCl溶液分别在除湿器和再生器中不断循环，反复与空气进行传热传质，除湿侧吸收空气中的水分，再生侧反之。同时，除湿器和再生器中的部分溶液相互交换，达到动态平衡。两套热泵系统分别为溶液和空气提供冷热源，驱动溶液除湿和再生。低温慢速干燥原理如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.011.F001图1低温慢速干燥原理2仿真模型搭建仿真平台的主要模块包括溶液除湿与再生模块、溶液物性参数模块、空气参数模块、换热器模块等。溶液除湿粮食干燥机组模型如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.011.F002图2溶液除湿粮食干燥机组模型本机组核心部件为溶液除湿器，为保证仿真数据真实可靠，对除湿器模型进行验证。选用LiCl溶液叉流除湿装置的试验数据作为验证数据[16-18]。结果表明，空气出口温度的试验值与仿真值的误差均在10%以内，仿真数据准确可靠。空气出口温度误差分析如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.011.F003图3空气出口温度误差分析3工况设计查阅各地区气象参数，选取典型城市郑州市的气象数据进行工况设计。郑州属于夏热冬冷地区，七月份的温度和含湿量均为全年最高。郑州七月份的干球温度和含湿量如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.011.F004图4郑州七月份的干球温度与含湿量由图4可知，郑州七月份的最高温度为33.6 ℃，最大含湿量为22.26 g/kg，将其作为除湿器入口空气参数，研究空气处理装置的除湿性能。4仿真结果分析研究空气处理装置时涉及多个变量，溶液温度、溶液浓度、溶液质量流量均是与溶液相关的可控变量，便于人为调节。溶液的出口温度会影响溶液的再生过程，空气的出口温度决定进入粮仓的空气温度，研究过程必须考虑溶液和空气的出口温度。4.1溶液进口温度对除湿性能的影响改变溶液进口温度，其对除湿性能和除湿出口参数的影响如图5、图6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.011.F005图5溶液进口温度对除湿性能的影响10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.011.F006图6溶液进口温度对除湿出口参数影响由图5可知，溶液进口温度增加，除湿量和除湿效率均下降。溶液进口温度从14.0 ℃升至18.5 ℃，除湿量从21.27 g/s降至20.83 g/s；除湿效率从89.38%下降至86.14%，除湿量和除湿效率与溶液进口温度成反比，斜率相近。因为随着溶液温度上升，LiCl在水中的溶解度增加，但溶质的量无变化，溶液表面蒸气压升高，空气水蒸气分压力不变，二者间的差值变小，溶液除湿能力降低。由图6可知，溶液进口温度从14.0 ℃升至18.5 ℃，升高4.5 ℃，溶液出口温度从20.7 ℃升至24.1 ℃，仅升高3.4 ℃。空气进口温度增加时，溶液除湿能力下降，溶液与空气的传质量减少，水的比热容比空气高，导致溶液的进出口温差减小，传热量减少。因此，溶液出口温度增加量略小于进口温度增加量，且空气出口温度降低。溶液进口温度增加时，除湿量、除湿效率和空气出口温度均降低，溶液出口温度升高。除湿量、除湿效率降低可能对机组运行造成不利影响，空气出口温度降低有利于机组的低温干燥，但温度可以由除湿器后的蒸发器进行降温调控，溶液进口温度升高对机组运行弊大于利。因此，应降低溶液进口温度，仿真数据显示，本机组采用14 ℃的LiCl溶液时，机组获得最佳除湿性能。4.2溶液进口浓度对除湿性能的影响溶液浓度对除湿性能和除湿出口参数的影响如图7、图8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.011.F007图7溶液浓度对除湿性能的影响10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.011.F008图8溶液浓度对除湿出口参数的影响由图7可知，溶液进口浓度升高，除湿量先快速上升，后逐渐平稳。溶液进口浓度从25%升至27%时，除湿量大幅度上升；从27%升至30%时，除湿量变化趋势减缓。溶液浓度升高时，溶液与空气表面压差增大，除湿能力增强；溶液浓度继续增大，空气中的水分大量进入溶液，使溶液与空气间的压差减小，继续增大浓度无太大意义。考虑经济成本和溶液再生要求，需要选取合适的浓度。由图8可知，溶液进口浓度增加时，空气出口温度增加，溶液出口温度降低。溶液出口温度降低导致再生难度增大，增加溶液浓度不利于溶液再生。空气出口温度增加导致送入粮仓的空气温度升高，不利于低温干燥。为保证除湿效果，满足溶液再生要求和低温干燥需求，结合溶液除湿机组的国家规范要求[19]，浓度取27%可以满足除湿要求，经济性较好，本机组浓度设定为27%。4.3溶液进口质量流量对除湿性能的影响溶液进口质量流量对除湿性能和除湿出口参数的影响如图9、图10所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.011.F009图9溶液进口质量流量对除湿性能的影响10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.011.F010图10溶液进口质量流量对除湿出口参数的影响由图9可知，溶液质量流量由2.26 kg/s逐渐增加至4.06 kg/s，除湿量平稳上升，从15.05 g/s升至23.81 g/s，除湿效率从60.0%上升至95.1%。因为溶液进口质量流量增大，更多的溶液可以与空气进行传热传质，在空气质量流量不变的条件下，溶液能吸收更多空气中的水分，除湿效果变得更好。由图10可知，溶液质量流量由2.26 kg/s增至4.06 kg/s，空气出口温度降低4.2%，溶液出口温度降低3.9%。因为溶液进口温度低于空气进口温度，溶液质量流量增大时，溶液与空气的换热增加，空气吸收溶液的冷量而降温，溶液与空气均有小幅度的温降。溶液进口质量流量增加时，机组的除湿性能大幅上升，对溶液出口温度和空气出口温度的影响较小，能够保证除湿效果，且不会对溶液再生和空气温度降低造成影响。可以尽量增大溶液进口质量流量，结合本机组设备实际能力，取最大值4 kg/s，强化机组除湿效果。5结语（1）降低溶液进口温度能够提高系统除湿性能，并降低空气出口温度，有利于粮食的干燥和储存，但是溶液出口温度也会降低，不利于溶液再生，考虑与其他系统的耦合和LiCl溶液的性质，溶液进口温度以14 ℃为宜。（2）增大溶液浓度能够提高系统除湿性能，溶液浓度增至27%时，除湿效率的上升速度逐渐降低，溶液浓度过高使再生难度增大，增加溶液成本。因此，溶液浓度以27%为宜。（3）增大溶液进口质量流量对系统除湿性能影响最大，能够显著提高系统除湿量和除湿效率，对溶液出口温度和空气出口温度的影响较小，不影响其他系统的正常工作，是提高机组性能较优的方式。