Результат интеллектуальной деятельности: Способ сушки зернового материала

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способу сушки зернового материала и других сыпучих продуктов в элеваторах, зерноочистительно-сушильных комплексах и семяочистительных агрегатах.

Известен способ сушки зерновых материалов (патент РФ № 2727915, МПК B02C 19/18 (2006.01), A23L 3/32 (2006.01)), в котором сушка проходит в два последовательных этапа с непрерывной подачей материала сверху вниз в плотном слое, на первом этапе - с перемешиванием материала в слое и продувом его высокотемпературным теплоносителем, на втором этапе - с перемещением материала в плотном слое и продувом его неподогретым воздухом, при этом на втором этапе нагретый материал в слое перемешивают и продувают озонированным неподогретым воздухом с последующим подогревом этого воздуха до температуры, обеспечивающей термическое разложение остаточного озона, и использованием полученного теплоносителя на первом этапе сушки.

Недостатками этого способа являются высокие удельные энергозатраты на процесс высокотемпературного конвективного способа сушки зерновых материалов, используемого на первой стадии сушки и низкая интенсивность удаления влаги из зерна.

Известен способ сушки семян зерновых культур (патент РФ № 2065262, МПК A01F 25/08 (1995.01),F26B 3/34 (1995.01)), предусматривающий пропускание сквозь слой семян озоно-воздушной смеси, при этом одновременно в процессе пропускания на слой семян зерновых культур воздействуют электрическим полем.

Недостатком представленного способа является использование электрического поля недостаточной мощности для формирования электродвижущей силы, интенсифицирующей процесс сушки, а также малая производительность процесса из-за высокой продолжительности.

Известен способ сушки зернового материала (патент РФ № 2709712, МПК A01F 25/08 (2006.01)), включающий процессы озонирования и нагрева, при этом озонирование и нагрев осуществляют раздельно за несколько циклов, а озонирование проводят в буферном металлическом коническом силосном зернохранилище, подавая озоновоздушную смесь снизу силоса с концентрацией озона в диапазоне 5…20 мг/м³ в течение часа с момента появления газа в верхних слоях зернового материала, а нагрев осуществляют воздухом с температурой 45…60°С до уменьшения исходной требуемой влажности зернового материала.

Основным недостатком указанного способа является длительность проведения процесса озонирования в течении часа, что снижает производительность процесса сушки.

Известен способ сушки тонкослойных материалов в электрическом поле (патент РФ № 2133420, МПК F26B 3/34 (1995.01)), отличающийся тем, что над поверхностью этих материалов создают объемный электрический заряд с плотностью 10^-4-10^-2 Кл/м³.

Основным недостатком указанного способа является использование электрического поля недостаточной мощности в режиме тихого разряда для формирования электродвижущей силы, недостаточно интенсифицирующей процесс сушки.

Наиболее близким аналогом – прототипом к заявляемому способу является способ сушки зерновых культур (патент РФ № 2161398 МПК A01F 25/08 (2000.01), F26B 3/34 (2000.01), F26B 5/00 (2000.01), F26B 7/00 (2000.01), B02B 1/00 (2000.01), B02B 1/02 (2000.01)), в котором сквозь зерновой слой пропускают электроактивированный сушильный агент, содержащий озоновоздушную смесь и ионы, а также воздействуют на слой зерна постоянным электрическим полем, при этом дополнительно используют знакопеременное электрическое поле, которым воздействуют на слой зерна одновременно с постоянным электрическим полем, а процессы воздействия электроактивированного сушильного агента и постоянного и знакопеременного электрических полей на зерновой слой осуществляют циклически, раздельно во времени, с экспозицией процессов соответственно 3 : 1.

Основным недостатком указанного способа является длительность проведения процесса, необходимость дробления процесса сушки на отдельные этапы, которые в совокупности снижают эффективность отвода влаги и снижают производительность процесса.

Изобретение направлено на разработку высокопроизводительного способа сушки зернового материала с применением электрофизической обработки.

Технический результат - интенсификация процесса сушки зернового материала путем сокращения его продолжительности и повышение равномерности сушки.

Указанный технический результат достигается использованием способа сушки зернового материала, в котором сквозь зерновой слой пропускают электроактивированный сушильный агент, содержащий озоновоздушную смесь и ионы, а также воздействуют на слой зернового материала электрическим полем, при этом пропускание сквозь слой зернового материала озоновоздушной смеси осуществляют циклично, при этом зерновой материал непрерывно подают сверху вниз плотным слоем, при этом воздействие электрическим полем осуществляют одновременно с пропусканием сквозь слой озоновоздушной смеси, причем электрическим полем воздействуют попеременно в режиме искрового и коронного разряда при атмосферном давлении с объемной плотностью электрического заряда 10^-2 - 10^-1 Кл/м³.

Цикличное пропускание электроактивированного сушильного агента, содержащим озоновоздушную смесь и группы ионов OH^-, O^- и H⁺ сквозь слой зернового материала с одновременным воздействием электрическим полем в режиме искрового и коронного разряда при атмосферном давлении с объемной плотностью электрического заряда 10^-2 - 10^-1 Кл/м³ позволяет сочетать в себе максимальный эффект ускорения процесса сушки зернового материала. При одновременном участии озоновоздушной смеси и воздействия коронного разряда формируются три градиента, влияющих на массоперенос: градиент температуры, градиент химического потенциала и градиент электрического поля.

Попеременное воздействие искровым и коронным разрядом атмосферного давления позволяет сочетать изменения массообменных характеристик сушки с поверхности зерна за счет изменения физико-механических характеристик влаги и микроструктурных изменений зернового материала. Обработка искровым разрядом приводит к изменениям микроструктурных характеристик зернового материала за счет прохождения разряда через структуру зерна. После воздействия искровым разрядом наблюдаются структурные изменения оболочки зерна, развивается мелкоячеистая сетчатая структура с резко очерченными границами ячеек, меняется влагоабсорбционная способность. При прохождении искрового разряда через структуру зернового материала в нем возникает дополнительный континуум (канал), который способствует более эффективному и равномерному процессу движения влаги внутри материала. При воздействии коронного разряда, влага, которая находится в зерновом материале становится насыщенной ионами. Возникает дополнительная сила движения влаги, основанная на эффекте электроосмоса, при котором влага, насыщенная ионами под действием электростатики, двигается к соответствующему по знаку электроду.

Реализация непрерывной подачи материала сверху вниз плотным слоем до уменьшения исходной влажности зернового материала до кондиционной позволяется обеспечить высокую производительность процесса сушки.

В совокупности за счет возникающей электроосмотической силы от коронного разряда, наличия градиентов температуры и химического потенциала, изменяющейся микроструктуры зерна за счет воздействия искрового разряда и одновременного воздействия озоновоздушной смеси влага легче удаляется из структуры зерна, интенсифицируя процесс сушки, в то же время обеспечивается равномерное удаление влаги.

Экспериментально установлено, что при величине объемной плотности электрического заряда менее 10^-2 Кл/м³ происходит обработка в режиме тихого разряда, недостаточного для формирования электроосмотической силы. При значениях объемной плотности электрического заряда более 10^-1 Кл/м³ возникает активное термическое воздействие искрового разряда на зерновой материал, которое способствует его термической деструкции, образуя продукты горения, что негативно влияет на эффективность сушки и качество получаемого продукта.

Сущность предлагаемого способа поясняется графическим материалом, на котором изображено:

На фиг. 1 – схема сушки зернового материала: 1 - канал для движения зерна, 2 - электроактивированный сушильный агент, 3 - поток зернового материала, 4 - электродная группа, 5 - зерновой материал; фиг. 2 – Кривая сушки пшеницы: контрольный образец (■), образец по заявляемому способу (▲).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами.

Пример 1.

Способ сушки зерна и семян осуществляется следующим образом. Через непрерывно движущийся циклично сверху вниз влажный зерновой материал - пшеница, массой 1000 гр с начальной влажностью 25% пропускают электроактивированный сушильный агент, содержащим озоновоздушную смесь и группы ионов OH^-, O^- и H⁺. Одновременно с этим осуществляют попеременное воздействие электрическим полем в режиме искрового и коронного разряда при атмосферном давлении с объемной плотностью электрического заряда 10^-2 - 10^-1 Кл/м³. Сушку проводят до момента снижения влажности зернового материала до влажности 10%. В случае превышения содержания влаги в просушенном зерновом материале кондиционного состояния, последний отправляется на следующий цикл обработки. После чего весь технологический процесс повторяется.

Обработанный таким образом зерновой материал при начальном содержании влажности 25% сушится в последствии на 15-26 % быстрее до достижения влажности 13%, чем необработанный при тех же условиях сушки.

Пример 2.

Способ сушки зерна и семян осуществляется следующим образом. Через непрерывно движущийся циклично сверху вниз влажный зерновой материал - ячмень, массой 1000 гр с начальной влажностью 24% пропускают электроактивированный сушильный агент, содержащим озоновоздушную смесь и группы ионов OH^-, O^- и H⁺. Одновременно с этим осуществляют попеременное воздействие электрическим полем в режиме искрового и коронного разряда при атмосферном давлении с объемной плотностью электрического заряда 10^-2 - 10^-1 Кл/м³. Сушку проводят до момента снижения влажности зернового материала до влажности 10%. В случае превышения содержания влаги в просушенном зерновом материале кондиционного состояния, последний отправляется на следующий цикл обработки. После чего весь технологический процесс повторяется.

Обработанный таким образом зерновой материал при начальном содержании влажности 24% сушится в последствии на 13-23 % быстрее до достижения влажности 13%, чем необработанный при тех же условиях сушки.

Из примеров видно, что пропускание сквозь слой семян озоновоздушной смеси и группы ионов OH^-, O^- и H⁺ при воздействии электрическим полем попеременно в режиме искрового и коронного разряда при атмосферном давлении с объемной плотностью электрического заряда 10^-2 - 10^-1 Кл/м³, позволяет обеспечить высокую производительность за счет обеспечения широкой зоны обработки электрическим полем в режимах коронного и искрового разряда и интенсифицировать процесс сушки зернового материала, в тоже время обеспечит равномерное удаление влаги.