Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ЗЕРНА ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННЫМ ВОЗДУХОМ

Изобретение относится к способам управления сушкой зерна и семян и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, в системе хлебопродуктов и хранения зерна и смежных отраслях промышленности.

Известен способ управления процессом сушки зерна и семян с использованием озоновоздушной смеси заключающийся в том, что контролируют исходную влажность зерна и изменение влажности зерна при сушке, контролируют и управляют температурой теплоносителя, ограничивая его температуру не более 35-40°C, управляют насыщением агента сушки озоном до концентрации 2…10 мг/м³, когда влажность зерна при сушке находится в интервале 16…22% [Патент РФ №2196417, МПК⁷ A01P 25/00 Опубл. 20.01.2003].

Недостатками данного способа сушки являются отсутствие контроля и ограничения по предельно допустимой концентрации озона (0,16 мг/м³), отсутствие управления, обеспечивающего эффективное использование биологических реакций зерновок на внешнее воздействие. Указанные недостатки накладывают более жесткие требования по охране труда на применение способа и увеличивают время сушки зерна.

Известен способ управления процессом сушки зерна электроактивированным воздухом, выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что контролируют начальную и текущую влажность зерна, температуру и относительную влажность атмосферного воздуха, регулируют относительную влажность воздуха, подающегося в зерновой слой, а источник отрицательных аэроионов включают в режим постоянно генерации аэроионов до завершения сушки зерна [Тихенький, В.И. Методы и средства повышения эффективности процесса сушки семян при электроразрядном воздействии на поток воздуха: автореф. дисс. канд. техн. наук: 05.20.01 / В.И. Тихенький. - СПб. - Пушкин: НПО «Нечерноземагромаш», 1993. - 16 с.].

Недостатками данного способа сушки является то, что отсутствует управление, обеспечивающее эффективное использование биологических реакций зерновок на внешнее воздействие, что сказывается на продолжительности сушки и энергозатратах.

Задачей изобретения является повышение интенсивности сушки, снижение удельных энергозатрат на процесс сушки.

Технический результат достигается тем, что работой источника аэроионов управляют по критерию минимума времени сушки зерна, выбирая один из двух режимов - с постоянной концентрацией аэроионов в агенте сушки, с циклическим изменением концентрации аэроионов в агенте сушки, который выбирают в зависимости от состояния зерна и характеристик агента сушки, при этом концентрация аэроионов не превышает 3,5·10¹⁰ м^-3 а продолжительность циклов включения источника аэроионов находится в диапазоне 5-60 мин и зависит от культуры. В результате использования предполагаемого изобретения увеличится скорость сушки, а энергозатраты на процесс снизятся.

Осуществление способа поясняется фиг.1-5. На фиг.1 приведена структурная схема. Установка для осуществления способа, содержит: зону сушки 1, источник аэроионов 2; нагревательный элемент калорифера 3; вентилятор калорифера 4, датчик исходной влажности зерна 5; датчик влажности зерна в зоне сушки 6; датчик температуры агента сушки 7, датчик влажности агента сушки 8, микропроцессорная система (МПС) 9. На рисунках (фиг.2а, б, в, г) приведены графики, построенные на основании экспериментальных данных, показывающие динамику изменения влажности зерна пшеницы в процессе его сушки при различных режимах.

Способ управления процессом сушки зерна электроактивированным воздухом в качестве агента сушки через зерновой слой 1, который может находиться в различных установках, например в бункерах активного вентилирования, напольных установках активного вентилирования, в бункерных зерносушилках и т.п., продувают воздух, который может насыщаться отрицательными аэроионами в источнике аэроионов 2. Воздух через источник аэроионов 2 продувают калориферной установкой, включающей нагревательные элементы 3 и вентилятор 4. Исходную влажность зерна W_н подающегося на сушку, контролируют с помощью датчика 5. Изменение влажности зерна W в зерновом слое в процессе сушки контролируют с помощью датчика 6. Температуру агента сушки T_a, его относительную влажность F_a, контролируют с помощью датчиков 7 и 8 соответственно. Сигналы от датчиков 5, 6, 7, 8 подают на вход микропроцессорной системы 9 (МПС). На вход микропроцессорной системы 9 подают информацию о требуемой конечной влажности зерна W_зк. Выходы микропроцессорной системы 9 связаны с входами источника аэроионов 2, нагревательных элементов 3 калориферной установки, вентилятора 2 калориферной установки. Сушка зерна может осуществляться как атмосферным, так и подогретым в калориферной установке воздухом.

Режим сушки «без ионов» означает, что зерно сушили классическим способом, продувая воздух через зерновой слой. Режим сушки «ионы постоянно» означает, что агент сушки постоянно насыщали отрицательными аэроионами. Насыщение аэроионами не превышало предельно допустимой концентрации по санитарным нормам - 3,5 10¹⁰ м^-3. Режим сушки «ионы циклически» означает, что концентрацию аэроионов в агенте сушки изменяют циклически. Так в процессе сушки на данном режиме в течение пяти минут сушили обычным агентом сушки, затем, в течение пяти минут агент сушки насыщали аэроионами. Затем опять пять минут сушили обычным агентом сушки и снова, в течение пяти минут сушили агентом сушки насыщенным аэроионами. Такой режим соблюдался в течение всего периода сушки.

Время полупериода в пять минут не является строго фиксированным, оно может изменяться в зависимости от вида культуры (ячмень, кукуруза, подсолнечник и т.д.). Использование предполагаемого режима позволяет использовать реакции зерновки как биологического объекта на внешнее воздействие. В данном режиме осуществляют два внешних воздействия - это агент сушки и аэроионы. Чередование внешних воздействий позволяет использовать реакцию превентивного торможения зерновки на смену внешних воздействий. В это время уменьшается ее сопротивляемость влагосъему, а при большой влажности зерна запасенная энергия зерновки может способствовать перемещению влаги к поверхности.

Из представленных графиков на фиг.2-5 видно, что режимы с использованием аэроионов позволяют высушить зерно быстрее, чем при классической сушке. Однако из фиг.2-5 также видно, что эффективность режимов (время сушки τ до требуемой влажности) зависит от исходной влажности зерна W_н, температуры агента сушки T_a, от разности между исходной W_н и текущей W влажностью зерна (ΔW=W_н-W).τ=f(W_н, Т_а, ΔW). Причем в одном случае фиг.2, целесообразно пользовать циклический режим, в другом фиг.3 - режимом с постоянной концентрацией аэроионов, в третьем фиг.4 - эффективность режима зависит от текущей влажности зерна, фиг.5 целесообразно пользовать циклический режим. Руководствоваться графиками при выборе режима сушки сложно, поэтому нужно иметь функциональные зависимости для режима с постоянной концентрацией аэроионов и для режима с циклическим насыщением агента сушки аэроионами. Такие математические модели могут быть получены для конкретной сушильной установки из экспериментальных данных путем регрессионного анализа. По этим уравнениям для двух режимов находят время сушки зерна при известных параметрах W_н, Т_а, ΔW. Затем к реализации принимают тот режим, при котором время сушки меньше.

Способ осуществляют следующим образом.

При поступлении зерна в зону сушки 1 с помощью датчика влажности 5 контролируют его влажность W_н, величину которой подают в микропроцессорную систему 9. В МПС 9 оператор вводит требуемую величину влажности зерна W_зк, до которой его нужно сушить. После этого включают вентилятор 4 калориферной установки и опрашивают датчики температуры 7 и относительной влажности 8, которые контролируют параметры Т_а, F_a на выходе нагревательных элементов 3. Если относительная влажность воздуха F_a≤ 65%, то нагревательные элементы 3 калорифера не подключают. Граница величины влажности F_a принята равной 65% потому, что именно при сушке зерна пшеницы и ячменя воздухом при такой относительной влажности воздуха, его конечная влажность составит 14%, что считается кондиционной влажностью для данных культур. Если нагревательные элементы 3 калорифера не включены, то сушка зерна будет проводиться атмосферным воздухом при температуре T. МПС 9 после получения информации от датчиков 5, 7, 8 и учитывая величину W_зк, выполняет решение двух функциональных зависимостей τ=ƒ(W_н, Т_а, ΔW) для режима с постоянной концентрацией аэроионов и для режима с циклическим насыщением агента сушки аэроионами. Сравнивают между собой две рассчитанные величины времени сушки и «принимают решение», какой режим сушки реализовать. Реализуют тот режим сушки, при котором время сушки зерна до требуемой влажности W_зк будет меньше. Если выбирают режим с постоянной концентрацией аэроионов, то включают ионизатор 2. Если принимают режим с циклическим насыщением агента сушки аэроионами, то источник аэроионов 2 включают только через пять минут с момента начала работы вентилятора 4. Далее источник аэроионов работает по схеме включено/выключено с полупериодом в пять минут. Так система работает до того момента, когда зерно высохнет до требуемой влажности W_зк. Тогда выполнится условие W=W_зк и процесс сушки прекращают, выключив сначала нагревательные элементы 3 калорифера, а затем и вентилятор.

Пример сушки зерна пшеницы с исходной влажностью W=24%, при относительной влажности агента сушки F_a<65%, приведенного на фиг.4: включают режим сушки с постоянной концентрацией аэроионов 3,5·10¹⁰ м^-3 без включения нагревательных элементов калориферной установки, сушку в этом режиме ведут до достижения влажности зерна W=16%, в этот момент включают режим с циклической подачей аэроионов с периодом подачи аэроионов равным 5 минутам и сушку продолжают до достижения зерном кондиционной влажности W=14%, после чего сушку прекращают.