Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СУШКИ СЕЛЕКЦИОННЫХ СЕМЯН

Изобретение относится к сушке семенного зерна и может быть использовано в сельском хозяйстве и в системе заготовок, преимущественно для ценных сортов семян.

Известен способ сушки зерна в неподвижном слое, согласно которому материал загружают в сушильную камеру, вентилируют агентом сушки, охлаждают и разгружают.

Известно устройство для его осуществления, включающее топку, сушильную камеру, вентилятор, средства загрузки и разгрузки (С.Д. Птицын. Зерносушилки. М., Машгиз, 1968, с. 81).

Эти способ и устройство широко используются в сельском хозяйстве, но устройство требует ручного обслуживания (неоднократное ручное перемешивание зерна), а способ энергозатратен.

Известен способ сушки неподвижного слоя селекционных семян: температура агента сушки 35°C; толщина слоя 0,4-0,5 м, удельный расход сушильного агента 1800-1900 м³/м²·ч.

Известный способ обеспечивает высокое качество семян, высушенных при наименьших затратах, однако имеет место недоиспользование наиболее важного параметра - температурного фактора интенсификации процесса, так как при повышении температуры необходимо перемешивание слоя (P.M. Гамхошвили. Обоснование технологических и конструктивных параметров и разработка универсальной установки для сушки селекционных семян сельскохозяйственных культур. М.: 1975, 16 с.).

Этот способ наиболее близок по технической сущности к заявленному и принят за прототип.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса сушки.

Поставленная задача достигается тем, что в способе сушки селекционных семян, заключающемся в том, что слой продувают агентом сушки с расходом 1800-1900 м³/м²·ч, согласно изобретению температура агента сушки, по крайней мере, не ниже 35°C, высоту слоя рассчитывают по формуле:

,

где V - скорость агента сушки, м/с;

d - эквивалентный диаметр зерновки, м;

ε - порозность слоя;

β - коэффициент массоотдачи, м/с;

U₀, U₁, U₂ - влагосодержание паровоздушной пленки на поверхности зерновки (кг вл./кг сух. мат.), начальное и конечное влагосодержание агента сушки (кг вл./кг сух. возд.);

а допустимую температуру нагрева семян определяют по формуле:

,

где W - влажность зерна, %;

τ - длительность сушки, мин.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема устройства для сушки селекционных семян.

Устройство состоит из калорифера 1, вентилятора 2, воздушного канала 3, задвижки 4, решетки 5 сушильной камеры 6.

Сушку осуществляют следующим образом.

Семена загружают вручную или погрузчиком в сушильную камеру 6, включают последовательно вентилятор 2 и калорифер 1 и продувают слой агентом сушки. Высушенный материал охлаждают и разгружают. Разгрузку производят в мешки, закрепленные на бортах камеры 6 с помощью мешкодержателей при повороте камеры.

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют влажность семян, предельно допустимую температуру их нагрева и агента сушки. Затем рассчитывают по принятой скорости (удельному расходу) агента сушки высоту слоя, при которой неравномерность сушки не превысит ±1,5%, высушивают, охлаждают и разгружают.

Для определения допустимой высоты слоя, при которой неравномерность высушенных семян не превысит ±1,5% (согласно исходным требованиям), составим дифференциальные уравнения переноса влаги в слое.

Массу влаги, вынесенной агентом сушки из слоя, можно записать в виде:

где β - коэффициент массоотдачи, м/с;

ρ - плотность паров агента сушки, кг/м³;

dF - площадь, с которой испаряется влага, м²;

U₀, U - влагосодержание поверхностной пленки на поверхности зерновки (кг вл./кг сух. мат.) и агента сушки (кг вл./кг сух. возд.).

Ту же массу влаги можно представить в виде:

где G - расход паров агента сушки, кг/с.

Приравняв правые части выражений (1) и (2), получим:

Рассмотрев отдельный канал в слое, с поверхности которого испаряется влага, запишем:

dF=πd_эdl₀,

где d_э - эквивалентный диаметр канала в слое, м;

d - эквивалентный диаметр зерновки, м;

l₀ - длина канала, по которому проходит агент сушки, м.

Вследствие извилистости канала примем толщину слоя h=1,5l₀. Эквивалентный диаметр канала в слое равен:

,

где ε - порозность слоя.

Величину G можно выразить следующим образом:

где V₀ - скорость агента сушки в канале, м/с.

Скорость агента сушки в канале V₀ целесообразно выразить через скорость потока V над поверхностью слоя:

После интегрирования (3) в пределах от 0 до l и от U₁ до U₂ и упрощения получено:

где U₀, U₁, U₂ - влагосодержание паровоздушной пленки на поверхности зерновки (кг вл./кг сух. мат.), начальное и конечное влагосодержание агента сушки (кг вл./кг сух. возд.).

Термостойкость семян определяют по формуле С.Д. Птицына:

где W - влажность зерна, %;

τ - длительность экспозиции, мин (С.Д. Птицын. Зерносушилки М., Машгиз, 1962, с. 52).

Однако при сушке селекционных семян, которые характеризуются повышенной исходной неравномерностью по влажности отдельных зерновок из-за ранних сроков уборки к значению W в (7) следует прибавлять 10% (P.M. Гамхошвили, Обоснование технологических и конструктивных параметров и разработка универсальной установки для сушки селекционных семян сельскохозяйственных культур, М.: 1975, 9 с.).

Формула С.Д. Птицына таким образом для селекционных семян имеет вид:

Пример. Рассчитаем высоту слоя h и допустимую температуру нагрева селекционных семян.

Дано: Влажность семян пшеницы с d=3·10^-3 м W=21%, ориентировочная длительность сушки 3 ч, тогда θ_пд, рассчитанная по (8), составит θ_пд≈40°С, и температура агента сушки t₁=θ_пд+3°С=43°С, при начальной температуре семян 20°С, средняя составит - 30°С, порозность слоя - ε=0,4, а средняя температура отходящего агента сушки 32°С.

Влагосодержание семян и агента сушки будем определять по выражению U₀, U₁, U₂=0,622φP_н(P-φP_н), где φ - относительное влагосодержание агента сушки; P, P_н - атмосферное давление и давление насыщенного пара, кПа, также можно определить по соответствующим таблицам.

Поскольку влажность семян больше гигроскопической, то на поверхности имеет место быть паровоздушная пленка и φ≈0,99; P_н=5 кПа и U₀=0,032 кг/кг. При φ=0,6, температуре наружного воздуха 15°C его начальное влагосодержание U₁=0,007 кг/кг.

Примем влажность семян на поверхности слоя W=14+2%=6% (при этом верхнее отклонение +2%, нижнее - 1%). Этой величине W соответствуют φ=0,8 и величина U₂=0,02 кг/кг.

При этих условиях сушки β=0,8·10^-3 м/с и после вычислений имеем h≈0,26 м.

Близко к этой величине получена экспериментальная высота (0,20 м) (В.Ф. Кабанов. Исследование технологических приемов и рабочих органов, обеспечивающих интенсификацию сушки семенного зерна в плотном слое. - Диссерт. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук, М., 1979, с. 107-110).

Температура агента сушки на 8°C (43-35°С) превышает базовую, что интенсифицирует процесс сушки на ~20%, так как при повышении температуры агента сушки на 1°C производительность сушилки возрастает на 2…2,5%.