Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНТЕЙНЕРНОЙ СУШКИ СЕМЯН И ЗЕРНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

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, 81 с.).

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

Известен способ сушки зерна, согласно которому его загружают, гравитационно перемещают, воздействуют агентом сушки, инвертируют, охлаждают и разгружают (В.А. Шаршунов, Л.В. Рукшан. Сушка и хранение зерна. Минск, Мисанта, 2010, с. 271-275).

Инвертирование зерна осуществляют в шахте колонковой сушилки, при этом переставляют местами слои, прилегающие к решеткам.

Этот способ наиболее близок к заявленному и принят за прототип.

Недостатком способа являются неполная перестановка слоев: пограничные части слоя, прилегающие к решеткам, переставляет не к противоположным решеткам, а ближе к середине слоя, что в меньшей степени снижает неравномерность сушки, чем при полной перестановке, когда пограничные слои переставляют к противоположным решеткам.

Известно устройство для контейнерной сушки в ящиках-контейнерах, содержащих перфорированное днище с разгрузочными створками, вентилятор, калорифер, средство перемещения (Г.А. Ровный, Современное состояние и основные направления развития сушильных установок для малосыпучих сельскохозяйственных материалов. Г.А. Ровный, Ф.Л. Фрегер, А.В. Авдеев, И.Л. Фишман. М., ЦНИИТЭИ тракторосельхозмаш, 1974, с. 12-13).

Это устройство по своей технической сущности наиболее близко к заявленному и принято за прототип.

Однако оно не обеспечивает необходимую по исходным требованиям неравномерность сушки (δ≤±1,5%), так как она достигает ±3,6%.

Задачей изобретения является обеспечение неравномерности сушки в пределах δ≤±1,5%.

Задача достигается тем, что в способе контейнерной сушки, заключающемся в том, что зерно загружают, воздействуют агентом сушки, инвертируют, охлаждают и разгружают, согласно изобретению его инвертируют в стационарном слое с перегрузкой в другой контейнер по достижении на высоте слоя h_кр температуры зерна , перегружают n раз тонкими слоями, при этом , где h_кр - критическая высота слоя, удовлетворяющая условию δ≤±1,5%, м (δ - неравномерность сушки); W_н, W_к - начальная и конечная влажность зерна, %; θ_н, θ_к - начальная и конечная температура θ_к=(t₁-3°C)≤θ_пд (t₁ - температура агента сушки, °C; θ_пд - предельно допустимая температура нагрева зерна, °C).

Задача достигается также тем, что устройство для контейнерной сушки, содержащее контейнер, вентилятор, калорифер, топку, средство перемещения контейнера, согласно изобретению снабжено диффузором (обелиском) с центральным углом не более α=180-2β, где β - угол трения зерна по поверхности диффузора.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 приведена схема устройства для контейнерной сушки; на фиг. 2 - процесс перегрузки в другой контейнер.

Устройство для контейнерной сушки зерна включает калорифер 1, вентилятор 2, воздушный канал 3, решетку 4, уплотнение 5, гнездо 6, разгрузочное отверстие 7, задвижку 8, контейнер 9, диффузор (обелиск) 10, установленный на контейнере, желоб 11, погрузчик 12, датчик температуры зерна 13.

Устройство работает следующим образом.

Контейнер 9 загружают зерном, устанавливают в гнездо 6, продувают агентом сушки, подготовленным в калорифере 1 вентилятором 2. По достижении на высоте слоя h_кр температуры зерна, равной (h_кр - критическая высота, удовлетворяющая условию неравномерности сушки δ≤±1,5%), м; θ_н, θ_к - начальная и конечная температура зерна, °C, причем θ_к=(t₁-3°C)≤θ_пд (θ_пд - предельно допустимая температура зерна, °C), погрузчиком 12 зерно из контейнера пересыпают в другой, вращая его относительно оси, проходящей параллельно желобам 11.

После опорожнения контейнер 9 заполняют влажным зерном, а досушивают и охлаждают зерно в другом контейнере.

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют влажность зерна и критическую высоту слоя h_кр, заполняют контейнер материалом с высотой слоя Н=2h_кр. На высоте h_кр устанавливают датчик температуры 13. Воздействуют на зерно агентом сушки, по достижении температуры θ_ср пересыпают зерно в другой контейнер тонким слоем h_c≈2…4d_э (где d_э - эквивалентный диаметр зерновки, таким образом, чтобы порядок расположения этих слоев поменялся на обратный, вновь воздействуют агентом сушки, высушивают материал до кондиционной влажности (которую, например, можно определить по температуре отработавшего агента сушки (на 3-5°C выше θ_к), охлаждают и разгружают.

На решетке 4 образуется и смещается по ходу агента сушки фронт сушки высотой h_кр (например, в нижней части которого влажность зерна равна 12,5, в середине - 14,0, а в верхней - 15,5%). Причем высота h_кр зависит от исходной влажности зерна, так, например, при влажности 22…20%, h_кр=0,17…0,19 м, а при 25…30% снижается до 0,15…0,16 м в области температур и скоростей агента сушки, характерных для семенного режима сушки (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 высушенного зерна на решетке составляет θ_к=(t₁-3°C)≤θ_пд, а на высоте , принимая, что температура возрастает прямо пропорционально снижению влажности зерна.

Послойное пересыпание зерна из контейнера 9 осуществляется его плавным вращением, при этом материал движется по наклонной поверхности, образованной контейнером и диффузором (обелиском). Для формирования слоя, начиная с большей влажности и заканчивая меньшей, необходимо послойное смещение материала. Это достигается торможением тонкого слоя, сходящего по диффузору.

Величина ограничивается величиной допустимого влагосъема в 6%, а тонкими слоями материал перегружают для снижения неравномерности сушки.

Полное опорожнение бункера возможно, когда его ось при вращении совпадет с вертикалью, при этом центральный угол составит α≤180-2β, где β - угол трения при движении зерна по поверхности диффузора.

Пример 1. Расчет кинетики контейнерной сушки при δ≤±1,5% без отлежки

Дано: семена пшеницы, начальная влажность W_н=20%; конечная W_к=14%; h_кр=0,19 м; δ=±1,5%.

Контейнер: площадь решетки 1×1 м, расход вентилятора θ_в=1000 м³/ч.

Допустимый по исходным требованиям влагосъем - 6%. Выбираем высоту слоя h=2h_кр≈0,4 (с учетом усадки). Предельно допустимая температура нагрева семян θ_пд=49°C, но с учетом неравномерности семян по влажности выбираем на 5°C ниже, а рекомендуемая температура агента сушки t₁=θ_пд+3°C=47°C (В.И. Анискин, Г.С. Окунь. Технологические основы оценки работы зерносушильных установок. М.: ГНУ ВИН, 2003, с. 80-82).

Тогда при начальной температуре зерна θ_н=20°C, θ_ср=32°C.

По достижении температуры зерна θ_ср на высоте h_кр=0,19 м слой инвертируют и продолжают сушку.

Количество испаренной влаги за весь процесс составит:

,

где G - исходная масса зерна, G=F·H·γ=1·0,4·750=300 кг;

F - площадь решетки, м²;

γ - объемная масса зерна, кг/м³.

Расход теплоты составит:

Q_т=Q_в·с·ΔT=27·10³ кДж/ч,

где с - теплоемкость агента сушки, кДж/кг·°C;

ΔT - перепад температуры, °C, ΔT=47-20=27°C.

Длительность сушки составит:

,

где q - удельные затраты теплоты на испарение влаги, q=5,54 МДж/кг.

Пример 2. Расчет кинетики контейнерной сушки с отлежкой

Дано: W_н=25%; W_к=14%; h_кр=0,14 м; θ_пд=42°C; t₁=45°C; θ_н=20°C; θ_ср=33°C; H=2h_кр≈0,27 м; ΔW₁=5%; ΔW₂=6%.

Режим сушки следующий: первоначальный съем 5% влаги - ΔW₁=5%, а после отлежки ΔW₂=6%, при этом слой дважды инвертируем (т.е. перегружаем), длительность отлежки составляет 0,5…1 ч, за это время выровнивается поле влажности в зерновке.

Масса загруженного материала в контейнере составит:

G₁=F·H·γ=1·0,27·750=202,5 кг.

Количество испаренной влаги составит:

.

Количество подведенной теплоты составит:

,

где ΔT₁=43-20=23°C.

Длительность сушки до отлежки составит:

.

Масса зерна после первого влагосъема составит:

.

Количество испаренной влаги после отлежки составит:

.

Количество подведенной теплоты составит:

.

Длительность сушки после отлежки составит:

.

Суммарное время сушки без учета времени отлежки составит:

Στ=5,8 ч.

Пример 3. Зерно влажностью 25% и параметрами по примеру 2 при лабораторных исследованиях продували поочередно с двух сторон агентом сушки с температурой t₁=45°C и скоростью 0,5 м/с в кассете с высотой слоя Н=2h_кр=0,28 м и диаметром 0,1 м. На высоте h_кр=0,14 м от решеток был установлен термометр.

По достижении температуры зерно на этой высоте θ=32…33°C и кассету переворачивали и продолжали сушку до кондиционной влажности. Затем зерно охлаждали и разгружали с периодическим отбором навесок на влажность.

По результатам опыта установлено, что предельное отклонение при средней влажности при температуре θ=θ_пд=42°C высушенного зерна до 13,5% не превышает δ=±1,1%.

При контрольном опыте в той же кассете, при тех же условиях сушки, но с односторонней продувкой конечная влажность составила 13,9%, а δ=+2,0%, δ=-1,9%.

Эффективность предложенного способа контейнерной сушки обусловлена инвертированием слоя, при котором реализуется реверс агента сушки, и неравномерность сушки снижается вдвое по сравнению с односторонней продувкой.