Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ СУШКИ СЕМЯН И ЗЕРНА

Способ может быть применен в сельском хозяйстве и в системе заготовок, преимущественно на семенах повышенной влажности.

Известен способ сушки растительных материалов, согласно которому на слой воздействуют агентом сушки с периодичностью реверсии 1,5…3 ч при ее длительности 9…18 ч (Зеленко В.И. Конвективная сушка сельскохозяйственных материалов в плотном слое, Тверь, Тверская обл. книжно-журн. изд., 1998, с. 58).

Этот способ обеспечивает регламентированную (δ≤±1,5%) неравномерность сушки семян, однако достаточно малопроизводителен, так как не допускает применение повышенной температуры агента сушки.

Известен способ сушки зерна при температуре агента сушки 50…60°C, превышающей предельно допустимую нагрева зерна при сокращенных циклах реверсирования от 20 до 360 мин. Энергосбережение обеспечивается частичной рециркуляцией агента сушки или использованием отработанного агента сушки для подсушки початков кукурузы (Алейников В.И. Интенсификация процесса сушки и энергосбережение в шахтных и камерных зерносушилках: Автореф. дисс. докт. техн. наук. - Минск, 1988. - С. 42-43) (прототип).

Известный способ обеспечивает равномерность сушки, что особенно актуально для зерна повышенной влажности, но характеризуется низкой интенсивностью процесса в связи с невысокой температурой агента сушки, а энергосбережение требует существенных капитальных затрат на инфраструктуру.

Известно устройство для реверсивной сушки зерна, содержащее загрузочный бункер, сушильную и охладительную камеры, диффузор, воздушными полостями с клапанами, которыми осуществляют реверс агента сушки, топку, вентилятор, средства загрузки и разгрузки зерна (Патент РФ №2466793, 20.11.12. БИ №32). Это устройство имеет резервы энергосбережения при интенсификации процесса сушки.

Технической задачей изобретения является энергосбережение при повышении интенсивности процесса путем реализации комбинированной сушки.

Задача решается тем, что в комбинированном способе сушки семян и зерна, заключающемся в том, что семена и зерно загружают, гравитационно перемещают, реверсивно продувают агентом сушки с циклами от 20 до 360 мин, согласно изобретению, в циклах поочередно используют агент сушки с повышенной t₁ и пониженной t₂ температурой, причем температуру t₂ определяют по формуле:

где α - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·°C;

f - удельная поверхность зерна, м²/кг;

η - доля теплоты, возвращенной при охлаждении зерна;

θ′_пд - предельно допустимая температура нагрева зерна, °C;

с - теплоемкость зерна, кДж/кг·°C;

Δθ - допустимая величина приращения температуры зерна, °C;

τ - длительность воздействия агента сушки с пониженной температурой, ч.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема устройства для комбинированной сушки семян и зерна; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Устройство комбинированной сушки семян и зерна содержит загрузочный бункер 1, сушильную камеру 2, воздушную камеру 3, охладительную камеру 4, охлаждающий вентилятор 5, реверсивные каналы 6, рециркуляционный транспортер 7, разгрузочный транспортер 8, разгрузочную норию 9, диффузор 10, вентилятор 11 агента сушки, топку 12, загрузочную норию 13, датчики минимальной 14 и максимальной 15 температуры агента сушки, клапаны 16 на реверсивных каналах 6, воздушная полость 17, клапан 18 воздушной полости 17, клапана 19 воздушных камер 3. На схеме также указаны влажное зерно 20, рециркулирующее зерно 21, высушенное зерно 22.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Влажное зерно 20 норией 13 последовательно загружают в охладительную 4 сушильную 2 камеры загрузочный бункер 1, осуществляют циркуляцию зерна с загрузкой его в транспортер 7, норию 13 и т.д.

Агент сушки готовят в топке 12, вентилятором 11 нагнетают в воздушную полость 17, далее он поступает в воздушные камеры 3 и через клапаны 19 покидает устройство, при этом клапаны 16 перекрывают реверсивные каналы 6, а клапан 18 закрыт. Реверс агента сушки осуществляют открытием клапанов 6 и 18 и закрытием клапанов 19.

После подсушки зерна до кондиционной влажности устройство переводят на поточную работу - высушенное зерно разгружают на транспортер 8, подают в норию 9 и выводят из устройства.

Осциллирование (изменение температуры) агента сушки осуществляют следующим образом - по достижении максимальной или минимальной температуры агентом сушки срабатывают датчики 14 и 15 в диффузоре, при этом отключается или включается основная подача топлива, при сохранении подачи ее меньшей части.

Способ осуществляют следующим образом.

Материал загружают, гравитационно перемещают, реверсивно продувают агентом сушки, который осциллируют.

Суть комбинированного режима заключается в том, что на материал периодически воздействуют подогретым (с повышенной температурой) и слабо подогретым (с пониженной) агентом сушки и после одного или нескольких циклов осциллирования агент сушки реверсируют. В отличие от осциллирующего режима температура неподогретого агента сушки может быть повышена, это обусловлено тем, что при реверсировании вдвое сокращается время воздействия подогретого агента сушки и соответственно допустимо более высокое значение θ_пд.

Кроме того, воздействие на семена и зерно слабо подогретым агентом сушки, в отличие от неподогретого, при осциллирующем режиме снижает потери тепла с отходящим агентом сушки, а реверсирование агента сушки обеспечивает допустимую неравномерность по влажности высушенных семян и зерна.

Для определения температуры слабо подогретого агента сушки t₂ составим тепловой баланс процесса.

Тепло, отданное зерном слабо подогретому агенту сушки, можно записать в виде:

где τ - длительность воздействия агента сушки с пониженной температурой, ч;

α - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·°C;

Н, h_п - высота слоя и пограничного слоя зерна, (h_п=3d_э, d - эквивалентный диаметр), м;

f - удельная поверхность зерна, м²/кг;

η - доля теплоты, возвращенной при охлаждении зерна;

θ′_пд - предельно допустимая температура зерна, θ′_пд=θ_пд+Δθ.

Предельно допустимая температура зерна, при неизменных температуре и направлении агента сушки, определяется по формуле (Птицын С.Д. Зерносушилки, Машгиз, М., 1962, с. 52).

где W - исходная величина зерна, %;

τ* - длительность сушки при постоянных температуре и направлении агента сушки, мин.

Допустимую величину приращения температуры зерна при комбинированном режиме запишем:

где Δθ₁, Δθ₂ - приращение температуры зерна за счет осциллирования и реверсирования агента сушки, °C. Эти оба слагаемых можно определить из третьего члена выражения (2).

Величина (где τ_п - длительность воздействия на зерно подогретым агентом сушки), величина Δθ₂≈0,5·10logτ*.

Для наиболее распространенных случаев сушки зерна τ*=60…200 мин, в случае реверса Δθ₂=0,5…1,5°C, а для симметричного осциллирования Δθ₁=2…3°C следовательно для комбинированного режима Δθ=2…4°C.

Тепло Q также можно записать в виде:

где с - теплоемкость зерна, кДж/кг·°C.

Приравнивая (1) и (2), после решения t₂ имеем:

В диффузоре устройства размещают два датчика, ограничивающие колебания температуры агента сушки, которые передают сигнал на пульт управления топкой: при срабатывании первого датчика 15 отключается одна из двух горелок, при срабатывание второго датчика 14 - включается эта же горелка, т.е. топка работает по принципу «большой» и «малый» огонь.

Пример 1. Рассчитаем температуру слабо подогретого агента сушки и другие параметры процесса на примере сушилки СЗТ-5М, разработанной ООО «ОКБ по теплогенераторам» для реверсивной сушки семян и зерна.

Дано: семена пшеницы исходной влажностью 23% высушивают в комбинированном режиме до влажности 14%, принято α=20 Вт/м²·°C; f=1,5 м²/кг; η=0,4; с=2,0 кДж/кг·°C; θ_пд=42°C; Δθ=3°C; θ′_пд=45°C.

Режим работы сушилки следующий: цикл реверса 0,5 ч, в нем размещают два цикла осциллирования по 0,25 ч, в случае симметричного осциллирования τ=0,125 ч.

Тогда по (4) получим t₂=41°C. Величину t₁ можно принять t₁=(1,5…2)t₂ (Шаршунов В.А., Рукшан А.В. Сушка и хранение зерна. Минск, Мисанта, 2010, с. 315-347).

Примем t₁≈80°C, на эти значения температур следует настроить датчики в диффузоре сушилки.

Средняя температура агента сушки при комбинированном режиме составит ~60°C, в то время как при постоянном температурном режиме и без реверса допустимая температура агента сушки не превышает 50-55°C.

Пример 2. В лабораторной установке с диаметром кассеты 100 мм и высотой 0,25 м высушивали семена пшеницы с влажностью от 23 до 13% при следующих условиях: длительность реверса 20 мин, η цикла осциллирования по 10 мин (периоды по τ=5 мин), температура подогретого агента сушки 75°C, слабо подогретого - 35°C, скорость агента сушки - 0,5 м/с. Контрольный опыт - без осциллирования и реверсирования - проводили для тех же условий при температуре агента сушки 50°C.

Температура семян в конце опыта не превысила для всех опытов 44°C. Продолжительность опыта с комбинированным режимом сушки составила 2,5 ч, контрольного - 28,5 ч, т.е. установлено повышение интенсивности сушки на 14% и при этом затраты тепла снизились на ~15%.