Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕВЕРСИВНОЙ СУШКИ СЕМЯН

Изобретение относится к сушке семян, преимущественно мелкосеменных культур, и может быть применен в сельском хозяйстве и в системе заготовок.

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

Известный способ обеспечивает равномерность сушки материала, однако достаточно малоинтенсивен, так как не предполагает повышение температуры агента сушки по сравнению с сушкой без реверсии в связи с длительностью односторонней продувки.

Известен способ сушки зерна, в котором энергосбережение и интенсификация достигаются в непосредственном слое камерных зерносушилок при температуре агента сушки, превышающей предельно допустимую для зерна и сокращенных циклах реверсирования, управляемых по локальному нагреву зерна на границах со свежим агентом сушки. Температура агента сушки согласуется в пределах 50...60°С, а продолжительность односторонней продувки от 360 до 20 мин, а сушку осуществляют в стационарном слое.

Известный способ обеспечивает равномерность сушки и энергосбережение (Алейников В.И. Интенсификация процесса сушки и энергосбережение в шахтных и камерных зерносушилках: Автореф. дисс.… докт. техн. наук. - Минск: 1988.-С. 42-43).

По своей технической сущности он наиболее близок к заявляемому и выбран за прототип.

Недостатком известного способа является низкая интенсивность сушки.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса реверсивной сушки с заданной неравномерностью семян по влажности.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе сушки семян, заключающемся в том, что их загружают, реверсивно продувают агентом сушки с температурой, превышающей предельно допустимую нагрева для семян, согласно изобретеню длительность односторонней продувки τ_р рассчитывают из соотношения

а предельно допустимую температуру нагрева семян определяют по формуле

где U₁, U₂ - начальное и конечное влагосодержание семян, кг вл./кг сух. м.;

А - коэффициент,

W_H, W_kp, W_k - начальная, критическая и конечная влажность семян, %;

r - теплота парообразования влаги, кДж/кг;

α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·°С):

τ - длительность сушки, мин;

t₁, θ_ср - температура агента сушки и средняя температура семян, °С;

t_oт.ср - средняя температура отходящего агента сушки,

t_м.т - температура мокрого термометра, °С;

f - удельная поверхность семян, м²/кг;

η - доля теплоты, пошедшая на испарение влаги;

H, h_n - высота слоя семян и пограничного слоя семян, h_n=3d_э (d_э - эквивалентный диаметр зерновки), м;

- предельно допустимая температура нагрева семян при двусторонней продувке (реверсивной), °С.

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

Устройство содержит вентилятор 1, топку 2, коллектор 3, сушильные камеры 4, воздушные камеры 5, задвижки 6 на воздушных камерах 5, задвижку 7 на выходе коллектора 3, диффузоры 8 на воздушных камерах 5, задвижку 9 на входе коллектора 3, задвижки 10 на диффузорах воздушных камер 5, средства загрузки 11 и разгрузки 12 семян.

Работу устройства осуществляют следующим образом.

Средством загрузки 11 влажный материал загружают в сушильные камеры 4, который высушивает при циркуляции или в потоке.

Разгрузку осуществляют через разгрузочное средство 12. Агент сушки готовят в топке 2 и нагнетают вентилятором 1 в коллектор 3, при этом задвижки 9 и 6 открыты, а задвижки 7 и 10 закрыты. Реверс агента сушки осуществляют при закрытии задвижек 6 и 9 и открытии 7 и 10.

Сушка мелкосеменных культур при односторонней продувке характеризуется повышенной неравномерностью по влажности, так как материал высушивается послойно, но если ограничить длительность односторонней продувки τ_р величиной допустимого влагосъема ΔW_i, который соответствует величине неравномерности сушки δ (согласно исходным требованиям для рядовых семян δ≤±1,5%, элитных - δ≤±1%), то в конце процесса будет выдержана заданная величина 5.

Для обеспечения заданной неравномерности сушки рассмотрим известное уравнение массопереноса относительно зерновки (Портнов В.В., Майоров В.В. Промышленные конвективные сушильные установки: Сб. задач. - Воронеж: Ворон. гос. техн. универ., 2003. - 5 с.):

где ΔU - влагосъем, кг вл./кг сух. м.;

τ₀ - отрезок времени, за который осуществлен влагосъем, ч;

J - интенсивность испарения влаги из материала,

- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·°С);

r - теплота парообразования влаги в материале, кДж/кг;

t₁, θ_ср - температура агента сушки и средняя материала, °С;

F - поверхность теплообмена, м²;

V - объем материала, м³;

ρ - плотность сухого материала, кг/м³.

Для реверсивной сушки уравнение массопереноса (1) преобразуем: величину - можно записать через удельную поверхность слоя f (м²/кг) и отношение высот фактического слоя - и пограничного слоя h_n (h_n≈3d_э, где d_э - приведенный диаметр зерновки), также учтем долю теплоты на испарение влаги η, тогда получим:

относительно τ уравнение (2) запишем:

где ΔU (ΔW_i) - допустимый влагосъем, кг вл./кг сух.м., ΔU=0,03 кг/кг.

Интенсификация процесса реверсивной сушки, в частности, достигается повышенной температурой агента сушки по сравнению с сушкой при односторонней продувке. Это явление объясняется более высокой допустимой температурой нагрева семян, обусловленная периодическим охлаждением семян отработавшим (отходящим) агентом сушки, имеющим более низкую температуру.

Однако температура отработавшего агента сушки является неизменной только в первый период сушки, когда она равна температуре мокрого термометра, во втором периоде наряду с повышением температуры семян возрастает температура отработавшего агента сушки. Так как она повышается от температуры мокрого термометра до температуры, отстающей в конце сушки от температуры свежего теплоносителя в среднем на ~10°С. Следовательно, в первом периоде при реверсивной сушке время воздействия на семена сокращается вдвое, а во втором периоде - пропорционально отношению длительности второго периода к общему времени сушки и средней температуры отходящего агента сушки к свежему.

Формулу Птицына С.Д.

(Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - 52 с.) в случае реверсивного режима сушки можно переписать в виде:

где А - равняется, опуская предварительные выкладки,

W_н, W_кр, W_к - начальная, критическая и конечная влажность материала, %;

τ - время сушки, мин;

t_oт.ср. - средняя температура отходящего агента сушки,

t_м.т., t₁ - температура мокрого термометра и свежего агента сушки, °С.

Если будем рассматривать реверсивную сушку для первого периода W_кp=WK_к, то А=0,5 и приращение температуры θ′_пд по сравнению с θ′_пд составит ~3°С, если же сушку в целом, то ~3,5-4°С.

Гравитационное перемещение материала позволяет существенно повысить температуру агента сушки и производительность сушилки.

Пример 1. Рассчитаем температуры Δθ, θ′_пд и продолжительность односторонней продувки τ_р при сушке семян райграса исходной влажностью 24% с допустимой неравномерностью сушки δ=±1,5% в колонковой сушилке с толщиной слоя 0,3 м.

Дано: Производительность сушилки 1,5 т/ч, расход агента сушки 15000 м³/ч, удельные затраты теплоты на испарение 1 кг влаги 5 МДж/кг, количество испаренной влаги составит 204 кг. При t₁=50°С, температуре наружного воздуха 20°С длительность сушки составит τ=135 мин.

При t_м.т.=18°С, t_oт.ср.=29°С, W_кp=20% имеем А=0,69, Δθ=2°С, θ′_пд=θ_пд+Δθ=44+2=46°С.

Для расчета τ_р примем ΔU=0,03 кг вл./кг сух.м.; α=17,5 Вт/м²·°С; η=0,6; d_п=2 мм; f=3 м²/кг; r=2730 кДж/кг; H=0,3 м; θ_ср=t_м.т.+ θ_пд=32°С. Предварительно примем t₁=50°С.

После расчета по (3) получим τ_p=0,64 ч.

Пересчитаем τ_р с учетом θ′_пд=46°С и более высоком допустимом t₁,. Повышение θ_пд на 5°С позволяет в зерносушилках для указанной в примере влажности повысить температуру с 50°С до 75°С, т.е. перейти на продовольственный режим сушки (Баум А.Е., Резников В.А. Сушка зерна. - М.: Колос, 1983. -123 с.).

Для нашего случая Для безопасности примем t₁=55°С и τ_р=0,56≈40 мин.

Пример 2.

Семена райграса влажностью 24% сушили в колонковой сушилке СЗТ-5М в «ООО Извеково» Смоленской области как с реверсом, так и с односторонней продувкой при скорости агента сушки 0,35 м/с и температуре 53°С в основном опыте и 50°С в контрольном в циклическом режиме.

Средняя длительность односторонней продувки составила 20 мин, максимальная температура нагрева семян 41…42°С, длительность сушки семян с реверсом τ≈4 ч на 8% меньше, чем без реверса.

Неравномерность на сушке заменили каждые 10 мин, средняя величина неравномерности влажности семян, высушенных на реверсе, составила δ=±2,1%, с реверсом δ=±1,0.

Повышение температуры агента сушки на 1°С обеспечивает повышение производительности на ~2,5%, таким образом, производительность сушки возрастет на 20…25%.