Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ БЕЗОПАСНОЙ СУШКИ СЕМЯН

Изобретение относится к сушке семян и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Известен способ сушки семян, при котором влажный материал загружают, вентилируют агентом сушки со съемом 3-4% влаги за пропуск, количество пропусков устанавливают в зависимости от начальной и конечной влажности семян. Между пропусками применяют отлежку (Шаршунов В.А., Рукшан Л.В. Сушка и хранение зерна. - Минск: Мисанта. - С. 106-107).

Известный способ способствует перераспределению влаги в зерновке и снижению градиента влагосодержания, тем самым обеспечивает безопасную сушку при температуре нагрева ниже допустимой. Однако он достаточно длителен и требует развитой инфраструктуры хозяйства.

Известен способ, заключающийся в том, что скорость агента сушки ограничивают величиной коэффициента теплоотдачи α, что обеспечивает безопасность сушки (Патент РФ №2498177, опубл. 10.11.2013, Бюл. №31).

Недостатком известного способа является то, что зависимость, по которой определяют α, содержит ряд трудно-определяемых величин, в частности δ - толщину сферы оболочки, Ko - число Коссовича.

Технической задачей изобретения является повышение безопасности сушки семян или зерна путем ограничения скорости агента сушки при интенсивных режимах.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе сушки семян или зерна, заключающемся в том, что семена загружают, вентилируют агентом сушки, охлаждают и разгружают, согласно изобретению скорость агента сушки ограничивают величиной:

где α - коэффициент теплоотдачи;

ν - коэффициент кинематической вязкости агента сушки, м²/с;

λ - коэффициент теплопроводности агента сушки, Вт/м·°С;

где r - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;

H, h₀ - высота слоя в сушилке и пограничного слоя семян или зерна, м (h₀=2…3 d_э; d_э - эквивалентный диаметр зерновки);

f - удельная поверхность зерновки, м²/кг;

t, θ_ср - температура агента сушки и средняя температура семян или зерна, °C;

η - доля теплоты, пошедшей на нагрев семян или зерна.

Способ безопасной сушки семян заключается в том, что семена загружают, включают вентилятор, калорифер и вентилируют агентом сушки. При толщине слоя семян более 0,18…0,2 м необходимо один-два раза их перемешать.

Способ безопасной сушки семян осуществляют следующим образом.

Определяют значение высоты слоя H в сушилке, рассчитывают высоту h₀ пограничного слоя, по таблицам определяют удельную поверхность зерновки f, удельную теплоту испарения влаги r и рассчитывают допустимую величину коэффициента теплоотдачи α и скорость агента сушки V.

Материал загружают, вентилируют агентом сушки, охлаждают и разгружают.

Известно, что величина допустимого влагосъема для пшеницы ограничена величиной:

где ΔW - влагосъем в %, а τ - время сушки в минутах (Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - 58 с.).

В начале процесса сушки удаление влаги из семян происходит достаточно быстро и при влажности больше гигроскопической (W>21…22%) интенсивное удаление 2…3% влаги не отражается на их качестве. Этим объясняется наличие второго члена в правой части выражения (1).

При меньшей влажности, когда фронт испарения углубляется в зерновку, возникает градиент влагосодержания и возможно травмирование ткани семени при интенсивной сушке, поэтому скорость агента сушки должна быть ограничена, т.е. снижена величина α.

В большинстве случаев зерно высушивают при влажности ниже гигроскопической (второй период), поэтому влагосъем в 2-3% целесообразно не рассматривать, тогда выражение (1) принимает вид:

Длительность сушки частицы шарообразной формы может быть записана в виде (Сажин Б.С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984. - С. 79-80):

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

r - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;

f - удельная поверхность частицы, м²/кг;

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

t, θ_ср - температура агента сушки и средняя температура частиц, °C;

η - доля теплоты, пошедшей на нагрев частицы, (ΔQ_н, ΔQ_ис - затраты тепла на нагрев и испарение влаги, кДж (для второго периода сушки η≈0,4).

Длительность сушки слоя соответственно:

где H, h₀ - высота слоя и пограничного слоя (h₀=2…3 d_э, d_э - эквивалентный диаметр зерновки, м).

После решения системы уравнений (2) и (4), предварительно переведя ΔW (%) в ΔU (кг/кг), относительно α получим:

Примем во внимание, что скорость агента сушки можно выразить через (Re - число Рейнольдса; ν - кинематическая вязкость агента сушки, м²/с; d_э - эквивалентный диаметр зерновки, м), а величину (Nu - число Нуссельта; λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м·°C) (Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - 65 с.).

Окончательно получим:

Предложенный способ сушки позволит обеспечить безопасность процесса при интенсивных режимах сушки.

Пример расчета скорости агента сушки V.

Высушивали семена пшеницы в лотковой сушилке H=0,2 м; h₀=0,01 м; влажностью W=21%; t=60°C; θ_ср=31°C; η=0,4; r=2,7 МДж/кг; f=1,5 м²/кг; при λ=0,025 Вт/м·°C и ν=20·10^-6 м²/с.

Получим α≈48 Вт/м²·°C и V=0,54 м/с, что несколько выше рекомендуемой для селекционных семян (0,5 м/с) (Гамхошвили P.M. Обоснование технологических и конструктивных параметров и разработка универсальной установки для сушки селекционных семян сельскохозяйственных культур: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. - М.: ВИМ, 1975).