Результат интеллектуальной деятельности: Способ безопасной сушки семян в плотном слое

Изобретение относится к сушке семян преимущественно ценных сортов и может быть применено в сельском хозяйстве и в системе заготовок.

Известен способ сушки семян в шахтных сушилках при температурных режимах: нагрева семян от 40 до 45°С и агента сушки от 55 до 70°С.

Температуру агента сушки выбирают в зависимости от влажности и культуры семян (Витоженц Э.Н., Окунь Т.О., Чижиков А.Г., Добычин Н.А. Рекомендации по использованию материально-технической базы для сушки семян зерновых и других культур в семеноводческих хозяйствах. - М.: Колос, 1993. - 15 с.). Эти температурные режимы нашли применение в сельском хозяйстве, но они не обеспечивают безопасную сушку семян, хотя и допускают сравнительно быструю обработку урожая. Как правило, они в семеноводческих хозяйствах не применяется из-за риска снижения качественных показателей семян.

Известен способ сушки селекционных семян влажностью до 30% в неподвижном слое сушилки: температура сушильного агента t=35°C, удельный расход - q=1800-1900 м³/(м²⋅ч), толщина зернового слоя - h=0,4-0,5 м (Гомхошвили P.M. Обоснование технологических и конструктивных параметров и разработка универсальной установки для сушки селекционных семян: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. - М., 1975).

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

Однако он малоинтенсивен и не обеспечивает своевременную обработку урожая с больших площадей.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса сушки семян.

Задача решается тем, что в способе сушки семян, заключающимся в том, что семена загружают в сушилку неподвижным слоем высотой 0,4-0,5 м, воздействуют агентом сушки, охлаждают и разгружают, согласно изобретению температура агента сушки определяется по формуле

где А - постоянная величина для каждой культуры;

r - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;

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

- удельная поверхность семян, м²/кг;

η - доля теплоты, пошедшей на испарение влаги;

θ_пд – предельно допустимая температура нагрева зерна, °С.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 представлена схема сушилки.

Устройство для сушки семян включает теплогенератор 1, диффузор 2, вентилятор 3, воздушный канал 4, решетки 5, сушильную камеру 6. В сушильной камере находится материал 7.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Влажные семена загружают в сушильную камеру 6 высотой 0,4-0,5 м, продувают с расходом 1800-1900 м³/(м²⋅ч), с температурой агента сушки, обеспечивающей безопасный процесс. Агент сушки готовят в теплогенераторе 1, через диффузор 2 нагнетают вентилятором 3 в воздушный канал 4, через решетку 5 - в слой материала 7.

Каждые 1-2 ч слой перемешивают согласно агротехническим требованиям на неравномерность сушки. Высушенные семена охлаждают до температуры, не превышающей на 8…10°С температуру наружного воздуха, и разгружают.

Тепловой баланс сушки записывают в виде

где α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²⋅°С);

F - теплообменная поверхность материала, м²;

G - масса материала, кг;

- удельная поверхность материала,

t, θ - температура агента сушки и материала, °С;

η - доля теплоты на испарение влаги;

U - влагосодержание материала, кг вл./кг сух. мат.;

τ - время, ч (Сажин Б.С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984. - 79 с.).

Приняв во внимание, что при сушке в плотном слое температура зерна от начальной θ_н быстро возрастает и достигает в пограничном слое предельно допустимой θ_пд, выражение (1) можно записать

Известно, что влагосъем семян (ΔW%) при сушке имеет ограничения, обусловленные допустимой скоростью сушки. Экспериментально установлены предельные значения ΔW семян ряда культур (Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - 56 с.), так, для семян пшеницы - ΔW=0,185 τ + 3,0; для семян гороха, кукурузы - ΔW=0,1 τ + 2,0 (где τ - в минутах).

В приведенных выше выражениях второй член характеризует допустимый процент влаги, который можно снять с наружных покровов семян при влажности более 25% (Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - С. 51-52) без снижения качественных показателей.

Пренебрегая вторым членом в этих выражениях, так как весьма высокие значения влажности для качественного семенного материала не характерны, можно записать

где А - постоянная величина, различающаяся от вида культур.

Приравнивая правые части выражения (2) и (3), приняв во внимание, что А можно вычислить

где W_н, W_к - начальная и конечная влажность зерна при W_к=14%; получим относительно t

Пример 1. Рассчитаем безопасную величину t при сушке семян с исходной влажностью W_н=25% до W_к=14%.

Предельно допустимую температуру θ_пд определим из Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - С. 51-52. Получим θ_пд=42°С, коэффициент теплоотдачи α при удельном расходе 1800-1900 м³/(м²⋅ч) (скорость агента сушки ~ 0,5 м/с) составит 23 Вт/(м²⋅°С); ≈1,1 м²/кг; величину η определим из

где ΔU - влагосъем при сушке, ΔU≈0,3 кг/кг;

Δ - приращение температуры, Δθ=θ_пд-θ_н=43-20=23°С;

θ_н - начальная температура, θ_н=20°С;

с - теплоемкость семян, с=1,9 кДж/(кг⋅°С);

после вычисления получим η=0,9.

Окончательно получим t=49°С.

При сушке семян обычно температуру агента сушки принимают на 2-3°С выше предельно допустимой, т.е. по данному способу температуру можно принять на 7°С выше, и повышение производительности сушилки составит (5×2,5%) 12%.

Пример 2. Рассчитаем величину t при сушке семян гороха. Так как ΔW=0,1 τ + 2,0, то, пренебрегая вторым членом, получим A=0,09; примем α=25 Вт/(м²⋅°С); =0,7 м²/кг; η=0,91; θ_пд=40°С.

После вычислений получим t=44°С, т.е. на 4°С выше θ_пд.

По сравнению с рекомендуемыми режимами t на 9°С выше, что позволит снизить длительность сушки и соответственно затраты теплоты как минимум (9×2,5%) на 23%.