Результат интеллектуальной деятельности: Способ сушки семян и зерна и устройство для его осуществления

Изобретение относится к сушке семян и зерна преимущественно повышенной влажности и может быть использовано в сельском хозяйстве, в системе заготовок.

Известен способ сушки зерна в установках периодического действия: порцию зерна загружают в сушильную камеру, подвергают воздействию сушильного агента в течение определенного времени, охлаждают и разгружают.

Известно устройство для осуществления этого способа, содержащее сушильную камеру, источник тепла и вентилятор (Анискин В.И., Окунь Г.С. Технологические основы оценки работы зерносушильных установок. М.: ГНУ ВИМ, 2003, с. 140-143).

Эти установки, как правило, просты по конструкции, несложны в обслуживании и широко распространены в сельском хозяйстве РФ, особенно в фермерских и малых хозяйствах (менее 500 т зерна в сезон). Однако они малопроизводительны и энергозатратны.

Известен осциллирующий способ сушки зерна с воздействием на него подогретым и неподогретым агентом сушки и промежуточными отлежками. Подогрев осуществляют в опускающемся слое, а отлежки - в плотном слое при циркуляции зерна. При отлежке учтено перераспределение влаги в зерновке и обоснована длительность отлежки для типичного процесса сушки зерна в 0,5 ч (пат. №2519809 РФ Способ сушки семян и зерна и устройство для его осуществления / Голубкович А.В., Павлов С.А., Лукин И.Д., Машковцев М.Ф. // 2014. Бюл. №17).

Этот способ сушки наиболее близок к заявленному и принят за прототип, однако несмотря на энергоэффективность и высокое качество полученных семян и зерна пригоден только для выравненных по исходной влажности материалов.

При невыравненной исходной влажности зерно пересушивают, что ведет к непроизводительным затратам тепла и снижению производительности.

Известно мобильное устройство для циркуляционной сушки семян и зерна, включающее камеру сушки с надсушильным бункером, внешний и внутренний перфорированные цилиндры, вертикальный шнек, который непрерывно перемещает зерно в камере, калорифер, вентилятор, систему загрузочных и разгрузочных средств и колесный ход (Мобильные зерносушилки МЕСМАР SSI25/210T2. Электронный ресурс http:/www/baitekmach:nery./ru/).

Известное устройство наиболее близко к заявленному и принято за прототип, но оно эффективно работает при выравненной исходной влажности зерна.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы мобильных зерносушилок, которые нашли широкое распространение в сельском хозяйстве РФ при высушивании небольших партий семян и зерна с невыравненной исходной влажностью.

Поставленная задача достигается тем, что в способе сушки семян и зерна, заключающемся в том, что материал загружают, циркулируют, периодически отлеживают и воздействуют подогретым и неподогретым агентом сушки, высушивают, охлаждают и разгружают, согласно изобретению длительность τ_от промежуточных отлежек определяют по формуле:

,

где U'_max, U'_min - максимальное и минимальное влагосодержание исходного зерна, кг вл./кг сух. мат.;

ΔU_ц - влагосъем за цикл;

, U_к - среднее исходное и конечное влагосодержание зерна, кг вл./кг сух. мат.;

;

V _к - скорость контактного массопереноса, кг вл./кг сух. мат.⋅ч,

но не менее 0,5 ч.

Поставленная задача достигается также тем, что устройство, содержащее надсушильный бункер, камеру сушки, внешний и внутренний перфорированные цилиндры, вертикальный шнек, калорифер, вентилятор систему загрузочных и разгрузочных средств, колесный ход, согласно изобретению снабжено панелью с датчиками уровня.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема сушилки.

Устройство включает козырек 1, надсушильный бункер 2, внутренний перфорированный цилиндр 3, внешний перфорированный цилиндр 4, сушильную камеру 5, воздуховод 6, калорифер 7, вентилятор 8, внутреннюю воздушную полость 9, отводную трубу 10, задвижку 11, подсушильный бункер 12, стойки 13, клапан загрузочный 14, колесо 15, раму 16, загрузочное средство 17, вертикальный шнек 18, датчики уровня 19, выгрузную трубу 20, клапан 21 разгрузочный, панель 22 для установки датчиков уровня 19, пульт управления 23.

Кроме того, на схеме показаны влажное зерно 24, высушенное зерно 25, циркулирующее зерно 26.

Работу устройства осуществляют следующим образом.

Влажное предварительно очищенное зерно 24 загрузочным средством 17 и вертикальным шнеком 18 подают в надсушильный бункер 2. Клапан 21 при этом включен на циркуляцию. Заполняют подсушильный бункер 12, сушильную камеру 5 и надсушильный бункер 2. По срабатывании верхнего датчика уровня 19 загрузка прекращается. По заполнении устройства включают вентилятор 8, агент сушки (наружный воздух) подогревают в калорифере 7 и по воздуховоду 6 нагнетают во внутреннюю воздушную полость 9, и далее агент сушки фильтруется через слой материала в сушильной камере 5.

По достижении зерном кондиционной влажности отключают калорифер 7 и охлаждают зерно. По завершении охлаждения отключают вентилятор 8, клапан 21 переключают на разгрузку и разгружают устройство.

С помощью пульта управления 23 производят следующие операции: загрузку, перемещение материала в устройстве, вентиляцию, нагрев. Клапаны 14 и 21 приводят в работу рычагами. На пульт управления выведены указатели температуры агента сушки и зерна, причем температура агента сушки поддерживается автоматически, а по достижении заданной температуры нагрева зерна калорифер 7 отключается. Контроль процессом сушки (температурным и влажностным режимом) также осуществляется с помощью отводной трубы 10, через которую отбирают пробы зерна пограничного с поверхностью внутреннего перфорированного цилиндра 3, имеющих максимальную температуру.

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют влагосодержание зерна и его исходную неравномерность U'_max, U'_min, , рассчитывают длительность отлежки, устанавливают высоту слоя зерна в надсушильном бункере 2 перемещением датчиков 19 уровня. Зерно загружают, гравитационно перемещают, последовательно воздействуют на него неподогретым и подогретым агентом сушки, отлеживают, и так в течение нескольких циклов по достижении зерном кондиционной влажности, затем охлаждают и разгружают.

Отношение периодов нагрева и охлаждения материала при осциллировании, как правило, принимают равным единице, чтобы, с одной стороны, не перегреть материал, а с другой - избежать необоснованных потерь тепла. При отлежке влага из ядра зерновок перемещается в оболочки и легко испаряется в сушильной камере 5 при воздействии на зерно подогретым агентом сушки. Температура зерна при этом не только не повышается, но даже может быть несколько снижена (Шаршунов В.А., Рукшан Л.В. Сушка и хранение зерна. Минск: Мисанта, 2010, с. 236).

Отлежка способствует повышению коэффициента диффузии и скорости контактного тепловлагообмена.

При сушке зерна повышенной влажности необходимо учитывать невыравненность зерновой массы по влажности. Учитывают два вида невыравненности: первый вид - неравномерное распределение влажности по участкам зерновой массы; второй вид - невыравненность по влажности отдельных зерен зерновой массы. В поступающем на обработку зернового вороха и обработанном зерне имеется невыравненность того и другого вида. При перемешивании зерновой массы и отлежках невыравненность снижается. Невыравненность по влажности должна быть снижена в зерне кондиционной влажности до δ±1,5% по участкам зернового вороха. При несоблюдении этого условия возможно гнездовое самосогревание при хранении и порча зерна.

В сушилках как периодического, так и непрерывного действия часто наблюдается неравномерность по влажности высушиваемого зерна. Это обусловлено способом воздействия сушильного агента на материал и перемешиванием в выпускных и транспортирующих средствах.

Степень перемешивания, а следовательно, степень выравненности высушенной зерновкой массы по влажности зависят от конструкции этих устройств, что не дает полной гарантии соблюдения условий выравненности.

Однако невыравненность по индивидуальной влажности отдельных зерен остается и для ее снижения используют отлежку высушиваемого материала.

Длительность τ_от перераспределения влаги между зерновками при отлежке запишем в виде:

где U'_max, U'_min - максимальное и минимальное влагосодержание исходного зерна, кг вл./кг сух. мат.;

ΔU_ц - влагосъем за цикл;

, U_к - среднее исходное и конечное влагосодержание зерна, кг вл./кг сух. мат.;

;

V _к - скорость контактного массопереноса, кг вл./кг сух. мат.⋅ч.

Известно, что V_к - скорость контактного перераспределения влаги для условий отлежки при температуре зерна 35…38°С равна V_к=0,03 кг/кг⋅ч (Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - С. 40-41).

Количество отлежек можно определить из:

где U_н, U_к - начальное и конечное влагосодержание зерна, кг вл./кг сух. мат.;

ΔU_ц - влагосъем за цикл (для семенного режима 0,02-0,03; продовольственного (фуражного) - 0,03-0,035).

Известно, что длительность промежуточных отлежек, достаточных для перераспределения влаги в зерновках, менее 0,5 ч (пат. №2519809 РФ Способ сушки семян и зерна и устройство для его осуществления / Голубкович А.В., Павлов С.А., Лукин И.Д., Машковцев М.Ф. // 2014. Бюл. №17), но для зерна с выравненной исходной влажностью, поэтому для зерна с невыравненной исходной влажностью следует выбирать по максимальному значению τ. Величина τ_от по (1), которая может быть существенно выше 0,5 ч. Поэтому необходима перед запуском сушилки корректировка вместимости зерновой вместимости надсушильного бункера, которая осуществляется перемещением датчиков уровня на панели.

Пример расчета τ_от в мобильной сушилке SSI/210T2

Сушилка SSI/210T2 имеет следующие характеристики.

Диаметр внутренней камеры - D=3,15 м; высота надсушильного бункера - Н=2,0 м; вместимость сушилки - 25 т.

При расчете приняты исходные данные: ; U_к=0,16; U'_max=0,37; U'_min=0,29 кг вл./кг сух. мат.; V_к=0,025 кг вл./кг сух. мат.⋅м; ΔU_ц=0,03 кг вл./кг сух. мат.; производительность вертикального шнека П=20 т/ч; объемная масса зерна γ=0,75 т/м³.

Получено: ; .

Длительность отлежки для перераспределения влаги в зерновках τ_от>0,5 поэтому принимается 0,57 ч, и вместимость надшахтного бункера составит:

.

Оптимальные длительности значения и вместимости отлежек надсушильного бункера позволят избегать пересушки зерна и повысят производительность в 1,2…1,3 раза.