Результат интеллектуальной деятельности: Способ сушки зерна

Изобретение относится к сушке семян и зерна, преимущественно в слое, и может использоваться в сельском хозяйстве и системе заготовок.

Известен способ сушки зерна в установках периодического действия. Порцию зерна загружают в сушильную камеру, подвергают воздействию сушильного агента, а затем охлаждают и выгружают (Анискин В.И., Окунь Г.С. Технологические основы оценки работы зерносушильных установок. - М.: ГНУ ВИМ, 2003. - С. 140-141). Эти установки просты по конструкции, но требуют ручного обслуживания и характеризуются повышенными энергозатратами на сушку.

Известен способ селекционных семян, заключающийся в том, что семена загружают, воздействуют агентом сушки с температурой 40°С и расходом 1800…1900 м³/м²⋅ч в слое толщиной 0,4 м. Семена периодически перемешивают с интервалом 1-2 ч, общее количество перемешиваний за сушку 3-5 (Гамхашвили P.M. Обоснование технологических и конструктивных параметров и разработка универсальной установки для сушки селекционных семян сельскохозяйственных культур: Автореф. дисс… канд. техн. наук. - М.: 1975. - 21 с.).

Известный способ сушки позволяет получать качественные семена, но он энергозатратен и сложен в эксплуатации, так как отсутствуют надежные критерии частоты и количества перемешивания, что часто приводит к пересушке семян. Этот способ наиболее близок к заявленному и выбран за прототип.

Технической задачей изобретения является снижение энергоемкости известного способа за счет упорядочивания интервала между перемешиваниями слоя.

Поставленная задача решается тем, что в способе зерно загружают, воздействуют агентом сушки с расходом 1800…1900 м³/м²⋅ч, периодически перемешивают, согласно изобретению длительность паузы между перемешиваниями определяют из выражения:

где τ - длительность паузы, ч;

ΔU - допустимый влагосъем по условиям неравномерности сушки, кг вл./кг сух. мат.;

r - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;

η - доля теплоты, пошедшей на испарение влаги;

Н, h_i - высота слоя и элементарного слоя, м;

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

f - удельная поверхность зерна, м²/кг;

Т, θ_ср - температура агента сушки и средняя температура зерна, °С;

U_н, U_к - начальная и конечная температура зерна, °С, а количество перемешиваний рассчитывают по формуле:

где U_н, U_к - начальное и конечное влагосодержание зерна, кг вл./кг сух. мат., кроме того толщина слоя в 0,4 м является максимальной.

Схема устройства для осуществления способа приведена на фиг. 1.

Устройство включает вентилятор 1, калорифер 2, воздушный канал 3, решетку 4, сушильную камеру 5, лючки для разгрузки материала 6.

Устройство функционирует следующим образом.

Зерно напольным средством (не показано) загружают в сушильную камеру 5 и вручную разравнивают. Включают вентилятор 1, калорифер 2 и вентилируют слой зерна на решетке 4. Высушенное зерно охлаждают путем отключения калорифера 2 и разгружают в мешки через лючки 6 путем поворота камеры 5 относительно предельной оси (механизм поворота не показан).

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют исходное U_н и конечное U_к влагосодержание, разность между ними и влагосъем ΔU, который не выше ΔU = 0,04 кг/кг, обеспечивающий при сушке условие допустимой неравномерности сушки для высушенного зерна δ≤±1,5%. Сушат зерно по достижении указанного влагосъема, затем слой вручную или механизировано перемешивают.

При таком алгоритме зерно высушивают до кондиционной влажности W_кон, например W_кон = 14±1,5%.

Энергосбережение будет достигнуто, если исключить пересушку зерна сверх кондиционной влажности. Это может быть получено, если длительность сушки между перемешиваниями ограничить влагосъемом величиной ΔU, где ΔU=2δ (δ - допустимая неравномерность высушенного до кондиционного влажности зерна δ≤±1,5%).

Пренебрегая теплопроводностью при сушке, которая много ниже теплоотдачи, и принимая величину AU средней для всего интервала влагосъема, длительность сушки для испарения влаги из элементарного слоя можно записать (Сажин Б.С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984. - С. 79):

а для слоя в целом:

где τ - длительность сушки, ч;

ΔU - допустимый влагосъем по условиям неравномерности сушки, кг вл./кг сух. мат.;

r - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;

η - доля теплоты, пошедшей на испарение влаги;

Н, h_i - высота слоя и элементарного слоя, м;

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

f - удельная поверхность зерна, м²/кг;

T, θ_ср - температура агента сушки и средняя температура зерна, °С;

θ_н, θ_к - начальная и конечная температура зерна, °С.

Величина ΔU определяется из условия δ = ±1,5% для высушенного до кондиционной (W_кон = 14%) влажности зерна r. При начальной влажности 20% ΔU_cp = 0,035 кг/кг, при большой влажности можно принять ΔU_ср = 0,04 кг/кг.

Долю теплоты η, пошедшей на испарение влаги, можно рассчитать из формулы:

где с - теплоемкость зерна, кДж/кг⋅°С,

или приближенно принять для семенного режима 0,7, а для продовольственного - 0,6.

Количество перемешиваний определяют по формуле:

При толщине слоя более 0,4 м и расходе 1800…1900 м³/м²⋅ч (V = 0,5-0,55 м/с) потери напора влаги превысят ~ 2 кПа (Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - 147 с.), что является предельной величиной для вентиляторов среднего давления, широко применяемых в сельскохозяйственных сушилках (ΔР = 2,2-2,5 кПа), соответственно снизится интенсивность сушки, поэтому высоту слоя ограничим величиной 0,4 м.

Пример. Рассчитаем длительность паузы τ между периодами перемешивания и количество перемешиваний при сушке семян пшеницы с исходной влажностью W_н = 25% до влажности W_к = 14% при температуре свежего агента сушки Т₁ = 45°С и средней температуре зерна Т_к = 30°С (начальная температура зерна θ_н = 20°С, а конечная - θ_к = 40°С). Коэффициент теплоотдачи примем α = 20 Вт/м²⋅°С; удельную поверхность зерна примем f = 1 м²/кг; r = 2,5 МДж/кг, а ΔU = 0,04 кг вл./кг сух. мат.; η = 0,65; толщину слоя - 0,4 м; высоту элементарного слоя - 0,01 м.

После расчета по (2) получим τ = 2 ч, а количество перемешиваний - 3 раза.

Эффективность способа заключается в исключении пересушивания зерна и, соответственно, повышении его качества, так как длительность между перемешиванием сокращается в 1,5…2 раза.