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

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

Известен способ сушки семян зернобобовых культур в насыпи при вентилировании агентом сушки с температурой 25-40°C до влажности 13-16%.

Известно и устройство для его осуществления, содержащее сушильные камеры, теплогенератор, вентилятор, средства загрузки и разгрузки.

Известный способ гарантирует качественные показатели высушенных семян, но он длителен и энергозатратен (Теленгатор М.А., Уколов B.C., Цециновский В.М. Обработка семян зерновых культур. - М.: Колос, 1972. 79 с).

Известен способ сушки зерна в неподвижном слое, который заключается в том, что зерно сушат в неподвижном слое с управляемыми циклами реверсирования агента сушки. Температура теплоносителя превышает предельно-допустимую для зерна θ_пд, а циклы сокращены и управляются по локальному нагреву зерна на границах контакта со свежим теплоносителем. Продолжительность односторонней продувки от 360 до 20 мин. (Алейников В.И. Интенсификация процесса сушки и энергосбережение в шахтных и камерных зерносушилках: Доклад на соискание учен. степ. доктора техн. наук. - Минск: 1988, - С. 42-43) (прототип).

Недостатком известного способа является то, что при сушке крупносеменных культур согласование по θ_пд не достаточно, качество зерна может снизиться при меньших температурах, чем θ_пд из-за механических повреждений оболочки и эндосперма (Иванов Н.Я. Исследование процесса сушки семенного и продовольственного зерна при переменных тепловых режимах: Дисс.… канд. техн. наук. - М: 1968. - 82 с.). А устройство предусматривает механическое перемешивание семян и зерна, что чревато их травмированием.

Известно устройство для его осуществления, содержащее сушильные камеры, вентилятор, калорифер, воздущный каналы, задвижки, средства загрузки и разгрузки (Пат. №2546384 РФ Способ сушки селекционных семян / Голубкович А.В., Павлов С.А., Бидей И.А., Тараканова Л.А., Нурбагандова P.M. // Бюл. 2015. №10).

Технической задачей предполагаемого изобретения является интенсификация процесса сушки с обеспечением безопасных режимов.

Техническая задача решается тем, что в способе реверсивной сушки семян и зерна, заключающимся в том, что их сушат в неподвижном слое с управляемыми циклами реверсирования агента сушки, согласно изобретению, циклами реверсирования управляют по времени, причем длительность реверса составляет не менее:

где τ - длительность реверса, ч;

R, δ - радиус зерновки и глубина обезвоженного слоя, м;

U_н, U_ср, U_к, U_р - влагосодержание семян и зерна начальное, среднее, конечное и равновесное, кг вл./кг сух. мат.,

α_m - коэффициент диффузии, м²/с.

Техническая задача решается также тем, что устройство содержащее сушильные камеры, вентилятор, калорифер, воздушный канал, согласно изобретению, снабжено коробом и двухпозиционным клапаном для реверса агента сушки со спаренными секторами.

Способ поясняется чертежом, на котором представлена схема лотковой сушилки.

Сушилка содержит калорифер 1, вентилятор 2, двухпозиционный клапан 3, воздушный канал 4, сушильные камеры 5, короб 6, загрузочный люк 7, разгрузочные окна 8, решетку 9, диффузор 10, раму 11, колесный ход 12, домкрат 13, сектора 14.

Сушилка работает следующим образом.

Материал загружают через люк 7 и разравнивают. Загрузку осуществляют напольными средствами механизации. Агент сушки готовят в калорифере 1 и вентилятором 2 нагнетают в диффузор 10 и через решетку 9 в слой семян или зерна. Отработанный агент сушки из короба 6 через воздушный канал 4, двухпозиционным клапаном 3 выбрасывают наружу.

Реверс агент сушки осуществляют переводом секторов 14 в двухпозиционном клапане 3. Высушенный материал охлаждают путем отключения калорифера.

Сушилка передвижная и имеет возможность перемещаться в пределах хозяйства. Разгрузка материала осуществляется через окна 8 наклоном сушильных камер 5 при помощи домкрата 13. На корпусе сушильных камер 5 установлены мешкодержатели, в которых закреплены мешки для высушенного материала.

Способ осуществляют следующим образом.

Зерно загружают в сушилку, поочередно продувают с двух сторон агентом сушки с расчетной величиной τ, охлаждают и разгружают.

Известно, что появление микротрещин и растрескивание зерновок (трещинообразование) зависит от соотношения между интенсивностью внешнего массообмена и внутреннего переноса влаги к зоне испарения из центральных слоев зерновки, которое характеризуется массообменным числом Кирпичева. Для безопасной сушки, например, гороха это число ограничено величиной Ki_д≤0,6 (Новоселов С.В. Сушка семян гороха и бобов в насыпи: Автореф. дисс.… канд. техн. наук. - М.: 1970. - С. 4).

В общем виде число Кирпичева можно записать для шарообразной зерновки:

где Ki_м - число Кирпичева;

ΔU=U_н-U_р, кг вл./кг сух. мат.⋅м;

U_н, U_р - начальное и равновесное влагосодержание, кг вл./кг сух. мат.;

R, δ - радиус и глубина обезвоженной зоны зерновки, м.

Для усредненного цикла реверсирования (односторонняя продувка) можно записать Ki_м:

Выражение (2) относительно δ запишем в виде:

где Ki_д≤0,6.

В усредненном цикле принимается, что в слое на границе контакта со свежим агентом сушки поверхность зерновки обезвоживается до U_p, на противоположной стороне слоя влага из центральной части зерновки перемещается в ее периферийную часть и насыщает ее до U_cp. Это допущение обусловлено тем, что зерновки периодически подвергаются воздействию насыщенного отработавшего агента сушки.

Найдем значение длительности реверса τ из решения дифференциальных уравнений массопереноса. Массу влаги, перемещенной из ядра, в периферийную часть зерновки в среде насыщенного агента сушки запишем в виде:

где а_m - коэффициент диффузии, м²/с;

ρ - плотность материала, кг/м³;

U_p - равновесное влагосодержание зерновки, кг сух./кг вл.;

R - радиус зерновки, м.

Этот поток влаги можно записать в следующем виде:

где G_в - масса периферийной части зерновки, кг;

dτ - длительность реверса (односторонней продувки), с;

F - массообменная поверхность зерновки, м², F=4πR².

Величину G_в можно представить в виде:

Приравнивая правые части выражений (4) и (5) после интегрирования от U_cp до U_к и упрощения запишем:

Поскольку температура агента сушки не превышает предельно-допустимую температуру нагрева зерна, то снижение всхожести не произойдет, трещины не будут образовываться так как выполнено условие Ki_д≤0,6.

Конструкция устройства предусматривает установку короба и двухпозиционного клапана со спаренными секторами, размещенных на выходе вентилятора, что обеспечит реверс агента сушки.

Интенсификация процесса заключается в том, что при сушке без реверсирования температура агента сушки на 8…10°C ниже θ_пд и соответственно производительность сушилки на 25-30% ниже (Теленгатор М.А., Уколов B.C., Цециновский В.М. Обработка семян зерновых культур. - М.: Колос, 1972. - 95 с.). Кроме того исключено время на перемешивании семян или зерна, так как в нем необходимость отпадает.

Пример. Расчет параметров процесса реверсивной сушки.

Высушивают семена гороха с R=0,3⋅10^-2 м от U_н=0,28 до U_к=0,15 кг вл./кг сух. мат. Величина Ki_д=0,6; a_m=2,5⋅10^-10 м²/с; U_p=0,1 кг вл./кг сух. мат.; θ_пд=42°C. Температура агента сушки 45°C. После расчетов получим U_cp=0,215 кг вл./кг сух. мат.; δ=0,54⋅10^-3 м; τ=0,8 ч.

Эффективность способа заключается в том, что благодаря реверсированию агента сушки температуру удается поддерживать равной θ_пд (45°C), в то время как без реверсирования температура агента сушки не выше 34°C (Теленгатор М.А., Уколов B.C., Цециновский В.М. Обработка семян зерновых культур. - М.: Колос, 1972. - 95 с.) и производительность возрастает на ~25% при полной безопасности процесса.