Результат интеллектуальной деятельности: Способ и устройство для осциллирующей сушки зерна

Изобретение относится к сушке зерна и может быть использовано в сельском хозяйстве и в системе заготовок.

Известен способ сушки зерна в толстом слое, согласно которому его загружают, вентилируют агентом сушки, охлаждают и разгружают.

Известно и устройство для его осуществления, включающее сушильную камеру, средства загрузки, разгрузки, топку, вентилятор (Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - С. 81).

Эти способ и устройство широко применяются в сельском хозяйстве как при непрерывном, так и осциллирующей подаче агента сушки, но характеризуется энергозатратностью процесса и необходимостью перемешивания слоя.

Известен способ сушки зерна, заключающийся в том, что его загружают, перемещают сверху вниз, периодически вентилируют подогретым и неподогретым агентом сушки, охлаждают и разгружают.

Известно также устройство для его осуществления, содержащее надсушильный бункер, сушильные и охладительные камеры отлежки, топку, вентилятор, средство загрузки и разгрузки (Шаршунов В.А., Рукшан Л.В. Сушка и хранение зерна. - Минск: Мисанта, 2010. - С. 315-316).

Известные способ и устройство наиболее близки по технической сущности к заявленному и приняты за прототип.

Известный способ имеет резервы интенсификации за счет дополнительного влагосъема в 1-1,5% при охлаждении после отлежки технической задачей изобретения является снижение удельных затрат тепла на сушку.

Поставленная задача решается тем, что в способе осциллирующей сушки, заключающимся в том, что зерно загружают, перемещают сверху вниз, периодически вентилируют подогретым и неподогретым агентом сушки, охлаждают и разгружают, согласно изобретению, перед охлаждением зерно отлеживают с длительностью определенной из выражений:

где R - радиус зерновки, м;

- коэффициент диффузии, м²/с;

U₀, U_к, U_p - влагосодержание в центре зерновки на момент начала отлежки, конечное и равновесное, кг вл./кг сух. мат.;

и охлаждают с длительностью не менее:

где β - коэффициент массоотдачи, м/с;

ϕ₀, ϕ₁, ϕ₂ - относительное влагосодержание паров влаги на поверхности зерна на конец отлежки, поступающего и отходящего агента сушки, кроме того, зерно отлеживают после воздействия подогретого агента сушки.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства для реализации способа.

Устройство включает топку 1, основной вентилятор 2, диффузор 3, надсушильный бункер 4, сушильные камеры 5, камеру отлежки 6, охладительную камеру 7, вентилятор охладительной камеры 8, транспортирующее средство 9, норию 10, шибер 11. На схеме приведены влажное зерно 12 и высушенное зерно 13.

Устройство функционирует следующим образом.

Влажное зерно 10 первым потоком нории 9 подают в надсушильный бункер 4, которое последовательно проходит сушильные камеры 5, затем камеры отлежки 6 и охлаждения 7, разгружается средством 8 в норию 9, а высушенное зерно 13 выводится из устройства. Зерно вентилируют подогретым агентом сушки. Подогретый агент сушки готовят в топке 1, нагнетают вентилятором 2 в диффузор 3 и в сушильные камеры 5, на охлаждение воздух подают вентилятором 8. Количество камер отлежек регулируются шибером 11. Осциллирующий режим осуществляют периодическим отключением топки 1.

По размеру, культуре зерна определяют по справочникам допустимую температуру его нагрева перед охлаждением. По температуре зерна и конечному влагосодержанию U_к определяют влагосодержание на момент отлежки U₀ (U₀=U_к+0,015…0,02 кг/кг) и равноверное U_p≈0,01 (для зерна), и рассчитывают τ₁.

По температуре зерна и величине U₀ определяют относительное влагосодержание паров влаги на поверхности зерна после отлежки, ϕ₀, по температуре зерна величину ϕ₂, а по средней температуре подогретого агента сушки - ϕ₁ и рассчитывают τ₂. (Значения β, например, приведены в Сорочинский В.Ф. Повышение эффективности конвективной сушки и охлаждение зерна на основе интенсификации тепломассообменных процессов: Дисс. докт. техн. наук. - М.: 2003. - С. 140-145). Значения ϕ₀, ϕ₁ и ϕ₂ также можно определить по J-d-диаграмме. Рассчитывают по известным методикам длительность сушки τ_с и определяют величину производительности устройства П, на которую настраивают работу сушилки:

где G - зерновая вместимость сушильных камер, т.

После отлежки зерно отпотевает, увлажняется его поверхность влагой, перемещенной из ядра, которая при охлаждении испаряется, тем самым влажность зерна при охлаждении снижается не на 0,3-0,5%, а на 1-1,5%, что позволяет на 15…20% снижать удельные затраты тепла на сушку (Окунь Г.С., Чижиков А.Г. Тенденции развития технологии и технических средств сушки зерна. - М: ВНИИТЭИагропром, 1987. - С. 41-43).

Величину τ₁ можно определить из балансового уравнения массопроводности. Массу влаги, перемещенной из ядра в его периферийную часть зерновки запишем:

где - коэффициент диффузии, м²/с;

ρ - плотность вещества зерна, кг/м³;

U₀, U - влагосодержание в центре зерновки на момент начала отлежки и текущие, кг вл./кг сух. мат.

Эту массу можно записать в следующем виде:

где G - масса зерновки, кг;

F - поверхность зерна, м²;

F=4πR²;

τ - время, ч;

R - радиус зерновки, м.

Приравнивая правые части (1) и (2) после интегрирования и упрощения получим:

где U_р, U_к - равновесное и конечное влагосодержание зерна, кг вл./кг сух. мат.

Величину τ₂ можно определить из балансовых уравнений массоотдачи при вентилировании зерна, когда влагопроводность соответствует массоотдачи. Массу влаги, выносимой из слоя агентом сушки, запишем в виде:

где β - коэффициент массоотдачи, м/с;

ρ - плотность вещества зерна, кг/м³;

U₀, U - относительное влагосодержание паров влаги на поверхности зерна конец отлежки и текущие влагосодержание, кг вл./кг сух. мат.

Эту массу можно записать в следующем виде:

где G - масса зерновки, кг;

τ₂ - время охлаждения, ч.

Приравнивая правые части (3) и (4) после интегрирования и упрощении получим:

где ϕ₁, ϕ₂ - относительное влагосодержание поступающего и отходящего из слоя агента сушки.

Отлежка зерна после воздействия агента сушки позволят перераспределить влагу внутри зерновки и тем самым повысить влажность при отлежке.

Зерновую вместимость камеры отлежки можно определить по:

G_от=Пτ₁,

где П - производительность устройства, т/ч.

Зерновую вместимость камеры охлаждения можно определить:

С_ох=Пτ₂,

где П - производительность устройства, т/ч;

G - зерновая вместимость сушильных камер, т;

τ_с - длительность сушки, ч.

Пример 1. Рассчитаем величины τ₁ и τ₂ при сушке зерна пшеницы с R=1,5 мм при U₀=0,19 кг вл./кг сух. мат. (W=16%). Для отлежки после воздействия неподогретого агента сушки подогретого - 1,6⋅10^-10 м²/с; U_к=0,16 кг вл./кг сух. мат. (W₂=14%); U_p=0,1 кг вл./кг сух. мат. (W_p=10%).

По равновесной влажности зерна в зависимости от относительной влажности воздуха (Анискин В.И., Окунь Г.С. Технологические основы оценки работы зерносушильных установок. - М.: ВИМ, 2003. - С. 28), ϕ₀=0,9; по J-d-диаграмме для агента сушки с температурой 65°C - ϕ₁=0,05, а на выходе из слоя с температурой ~35°C - ϕ₂=0,6 и β=0,9⋅10^-3 м/ч.

Окончательно получим:

Пример 2. Определим величины G_от и G_ох.

Длительность сушки зерна при постоянной температуре агента сушки можно рассчитать из (Сажин Б.С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984. - С. 79):

где ΔU - влагосъем, кг/кг;

r - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;

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

ƒ - удельная поверхность зерна, м²/кг;

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

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

η - доля теплоты, пошедшая на испарение влаги.

При осциллирующем режиме целесообразно воспользоваться вышеприведенной формулой, но температура агента сушки увеличить на ~5°C.

Принимая W₁=21%; W₂=16%; α=23 Вт/м²⋅°C; ƒ=1 м²/кг; t=80°C; θ_ср=40°C; η=0,7; H=0,25 м; h_i=0,01 м; G=16 т.

После расчетов получим:

П=8 т/ч; G_от=9 т; G_ox=13,6 т.

Приближенно снижение затрат теплоты на сушку можно оценить:

где ΔW, ΔW₀ - влагосъем при охлаждении с отлежки и без отлежки,

ΔW=1.2, ΔW=0.5 кг/кг

к=30%

Применение способа и устройства позволит значительно снизить удельные затраты тепла на сушку.