СПОСОБ СУШКИ СЕМЯН И ЗЕРНА Российский патент 2012 года по МПК F26B3/06 

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

Известен способ сушки семян и зерна, при котором влажный материал загружают, вентилируют агентом сушки, охлаждают и разгружают [1].

Этот способ широко применяется в сельском хозяйстве. Однако при его использовании удельная подача агента сушки не обосновывается в зависимости от свойств материала и условий сушки, поэтому он, как правило, энергозатратен.

Известен способ сушки семян и зерна, при котором поддерживают максимально допустимую температуру агента сушки, его удельную подачу q определяют в зависимости от его температуры, начальной и конечной влажности материала в интервале высоты слоя от 0,1 до 0,7 м, а высоту слоя ограничивают потерями напора в 1 кПа [2].

Этот способ сушки по технической сущности наиболее близок к заявленному и выбран за прототип.

Однако этот способ применим только для зерновых культур, для которых был разработан, и не может быть использован для мелких и крупносеменных культур, а также для семян, требующих особых условий сушки, например селекционных, кроме того, потери напора в слое в зависимости от вентилятора и конструкции устройства могут существенно отличаться от указанного.

Целью изобретения является повышение эффективности и универсальности способа.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе сушки семян и зерна, при котором поддерживают максимально допустимую температуру агента сушки, его удельную подачу определяют в зависимости от его температуры, начальной и конечной влажности материала в интервале высоты слоя от 0,1 до 0,7 м, высоту слоя ограничивают потерями напора в нем, согласно изобретению при определении удельной подачи агента сушки учитывают коэффициент испарения влаги и удельную поверхность материала по формуле

где q - удельная подача агента сушки, кг/кг·с;

σ - коэффициент испарения, σ=α/C, кг/м²·с;

α - коэффициент теплоотдачи Вт/м²·°С;

f - удельная поверхность материала, м²/кг;

С - теплоемкость агента сушки, кДж/кг·°С;

ΔU₁; U₂ - начальное и конечное влагосодержание материала соответственно, кг/кг;

i₀, i₁, i₂ - энтальпия агента сушки на входе в слой, паровоздушной пленки при начальной и средней температурах материала соответственно.

где ΔР_с - потери напора в слое, кПа;

ΔР_суш - потери напора в незаполненной сушилке, кПа;

Q₀ - максимальный расход вентилятора при ΔР_n;

ΔР_n - полный напор вентилятора, кПа;

Q - расход вентилятора при ΔР_с, определяемый по характеристике конкретного вентилятора, м³/ч.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 изображена схема устройства, на фиг.2 - номограммы по определению удельной подачи агента сушки от влажности, V и t₁, на фиг.3 - зависимость удельной производительности устройства G_уд от высоты слоя h, на фиг.4 - кривая характеристики вентилятора для определения ΔР_с.

В состав устройства слоевой сушилки периодического действия входят калорифер 1, вентилятор 2, заслонка 3, воздушный канал 4, сушильные камеры 5, решетка 6, перегородка 7 в сушильных камерах, разгрузочные окна 8, насыпь материала 9.

Устройство работает следующим образом.

Материал распределяют на решетке 6 камер 5. Последовательно включают вентилятор 2, калорифер 1 и вентилируют слой материала 9, при необходимости изменяя расход агента сушки заслонками 3. Высушенный материал охлаждают вентилированием наружным воздухом и разгружают путем поворота сушильных камер относительно горизонтальной оси. При этом материал высыпается из разгрузочных окон 8, под которыми закреплены мешки (на схеме не показаны).

Способ осуществляют следующим образом.

В зависимости от назначения зерна и его влажности определяют максимально допустимую температуру нагрева его и агента сушки [3]. По скорости агента сушки, удельной поверхности f, начальной и конечной влажности (влагосодержанию) материала, энтальпий агента сушки и паровоздушной пленки на поверхности материала рассчитывают величину q. Причем величину q ограничивают потерями напора в слое. При сушке рядовых семян и зерна при расчете q выбирают V максимальной, что обусловливает повышенные значения коэффициента теплоотдачи α, коэффициента испарения σ и соответственно удельной производительности G_уд. При сушке селекционных семян ограничивают величину V и σ. Расчет q также можно провести при помощи номограммы (фиг.2).

Высушивают и охлаждают материал. Окончание сушки определяют, как правило, отбором навесок из слоя и определением их влажности.

Производительность устройства G зависит от расхода Q вентилятора в степени G≈Q^0,5. Это обусловлено тем, что зависимость критерия Рейнольдса от Нуссельта в большинстве расчетных формул Nu≈f(Re^0,50); действительно, чем больше коэффициент теплоотдачи α, входящий в критерий Nu, тем выше производительность. В то же время производительность устройства прямо пропорциональна высоте (массе) продуваемого слоя, а следовательно, прямо пропорциональна потерям напора в слое. При повышении расхода вентилятора среднего давления, потери напора, начиная с Q_0, снижаются. Учитывая вышесказанное, можно записать

или

На графике (фиг.4) приведена характеристика вентилятора №12, 5-3, применяемого в зерносушильных установках [4].

Прямая ΔР_n=f(Q^0,5) проходит из точки А с координатами ΔР_n=2,2 кПа и Q₀=22 тыс. м³/ч, пересекает кривую характеристики в точке В с координатами ΔР_n=1,4 кПа, Q=75 тыс. м³/ч, следовательно, толщина слоя должна быть ограничена величиной ΔР_n=1,4 кПа. Для камерных сушилок величину ΔР_суш можно принять 0,1…0,2 кПа, для зерносушилок шахтного и колонкового типа 0,3…0,5 кПа.

Так как при больших значениях h возрастают потери напора ΔР_n и существенно сокращается величина Q, для камерных сушилок величину ΔP_суш можно принять 0,1…0,2 кПа, для зерносушилок шахтного и колонкового типа 0,3…0,5 кПа.

Обоснуем вывод q. Тепловой поток, передаваемый от материала агенту сушки путем конвекции и испарения на элементе поверхности dF, можно записать

Этот же тепловой поток равен изменению энтальпии агента сушки на элементе поверхности dF в единицу времени

где G_B - количество агента сушки, проходящего через слой, кг/с, из равенства правых частей уравнений (1) и (2) находим

Интегрируя от 0 до F при σ=const, получаем

где i₀, i₁, i₂ - энтальпии агента сушки, паровоздушной пленки материала при начальной и средней температурах соответственно, кДж/кг из (4)

или с учетом, что f=F/G₀ΔU, где ΔU=(U₁-U₂), U₁, U₂ - начальное и конечное влагосодержание материала, кг/кг, окончательно получим

или

Пример 1. Определим q для условий сушки семян пшеницы с эквивалентным диаметром d_э=3·10^-3 м в слое высотой h=0,5 м. Исходная влажность семян W₁=22% (U₁=0,282 кг/кг), конечная W₂=14% (0,162 кг/кг), температура агента сушки t₁=45°C, исходная температура семян θ₀=20°С, средняя θ_к=30°С. Энтальпия агента сушки i₀=65 кДж/кг, паровоздушной пленки семян соответственно i₁=50 кДж/кг и i₂=55 кДж/кг.

Для определения коэффициента испарения σ, предварительно вычислим критерий Рейнольдса по формуле и Нуссельта по формуле

Nu=2+1,07Re^0,48·Pr^0,33·Gu^0,175, где Pr и Gu - критерии Прандтля и Гухмана.

После вычислений получим Re=1500 и Nu≈100, а

коэффициент теплоотдачи ,

где λ - коэффициент теплопроводности, λ=0,050 Вт/м·°С; α≈10 Вт/м²·°С.

Коэффициент испарения можно представить в виде σ=к α/с (где к - численный коэффициент, к<1; С - теплоемкость воды, кДж/кг·°С). Он является эффективным: влага находится не только на поверхности частиц, но и диффундирует к поверхности этих частиц из глубины, что требует затрат теплоты. По имеющимся данным затраты теплоты составляют дополнительно 12%, следовательно, К=0,88. Коэффициент удельной поверхности f есть отношение геометрической поверхности зерновки к ее, для зерна пшеницы f≈1,0,

q=3,15 кг/кг·ч

Пример 2. Удельную производительность (где G - масса материала, т; S - площадь решетки, м²; τ - время, ч) устройства определяли по следующей методике:

Массу материала в устройстве можно рассчитать из G=hγS (т), где γ - объемная масса материала (пшеница γ=760 кг/м³).

Количество испаренной влаги , где ω₁; ω₂ - исходная и кондиционная влажность, %.

Время сушки

где d₁, d₂ - соответственно влагосодержание агента сушки на выходе и входе в слой, кг/кг.

На фиг.3 представлены зависимости G_уд от h для следующих условий сушки пшеницы (1-5 и рапса 6):

1 - q=8 кг/кг·ч; t₁=60°C; w=20%;

2 - q=4 кг/кг·ч; t₁=60°C; w=20%;

3 - q=5 кг/кг·ч; t₁=45°C; w=20%;

4 - q=10 кг/кг·ч; t₁=45°C; w=20%;

5 - q=6,3 кг/кг·ч; t₁=45°C; w=20%.

Источники информации

1. Теленгатор Н.П., Уколов В.С., В.М. Цециновский. Обработка семян зерновых культур, «Колос». - М., 1972, с.76-79.

2. Анискин В.И., Окунь Г.С. Технологические основы оценки работы зерносушильных установок ГНУ ВИМ, М., 2003, с.103, 112-113.

3. Птицын С.Д. Зерносушилки. М., 1962, Гос. науч.-техн. издат. машиноиздат, с.52.

4. Методические рекомендации по сушке и охлаждению зерна активным вентилированием. М., ВИМ, 1974, с.42.

Изобретение относится к способам сушки семян и зерна и может быть использовано в сельском хозяйстве, системе заготовок, химической и пищевой промышленности. Способ сушки семян и зерна заключается в том, что поддерживают максимально допустимую температуру агента сушки, его удельную подачу определяют в зависимости от его температуры, начальной и конечной влажности материала в интервале высоты слоя от 0,1 до 0,7 м, высоту слоя ограничивают потерями напора в нем, при этом, при определении удельной подачи агента сушки учитывают коэффициент испарения влаги и удельную поверхность материала по формуле

где q - удельная подача агента сушки, кг/кг·с; f - удельная поверхность материала, м²/кг; σ - коэффициент испарения, σ=α/C, кг/м²·c; α - коэффициент теплоотдачи Вт/м²·°С; С - теплоемкость агента сушки, кДж/кг·°С; ΔU=(U₁-U₂), где U₁, U₂ - начальное и конечное влагосодержание материала соответственно, кг/кг; i₀, i₁, i₂ - энтальпия агента сушки на входе в слой, паровоздушной пленки на поверхности материала при начальной и средней температурах материала соответственно, причем потери напора в слое рассчитывают по формуле

где ΔР_с - потери напора в слое, кПа; Q₀ - максимальный расход вентилятора при ΔР_n, м³/ч; ΔР_n - полный напор вентилятора, кПа; Q - расход вентилятора при ΔР_с, определяемый по характеристике конкретного вентилятора, м³/ч; ΔР_суш - потери напора в слое, в незаполненной сушилке. Использование способа позволит повысить удельную производительность, а также эффективно высушивать не только пшеницу, но и рапс, кукурузу и другие культуры. 4 ил.

Способ сушки семян и зерна, заключающийся в том, что поддерживают максимально допустимую температуру агента сушки, его удельную подачу определяют в зависимости от его температуры, начальной и конечной влажности материала в интервале высоты слоя от 0,1 до 0,7 м, высоту слоя ограничивают потерями напора в нем, отличающийся тем, что при определении удельной подачи агента сушки учитывают коэффициент испарения влаги и удельную поверхность материала по формуле

где q - удельная подача агента сушки, кг/кг·с;
f - удельная поверхность материала, м²/кг;
σ - коэффициент испарения, σ=α/C, кг/м²·c;
α - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·°С;
C - теплоемкость агента сушки, кДж/кг·°С;
ΔU=(U₁-U₂),
где U₁, U₂ - начальное и конечное влагосодержания материала соответственно, кг/кг;
i₀, i₁, i₂ - энтальпия агента сушки на входе в слой, паровоздушной пленки на поверхности материала при начальной и средней температурах материала соответственно, причем потери напора в слое рассчитывают по

где ΔР_с - потери напора в слое, кПа;
Q₀ - максимальный расход вентилятора при ΔР_n, м³/ч;
ΔP_n - полный напор вентилятора, кПа;
Q - расход вентилятора при ΔР_с, определяемый по характеристике конкретного вентилятора, м³/ч;
ΔР_суш - потери напора в слое, в незаполненной сушилке, кПа.