СПОСОБ СУШКИ СЕМЯН В НЕПОДВИЖНОМ СЛОЕ Российский патент 2013 года по МПК F26B3/06 

Изобретение относится к сушке семян, преимущественно селекционных, и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Известен способ сушки семян, при котором влажный материал загружают, вентилируют агентом сушки при нагреве до температуры ниже предельно допустимой, высушенный материал охлаждают и разгружают (С.Д. Птицын. Зерносушилки, Машгиз, М., 1962, с.49-53.).

По известному способу высушивают рядовые семена, но селекционные семена не сушат, так как влажность отдельных зерновок может существенно превышать среднюю влажность партии семян, по которой определяют предельно допустимую температуру нагрева.

Известен способ сушки селекционных семян в неподвижном слое, согласно которому материал загружают слоем, высотой 0,4-0,45 м, и вентилируют агентом сушки с температурой 35°C и удельным расходом 1800-1900 м³/м²·ч (скорость агента сушке 0,5-0,53 м/с), высушенный материал охлаждают и разгружают (Р.М. Гамхашвили. Обоснование технологического и конструктивных параметров и разработка универсальной установки для сушки селекционных семян сельскохозяйственных культур, автор. диссерт. на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., 1975, с.16).

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

Сушка семян в слое с критической высотой h_к≤0,4-0,45 м по этому способу обеспечивает исходные требования по неравномерности сушки (±1,5%) по достижении семенами средней кондиционной влажности.

Недостатком известного способа то, что он малопроизводителен и затратен, так как при столь низкой температуре агента сушки длительность сушки 6…10 ч-при исходной влажности семян более 21…22%, и не удовлетворяет требования по неравномерности сушки в отношении отдельных зерновок.

Технической задачей данного изобретения является повышение эффективности, снижение затратности и неравномерности сушки (не более δ±1,5%) не только по средней влажности, но и по отдельным зерновкам.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе сушки семян в неподвижном слое, заключающемся в том, что материал загружают, вентилируют агентом сушки, высушенный материал охлаждают и разгружают, согласно изобретению высушенный материал перемешивают и отлеживают не менее 2 ч, а критическую высоту слоя семян h_к, не превышающую фактическую высоту слоя h, определяют по формуле

$$h_{к}=\frac{\nu d_{э}{\rho }_{в}}{8\epsilon \beta \rho }\ell n\frac{U_1-U_0}{U_2-U_0}$$ м,

где ν - скорость сушильного агента, м/с;

ρ_в, ρ - плотность агента сушки и материала соответственно, кг/м³;

d_э - эквивалентный диаметр зерновки, м;

ε - порозность слоя;

β - коэффициент массоотдачи, м/с

где U₀ - влагосодержание агента сушки на входе в слой, кг/кг;

U₁, U₂ - влагосодержание паровоздушной пленки семян на выходе и входе слоя, кг/кг.

Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым в способе является то, что высушенный материал перемешивают и отлеживают не менее 2 ч, а критическую высоту слоя семян h_к, не превышающую фактическую высоту слоя h, определяют по формуле.

$$h_{к}=\frac{\nu d_{э}{\rho }_{в}}{8\epsilon \beta \rho }\ell n\frac{U_1-U_0}{U_2-U_0}$$ м,

где ν - скорость сушильного агента, м/с;

ρ_в, ρ - плотность агента сушки и материала соответственно, кг/м³;

d_э - эквивалентный диаметр зерновки, м;

ε - порозность слоя;

β - коэффициент массоотдачи, м/с;

где U₀ - влагосодержание агента сушки на входе в слой, кг/кг;

U₁, U₂ - влагосодержание паровоздушной пленки семян на выходе и входе слоя, кг/кг.

Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как может быть достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, a именно повышение эффективности и снижение затратности сушки.

Изобретение является и промышленно применяемым, так как может быть использовано в сельском хозяйстве.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг.1 изображена схема устройства (селекционная сушилка СЛ-0,3×2).

В состав устройства входят калорифер 1, вентилятор 2, заслонка 3, воздушный канал 4, разводящий агент сушки на две камеры 5, решетка 6, перегородки 7 и разгрузочные отверстия 8.

Устройство работает следующим образом.

Вручную или мобильными средствами семена загружают в камеры 5, которые разделены на секции перегородками 7. Включают вентилятор 2, калорифер 1, устанавливают заданную температуру агента сушки и вентилируют семена. Высушенные семена охлаждают наружным воздухом после отключения калорифера 1 и разгружают. Разгрузку слоя семян 9 производят путем поворота камер 5 относительно горизонтальной оси таким образом, чтобы семена высыпались в мешки, закрепленные ниже окон 8 на секциях камер 5.

Способ осуществляют следующим образом.

Семена загружают, вентилируют агентом сушки, перемешивают, отлеживают, охлаждают и разгружают. Контроль за процессом сушки в том числе за величиной неравномерности сушки δ можно осуществлять следующими способами - периодически отбирать навески семян из слоя, пограничного с решеткой и на поверхности с последующим сравнением, или контролируя относительную влажность отходящего агента сушки. При δ>±1,5% в конце сушки в нескольких пробах подряд проводят корректировку режима сушки (понижают температуру или повышают скорость агента сушки).

Для обоснования величины критической высоты слоя h_к, которая не должна превышать фактическую h, рассмотрим упрощенную математическую модель переноса влаги в слое семян.

Предположим, что влагосодержание в зерновках выровнено, тогда после вентилирования в них возникает разность потенциалов влагосодержания, в силу которого влага с поверхности зерновок испаряется, пар перемещается в поток агента сушки и выносится из слоя. Из центральных областей зерновки в периферийные в свою очередь устремляется поток влаги, в первом периоде сушки в виде жидкости, затем в виде пара. Ограничимся рассмотрением потока влаги с поверхности зерновки в поток агента сушки, так как второй поток малосуществен. Массу влаги, выносимой из слоя, можно записать в виде

$$dM=\beta \rho dF\left(U_1-U_0\right),\left(1\right)$$

где β - коэффициент массоотдачи от зерновок агенту сушки, м/с;

ρ - плотность сухого вещества семян, кг/м³;

dF - площадь с которой испаряется влага, м;

U - влагосодержание семян, кг/кг;

U₀ - влагосодержание агента сушки на входе в слой.

Тот же поток влаги можно представить в виде

$$dM=GdU,\left(2\right)$$

где G - масса влаги, вынесенной из слоя, кг/с.

Приравняя правые части выражений (1) и (2), получим

$$\beta \rho dF\left(U_0-U\right)=GdU\left(3\right)$$

Рассмотрев отдельный элементарный канал диаметром d_к в насыпи, с внутренней поверхности которого испаряется влага, получим

$$dF=\pi d_{к}dl,\left(4\right)$$

где dl - длина канала, по которому проходят агент сушки. Массу влаги, вынесенной из слоя, можно записать в виде

$$G={\rho }_{в}{\nu }_0\frac{\pi d_{к}^2}{4}\left(5\right)$$

где ρ_в - плотность агента сушки, кг/м³; v₀ - скорость агента сушки в кана-ле, м/с; величину d_к можно записать d_к=2d_эε/3(l-ε), ε - порозность слоя, d_э - эквивалентный диаметр зерновки, м. Скорость V₀ выразим через порозность слоя ε и скорость воздуха над слоем $$V_0=\frac{V}{\epsilon }.$$ После интегрирования (3) от 0 до 1 и упрощений (l≈h_к), 2d_к=d_э получим

$$h_{к}=\frac{\nu d_{э}}{8\cdot \epsilon \beta }\frac{{\rho }_{в}}{\rho }\ell n\frac{U_1-U_0}{U_2-U_0}\left(6\right)$$

где - U₁, U₂ - влагосодержание паровоздушной пленки семян на выходе и входе слоя, кг/кг.

Пример 1: По достижении на решетке влажности семян на решетке W₂=13,25% (U₂=0,153 кг/кг), на свободной поверхности слоя влажность семян составит W₁=16,75% (U₁=0,201 кг/кг), т.е. средняя влажность семян составит 14% (кондиционная) и при U₀=0,008 кг/кг, что соответствует влагосодержанию агента сушки $$\ell n=\frac{U_1-U_0}{U_2-U_0}=\mathrm{0,28}$$ . Приняв скорость агента сушки V=0,5 м/с, порозность слоя ε=0,42; эквивалентный диаметр d_э=3,0·10^-3 м. ρ_в=1,1 кг/м³, ρ=1200 кг/м³, β=0,3·10^-6 м/с (В.Д. Сорочинский. Повышение эффективности конвективной сушки и охлаждения зерна… Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М. 2003 г., с.143-145), получим $$h_{к}=\frac{{\rho }_{в}{d}_{э}\cdot \mathrm{0,28}}{\beta \rho \epsilon }=\mathrm{0,39}\approx \mathrm{0,4}м$$

Пример 2: Исследовали эффективность сушки при повышенной температуре для условия δ=±1,5%. Опыты проводили на лабораторной сушилке вместимостью камеры 1 кг. Высушивали семена средней влажностью 23% при скорости агента сушки V=0,4 м/с при температуре 35°C и 45°C. В первом случае слой составлял h=0,4 м, во втором из увеличения β на ~20% h=0,48. В первом случае длительность сушки составила 8,0 ч, а во втором - 5,2 ч и производительность сушки возросла на 35%.

При соблюдении условия в конце сушки σ≤±1,5% по средней влажности, неравномерность по влажности между отдельными зерновками может быть σ>±1,5%, а разность по влажности между отдельными зерновками достигает 4…6%, особенно если исходная средняя влажность семян 25% и более (Анискин В.И., Окунь Г.С. Технологические основы оценки работы зерносушильных установок. М., ВИМ, 2003, с.56-63). С целью снижения неравномерности сушки между отдельными зерновками высушенные семена перемешивают и отлеживают, при этом происходит перераспределение влаги. Причем чем выше температура семян, тем быстрее снижается неравномерность. Согласно (С.Д. Птицын. Зерносушилки, Машгиз, М., 1962, с.39-41) при температуре 20°C темп выравнивания влажности составляет 1,05%/ч, а при 55°C - 3%/ч. Для селекционных семян при температуре в 35°C за два часа отлежки неравномерность между отдельными зерновками снизится на ~3%, что обеспечит их сохранность.

Изобретение относится к сушке семян, преимущественно селекционных, и может быть использовано в сельском хозяйстве. Способ сушки семян в неподвижном слое заключается в том, что материал загружают, вентилируют агентом сушки, высушенный материал охлаждают и разгружают. Новым в способе является то, что высушенный материал перемешивают и отлеживают не менее 2 ч, а критическую высоту слоя семян h_к, не превышающую фактическую высоту слоя h, определяют по формуле

$$h_{к}=\frac{\nu d_{э}{\rho }_{в}}{8\epsilon \beta \rho }\ln \frac{U_1-U_0}{U_2-U_0},\text{ м}$$

где ν - скорость агента сушки, м/с;

ρ_в, ρ - плотность агента сушки и материала соответственно, кг/м³;

d_э - эквивалентный диаметр зерновки, м;

ε - порозность слоя;

β - коэффициент массоотдачи, м/с.

где U₀ - влагосодержание агента сушки на входе в слой, кг/кг;

U₁, U₂ - влагосодержание паровоздушной пленки семян на выходе и входе слоя, кг/кг. Использование способа позволит снизить затраты на сушку на 25…30% за счет сокращения ее длительности и обеспечить безопасное хранение. 1 ил.

Способ сушки семян в неподвижном слое, заключающийся в том, что материал загружают, вентилируют агентом сушки, а высушенный материал охлаждают и разгружают, отличающийся тем, что высушенный материал перемешивают, отлеживают не менее 2 ч, а критическую высоту слоя семян h_к, не превышающую фактическую высоту слоя h, определяют по формуле
$$h_{к}=\frac{\nu d_{э}{\rho }_{в}}{8\epsilon \beta \rho }\ln \frac{U_1-U_0}{U_2-U_0},\text{ м}\text{,}$$
где ν - скорость агента сушки, м/с;
ρ_в, ρ - плотность агента сушки и материала соответственно, кг/м³;
d_э - эквивалентный диаметр зерновки, м;
ε - порозность слоя;
β - коэффициент массоотдачи, м/с,
где U₀ - влагосодержание агента сушки на входе в слой, кг/кг;
U₁, U₂ - влагосодержание паровоздушной пленки семян на выходе и входе слоя, кг/кг.