СПОСОБ ОСЦИЛЛИРУЮЩЕЙ СУШКИ СЕМЯН И ЗЕРНА Российский патент 2015 года по МПК F26B3/06 

Изобретение относится к способам сушки зерна и может быть использовано в сельском хозяйстве и в системе заготовок, преимущественно для сушилок с переменным теплоподводом.

Известен способ осциллирующей сушки семян, заключающийся в том, что агент сушки и атмосферный воздух подаются в зоны сушки из распределительной камеры сушилки поочередно в виде импульсов. Обычно температура подаваемого агента сушки в 1,5…2 раза выше, чем температура агента сушки подаваемого в зоны охлаждения. Время воздействия агента сушки на зерно примерно в 2 раза больше времени воздействия атмосферного воздуха и равно 40 ч при 2°C. Зоны сушки и охлаждения чередуются. Однако даже кратковременный нагрев в плотном слое не исключает возможность ухудшения качества зерна (В.А. Шаршунов, Л.В. Рукшан. Сушка и хранение зерна, Минск, Мисанта, 2010, с.315-317).

Этот способ обеспечивает интенсификацию процесса сушки зерна, но он не является безопасным.

Известен способ сушки зерна, заключающийся в том, что плотный слой зерна периодически продувают агентом сушки и атмосферным воздухом, причем температура нагрева зерна не более чем на Δθ=5°C выше предельно допустимой. Слой зерна высотой до 0,2 м продувают агентом сушки с температурой 60-90°C и скоростью 0,4-0,8 м/с (В.Р. Кабанов. Исследование технологических приемов и рабочих органов, обеспечивающих интенсификацию сушки семенного зерна в плотном слое, диссерт. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук, М., 1979, с.79-81).

Этот способ сушки по своей технической сущности наиболее близок к заявленному и принят за прототип, однако он не позволяет точно определить величину Δθ и не ограничивает допустимые градиенты влагосодержания на поверхности зерновки, что не гарантирует ее качественные показатели.

Технической задачей изобретения является обоснование безопасных режимов осциллирующей сушки семян и зерна.

Поставленная задача решается тем, что в способе осциллирующей сушки, согласно которой слой зерна периодически продувают агентом сушки и наружным воздухом, согласно изобретению допустимую температуру нагрева семян при осциллирующем способе сушки определяют из

причем

где $${\theta }_{пд}^{\text{'}}$$ , θ_пд - допустимая температура нагрева зерна при осциллирующем режиме и предельно допустимая температура нагрева зерна (при постоянном температурном режиме), °C;

Δθ - приращение температуры семян, °C;

U₀ - начальное влагосодержание зерна, кг вл./кг сух.мат.;

grad U_{п доп} - поверхностный допустимый градиент влагосодержания, кг вл./кг сух.мат.·м $$\left(\frac{U_0}{R}\right)$$ ;

r - удельные затраты тепла на испарение влаги, кДж/кг;

ρ, δ - плотность и толщина оболочки зерновки, кг/м³ и м;

λ - теплопроводность оболочки, Вт/м·°C;

τ - длительность сушки, мин;

R - радиус зерновки, м;

n - коэффициент, $$n=\frac{{\tau }_{ох}}{{\tau }_{н}}$$ ; τ_ох, τ_н - длительность продувки наружным воздухом и агентом сушки, ч.

Способ сушки поясняется чертежом.

На чертеже изображена общая схема устройства.

В состав устройства входят сушильная камера 1, диффузор 2, решетка 3, пульт управления 4, заслонки 5, вентилятор 6 и калорифер 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют исходную влажность зерна (семян), их массу в сушильной камере, по конечной влажности оценивают длительность сушки, рассчитывают предельно допустимую температуру нагрева, выбирают соотношение периодов охлаждения и нагрева в цикле (на практике 0,5≤n≤1,5), вычисляют приращение Δθ из условия термостойкости, и проверяют по допустимому градиенту влагосодержания $$grad{U}_{пдоп}=\frac{\Delta \delta }{\delta }$$ и рассчитывают температуру агента сушки, которая обусловливает безопасность режима.

Работу сушилки осуществляют следующим образом. В сушильную камеру 1 загружают семена, выравнивают слой во всех секциях, включают вентилятор 6, заслонками 5 устанавливают заданный расход агента сушки, включают калорифер 7 и с пульта 4 устанавливают рассчитанную температуру агента сушки включением соответствующих секций калорифера.

Предельно допустимую температуру нагрева семян θ_пд определяют из (С.Д. Птицын, Зерносушилки, Машгиз, М, 1962, с.52)

где W - начальная влажность семян, %;

τ - длительность сушки, мин.

Для продовольственного зерна к θ_пд прибавляют 5°C, а для фуражного - 10°C.

Соответственно из условий термостойкости семян приращение Δθ из (1) будет иметь вид:

где n - есть отношение $$\frac{{\tau }_{ох}}{{\tau }_{н}}$$ ;

τ_ох, τ_н - длительность продувки зерна наружным воздухом и агентом сушки, ч.

Действительно, при симметричном осциллирующем режиме τ_ох=τ_н и $$\Delta \theta =10\left(\log \tau -\log \frac{\tau }{2}\right)$$ .

Кроме термостойкости следует учесть интенсивность обезвоживания, т.е. допустимого поверхностного градиента влагосодержания grad U_{п доп}, который не должен превышать определенную величину (зародыш семян пшеницы находится на поверхности зерновки).

Заменим уравнение баланса теплоты и влаги в оболочке зерновки толщиной 8 в виде:

где λ - теплопроводность оболочки, Вт/м·°С;

r - удельные затраты теплоты на испарение влаги, кДж/кг;

ΔU - влагосъем в оболочке, кг вл./кг с.в.;

ρ - плотность вещества оболочки, кг/м³;

τ_н - длительность продувки агентом сушки, ч;

R - радиус зерновки, м.

Оболочка зерновки в отличие от ядра имеет пористую структуру и коэффициент диффузии влаги в ней на порядок ниже, чем в ядре, поэтому она обезвоживается практически до влажности, близкой к равновесной, при сохранении фактически неизменной влажности ядра (А.С. Гинзбург, В.П. Дубровский, Е.Д. Казаков, Г.С. Окунь, В.А. Резчиков, Влага в зерне. Колос, М., 1969, с.151) и величину ΔU с небольшими допущениями можно выразить:

где U₀, ΔU - начальное влагосодержание зерна и влагосъем в оболочке, кг вл./кг сух.м.;

$$grad{U}_{пдоп}=\frac{U_0}{\delta }$$ ;

δ - толщина оболочки зерновки, м.

Выражение (4) относительно Δθ имеет вид:

Пример 1. Рассчитаем Δθ и температуру агента сушки для условий безопасной осциллирующей сушки семян в сушилке СЛБ-0,3×2, вместимостью 600 кг с вентилятором производительностью 2210 м³/ч.

Дано: влажность семян пшеницы W=25%, (U₁=0,3 кг вл./кг сух.м.) толщина слоя 0,3 м. При неизменной температуре агента сушки 45°C и его скорости 0,3 м/с ориентировочная длительность сушки до влажности 14% составит τ=6 ч.

При симметричном цикле осциллирование с периодом 0,1 ч Δθ по (2) составит Δθ=3°C.

Предельно допустимая температура нагрева семян при неизменном температурном режиме составит θ_пд=41°C, с учетом осциллирования □ $${\theta }_{пд}^{\text{'}}={\theta }_{пд}+\Delta {\theta }_1=44°C$$ .

При воздействии на зерновку с R=1,5·10^-3 м агентом сушки с периодом τ_н=0,1 ч на ее поверхности возникнет градиент влагосодержания. Приращение температуры Δθ при δ=2·10^-4 м; λ=0,05 Вт/м·°C; U₁=0,3 кг вл./кг сух.м.; ρ=1200 кг/м³; r=2700 кДж/кг; согласно (6) составит Δθ=2,2≈2°C; grad U_{п доп}=200 кг/кг·м.

Оставляем Δθ=2°C и допустимую температуру нагрева семян из условия поверхностного градиента получим $${\theta }_{пд}^{\text{'}}=43°C$$ .

Температуру агента сушки при осциллирующем режиме можно определить из $$t_1=2{\theta }_{пд}^{\text{'}}-t_0$$ ,

где t₀ - температура наружного воздуха, подаваемого в слой зерна, °C,

(В.Ф. Кабанов, Исследование технологических приемов и рабочих органов, обеспечивающих интенсификацию сушки семенного зерна в плотном слое, диссерт. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук, М., 1979, с.74).

Как правило, наружный воздух, проходя через отключенный калорифер, подогревается на 3…5°C, что следует иметь в виду при расчете t₀.

Пример 2. Рассчитаем поверхностный допустимый градиент влагосодержания grad U_{п доп}. Из предыдущего примера при U₁=0,3 кг вл./кг сух.м. и δ=2·10^-4 м влагосодержание оболочки составит $$U_2=\frac{U_1\delta }{R}$$ и $$grad{U}_{пдоп}=\frac{U_1\cdot \delta }{R\cdot \delta }=\frac{U_1}{R}$$ . При R=1,5·10^-3 grad U_{п доп}=200 кг вл./кг сух.м., что несколько ниже приведенного в литературном источнике (А.С. Гинзбург, А.С. Дубровский, Е.Д. Казаков, Г.С. Окунь, В.А. Резчиков. Влага в зерне. М.: Колос, 1968, с.171-172) критического значения, что обеспечивает безопасность сушки семян.

Способ может быть использован в сельском хозяйстве и в системе заготовок. Способ осциллирующей сушки семян и зерна заключается в том, что зерно периодически продувают агентом сушки и наружным воздухом. Новым является то, что допустимую температуру нагрева семян и зерна при продувке агентом сушки определяют из расчетной формулы. Изобретение должно обеспечить получение качественных показателей сушки. 2 пр., 1 ил.

Способ осциллирующей сушки семян и зерна, заключающийся в том, что зерно периодически продувают агентом сушки и наружным воздухом, отличающийся тем, что допустимую температуру нагрева семян и зерна при продувке агентом сушки определяют из формулы

причем

где ; θ_пд - допустимая температура нагрева зерна при осциллирующем режиме и предельно допустимая температура нагрева зерна (при постоянном температурном режиме), °C;
grad U_{п доп} - поверхностный допустимый градиент влагосодержания, кг вл./кг сух.мат.·м ;
U₀ - начальное влагосодержание зерна, кг вл./кг с.м.;
r - удельные затраты тепла на испарение влаги, кДж/кг;
ρ, δ - плотность и толщина оболочки зерновки, кг/м³ и м;
λ - теплопроводность оболочки, Вт/м·°C;
τ - длительность сушки, мин;
R - радиус зерновки, м;
n - коэффициент, , τ_ох, τ_н - длительность продувки наружным воздухом и агентом сушки, ч.