Способ активного вентилирования зерна Российский патент 2017 года по МПК F26B3/06 

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

Известен способ активного вентилирования зерна в неподвижном слое, согласно которому материал загружают в сушильную камеру, вентилируют наружным или подогретым воздухом, охлаждают и разгружают.

Известно устройство для его осуществления, включающее два концентрически расположенных цилиндра, вентилятор, средства загрузки, разгрузки (Анискин В.И., Рыбарук В.А. Теория и технология сушки и временной консервации зерна активным вентилированием. – М.: Колос, 1972. - С. 38).

Эти способ и устройство широко применяются в сельском хозяйстве, но сушка достаточно длительна, высока неравномерность высушенного зерна.

Известен способ сушки зерна, при котором его загружают, перемещают сверху вниз, подвергают поочередному воздействию подогретым и не подогретым агентом сушки с промежуточными отлежками, высушивают и разгружают. Температура подогретого агента сушки в 1,5…2 раза выше, чем не подогретого, а время воздействия в 2 раза выше и равно 40 и 20 с соответственно, причем зоны нагрева и охлаждения чередуются, например четыре раза (Шаршунов В.Α., Рукшан Л.В. Сушка и хранение зерна. - Минск: Мисанта, 2010, с. 315-316) (прототип).

Этот способ более эффективен по сравнению с сушкой активным вентилированием в неподвижном слое, но по этому способу даже кратковременное воздействие высотемпературным подогретым агентом сушки не исключает возможность ухудшения качества зерна.

Технической задачей изобретения является безопасная осциллирующая сушка зерна активным вентилированием.

Поставленная задача достигается тем, что в способе активного вентилирования зерна, заключающемся в том, что его загружают, подвергают воздействию подогретым и не подогретым агентом сушки, высушивают и разгружают, согласно изобретению, длительность воздействия на зерно подогретым τ_п и не подогретым τ_н агентом сушки определяют по формулам:

и, ч,

где R - радиус зерновки, м;

ϕ_п - относительное влагосодержание паров на поверхности зерновки;

ϕ₁, ϕ₂ - относительное влагосодержание подогретого агента сушки на входе и выходе из элементарного слоя;

, - относительное влагосодержание неподогретого агента сушки на входе и выходе из элементарного слоя;

β, β' - коэффициент массоотдачи для подогретого и неподогретого агента сушки, м/с.

Суть предложенного режима сушки активным вентилированием заключается в возможности использования более высокой степени подогрева наружного воздуха с исключением пересушки ниже кондиционной, что достигается периодической продувкой неподогретым агентом сушки.

Пренебрегая диффузионным переносом влаги в зерновке, так как процесс лимитируется отводом влаги с ее поверхности, и принимая во внимание коэффициент массоотдачи, который для условий активного вентилирования определяющий, запишем массу влаги, поглощенной агентом сушки:

где β - коэффициент массоотдачи, м/с;

ρ - плотность паров влаги, кг/м³;

F - поверхность массоотдачи, м²;

ϕ_п, ϕ - относительное влагосодержание паров на поверхности зерновки и агента сушки.

Тот же поток влаги можно записать в следующем виде:

где G - масса влаги, кг;

dτ - время, ч.

Приравнивая правые части (1) и (2), принимая форму зерновки в виде сферы радиусом R, получим длительность вентилирования подогретым агентом сушки:

где R - радиус зерновки, м;

β - коэффициент массоотдачи для подогретого агента сушки, м/с;

ϕ₁, ϕ₂ - относительное влагосодержание агента сушки на входе и на выходе из элементарного слоя.

Аналогичное выражение получим и для вентилирования зерна неподогретым агентом сушки:

где , - относительное влагосодержание не подогретого агента сушки на входе и выходе из элементарного слоя, м/с;

β' - коэффициент массоотдачи для не подогретого агента сушки, м/с.

Величины ϕ₁ и ϕ_2, учитывая, что неравномерность по влажности для высушенного зерна должна удовлетворять δ≤±1,5%, можно записать:

ϕ₁=ϕ₀-Δϕ; ϕ₂=ϕ₀+Δϕ,

где ϕ₀ - относительное влагосодержание агента сушки для кондиционного по влажности зерна (W_к=14%);

Δϕ - относительные отклонения влагосодержания агента сушки, соответствующие величинам +δ и -δ.

Аналогичную структуру имеют величины и для не подогретого агента сушки.

Пример 1. Рассмотрим сушку активным вентилированием зерна пшеницы с R=1,5⋅10^-3 м влажностью 20% (ϕ_п=0,9, величины ϕ_п и ϕ определены по изотерме десорбции) наружным воздухом с температурой t=17°С и влагосодержанием d₀=0,008 кг/кг (ϕ₁=0,52) до влажности 13,5% (ϕ₂=0,67) при отклонении +Δϕ=0,06 и -Δϕ=0,06 для кондиционной влажности W_к=14% (Анискин В.И., Окунь Г.С. Технологические основы оценки работы зерносушильных установок. – М.: ВИМ, 2003. - С. 21-27).

Величина τ_н при β'=0,2⋅10^-3 м/ч (Сорочинский В.Ф. Повышение эффективности конвективной сушки и охлаждение зерна на основе интенсификации тепломассообменных процессов: Дисс. докт. техн. наук. - М.: 2003. - С. 143-144) составит τ_н=1,5 ч, при этом элементарный слой высотой h_э≈0,01 м будет высушен до кондиционной влажности ~13,5% при δ≤±1,5%. Для подогретого на 3°С воздуха β=0,3⋅10^-3 м/ч и τ_п=1,0 ч.

Пример 2. При активном вентилировании зерна в бункере БВ-40 с толщиной слоя зерна Н=1 м длительность активного вентилирования составит:

где h_э - толщина элементарного слоя в 3…4 R, м.

Пример 3. При активном вентилировании зерна в бункере БВ-40 подогретым воздухом t=20°С при постоянной подаче длительность сушки будет сопоставима с осциллирующей, но затраты тепла на подогрев воздуха снизятся в 1,5 раза, так как при постоянной подаче агента сушки зерно будет высушено до 12% вместо 14%.

Изобретение может быть применено в сельском хозяйстве и в системе заготовок. Способ активного вентилирования зерна заключается в том, что его загружают, подвергают воздействию подогретым и не подогретым агентом сушки и разгружают. Согласно изобретению длительность воздействия подогретым и не подогретым агентом сушки определяют по формулам в зависимости от R - радиуса зерновки, ϕ_п - относительного влагосодержания паров на поверхности зерновки, ϕ₁, ϕ₂ - относительного влагосодержания подогретого агента сушки на входе и выходе из слоя, , - относительного влагосодержания не подогретого агента сушки на входе и выходе из слоя, β, β' - коэффициента массоотдачи для подогретого и не подогретого агента сушки. Изобретение должно обеспечить безопасную осциллирующую сушку зерна активным вентилированием.

Способ активного вентилирования зерна, заключающийся в том, что зерно загружают, подвергают воздействию подогретым и не подогретым агентом сушки и разгружают, отличающийся тем, что длительность воздействия подогретым τ_п и не подогретым τ_н агентом сушки определяют по формулам:

и

где R - радиус зерновки, м;

ϕ_п - относительное влагосодержание паров на поверхности зерновки;

ϕ₁, ϕ₂ - относительное влагосодержание подогретого агента сушки на входе и выходе из элементарного слоя;

- относительное влагосодержание не подогретого агента сушки на входе и выходе из элементарного слоя;

β, β' - коэффициент массоотдачи для подогретого и не подогретого агента сушки, м/с.