Способ сушки зернисто-волокнистых материалов Советский патент 1991 года по МПК F26B17/10 

Ё

Изобретение относится к технике сушки и может быть использовано, преимущественно, в масложировой промышленности для сушки, например, опушенных семян хлопчатника, а также других зернисто-во- локнистых материалов (ЭВМ) Цель изобретения - снижение энергозатрат и сокращение времени сушки. Сушку осуществляют при продувании слоя ЭВМ в течение 5 мин горячим теплоносителем с температурой 105-110°С при числе псевдоожижения материала 0,4-0,8, обеспечивающем увеличение объема слоя ЭВМ в 1,1-1,7 раза относительно первоначального, при порозности слоя 0,6-0,85 до конечной влажности 7-10%. 4 ил., 2 табл

Изобретение относится к сушке и может быть использовано при сушке зернисто-во- локнистых материалов (ЭВМ), преимущественно семян хлопчатника или сои.

Цель изобретения - снижение энергозатрат и сокращение времени сушки.

Из классической теории псевдоожижения следует, что при скоростях, меньших критической скорости псевдоожижения, высота слоя материала, а следовательно, и его объем практически не изменяется.

Реализация предлагаемого способа позволяет обеспечить условия, при которых расширение неподвижного зернистого слоя при этих скоростях значительно (при наличии определенной шероховатости поверхности частиц слоя), а расширение зернисто-волокнистого слоя, характеризующееся отношением объема Vp расширившегося, но остающегося неподвижным (при его

продувании газовым теплоносителем) слоя, к первоначальному объему Vo неподвижного слоя (до продувания) достигает значений Ј VP/VO 1,1-1,7 (в зависимости от скорости продувания и от волокнистости) Подобное увеличение объема неподвижного слоя ЭВМ обеспечивается за счет сил сцепления между частицами, которые имеют значительную величину вследствие волокнистой структуры поверхности материала по сравнению с сыпучими материалами На использовании этой специфической особенности слоя ЭВМ и основан предлагаемый способ сушки

Условия обтекания частиц слоя ЭВМ теплоносителем при его сушке по предлагаемому способу в связи с волокнистой структурой поверхности этих материалов приближены к условиям обтекания частиц в псевдоожиженном слое

О

ю о

00

ю со

Так при Ј 1,1. порозность слоя ЗВМ (доля свободного объема в слое) для семян с волоюнивтбстью 4% Б 0,6, а при макси- малыТом расширении (Ј 1,7)е 0,85. Для сравнения: порозность слоя зернистого материала (семян сои) при активном псевдоожижении К - 2, где рабочая

Г.С

скорость теплоносителя, достигает значения е 0,7. Очевидно, что чем выше порозность слоя, тем-интенсивнее теплообмен, лучше условия для более полного съема влаги.

Семена хлопчатника не относятся к сыпучим, зернистым материалам, так как имеющиеся на поверхности частиц волокна резко изменяют его гидромеханические свойства, в частности текучесть слоя (ухудшается), угол естественного откоса, коэффициент трения по поверхности и т.д. Кроме того, при ожижении сыпучих материалов при Кщ 1 слой не расширяется, и только при 1 начинается плавное, постепенное расширение слоя, а при слой сыпучего материала имеет порозность 0,8-0,9 и расширение V/Vo 1,5-1,8.

Семена хлопчатника, согласно вышеуказанным особенностям, следует считать ЗВМ и классические закономерности для сыпучих материалов непригодны при ожижении семян хлопчатника. Характерной особенностью ЗВМ является его существенное расширение при К 1, т.е. Ј 0,4-0,85, V/Vo 1,1-1,7 в зависимости от степени волокнистости Оп. Следует отметит что в докритической области псевдоожижения имеем порозность е и расширение слоя V/Vo такое же, как и при устойчивом псевдоожижёнии () сыпучих материалов. Если учесть, что интенсивность тепло- и массообмена при сушке в псевдоожиженном слое (ПС) зависит от условий обтекания частиц (порозность, рас ширение слоя) слоя материала, то при ожижении ЗВМ К 1 параметры, характеризующие слой, такие же как и при ожижении сыпучих материалов, соответствующие устойчивому псевдоожижению Kc5i2.

На фиг.1 показана зависимость степени расширения неподвижного слоя Ј от числа псевдоожижения семян с различной волокнистостью (ф- семена сои; остальные обозначения относятся к семенам хлопчатника с различной волокнистостью (Оп): v - On 4,2%;Q- Оп 6,8%; д - Оп 9,4%;о-0п 12,0%; на фиг.2 ,3и 4 - кривые сушки семян хлопчатника, т.е. зависимость относительной влажности семян (W) от продолжительности сушки (т),

полученные при сушке семян по предлагаемому способу.

На фиг.2 приведена кривая сушки при постоянной температуре теплоносителя Т 110°С, скорости теплоносителя о) 1,6 м/с, начальной влажности WH 18%, удельной нагрузке 45 кг/м2 для семян с различной опушенностью, %: кривая 1 - Оп 4; 2 - Оп 8; 3 - Оп 12. Как следует из фиг.2,

для семян с большей волокнистостью характерна и большая крутизна кривой в начальный период сушки; это объясняется тем, что подпушок содержит в основном свободнос- вязанную влагу, которая наиболее легко и

быстро удаляется из материала.

На фиг.З приведена кривая сушки для семян хлопчатника опушенностью 8%, WH 19% при температуре теплоносителя 11°С при различной скорости последнего, м/с :кривая 1 - 0,8; 2 - 1,0; 3 - 1,4; 4 - 1,8. При скорости 0,8 м/с влажность семян за контрольное время (5 мин) снижается до 11,6% (однако, согласно требованиям, конечная влажность должна быть в пределах

7-10%). С возрастанием скорости теплоносителя процесс сушки интенсифицируется. При скорости, большей 2 м/с слой переходит и псевдоожиженное состояние.

На фиг.4 приведена кривая сушки при

волокнистости семян 8%, WH 19% и скорости теплоносителя 1,6 м/с при температуре последнего, °С: 1 - 60; 2 - 80; 3 - 100; 4-120. С повышением температуры процесс сушки интенсифицируется, однако повышение

температуры теплоносителя свыше 120°С при продолжительности процесса 5 мин для семян хлопчатника, как теплолабильного материала, недопустимо (это приводит к необратимым биологическим изменениям в

ядре семян).хКак видно на фиг.1, зернистый, сыпучий слой сои при его продувании теплоносителем до скорости псевдоожижения не расширяется. Это объясняется очень малыми

силами сцепления между семенами, так как поверхность семян сои гладкая. Для семян хлопчатника картина получается иной. Даже для оголенных семян хлопчатника с возрастанием скорости характерно некоторое

расширение неподвижного слоя. С возрастанием волокнистости величина степени расширения увеличивается и достигает при опушенности 12, Ј 1,7.

Испытание предлагаемого способа

сушки проводилось в опытном аппарате конической формы с газораспределительным устройством, состоящим из двух перфорированных решеток, расположенных на расстоянии 100 мм одна от другой. Живое

сечение верхней решетки - 5,2%, нижней - 21,8%, диаметр решеток - 150 мм. Конус- ность аппарата составляет 17°.

Способ сушки ЭВМ, преимущественно семян сои или хлопчатника, реализуется следующим образом.

На газораспределительную решетку аппарата укладывается слой семян, например, хлопчатника. Снизу подается теплоноситель (горячий воздух t 105-110°С). Скорость его подачи находится в области докритического псевдоожижения Кцо 0,4-0,8. При этом степень расширения слоя составляет 1,1-1,7 до конечной влажности 7-10%.

При ожижении ЭВМ происходит следующее. При продувании теплоносителем слоя ЭВМ с увеличением скорости за счет высокой парусности частиц семян хлопчатника и большей удельной их поверхности, обусловленной волок-нистой поверхностью семян хлопчатника, слой начинает разбухать, т.е. увеличивается высота слоя, пороз- ность и объем V/Vo. Большое влияние на эффект расширения ЭВМ оказывают и силы сцепления между частицами, при этом частично преодолеваются эти силы, и слой расширяется. Но так как подъемная сила меньше сопротивления слоя ЭВМ (а она больше, чем для сыпучих материалов), то разрыва между частицами не происходит, и слой расширяется по высоте. Подъемная сила будет больше, чем гидравлическое сопротивление слоя только тогда, когда скорость теплоносителя достигнет значения скоро- сти начала псевдоожижения . Данные по скорости начала псевдоожижения для семян хлопчатника различной волокнистости приведены в табл.1.

Пример 1. На газораспределительное устройство укладывают слой семян хлопчатника волокнистостью 12% с начальной влажностью 14%, взятых в количестве 805 г. Снизу подают горячий воздух. Температура теплоносителя 105°С при скорости теплоно- сителя 1,4 м/с, а число псевдоожижения KЈ) 0,54. Степень расширения неподвижного слоя Ј 1,4, пороз.ность е 0,77. Время сушки 5 мин. Конечная влажность 8%. Расход теплоносителя 0,035 м3/с.

Пример 2 (известный способ), Условия проведения сушки аналогичны условиям примера 1. Скорость теплоносителя 3,5 м/с, Kw 1,35 (наблюдается активное псевдоожижение), Ј 0,91, время сушки 3,5 мин. Конечная влажность 7%, расход теплоносителя 0,123 м3/с.

Пример 3. Условия проведения аналогичны условиям примера 1. Скорость теплоносителя 1,2 м/с, Ко; 0,46. степень расширения 1,1, е 0,71, температура теплоносителя 105°С. Время сушки 4,5 мин, конечная влажность 8%, расход теплоносителя 0,025 м3/с.

Пример 4, Условия проведения аналогичны условиям примера 1. Скорость теплоносителя 2,0 м/с, KCJ 0,77, степень расширения 1,7, Ј 0,84. Температура теплоносителя 105°С,, время сушки 3,8 мин, конечная влажность 8%.Расход теплоносителя 0,045 м3/с.

Как следует из примеров конкретной реализации предложенного способа, при режимах, лежащих в пределах указанных интервалов, т.е. КоО 0,4-0,8 и Ј 0,6-0,85 обеспечивает сокращение энергозатрат и времени сушки, что подтверждается также графиками и табл.2.

Из примеров, представленных в табл.1, видно, что при сушке ЭВМ с волокнистостью Оп 6% расход теплоносителя Q при KOT 0-5 в 4 Раза меньше, чем при условии известного способа, т.е. устойчивости псевдоожижении Kyf 2, а при К 0,8, соответственно, в 2,5 раза. Если сравнивать с расходом теплоносителя при псевдоожижении в области числа псевдоожижения Кш 1,5, то при К 0,5 расход меньше в 3 раза, и, соответственно, в 1,5 раза при Кц) 0,8. Следовательно, при некотором увеличении времени сушки (от 5 до 17%) существенно уменьшается (от 1,5 до 4 раза) расход теплоносителя, и, соответственно, энергозатраты для осуществления процесса сушки влажных ЗВМ до конечной влажности 7-10%.

Граничные значения температурного интервала обусловлены тем, что при t 105°C увеличивается время сушки, поскольку затруднен процесс испарения влаги, а при t 110°С увеличивается расход энергии на разогрев газового теплоносителя.

Формула изобретения

Способ сушки зернисто-волокнистых материалов, преимущественно, семян сои или хлопчатника, включающий продувку зернисто-волокнистого материала газообразным агентом в псевдоожиженном слое, отличающийся тем, что , с целью снижения энергозатрат и сокращения времени сушки, продувку ведут при температуре газообразного агента 105-110°С при числе псевдоожижения К„р 0,4-0,8 и пороз- ности псевдоожиженного слоя е 0,6-0,85 до влажности, равной 7-10%.

«

U

10

0,3 0,4 0,5 0,6 0, 0,8 0,9 ДО

te./

Ф иг. 2

Таблица 1

Таблица 2

X

lv

5 ty мии

Т, мин

1, Мак.