Зерносушилка с организацией процессов в псевдоожиженном слое

 

Использование: для снижения затрат на процесс сушки в сушилках с псевдоожиженном слое. Сущность изобретения: зерносушилка содержит контуры сушки и охлаждения зерна. Они включают расположенные горизонтально с небольшим уклоном в направлении движения зерна аэрожелобы, два вентилятора и пылеотделителя, приемный и выпускной бункеры с дозирующими элементами и источник нагрева воздуха. Зерносушилка имеет также контур предварительного нагрева с горизонтально расположенным аэрожелобом, три камеры отлежки зерна с регулировочными заслонками, осушитель воздуха, два теплообменника - рекуператора и два теплообменника - утилизатора. Контур сушки зерна выполнен в виде двух зон. Контур охлаждения зерна, зоны контура сушки и контур предварительного нагрева зерна расположены друг над другом снизу вверх соответственно в виде многоярусной конструкции с противоположным расположением выходных устройств соседних контуров и зон. Камеры отлежки зерна установлены на выходе из аэрожелобов контура предварительного нагрева зерна, верхней и нижней зон контура сушки зерна. Осушитель воздуха установлен перед входным воздушным патрубком контура охлаждения зерна. Его выходной воздушный патрубок соединен через первый теплообменник - рекуператор с входным воздушным патрубком нижней зоны контура сушки зерна. Выходной воздушный патрубок соединен через первый теплообменник - утилизатор, первый пылеотделитель с первым вентилятором, образуя первый воздушный контур зерносушилки. Оба теплообменниика - утилизатора установлен перед входным воздушным патрубком верхней зоны контура сушки зерна. Его воздушный патрубок через второй теплообменник - рекуператор соединен с входным воздушным патрубком контура предварительного нагрева зерна. Выходной воздушный патрубок этого контура через второй теплообменник - утилизатор, второй пылеотделитель соединен со вторым вентилятором, образуя второй воздушный контур зерносушилки. Участки подвода энергии к обоим теплообменникам - рекуператорам выполнены в газоводе источника нагрева воздуха. 1 ил.

Изобретение относится к технике сушки зерна и может использоваться в сельском хозяйстве: в комплексах хранения зерна и на предприятиях его переработки.

Известна зерносушилка с организацией процессов тепло- и массообмена в псевдоожиженном (кипящем) слое [1] состоящая из камеры сушки зерна с загрузочным устройством в верхней части и разгрузочным устройством в нижней части, газораспределительной решетки, тепловых труб, размещенных внутри камеры сушки зерна, и коробов подвода и отвода теплоносителя. Данная зерносушилка реализует преимущества псевдоожиженного слоя: обеспечивает развитую поверхность контакта зерна и агента сушки и относительно высокую разность скоростей теплоносителя и зерна около 2-5 м/с, что позволяет существенно интенсифицировать процессы тепло- и массообмена. Однако эта зерносушилка обладает рядом недостатков. Значительная высота псевдоожиженного слоя не позволяет даже с помощью тепловых труб обеспечить равномерность температуры зерна по высоте этого слоя; трудно управлять временем пребывания зерен в камере; не реализуется современная интенсивная технология сушки зерна с предварительным его нагревом перед сушкой; существенны потери, обусловленные уносом в окружающую среду вместе с агентом сушки нереализованной энергии. Все это повышает энергозатраты на процесс сушки зерна и снижает качество просушиваемого зерна.

Частично эти недостатки устраняются в зерносушилке с организацией процессов в псевдоожиженном слое, являющейся прототипом изобретения [2] Данная зерносушилка состоит из контуров сушки и охлаждения зерна с горизонтально расположенными в одной плоскости с небольшим уклоном в направлении движения зерна аэрожелобами, вентилятора, пылеотделителя, источника нагрева воздуха в виде топочного устройства, обеспечивающего получение агента сушки в виде смеси воздуха с продуктами сгорания, приемного и выпускного бункеров с дозирующими элементами. Эта зерносушилка позволяет реализовать требуемую (эффективную) высоту псевдоожиженного слоя, управлять временем пребывания зерна в каждом из этих контуров. Но в рассматриваемой зерносушилке также не реализована современная интенсивная технология сушки зерна с предварительным его нагревом перед сушкой, существенны потери, обусловленные уносом в окружающую среду вместе с агентом сушки нереализованной энергии. Кроме того, в ней в качестве агента сушки используется смесь воздуха с продуктами сгорания, что приводит к снижению потребительских свойств зерна. Все это в целом повышает энергозатраты на процесс сушки зерна и снижает качество просушиваемого зерна.

В основу изобретения поставлена задача создать зерносушилку с организацией процессов в псевдоожиженном слое, позволяющую снизить энергозатраты на процесс сушки и повысить качество просушиваемого зерна.

Для этого в зерносушилку, состоящую из контуров сушки и охлаждения зерна с горизонтально расположенными с небольшим уклоном в направлении движения зерна аэрожелобами, двух вентиляторов, двух пылеотделителей, источника нагрева воздуха, приемного и выпускного бункеров с дозирующими элементами, дополнительно введены контур предварительного нагрева с горизонтально расположенным аэрожелобом, три камеры отлежки зерна с регулировочными заслонками, осушитель воздуха, два теплообменника-рекуператора, два теплообменника-утилизатора, а контур сушки зерна выполнен в виде двух зон, при этом контур охлаждения зерна, зоны контура сушки и контур предварительного нагрева зерна расположены друг под другом соответственно снизу вверх в виде многоярусной конструкции с противоположным расположением выходных устройств соседних контуров и зон, а камеры отлежки зерна соответственно установлены на выходе из аэрожелобов контура предварительного нагрева зерна, верхней и нижней зон контура сушки зерна, кроме того, осушитель воздуха установлен перед входным воздушным патрубком контура охлаждения зерна, выходной воздушный патрубок которого через первый, причем участок подвода энергии к данному теплообменнику-рекуператору выполнен в газоводе источника нагрева воздуха, соединен с входным воздушным патрубком нижней зоны контура сушки зерна, а выходной воздушный патрубок этого контура соединен через первый теплообменник-утилизатор, первый пылеотделитель с первым вентилятором, образуя первый воздушный контур зерносушилки, а также первый и второй теплообменники-утилизаторы последовательно установлены перед входным воздушным патрубком верхней зоны контура сушки зерна, выходной воздушный патрубок которого через второй теплообменник-рекуператор, причем участок подвода энергии к данному теплообменнику-рекуператору выполнен в газоводе источника нагрева воздуха, соединен с входным воздушным патрубком контура предварительного нагрева зерна, а выходной воздушный патрубок этого контура через второй теплообменник-утилизатор, второй пылеотделитель соединен со вторым вентилятором, образуя второй воздушный контур зерносушилки.

Такое конструктивное решение зерносушилки в сравнении с прототипом позволяет реализовать современную технологию сушки зерна с предварительным его нагревом зерна перед процессом его сушки. Это дает возможность обеспечить в зерносушилке рациональные условия протекания процесса предварительного нагрева зерна и далее на этапе процесса сушки зерна существенно интенсифицировать внутренний влагоперенос в зерне (лимитирующую стадию этого процесса). Наличие теплообменников-утилизаторов в предложенной зерносушилке позволяет свести к минимуму потери, обусловленные уносом в окружающую среду вместе с агентом сушки нереализованной энергии. Применение в зерносушилке осушителя воздуха дает возможность провести процесс охлаждения зерна в основном за счет энергии зерна путем испарения остаточной влаги из него и за более короткое время пребывания зерна в контуре его охлаждения, что снижает энергозатраты на продувку зернового слоя вследствие уменьшения требуемого объемного расхода воздуха и позволяет сократить габариты этого контура. Камеры отлежки зерна предназначены для обеспечения более высокой равномерности, прежде всего температуры, а также влажности зерна как после этапа предварительного нагрева зерна, так и после каждой из зон контура сушки зерна, что позволяет не только интенсифицировать процессы тепло- и массообмена в зерносушилке, но и сохранить высокое качество просушиваемого зерна во всей его массе. Использование в ней теплообменников-рекуператоров между воздушной линией (воздухопроводом) и газоводом (паровым трубопроводом) позволяет устранить непосредственный контакт воздуха (агента сушки) с продуктами сгорания, т.е. подавать в контуры предварительного нагрева и сушки зерна экологически чистый агент сушки, и применять по возможности любое дешевое топливо. Таким образом, предложенные конструктивные меры в сравнении с прототипом обеспечивают как снижение энергозатрат в зерносушилке, так и повышение качества просушиваемого зерна.

Названные существенные признаки зерносушилки отсутствуют в прототипе, что подчеркивает новизну предложенного конструктивного решения зерносушилки. Сравнивая названные выше существенные признаки с признаками аналогов, сходных признаков в них не обнаружено. Это позволяет сделать вывод, что существенные признаки предложенной зерносушилки, отличающие его от прототипа, обладают существенными отличиями. Достижение положительного эффекта возможно только при использовании всех названных выше существенных признаков.

На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемой зерносушилки с организацией процессов в псевдоожиженном слое.

Зерносушилка состоит из контура сушки зерна зоны 1, 2 и контура 3 охлаждения зерна с горизонтально расположенными с небольшим уклоном в направлении движения зерна аэрожелобами 4, 5, 6, двух вентиляторов 7, 8, двух пылеотделителей 9, 10, источника 11 нагрева воздуха, приемного 12 и выпускного 13 бункеров с дозирующими элементами 14, 15. В зерносушилку дополнительно введены контур 16 предварительного нагрева с горизонтально расположенным аэрожелобом 17, три камеры 18, 19, 29 отлежки зерна с регулировочными заслонками 21, осушитель 22 воздуха, два теплообменника-рекуператора 23, 24, два теплообменника-утилизатора 25, 26, при этом контур 3 охлаждения зерна, зоны 1, 2 контура сушки и контур 16 предварительного нагрева зерна расположены друг под другом соответственно снизу вверх в виде многоярусной конструкции с противоположным расположением выходных устройств соседних контуров и зон, а камеры 18, 19, 20 отлежки зерна соответственно установлены на выходе из аэрожелобов 17, 4, 5 контура 16 предварительного нагрева зерна, верхней 1 и нижней 2 зон контура сушки зерна. Кроме того, осушитель 22 воздуха установлен перед входным воздушным патрубком 27 контура 3 охлаждения зерна, выходной воздушный патрубок 28 которого через первый теплообменник-рекуператор 23, причем участок подвода энергии к последнему 23 выполнен в газоводе 29 источника 11 нагрева воздуха, соединен с входным воздушным патрубком 30 нижней зоны 2 контура сушки зерна, а выходной воздушный патрубок 31 этого контура соединен через первый теплообменник-утилизатор 25, первый пылеотделитель 9 с первым вентилятором 7, образуя первый воздушный контур зерносушилки, а также первый 25 и второй 26 теплообменники-утилизаторы последовательно установлены перед входным воздушным патрубком 32 верхней зоны 1 контура сушки зерна, выходной воздушный патрубок 33 которого через второй теплообменник-рекуператор 24, причем участок подвода энергии к последнему выполнен в газоводе 34 источника 11 нагрева воздуха, соединен с входным воздушным патрубком 35 контура 16 предварительного нагрева зерна, а выходной воздушный патрубок 36 этого контура 16 через второй теплообменник-утилизатор 26, второй пылеотделитель 10 соединен с вторым вентилятором 8, образуя второй воздушный контур зерносушилки.

Зерносушилка работает следующим образом.

Поступившее в приемный бункер 12 зерносушилки зерно через дозирующий элемент 14, регулирующий расход зерна через зерносушилку, попадает на аэрожелоб 17 контура 16 предварительного нагрева и под действием агента сушки с температурой 140-200^оС, подаваемого через газораспределительную решетку аэрожелоба 17, создается псевдоожиженный слой, при этом происходят интенсивное взаимодействие агента сушки с зерном и перемешивание зерна в слое. В процессе этого взаимодействия зерно транспортируется в направлении камеры 18 отлежки зерна с определенной скоростью, позволяющей обеспечить требуемое время пребывания зерна в этом контуре 16 для достижения допустимой температуры зерна (для ряда зерновых культур величина этой температуры не превышает 50-60^оС). В камере 16 отлежки зерна происходят процессы тепло- и массообмена в зерновой массе, в результате отлежки зерна, длительность которой составляет около 60-120с, обеспечивается прежде всего выравнивание температуры в зерновой массе и в некоторой степени происходит выравнивание влажности зерна (изменение 0,5-1%). Время отлежки зерна в камере 18 определяется ее объемом. Начальное заполнение этой и других камер 16, 19, 20 отлежки зерна достигается за счет регулировочных заслонок 21 с упругими элементами (пружинами), обеспечивающими открытие выходного устройства при требуемой загрузке (массы зерна) камеры 18 отлежки зерна, причем упругий элемент допускает его регулирование и соответственно дает возможность регулировать время пребывания зерна в камере 18 (камерах 19, 20) отлежки зерна. На выходе из камеры 18 зерно попадает на аэрожелоб 4 верхней зоны 1 контура сушки зерна, где также под воздействием агента сушки с температурой около 60-80^оС обеспечиваются изотермическая сушка зерна, т.е. энергия агента сушки расходуется на испарение влаги из зерна, и его транспоpтировка в процессе сушки к камере 19 отлежки зерна, в которой происходит дополнительное выравнивание температуры и влажности зерна. В нижней зоне 2 контура сушки зерна идет дальнейший процесс влагосъема из зерна, после чего зерно также поступает в следующую камеру 20 отлежки зерна, на выходе из которой зерно попадает в контур 3 охлаждения зерна, где охлаждение ведется подсушенным (до относительной влажности 0,2-0,5) атмосферным воздухом. Это позволяет вести охлаждение зерна прежде всего за счет его энергии путем испарения остаточной (до критической влажности зерна) влаги из зерна. После охлаждения зерно подается в выпускной бункер 13, откуда через дозирующий элемент 15 поступает на хранение или на переработку. Общая величина понижения влажности зерна в зерносушилке 6-10% Агент сушки в зерносушилке проходит по двум воздушным линиям. В первой атмосферный воздух (агент сушки) под всасывающим действием вентилятора 7 поступает в осушитель 22, где степень его осушки достигает относительной влажности воздуха, равной 0,2-0,5, проходит контур 3 охлаждения зерна, за счет первого теплообменника-рекуператора 23 подогревается до 60-80^оС, не имея при этом контакта с продуктами сгорания (паром) источника 11 нагрева воздуха, и поступает в нижнюю зону 2 контура сушки зерна. На выходе из этой зоны 2 агент сушки отдает часть избыточной энергии через первый теплообменник-утилизатор 25 атмосферному воздуху, входящему в верхнюю зону 1 контура сушки зерна, и через первый пылеотделитель 9 и первый вентилятор 7 выбрасывается наружу. Во второй воздушной линии атмосферный воздух (агент сушки) под всасывающим действием второго вентилятора 8 через первый 25 и второй 26 теплообменники-утилизаторы подогревается до 60-80^оС и поступает в верхнюю зону 1 контура сушки зерна, далее за счет второго теплообменника-рекуператора 24 нагревается от продуктов сгорания (пара) источника 11 нагрева воздуха до 140-200^оС, проходит контур 16 предварительного нагрева зерна, второй теплообменник-утилизатор 26, отдавая часть избыточной энергии входящему атмосферному воздуху, второй пылеотделитель 10 и второй вентилятор 8 и выбрасывается в окружающую среду.

Расчетная оценка показывает, что предлагаемая зерносушилка в сравнении с прототипом позволяет снизить его энергозатраты более чем на 15-20% и повысить качество просушиваемого зерна.

Формула изобретения

ЗЕРНОСУШИЛКА С ОРГАНИЗАЦИЕЙ ПРОЦЕССОВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ, содержащая контуры сушки и охлаждения зерна, включающие расположенные горизонтально с небольшим уклоном в направлении движения зерна аэрожелоба, два вентилятора и два пылеотделителя, приемный и выпускной бункеры с дозирующими элементами и источник нагрева воздуха, отличающаяся тем, что зерносушилка дополнительно снабжена контуром предварительного нагрева с горизонтально расположенным аэрожелобом, тремя камерами отлежки зерна с регулировочными заслонками, осушителем воздуха, двумя теплообменниками-рекуператорами и двумя теплообменниками-утилизаторами, контур сушки зерна выполнен в виде двух зон, пример контур охлаждения зерна, зоны контура сушки и контур предварительного нагрева зерна расположены друг над другом снизу вверх соответственно в виде многоярусной конструкции с противоположным расположением выходных устройств соседних контуров и зон, а камеры отлежки зерна установлены на выходе из аэрожелобов контура предварительного нагрева зерна, верхней и нижней зон контура сушки зерна, осушитель воздуха установлен перед входным воздушным патрубком контура охлаждения зерна, выходной воздушный патрубок которого соединен через первый теплообменник-рекуператор с входным воздушным патрубком нижней зоны контура сушки зерна, а выходной воздушный патрубок этого контура соединен через первый теплообменник-утилизатор, первый пылеотделитель с первым вентилятором, образуя первый воздушный контур зерносушилки, а оба теплообменника-утилизатора установлены перед входным воздушным патрубком верхней зоны контура сушки зерна, выходной воздушный патрубок которого через второй теплообменник-рекуператор соединен с входным воздушным патрубком контура предварительного нагрева зерна, а выходной воздушный патрубок этого контура через второй теплообменник-утилизатор, второй пылеотделитель соединен с вторым вентилятором, образуя второй воздушный контур зерносушилки, при этом участки подвода энергии к обоим теплообменникам-рекуператорам выполнены в газоводе источника нагрева воздуха.