Способ осциллирующей сушки зерна и устройство для его осуществления

Изобретение относится к сушке зерна и может быть использовано в сельском хозяйстве и в системе заготовок, преимущественно для установок периодического действия. Способ заключается в том, что зерно загружают в устройство для сушки, где зерно перемещают, периодически воздействуют на него подогретым и неподогретым агентом сушки, высушивают и разгружают. При этом длительность периодов воздействия на зерно подогретым и неподогретым агентом сушки определяют в зависимости от длительности отлежки зерна в подсушильном бункере, коэффициента теплоотдачи при нагреве и охлаждении, теплоемкости зерна, удельной поверхности зерна, доли теплоты, пошедшей на нагрев, и доли теплоты, возвращенной при охлаждении зерна, предельно допустимой температуры нагрева зерна при осциллировании и температуры охлаждения зерна, температуры подогретого и неподогретого агента сушки. Устройство для осциллирующей сушки зерна содержит подсушильный бункер (5), топку (3), вентилятор (4), средство загрузки (10) и разгрузки (16), вертикальный шнек (6). При этом топка (3) снабжена продольной перегородкой (12), разделяющей ее, по крайней мере, на два канала, и запорным клапаном (13) к ним. Способ и устройство обеспечивают повышение эффективности и безопасности сушки зерна при осциллировании. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к сушке зерна и может быть использовано в сельском хозяйстве и в системе заготовок, преимущественно для установок периодического действия.

Известен способ сушки зерна в неподвижном слое, согласно которому материал загружают в сушильную камеру, вентилируют агентом сушки, охлаждают и разгружают.

Известно устройство для его осуществления, включающееся сушильную камеру, средства загрузки, разгрузки, топку, вентилятор (С.Д. Птицын, Зерносушилки, Машгиз, М., 1962, с. 81).

Эти способ и устройство широко применяются в сельском хозяйстве, но устройство требует ручного обслуживания, а способ энергозатратен. Способ и устройство могут быть использованы как при постоянной, так и импульсной (осциллирующей) подаче агента сушки.

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

Этот способ более эффективен по сравнению с осциллирующей сушкой в неподвижном слое, но имеет резервы интенсификации. По этому способу даже кратковременное воздействие высокотемпературным подогретым агентом сушки не исключает возможность ухудшения качества зерна.

Известно устройство для сушки зерна периодического действия, содержащее надсушильный бункер, сушильную камеру, подсушильный бункер, топку, вентилятор, вертикальный шнек внутри устройства, средство загрузки зерна, колесный ход (В.А. Шаршунов, Л.В. Рукшан, Сушка и хранение зерна, Минск, Мисанта 2010, стр.319-321). Это устройство имеет резервы энергосбережения, так как не обеспечивает осциллирующий режим сушки.

Эти способ и устройство по своей технической сущности наиболее близки к заявленному и выбраны за прототип.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности и безопасности сушки зерна при осциллировании.

Поставленная задача достигается тем, что в способе осциллирующей сушки зерна, заключающемся в том, что его загружают, перемещают, периодически воздействуют подогретым и неподогретым агентом сушки, высушивают и разгружают, согласно изобретению длительность периодов воздействие на зерно подогретым и неподогретым агентом сушки определяют соответственно по формуле

и ,

где α, α₁ - коэффициент теплоотдачи при нагреве и охлаждении, $$\raisebox{1ex}{$Вт$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${м}^2\cdot °C$}\right.$$ ; c - теплоемкость зерна, $$\frac{кДж}{кг\cdot °С}$$ ; f - удельная поверхность зерна, $$\raisebox{1ex}{${м}^2$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$кг$}\right.$$ ; η, η₁ - доля теплоты, пошедшая на нагрев и возвращенная при охлаждении зерна; $${{\theta }^{\prime }}_{пд}$$ , θ_ох - предельно допустимая температура нагрева зерна при осциллировании и температура охлаждения зерна, °C; t₁, t₀ - температура подогретого и неподогретого агента сушки, °C,

а частоту n чередования периодов нагрева τ_н и охлаждения τ_ох определяют соотношением

n≥τ_от/τ_н+τ_ох,

где τ_от - длительность отлежки зерна в подсушильном бункере, ч.

Данная задача достигается также тем, что в устройстве для осциллирующей сушки зерна, содержащем надсушильный бункер, сушильную камеру, подсушильный бункер, топку, вентилятор, средство загрузки и разгрузки, вертикальный шнек, согласно изобретению топка снабжена продольной перегородкой, разделяющей ее, по крайней мере, на два канала, и запорным клапаном к ним.

Данный способ может быть осуществлен только в этом устройстве.

Устройство содержит надсушильный бункер 1, сушильную камеру 2, топку 3, вентилятор 4, подсушильный бункер 5, вертикальный шнек 6, привод 7 шнека 6, вариатор 8 привода, колесный ход 9, средство загрузки 10, пробоотборник зерна 11, продольную перегородку 12, разделяющую топку 3, по крайней мере, на два канала, запорный клапан 13, пульт управления 14, внутреннюю полость сушильной камеры 15, средство разгрузки 16, клапан 17, форсунку 18, кроме того, на схеме приведены влажное зерно 19, высушенное зерно 20, топливо 21, наружный воздух 22.

Устройство работает следующим образом.

Влажным зерном 19 заполняют сушилку, включая над- и подсушильные бункеры 1 и 5, включают вертикальный шнек 6 и приводят зерно в циклическое движение, при этом клапан 17 устанавливают на «циркуляцию».

Подогретый агент сушки готовят в топке 3, нагнетают вентилятором 4 в один из каналов топки, образованных продольной перегородкой 12 с форсункой 18, далее в сушильную камеру 2 через внутреннюю полость 15. Зерно выходит из сушильной камеры 2 в подсушильный бункер 5 и поступает в шнек 6.

По завершении подачи подогретого агента сушки отключают форсунку 6, запирают клапаном 12 канал с форсункой и нагнетают неподогретый воздух 14 в другой канал, т.е. вентилируют неподогретым агентом сушки. Высушенное зерно охлаждают и разгружают, для этого клапаном 7 направляют зерно в средство разгрузки 16. Охлажденное зерно разгружается на транспортное средство (на схеме не показано) и направляется на дальнейшую обработку или на склад.

Способ осуществляют следующим образом: влажное зерно загружают, циркулируют, периодически вентилируют подогретым и неподогретым агентом сушки, высушивают, охлаждают и разгружают.

Частоту вращения шнека 6 меняют вариатором 8, который связан с приводом вентилятора 7. Изменение частоты вращения вертикального шнека 6 необходимо для обеспечения длительности отлежки зерна в надсушильном бункере не менее 0,25-0,35 ч, что согласно (В.А. Шаршунов, Л.В. Рукшан, Сушка и хранение зерна, Минск, Мисанта, 2011, с 369) близко к оптимальной.

Температурный и влажностный контроль за процессом сушки осуществляют с пульта управления 14, на который выводятся значения температуры зерна в подсушильном бункере 5 и агента сушки. Влажность зерна, его температуру, а также степень заполнения подсушильного бункера 5 можно определять по пробам, отбираемым из пробоотборника 11.

После отлежки с оптимальной длительностью существенная часть влаги переместится из ядра в оболочку зерновки и при поступлении зерна в сушильную камеру 2 будет реализован изотермически-осциллирующий режим сушки, при котором первоначально понижается температура зерна независимо от температуры агента сушки.

Из технико-экономических соображений режим осциллирующей сушки зерна следует проводить таким образом, чтобы температура зерна в пограничном слое была равна предельно допустимой θ_пд в течение всего процесса, а отношение температур нагретого и неподогретого агента сушки максимальной. Предельно допустимая температура кратковременного нагрева зерна $${{\theta }^{\prime }}_{пд}$$ не должно превышать более чем на 5°C величину θ_пд для постоянного нагрева зерна (С.Д. Птицын, Зерносушилки, Машгиз, М., 1962, с.50-52). Следовательно, оптимальный осциллирующий режим сушки должен обеспечивать изменение температуры зерна в пределах θ=θ_пд±3…5°C.

В этом случае нагрев зерна в пограничном слое будет безопасным, а потери тепла при охлаждении будут минимальными.

Теплоперенос в пограничном слое в процессе нагрева длительностью τ_н можно записать в виде (Б.С. Сажин, Основы техники сушки, М., Химия, 1984, с.30)

где α - коэффициент теплоотдачи при нагреве, Вт/(м²·°C); f - удельная поверхность зерна, м²/кг; η - доля теплоты, пошедшая на нагрев; θ - температура зерна, °C; c - теплоемкость зерна, кДж/(кг·°C);

Величину η в зависимости от влажности зерна и температуры агента сушки можно определить из $$\eta =\frac{Q_{н}}{Q_{{}^{ис}}}$$ , где Q_н, Q_ис - теплота, затраченная на нагрев зерна и испарение влаги.

Теплоперенос в пограничном слое периода охлаждения длительностью τ_ох, имеет вид

где α₁ - коэффициент теплоотдачи при охлаждении, Вт/(м²·°C); η₁ - доля теплоты, возвращенная при охлаждении; t₀ - температура агента сушки при отключенной топке, °С.

Решение (1) имеет вид

где θ₁=θ_ох; $${\theta }_2={{\theta }^{\prime }}_{пд}$$ ;

Решение (2) имеет вид

Величину t₀ в случае раздельной подачи в топку без воздухонагревателя, т.е. с малой тепловой инерцией, через каналы нагретого и ненагретого агента сушки можно приближенно принять равной

$$t_0=\raisebox{1ex}{$\left[\frac{{{\theta }^{\prime }}_{пд}+{\theta }_{ох}}{2}+t_{н}\right]$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.$$ ,

где t_н - температура наружного воздуха.

Частота чередования периодов нагрева и охлаждения зерна может быть определена из соотношения n≥τ_от/τ_ц, где τ_ц=τ_н+τ_ох.

Это обусловлено тем, что должно быть выдержано необходимое время отлежки для изотермического осциллирующего режима сушки.

Раздельная подача подогретого и неподогретого агента сушки, посредством установки продольной пластины, необходима для снижения тепловой инерции топки и сокращения периодов нагрева и охлаждения зерна, что повысит эффективность осциллирующей сушки, так как при этом можно использовать подогретый агент сушки с большей температурой

Пример. Рассчитаем процесс сушки семян пшеницы исходной влажностью 20% в мобильной сушилке типа SS125 при осциллирующем режиме, испытанной на Кировской МИС.

Примем θ_пд=45°С; $${{\theta }^{\prime }}_{пд}=50°C$$ ; θ_ох=40°C; $$f=1\raisebox{1ex}{${м}^2$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$кг$}\right.$$ ; t_н=15°C; $$с=1,8\frac{кДж}{кг\cdot °C}$$ ; Из технической характеристики сушилки определим $$\alpha =17\raisebox{1ex}{$Вт$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${м}^2\cdot °C$}\right.$$ , задаемся t₁=65°C. Доля тепла на нагрев и охлаждение зерна примем согласно (В.Ф. Сорочинский. Повышение эффективности конвективной сушки и охлаждение зерна на основе интенсификации тепломассообменных процессов, диссерт. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук, М., 2003, с.162) η=0,25 и η₁=0,37. Получим t₀=30°C; τ_н=3,7 ммин; τ_ох=3,3 мин; $$n=\frac{{\tau }_{от}}{{\tau }_{ц}}=\frac{30}{7}\approx 4$$ .

При сушке без осциллирования принимают t₁=50…55°C. За счет снижения расхода топлива при сопоставимой производительности при осциллировании повышается эффективность сушки, кроме того, при осциллирующей сушке снижается температура нагрева зерна, что обеспечивает безопасность режима.

1. Способ осциллирующей сушки зерна, заключающийся в том, что его загружают, перемещают, периодически воздействуют подогретым и неподогретым агентом сушки, высушивают и разгружают, отличающийся тем, что длительность периодов воздействия на зерно подогретым и неподогретым агентом сушки определяют, соответственно, по формуле:
$${\tau }_{н}=\frac{c}{\alpha \cdot \eta \cdot f}\cdot \ln \frac{t_1-{\theta }_{ох}}{t_1-{\theta }_{пд}^{/}}$$ и $${\tau }_{ох}=\frac{c}{{\alpha }_1\cdot {\eta }_1\cdot f}\cdot \ln \frac{{\theta }_{пд}^{/}-t_0}{{\theta }_{ох}-t_0}$$ ,
где τ_н и τ_ох - длительность периода нагрева и охлаждения, ч; τ_от - длительность отлежки зерна в подсушильном бункере, ч; α, α₁ - коэффициент теплоотдачи при нагреве и охлаждении, Вт/(м²·^°С); с - теплоемкость зерна,кДж/(кг·°С); f - удельная поверхность зерна, м²/кг; η, η₁ - доля теплоты, пошедшая на нагрев, и доля теплоты, возвращенная при охлаждении зерна; $${\theta }_{пд}^{/}$$ , θ_ох - предельно допустимая температура нагрева зерна при осциллировании и температура охлаждения зерна, °C; t₁, t₀ - температура подогретого и неподогретого агента сушки, °C,
а частоту n чередования периодов нагрева и охлаждения определяют соотношением:
n≥τ_от/τ_н+τ_ох,

2. Устройство для осциллирующей сушки зерна, содержащее подсушильный бункер, топку, вентилятор, средство загрузки и разгрузки, вертикальный шнек, отличающееся тем, что топка снабжена продольной перегородкой, разделяющей ее, по крайней мере, на два канала, и запорным клапаном к ним.