Способ сушки зерна и семян

 

Изобретение относится к сушке зерна и семян активным вентилированием с послойным заполнением хранилища по мере высушивания зерна в предыдущем слое. Сущность изобретения: зерно послойно вентилируют озоно-воздушной смесью с концентрацией озона от 1 до 30 мг/м³ и относительной влажностью не менее 75-80%. Толщину первого слоя определяют по формуле h₁=A•W^-3,7•С^0,2•V^0,8, второго и последующего слоев - h₂=A₁•W^-3,7•С^0,2•V^0,8, где W - исходная влажность зерна, %; С - концентрация озона в смеси, мг/м³; V - скорость озоно-воздушной смеси в слое, м/с. При этом А и А₁ - коэффициенты, принятые для зерна пшеницы А= 23,3•10⁴ и A₁=21,3•10⁴; для зерна ячменя А=26,8•10⁴ и A₁= 24,3•10⁴, а для зерна овса А=28,5•10⁴ и A₁=26,9•10⁴. Использование изобретения позволяет повысить интенсивность процесса сушки в 1,3-1,6 раза в зависимости от культуры зерна, а также повысить вместимость хранилища зерна и снизить удельные затраты тепла на сушку. 3 ил.

Изобретение относится к способам сушки зерна и семян зерновых, зернобобовых и крупяных культур активным вентилированием в зернохранилище с постепенным наращиванием высоты насыпи и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, системе хлебопродуктов и смежных с ними отраслях промышленности.

Известен способ сушки зерна активным вентилированием наружным или слабоподогретым воздухом с послойной укладкой материала [1], в котором непрерывно наращивают толщину зернового слоя со скоростью, равной скорости перемещения зоны сушки. Недостатком этого способа являются сложность его осуществления и низкая скорость перемещения фронта сушки.

Известен способ сушки активным вентилированием с периодической послойной загрузкой зерна в зернохранилище по мере снижения влажности поверхности предыдущего слоя, причем активное вентилирование осуществляют воздухом с относительной влажностью до 60...65%, а толщину первого и последующих слоев определяют по зависимостям, включающим исходную влажность зерна [2]. Этот способ является наиболее близким к заявляемому и выбран за прототип.

Однако этот способ имеет ряд недостатков, основные из которых: сравнительно низкие значения толщины первого и последующих слоев зерна, особенно при повышенной его влажности, ограниченная величина относительной влажности воздуха, подаваемого в слой, что обусловливает низкую интенсивность процесса.

Задача изобретения - повышение интенсивности процесса сушки и снижение затрат энергии. Это достигается тем, что в способе сушки активным вентилированием с периодическим послойным заполнением по мере начала снижения влажности поверхности предыдущего слоя согласно изобретению активное вентилирование зерна проводят озоно-воздушной смесью с концентрацией озона до 30 мг/м³ и относительной влажностью до 75...80%, а толщину первого слоя определяют по формуле h₁=A•W^-3,7•С^0,2•V^0,8, второго и последующих слоев по формуле h₂=A₁•W^-3,7•C^0,2•V^0,8, где А и A₁ - коэффициенты; С - концентрация озона в смеси, мг/м³; V - скорость воздуха, м/с; W - исходная влажность зерна, %. Для зерна пшеницы А=23,3•10⁴ и A₁=21,3•10⁴, для зерна ячменя А=26,8•10⁴ и A₁=24,3•10⁴, для зерна овса А=28,5•10⁴ и А₁=26,9•10⁴.

Новым является использование для вентилирования озоно-воздушной смеси с концентрацией озона до 30 мг/м³ и относительной влажностью до 75...80% формулы для расчета толщины первого и последующих слоев зерна, загружаемых последовательно в хранилище.

Таким образом, заявленный способ соответствует критерию "новизна".

Изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень", так как достигнут результат, удовлетворяющий соответствующую потребность, а именно повышение интенсивности процесса сушки.

Изобретение является и "промышленно применимым", так как может использоваться в сельском хозяйстве при сушке зерна.

Использование озоно-воздушной смеси известно [3], но для единовременно загружаемого слоя зерна, причем эффективность сушки для периодического послойного заполнения хранилища по этому способу низка: в случае недостаточной толщины слоя зерно быстро насыщается озоном и озоно-воздушная смесь поступает в атмосферу с концентрацией озона в смеси, близкой к исходной, в случае повышенной толщины слоя озоно-воздушная смесь отрабатывается, но сам процесс сушки замедляется, что ведет к порче верхнего слоя зерна, кроме того, концентрация озона не превышает 20 мг/м³.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображены графики выбора толщины слоя в зависимости от влажности зерна пшеницы, ячменя и овса. Кривые 1, 3, 5 и 7 относятся к загрузке первого слоя; кривые 2, 4, 6 и 8 - к загрузке последующих слоев, причем кривые 3 и 4 получены для продувки слоев наружным воздухом, остальные - озоно-воздушной смесью.

Условия сушки по фиг.1: концентрация озона в слое С=10 мг/м³; скорость газовой смеси в слое зерна V=0,1 м/с; относительная влажность газовой смеси ϕ≤75. . . 80%, при этих условиях начало снижения влажности поверхности зерна произойдет не более чем через 6 ч, что обеспечит качественную сушку.

На фиг. 2 представлены в логарифмических координатах графики изменения скорости сушки зерна N от концентрации озона С в озоно-воздушной смеси, кривые 1, 2 и 3 относятся к зерну пшеницы, ячменя и овса соответственно.

На фиг. 3 изображены в логарифмических координатах графики изменения скорости сушки зерна N от относительной влажности ϕ газовой смеси. Кривые 1 и 2 относятся к зерну ячменя и пшеницы соответственно при продувке озоно-воздушной смесью, а кривые 3 и 4 - к зерну ячменя и пшеницы при продувке наружным воздухом.

Способ сушки осуществляют следующим образом. Предварительно очищенное влажное зерно подают средствами напольной механизации (ленточными транспортерами, погрузчиками и т.д.) в хранилище и распределяют равномерным слоем по полу, которое оснащено системой воздухораспределительных каналов, подключенных к вентилятору и калориферу. Толщину первого слоя зерна, загружаемого за один прием определяют по формуле h₁=А•W^-3,7•С^0,2•V^0,8, м; при выявлении снижения влажности на поверхности первого слоя производят загрузку очередного слоя зерна, толщина которого, как и последующих слоев, загружаемых за один прием, определяют по формуле h₂=A₁•W^-3,7•С^0,2•V^0,8, где для пшеницы А= 23,3•10⁴ и A₁= 21,3•10⁴; для ячменя А=26,8•10⁴ и A₁=24,3•10⁴; для овса А= 28,5•10⁴ и A₁=26,9•10⁴.

Сушку зерна активным вентилированием при скорости воздуха в слое 0,1... 0,25 м/с при послойной укладке в хранилище широко используют в сельском хозяйстве, основное ее преимущество - низкие затраты энергии и живого труда на обслуживание сушильного оборудования. Однако в средней полосе России в уборочный сезон часто выпадают осадки, что ограничивает возможность вентилирования зерна наружным воздухом, так как относительная влажность воздуха существенно превышает значения 60...65%, которые являются предельными для сушки зерна до кондиционной влажности без риска его порчи. Подогрев воздуха на 4...6^oС позволяет снизить его относительную влажность на 20...30% и вентилировать, однако при этом существенно возрастают затраты энергии на сушку при сравнительно низкой интенсивности процесса, что не исключает возможность порчи зерна или семян.

Более высокая степень подогрева воздуха (6...10^oС) интенсифицирует процесс сушки, однако ведет к повышенным затратам энергии и пересушке нижнего слоя зерна, что нежелательно при хранении.

Насыщение воздуха озоном позволяет как повысить его влагопоглощающую способность, так и интенсифицировать процесс сушки зерна за счет ускорения миграции влаги в зерновке при распаде озона с выделением теплоты. Таким образом обеспечивается интенсификация процесса сушки за счет повышенной влагопоглощающей способности озоно-воздушной смеси, а также возможности использования наружного воздуха с большей относительной влажностью, т.е. обойтись без его подогрева или с меньшей степенью подогрева, что снижает затраты энергии на сушку. Дополнительные затраты энергии на синтез озона не превышают 2 кВт•ч/кг озона и ими можно пренебречь.

Пример 1. Высушивали увлажненное до 16, 19, 24, 28 и 33% зерно пшеницы, ячменя и овса в кассете лабораторной установки при скорости озоно-воздушной смеси V=0,10 м/с, концентрации озона 10 мг/м³, температуре 26^oС в течение 6 ч. При этом исследовали положение верхней границы фронта сушки, которая перемещалась на высоту h₁ (экспозиция 6 ч выбрана на основании рекомендации [1] по условиям безопасной сушки семян в хранилищах с послойной загрузкой). Затем избыток навески зерна с толщиной, превышающей h₁, удаляли, а в кассету добавляли свежий материал и вновь продували при аналогичных условиях в течение 6 ч, фиксируя положение верхней границы фронта сушки, т.е толщину h₂ и т.д. Полученные значения h₁ и h₂ соединили кривыми (фиг.1).

Пример 2. Высушивали увлажненное до 19% зерно пшеницы, ячменя и овса в кассете лабораторной установки слоем h=0,3 м озоно-воздушной смесью с концентрацией озона С от 1 до 30 мг/м³ при температуре 26^oС до влажности 16...17% и определяли скорость сушки N. Полученные зависимости в координатах N~С приведены на фиг.2. Установлен рост величины N с возрастанием концентрации озона С вплоть до 30 мг/м³, а при С≥30 мг/м³ скорость сушки зерна не зависит от величины концентрации, также не зависит скорость сушки N от концентрации С при С≤2 мг/м³ (фиг.2).

Пример 3. Высушивали увлажненное до 19% зерно ячменя и пшеницы до влажности 16...17% озоно-воздушной смесью с концентрацией С=10 мг/м³ в слое толщиной 0,3 м, температура теплоносителя составляла 25...26^oС, а относительную влажность смеси меняли в пределах от 35 до 90% (путем увлажнения теплоносителя).

Установлено плавное снижение величины N с ростом значений ϕ>75...80%. В случае сушки зерна неозонорованным воздухом крутое падение N установлено при ϕ>60...65% (фиг.3).

Установлено, что благодаря более высокой влагопоглощающей способности озоно-воздушной смеси величина N быстро снижается не при ϕ=60...65%, а при ϕ= 75. ..80%, что существенно расширяет возможность сушки зерна неподогретой озоно-воздушной смесью.

Использование предлагаемого способа сушки позволяет: - повысить интенсивность процесса сушки в 1,3...1,6 раза в зависимости от культуры зерна; - до 2 раз повысить вместимость хранилища зерна; - снизить на 20...40% удельные затраты тепла на сушку.

Источники информации 1. Берзиныш Э. Р. Производительность и энергетические показатели сушки активным вентилированием с послойной укладкой зерна. Труды Латвийской сельскохозяйственной академии, 1979, вып. 159, с. 13-22.

2. RU 2016504 С1, 30.07.1994.

3. SU 1095899 А, 07.06.1984.

Формула изобретения

Способ сушки зерна и семян, включающий активное вентилирование в пределах хранилища, с периодическим послойным заполнением хранилища по мере начала снижения влажности материала на поверхности предыдущего слоя, отличающийся тем, что зерно вентилируют озоно-воздушной смесью с концентрацией озона от 1 до 30 мг/м³ и относительной влажностью не менее 75-80%, при этом толщину первого слоя определяют по формуле h₁=А•W^-3,7•С^0,2•V^0,8, второго и последующего слоев - h₂= А₁•W^-3,7•C^0,2•V^0,8, где W - исходная влажность зерна, %; С - концентрация озона в смеси, мг/м³; V - скорость озоно-воздушной смеси в слое, м/с; А и А₁ - коэффициенты, принятые для зерна пшеницы А= 23,3•10⁴ и А₁= 21,3•10⁴; для зерна ячменя А=26,8•10⁴ и А₁=24,3•10⁴, для зерна овса А=28,5•10⁴ и А₁=26,9•10⁴.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3