Способ сушки семян и зерна и устройство для его осуществления

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам и устройствам для сушки семян и зерна. В способе сушки семена и зерно загружают, вентилируют агентом сушки, реверсируют, охлаждают и разгружают. При этом максимальную и минимальную длительность периода реверсирования агентом сушки определяют по математическим зависимостям. Устройство содержит загрузочный бункер, сушильную и охладительную камеры, топку, вентиляторы, средства загрузки и разгрузки. Сушильная камера снабжена воздушными полостями, подключенными к диффузору сушильной камеры, и клапанами для осуществления реверса. Стенки воздушных полостей выполнены из теплоизоляционных материалов. Полости 14 подключены к средствам накопления и разгрузки минеральных и растительных примесей, выносимых агентом сушки из слоя. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к сушке зерна и семян повышенной влажности, в том числе селекционных, и может быть использовано в сельском хозяйстве.

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

Известно устройство для его осуществления, включающее сушильную камеру, средства загрузки и разгрузки, топку, вентиляторы (С.Д.Птицын. Зерносушилки. М., Машгиз, 1962, 20-81).

Эти способ и устройство широко применяют в сельском хозяйстве, но они требует ручного обслуживания и энергозатратны, кроме того, они характеризуется низкой производительностью и повышенной неравномерностью сушки.

Известен способ сушки подсушенных початков кукурузы, согласно которому материал загружают в сушильную камеру, вентилируют агентом сушки, имеющим температуру 35-50°С, реверсируют с частотой 5-10 мин, охлаждают и разгружают (В.И.Алейников. Пути снижения затрат топлива и электроэнергии при сушке зерна. Серия: Элеваторная промышленность. ЦНИИ информации и технико-экономических исследований, М., 1979, с 45-46).

Способ имеет недостаток в том, что он является периодическим и характеризуется низкой производительностью. Кроме того, отсутствует функциональная зависимость между влажностью семян, температурой нагрева и частотой реверсирования, а также то, что физико-механические свойства початков отличаются от свойств зерна.

Известно устройство для сушки зерна и семян, содержащее загрузочный бункер, сушильную и охладительную камеры, топку, вентиляторы, средства загрузки и разгрузки (Методические рекомендации по выбору и эффективному использованию зерносушильного оборудования, составители Г.С.Окунь, А.Г.Чижиков, Е.Л.Ревякин, М., Росинформагротех, 2006, с.36-45).

Это устройство обеспечивает сушку материала без затрат ручного труда, но не обеспечивает требуемую равномерность сушки, в частности, для селекционных и высоковлажных семян.

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

Технической задачей изобретения является повышение эффективности сушки и качества семян и зерна.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе сушки семян и зерна, заключающемся в том, что материал загружают, вентилируют агентом сушки, реверсируют, охлаждают и разгружают, согласно изобретению максимальная длительность периода реверсирования агента сушки определена по формуле:

а минимальная по формуле:

где τ_min, τ_max - максимальная и минимальная длительность периодов реверсирования соответственно, мин;

τ₀ - длительность остановки материала, мин;

ω - максимальная влажность семян (зерна), %;

θ - температура нагрева семян (зерна), °С;

С_З, С_В - теплоемкость семян (зерна) и агента сушки соответственно, кДж/кг·°С;

θ_т.р - температура семян (зерна) при "точке росы", °С; θ_т.р≈t_т.p.

t_от - температура отходящего агента сушки, °С;

q - удельная подача агента сушки, кг/кг·ч;

t_т.p - температура «точки росы»;

кроме того, материал перемещают непрерывно или периодически при τ_min≤τ₀≤τ_max.

Поставленная техническая задача достигается также тем, что в устройстве для сушки семян и зерна, содержащем загрузочный бункер, сушильную и охладительную камеры, топку, вентиляторы, средства загрузки и разгрузки, согласно изобретению сушильная камера снабжена воздушными полостями, подключенными к диффузору агента сушки и клапанами с возможностью осуществления реверса агента сушки.

Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым в способе является то, что максимальная длительность периода реверсирования агента сушки определена по формуле:

а минимальная по формуле:

Кроме того, материал перемещают непрерывно или периодически при τ_min≤τ₀≤τ_max.

Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что новым в устройстве является то, что сушильная камера снабжена воздушными полостями, подключенными к диффузору агента сушки, и клапанами, с возможностью осуществления реверса агента сушки.

Кроме того, наружные стены воздушных полостей выполнены из теплоизолированного материала, а сами полости подключены к средствам накопления и разгрузки минеральных и растительных примесей, выносимых агентом сушки из слоя.

Заявленный способ может быть осуществлен только в предлагаемом устройстве, что говорит о соблюдении принципа «единство изобретения».

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 и 2 изображены схемы устройства; на фиг.3 и 4 - схемы реверса агента сушки.

Устройство для сушки семян и зерна содержит разгрузочную нория 1, распределитель зерна 2, загрузочный бункер 3, разравнивающий шнек 4, сушильную камеру 5, диффузор 6 сушильной камеры 5, охладительную камеру 7, разгрузочную камеру 8, разгрузочный шнек 9, загрузочную норию 10, вентилятор 11 охлаждения, вентилятор 12 агента сушки, топку 13, воздушную полость 14, воздушный канал 15, клапаны 16, 17 и 18, бункер отходов 19, средство отгрузки отходов 20.

Способ осуществляется следующим образом.

Материал загружают, гравитационно перемещают сверху вниз непрерывно или периодически, вентилируют агентом сушки, реверсируют, охлаждают и разгружают.

Устройство работает следующим образом.

Норией 10 загружают влажный материал в загрузочный бункер 3, разравнивают шнеком 4, реверсируют агентом сушки в сушильной камере 5, охлаждают в камере 7. Высушенный материал разгружают в камеру 8 и шнеком 9 подают в норию 1. Распределителем 2 направляют материал на рециркуляцию или в резервный бункер. Агент сушки готовят в топке 13, через диффузор 6 нагнетают поочередно в воздушную полость 14 и воздушный канал 15, наружный воздух вентилятором 11 нагнетают в охладительную камеру 7.

Максимальная продолжительность периода реверса τ_max определяется безопасным прогревом материала. С.Д.Птицыным предложена формула для определения предельно допустимой температуры нагрева семян t₃ при сушке

где ω - максимальная влажность семян, %;

τ - длительность экспозиции, мин.

Эту формулу целесообразно взять за основу при нахождении функциональной связи между максимальной длительностью периода реверса, влажностью и температурой нагрева материала.

Действительно, когда при величине τ материал нагревается до предельно допустимой температуры t₃, то приходится снижать температуру агента сушки, поэтому следует ограничить величину τ≤τ_max.

Максимальную длительность периодов реверса можно определить из видоизмененной

где θ - температура нагрева семян, °С; причем θ=t₃-1,5…2°С.

При реверсионной сушке пограничные слои семян со стороны агента сушки последовательно нагреваются до θ и охлаждаются до θ_т.р (где θ_т.р - температура «точки росы»). Таким образом, длительность воздействия на пограничные слои семян горячим агентом сушки сокращается по сравнению с сушкой при односторонней продувке в τ_c/τ_max раз, где τ_c - длительность сушки. В соответствии с этим согласно (1) возрастает величина θ для реверсионной сушки.

Нагрев семян до θ и охлаждение до θ_т.р в пограничных слоях безусловно выполняется в период постоянной скорости сушки материала, когда средняя температура семян не существенно превышает θ_т.р. При этом температура отходящего агента сушки t_от несколько выше температуры θ_т.p (t_oт≈θ_т.р+2…3°С). Следовательно, τ_min является минимальной величиной, при которой пограничные слои охладятся до θ_т.р, и может быть записана

При снижающейся скорости сушки семян (для пшеницы с 20 до 14%) пограничные слои семян охлаждаются при реверсе до более высокой температуры относительно θ_т.р, но это не влияет на выбор температуры агента сушки, так как термостойкость семян существенно возрастает.

При остановке слоя, который необходим, если на выход сушилки поступает недосушенный материал, длительность периода остановки τ₀ должна быть менее τ_max, так как в этом случае может из-за кондуктивного нагрева снизится качество семян и зерна.

По предварительным данным длительность остановки не должна превышать 80% τ_max, исходя из того, что кондуктивным нагревом зерну передается 20…25% теплоты от ее общего количества, т.е. τ_min≤τ₀≤τ_max.

Сушильная камера содержит воздушные полости, через которые осуществляется реверс агента сушки, причем наружные стенки этой полости выполнены из теплоизоляционного материала. Это способствует снижению потерь теплоты и дает возможность использования этих полостей для улавливания растительных и минеральных примесей, вынесенных агентом сушки из слоя (на внутренней стенке полостей исключено образование конденсата и, как следствие, налипание отходов). По мере накопления отходы из бункеров отхода отгружают. В устройстве бункера отходов предусмотрены соответствующие средства отгрузки.

Пример.

Рассчитаем τ_min, τ_max и эффективность сушки с реверсивной продувкой по сравнению с сушкой при односторонней продувке.

Примем: на сушку поступают семена пшеницы исходной влажностью ω=25% с отклонением влажности ±3% (что характерно для селекционных семян), удельная подача агента сушки составляет q=3 кг воздуха/кг материала·ч, температура и относительная влажность φ_o наружного воздуха соответственно t₀=20°C и φ₀=75%, предварительно примем температуру агента сушки t_a.c.=65°С, при этом температура "точки росы" по J-d-диаграмме составляет t_т.p=21°С.

Согласно I-d-диаграмме температура отходящего агента в первом периоде сушки (с 25 до 20%), который является определяющим для расчета t_a.c., влагосодержания наружного воздуха и отходящего агента сушки, составят соответственно t_от=t_т.p+3°С=24°С, d₁=8 г/кг и d₂=18 г/кг.

Расчет.

Количество испаренной влаги при сушке зерна с исходной влажностью ω₁=25% до кондиционной ω₂=14% составляет:

Длительность сушки при односторонней продувке составит:

где d₁, d₂ - влагосодержание поступающего и отходящего агента сушки, кг/кг.

Предельно допустимая температура нагрева семян t_з при этом составит:

Температуру нагрева семян при односторонней продувке примем:

θ=t_з-1,5…2,0°C=37°C,

а температуру агента сушки

t_a.c.=37+25=62°C

Для реверсивной сушки, предварительно принимая τ_max=60 мин, согласно (1) получим t_з'=45°С.

Температуру нагрева семян при реверсивной продувке примем θ₂=t_з'-1=44°C.

Окончательно получаем по (2) τ_max≈70 мин.

Величина τ_min по (3) составит

где θ_от=t_т.p+3°C.

Температура агента сушки при реверсивной продувке составит

Реверс агента сушки обеспечивает качественную подготовку семян, а повышенная температура нагрева семян обусловливает более высокую температуру агента сушки, так как для шахтных и колонковых зерносушилок t_a.c.=θ+25…30°C, а при t_a.c.>45°C повышение t_a.c. на 1°С приводит к увеличению производительности на 3%, то эффективность реверсивной сушки составит Э=(70-62)·3=24%.

1. Способ сушки семян и зерна, заключающийся в том, что материал загружают, вентилируют агентом сушки, реверсируют, охлаждают и разгружают, отличающейся тем, что максимальная длительность периода реверсирования агента сушки определена по формуле

а минимальная по формуле

где ω - максимальная влажность семян (зерна), %;
τ_max, τ_min - максимальная и минимальная длительности периодов реверсирования соответственно, мин;
τ₀ - длительность остановки материала, мин;
θ - температура нагрева семян (зерна), °C;
С_З, С_В - теплоемкость семян (зерна) и агента сушки соответственно, кДж/(кг·°C);
θ_т.р - температура семян (зерна) при температуре "точки росы", °C;
t_от - температура отходящего агента сушки, °C;
q - удельная подача агента сушки, кг/(кг·ч);
t_p - температура "точки росы".

2. Способ сушки семян и зерна по п.1, отличающийся тем, что материал перемещают непрерывно или периодически при τ_min≤τ₀≤τ_max.

3. Устройство для сушки семян и зерна, содержащее загрузочный бункер, сушильную и охладительную камеры, топку, вентиляторы, средства загрузки и разгрузки, отличающееся тем, что сушильная камера снабжена воздушными полостями, подключенными к диффузору сушильной камеры, и клапанами с возможностью осуществления реверса агента сушки.

4. Устройство для сушки семян и зерна по п.3, отличающееся тем, что стенки воздушных полостей выполнены из теплоизоляционного материала, а сами полости подключены к средствам накопления и разгрузки минеральных и растительных примесей, выносимых агентом сушки из слоя материала.