Способ управления процессами сушки и хранения зерна

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматическом управлении процессами сушки и хранения зерновых культур, в частности зерна пшеницы, семян подсолнечника, пивоваренного солода и т.д. Способ управления процессами сушки и хранения зерна предусматривает предварительный подогрев влажного зерна отработанным сушильным агентом и последующую очистку сушильного агента от легких примесей в циклоне, его осушение и охлаждение в испарителе теплонасосной установки, рабочая и резервная секция которого попеременно переключаются с режима конденсации на режим регенерации; осушение, охлаждение и разделение сушильного агента на два потока, один из которых подают на сушку через конденсатор теплового насоса в режиме замкнутого цикла с подпиткой свежим сушильным агентом, а другой - на активное вентилирование зерна в силосы; измерение расхода, температуры и влагосодержания сушильного агента перед сушкой и активным вентилированием зерна с воздействием на мощность привода компрессора по расходу, температуре и влажности зерна, подаваемого на сушку, и дополнительно характеризуется тем, что сушку зерна осуществляют в двух последовательно расположенных зонах шахтной зерносушилки и зоне охлаждения, причем для нагревания и охлаждения сушильного агента используют парокомпрессионный двухступенчатый тепловой насос, холодный сушильный агент посредством вентиляторов направляют по двум потокам, один из которых подают в конденсатор второй ступени теплового насоса, а другой - на охлаждение зерна; при этом для стабилизации температуры в I зоне зерносушилки подают смесь горячего и холодного сушильного агента, причем часть горячего сушильного агента после конденсатора II ступени отводят на размораживание секции испарителя, работающей в режиме регенерации, с возвратом на сушку перед конденсатором II ступени в режиме замкнутого цикла, во II зону зерносушилки подают горячий сушильный агент, а в зону охлаждения - холодный; по расходу зерна на входе в зерносушилку устанавливают расход сушильного агента в зонах сушки и зоне охлаждения; по температуре сушильного агента на входе во II зоне сушки корректируют мощность привода компрессора второй ступени; по температуре сушильного агента в I зоне сушки устанавливают соотношение расходов горячего и холодного сушильного агента; при отклонении коэффициента теплопередачи k на охлаждающей поверхности рабочей секции испарителя первой ступени между отработанным сушильным агентом и хладагентом от заданного интервала значений в сторону уменьшения переключают рабочую секцию с режима конденсации на режим регенерации и осуществляют регенерацию охлаждающей поверхности горячим сушильным агентом, при этом компенсируют потери сушильного агента перед сушкой путем увеличения расхода свежего сушильного агента в линии подпитки. Способ позволяет снизить энергозатраты и повысить качество высушенного зерна. 2табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматическом управлении процессами сушки и хранения зерновых культур, в частности зерна пшеницы, семян подсолнечника, пивоваренного солода и т.д.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ стабилизации термовлажностных характеристик зерна при его сушке и хранении [Патент РФ №2303213, F26B 3/14, F26B 21/08, F26B 21/10. Способ стабилизации термовлажностных характеристик зерна при его сушке и хранении /А.А.Шевцов, А.Н. Остриков, Д.А. Бритиков, Е.В. Воронова, №2005133720, заявл. 02.11.2005, опубл. 20.07.2007, Бюл. №20, патентообладатель: ГОУВПО Воронежская государственная технологическая академия], предусматривающий предварительный подогрев влажного зерна отработанным сушильным агентом и последующую очистку сушильного агента от легких примесей в циклоне, его осушение и охлаждение в испарителе теплонасосной установки, рабочая и резервная секция которого попеременно переключаются с режима конденсации на режим регенерации; осушение, охлаждение и разделение сушильного агента на два потока, один из которых подают на сушку через конденсатор теплового насоса в режиме замкнутого цикла с подпиткой свежим сушильным агентом, а другой - на активное вентилирование зерна в силосы; измерение расхода, температуры и влагосодержания сушильного агента перед сушкой и активным вентилированием зерна с воздействием на мощность привода компрессора по расходу, температуре и влажности зерна, подаваемого на сушку.

Данный способ имеет следующие недостатки:

• не в полной мере реализован один из основных принципов энергосбережения, в частности осуществление тепловых процессов в замкнутом цикле по сушильному агенту вследствие того, что значительная часть воздуха забирается из атмосферы и вносится в систему через охлаждение зерна;

• не созданы условия для обеспечения синхронизированной работы рабочей и резервной секций испарителя, так как в одноступенчатой теплонасосной установке не достигается высокий температурный потенциал воздуха, подаваемого после конденсатора на размораживание резервной секции, что увеличивает время ее регенерации;

• не обеспечивается энергоэффективная эксплуатация теплового насоса и снижение удельных энергозатрат на процессы сушки и хранения зерна вследствие применения калорифера в линии подготовки сушильного агента;

• не создаются перспективы в повышении качества зерна из-за отсутствия переменности теплоподвода посредством многозонной сушки, позволяющей осуществлять интенсивный влагосъем за один проход зерна через сушилку с соблюдением ограничений на его качество;

• не обеспечивается повышение экологической безопасности технологии зерносушения и хранения зерна, так как для охлаждения зерна и последующего размораживания испарителя используется свежий воздух из атмосферы, который выводится из системы в окружающую среду вместе с конденсатом, образовавшимся при оттаивании «снеговой шубы».

Технической задачей изобретения является повышение качества зерна при его сушке, интенсификация процесса сушки, снижение удельных энергозатрат и повышение экологической безопасности при сушке и хранении зерна.

Для решения технической задачи изобретения предложен способ управления процессами сушки и хранения зерна, предусматривающий предварительный подогрев влажного зерна отработанным сушильным агентом и последующую очистку сушильного агента от легких примесей в циклоне, его осушение и охлаждение в испарителе теплонасосной установки, рабочая и резервная секция которого попеременно переключаются с режима конденсации на режим регенерации; осушение, охлаждение и разделение сушильного агента на два потока, один из которых подают на сушку через конденсатор теплового насоса в режиме замкнутого цикла с подпиткой свежим сушильным агентом, а другой - на активное вентилирование зерна в силосы; измерение расхода, температуры и влагосодержания сушильного агента перед сушкой и активным вентилированием зерна с воздействием на мощность привода компрессора по расходу, температуре и влажности зерна, подаваемого на сушку, и дополнительно характеризующийся тем, что сушку зерна осуществляют в двух последовательно расположенных зонах шахтной зерносушилки и зоне охлаждения, причем для нагревания и охлаждения сушильного агента используют парокомпрессионный двухступенчатый тепловой насос, холодный сушильный агент посредством вентиляторов направляют по двум потокам, один из которых подают в конденсатор второй ступени теплового насоса, а другой - на охлаждение зерна; при этом для стабилизации температуры в I зоне зерносушилки подают смесь горячего и холодного сушильного агента, причем часть горячего сушильного агента после конденсатора II ступени отводят на размораживание секции испарителя, работающей в режиме регенерации, с возвратом на сушку перед конденсатором II ступени в режиме замкнутого цикла, во II зону зерносушилки подают горячий сушильный агент, а в зону охлаждения - холодный; по расходу зерна на входе в зерносушилку устанавливают расход сушильного агента в зонах сушки и зоне охлаждения; по температуре сушильного агента на входе во II зоне сушки корректируют мощность привода компрессора второй ступени; по температуре сушильного агента в I зоне сушки устанавливают соотношение расходов горячего и холодного сушильного агента; при отклонении коэффициента теплопередачи k на охлаждающей поверхности рабочей секции испарителя первой ступени между отработанным сушильным агентом и хладагентом от заданного интервала значений в сторону уменьшения переключают рабочую секцию с режима конденсации на режим регенерации и осуществляют регенерацию охлаждающей поверхности горячим сушильным агентом, при этом компенсируют потери сушильного агента перед сушкой путем увеличения расхода свежего сушильного агента в линии подпитки.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества зерна при его сушке, снижении энергозатрат на нагрев сушильного агента, повышении экологической чистоты производства и точности управления процессом сушки и хранения.

На фиг. 1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ управления процессами сушки и хранения зерна.

Схема содержит двухзонную шахтную зерносушилку 1 с зоной тепловлагообмена 2, I зону сушки 3, II зону сушки 4 и зону охлаждения зерна 5; калорифер 6; циклон 7; вентиляторы 8, 9; конденсатор 10, испаритель-конденсатор 11, силосы 12; нории 13, 14; компрессор I ступени теплонасосной установки 15; компрессор II ступени теплонасосной установки 16; испаритель с секциями 17 и 18; терморегулирующие вентили 19 и 20; распределители потока 21, 22, 23, 24, 25, 26; линии: подачи влажного 27 и рециркулируемого 28 зерна в зону тепломасообмена 2, отвода высушенного зерна 29 на хранение в силосы 12, рециркуляции сушильного агента 30, подачи осушенного и охлажденного сушильного агента 31 на активное вентилирование зерна в силосы, подпитки сушильного агента свежим воздухом 32, 33, подачи смеси горячего и холодного сушильного агента 34 в I зону сушки зерносушилки 3, с отводом части горячего сушильного агента 40 на размораживание секции испарителя 17 и 18, подачи горячего сушильного агента 35 во II зону сушки зерносушилки 4, холодного сушильного агента 36 в зону охлаждения зерна 5, отвода конденсата 37 из секций испарителя 17 и 18, отвода частиц 38 из циклона 7, рециркуляции хладагента 39 в теплонасосной установке; датчики: температуры 42 - 53; влажности 54 - 56; влагосодержания 57 - 59; расхода 60 - 67; исполнительные механизмы 68 - 86; микропроцессор 87 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л, м, н, о, п, р, с, т, у, ф, х, ц, ч, ш, щ, э - входные каналы управления; А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л, М, Н, О, П, Р, С, Т,У - выходные каналы управления).

Способ осуществляется следующим образом.

Влажное зерно последовательно подают сначала в теплообменник 6, где оно нагревается за счет теплоты отработанного сушильного агента, затем в зону тепловлагообмена 2 двухзонной шахтной зерносушилки 1, в которой за счет смешивания исходного влажного и рециркуляционного высушенного потоков зерна происходит перераспределение теплоты и влаги между влажными и сухими зернами путем контактного тепловлагопереноса (сорбционная сушка влажного зерна), а также выравнивание температуры и влажности по всему объему зерновой смеси влажного зерна с рециркулируемым. После зоны тепловлагообмена 2 зерновую смесь разделяют на два потока, каждый из которых вначале поступает в I зону сушки 3 и продувается смесью горячего и холодного сушильного агента с температурой 120°С, а затем во II зону сушки 4, где продувается горячим сушильным агентом с температурой 150°С, в результате чего влажность зерна снижается. По одному потоку высушенное зерно охлаждают холодным сушильным агентом, подаваемым по линии 36 в зоне охлаждения 5, и с помощью нории 14 по линии 29 подают на хранение в силосы 12. По другому рециркулирующему потоку 28 с помощью нории 13 высушенное зерно вновь смешивают с влажным зерном и повторно направляют в цикл тепловлагообмена. Отработанный сушильный агент после зон сушки 3 и 4 направляют в теплообменник 6 для подогрева зерна и далее по линии 30 - в циклон 7 для очистки от содержащихся в нем взвешенных твердых частиц, которые отводятся из циклона по линии 38. Отработанный сушильный агент после зоны охлаждения 5 направляют в линию 30, где он смешивается с отработанным сушильным агентом после зон сушки 3 и 4, и затем в циклон 7 для очистки. Очищенный сушильный агент с помощью распределителя потока 22 направляют на осушение и охлаждение в секцию испарителя 17 теплонасосной установки, работающую в режиме конденсации. Осушенный и охлажденный сушильный агент с помощью распределителя 21 разделяют на два потока, один из которых вентилятором 9 подают на активное вентилирование зерна в силосы 12 по линии 31, а другой - вентилятором 8 к распределителю потоков 26 по линии рециркуляции 30, с подпиткой каждого потока свежим воздухом соответственно по линиям 32 и 33.

После распределителя потоков 26 холодный сушильный агент делят на два потока, один из которых подают в конденсатор второй ступени теплонасосной установки 10 для подогрева за счет теплоты конденсации хладагента, а другой через распределитель потоков 25 по линии 36 в зону охлаждения 5 сушилки 1. Из конденсатора 10 горячий сушильный агент с температурой 150°С посредством распределителя потоков 24 делят на три потока, один из которых смешивают с холодным воздухом после распределителя потоков 25 и направляют полученную смесь с температурой 120°С по линии 34 в I зону сушки 3, второй - по линии 35 во II зону сушки 4, а третий на размораживание секции испарителя 18, работающей в режиме регенерации. Отработанный сушильный агент из секции испарителя 18 по линии рециркуляции 41 возвращают на сушку перед конденсатором второй ступени теплонасосной установки 10.

По текущей информации о влажности, температуре и расходу влажного зерна в линии 27 после его предварительного подогрева в теплообменнике 6, получаемой соответственно с датчиков 53, 60, микропроцессор 87 с помощью исполнительного механизма 67 устанавливает необходимый расход рециркулируемого (сухого) зерна, подаваемого норией 13 на смешивание с влажным зерном. Выравнивание до заданных значений температуры и влажности зерновой смеси за счет сорбционных свойств влажного зерна в зоне тепловлагообмена 2 контролируется и передается с помощью датчиков 42 и 54 в микропроцессор 87, который в соответствии с заложенным в него алгоритмом устанавливает заданный режим сушки, а именно массовый и тепловой расход сушильного агента на входе в зоны сушки и зону охлаждения шахтной зерносушилки 1. Так, по информации датчика 46 о температуре сушильного агента, подаваемого в I зону сушки 3 по линии 34, микропроцессор устанавливает соотношение расходов горячего и холодного сушильного агента в данной линии с помощью исполнительного механизма 68 распределителя потоков 23. По информации датчика 47 о температуре сушильного агента, подаваемого во II зону сушки 4 по линии 35, микропроцессор воздействует на мощность регулируемого привода компрессора 16 второй ступени теплонасосной установки.

По информации датчиков 63 - 65 о текущем расходе сушильного агента в секции сушки и охлаждения зерносушилки 1 микропроцессор определяет значение суммарного расхода сушильного агента и в случае его отклонения от заданного значения воздействует на мощность регулируемого привода вентилятора 8.

По информации датчиков 48 и 56 микропроцессор определяет количество теплоты, поступающей с отработанным сушильным агентом в рабочую секцию испарителя 17 теплонасосной установки, в зависимости от которого устанавливает расход хладагента в линии рециркуляции 39 посредством исполнительного механизма 74 регулируемого привода компрессора первой ступени 15 теплонасосной установки, обеспечивая при этом необходимую хладопроизводительность теплонасосной установки. В установившемся режиме сушки микропроцессор 87 обеспечивает заданное соотношение расходов сушильного агента в рабочую секцию испарителя и хладагента в линии рециркуляции 39. Хладагент, сжатый компрессором первой ступени теплонасосной установки 15, конденсируется в секции испарителя-конденсатора 11 и дросселируется через терморегулирующий вентиль 80 до давления, при котором поступает в рабочую секцию испарителя 17. Испарение хладагента за счет теплоты сушильного агента позволяет охладить последний ниже точки «росы» и осушить вследствие выпадения содержащихся в нем паров влаги.

Процесс конденсации влаги, содержащейся в сушильном агенте, сопровождается образованием «снеговой шубы» на охлаждающем элементе испарителя, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи от хладагента к сушильному агенту через стенку охлаждающего элемента при нарастающей по ходу процесса сушки толщине «снежной шубы» и, как следствие, снижает интенсивность осушения сушильного агента.

По информации датчиков 48, 49, 50, 65 микропроцессор непрерывно вычисляет текущее значение коэффициента теплопередачи по формуле:

(1)

где $$Q=V{c}_{–€}{\rho }_{–€}(t_1-t_2)$$ - количество теплоты, подаваемой сушильным агентом в испаритель теплонасосной установки, кДж/ч; V - объемный расход сушильного агента, м³/ч; $$c_{–€},{\rho }_{–€}$$ - средние значения теплоемкости, кДж/(кг·К), плотности, кг/м³, сушильного агента; F - площадь поверхности охлаждающего элемента испарителя, м²; $$\Delta t_{–р}=(t_1-t_2)/\ln \left[(t_1-t_3)/(t_2-t_3)\right]$$ - среднелогарифмический температурный напор, С; t₁, t₂ - температура сушильного агента соответственно на входе и выходе из испарителя, С; t₃ - температура хладагента на входе в испаритель, С, и вырабатывает сигнал отклонения текущего значения коэффициента теплопередачи от заданного интервала значений, по которому корректирует соотношение расходов «сушильный агент - хладагент» путем изменения расхода хладагента в линии рециркуляции 39 воздействием на мощность привода компрессора верхней части каскада теплонасосной установки 15 с помощью исполнительного механизма 74.

При отклонении текущего значения коэффициента теплопередачи от заданного в сторону уменьшения микропроцессор увеличивает хладопроизводительность теплонасосной установки. Если увеличение хладопроизводительности (расхода хладагента в линии 39) не позволяет вывести текущее значение коэффициента теплопередачи на заданный интервал значений, то микропроцессор 87 посредством исполнительных механизмов 79, 77 и 80 отключает рабочую секцию 17 испарителя из контура рециркуляции хладагента 39 на регенерацию и подключает посредством исполнительных механизмов 76, 78, 81 резервную секцию 18 в контур рециркуляции 39 на режим конденсации. Работа исполнительных механизмов 76, 79, 77, 78, 80, 81 синхронизирована. При этом распределитель потока 22 посредством исполнительного механизма 75 переключает поток сушильного агента, подаваемого на осушение, в рабочую секцию испарителя 18, переключившуюся с режима регенерации на режим конденсации.

После осушения и охлаждения в рабочей секции испарителя теплонасосной установки сушильный агент с помощью исполнительного механизма 83 распределителя потока 21 разделяют на два потока, один из которых подают на активное вентилирование зерна в силосы, а другой - на сушку зерна, с подпиткой каждого потока свежим воздухом соответственно по линиям 32 и 33. Микропроцессор 87 непрерывно контролирует температуру в различных сечениях зерновой массы по высоте силосов 12. При хранении зерна в нем протекают физиологические процессы, сопровождающиеся выделением теплоты. В результате температура зерна может достичь значения, при котором может произойти ухудшение коммерческих, технологических и пищевых свойств зерна. Поэтому предусмотрено своевременное определение любого перегрева при хранении и охлаждение зерна за счет активного вентилирования. При хранении в замкнутых объемах (в силосах или бункерах) на начальных стадиях может быть повреждена лишь небольшая часть хранящегося зерна. Однако такая опасность, имеющая на начальных стадиях локальный характер, при отсутствии своевременного контроля может распространиться на другие области хранящегося зерна. Поэтому для сохранения качества зерна при его продолжительном хранении в силосах 12 температура зерна считывается на значительном количестве точек измерения с помощью датчиков 52.

При отклонении текущей температуры зерна в любой из точек измерения зерновой массы, хранящейся в силосах 12, от заданного значения в сторону увеличения, осушенный и охлажденный сушильный агент после рабочей секции испарителя теплонасосной установки используют с помощью линии 31 для охлаждения и активного вентилирования зерна. В зависимости от количества зерновой массы в силосе 12 микропроцессор 87 устанавливает заданный расход смеси осушенного сушильного агента и свежего воздуха, подаваемой вентилятором 9 на активное вентилирование зерна, текущее значение которой контролируется датчиком 66 в линии 31. По текущим значениям влагосодержания и температуры смеси осушенного сушильного агента и свежего воздуха, измеряемых соответственно датчиками 58 и 51, микропроцессор 87 определяет в соответствии с J-d диаграммой влажного воздуха относительную влажность смеси. Относительная влажность является важным фактором, влияющим на процесс хранения зерна. При данной температуре и низкая и высокая относительная влажность может привести к ухудшению качества зерна. Относительная влажность, при которой начинается порча зерна, зависит от температуры. Поэтому по информации о температуре зерна в любой из точек измерения зерновой массы, хранящейся в силосах 12, микропроцессор 87 корректирует соотношение расходов охлажденного сушильного агента и свежего воздуха в линии 31 с помощью исполнительных механизмов 83 и 84. Как только температура зерна достигает равенства или становится ниже заданного значения, то микропроцессор 87 прекращает активное вентилирование зерна и весь поток осушенного и охлажденного сушильного агента посредством распределителя 21 и исполнительного механизма 83 подается в контур рециркуляции сушильного агента 30.

В процессе сушки микропроцессор 87 осуществляет непрерывный контроль за влагосодержанием смеси осушенного (охлажденного) сушильного агента и свежего воздуха в линии 30. При активном вентилировании зерна соотношение составляющих этой смеси, подаваемой на сушку вентилятором 8, будет неизбежно изменяться, поэтому микропроцессор 87 непрерывно корректирует режим сушки в зависимости от влажности высушенного зерна, измеряемой датчиком 55 в линии 29 отвода зерна на хранение в силосы 12, а в зависимости от влагосодержания смеси осушенного (охлажденного) сушильного агента и свежего воздуха микропроцессор устанавливает кратность рециркуляции по высушенному зерну (отношение расходов сухого рециркулируемого зерна и влажного зерна, подаваемого на сушку) воздействием на расход рециркулируемого зерна посредством исполнительного механизма 67 регулируемого привода нории 13. Причем при уменьшении влагосодержания смеси, подаваемой на сушку, микропроцессор 87 увеличивает производительность шахтной зерносушилки 1 по влажному зерну за счет снижения расхода рециркулируемого зерна.

При отклонении текущего значения влажности высушенного продукта от заданного, что объясняется возможными случайными возмущениями либо из-за существенных колебаний состава влажного зерна, и в первую очередь его влажности, либо из-за технологических сбоев, связанных с подсосами в тракте подачи зерна на сушку в линии 27, а также линиях рециркуляции сушильного агента, микропроцессор 87 осуществляет коррекцию режима сушки и посредством исполнительных механизмов 68 - 70 воздействует на изменение температуры и расхода сушильного агента на входе в зоны сушки и охлаждения зерносушилки.

Пример по реализации способа.

Реализация предлагаемого способа управления процессами сушки и хранения зерна рассмотрена на примере сушки зерна пшеницы Мироновская продовольственного назначения в шахтной рециркуляционной зерносушилке ДСП-24сн [Жидко В.И., Резчиков В.А, Уколов В.С. Зерносушение и зерносушилки. - М.: Колос, 1982. - 239 с.] с последующим длительным хранением в металлическом зернохранилище с аэрожелобами для активного вентилирования [Вобликов Е.М. Технология элеваторной промышленности. - Ростов н/Д: издательский центр «МарТ», 2001. - 192 с.].

Пределы регулирования температуры и расхода воздуха на входе в сушилку обоснованы в литературе [Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых производств. - М.: Пищевая пром-ть, 1973. - 243 с.] и соответственно составляют: 373…413 K; 27800…45900 м³ /ч.

Для начальной влажности зерна пшеницы с крепкой и хорошей клейковиной выше 20% используется двухступенчатый режим позонной сушки при температуре сушильного агента 383 K в первой зоне и 407 К во второй. При кратности рециркуляции по сухому зерну 0,3 влажность зерна снижается до стандартного значения 14% и не превышает предельно допустимой температуры нагрева зерна 320 K. Температура зерна на выходе из охладительной камеры не превышает температуру наружного воздуха более чем на 282 K.

Для длительного и надежного хранения, обеспечивающего необходимые аэробные условия, при которых исключается порча продукта, в способе управления процессами сушки и хранения зерна предложена аэрация зерна смесью атмосферного и кондиционированного воздуха при потоке 0,1…0,3 м³/мин на кубический метр зерновой массы при любой продолжительности периода аэрации в зависимости от температуры зерна.

Для подготовки отработанного воздуха к последующей сушке в линии 30 рециркуляции сушильного агента по основному потоку установлена теплонасосная установка со следующими техническими данными:

Хладопроизводительность, кВт, 30-40;

Хладагент:

первая ступень (фреон - 12) R12;

вторая ступень (фреон - 22) R22;

Тип компрессора поршневой одноступенчатый;

Общая суммарная площадь охлаждающей

поверхности испарителей, м, 137,8;

Сравнительные характеристики способа управления процессами сушки и хранения зерна в зерносушилке ДСП-24, укомплектованной двухступенчатым парокомпрессионным тепловым насосом, с прототипом представлены в таблице 1.

Таблица 1

№ п/п	Технологические показатели, ед. измерения	Способ по патенту РФ №2303213 (прототипу)	Предлагаемый способ
1	Температура сушильного агента в первой зоне сушки, оС	120	125
2	Температура сушильного агента во второй зоне сушки, оС	140	145
3	Температура сушильного агента в зоне охлаждения, оС $$t_{охл}$$ (лето) $$t_{охл}$$ (зима)	20 -10	10 -10
4	Влагосодержание воздуха на входе в зоны сушки, кг/кг	0,003÷0,005	0,005÷0,0025
5	Общая масса испаренной влаги, т	2,89	3,05
6	Суммарный объемный расход воздуха по всем зонам сушилки, м3/ч	121800	121800
7	Расход теплоты на сушку, кДж/ч q (зима) q (лето)	4,9469·106 2,8875·106	4,5217·106 2,5374·106
8	Удельные затраты теплоты на испарение влаги, кДж/кг	3509,1	3050
9	Расход условного топлива, кг/ч в калорифере	105,3	-
10	Расход электроэнергии, кВт∙ч/т	3,20	3,52
11	Время пребывания зерна в шахте, мин	53,2	41,2
12	Время размораживания секции испарителя в режиме регенерации, мин	150	130
13	Средняя производительность по сухому продукту, т/ч	26	28,6

Показатели качества высушенного зерна озимой пшеницы сорта Мироновская 808 представлены в таблице 2.

Таблица 2

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА	Характеристика и ограничительная норма для поставляемой мягкой пшеницы, предназначенной для переработку в муку
по ГОСТ 9353 - 90	по традиционной технологии	по предлагаемому способу
Состояние	Негреющаяся, в здоровом состоянии
Запах	Нормальный, свойственный здоровому зерну пшеницы (без затхлого, солодового, плесневого, постороннего запахов
Цвет	Темно-красный. Допускается наличие желтых, желтобоких, обесцвеченных и потемневших зерен в количестве, не нарушающем основного тона
Влажность, %, не более (для сортового помола пшеницы)	13,5	13,0…13,5	12,8…13,2
Сорная примесь, %, не более	2,0	1,5	1,5
Массовая доля клейковины, %, не менее	18,0	18,0	18,0
Качество клейковины, группа, не ниже	II	II	II
Стекловидность, %, не менее	40,0	50,0	50,0
Натура, г/л, не менее	На уровне базисной нормы (710 г/л)
Число падения, с	Более 200	Более 200	Более 200
Трудноотделимая примесь, относимая к сорной примеси, %, не более	2,0	2,0	2,0
Проросшие зерна, которые относятся к зерновой примеси, %, не более	3,0	3,0	3,0

Для расчета времени размораживания «снеговой шубы» (табл.1) проведен вычислительный эксперимент [Шевцов А. А., Павлов И. О., Лыткина Л. И., Дранников А. В., Воронова Е.В. Моделирование процесса размораживания «снеговой шубы» на поверхности испарителя //Хранение и переработка сельхозсырья. - 2008. - №4. - С. 26-29].

В табл.2 приведены значения качественных показателей образцов зерна озимой пшеницы сорта Мироновская 808, высушенных по известному и предлагаемому способу. Все качественные показатели соответствовали ГОСТ 9353 - 90, что свидетельствует о правильном подходе в выборе оптимальных режимов сушки и их реализации в области стандартных физико-химических и органолептических свойств зерна.

Таким образом, предлагаемый способ управления процессами сушки и хранения зерна по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

• реализован один из основных принципов энергосбережения, в частности осуществление тепловых процессов в замкнутом цикле по сушильному агенту вследствие того, что значительная часть воздуха забирается из атмосферы и вносится в систему через охлаждение зерна;

• созданы условия для обеспечения синхронизированной работы рабочей и резервной секций испарителя;

• повышается качество высушенного зерна, длительность и надежность хранения;

• обеспечивается энергоэффективная эксплуатация теплового насоса и снижение удельных энергозатрат на процессы сушки и хранения зерна;

• создаются перспективы в повышении качества зерна посредством многозонной сушки, позволяющей осуществлять интенсивный влагосъем за один проход зерна через сушилку с соблюдением ограничений на его качество;

• обеспечивается повышение экологической безопасности технологии зерносушения и хранения зерна.

Способ управления процессами сушки зерна и хранения, предусматривающий предварительный подогрев влажного зерна отработанным сушильным агентом и последующую очистку сушильного агента от легких примесей в циклоне, его осушение и охлаждение в испарителе теплонасосной установки, рабочая и резервная секция которого попеременно переключаются с режима конденсации на режим регенерации; осушение, охлаждение и разделение сушильного агента на два потока, один из которых подают на сушку через конденсатор теплового насоса в режиме замкнутого цикла с подпиткой свежим сушильным агентом, а другой - на активное вентилирование зерна в силосы; измерение расхода, температуры и влагосодержания сушильного агента перед сушкой и активным вентилированием зерна с воздействием на мощность привода компрессора по расходу, температуре и влажности зерна, подаваемого на сушку, отличающийся тем, что сушку зерна осуществляют в двух последовательно расположенных зонах шахтной зерносушилки и зоне охлаждения, причем для нагревания и охлаждения сушильного агента используют парокомпрессионный двухступенчатый тепловой насос, холодный сушильный агент направляют по двум потокам, один из которых подают в конденсатор второй ступени теплового насоса, а другой - на охлаждение зерна; при этом для стабилизации температуры в I зоне зерносушилки подают смесь горячего и холодного сушильного агента, причем часть горячего сушильного агента после конденсатора II ступени отводят на размораживание секции испарителя, работающей в режиме регенерации, с возвратом на сушку перед конденсатором II ступени в режиме замкнутого цикла, во II зону зерносушилки подают горячий сушильный агент, а в зону охлаждения - холодный; по расходу зерна на входе в зерносушилку устанавливают расход сушильного агента в зонах сушки и зоне охлаждения; по температуре сушильного агента на входе во II зону сушки корректируют мощность привода компрессора второй ступени; по температуре сушильного агента в I зоне сушки устанавливают соотношение расходов горячего и холодного сушильного агента; при отклонении коэффициента теплопередачи k на охлаждающей поверхности рабочей секции испарителя первой ступени между отработанным сушильным агентом и хладагентом от заданного интервала значений в сторону уменьшения переключают рабочую секцию с режима конденсации на режим регенерации и осуществляют регенерацию охлаждающей поверхности горячим сушильным агентом.