СПОСОБ СУШКИ СЕМЯН И ЗЕРНА
METHOD TO DRY SEEDS AND GRAIN

Изобретение относится к сушке семян и зерна преимущественно повышенной влажности и может быть использовано в сельском хозяйстве, системе заготовок, химической и пищевой отраслей промышленности.
Известен способ сушки семян и зерна, при котором влажный материал загружают, вентилируют агентом сушки, охлаждают и разгружают [1].
Этот способ широко применяется в сельском хозяйстве. Однако при его использовании удельная подача агента сушки не обосновывается в зависимости от свойств материала и условий сушки, поэтому он, как правило, энергозатратен.
Известен способ сушки семян и зерна, при котором поддерживают максимально допустимую температуру агента сушки, его удельную подачу q определяют в зависимости от его температуры, начальной и конечной влажности материала в интервале высоты слоя от 0,1 до 0,7 м, а высоту слоя ограничивают потерями напора в 1 кПа [2].
Этот способ сушки по технической сущности наиболее близок к заявленному и выбран за прототип.
Однако этот способ применим только для зерновых культур, для которых был разработан, и не может быть использован для мелких и крупносеменных культур, а также для семян, требующих особых условий сушки, например селекционных, кроме того, потери напора в слое в зависимости от вентилятора и конструкции устройства могут существенно отличаться от указанного.
Целью изобретения является повышение эффективности и универсальности способа.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе сушки семян и зерна, при котором поддерживают максимально допустимую температуру агента сушки, его удельную подачу определяют в зависимости от его температуры, начальной и конечной влажности материала в интервале высоты слоя от 0,1 до 0,7 м, высоту слоя ограничивают потерями напора в нем, согласно изобретению при определении удельной подачи агента сушки учитывают коэффициент испарения влаги и удельную поверхность материала по формуле
где q - удельная подача агента сушки, кг/кг·с;
2
σ - коэффициент испарения, σ=α/C, кг/м·с;
2
α - коэффициент теплоотдачи Вт/м·°С;
2
f - удельная поверхность материала, м/кг;
С - теплоемкость агента сушки, кДж/кг·°С;
1
2
ΔU; U - начальное и конечное влагосодержание материала соответственно, кг/кг;
0
1
2
i, i, i - энтальпия агента сушки на входе в слой, паровоздушной пленки при начальной и средней температурах материала соответственно.
с
где ΔР - потери напора в слое, кПа;
суш
ΔР - потери напора в незаполненной сушилке, кПа;
0
n
Q - максимальный расход вентилятора при ΔР;
n
ΔР - полный напор вентилятора, кПа;
с
3
Q - расход вентилятора при ΔР, определяемый по характеристике конкретного вентилятора, м/ч.
1
уд
с
Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 изображена схема устройства, на фиг.2 - номограммы по определению удельной подачи агента сушки от влажности, V и t, на фиг.3 - зависимость удельной производительности устройства G от высоты слоя h, на фиг.4 - кривая характеристики вентилятора для определения ΔР.
В состав устройства слоевой сушилки периодического действия входят калорифер 1, вентилятор 2, заслонка 3, воздушный канал 4, сушильные камеры 5, решетка 6, перегородка 7 в сушильных камерах, разгрузочные окна 8, насыпь материала 9.
Устройство работает следующим образом.
Материал распределяют на решетке 6 камер 5. Последовательно включают вентилятор 2, калорифер 1 и вентилируют слой материала 9, при необходимости изменяя расход агента сушки заслонками 3. Высушенный материал охлаждают вентилированием наружным воздухом и разгружают путем поворота сушильных камер относительно горизонтальной оси. При этом материал высыпается из разгрузочных окон 8, под которыми закреплены мешки (на схеме не показаны).
Способ осуществляют следующим образом.
уд
В зависимости от назначения зерна и его влажности определяют максимально допустимую температуру нагрева его и агента сушки [3]. По скорости агента сушки, удельной поверхности f, начальной и конечной влажности (влагосодержанию) материала, энтальпий агента сушки и паровоздушной пленки на поверхности материала рассчитывают величину q. Причем величину q ограничивают потерями напора в слое. При сушке рядовых семян и зерна при расчете q выбирают V максимальной, что обусловливает повышенные значения коэффициента теплоотдачи α, коэффициента испарения σ и соответственно удельной производительности G. При сушке селекционных семян ограничивают величину V и σ. Расчет q также можно провести при помощи номограммы (фиг.2).
Высушивают и охлаждают материал. Окончание сушки определяют, как правило, отбором навесок из слоя и определением их влажности.
0,5
0,50
0,
Производительность устройства G зависит от расхода Q вентилятора в степени G≈Q. Это обусловлено тем, что зависимость критерия Рейнольдса от Нуссельта в большинстве расчетных формул Nu≈f(Re); действительно, чем больше коэффициент теплоотдачи α, входящий в критерий Nu, тем выше производительность. В то же время производительность устройства прямо пропорциональна высоте (массе) продуваемого слоя, а следовательно, прямо пропорциональна потерям напора в слое. При повышении расхода вентилятора среднего давления, потери напора, начиная с Q снижаются. Учитывая вышесказанное, можно записать
или
На графике (фиг.4) приведена характеристика вентилятора №12, 5-3, применяемого в зерносушильных установках [4].
n
n
0
n
n
суш
0,5
3
3
Прямая ΔР=f(Q) проходит из точки А с координатами ΔР=2,2 кПа и Q=22 тыс. м/ч, пересекает кривую характеристики в точке В с координатами ΔР=1,4 кПа, Q=75 тыс. м/ч, следовательно, толщина слоя должна быть ограничена величиной ΔР=1,4 кПа. Для камерных сушилок величину ΔР можно принять 0,1…0,2 кПа, для зерносушилок шахтного и колонкового типа 0,3…0,5 кПа.
n
суш
Так как при больших значениях h возрастают потери напора ΔР и существенно сокращается величина Q, для камерных сушилок величину ΔP можно принять 0,1…0,2 кПа, для зерносушилок шахтного и колонкового типа 0,3…0,5 кПа.
Обоснуем вывод q. Тепловой поток, передаваемый от материала агенту сушки путем конвекции и испарения на элементе поверхности dF, можно записать
Этот же тепловой поток равен изменению энтальпии агента сушки на элементе поверхности dF в единицу времени
B
где G - количество агента сушки, проходящего через слой, кг/с, из равенства правых частей уравнений (1) и (2) находим
Интегрируя от 0 до F при σ=const, получаем
0
1
2
где i, i, i - энтальпии агента сушки, паровоздушной пленки материала при начальной и средней температурах соответственно, кДж/кг из (4)
0
1
2
1
2
или с учетом, что f=F/GΔU, где ΔU=(U-U), U, U - начальное и конечное влагосодержание материала, кг/кг, окончательно получим
или
э
1
1
2
1
0
к
0
1
2
-3
Пример 1. Определим q для условий сушки семян пшеницы с эквивалентным диаметром d=3·10 м в слое высотой h=0,5 м. Исходная влажность семян W=22% (U=0,282 кг/кг), конечная W=14% (0,162 кг/кг), температура агента сушки t=45°C, исходная температура семян θ=20°С, средняя θ=30°С. Энтальпия агента сушки i=65 кДж/кг, паровоздушной пленки семян соответственно i=50 кДж/кг и i=55 кДж/кг.
Для определения коэффициента испарения σ, предварительно вычислим критерий Рейнольдса по формуле и Нуссельта по формуле
0,48
0,33
0,175
Nu=2+1,07Re·Pr·Gu, где Pr и Gu - критерии Прандтля и Гухмана.
После вычислений получим Re=1500 и Nu≈100, а
коэффициент теплоотдачи ,
2
где λ - коэффициент теплопроводности, λ=0,050 Вт/м·°С; α≈10 Вт/м·°С.
Коэффициент испарения можно представить в виде σ=к α/с (где к - численный коэффициент, к<1; С - теплоемкость воды, кДж/кг·°С). Он является эффективным: влага находится не только на поверхности частиц, но и диффундирует к поверхности этих частиц из глубины, что требует затрат теплоты. По имеющимся данным затраты теплоты составляют дополнительно 12%, следовательно, К=0,88. Коэффициент удельной поверхности f есть отношение геометрической поверхности зерновки к ее, для зерна пшеницы f≈1,0,
q=3,15 кг/кг·ч
2
Пример 2. Удельную производительность  (где G - масса материала, т; S - площадь решетки, м; τ - время, ч) устройства определяли по следующей методике:
3
Массу материала в устройстве можно рассчитать из G=hγS (т), где γ - объемная масса материала (пшеница γ=760 кг/м).
1
2
Количество испаренной влаги , где ω; ω - исходная и кондиционная влажность, %.
Время сушки
1
2
где d, d - соответственно влагосодержание агента сушки на выходе и входе в слой, кг/кг.
уд
На фиг.3 представлены зависимости G от h для следующих условий сушки пшеницы (1-5 и рапса 6):
1
1 - q=8 кг/кг·ч; t=60°C; w=20%;
1
2 - q=4 кг/кг·ч; t=60°C; w=20%;
1
3 - q=5 кг/кг·ч; t=45°C; w=20%;
1
4 - q=10 кг/кг·ч; t=45°C; w=20%;
1
5 - q=6,3 кг/кг·ч; t=45°C; w=20%.
Источники информации
1. Теленгатор Н.П., Уколов В.С., В.М. Цециновский. Обработка семян зерновых культур, «Колос». - М., 1972, с.76-79.
2. Анискин В.И., Окунь Г.С. Технологические основы оценки работы зерносушильных установок ГНУ ВИМ, М., 2003, с.103, 112-113.
3. Птицын С.Д. Зерносушилки. М., 1962, Гос. науч.-техн. издат. машиноиздат, с.52.
4. Методические рекомендации по сушке и охлаждению зерна активным вентилированием. М., ВИМ, 1974, с.42.