УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА ЗЕРНА

Полезная модель относится к технике сушки сыпучих зернистых материалов с использованием горячего воздуха и может быть использовано в области сельского хозяйства для сушки зерна.
Одним из главных этапов в послеуборочной обработке зерна является сушка. Она позволяет сохранить зерно качественным на долгое время. Применение высокопроизводительных сушилок значительно снижает время на подготовку зерна к длительному хранению, уменьшает потери зерна в поле в период уборки урожая, а также позволяет в достаточно сжатые сроки и с минимальными потерями произвести процесс передачи зерна с поля на склад длительного хранения. Существуют различные способы сушки зерна. В основном это методы, построенные на повышении температуры зерна.
Они различаются главным образом по признаку передачи тепла зерну и удаления из него влаги и по характеру среды. Тепло может передаваться зерну контактным способом, т.е. соприкосновением зерна с нагретой поверхностью различных сушильных печей, подогретым воздухом или смесью воздуха с дымовыми газами, называемой газовой смесью.
В первом случае воздух, соприкасаясь с нагретым зерном, отнимает от него часть тепла и одновременно поглощает испаряющуюся из зерна влагу.
Сушка подогретым воздухом может быть представлена в такой простейшей схеме: атмосферный воздух, содержащий известное количество влаги, нагревается калорифером и повышает влагоемкость. Поступая затем под влиянием искусственной тяги в сушильную камеру, подогретый воздух нагревает зерно и одновременно поглощает выделяющуюся из него влагу. Со сниженной температурой и повышенной влажностью (относительной и абсолютной) воздух удаляется из сушилки.
При сушке зерна газовой смесью расходуется в 2…2,5 раза меньше топлива, чем при сушке нагретым воздухом, и потому она получила наибольшее распространение. В настоящее время почти все отечественные сушилки работают на газовой смеси.
Для сохранения качественных показателей зерна при искусственной сушке важное значение имеет предельная температура воздуха или газовой смеси, поступающих в сушильную камеру, максимальная температура нагретого зерна и продолжительность сушки.
В сушилках с равномерным движением теплоносителя и интенсивным перемешиванием зерна можно повысить температуру и скорость движения теплоносителя (воздуха или газовой смеси).
Три группы факторов влияют на эффективность сушки нагретым воздухом:
1) условия окружающей среды;
2) вид культуры, подвергаемой сушке;
3) конструкция сушилки и ее работа.
Наибольшее распространение на элеваторах получили зерносушилки, разработанные Всесоюзным теплотехническим институтом и условно обозначаемые ВТИ (См. Интернет-ресурс http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-44/index.htm. Сельскохозяйственные здания и сооружения. Зерносушилки). Шахты состоят из сушильной и охладительной камер. Сушильная камера по высоте разделена на две зоны, соответствующие ступеням сушки, в каждую из которых теплоноситель (газовая смесь) подается отдельными вентиляторами с разной температурой. Подводящие и отводящие короба расположены через один горизонтальными рядами. Под сушильной и охладительной камерами установлены затворы. Сушка зерна и охлаждение происходит в одном агрегате. Недостатком известных зерносушилок является ограничение по виду зерна, т.к. возможна только сушка продовольственного и фуражного зерна. Зерносушилка не имеет гибкой технологической схемы, позволяющей осуществлять сушку зерна в зависимости от начальной влажности сырого зерна.
По экспертным оценкам в элеваторной промышленности Российской федерации 75% зерносушилок морально устарели, имеют устаревшие технологические системы, становятся пожароопасными и требуют замены.
Известна установка для сушки зернистых материалов в кипящем слое, содержащая корпус, газораспределительную секционную решетку, между секциями которой установлены нагревательные элементы, выполненные в виде вертикальных продольных ребер и подключенные, как и секции газораспределительной решетки, к источнику тока (см.патент №779769, МПК: F26B 17/26, F26B 3/34, опубликовано 15.11.80 г.) [1].
Однако в этой установке нагревательные элементы, выполненные в виде вертикальных продольных ребер, при погружении в слой зерна, не обеспечивают создание конвективного подвода к обрабатываемому материалу воздушного теплового потока, оказывающего транспортирующее действие, так как не омываются теплоносителем, а осуществляют только лишь кондуктивный нагрев, что снижает интенсивность сушки.
Известны рециркуляционные сушилки (см. «Зерносушилки стационарные шахтные марки ДСП». Интернет-ресурс http://www.kmz.pl.ua/products.php?cat=26). предназначенные для сушки всех видов зерна, маслосемян и других культур продовольственного назначения с различной исходной влажностью. В рециркуляционной зерносушилке часть просушенного зерна смешивается с сырым зерном, благодаря чему зерно любой начальной влажности высушивается до сухого состояния за один пропуск. Чем выше влажность сырого зерна, тем в меньшем количестве его подают в сушилку и тем больше добавляют к нему сухого рециркулирующего зерна. Рециркуляционные сушилки не требуют подбора партий зерна по влажности. Благодаря контактному влагообмену и многократной циркуляции зерна происходит выравнивание его влажности. Известна, например шахтная рециркуляционная зерносушилка по патенту №2142103 [2]. Сушилка содержит параллельно расположенные рециркуляционные и сушильно-охладительные шахты. Над шахтами установлена камера нагрева и тепломассообменник. Для осуществления гибких, взаимозаменяемых схем сушки зерна различного качества тепломассообменник над шахтами снабжен вертикальной перегородкой с перепускным окном, разделяющей его на две части, причем на одной над рециркуляционными шахтами установлена камера нагрева, а в другой над сушильно-охладительными - дополнительная вертикальная перегородка с регулируемым заслонкой перепускным окном, расположенным ниже перепускного окна в первой перегородке.
Наиболее близким по конструктивным признакам к заявляемой полезной модели является устройство для подогрева зерна по патенту №2351861, МПК F26B 17/12, F26B 23/04, опубликовано 10.04.2009 г.) [3], выбранное за прототип. Известное устройство содержит шахту с входным и выходным трубопроводами. В шахте поярусно расположены нагревательные элементы, выполненные в виде плоских многоэлектродных композиционных электрообогревателей, установленных в шахте с помощью опорных элементов, с возможностью поворота относительно горизонтальной оси и снабжены механизмом их поворота, причем каждый плоский многоэлектродный композиционный электрообогреватель заключен в износостойкую теплопроводную оболочку. Наличие механизма поворота позволяют изменять скорость перемещения зерна в шахте и обеспечить возможность регулирования подогрева зерна в широком диапазоне температур. Однако, в известном устройстве тепло передается зерну только контактным способом, т.е. соприкосновением зерна с нагретой поверхностью нагревательных элементов.
Недостатком данного устройства является большие затраты энергии для электронагревателей, а также то, что в данная конструкция осуществляет лишь кондуктивный нагрев, то есть сушка материала происходит посредством передачи тепла, только от нагретой поверхности, что снижает эффективность сушки.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в повышении эффективности процесса сушки за счет увеличения поверхности нагрева и разрыхления зерна, снижение энергозатрат для подогрева зерна, повышение эксплуатационной надежности устройства.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для подогрева зерна содержит загрузочное и разгрузочное устройства, ротор, а также перемещающие зерно элементы, расположенные поярусно, при этом устройство снабжено системой подвода теплоносителя, а перемещающие элементы имеют тарельчатую форму и выполнены как вращающимися, так и неподвижными, причем вращающийся и неподвижный элемент образуют пару и обращены друг к другу вогнутыми поверхностями.
При этом вращающиеся элементы закреплены на роторе, а неподвижные - на стенках шахты.
При этом внешние поверхности вращающегося и неподвижного элементов выполнены ступенчатыми.
При этом вращающиеся и неподвижные элементы выполнены с использованием антипригарного материала.
При этом каждый тарельчатый элемент снабжен скребками для снятия зерна.
При этом устройство снабжено окном для визуального контроля.
Перечень графических материалов, иллюстрирующих заявляемую полезную модель.
Фиг.1 - схема устройства для подогрева зерна;
фиг.2 - схема расположения тарельчатых элементов 5 и 6;
фиг.3 - схема вращающегося элемента 5;
Фиг.3а - вид сверху вращающегося элемента 5;
фиг.4 - схема неподвижного элемента 6;
фиг.4а - вид сверху неподвижного элемента 6;
фиг.5 - схема движения агента сушки (горячего воздуха)
Фиг.6 - схема движения зерна по элементам 5, 6.
Устройство для подогрева зерна содержит камеру 1 шахтного типа с системой загрузки и разгрузки высушиваемого материала и системой подвода и отвода теплоносителя (фиг.1), размещенную в корпусе 2.
Сверху на корпусе 2 устройства расположен загрузочный бункер 8. Снизу расположена воронка 9 бункера выгрузки. По бокам корпуса 2 устройства установлены воздуховоды 10 и 11 для отвода избыточной влаги. Камера 1 через воздуховод 14 соединена с теплогенератором 12, снабженным радиальным вентилятором 13.
В центре камеры 1 установлен вертикальный ротор 3, вращающийся от электрического привода 4.
На роторе 3 закреплены вращающиеся перемещающие зерно элементы 5. Неподвижные элементы 6 закреплены внутри на стенках камеры 2. Вращающиеся 5 и неподвижные 6 перемещающие элементы установлены попарно (фиг.2). Пары элементов 5 и 6 расположены ярусами по всей высоте камеры 1. Элементы 5, 6 имеют тарельчатую форму, обращены друг к другу вогнутыми поверхностями и при этом диаметр нижней неподвижной тарелки превышает диаметр верхней вращающейся тарелки (фиг.2).
Внешние поверхности тарельчатых элементов 5 и 6 выполнены ступенчатыми для увеличения поверхности теплоотдачи (фиг.3, 4). При этом тарельчатые элементы 5 и 6 могут быть выполнены из антипригарного материала, например, пищевого силикона, или иметь антипригарное покрытие.
На каждом нагревательном элементе снизу установлены скребки 7 для снятия зерна (фиг 3, 4).
Камера 1 снабжена окном 16 для визуального контроля, выполненным из термостойкого стекла (фиг.5).
Устройство для подогрева зерна может быть оснащено системой дистанционного контроля температуры высушиваемого материала и теплоносителя, а также верхнего и нижнего уровня высушиваемого материала.
Процесс подогрева зерна происходит следующим образом.
Горячий воздух (агент сушки) посредством вентилятора 13 через теплогенератор 12 нагнетается в камеру 1 (направлен снизу вверх), где происходит конвективный нагрев зерна и удаление избыточной влаги через воздуховоды 10, 11. Направление потока воздуха и его температурный график обеспечивают сушку зерна в трех условных термических зонах - от меньшей температуры воздуха в третьей зоне к большей в первой зоне (фиг.5).
Зерно непрерывно подается в загрузочный бункер 8 и далее самотеком (сверху вниз) в камеру 1. Здесь зерно нагревается не только за счет контакта с разогретым воздухом, но и за счет теплопередачи от нагретых горячим воздухом элементов 5, 6. При соприкосновении зерна с поверхностями элементов 5 и 6 происходит кондуктивный нагрев.
Попадая на ступенчатую наружную поверхность вращающихся элементов 5, зерно под действием центростремительных сил, переходя по ступенькам, попадает в тарелку нижнего неподвижного элемента 6, диаметр которой больше диаметра верхней тарелки. Под действием температуры агента сушки влага сначала удаляется с поверхности зерна, затем происходит перемещение внутренней влаги от ядра к периферии. Под действием проходящего через слой зерна потока теплоносителя зерна интенсивно перемещаются одно относительно другого, зерно находится в движении, что создает в тарелке 6 эффект «кипящего слоя». В кипящем слое достигается тесный контакт между зернистым материалом и теплоносителем, что обеспечивает равномерность прогревания и сушки зерна. Эффект кипящего слоя достигается небольшой высотой слоя (до 50 мм) при постоянном разрыхлении зерна. Высота слоя регулируется скребками 7, установленными на каждом элементе 5, 6 снизу (фиг 3, 4).
Проходя через поярусно расположенные тарельчатые элементы 5,6 (фиг.6), зерно нагревается, попадая вниз камеры, зерно выгружается через разгрузочный бункер 9 и поступает далее по технологической цепочке зерносушильного комплекса.
Выполнение элементов 5,6 тарельчатой формы со ступенчатой поверхностью значительно увеличивает поверхность нагрева, что позволяет существенно снизить энергозатраты для подогрева зерна. Выполнение поверхности тарельчатых элементов 5,6 из антипригарного материала предотвращает налипание и пригорание зерна к поверхностям, способствует повышению эффективности работы устройства.
Средняя продолжительность нахождения зерна в сушильной камере под воздействием агента сушки составляет от 7 до 17 минут и задается оператором в зависимости от культуры и влажности первоначальной зерновой массы.
Максимальная температура нагреваемого воздуха (теплоносителя) t max=180 градусов.
Бесступенчатое регулирование частоты вращения ротора сушилки (от 8 до 30 оборотов в минуту) и широкий диапазон определения температурного задания для теплогенератора позволяют корректировать процесс сушки под различные сельскохозяйственные культуры.
В камере предусмотрен визуальный контроль через термостойкое стекло за механическим движением зерновой массы и вращающимися частями устройства.
Заявляемое устройство для подогрева зерна найдет применение в составе семяочистительно-сушильных линий и других комплексов при работе с зерном повышенной уборочной влажности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент №779769, Установка для сушки зернистых материалов в кипящем слое, опубликовано 15.11.80 г.
2. Патент №2142103. Шахтная рециркуляционная зерносушилка. Опубликовано: 27.11.1999.
3. Патент №2351861, Устройство для подогрева зерна, опубликовано 10.04.2009 г. - наиболее близкий аналог.