СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ СЕМЯН И ЗЕРНА
METHOD AND DEVICE FOR DRYING OF SEEDS AND GRAIN

Изобретение относится к сушке семян и зерна, преимущественно повышенной влажности, и может быть использовано в сельском хозяйстве.
Известен способ сушки семян и зерна, при котором влажный материал загружают на решетную поверхность камеры, вентилируют наружным и подогретым воздухом, высушивают до кондиционной влажности и разгружают.
Известно устройство для его осуществления, содержащее средства загрузки, разгрузки, камеру, решетку, вентилятор и калорифер [1].
Эти способ и устройство широко распространены в сельском хозяйстве, позволяют высушить или подсушить семена и зерно любой исходной влажности, в том числе элитные семена. Однако способ малопроизводителен и энергозатратен, а для обслуживания устройства необходим ручной труд.
Известен способ сушки семян и зерна, при котором их загружают в аэрожелоб, вентилируют наружным и подогретым воздухом и разгружают. Воздух подогревают до 27°С, а материал досушивают агентом сушки в сушильной камере. Качество подсушки обеспечивают ориентированные подачи материала и воздуха по длине аэрожелоба. Этот способ нашел применение в регионах повышенного увлажнения (W≥21%).
Однако влагосъем в аэрожелобе при вентилировании наружным воздухом незначителен, а использование подогретого воздуха ограничено выпадением конденсата в верхних слоях насыпи с образованием корки, препятствующей вентилированию [2].
Известно устройство, содержащее средства загрузки и разгрузки, решетку, вентилятор и калорифер. В устройстве предусмотрено ориентированная подача материала и воздуха [3]. Недостатком известного устройства является сложность контроля степени подогрева воздуха.
Эти способ и устройство наиболее близки к сути заявленных и выбраны за прототип.
Техническая задача изобретения заключается в повышении эффективности вентилирования семян и зерна, в том числе подогретым воздухом.
c
c
1
1
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе сушки семян и зерна, при котором их загружают в аэрожелоб, вентилируют наружным и подогретым воздухом и разгружают, согласно изобретению потери напора в вентилируемом слое ΔР должны отвечать условию ΔР≤КР, а степень подогрева ограничена относительной влажностью отходящего воздуха из слоя φ≤85…90%, где K=P/P, P - полный напор вентилятора, а P - напор вентилятора при максимальной подаче.
Поставленная техническая задача достигается также тем, что в устройстве для сушки семян и зерна, содержащем средства загрузки и разгрузки, решетку, вентилятор и калорифер, согласно изобретению устройство снабжено как минимум четырьмя датчиками относительной влажности воздуха φ, размещенными над слоем по его длине в периферийной части камеры, и интегратором, подключенным к калориферу установки с возможностью изменения температуры подогретого воздуха.
c
c
Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым в способе является то, что потери напора в вентилируемом слое ΔР должны отвечать условию ΔР≤КР, а степень подогрева ограничена относительной влажностью воздуха, отходящего из слоя φ≤85…90%.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что новым в устройстве является то, что устройство снабжено как минимум четырьмя датчиками относительной влажности воздуха φ, размещенными над слоем по его длине, попарно в периферийной части камеры, и интегратором, подключенным к калориферу с возможностью изменения температуры подогретого воздуха.
Таким образом, заявленный способ соответствует критерию «новизна».
Заявленный способ может быть осуществлен только в предлагаемом устройстве, что говорит о соблюдении принципа «единство изобретения».
Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как может быть достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, а именно: повышение эффективности вентилирования семян и зерна.
Изобретение является и «промышленно применяемым», так как может использоваться в сельском хозяйстве.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 и 3 графики, полученные при обосновании способа.
Устройство содержит калорифер 1, вентилятор 2, средства загрузки 3, настил 4, решетку 5, на решетке располагается насыпь материала 6, камеру 7, заслонку 8, средство разгрузки 9, датчики относительной влажности воздуха 10, интегратор 11.
Способ осуществляют следующим образом: мобильным средством загрузки 3 заполняют камеру аэрожелоба 7, включают вентилятор 2, а при необходимости калорифер 1 и вентилируют насыпь материала 6. После подсушки открывают заслонку 8 на выходе камеры 7 и при образовании псевдоожиженного слоя на выходе решетки разгружают материал в средство разгрузки 9 (например, скребковый транспортер). При повышенной относительной влажности наружного воздуха (φ≥75…80%,) процесс подсушки идет достаточно медленно, а сушка до кондиционной влажности (14%) невозможна, поэтому наружный воздух подогревают на 2…8°С. Вентилирование подогретым воздухом характеризуется интенсивным его насыщением парами влаги и образованием фронта сушки в насыпи: на входе потока воздуха в слой материал пересушивается, а на выходе его влажность за счет конденсации паров влаги при φ≥95% возрастает. При этом может образоваться корка, происходит порча материала, а также возрастают потери напора. С целью предотвращения образования корки необходимо снизить величину φ, т.е. температуру подогретого воздуха, что достигается срабатыванием датчиков φ, так как интенсивность вентилирования насыпи по длине аэрожелоба изменяется, то датчики должны быть размещены по его длине. Кроме того, при загрузке материала легкие и мелкие примеси скатываются с поверхности насыпи в ее периферийную зону, где частично закрывают межзерновые каналы. Благодаря этому в периферийной зоне насыпи снижается скорость воздуха и возрастает степень его насыщения и вероятность образования корки, поэтому датчики φ должны располагаться попарно с обеих сторон насыпи в этих зонах, причем интегратор усредняет значения датчиков φ.
На пульте управления калорифера размещен гигрометр с выделенной шкалой в интервале 85…90% относительной влажности отходящего воздуха. В границах этого интервала происходит срабатывание реле с отключением или выключением одной или нескольких дополнительных секций калорифера в зависимости от фактической величины φ.
1
В зависимости от типа вентилятора величина K=P/P может меняться в широких пределах: так, например, для вентиляторов высокого давления типа ВВД или Ц 10-28 величина К≈1, т.е. потери напора слабо зависят от расхода. Однако эти вентиляторы по сравнению с вентиляторами среднего давления малопроизводительны и на аэрожелобах не используются.
с
Вентиляторы среднего давления Ц 4-70, Ц 4-76 имеют пологую характеристику - величина К изменяется для большинства номеров этих типов от 0,18 до 0,22 [3]. Следовательно, чем меньше величина К, тем больше величина Р и высота слоя в аэрожелобе.
В аэрожелобах целесообразно подсушивать семена и зерно повышенной влажности (W≥20%). Это объясняется тем, что при повышенной влажности отходящий из насыпи воздух максимально насыщен влагой и каждый кг воздуха выносит от 1,0 до 1,5 г влаги. При влажности W<20% степень насыщения воздуха влагой и влагосъем снижаются, и аэрожелоб, как правило, используют не для подсушки, а для временного хранения семян и зерна.
3
3
Пример. В ООО «Воронежский» Владимировской области зерно пшеницы влажностью 22% загружали в аэрожелоб длиной ~12 м и вместимостью 25 т при максимальной высоте насыпи 2,5 м, насыпь продували вентилятором типа Ц 4-76 №8-3. Максимальный напор вентилятора при подаче 16 тыс.м/ч составляет Р=2,2 кПа, а максимальная подача в 30 тыс.м при Р=1,6 кПа [3]. Вентилировали зерно 4 ч, затем аэрожелоб разгружали, зерно предварительно очищали и загружали в сушилку СЗК-8 и досушивали.
Проведен эксперимент по вентилированию зерна в аэрожелобе при различной высоте насыпи 0,5; 1,2 и 2,2 м как наружным, так и подогретым на 5°С воздухом.
Замеряли потери напора в установке и насыпи, расход воздуха, влагосъем за 4 ч и относительную влажность наружного и отработанного воздуха.
c
c
Установлено, что с ростом высоты слоя Н возрастают потери напора в насыпи ΔР (1, фиг.2) расход воздуха Q (2) при этом не меняется практически до ~1,6 кПа (К=0,18). Также не меняются потери напора в установке (3), с дальнейшим ростом высоты насыпи и ΔР величина Q быстро снижается.
Аналогично Q изменяется влагосъемом ΔW как при вентилировании наружным (4), так и подогретым на 5°С (5) воздухом.
При вентилировании насыпи наружным воздухом семян и зерна повышенной влажности (W>20%) независимо от относительной влажности воздуха конденсат в слое не образуется и в контроле за φ нет необходимости.
0
о
0
Однако при φ≥75% влагоотдача материала не превышает d=0,9 г воды/ кг воздуха и подсушка продолжается длительное время. При подогреве воздуха на 1°С его относительная влажность снижается на ~5%, таким образом, подогревая воздух на ~5°С с относительной влажностью φ=75%, можно понизить φ до 50% и обеспечить удовлетворительную подсушку при затратах тепла в 2…2,5 раза ниже, чем в зерносушилках. Установлено, что при вентилировании наружным воздухом с φ≈70% относительная влажность воздуха φ (фиг.3, поз.1) на выходе из насыпи не превышает 90…95% и образование конденсата не происходит. При вентилировании подогретым воздухом (фиг.3, поз.2) установлено образование конденсата и более существенное снижение расхода Q.
1
1
c
c
c
При осуществлении способа следует по характеристике выбранного вентилятора определить полный напор Р и напор P при максимальной подаче θ. Разность этих напоров Р-Р и есть допустимые потери напора в насыпи ΔР. В соответствии с найденной величиной ΔР определяется высота насыпи Н при известной величине Q и характеристиках материала. Потери напора в слое ΔР аэрожелоба можно определить из выражения для подсчета потерь давления при радиальной фильтрации [4]:
где ;
V
в
0
0
0
2
3
3
К - постоянная Козени-Кармана; ή - коэффициент динамической вязкости воздуха, кг/сек·м; S - удельная поверхность зерна в слое, м/м; ε - порозность слоя; β - постоянная; γ - плотность воздуха, кг/м; V - скорость воздуха на входе в зерновой слой, м/с; r - радиус центрального цилиндра (в нашем случае r≈B/2, В - ширина аэрожелоба), м.
с
Также предложено сопротивление слоя зерна ΔР при вентилировании насыпи радиальным воздушным потоком определить по уравнению [4].
3
где А, В - коэффициенты, характеризующие свойства зернового материала; Q - расход воздуха, м/с; L - толщина зернового слоя, м; α - центральный угол аэрожелоба, град; R - наружный радиус контура насыпи, м; r - радиус воздухораспределительной трубы, м (в нашем случае r≈В/2; где В - ширина аэрожелоба).
c
Расчет ΔР по этим формулам затруднен отсутствием информации по величинам К, β (1) и а, в (2), поэтому более надежное определение - эксперимент (фиг.2).
Источники литературы
1. М.А.Теленгатор, В.С.Уколов, В.М.Цециновский Обработка семян зерновых культур, «Колос» М., 1972 г С.31…33.
2. Г.С.Березовский Обоснование метода и средств предварительной подсушке семян повышенной влажности // Автор на соиск. учебной ст.канд.техн.наук, Кострома 2000, с.5-6, 18.
3. Методические рекомендации по сушке и охлаждению зерна активным вентилированием, ВИМ, М. 1974, с.42-44.
4. В.И.Анискин, В.А.Рыбачук. Теория и технологии сушки и временной консервации зерна активным вентилированием, ВИМ, М. 1972, С.57-61.