СПОСОБ ИНФРАКРАСНОЙ СУШКИ СЕМЯН И ЗЕРНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
SEED AND GRAIN INFRARED DRYING METHOD, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к сушке семян и зерна и может быть использовано в сельском хозяйстве.
Известен способ инфракрасной сушки растительных материалов, согласно которому материал загружают, перемещают по решетке, подвергают воздействию агента сушки и инфракрасного излучения и разгружают (А.С.Гинзбург, В.А.Резчиков. Сушка пищевых продуктов в кипящем слое. М.: «Пищевая промышленность», 1966, с.124-126).
Известно устройство для его осуществления, содержащие вентилятор, калорифер, сушильную камеру, лампы инфракрасного излучения, вибрирующее средство (А.С.Гинзбург, В.А.Резчиков. Сушка пищевых продуктов в кипящем слое. М.: «Пищевая промышленность», 1966, с.124-126).
Эти способ и устройство не нашли широкое применение в сельском хозяйстве из-за быстрого нагрева материала при сравнительно медленном влагосъеме.
Известны различные способы и устройства, замедляющие темп нагрева и интенсифицирующие влагосъем при наличии инфракрасной (ИК) сушки, например импульсная инфракрасная сушка /RU 2393397, БИПМ №18 27.06.2010, аналог/, однако этот способ сушки характерен для семян овощных, нетрадиционных и редких растений и мало пригоден для семян и зерна колосовых культур, свойства которых существенно отличаются от свойств семян овощных культур, а средства сушки на порядок или больше по производительности.
Известен способ сушки зерна, заключающейся в том, что материал горизонтально перемещают, воздействуют агентом сушки, ИК-излучением, отлеживают и возвращают в цикл.
Известно устройство для осуществления данного способа, содержащее ленточный конвейер, норию, источник ИК-излучения, средства подачи агента сушки и возврата на ленточный конвейер после отлежки, бункер отлежки зерна, винтовой конвейер /Пенкин Александр Александрович. Разработка устройства инфракрасного излучения для термической обработки зерна. Диссерт. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук, 2005, с 119-121/.
Эти способ и устройство по технической сущности наиболее близки к заявленным и приняты за прототип.
Недостаток этого способа заключается в том, что после отлежки, когда в результате миграции влаги на поверхность зерновок допустимы интенсивные режимы сушки, к которым относят ИК-сушку, зерно первоначально обрабатывают агентом сушки, а уже потом предусмотрена ИК-сушка. Кроме того, способ является циклическим, т.е. не предусматривает поточную работу, а устройство не является энергосберегающим, так как отработавший агент сушки выбрасывается в окружающую среду.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности сушки.
Поставленная техническая задача достигается тем, что способ инфракрасной сушки, заключающийся в том, что материал горизонтально перемещают, воздействуют агентом сушки, ИК-излучением, отлеживают и возвращают в сушильные камеры для досушки, отличается тем, что материал перемещают направленным потоком агента сушки, который рециркулируют, после отлежки на материал одновременно воздействуют ИК-излучением и агентом сушки, затем только агентом сушки, разделяют и одну часть охлаждают, а другую, после смешения с влажным материалом, отлеживают.
Поставленная техническая задача достигается тем, что устройство для инфракрасной сушки семян и зерна, содержащее норию, источник ИК-излучения, средство подачи агента сушки и бункер отлежки, согласно изобретению снабжено кожухом, подключенным воздуховодом к средству подачи агента сушки с возможностью его рециркуляции.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена технологическая схема устройства - ИК-сушилки непрерывного действия; на фиг.2 - модель этой сушилки, испытанная в лаборатории.
Схема устройства включает транспортер 1 влажного зерна, загрузочную норию 2, корпус 3 сушилки аэрожелобного типа, воздушный канал 4, решетку 5, камеры ИК-сушки 6, конвективной сушки 7, кожух 8, источник ИК-излучения 9, порог 10, дозатор 11, разгрузочную норию 12, охладитель зерна 13, вентилятор охладителя 14, вентилятор теплогенератора 15, теплогенератор 16, клапан зерна «акула» 17, клапан теплоносителя 18, бункер отлежки 19. Кроме того, схема включает следующие элементы: псевдоожиженный слой зерна 20, наружный воздух 21, влажное зерно 22, нагретое зерно 23, рециркулирующее зерно 24, зерно после отлежки 25, сухое охлажденное зерно 26.
Схема модели устройства включает вентилятор 27, заслонку 28, калорифер 29, воздушный канал 30, решетку 31, ИК-излучатель 32, отражатель 33, слой зерна 34, сушильную камеру 35, порог 36, емкость для зерна 37, задвижки 38, 39, 40, 41, анемометр 42, кожух 43, бункер зерна 44, рециркуляционный воздуховод 45, бункер отлежки 46, термометр 47, измерительный комплекс «Терем 4» 48. Кожух 43 подключен воздуховодом 45 к вентилятору 27.
Работу устройства осуществляют следующим образом.
Предварительно очищенное влажное зерно или семена из отделения приема (временного хранения) транспортером 1 подают в норию 2 и в камеры 6 и 7, размещенные в корпусе 3, далее оно перемещается на выход решетки 5 направленным потоком агента сушки, нагнетаемого вентилятором 15 в воздушный канал 4. Высоту слоя 20 регулируют порогом 10, дозатором 11 отбирают часть зерна на охлаждение и норией 12 направляют в вентилируемый бункер 13, остальная часть сбрасывается в ковш нории 2 и поступает в бункер отлежки 19. После отлежки зерно в смеси с влажным поступает в камеры 6 и 7 и т.д. При переполнении камеры 6 избыток зерна клапаном 17 сбрасывается в ковш нории 2. При переполнении бункера отлежки 19 срабатывает датчик уровня, размещенный в его верхней части, и прекращается поступление влажного зерна 22, также прекращается поступление этого зерна при переполнении охладителя 13 (вентилируемого бункера) или в случае выхода из него недосушенного зерна.
Контроль за влажностью зерна из охладителя 13 можно осуществлять как непосредственным замером портативным влагомером, так и поточным влагомером с автоматической остановкой транспортера 1.
Агент сушки (теплоноситель) готовят в теплогенераторе 16, вентилятором 15 нагнетают в воздушный канал 4.
Отработавший агент сушки отбирают из кожуха 8 и направляют воздуховодом на рециркуляцию в вентилятор 15, избыток этого агента сушки клапаном 18 сбрасывают в окружающую среду. В камере 6 на регулируемой высоте размещен источник инфракрасного излучения 9, например роторный газовый излучатель, предусмотрен контроль температуры зерна на входе в дозатор 11, при превышении заданной температуры снижается высота слоя семян зерна на решетке 5, при понижении температуры повышается высота этого слоя.
Способ осуществляют следующим образом.
Материал горизонтально перемещают по решетке агентом сушки, одновременно воздействуют ИК-излучением и агентом конвективной сушки, а затем только агентом сушки, разделяют, одну часть охлаждают, другую после смешения с влажным материалом отлеживают и возвращают в сушильные камеры.
Основное отличие ИК-сушки от других видов термического воздействия на материал - быстрый нагрев материала. ИК-сушка нашла достаточное широкое применение в пищевой промышленности на сушке пористых растительных материалов, имеющих незначительное сопротивление переносу влаги. Зерно имеет коллоидную структуру и характеризуется высоким сопротивлением переносу влаги, поэтому по достижении предельно допустимой температуры влагосъем незначителен.
3
Однако при отлежке (для зерна длительность 2…4 ч) влага в зерновке перераспределяется и поле влажности выравнивается, при этом часть влаги переходит в оболочку, имеющую пористую структуру и легко отдающую влагу. Поэтому при сушке зерна после отлежки с какой угодно интенсивностью не только не повышается его температура, но снижается вплоть до температуры мокрого термометра, что установлено многими исследователями. Но как только влага оболочки будет испарена, температура зерновки быстро возрастает, следовательно, необходимо снижать температуру агента и интенсивность воздействия ИК-излучения. В предложенном способе интенсивный нагрев реализуется в камере, в которой совместно воздействуют на зерно ИК-излучение и конвективный агент сушки, а затем интенсивность воздействия снижают (прекращают ИК-воздействие), на выходе из камеры 7 зерно разделяют на две части, одну часть охлаждают, другую рециркулируют, смешивают с влажным и направляют на отлежку, причем охлаждают по энергосберегающему способу, т.е. при подаче наружного воздуха в количестве 200…300 м/ч·т в течение 3…5 ч в вентилируемом бункере. За указанное время при этой подаче температура зерна снизится с 46…43°C, а семян с 43…39°С до температуры на 4…6°C выше наружного воздуха с влагосъемом от 1,7 до 3%.
При перемещение по решетке с направленным выходом струй образуется плотный псевдоожиженный слой, позволяющий избежать перегрева части материала, ближайшей к излучателю, но в то же время прогреть всю массу зерна, проходящую через камеру 6.
При ИК-сушке нагревается не только зерно на решетке, но и ограждающие конструкции ИК-излучателя. Поэтому отходящий из камер 6 и 7 агент сушки имеет высокий сушащий потенциал, который целесообразно использовать при его рециркуляции (из кожуха 8 по воздуховоду 45). По опытным данным в общем случае экономия тепла на семена за счет рециркуляции достигает ~15%, на зерне - 20%.
Для определения эффективности предложенного способа сушки и уточнения влагосъема за проход исследовали процесс ИК-сушки на модели.
Работу модели осуществляли следующим образом.
Увлажненный материал загружали в бункер 44, порогом 36 и задвижкой 39 устанавливали заданную высоту слоя 34, а расходом вентилятора 27 - производительность по материалу.
Регулировкой напряжения на калорифере 29 устанавливают заданную температуру агента сушки, подаваемого под решетку 31. На перемещающийся материал по решетке 31 одновременно воздействуют ИК-излучением и конвективным агентом сушки, затем только конвективным агентом сушки и отбирают в емкость 37, определяют влагосъем, отлеживают в бункере 46 и возвращают в бункер 44 для нового цикла сушки. Отработанный агент сушки воздуховодом 45 возвращали в вентилятор 27 на рециркуляцию. В отличие от промышленного образца ИК-сушилки, модель характеризовалась циклической работой (отлежку и охлаждение осуществляли в вентилируемой емкости).
Пример. Проверка способа ИК-сушки на лабораторной модели на семенах пшеницы
Основные параметры модели: длина 1 м, ширина транспортирующего канала 0,1 м, высота порога - 0,06 м, живое сечение решет 5,9%, мощность калорифера 1,5 кВт, мощность ИК-излучателя - 1 кВт. Исследовано 3 режима сушки пшеницы влажностью W=21%:
1 - ИК-сушка + импульсная конвективная сушка + охлаждение (аналог);
2 - отлежка + конвективная сушка + ИК-сушка + охлаждение (прототип);
3 - отлежка + комбинированная сушка (ИК-сушка + конвективная) + конвективная сушка + охлаждение (заявленный способ).
Условия опытов: Принята суммарная длительность отлежки, сушки и медленного охлаждения семян 4 ч, из них примем нахождение в нагретом состоянии ~3 ч, определим допустимые температуры нагрева семян и агента сушки. Согласно формулы С.Д.Птицына
где τ - длительность пребывания семян в нагретом состоянии, мин.
/С.Д.Птицын. Зерносушилки. М.: Машгиз, 1962, с 52./
c
a.c
c
Получим t=44°C, а температуру агента сушки t a.c определим исходя из того, что в псевдоожиженном слое t=t+3…5°C.
a.c
3
Примем t=48°С, скорость агента сушки составила ~1 м/с, расход семян ~30 кг/ч, длительность цикла отлежки 1,5 ч, длительность охлаждения в вентилируемом бункере - 2,5 ч, удельная подача воздуха на охлаждение 300 м/ч·т, длительность пребывания семян в псевдоожиженном слое ~7 мин, температура наружного воздуха - 20°С, возврат на рециркуляцию отработавшего воздуха ~30%.
Основные результаты опытов по сушке семян пшеницы приведены в таблице.
Показатель
Величина
Режимы
1
2
3
Влагосъем за первый цикл, %
1,8
2,0
2,4
Влагосъем за второй и следующие циклы, %
~1,6
~1,7
~2,0
Температура семян после сушки, °C
42
43
42
Температура семян после охлаждения, °C
25,5
26,0
26,0
Дополнительный влагосъем при охлаждении, %
1,5
1,6
1,7
Удельные затраты энергии МДж/кг исп. влаги
5,86
5,4
4,8
Повышение влагосъема, %
-
-
17
Снижение энергозатрат на сушку, %
-
-
13
Установлено, что первоочередное комбинированное воздействие ИК-излучения на семена после отлежки позволяет на 17% повысить влагосъем по сравнению с первоочередным воздействием агентом конвективной сушки, а рециркуляция агента сушки позволяет на ~13% снизить затраты на сушку.