Устройство для предварительного увлажнения и нагрева зерновой массы
DEVICE FOR PRE-HUMIDICATION AND HEATING OF GRAIN MASS

Изобретение относится к аграрной отрасли, а именно к хранению пищевой продукции в заданных температурно-влажностных режимах, за счет их соблюдения увеличиваются сроки безопасного хранения и сохраняется первоначальное качество продукции, заложенной на длительное хранение.
Известно устройство для предварительного нагрева зерна (патент RU 18760 U1, 2014 г., МПК F26B 17/12), имеет бункеры для загрузки и выгрузки зерна, патрубки для подвода и отвода агента сушки, а также решетчатые полки с возможностью изменения угла наклона в соответствии с углом сыпучести для различных зерновых культур.
Недостатком данного устройства является сложная конструкция, возможность перегрева зерна из-за долгого его прохождения, а главное неравномерного нагрева зерновой массы, за счет неравномерной скорости прохождения зерна.
Наиболее близким аналогом является устройство для предварительного нагрева зерна каскадного типа, включающее загрузочный бункер, питатель, корпус, состоящий из секций, внутри которых находятся четыре ряда неподвижно закрепленных под углом 40° самоочищающихся полок, два ряда которых расположены у степ, а два других пересекаются по его оси, причем первые наклонены к оси нагревателя, вторые - к его стенкам, бункер для выпуска зерна, грузовой патрубок, патрубки для подвода и отвода агента сушки (Баум А.Е., Резчиков В.А. Сушка зерна, - М.: Колос, 1983 г, с. 88-91).
К его основным недостаткам относится, низкая универсальность, так как не предусмотрена регулировка угла наклона в зависимости от угла естественного откоса различных зерновых культур, вертикальный тип загрузки и прохождения зерновой массы, за счет этого образуются застойные зоны, неравномерная скорость движения зерновой массы и как следствие неравномерный нагрев.
Известен способ увлажнения зерна (патент SU 1683812 А1, 1989 г., МПК В02В 1/04). Увлажнение зерна происходит за счет распыления капель воды, заряженных отрицательных электрическим зарядом при прохождении воды через распылительную головку. Регулируя величину потенциала источника тока, изменяя размер капель, можно регулировать величину заряда каждой капли. Наличие одноименного заряда препятствует слипанию капель в более крупные. Попадая на зерно, капля равномерно распределяется по его поверхности за счет сил электрического взаимодействия и явления смачивания. Зерно при этом приобретает поверхностный заряд, который препятствует попаданию следующих капель на поверхность зерна за счет сил электростатического отталкивания
К недостаткам данного способа относится сложная конструкция, высокие затраты электрической энергии, слипанию капель в более крупные и за счет этого невозможность обеспечения равномерного увлажнения зерновой массы.
Техническим результатом изобретения является устройство, обеспечивающее равномерный нагрев и увлажнение зерновой массы заданным температурным и влажностным значениям, что обеспечивает увеличение сроков безопасного хранения.
Поставленная задача достигается тем, что создается устройство (см. фигуру 1), позволяющее обеспечить равномерный нагрев и увлажнение помещенной в него зерновой массы по заданным температурным и влажностным значениям. Нагрев от 2,75 до 3,7°С в час осуществляется при помощи нагревательного кабеля, уложенного с шагом от 0,04 до 0,1 метра, при размерах ячейки воздухораспределительной решетки от 0,004 до 0,007 метра, увлажнение происходит при помощи распыляющего от 400 до 1000 мл жидкости в час увлажнителя, заданной скорости фильтрации воздуха от 0,5 до 6 см/с, высоты зернового слоя от 0,6 до 1,2 метра.
Устройство позволяет задать необходимые значения температуры и влажности для зерновой массы от 140 до 300 килограмм в зависимости от культуры и насыпной массы.
3
Габариты устройства: ширина - 0,5 м, высота 1,2 метр, длина - 0,6 м, рабочий объем составляет 0,36 м.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 представлена схема расположения нагревательного кабеля, на фиг.3 изображены автономные регистраторы данных, установленные в зерновой массе.
Рабочие элементы устройства:
1 - крышка устройства;
2 - зерновая масса;
3 - нагревательный кабель;
4 - вентиляционная решетка;
5 - воздухораспределительная заслонка;
6 - воздушный вентилятор;
7 - увлажнитель, (см. фигуру 1).
Стенки устройства выполнены из теплоизоляционного материала. Зерновая масса должна быть однородна по заданным значениям температуры. Для этих целей используется нагревательный кабель.
Шаг укладки нагревательного кабеля в зерновой массе составляет 0,1 метра между слоями, данное условие необходимо учитывать, так как при кондуктивном нагреве зерна на расстоянии более 0,2 метра необходимо затрачивать большое количество времени и энергии, а при расстояниях свыше 0,3 метра нагрев зерна практически не происходит, так как зерновая масса имеет низкий коэффициент температуропроводности.
При включении нагревательного кабеля необходимо плотно закрыть крышку устройства. Процесс нагревания зерна происходит из расчета 2,75°С в час.
Для увлажнения зерновой массы перед воздухозаборником (см. фигуру 1) установлен увлажнитель, распыляющий 1000 мл жидкости в час. Для того, чтобы происходило увлажнение зерновой массы, а не ее сушка скорость фильтрации воздуха должна составлять не более 6 см/с.
Для контроля показателей относительной влажности воздуха межзернового пространства и температуры зерновой массы по слоям необходимо использовать автономные регистраторы данных, имеющие следующие габариты: 100×25×23 миллиметра. Они одновременно измеряют и записывают температуру и относительную влажность воздуха в месте своего расположения. Периодичность записи регулируется от 2 секунд до 24 часов. Погрешность измерения температуры в пределах от -40°С до 70°С составляет 2°С, погрешность измерения относительной влажности воздуха в пределах от 10% до 95% составляет 5%. Автономные регистраторы устанавливаются в зерновую массу на удалении 0,2 метра друг от друга по вертикали и строго друг под другом, (см. фигуру 3). У1 и У6 записывали параметры с пограничных областей: в местах соприкосновения зерновой массы и металлической решетки (У1), в месте контакта зерновой массы с воздухом (У6).
Примеры осуществления способа.
Пример 1. Нагрев и увлажнение зерновой массы происходит при скорости фильтрации 0,5 см/с, высоты зернового слоя 0,6 метра, плотно закрытой крышке устройства и при распылении 400 мл жидкости в час. Шаг расположения нагревательного кабеля составлял 0,04 метра, вес зерновой массы составил 140 килограмм, размер ячейки воздухорапредеделительной решетки 0,004×0,004 м. При заданных условиях нагрев зерновой массы происходит со скоростью 3,7°С и приростом относительной влажностью воздуха межзернового пространства на 8% в час.
Пример 2. Нагрев и увлажнение зерновой массы происходит при скорости фильтрации 2,5 см/с, высоты зернового слоя 0,8 метра, плотно закрытой крышке устройства и при распылении 600 мл жидкости в час. Шаг расположения нагревательного кабеля составлял 0,06 метра, вес зерновой массы составил 200 килограмм, размер ячейки воздухорапредеделительной решетки 0,005×0,005 м. При заданных условиях нагрев зерновой массы происходит со скоростью 3,3°С и приростом относительной влажностью воздуха межзернового пространства на 12% в час.
Пример 3. Нагрев и увлажнение зерновой массы происходит при скорости фильтрации 4,5 см/с, высоты зернового слоя 1 метра, плотно закрытой крышке устройства и при распылении 800 мл жидкости в час. Шаг расположения нагревательного кабеля составлял 0,08 метра, вес зерновой массы составил 250 килограмм, размер ячейки воздухорапредеделительной решетки 0,006×0,006 м. При заданных условиях нагрев зерновой массы происходит со скоростью 3,0°С и приростом относительной влажностью воздуха межзернового пространства на 15% в час.
Пример 4. Нагрев и увлажнение зерновой массы происходит при скорости фильтрации 6,0 см/с, высоты зернового слоя 1,2 метра, плотно закрытой крышке устройства и при распылении 1000 мл жидкости в час. Шаг расположения нагревательного кабеля составлял 0,1 метра, вес зерновой массы составил 300 килограмм, размер ячейки воздухорапредеделительной решетки 0,007×0,007 м. При заданных условиях нагрев зерновой массы происходит со скоростью 2,75°С и приростом относительной влажностью воздуха межзернового пространства на 17% в час.
В результате испытаний были получены данные, подтверждающие ожидаемый технический результат. При применении устройство удалось получить равномерный нагрев и увлажнение зерновой массы.