ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ СУШКИ ПОЧАТКОВ КУКУРУЗЫ В ТОЛСТОМ СЛОЕ

Научная статья УДК 631.365.22

doi: 10.37670/2073-0853-2021-92-6-150-153

Обоснование режимов сушки початков кукурузы в толстом слое

Валерий Николаевич Пермяков, Филюс Раисович Сафин

Башкирский государственный аграрный университет

Аннотация. В статье рассмотрены теоретические и практические основы сушки зерна кукурузы в толстом слое. Представлена экспериментальная установка, позволяющая нагревать и продувать початки кукурузы в толстом слое. Продувка производится через сопловые коробки, расположенные поперёк и вдоль оси движения агента сушки, позволяющие равномерно распределять поток в сушильной камере. Для замера температуры в соответствующих зонах початка кукурузы устанавливались термопары. Определены оптимальные значения режима сушки зерна кукурузы в сушильной установке: средняя температура агента сушки 35 - 80 °С, скорость агента сушки на выходе из слоя 0,26 м/с и отлёжки 35 - 55 с.

Ключевые слова: установка сушильная, початок кукурузы, влажность зерна, агент сушки, режим технологический.

Для цитирования: Пермяков В.Н., Сафин Ф.Р. Обоснование режимов сушки початков кукурузы в толстом слое // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 150 - 153. doi: 10.37670/2073-0853-2021-92-6-150-153.

Original article

The study of the modes of drying cobs corn in a thick layer

Valery N. Permyakov, Filyus R. Safin

Bashkir State Agrarian University

Abstract. The article discusses the theoretical and practical foundations of drying corn grain in a thick layer. An experimental setup is presented that allows heating and blowing corn cobs in a thick layer. Purging is carried out through nozzle boxes located across and along the axis of movement of the drying agent, which allow evenly distributing the flow in the drying chamber. To measure the temperature in the corresponding zones of the corn cob, thermocouples were installed. The optimal values of the corn grain drying mode in the drying unit are determined: the average temperature of the drying agent is 35...80 °C, the speed of the drying agent at the exit from the layer is 0,26 m/s and the bed is 35...55 s.

Keywords: drying plant, corn cob, grain moisture, drying agent, technological mode.

For citation: Permyakov V.N., Safin F.R. The study of the modes of drying cobs corn in a thick layer. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 92(6): 150 - 153. (In Russ.). doi: 10.37670/2073-0853-202192-6-150-153.

Сушка зернового материала необходима для повышения продовольственных и кормовых их свойств. Важным фактором в обеспечении эффективной работы зерносушилок является соблюдение технологических режимов сушки, зависящих от первоначальных параметров просушиваемого материала (его строения и консистенции) [1 - 4].

В настоящее время для сушки различных культур применяются установки активного вентилирования, позволяющие производить сушку зерна, поступающего в больших объёмах [5, 6]. Особое внимание уделяется семенам подсолнечника и кукурузы, имеющим высокую начальную влажность (доходящую до 40 %). При их сушке целесообразно использовать установки, обеспечивающие сушку восходящим потоком воздуха во всём объёме сушильной камеры [7 - 9]. Наиболее удачными по конструкции являются камерные сушилки, имеющие возможность регулирования производительности в широком диапазоне.

Цель исследования - повышение эффективности процесса сушки зерна кукурузы в початке.

Материал и методы исследования. Исследования учёных в области сушки зернового материала позволили получить зависимость

продолжительности нагрева зерна т до заданной температуры ^ в толстом слое [1, 10, 11]:

т =

Сз

св • Nc

1 -

A - B • t1

где сз и св - удельные теплоёмкости зерна и влаги; ¿1 и ^ - температуры зерна начальная и в момент времени т; N° - скорость сушки; wн - начальная влажность зерна; А и В - функции основных параметров процесса сушки (теплофизических свойств агента сушки и зерна).

Функции А и В определяются по выражениям:

(

A =

v-р-ср 0,23 • N

h •у

Л

100 + w

01 -

H J

2628•Nс 100 + wH

B =

v •р^ ср 2,58 • Nс

- q<,c.;

h -у 100 + wн

где 01 - температура агента сушки при входе в слой початков;

k - коэффициент, зависящий от температуры агента сушки;

Nс

и.

vp - массовая скорость агента сушки; h - толщина зернового слоя; у - насыпная плотность зерна; ср - удельная теплоёмкость воздуха; qо.с. - удельные потери теплоты в окружающую среду через стенки сушильной камеры. Скорость сушки зерна определяется по формуле:

N =

0,46 (01 - 60)0,7-+k(wH - 25) + 8

^

-0,6

Рис. 1 - Экспериментальная сушильная установка:

1 - диффузор входной; 2 - вентилятор радиальный ВЦ14-46-2,5-0,1А; 3 - заслонка жалюзийная; 4 - электрокалорифер СФО-40/1Т; 5 и 6 - коробки сопловые; 7 - окно загрузочное; 8 - камера сушильная

Результаты исследования сушки одного загруженного слоя початков представлены на рисунке 2. Для замера температуры в соответствующих зонах устанавливали термопары в зерна и в стержень початка (рис. 2, позиции 1 - 6).

Анализ рассмотренных уравнений показывает, что при выборе режимов сушки необходимо в первую очередь учитывать влажность зерна кукурузы в початке, зависящую от степени зрелости и влияющую на их термоустойчивость.

Результаты исследования. Экспериментальные исследования процесса сушки початков кукурузы в толстом слое проводили на разработанной Башкирским ГАУ установке (рис. 1).

Установка работает следующим образом.

Вентилятор 2, всасывая воздух из внешней среды через калорифер 4, направляет его в сушильную камеру 8 через сопловые коробки 5 и 6 (расположенные друг над другом). Сопла верхней коробки расположены поперёк оси движения агента сушки, а нижней - вдоль (с переменным сечением по длине для равномерного распределения потока воздуха в сушильной камере).

В процессе экспериментов при толщине слоя початков к = 0,4 - 1,0 м определяли параметры сушки в зависимости от начальной влажности зерна wн = 35 %, скорости V = 0,26 м/с, температуры ^ = 15 °С и начальной влажности ф = 55 % потока воздуха.

Рис. 2 - Кривые нагрева (А) и сушки (Б) отдельного початка кукурузы:

1 - 6 - кривые изменения температуры в соответствующих зонах початка

Процесс сушки зерна в початке состоит из двух основных стадий: переноса тепла внутрь каждого зерна с вытеснением свободной влаги из него и уноса этой влаги от поверхности потоком агента сушки. По результатам исследования видно, что на первоначальном этапе идёт резкое повышение температуры зерна с дальнейшим снижением интенсивности. При этом сушка протекает с постоянной скоростью (линейным снижением влажности).

Снижение влажности зерна за один цикл сушки в зависимости от температуры агента сушки составляло 5 - 8 %. При необходимом снижении влажности зерна более чем на 10 % за один цикл необходимо производить сушку с чередованием нагрева и продувки. В связи с этим дальнейшие экспериментальные исследования производились с чередованием этих процессов.

Початки нагревали до предельно допустимой температуры и производили их продувку соз-

даваемым потоком воздуха. Режимы процесса сушки повторялись в автоматическом режиме до достижения оптимальной влажности зерна в початке (рис. 3).

%

Дт 1 жг

1,5

1.3

0,7

/

2 1 /

\ ч

/

U,

— \

ГСГ [

0,38

0,26

0,14

\ 4 3 2 1 л\_ 1— t— 1— 1—

* / / / / t 1 I

1

О

8 12 16 20 т,у

По рисунку 4 видно, что высокое влаго-содержание отработавшего воздуха в начале продувки связано с интенсивной влагоотдачей початков кукурузы и изменение её зависит от толщины слоя.

Также процесс продувки сопровождается увеличением влажности отработавшего воздуха (на выходе из слоя) и снижением его температуры (рис. 5).

0 18 22 26 30 34

Рис. 3 - Средняя скорость сушки кукурузы в початках при толщине слоя:

1 - 0,8 м; 2 - 1,0 м

Для процесса сушки толстого слоя початков кукурузы характерен неравномерный нагрев по высоте этого слоя. При увеличении высоты слоя повышается производительность сушилки за счёт размещения в камере большего количества початков, малая же высота обеспечивает более равномерное просушивание материала.

Продолжительность сушки зависит от подачи агента и начальной влажности зерна кукурузы в початке и может составлять несколько часов. Наиболее интенсивный съём влаги при сушке зерна в початке происходит до влажности 30 % (рис. 3). Это граница между свободно удаляемой из стержня початка влагой и влагой, находящейся в определённой мере в связанном состоянии. На разрыв этих связей при дальнейшей сушке требуются дополнительные энергозатраты.

Результаты экспериментальных исследований по определению параметров продуваемого потока воздуха представлены на рисунках 4 и 5.

65

60

55

К 2 1 /

V л" в Г

Ч

Ч -

0

8 12 16 20

T.V

Рис. 4 - Влагосодержание отработанного воздуха в процессе продувки початков:

1, 2, 3 и 4 - при h = 0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 м

Рис. 5 - Влажность воздуха при продувке

початков кукурузы (h = 1 м) на входе в слой (1) и на выходе (2) из него

Выводы

1. Процесс сушки толстого слоя початков кукурузы с формированием поперечного потока агента сушки характеризуется образованием фронта под некоторым углом к плоскости входа агента в слой. Исходя из начальных параметров (влажности початков 35 - 40 %, температуры агента сушки - 35 - 80 °С, скорости агента сушки - 0,26 м/с и отлёжки - 35 - 55 с), скорость перемещения фронта сушки в слое початков кукурузы толщиной 0,4 - 1,0 м изменяется в диапазоне подачи агента сушки от 0,08 до 1,2 м/час, а скорость сушки - от 1,1 до 2,5 %/час.

2. Наибольшее влияние на первоначальном этапе процесса сушки оказывают температура и скорость потока агента сушки, в дальнейшем влияние температуры уменьшается и становится незначительным.

3 Важным в процессе сушки является управление температурой и скоростью потока агента сушки по высоте слоя початков.

Литература

1. Жидко В.И., Резчиков В.А., Уколов В.С. Зерносу-шение и зерносушилки. М.: Колос, 1982. 239 с.

2. Каримов Х.Т., Масалимов И.Х. Выбор основных факторов процесса сушки зерна // Молодёжная наука и АПК: проблемы и перспективы: матер. VII Всерос. науч.-практич. конф. молодых учёных. Уфа: Башкирский ГАУ, 2014. С. 37 - 41.

3. Панова Т.В., Панов М.В. Определение конструктивно-режимных параметров пневмотранспортёра

для зерносушилки // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 2 (88). С. 106 - 109.

4. Горелов М.В., Бастрон Т.Н. Установка для предпосевной обработки и сушки семян СВЧ-энергией // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 3 (83). С. 195 - 198.

5. Масалимов И.Х. Критерии создания сушильных установок // Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса регионов России: матер. междунар. науч.-практич. конф. Уфа: Башкирский ГАУ, 2002. С. 259 - 260.

6. Ахметьянов И.Р. Распределение влагосодержания в слое початков кукурузы при сушке в конвейерной сушилке // Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье: матер. регион. науч.-практич. конф. молодых учёных и специалистов. Уфа: Башкирский ГАУ, 1997. С. 24 - 27.

7. Масалимов И.Х., Бакиев И.Т. О сушке початков кукурузы // Перспективы развития производства про-

довольственных ресурсов и рынка продуктов питания: матер. междунар. науч.-практич. конф. (в рамках VIII междунар. специализир. выст. «ПродУрал-2002»). Уфа: Башкирский ГАУ, 2002. С. 296 - 298.

8. Ахметьянов И.Р. Расчёт сушки зерна в конвейерной сушилке // Инновационные методы преподавания в высшей школе: матер. междунар. науч.-методич. конф. Уфа: Башкирский ГАУ, 2011. С. 26 - 28.

9. Кизуров А.С., Кокошин С.Н. Методика автоматизированного определения введённых коэффициентов при сушке семян пшеницы с дифференциацией подвода тепловой энергии // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 181 - 185.

10. Голик М.Г. Хранение и обработка початков и зерна кукурузы. М.: Колос, 1968. 335 с.

11. Ахметьянов И.Р., Бакиев И.Т. Способы и технические средства сушки кукурузы // Материалы ХЬП научно-технической конференции. Челябинск: Челябинский ГАУ, 2003. С. 30 - 36.

Валерий Николаевич Пермяков, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет». Россия, 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, ir.perm@yandex.ru

Филюс Раисович Сафин, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет». Россия, 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, fils02@mail.ru

Valery N. Permyakov, Candidate of Technical Sciences. Bashkir State Agrarian University. 34, 50-let October St., Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia, ir.perm@yandex.ru

Filyus R. Safin, Candidate of Technical Sciences. Bashkir State Agrarian University. 34, 50-let October St., Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia, fils02@mail.ru

-Ф-

Научная статья УДК 633.1:631.563.2

Подбор оборудования и режимов работы систем активной вентиляции и электроподогрева барабанной гелиосушилки

Алексей Николаевич Ченин

Брянский государственный аграрный университет

Аннотация. Выполнен подбор оборудования и подобраны режимы работы систем активной вентиляции и электроподогрева барабанной гелиосушилки зерна. Сделан вывод о том, что использование системы электроподогрева при продолжительных неблагоприятных погодных условиях нерационально из-за большого энергопотребления, поэтому для сушки зерна в таких условиях рекомендуется применять только систему активного вентилирования. Систему электроподогрева рекомендуется использовать при непродолжительных неблагоприятных погодных условиях, а также на первой стадии сушки при благоприятных погодных условиях для более быстрого разогрева зерна и интенсификации процесса сушки. Опытным путём установлены необходимая и рекомендуемая скорости сушильного агента в вытяжной трубе.

Ключевые слова: барабанная гелиосушилка, сушка зерна, сушильный агент, активная вентиляция.

Для цитирования: Ченин А.Н. Подбор оборудования и режимов работы систем активной вентиляции и электроподогрева барабанной гелиосушилки // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 153 - 158.

Original article

Selection of equipment and operating modes of active ventilation and electric heating systems of the drum solar dryer

Alexey N. Chenin

Bryansk State Agrarian University

Abstract. The selection of equipment was made and the operating modes of the active ventilation and electric heating systems of the drum solar grain dryer were selected. It is concluded that the use of an electric heating system under prolonged adverse weather conditions is irrational due to high energy consumption, therefore, it is