Анализ основных направлений интенсификации процесса охлаждения просушенной зерновой массы в охладительных устройствах плотного и гравитационно-движущегося слоя

УДК 664.723.047

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОСУШЕННОЙ ЗЕРНОВОЙ МАССЫ В ОХЛАДИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ ПЛОТНОГО И ГРАВИТАЦИОННО-ДВИЖУЩЕГОСЯ СЛОЯ

Игорь Борисович Зимин, к. техн. наук, Денис Васильевич Орлов, инженер

ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА», Россия, г. Великие Луки

Согласно агротребованиям на сушку зерна, температура зерновой массы на выходе из зерносушильного агрегата не должна превышать температуру атмосферного воздуха более чем на 10оС. Низкая эффективность охладителей зерна плотного слоя, наиболее распространенных в сельскохозяйственном производстве, не позволяет в полной мере соблюдать агротехнические требования, а следовательно, обеспечить длительное хранение зерновой массы без снижения качественных показателей. Для решения данной проблемы требуется усовершенствование существующих охладителей плотного слоя, с позиции интенсификации воздействия воздушного потока на зерновую массу.

Ключевые слова: охлаждение зерна, охладительные устройства, плотный слой, гравитационно-движущийся слой, интенсификация.

Органичной частью процесса сушки зернового материала в зерносушилках является операция охлаждения зерна, в ходе которой происходит дополнительный съем влаги с зерновок.

Процесс охлаждения зерна после сушки позволяет стабилизировать температуру высушенной массы и обеспечить длительное ее хранение без снижения качественных показателей. Практикой и научными исследованиями установлено, что зерно, высушенное с влажности 20%

до 14,5% и заложенное на хранение без предварительного охлаждения, с температурой 55-65оС, уже в первые сутки снизило энергию прорастания на 17,7-19%, а всхожесть - на 18,623,2% [6].

В уборочный период нами проведены исследования на зерно-сушильных агрегатах плотного слоя, которые позволили выявить повышенный нагрев зерновок выше допустимой температуры по окончании процесса сушки (рисунок 1).

ИЗВЕСТИЯ ВЕЛИКОЛУКСКОИ ГСХА 2015 №3

Рисунок 1 - Изменение средней температуры нагрева зерновок после их сушки в течение уборочного периода

В результате анализа графика, изображенного на рисунке 1, можно сделать вывод, что практически на всем протяжении уборочного периода рассматриваемой культуры наблюдался перегрев зерна, являющийся следствием его пересушки. Следует также отметить, что наряду с перегревом средняя неравномерность нагрева отдельных зерновок в объеме слоя составляла ±4,2%. При этом наибольшая температура зерна, практически равная температуре агента сушки, наблюдалась у зерновок, расположенных в непосредственной близости к месту входа агента сушки в зерновой слой.

Из теории и практики зерно-сушения известно, что увеличение температуры семенного зерна выше 45оС (при повышенной исходной влажности семян) способно оказы-

вать отрицательное влияние на качественные показатели семян - всхожесть и энергию прорастания. Подтверждением этому является то, что дальнейшие анализы по определению качественных показателей семян овса показали следующие результаты: всхожесть семян колебалась в пределах 48...82,5%о; энергия прорастания - 44,8.68%. Меньшие значения всхожести и энергии прорастания соответствовали зерновкам, взятым из нижних слоев зерновой массы (т.е. расположенным в месте входа агента сушки в зерновой слой).

Проведенные исследования подчеркивают важность своевременного и эффективного проведения операции охлаждения зерна после сушки. С этой целью представляет интерес рассмотрение и анализ ох-

ладительных устройств плотного и гравитационно-движущегося слоя,

применяемых на сегодняшний день в сушильных агрегатах (рисунок 2).

Рисунок 2 - Основные типы охладительных устройств плотного и гравитационно-движущегося слоя

ИЗВЕСТИЯ ВЕЛИКОЛУКСКОИ ГСХА 2015 №3

В охладительных устройствах с плотным слоем зерна (как встроенных, так и выносных) перемещение зернового материала происходит под действием собственного веса зерна (или гравитационных сил). У нас в стране и за рубежом эти аппараты получили наибольшее распространение, и в зависимости от конструктивного исполнения внутренней части они делятся на шахтные, ленточные и конвейерные.

Охладительные устройства шахтного типа подразделяются на разновидности:

1) с воздухораспределительными коробами и жалюзийные. Основное отличие охладительных устройств данной группы заключается в конструкции их внутренних воздухораспределительных насадок, которые могут быть выполнены:

а) в виде коробов различной формы (в качестве примера можно представить сушилки: РД-2х25; М-819; Т-663; СЗС-8 и др.);

б) в виде полок-жалюзи (зерносушилки ЗСПЖ-8; К4-УСА; К4-УС2-А; А1-УЗМ) [1; 14].

Обычно в зерносушилках рассматриваемые типы охладительных устройств конструируются в одном блоке с сушильными камерами. К недостаткам вышеуказанных охладительных устройств можно отнести: значительные габаритные размеры, приводящие к увеличению габаритов зерносушилок и увеличению мощности и производительности транспортных средств, что усложняет и делает достаточно доро-

гими монтажные и строительные работы. Кроме того, в работе [8] Е.И.Никулин отмечает, что в охладительных устройствах, имеющих воздухораспределительные насадки в виде коробов, нередки случаи утечек воздуха из верхних рядов коробов, при опускании слоя зерна ниже их уровня. В дополнение к этому, Н.И.Малин в работе [6] также отмечает, что указанный недостаток может привести к значительной неравномерности охлаждения зерна по сечению камеры охладительного устройства. Рассматривая в целом недостатки всех охладительных устройств с воздухораспределительными коробами, автор, основываясь на своих собственных исследованиях, отмечает факты выноса полноценного зерна из отводящих коробов охладителей и предлагает для интенсификации процесса охлаждения зерна:

- применять в охладительных камерах зерносушилок зигзагообразное расположение коробов через ряд (при условии непрерывного выпуска зерна из шахт зерносушилки);

- уменьшать ширину шахты и длину воздухоподводящих коробов;

- в нетеплоизолированных шахтных зерносушилках обеспечить теплоизоляцию промежуточной камеры и по крайней мере верхней половины охладительной камеры;

- обеспечивать равномерность укладки зернового слоя в охладительном устройстве.

А.Е. Баум и В.А. Резчиков [2] для интенсификации процесса охлаждения в охладительных устройствах шахтного типа предлагают устанавливать "скоростные" короба, у которых со стороны выхода отработанного воздуха смонтирована специальная распределительная заслонка, с помощью которой удается существенно увеличить скорость фильтрации воздуха в слое зерна. Наряду с этим, авторы работы [10] видят путь интенсификации охлаждения зерна в обеспечении равномерности распределения воздуха по длине короба охладительной камеры и поэтому в охладительных устройствах шахтного типа рекомендуют устанавливать короба переменного сечения по длине. В ряде работ предлагается также интенсифицировать процесс охлаждения зерновой массы путем увеличения ее скважистости за счет применения непрерывного выпуска зерна из охладительных камер в условиях одностороннего продувания зерна воздушным потоком.

Выносной вариант охладительных устройств шахтного типа используется ограниченно (в некоторых рециркуляционных зерносушилках системы хлебопродуктов) и имеет недостаток в плане компановки и необходимости в дополнительных транспортных средствах для перемещения зерна и семян из сушилки в охладительное устройство;

2) охладительные устройства с перфорированными стенками (колонковые). Ширина колонок в них

обычно не превышает 750-900 мм, а высота определяется в зависимости от пропускной способности зерносушилки.

К наиболее типичным представителям встроенных колонковых охладительных устройств относятся аппараты зерносушилок "Vertifшw" (Великобритания) [12] и ЕСК-10 (Швеция) [9]. В этих охладительных устройствах толщина обрабатываемого зернового слоя составляет 100250 мм.

Выносной вариант охладительных устройств колонкового типа применяется как в шахтных (СЗШ-16 и СЗШ-16А), так и в барабанных зерносушилках (СЗСБ-4; СЗСБ-8; СЗСБ-8А) отечественного производства. Особенностью технологического процесса колонковых охладительных устройств шахтных зерносушилок СЗШ-16 и СЗШ-16А является то, что работают данные устройства нормально лишь при полностью заполненных емкостях, поэтому системой выгрузки зернового вороха из охладительных устройств, которая представлена вибролотками, управляет автоматика с помощью двух датчиков на каждой колонке

[5].

Еще одним представителем зерносушилок, имеющих выносные колонковые охладительные устройства, является зерносушилка бункерного типа СБВС-5. Охладительное устройство данной зерносушилки выполнено в виде двух концентричных перфорированных цилиндров, между которыми и загружается

ИЗВЕСТИЯ ВЕЛИКОЛУКСКОИ ГСХА

2015 №3

охлаждаемая зерновая масса. Наружный воздух просасывается через слой зерна вентилятором, подсоединенным к внутреннему цилиндру

[14].

К преимуществам охладительных устройств колонкового типа можно отнести:

- простоту конструкции и обслуживания;

- достаточную эффективность охлаждения зерна в соответствии с агротехническими требованиями;

- значительно меньшие (по сравнению с агрегатами, имеющими короба и жалюзи) затраты времени на монтаж.

Наряду с этим, колонковые охладительные устройства не лишены и недостатков, основными из которых являются:

- большая высота (около 6 м) охладительных колонок, вызывающая необходимость в применении для загрузки зерна и семян громоздких транспортных средств и выполнении трудоемких строительных работ;

- периодический цикл работы охладительного устройства, требующий дополнительные комплектующие емкости.

В работе [13] отмечается, что выносные охладительные колонки требуют дополнительно две нории, два выпускных устройства и четыре датчика уровня зерна, что значительно снижает надежность и качество технологического процесса.

Для повышения эффективности охлаждения зерна в колонковых

охладительных устройствах в работе [6] рекомендуется увеличивать скорость охлаждающего воздуха, без опасности выноса зерновок из зоны охлаждения. Тем не менее, следует также заметить, что данный технологический прием при постоянной толщине обрабатываемого зернового слоя может привести к увеличению мощности, потребляемой вентилятором охладительного устройства.

Среди охладительных устройств с плотным слоем зерна, наряду с уже рассмотренными, применяются аппараты ленточного и конвейерного типов, которые получили широкое распространение в основном в пищевой и химической промышленности [4]. В качестве примера использования в сельском хозяйстве охладительных устройств подобного рода можно отметить ярусную ленточную сушилку Т-685 фирмы "Petkus" (ГДР) для обработки мелких семян. Данные испытаний этой зерносушилки говорят о высокой степени охлаждения семян в ее охладительном устройстве [11].

К недостаткам охладительных устройств конвейерного и ленточного типов следует отнести:

- сложность конструкции;

- низкую равномерность распределения воздуха по площади гру-зонесущего органа;

- сравнительно небольшой коэффициент использования объема камеры для охлаждения семян.

Согласно агротребованиям на сушку зерна, температура зерновой массы на выходе из зерносушильно-

го агрегата не должна превышать температуру атмосферного воздуха более чем на 10оС [7, 14]. Однако практика эксплуатации зерносушилок и проведенные нами исследования показывают, что при сушке зерна в зерносушильных установках плотного и гравитационно-движущегося слоя (в частности, в зерносушилках конвейерного и шахтного типа) температура зерновой массы, закладываемой после ох-

лаждения на хранение, нередко превышает температуру наружного воздуха на 12...16°С [3].

Эффективность работы охладителей остается низкой и требует дальнейших исследований с целью более глубокого, научно-обоснованного подхода к вопросам проектирования, модернизации и грамотной эксплуатации охладительных устройств, работающих с плотным зерновым слоем.

Список литературы

1. Атаназевич, В.И. Сушка пищевых продуктов/ В.И. Атаназевич. - М.: Дели.-2000.- 294 а

2. Баум, А.Е. Сушка зерна/ А.Е. Ба-ум, В.А.Резчиков. - М.: Колос. - 1983. -223 а

3. Волхонов, М.С. Повышение эффективности сушки и охлаждения зерна на базе установок активного вентилирования: монография /М.С. Волхонов, И.Б. Зимин. -Караваево: Костромская ГСХА, 2014. -164 с.

4. Горбатюк, В.И. Процессы и аппараты пищевых производств/ В.И. Горбатюк. - М.: Колос. - 1999. - 335 а

5. Лебедев, В.Б. Обработка и хранение семян/ В.Б. Лебедев.- М.: Колос. -1983. - 203 а

6. Малин, Н.И. Исследование процесса и разработка режимов охлаждения пшеницы при сушке ее в зерносушилках: Дисс. канд. техн. наук. - М.: Всесоюзный заочный институт пищевой промышленности, 1974. - 238 а

7. Малин, Н.И. Энергосберегающая сушка зерна/ Н.И. Малин. - М.: КолосС, 2004. - 240 с.

8. Никулин, Е.И. Способы повышения эффективности охлаждения зерна в шахтных зерносушилках. // Теория и техника сушки зерна.: Сб. науч. тр. ВНИИЗ. -М., 1970. - Вып. 70. - С 203 - 208.

9. Окунь, Г.С. Установки для сушки зерна за рубежом/ Г.С. Окунь. - М.: ВНИИТЭИагропром. - 1963.

10. Выбор короба для шахтной зерносушилки/ П. Платонов, В. Лебединский, Е. Веремеенко// Мукомольно-элеваторная промышленность.-1987.- №7.

11. Протокол № Ь72 (3011920). Се-мяочистительно-сушильный комплекс по семенам трав производительностью 0,5 т/ч.

12. Протокол ЦМИС № 978 - 64. Зерносушилка "Вертифлоу".

13. Реконструкция типовых зерно-очистительно-сушильных комплексов (рекомендации). / А.И.Бурков, В.Л.Андреев, М.Ф.Машковцев. - Киров: НИИСХ Северо - Востока, 2000. - 72 а

14. Щепилов, Н.Я. Проектирование поточных линий и зерноочистительно-сушильных комплексов/ Н.Я. Щепилов. -Великие Луки: Издательский центр ВГСХА. - 1999. - 180 с.

E-mail: igzimin@ya.ru

182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина, д. 2, Великолукская ГСХА Тел.: (81153) 7-16-22