АППАРАТ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Полезная модель относится к процессам тепловой обработки сыпучего зернового материала всех видов зерна, маслосемян и других культур продовольственного назначения с различной исходной влажностью и может быть использована в агропромышленном комплексе в устройствах сушки различных зерновых культур для длительного хранения или подогрева зерновых культур перед измельчением зерна в муку или крупу.
Одним из главных этапов в послеуборочной обработке зерновых культур является сушка. Она позволяет сохранить качественным зерно на долгое время. Применение высокопроизводительных сушилок значительно снижает время на подготовку зерна к длительному хранению, уменьшает потери зерна в период уборки урожая, а также позволяет в достаточно сжатые сроки и с минимальными потерями произвести процесс передачи зерна с поля на склад длительного хранения.
Одним из важнейших технологических условий сохранности зерна на складах является соблюдение теплового режима. Хранение зерна в охлажденном состоянии основано на том, что все живые компоненты зерновой массы резко снижают свою жизнедеятельность при пониженной температуре. Для выполнения условий технологического регламента переработки зерна в муку, охлажденное зерно подвергают тепловой обработке с повышением температуры зерна, до технологически требуемой.
В последние годы исследования в области тепловой обработки зерновых культур ведутся в направлениях: связанных с разработкой новых методов сушки зерна повышенной влажности; процессов подогрева охлажденного зерна до заданной температуры, использование новых видов генераторов тепла, комплексной механизация, автоматизация регулирования и дистанционного контроля процесса сушки влажного зерна или подогрева охлажденного; сохранение и улучшение качества просушиваемого зерна разных культур в соответствии с их назначением; снижение стоимости сооружения и реконструкции установок, а также стоимости сушки зерна.
Известно сушильное устройство (см. SU 580419), где зерно подают сверху, а нагретый воздух поступает навстречу зерну под напором от вентилятора по воздухоподающему каналу. В сушильной камере в шахматном порядке размещены короба, открытые снизу - туда подается сушильный агент (нагретый воздух). Зерно перемещается между коробами вниз под действием собственного веса. Теплоноситель, проходя сквозь зерно, насыщается влагой и выводится наружу по выводному каналу.
Известна зерносушилка (см. SU 1692644 А1), содержащая загрузочное устройство, бункер, вытяжные короба, через которые отводится влага, бункер сооружен с перфорированным дном, через которое подается под напором теплоноситель.
Недостатком данных устройств является то, что процесс сушки зерна замедляется ввиду того, что сушащий агент перенасыщается влагой и у холодных стенок зерносушильных шахт, а также в сырых верхних слоях зерна происходит конденсация влаги. Эта влага (вода) орошает заново всю массу сушащегося зерна. Для охлаждения зерна после прохода сушильных шахт применяются охладительные колонки, где зерно охлаждается путем продувки атмосферного воздуха. Происходит повышенное потребление тепловой энергии. Кроме того, невозможно поддерживать режим нагрева зерна в процессе его размораживания для последующего помола в муку.
Известно устройство для подогрева зерна по патенту RU 2351861, МПК F26B 17/12, F26B 23/04. Известное устройство содержит шахту с входным и выходным трубопроводами. В шахте поярусно расположены нагревательные элементы, выполненные в виде плоских многоэлектродных композиционных электрообогревателей, установленных в шахте с помощью опорных элементов, с возможностью поворота относительно горизонтальной оси и снабжены механизмом их поворота.
Недостатками данного устройства являются большие затраты энергии для электронагревателей, а наличие механических поворотных устройств для нагревателей снижает эксплуатационную надежность всей установки.
Известно устройство для подогрева зерна, содержащее шахту с входным и выходным трубопроводами и поярусное расположение в ней нагревательных элементов, причем нагревательные элементы выполнены в виде кольцевых паропроводов для подачи в них пара под давлением с овальным поперечным сечением (А.Я. Соколов. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна. - М.: Колос, 1975. - С. 496).
Недостатками данного устройства являются: - низкая эффективность процесса подогрева зернового материала, а также исключением возможности использования вышеуказанного устройства в фермерских хозяйствах при отсутствии котельных - источников пара высокого давления; - отсутствием автоматического управления процессом подогрева зернового материала, обусловленным исключением возможности регулирования температуры последнего при контактировании со стенками кольцевых паропроводов; - повышенной материалоемкостью оборудования, реализирующего способ из-за необходимости использования кольцевых паропроводов с вмонтированными трубами для пропускания насыщенного пара и коммуникаций подачи пара под давлением; - повышенной трудоемкостью технического обслуживания оборудования.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому устройству (прототип) является автоматическая энергосберегающая зерносушилка, содержащая теплоизолированную шахту с теплообменниками, автоматическую систему регулирования изотермического режима сушки и автоматическую систему загрузки и выгрузки зерна при помощи информационно-измерительной системы на базе микроконтроллера. Один из теплообменников расположен в верхней части шахты и состоит из квадратных труб, установленных наклонно и сообщенных со сборником воды для удаления без контакта с сушащимся зерном образующегося в трубах конденсата при прохождении сушильного агента, который в дальнейшем участвует в сушильном процессе. Второй теплообменник расположен в нижней части шахты и связан с вентилятором, служащим для подачи холодного воздуха, и заслонкой для возврата тепла, отобранного из теплообменника, в сушильную зону (патент RU 2396497, опубл.: 10.08.2010.).
Технической проблемой прототипа является наличие теплообменников квадратного сечения, что не позволяет равномерно распределить зерно по поверхности теплообмена и затрудняет, сушку зерновых культур с высокой влажностью. Данная зерновая масса имеет плохую сыпучесть и склонна к зависанию между коробами и прилипанием к поверхности теплообмена. Это увеличивает продолжительность обработки, перегрев и даже порчу зерна, а иногда загорание легких органических примесей. Применение нагревателя для получения сушильного агента (горячего воздуха) требует значительного расхода топлива, что снижает общий КПД установки. Кроме того, известное устройство применимо для заданной производительности сушки зерна и не позволяет оперативно наращивать производительность устройства в зависимости от потребности агропромышленного комплекса.
Задачей полезной модели является устранение технических проблем прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности в сравнении с прототипом.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен аппарат для тепловой обработки зерновых культур, содержащий шахту, загрузочный бункер с питателем, под которым расположена камера нагрева с патрубками подвода и отвода сушильного агрегата с поярусно расположенными нагревательными элементами, ниже которых расположен бункер для охлаждения зерна, выход которого связан с накопительным бункером, на выходе из которого расположен шнековый транспортер, отличающийся тем, что шахта выполнена разборной, нагревательные элементы выполнены в виде отдельных модулей трубчатых теплообменников, расположенных по высоте шахты параллельно друг другу, причем каждый последующий теплообменник развернут на 90° по отношению к предыдущему, и содержит патрубки для входа и выхода пара, при этом патрубки входа соединены с паропроводом парогенератора низкого давления, подключенного к парогенератору, а патрубки выхода соединены со сборником конденсата, а все паропроводы и теплообменники изготовлены из тонкостенных труб.
На накопительном бункере может быть установлена автоматическая система управления температурой и влажностью зерна.
Повышение эффективности в сравнении с прототипом обеспечивается за счет ряда мер:
- снижения энергозатрат для подогрева зерна, уменьшения материалоемкости и повышение его эксплуатационной надежности, которые достигаются, за счет:
- повышения поверхности нагрева нагревательных элементов, что обеспечивает снижение энергозатрат для сушки и подогрева зерновых культур,
- совершенствования рабочих органов - модульных теплообменников и использования нового вида генератора тепла, который позволяет уменьшить материалоемкость устройства и повысить его эксплуатационную надежность.
Полезная модель поясняется чертежом.
На чертеже показано устройство аппарата для тепловой обработки зерновых культур, где: 1 - разборная шахта, 2 - приемный бункер, 3 - модуль теплообменный, 4 - автоматическая система управления температурой и влажностью зерна, 5 - бункер для охлаждения зерна, 6 - накопительный бункер, 7 - нория загрузочная, 8 - шнековы транспортер, 9 - парогенератор низкого давления, 10 - сборник конденсата, 11 - паропровод парогенератора.
Осуществление полезной модели.
Полезная модель значительно снижает расход тепловой энергии. Это достигается подбором количества теплообменных модулей, устанавливаемых в определенном порядке в шахте, что позволяет получить необходимую влажность зерна за один проход через греющую поверхность теплообменников при сушке зерна или достигнуть заданной температуры при подогреве охлажденной зерновой культуре. Температура зерна при сушке влажного зерна или подогреве охлажденной зерновой культуре не поднимается до критической, благодаря регулированию температуры поверхности каждого модуля теплообменника. При этом образовавшийся в модулях конденсат отводится в кондесатосборник 10 (см. Фиг.). Разборность шахты позволяет наращивать количество теплообменных модулей 3 в зависимости от вида зерновой продукции и потребности в производительности процесса сушки зерна для хранения или подогрева зерна для полома в муку или крупу и позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства. Использование парогенераторов в качестве источника пара низкого давления, эффективнее, чем применение паровых котлов или воздухонагревателей, так как при одинаковой тепловой мощности потребляют на 25-30% меньше топлива по сравнению с применяемыми в настоящее время теплоагрегатами, для получения пара высокого давления или нагретого воздуха. При этом все паропроводы и теплообменники изготовлены из тонкостенных труб, что значительно снижает металлоемкость аппарата, повышает теплопередачу от поверхности теплообменников к сушащей или подогреваемой зерновой культуре, и повышает эффективность работы аппарата. Такая конструкция аппарата позволяет использовать его как в малых фермерских хозяйствах, так и на крупных сельскохозяйственных комплексах.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где показана принципиальная схема аппарата для тепловой обработки зерновых культур.
Аппарат для тепловой обработки зерновых культур представлен на Фиг.
Состоит из разборной шахты 1, приемного бункера 2, набора теплообменных модулей 3, автоматической системой управления температурой и влажностью зерна 4, бункера для охлаждения зерна 5, накопительного бункера 6, нории загрузочной 7, шнекового транспортера 8, парогенератора низкого давления 9, патрубка 10 для отвода конденсата.
Внутри разборной шахты 1 расположены: загрузочная нория 7, установленная сверху приемного бункера 2, который установлен над последовательно расположенными теплообменными разборными модулями 3, а снизу разборной шахты 1 под нижним теплообменным модулем 3 установлены входы бункеров охлаждения зерна 5, выходящие в накопительный бункер 6, на выходе из которого расположен шнековый транспортер 8.
За счет того, что теплообменные разборные модули 3 выполнены трубчатыми и расположены по высоте шахты параллельно друг другу, причем последующий теплообменник развернут на 90° по отношению к предыдущему, а также за счет того, что паропроводы и теплообменники изготовлены из тонкостенных труб, обеспечивается равномерное распределение зерна по поверхности теплообмена и улучшается сушка зерновых культур с высокой влажностью. Теплообменные модули 3 имеют патрубки для входа и выхода пара, при этом патрубки входа соединены с паропроводом 11 парогенератора низкого давления 9, а патрубки выхода соединены со сборником конденсата 10, образующегося в трубах теплообменников при отдаче тепла греющего пара сушащим или подогреваемым зерновым культурам.
На накопительном бункере 6 может быть установлена автоматическая система управления температурой и влажностью зерна 4.
В процессе работы, зерновая масса загрузочной норией 7 непрерывно засыпается в шахту 1 и равномерно распределяется по всему поперечному сечению приемного бункера 2. Пар низкого давления, вырабатываемый парогенератором 9, подается в теплообменные модули 3 для создания заданного режима нагрева практически для любого вида зерновых культур. Разворот каждого теплообменника на 90° по отношению к предыдущему обеспечивает смещение неравномерных зон нагрева, исключая больший нагрев со стороны входа патрубков паропровода 11 от парогенератора 9. Поскольку при развороте на 90° входные патрубки пара теплообменных моделей 3 смещены также, то для стенок аппарата не создается каких-то мест большего нагрева и меньшего нагрева, и с какой бы стороны не проходило зерно, его нагрев и сушка будут также равномерными. Тонкостенные трубы теплообменников обеспечивают более эффективную отдачу тепла.
Зерно, двигаясь сверху вниз за счет силы тяжести и сыпучести зерновой массы, соприкасается с поверхностями теплообменников 3 и нагревается. Температура и влажность зерна регулируется через программный блок управления 4. В зависимости от вида зерновых культур - пшеница, рожь, кукуруза и др., требуемая температура поверхности каждого теплообменного модуля 3 в зоне прогрева зерна поддерживается на заданном технологическом уровне, что позволяет получать кондиционную влажность высушиваемого зерна для хранения или заданную температуру при подогреве зерна, для последующего помола. Кондиционное зерно выгружается в накопительный бункер 6 и шнековым транспортером 8 направляется на последующую технологическую стадию (хранение или помол).