способ сушки сельскохозяйственных продуктов

Формула изобретения

1. Способ сушки сыпучих сельскохозяйственных продуктов, преимущественно семян, путем сушки в многократно чередующемся гравитационном движущемся плотном и псевдоожиженном слое материала, перемещаемого по траектории, приближенной к синусоиде, отличающийся тем, что материал предварительно подсушивают в камере гравитационного движущегося плотного слоя при температуре теплоносителя, равной 65 - 75^oС, а последующую сушку ведут в чередующемся псевдоожиженном и падающем слое, перемещаемом по траектории синусоиды с прямыми экстремальными участками, при этом траекторию движения выбирают таким образом, что при переходе слоя из падающего в псевдоожиженный создается перемешивание продукта, причем на участках падающего слоя ведут продувку материала в поперечном направлении, а на участках псевдоожиженного слоя вводят транспортирующий поток теплоносителя с равномерным распределением по поверхности слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на участках падающего слоя из потока материала выделяют легкие сухие фракции и формируют их на поверхности псевдоожиженного слоя.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что продувку падающего слоя и создание псевдоожиженного слоя ведут в раздельных независимых друг от друга воздушных тепловых потоках.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам сушки сыпучих сельскохозяйственных продуктов, преимущественно зерна, и может быть использовано для сушки семян. Известен способ сушки материалов в псевдоожиженном слое на газораспределительной решетке с увеличивающимся гидравлическим сопротивлением по ходу движения от загрузочного конца к разгрузочному. При этом решетка имеет четыре ступени с живым сечением: 14; 10; 8,6 и 8%, что сравнительно с решеткой постоянного живого сечения по ходу движения материала [1].

Недостатком способа является то, что при сушке на решетке с изменяющимся ступенчато живым сечением структура зернового слоя неравномерна и зависит от скорости воздушного потока, при возрастании изменяясь от стадии начала псевдоожижения, проходя промежуточную первую стадию псевдоожижения, и заканчивается стадией вихревого кипения. Причем первая стадия псевдоожижения имеет уменьшающуюся по высоте плотность см. (Жидко В.И., и др. Зерносушение и зерносушилки. -М.: Колос, 1982, стр. 61, рис. 20 г). В соответствии с этим можно выделить три зоны плотности первой стадии псевдоожижения слоя: плотная, средней плотности и зона взвешенного состояния, где располагаются легкие сухие частицы, обладающие меньшей плотностью, большей пористостью, но перемещаемые в пределах псевдоожиженного слоя со скоростью общего потока материала, так как они не имеют самостоятельного организованного вывода из камеры сушки, что снижает интенсивность сушки. В стадии вихревого кипения слоя, из-за его интенсивного турбулентного перемешивания и контакта зерен, температура в объеме слоя выравнивается, но время сушки отдельных зерен в камере сушки не одинаково, а принудительный вывод быстро сохнущих фракций зерна по мере достижения ими кондиционной влажности не организован, что снижает интенсивность процесса.

Известен способ сушки сельскохозяйственных продуктов, в котором зону кипящего слоя периодически через заданный промежуток времени, равный 5...6 с, смещают в направлении, противоположном направлению высушиваемого материала на величину 1/10...1/3 его пути в сушильном объеме. Способ осуществляется в многоярусных аппаратах кипящего слоя с регистрами, наклоненными под углом 2. ..4^o [2].

Недостатком способа является высокая температура кипящего слоя 200... 250^oC, что недопустимо для сушки семян. Импульсный циклический характер кипящего слоя с периодом смещения 5. . .6 с, образуя поток с чередующимся плотным и кипящим слоем, создает вынос легких сухих частиц на поверхность слоя, но не организует с опережением относительно основного слоя вывод этой фракции материала из зоны сушки, что снижает интенсивность процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ сушки пищевых сыпучих продуктов, включающий многократно чередующуюся последовательную сушку в плотном и псевдоожиженном с переходом в кипящий слой материала, перемещаемого по траектории, приближенной к синусоиде, в верхних точках которой происходит переход от псевдоожижения к кипению, а между ними пересыпание плотного слоя с продолжительностью цикла, увеличивающегося за время сутки в три раза, а соотношение продолжительности обработки в кипящем и плотном слое от 1:1 в начале до 1:5 в конце процесса [3].

Недостатком данного способа является то, что пересыпание плотного слоя между локальными зонами кипения приводит к частичному перемешиванию поверхности слоя, но не создает полного перемешивания, что снижает равномерность нагрева и сушки. Кроме того частицы материала, имеющие меньшую плотность и влажность (щуплые зерна), выделяемые в верхней зоне слоя, при переходе его из плотного в псевдоожиженное состояние и обратно, не образуют явно выраженного расслоения и не имеют независимо организованного вывода из камеры сушки, что снижает интенсивность процесса сушки.

Так как температура нагрева и интенсивность сушки пересыпаемого плотного слоя в примыкающей к газораспределительной решетке зоне выше, то простое пересыпание поверхности слоя, по сравнению с чередующимся рыхлением и перемешиванием высушиваемого материала по ходу процесса, не создает эффективного тепломассообмена.

Осуществление способа на транспортирующем органе, в виде бегущей волны, с одноканальным подводом потока теплоносителя к неравномерному по толщине слою материала создает оголение некоторых участков на гребнях волны и прорывы потока теплоносителя в этих местах, что приводит к нарушению процесса сушки и невозможности осуществления способа.

Изобретение направлено на повышение качества и интенсификацию процесса сушки путем предварительной подсушки материала в камере гравитационного движущегося плотного слоя при температуре теплоносителя, равной 65...75^oC, и последующей сушке в чередующемся псевдоожиженном и падающем слое, перемещаемом по траектории синусоиды с прямыми экстремальными участками, на которых ведут продувку материала в поперечном направлении, а на участках псевдоожиженного слоя вводят транспортирующий поток теплоносителя с равномерным распределением по поверхности слоя.

Процесс сушки в чередующемся гравитационном движущемся плотном и псевдоожиженном слое материала, перемещаемого по траектории, приближенной к синусоиде, состоит в том что материал предварительно подсушивают в камере гравитационного движущегося плотного слоя при температуре теплоносителя, равной 65...75^oC, а последующую сушку ведут в чередующемся псевдоожиженном и падающем слое, перемещаемом по траектории синусоиды с прямыми экстремальными участками, при этом траекторию движения выбирают таким образом, что за счет пересечения с воздушным тепловым потоком при переходе из падающего состояния в псевдоожиженное создается перемешивание слоя продукта. На участках падающего слоя ведут продувку материала в поперечном направлении, а на участках псевдоожиженного слоя вводят транспортирующий поток теплоносителя с равномерным распределением по поверхности слоя. На участках падающего слоя из потока материала выделяют легкие сухие фракции и формируют их на поверхности псевдоожиженного слоя. Продувку падающего слоя и создание псевдоожиженного слоя ведут в раздельных независимых друг от друга воздушных тепловых потоках.

Предварительный нагрев материала в камере плотного слоя при температуре теплоносителя 65...75^oC подготавливает плавный переход из мягкого режима сушки в плотном слое в жесткий режим сушки в псевдоожиженном и падающем слое. Под воздействием температуры нагрева повышается коэффициент диффузии влаги внутри зерна, что способствует ускорению внутреннего влагопереноса. При этом происходит перемещение влаги из центра зерновки на ее поверхность и одновременное испарение влаги на границе раздела фаз при условии плавного смещения границы зоны испарения по микро- и макрокапиллярам в внутрь зерновки. Таким образом создается механизм равномерного влаговыделения в зерновке и подготовка зерна для последующей жесткой стадии сушки в чередующемся псевдоожиженном и падающем слое, что предотвращает перегрев и пересушку поверхности зерна и обеспечивает высокое качество получаемых семян.

Траектория движения чередующихся слоев высушиваемого материала выбрана таким образом, что при переходе псевдоожиженного слоя в падающий и обратно происходит рыхление и равномерное перемешивание, что повышает равномерность сушки.

На участках падающего слоя плотность потока материала снижается, что позволяет путем продувки его в поперечном направлении выделить легкие обладающие высокой парусностью сухие фракции материала, которые осаждаются на поверхности псевдоожиженного слоя в виде взвешенного слоя. Подвод независимого транспортирующего теплоносителя с равномерно распределенным потоком по поверхности взвешенного слоя создает окончательную сушку и вывод этой фракции материала из камеры сушки с опережением относительно основного псевдоожиженного слоя, что интенсифицирует процесс сушки. На участках падающего слоя преобладает быстрый нагрев материала, на участках псевдоожиженного слоя одновременно происходит процесс нагрева и сушки, а в зоне взвешенного слоя скорость нагрева, сушки и перемещения материала значительно возрастают.

На чертеже изображена схема сушки сельскохозяйственных продуктов по предлагаемому способу.

Схема содержит шахту 1 с загрузочной горловиной 2, камерой 3 гравитационного движущего слоя, камерой 4 чередующегося псевдоожиженного и падающего слоя и выгрузной горловиной 5. В шахту 1 введены клиновидные двухканальные короба 6, 7 и трехканальные короба 8 и 9, перфорированная поверхность которых образует газораспределительную верхнюю 10 и нижнюю 11 решетку. Между стенками шахты 1 и концами воздухоподводящих коробов 6, 7, 8 и 9 образованы течки 12. Стенки шахты 1 имеют окна 13 для отвода отработанного теплоносителя.

Сушка семян по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

На первой стадии сушки, семена при начальной влажности 27...30% поступают в шахту 1 через загрузочную горловину 2 на газораспределительную решетку 10 воздухоподводящего короба 6, где высота слоя вы сушиваемого материала, удельная нагрузка на газораспределительную решетку 10 и скорость агента сушки выбираются таким образом, что образуют камеру 3 гравитационного движущегося слоя. В камере 3, под воздействием пронизывающего потока теплоносителя при температуре 65...75^oC, поступающего через газораспределительную решетку 10 верхнего канала короба 6 происходит сушка семян до влажности 25...27% и перемещение их через течку 12 на вторую стадию сушки в камеру 4 чередующегося псевдоожиженного и падающего слоя.

На второй стадии высушиваемый материал, заключенный между газораспределительными решетками 10 и 11 противолежащих относительно друг друга коробов 6, 8 и 7, 9, попадая под воздействие сходящихся потоков теплоносителя, образуют чередующийся псевдоожиженный и падающий слой, который перемещается к выгрузной горловине 5 по траектории, приближенной к синусоиде с прямыми эстремальными участками. При переходе потока материала с одного воздухоподводящего короба на другой происходит рыхление и равномерное перемешивание семян.

В течках 12 материал, находящийся в состоянии падающего слоя, продувается потоком теплоносителя, поступающего по верхним каналам коробов 7, 8 и 9, при этом происходит выделение мелких сухих фракций материала из общего потока и формирование их на поверхности псевдоожиженного слоя. По нижним каналам коробов 6, 7 и 9 подводится независимый транспортирующий поток теплоносителя с равномерным распределением по поверхности взвешенного слоя, который создает окончательную сушку и вывод этой фракции материала из сушильной камеры с опережением относительно основного псевдоожиженного слоя.

Отработанные потоки теплоносителя отводятся через окна 13 в стенках шахты 1.

В таблице 1 и 2 показано влияние способов подвода теплового потока к высушиваемому материалу на ход процесса сушки и качество получаемого продукта.

Пример. Сушку ведут в две стадии. Зерно пшеницы с начальной влажностью 30% предварительно подсушивают в камере гравитационного движущегося плотного слоя при температуре теплоносителя 70^oC до влажности 25%, а затем сушку ведут в камере чередующегося псевдоожиженного и падающего слоя с подводом к чередующимся слоям по клиновидным газораспределительным коробам раздельных независимых друг от друга воздушных тепловых потоков со скоростью 16,25 м/с и температурой 70^oC. При этом основной псевдоожиженный слой перемещается со скоростью 0,0052 м/с при нагреве до температуры 43,7^oC, а верхний слой со скоростью 0,0065 м/с при температуре 46,5^oC. Всхожесть получаемых семян 94%.

Из примера видно, что скорость движения и температура нагрева высушиваемого материала у взвешенного слоя выше, чем у основного псевдоожиженного слоя, что интенсифицирует процесс сушки и вывод мелких сухих фракций материала из камеры сушки, при этом получают семена высокой всхожести.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 1276885, кл. F 26 В 3/08, 17/10.

2. Авторское свидетельство СССР 305328, кл. F 26 B 3/08.

3. Патент РФ 2021565, кл. F 26 B 3/08.