способ сушки и хранения зерна и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ сушки и хранения зерна, заключающийся в активном вентилировании с послойной загрузкой в хранилище при выявлении снижения влажности зерна на поверхности предыдущего слоя, отличающийся тем, что послойно загружают зерно в опускающемся слое толщиной =0,25...0,35 м, причем меньшие значения принимают при непрерывном режиме перемещения, большие - при периодическом, а при хранении зерно периодически рециркулируют с вентилированием.

2. Способ сушки и хранения зерна по п.1, отличающийся тем, что при самосогревании зерна более чем на 2С относительно температурного фона его дополнительно охлаждают посредством рециркуляции и вентилирования.

3. Способ сушки и хранения зерна по п.1, отличающийся тем, что зерно подсушивают как свежим, так отработавшим в наращиваемом слое агентом сушки.

4. Способ сушки и хранения зерна по п.1, отличающийся тем, что зерно подсушивают вплоть до кондиционной влажности с последующей однократной или многократной загрузкой.

5. Способ сушки и хранения зерна по п.1, отличающийся тем, что используют активизирующие или ингибирующие газовые компоненты, например, озон.

6. Устройство для сушки и хранения зерна, содержащее кольцевую рабочую камеру с внутренней и внешней перфорированными стенками, загрузочное, разгрузочное средства и вентилятор, отличающееся тем, что рабочая камера снабжена кольцевой воздухопроницаемой стенкой, разделяющей ее полость на внешнюю камеру подсушки с зазором для прохода зерна и внутреннюю камеру досушки с радиусом наружной стенки

где Q - подача вентилятора, м³/ч;

Н - высота рабочей камеры, м;

q_min - минимальная удельная подача;

- насыпная масса зерна, т/м³,

причем полости камер подсушки и досушки соединены с загрузочным и разгрузочным средствами.

7. Устройство для сушки и хранения зерна по п.6, отличающееся тем, что оно содержит клапаны раздельного заполнения и опорожнения камер подсушки и досушки.

8. Устройство для сушки и хранения зерна по п.6, отличающееся тем, что внешняя перфорированная стенка заключена в сплошной кожух с зазором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для сушки зерна преимущественно активным вентилированием наружным или подогретым воздухом и может быть использовано в сельском хозяйстве и в пищевой промышленности.

Известен способ сушки зерна и семян в насыпи активным вентилированием.

Недостатки этого способа - высокая энергозатратность, неравномерность и неодновременность вентилирования верхних и нижних слоев насыпи.

Известно устройство для сушки семян и зерна активным вентилированием в насыпи в виде камерной сушилки периодического действия, подключенной к теплогенератору с вентиляторной установкой. Это устройство широко распространено в сельском хозяйстве, может высушивать зерно практически любой влажности, однако энергозатратно, и сложно механизировать разгрузку высушенного зерна [1].

Известен способ сушки и хранения зерна, заключающийся в активном вентилировании с послойной загрузкой в хранилище при выявлении снижения влажности зерна на поверхности предыдущего слоя. Этот способ наиболее близок к заявленному и принят за прототип [2]. Однако он требует повышенных затрат энергии, так как эффективен при удельных подачах более 350 м³/ч т, кроме того, нижний слой пересушивается, что приводит к снижению качественных показателей семян и зерна.

Известно устройство в виде вентилируемого бункера, содержащего кольцевую рабочую камеру с внутренней и внешней перфорированными стенками, загрузочное, разгрузочное средства и вентилятор. Это устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному и принято за прототип [3].

Недостатком этого устройства является то, что наружный прилегающий к корпусу слой зерна высушивается в последнюю очередь, поэтому ранее высушенное зерно значительную часть времени бесполезно вентилируется, что ведет к нерациональным затратам и пересушке, кроме того, для установки бункера требуется наличие высоких закрытых помещений, что осложняет условия хранения зерна.

Задача изобретения - снижение энергоемкости и неравномерности сушки и обеспечение безопасных условий хранения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе сушки и хранения зерна, заключающимся в активном вентилировании с послойной загрузкой в хранилище при выявлении снижения влажности зерна на поверхности предыдущего слоя согласно изобретению послойно загружают зерно, предварительно подсушенное в опускающемся слое толщиной =0,25... 0,35 м, причем меньшие значения принимают при непрерывном режиме перемещения, а большие - при периодическом, а при хранении зерно периодически рециркулируют и вентилируют; кроме того, при самосогревании зерна более чем на 2 С относительно температурного фона его охлаждают посредством рециркуляции и вентилирования; зерно подсушивают как свежим, так отработавшим в наращиваемом слое агентом сушки; зерно подсушивают вплоть до кондиционной влажности с последующей однократной или многократной загрузкой; при вентилировании зерна используют активизирующие или ингибирующие газовые компоненты, например озон.

Поставленная задача достигается так же тем, что в устройстве для сушки и хранения зерна, содержащем кольцевую рабочую камеру с внутренней и внешней перфорированными стенками, загрузочное, разгрузочное средства и вентилятор, согласно изобретению рабочая камера содержит кольцевую воздухопроницаемую стенку, делящую ее полость на внешнюю камеру подсушки с зазором для прохода зерна и камеру досушки с радиусом наружной стенки где Q - подача вентилятора, м³/ч; Н - высота рабочей камеры, м; q_min - минимальная удельная подача, зависящая от толщины продуваемого слоя и влажности зерна, - насыпная масса зерна, т/м³, причем полости камер подсушки и досушки подключены к загрузочному и разгрузочному средствам; кроме того, устройство содержит клапаны раздельного заполнения и опорожнения камер подсушки и досушки, а внешняя перфорированная стенка заключена в сплошной кожух с зазором.

Предложенные способ и устройство связаны между собой единым изобретательским замыслом, т.к. именно такое выполнение устройства обеспечивает выполнение данного способа.

Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым является то, что послойно загружают зерно, предварительно подсушенное в опускающемся слое толщиной =0,25... 0,35 м, причем меньшие значения принимают при непрерывном режиме перемещения, а большие - при периодическом, а при хранении зерно периодически рециркулируют с вентилированием; кроме того, новым является то, что при самосогревании зерна более чем на 2 С относительно температурного фона его охлаждают вентилированием, зерно подсушивают как свежим, так отработавшим в наращиваемом слое агентом сушки, зерно подсушивают вплоть до кондиционной влажности с последующей однократной или многократной загрузкой, а при вентилировании зерна используют активизирующие или ингибирующие газовые компоненты, например озон.

Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым является то, что рабочая камера снабжена кольцевой воздухопроницаемой стенкой, делящей ее полость на внешнюю камеру подсушки с зазором для прохода зерна и камеру досушки с радиусом наружной стенки R=Q/2q_min H , причем полости камер подсушки и досушки подключены к загрузочному и разгрузочному средствам, устройство содержит клапаны с возможностью раздельного заполнения и опорожнения камер подсушки и досушки, а внешняя перфорированная стенка заключена в сплошной кожух с зазором.

Таким образом, заявленные способ и устройство соответствуют критерию “новизна”.

Изобретение соответствует критерию “изобретательный уровень”, так как достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, а именно снижение энергоемкости процессов сушки и хранения зерна, а также повышения качества сушки и безопасности хранения.

Изобретение является и "промышленно применимым", так как может использоваться для сушки и хранения зерна в сельском хозяйстве.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид устройства.

Устройство включает основные узлы: норию 1, разгрузочный шнек 2, вентилятор 3, внешнюю перфорированную стенку 4, внутреннюю перфорированную стенку 5, поршень 6, дополнительную перфорированную стенку 7, кожух 8, клапаны 9, 10 на выходе зерна из устройства, клапан на входе 11, камеру 12 досушки зерна, камеру 13 подсушки зерна, воздухораспределительную камеру 14, коническое основание камеры 15 подсушки, загрузочный шнек 16, калорифер 17, озонатор 18, крышу бункера 19, датчик верхнего уровня 20, камеру 21 отработанного агента сушки, защитное устройство датчика 22, патрубки 23, днище 24, клапан днища 25, датчик 26 верхнего уровня.

Вместимость камеры досушки можно записать в виде

G_д= (R²-R²_вн)Н ,

где R - радиус ее наружной стенки, м; R_вн- радиус внутренней стенки, м;

Н - высота рабочей камеры, м; - насыпная масса зерна, т/м³.

Подача вентилятора Q складывается из расхода в камеры досушки Q_д и подсушки Q_П

Q=Q_д+Q_п.

В зависимости от влажности зерна установлены минимальные удельные подачи q_min [4], которыми следует руководствоваться при досушке, кроме того, величина R²_вн слабо (5... 7%) влияет на величину G_д поэтому запишем

Однако для подсушки необходима более высокая удельная подача, так, например, в [2] для послойной подсушки использована q=360 м³/ч т, что в 3 раза выше, чем допустимая при досушке, поэтому запишем

Q=Q_д+к₁к₂Q_п,

где к₁=G_п/G, a к₂=q_п/q_min,

G_п, G - вместимость камеры подсушки и суммарная вместимость; q_п - удельная подача агента сушки при подсушке. При толщине вентилируемого слоя до 2,5 м и сушке зерна влажностью от 25%, что характерно для заявленных способа и устройства, значения коэффициентов к₁ и к₂ составляют: к₁~0,25... 0,5; к₂~2... 3,5, тогда Q~(1,8... 2,0)Q_q.

Способ осуществляется следующим образом.

В камеру досушки послойно загружают зерно, предварительно подсушенное в опускающемся слое, толщина которого ограничена условиями его перемещения, а при хранении зерно периодически рециркулируют и вентилируют; кроме того, при самосогревании зерна более чем на 2 С относительно температурного фона его охлаждают вентилированием при рециркуляции, зерно подсушивают как свежим, так отработавшим в наращиваемом слое агентом сушки вплоть до кондиционной влажности с последующей однократной или многократной загрузкой, а при вентилировании зерна используют активизирующие или ингибирующие компоненты, например озон.

Работу устройства осуществляют следующим образом: приводят в действие загрузочные средства 16 и 1, поднимают клапан 11 и заполняют зерном камеру подсушки 13, по заполнении камеры срабатывает датчик 20 и загрузочные средства 16 и 1 отключаются. Защитное устройство 22 исключает преждевременное срабатывание датчика 20 и отключение механизмов 16 и 1. Включают вентилятор 3, а также при необходимости калорифер 17 и озонатор 18. Агент сушки подают в камеру 14, поршень 6 при этом находится в верхнем положении. Агент сушки из камеры 14 поступает в камеру 12, пронизывает слой зерна в камере 13 и через камеру 21 выходит наружу.

При появлении первых признаков подсушки зерна в камере 13, например, повышение температуры отработанного агента сушки на выходе камеры 21, вентилятор отключают, предварительно выключив калорифер и озонатор. Приводят в движение норию 1, шнек 2, открывают клапан 9 и перегружают подсушенное зерно из камеры 13 в камеру 12, затем вновь, как было указано выше, загружают влажным зерном камеру 13. По окончании загрузки камеры 12 подсушенным зерном нижний срез поршня 6 располагают под свободной поверхностью зерна и досушивают перегруженное зерно. По заполнении камеры 13 влажным зерном происходит его подсушка отработанным агентом сушки в слое зерна, находящимся в камере 12.

С целью ускорения подсушки допускается перемещение поршеня выше свободной поверхности слоя, тогда влажное зерно в камере 13 вентилируют свежим агентом сушки. После подсушки зерно вновь перегружают в камеру 12 и наращивают слой до полного заполнения камеры. Затем высушивают зерно в камере 13 и оставляют на хранение.

При хранении температуру контролируют термодатчиками в патрубках 23 или закрепленных в камерах 12 и 13 с помощью подвесок (на чертеже не показаны). Рециркуляцию и вентилирование зерна при хранении осуществляют следующим образом: открывают клапан 9 на камере подсушки (конструктивно клапаны 9 и 10 могут быть выполнены в виде поворотных заслонок, размещенных по окружности стенок 4 и 7 соответственно) и выпускают часть зерна из камеры 13 в полость днища 24, которое заполняет его под углом естественного откоса, затем выпускают часть зерна из камеры 12, при этом освобождается верхняя часть бункера. Приводят в движение норию 1, шнек 2, открывают задвижку на патрубке днища 25 и опускают клапан 11. Происходит рециркуляция материала в двух контурах: во внешнем - через камеру 12 и во внешнем - через камеру 13. При включенном вентиляторе циркулирующее зерно можно подсушивать или охлаждать. При сушке и хранении в наружный воздух добавляют озон, в первом случае ускоряется процесс сушки, во втором тормозится развитие плесени и исключается появление насекомых и грызунов.

Сушку зерна от исходной до кондиционной влажности можно осуществлять в камере досушки: при повышенной влажности (более 20%) в периодическом режиме, при меньшей - "на проход". Для этого поднимают клапан 11, направляют зерно в камеру 13, загрузку осуществляют до срабатывания датчика верхнего уровня 20 и вновь включают при освободившемся датчике нижнего уровня 26. При работе "на проход" в соответствии с влажностью зерна изменением положения клапана 25 устанавливают необходимую пропускную способность устройства.

Предварительная подсушка зерна позволяет повысить его стойкость и сыпучесть, а также снизить удельную подачу сушильного агента при досушке, а в ряде случаев отказаться от подогрева наружного воздуха, тем самым снизить энергоемкость процесса. Кроме того, подсушка в слое толщиной 0,25... 0,35 м обусловливает меньшую неравномерность зерна по влажности по сравнению с сушкой в толстом слое 1,1 м в прототипе, что способствует меньшим затратам при досушке и надежному хранению.

В общем случае, чем меньше толщина слоя, тем ниже неравномерность по влажности. Однако необходимо учитывать условия стесненности. Так при непрерывном перемещении под действием силы тяжести в камерах шахтных сушилок принято расстояние между коробами 0,1... 0,12 м, зазор между ограничивающими стенками в колонковой сушилке составляет 0,2... 0,3 м, а при сушке высоковлажного зерна более 26% в опускающемся кольцевом слое специализированной сушилки для условий периодической работы его толщина достигает 0,4... 0,5 м.

В нашем случае, учитывая возможность работы как в непрерывном, так и в периодическом режиме и ограничение влажности зерна 25%, минимальная толщина слоя должна составлять согласно литературным и нашим опытным данным =0,25... 0,35 м, при меньших значениях возможно зависание зерна в случае периодического режима работы. Очевидно, что в случае периодической работы величина выше, чем в случае непрерывной работы.

Толщина слоя зерна в камере досушки существенно выше, чем в камере подсушки, поэтому необходимо его вентилировать некоторое время, чтобы зона сушки достигла противоположной стороны входа агента сушки, после чего загрузку продолжают.

При хранении в случае попадания влаги жизнедеятельности насекомых, микроорганизмов и т.п. возможно образование в слое очагов самосогревающегося зерна, что недопустимо. По способу прототипа охлаждение зерна осуществляют вентилированием, что ненадежно и энергозатратно. По заявленному способу очаги разрушают при рециркуляции и охлаждают зерно вентилированием, что гарантирует низкие затраты энергии и надежное хранение. Для предотвращения порчи рециркуляцию и вентилирование начинают по превышении температуры зерна в очаге самосогревания относительно фона на 2 С, при меньшим значении возможны ложные срабатывания системы.

Подсушенное зерно обладает повышенной стойкостью, поэтому загруженное влажное зерно в камеру досушки необходимо вентилировать свежим агентом сушки, чтобы быстро снять поверхностную влагу, а потом подсушивать отработанным агентом сушки, что достигается соответствующими перемещениями поршня и повышенной удельной подачей.

При наличии на току большого количества влажного зерна, подлежащего срочной сушке, устройство используют в качестве сушилки непрерывного действия, подключив вентилятор к источнику высокотемпературного агента сушки, при этом камера досушки не задействована.

Использование озона при концентрации 3... 5 мг/м³, согласно нашим данным и многим публикациям, позволяет на 25... 30% снизить продолжительность и до 25% - энерозатратность процесса сушки активным вентилированием, кроме того, на 30... 50% - энергозатраты при хранении, что обусловлено, в частности, повышением влагопоглащающей способности озонированного агента сушки и подавлением жизнедеятельности насекомых и плесени при хранении в озоно-воздушной среде.

Безопасное хранение возможно в том случае, если исключено попадание в зерно влаги, затруднен доступ к нему насекомым, грызунам и птицам, а также быстрый исход озона из бункера после обработки, что достигается наличием сплошного кожуха на внешней стороне перфорированной стенки.

Кроме того, кожух позволяет устанавливать бункер вне помещения и отводить отработанный агент сушки для очистки от механических примесей. Скорость отработанного агента сушки в камере 21 не должна превышать 10... 12 м/с, что гарантирует отсутствие выноса полноценного зерна из камеры подсушки.

Пример. Варианты заявки реализуют в вентилируемом бункере-сушилке, предназначенном для временного хранения, сушки активным вентилированием и длительным хранением высушенного зерна.

Рассмотрим основные параметры базового бункера вместимостью 70 т по зерну пшеницы. Примем максимальную влажность обрабатываемого зерна 25%, тогда величина q_min~100 м³/ч т [4] и Q_д=7000 м³/ч. Учитывая возможность использования устройства в качестве сушилки и необходимость подсушки зерна Q_д, увеличим в 1,8 раза и примем общую подачу Q~12600 м/ч. Примем среднюю высоту камер бункера, заполненных зерном Н=8 м, насыпную массу зерна =0,76 т/м³. Расчетом определим радиус наружной перфорированной стенки камеры досушки R~1,8 м. Радиус наружной перфорированной стенки камеры подсушки R_н=R+(0,25... 0,35 м). При =0,35 м вместимость камеры подсушки составит ~25 т, при =0,25 м ~18 т, в первом случае камера подсушки будет дважды загружаться подсушенным зерном, во втором - трижды. При эксплуатации бункера сушилки в хозяйствах Нечерноземной зоны, где влажность зерна составляет 20... 25%, необходимо ориентироваться на периодический режим подсушки и ~0,35 м, а при эксплуатации в зонах с влажностью зерна менее 20% предпочтителен непрерывный режим подсушки и ~0,25 м.

Сушка зерна влажностью до 20% активным вентилированием в средней полосе России с подогревом наружного воздуха на 2... 4 С в ночное время и в ненастную погоду займет 1... 3 недели с удельными затратами энергии 1800... 2000 кДж на кг испаренной влаги, что на 25... 35% ниже, чем в бункере БВ - 40, а при использовании озоно-воздушной смеси снижение удельных затрат энергии на сушку составит 34... 40%.

Источники информации

1. П.Н. Шибаев, Б.А. Карпов. Активное вентилирование семян, Россельхозиздат, М., 1966, с.46 и 47.

2. Патент РФ №2016504, МПК А 01 F 25/08, 1994 г (прототип).

3. Справочник по теплоснабжению сельскохозяйственных предприятий. М. Колос, 1983, с.138, рис. 7.10 (прототип).

4. М.А. Теленгатор, В.С. Уколов, В.М. Цециновский, Обработка семян зерновых культур, М., Колос, 1972, с.48, табл. 9.