способ сушки семян и зерна
Классы МПК: | F26B3/06 газ или пар пронизывает просушиваемые изделия или материалы |
Автор(ы): | Голубкович Александр Викторович (RU), Павлов Сергей Анатольевич (RU), Измайлов Андрей Юрьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства (ГНУ ВИМ Россельхозакадемии) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-06-01 публикация патента:
10.05.2012 |
Изобретение относится к способам сушки семян и зерна и может быть использовано в сельском хозяйстве, системе заготовок, химической и пищевой промышленности. Способ сушки семян и зерна заключается в том, что поддерживают максимально допустимую температуру агента сушки, его удельную подачу определяют в зависимости от его температуры, начальной и конечной влажности материала в интервале высоты слоя от 0,1 до 0,7 м, высоту слоя ограничивают потерями напора в нем, при этом, при определении удельной подачи агента сушки учитывают коэффициент испарения влаги и удельную поверхность материала по формуле
где q - удельная подача агента сушки, кг/кг·с; f - удельная поверхность материала, м2/кг; - коэффициент испарения,
=
/C, кг/м2·c;
- коэффициент теплоотдачи Вт/м2·°С; С - теплоемкость агента сушки, кДж/кг·°С;
U=(U1-U2), где U1, U 2 - начальное и конечное влагосодержание материала соответственно, кг/кг; i0, i1, i2 - энтальпия агента сушки на входе в слой, паровоздушной пленки на поверхности материала при начальной и средней температурах материала соответственно, причем потери напора в слое рассчитывают по формуле
где Рс - потери напора в слое, кПа; Q0 - максимальный расход вентилятора при
Рn, м3/ч;
Рn - полный напор вентилятора, кПа; Q - расход вентилятора при
Рс, определяемый по характеристике конкретного вентилятора, м3/ч;
Рсуш - потери напора в слое, в незаполненной сушилке. Использование способа позволит повысить удельную производительность, а также эффективно высушивать не только пшеницу, но и рапс, кукурузу и другие культуры. 4 ил.
![способ сушки семян и зерна, патент № 2450223](/images/patents/0/2450223/2450223-21.jpg)
![способ сушки семян и зерна, патент № 2450223](/images/patents/0/2450223/2450223-24.jpg)
![способ сушки семян и зерна, патент № 2450223](/images/patents/0/2450223/2450223-25.jpg)
![способ сушки семян и зерна, патент № 2450223](/images/patents/0/2450223/2450223-26.jpg)
Формула изобретения
Способ сушки семян и зерна, заключающийся в том, что поддерживают максимально допустимую температуру агента сушки, его удельную подачу определяют в зависимости от его температуры, начальной и конечной влажности материала в интервале высоты слоя от 0,1 до 0,7 м, высоту слоя ограничивают потерями напора в нем, отличающийся тем, что при определении удельной подачи агента сушки учитывают коэффициент испарения влаги и удельную поверхность материала по формуле
где q - удельная подача агента сушки, кг/кг·с;
f - удельная поверхность материала, м2/кг;
- коэффициент испарения,
=
/C, кг/м2·c;
- коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·°С;
C - теплоемкость агента сушки, кДж/кг·°С;
U=(U1-U2),
где U1 , U2 - начальное и конечное влагосодержания материала соответственно, кг/кг;
i0, i1, i2 - энтальпия агента сушки на входе в слой, паровоздушной пленки на поверхности материала при начальной и средней температурах материала соответственно, причем потери напора в слое рассчитывают по
где Рс - потери напора в слое, кПа;
Q 0 - максимальный расход вентилятора при Рn, м3/ч;
Pn - полный напор вентилятора, кПа;
Q - расход вентилятора при Рс, определяемый по характеристике конкретного вентилятора, м3/ч;
Рсуш - потери напора в слое, в незаполненной сушилке, кПа.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к сушке семян и зерна преимущественно повышенной влажности и может быть использовано в сельском хозяйстве, системе заготовок, химической и пищевой отраслей промышленности.
Известен способ сушки семян и зерна, при котором влажный материал загружают, вентилируют агентом сушки, охлаждают и разгружают [1].
Этот способ широко применяется в сельском хозяйстве. Однако при его использовании удельная подача агента сушки не обосновывается в зависимости от свойств материала и условий сушки, поэтому он, как правило, энергозатратен.
Известен способ сушки семян и зерна, при котором поддерживают максимально допустимую температуру агента сушки, его удельную подачу q определяют в зависимости от его температуры, начальной и конечной влажности материала в интервале высоты слоя от 0,1 до 0,7 м, а высоту слоя ограничивают потерями напора в 1 кПа [2].
Этот способ сушки по технической сущности наиболее близок к заявленному и выбран за прототип.
Однако этот способ применим только для зерновых культур, для которых был разработан, и не может быть использован для мелких и крупносеменных культур, а также для семян, требующих особых условий сушки, например селекционных, кроме того, потери напора в слое в зависимости от вентилятора и конструкции устройства могут существенно отличаться от указанного.
Целью изобретения является повышение эффективности и универсальности способа.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе сушки семян и зерна, при котором поддерживают максимально допустимую температуру агента сушки, его удельную подачу определяют в зависимости от его температуры, начальной и конечной влажности материала в интервале высоты слоя от 0,1 до 0,7 м, высоту слоя ограничивают потерями напора в нем, согласно изобретению при определении удельной подачи агента сушки учитывают коэффициент испарения влаги и удельную поверхность материала по формуле
где q - удельная подача агента сушки, кг/кг·с;
- коэффициент испарения,
=
/C, кг/м2·с;
- коэффициент теплоотдачи Вт/м2·°С;
f - удельная поверхность материала, м2 /кг;
С - теплоемкость агента сушки, кДж/кг·°С;
U1; U2 - начальное и конечное влагосодержание материала соответственно, кг/кг;
i0 , i1, i2 - энтальпия агента сушки на входе в слой, паровоздушной пленки при начальной и средней температурах материала соответственно.
где Рс - потери напора в слое, кПа;
Рсуш - потери напора в незаполненной сушилке, кПа;
Q0 - максимальный расход вентилятора при Рn;
Рn - полный напор вентилятора, кПа;
Q - расход вентилятора при Рс, определяемый по характеристике конкретного вентилятора, м3/ч.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 изображена схема устройства, на фиг.2 - номограммы по определению удельной подачи агента сушки от влажности, V и t1, на фиг.3 - зависимость удельной производительности устройства Gуд от высоты слоя h, на фиг.4 - кривая характеристики вентилятора для определения Рс.
В состав устройства слоевой сушилки периодического действия входят калорифер 1, вентилятор 2, заслонка 3, воздушный канал 4, сушильные камеры 5, решетка 6, перегородка 7 в сушильных камерах, разгрузочные окна 8, насыпь материала 9.
Устройство работает следующим образом.
Материал распределяют на решетке 6 камер 5. Последовательно включают вентилятор 2, калорифер 1 и вентилируют слой материала 9, при необходимости изменяя расход агента сушки заслонками 3. Высушенный материал охлаждают вентилированием наружным воздухом и разгружают путем поворота сушильных камер относительно горизонтальной оси. При этом материал высыпается из разгрузочных окон 8, под которыми закреплены мешки (на схеме не показаны).
Способ осуществляют следующим образом.
В зависимости от назначения зерна и его влажности определяют максимально допустимую температуру нагрева его и агента сушки [3]. По скорости агента сушки, удельной поверхности f, начальной и конечной влажности (влагосодержанию) материала, энтальпий агента сушки и паровоздушной пленки на поверхности материала рассчитывают величину q. Причем величину q ограничивают потерями напора в слое. При сушке рядовых семян и зерна при расчете q выбирают V максимальной, что обусловливает повышенные значения коэффициента теплоотдачи , коэффициента испарения
и соответственно удельной производительности Gуд . При сушке селекционных семян ограничивают величину V и
. Расчет q также можно провести при помощи номограммы (фиг.2).
Высушивают и охлаждают материал. Окончание сушки определяют, как правило, отбором навесок из слоя и определением их влажности.
Производительность устройства G зависит от расхода Q вентилятора в степени G Q0,5. Это обусловлено тем, что зависимость критерия Рейнольдса от Нуссельта в большинстве расчетных формул Nu
f(Re0,50); действительно, чем больше коэффициент теплоотдачи
, входящий в критерий Nu, тем выше производительность. В то же время производительность устройства прямо пропорциональна высоте (массе) продуваемого слоя, а следовательно, прямо пропорциональна потерям напора в слое. При повышении расхода вентилятора среднего давления, потери напора, начиная с Q0, снижаются. Учитывая вышесказанное, можно записать
или
На графике (фиг.4) приведена характеристика вентилятора № 12, 5-3, применяемого в зерносушильных установках [4].
Прямая Рn=f(Q0,5) проходит из точки А с координатами
Рn=2,2 кПа и Q0=22 тыс. м3 /ч, пересекает кривую характеристики в точке В с координатами
Рn=1,4 кПа, Q=75 тыс. м3/ч, следовательно, толщина слоя должна быть ограничена величиной
Рn=1,4 кПа. Для камерных сушилок величину
Рсуш можно принять 0,1
0,2 кПа, для зерносушилок шахтного и колонкового типа 0,3
0,5 кПа.
Так как при больших значениях h возрастают потери напора Рn и существенно сокращается величина Q, для камерных сушилок величину
Pсуш можно принять 0,1
0,2 кПа, для зерносушилок шахтного и колонкового типа 0,3
0,5 кПа.
Обоснуем вывод q. Тепловой поток, передаваемый от материала агенту сушки путем конвекции и испарения на элементе поверхности dF, можно записать
Этот же тепловой поток равен изменению энтальпии агента сушки на элементе поверхности dF в единицу времени
где GB - количество агента сушки, проходящего через слой, кг/с, из равенства правых частей уравнений (1) и (2) находим
Интегрируя от 0 до F при =const, получаем
где i0, i1, i 2 - энтальпии агента сушки, паровоздушной пленки материала при начальной и средней температурах соответственно, кДж/кг из (4)
или с учетом, что f=F/G0 U, где
U=(U1-U2), U1, U2 - начальное и конечное влагосодержание материала, кг/кг, окончательно получим
Пример 1. Определим q для условий сушки семян пшеницы с эквивалентным диаметром dэ=3·10 -3 м в слое высотой h=0,5 м. Исходная влажность семян W 1=22% (U1=0,282 кг/кг), конечная W2 =14% (0,162 кг/кг), температура агента сушки t1=45°C, исходная температура семян 0=20°С, средняя
к=30°С. Энтальпия агента сушки i0 =65 кДж/кг, паровоздушной пленки семян соответственно i1 =50 кДж/кг и i2=55 кДж/кг.
Для определения коэффициента испарения , предварительно вычислим критерий Рейнольдса по формуле и Нуссельта по формуле
Nu=2+1,07Re0,48·Pr 0,33·Gu0,175, где Pr и Gu - критерии Прандтля и Гухмана.
После вычислений получим Re=1500 и Nu 100, а
коэффициент теплоотдачи ,
где - коэффициент теплопроводности,
=0,050 Вт/м·°С;
10 Вт/м2·°С.
Коэффициент испарения можно представить в виде =к
/с (где к - численный коэффициент, к<1; С - теплоемкость воды, кДж/кг·°С). Он является эффективным: влага находится не только на поверхности частиц, но и диффундирует к поверхности этих частиц из глубины, что требует затрат теплоты. По имеющимся данным затраты теплоты составляют дополнительно 12%, следовательно, К=0,88. Коэффициент удельной поверхности f есть отношение геометрической поверхности зерновки к ее, для зерна пшеницы f
1,0,
q=3,15 кг/кг·ч
Пример 2. Удельную производительность (где G - масса материала, т; S - площадь решетки, м 2;
- время, ч) устройства определяли по следующей методике:
Массу материала в устройстве можно рассчитать из G=h S (т), где
- объемная масса материала (пшеница
=760 кг/м3).
Количество испаренной влаги , где
1;
2 - исходная и кондиционная влажность, %.
Время сушки
где d1, d2 - соответственно влагосодержание агента сушки на выходе и входе в слой, кг/кг.
На фиг.3 представлены зависимости Gуд от h для следующих условий сушки пшеницы (1-5 и рапса 6):
1 - q=8 кг/кг·ч; t1 =60°C; w=20%;
2 - q=4 кг/кг·ч; t 1=60°C; w=20%;
3 - q=5 кг/кг·ч; t1=45°C; w=20%;
4 - q=10 кг/кг·ч; t1=45°C; w=20%;
5 - q=6,3 кг/кг·ч; t1=45°C; w=20%.
Источники информации
1. Теленгатор Н.П., Уколов В.С., В.М. Цециновский. Обработка семян зерновых культур, «Колос». - М., 1972, с.76-79.
2. Анискин В.И., Окунь Г.С. Технологические основы оценки работы зерносушильных установок ГНУ ВИМ, М., 2003, с.103, 112-113.
3. Птицын С.Д. Зерносушилки. М., 1962, Гос. науч.-техн. издат. машиноиздат, с.52.
4. Методические рекомендации по сушке и охлаждению зерна активным вентилированием. М., ВИМ, 1974, с.42.
Класс F26B3/06 газ или пар пронизывает просушиваемые изделия или материалы