CC BY
68
УДК 631.365.22
В. Г. Чумаков, А. С. Жанахов
ДОПУСТИМАЯ ТЕМПЕРАТУРА НАГРЕВА ЗЕРНА В КАМЕРНОЙ ЗЕРНОСУШИЛКЕ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
В статье рассмотрены достоинства и недостатки зерносушилок с поперечной продувкой зернового слоя, пути повышения равномерности сушки зерна, одним из которых является инверсия зернового слоя, способ нахождения местоположения инвертора в камере зерносушилки в зависимости от начальной влажности зерна и длительности сушки.
Ключевые слова: зерно, сушка, влажность, критическая температура нагрева, инверсия зернового слоя.
The paper considers the advantages and disadvantages of dryers with transverse blowing the grain layer, ways to improve the uniformity of drying grain, one of which is the inversion layer of grain, a method for finding the location of the inverter in the chamber dryers, depending on the initial moisture content of grain and the duration of drying.
Keywords: grain drying, moisture content, the critical temperature of the heating, the inversion layer of grain.
Владимир Геннадьевич Чумаков
кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т.С. Мальцева»
E-mail: vgchumakov@mail.ru
Альсим Сагидуллович Жанахов ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т.С. Мальцева»
E-mail: alsim.zhanahov@yandex.ru
Введение. В последние годы наблюдается повышение уровня механизации сельскохозяйственного производства в полеводстве. Возросло количество зерна, требующего обработки непосредственно в хозяйствах. Возросли объемы зерна поступающего на зернокомплек-сы. Послеуборочная обработка зерна для многих хозяйств стала слабым звеном в процессе его производства. В результате несовершенных технологий очистки и сушки зерна, значительного износа машин и оборудования на хранение закладывается товарное зерно и семена повышенной засоренности и влажности.
В Уральском федеральном округе природноклиматические условия предопределяют уборку и послеуборочную обработку значительной части урожая зерновых, масличных и других культур. Статистические данные показывают, что большая часть зерна, поступающего с полей, нуждается в снижении влажности. Сложность организации этого процесса определяется тем, что на тока хозяйств поступают партии зерна с различными характеристиками, в том числе с разной влажностью. В некоторых районах зерно разных культур может поступать
одновременно. Следовательно, требования к организации этого процесса можно сформулировать так:
• доводить зерно до заданного значения влажности на одном агрегате независимо от исходной влажности;
• сушить зерно различной исходной влажности, но близкое по показателям технологических свойств, на одном агрегате одновременно;
• располагать автоматизированными системами контроля и управления режимом сушки, чтобы обеспечить высокую эффективность процесса и высокое качество просушенного зерна;
• использовать один в тот же агрегат для сушки зерна разных культур.
Результаты. Этим условиям практически полностью соответствуют современные конструкции зерносушилок. Наибольшее распространение с точки зрения производительности, простоты конструкции, возможности использования методов повышения эффективности процесса нашли камерные и колонковые сушилки с поперечной продувкой зернового слоя [1].
Основным достоинством данных сушилок является простота и дешевизна их изготовления. Как правило, конструктивно сушилка представляет собой две перфорированные стенки, между которыми размещается сырое зерно. Перфорация стенок используется разная, наиболее часто она выполнена в виде круглых отверстий диаметром до 2 мм или в виде щелей.
Промышленное изготовление такой конструкции очень простое, однако технология сушки, заложенная в таких зерносушилках, очень несовершенна. Толщина продуваемого слоя в разных сушилках этого типа от 300 до 1500 мм. Продувка слоя, как правило, осуществляется без его перемешивания. В лучшем случае перемешивание зерна производится один раз за весь период сушки. Процесс сушки происходит при подаче агента сушки (смеси топочных газов с атмосферным воздухом) через перфорированную стенку в слой зерна и отводе отработанного агента сушки через другую перфорированную стенку. При такой сушке зерно, прилегающее к стенке со стороны подвода агента сушки, пересушивается, а у противоположной стенки не досушивается. Для снижения неравномерности сушки используют агент сушки с более низкой температурой, а это, в свою очередь, приводит к повышенному расходу топлива и электроэнергии. На интенсивность испарения влаги из зерна существенное влияние оказывает температура нагрева зерна. Чем выше температура нагрева зерна, тем больше можно из него испарить влаги при прочих равных условиях, и, следовательно, повысить производительность сушильной установки.
Но повышение температуры нагрева зерна имеет определенные пределы, за которыми наблюдается резкое ухудшение качества зерна - уменьшение всхожести и энергии прорастания, уменьшение качества и количества клейковины, уменьшение выхода крупы и т.п. Чтобы обезопасить зерно от перегрева в результате характерной для этих сушилок значительной неравномерности нагрева и сушки, зерно не нагревают выше предельно допустимой температуры, обусловленной его термоустойчивостью. Предельная температура нагрева зерна зависит от его культуры и назначения, а также от его исходной влажности. Технологические свойства
продовольственного зерна могут ухудшиться: у пшеницы - вследствие денатурации белков клейковины, у крупяных культур - из-за появления шелушенных зерен и снижения прочности ядра. При особенно жестких режимах сушки может проявиться так называемый закал зерна. В результате зерно почти полностью теряет способность реагировать на увлажнение. Предельно допустимую температуру нагрева зерна семенного назначения устанавливают исходя из условия сохранения энергии прорастания и всхожести его. Следует иметь в виду, что при грамотном ведении процесса сушки можно их повысить в результате активизации биологической системы зерна.
Для каждого типа сушилок характерны свои допустимые пределы температуры сушильного агента при тех же значениях допустимого нагрева зерна. Следовательно, установление предельно допустимой температуры нагрева зерна и скорости сушки в сушилках разных типов является основным вопросом, определяющим результативность искусственной сушки как способа подготовки свежеубранного семенного зерна к длительному хранению.
Существуют рекомендации о допустимых температурах нагрева зерна пшеницы при сушке. Однако данные разных авторов недостаточно согласуются друг с другом. Разница значений допустимой температуры достигает 15 °С. Очевидно, это является следствием существенного различия методической постановки экспериментов, неодинаковой степени моделирования производственного процесса сушки [2].
Допустимую температуру нагрева зерна в зерносушилках с поперечной продувкой для продовольственной пшеницы можно определить с помощью формулы, предложенной В. И. Жидко:
где ^, а - постоянные величины (для зерна с нормальной клейковиной ^ = 78 °С, а = 1,85);
'с - абсолютная влажность зерна, %;
т - продолжительность сушки, мин.
Формула (1) разработана для шахтных зерносушилок. Но ее можно применять и при любых других вариантах. Влияние времени нагрева и начальной влажности зерна на его допу-
стимую температуру нагрева показано на рисунке 1.
Ґдоп, 'С
65
60
50
6
1
2 5
ь_ VI
І0
20
30
40
50
60
80
90 т. мин
1 - W = 34 %; 2 - W = 30 %; 3 - W = 26 %;
4 - W = 22 %; 5 - W = 18 %; 6 - W = 14 %
Рисунок 1 - Допустимая температура нагрева зерна продовольственной пшеницы
Для выбора режима имеет значение продолжительность пребывания зерна в нагретом состоянии. С учетом этой величины выбирают максимально допустимую температуру нагрева зерна.
Для повышения эффективности удаления влаги из зерна, уменьшения неравномерности сушки используются различные способы сушки, разработаны различные ее технологии, включающие рециркуляцию и инверсию зерна.
Исходя из вышеизложенного и на основании исследования закономерностей процессов сушки зернового материала, с целью повышения эффективности сушки зерна на кафедре «Тракторы и сельскохозяйственные машины» КГСХА была разработана камерная зерносушилка непрерывного действия (рисунок 2).
Технологический процесс работы зерносушилки осуществляется следующим образом. Сырое зерно, поступающее в загрузочное отверстие транспортера 10, перемещается скребками верхней ветви цепи по настилу, где оно просыпается в сушильную камеру до тех пор, пока не заполнит ее. Нижняя ветвь скребковой цепи разравнивает зерно по всей длине сушильной камеры. При работе сушилки зерно, находящееся в каналах между стенками 2 и 3, опускается вниз под действием силы тяжести. Агент сушки попадает через патрубок в полость камеры нагрева 1, проникает через
сырое зерно; — наружный слой; — - внутренний слой;
сухое зерно; - теплоагент; атмосферный воздух.
1 - камера нагрева; 2 - внутренняя перфорированная стенка; 3 - наружная жалюзийная стенка; 4 - перегородка;
5 - камера охлаждения; 6 - выгрузной транспортер; 7 - каретка; 8 - приемники-сливы; 9 - инвертор; 10 - загрузочный транспортер;
Рисунок 2 - Схема технологического процесса камерной зерносушилки непрерывного действия с инверсией зернового слоя
перфорированную поверхность и слой зерна, нагревает последнее и выносит с собой в атмосферу испарившуюся влагу через жалюзий-ную поверхность. В процессе сушки слой зерна, находящийся у внутренних стенок 2, нагревается и сохнет быстрее, чем у наружных жа-люзийных 3. Инвертор перемещает зерно из внутренних слоев на место наружных, а зерно из наружных - на место внутренних. Опускаясь ниже, зерно попадает в зону охлаждения 5, где оно продувается атмосферным воздухом. Сухое охлажденное зерно по приемникам-
сливам поступает на полки каретки 7, совершающей возвратно-поступательное движение, с которых небольшими порциями сбрасывается в выгрузной транспортер 6. Количество зерна, выпускаемого из камеры за каждый ход каретки, зависит от расстояния между приемниками-сливами и полками каретки, величины хода каретки. Увеличение этих параметров, а также числа ходов каретки в единицу времени приводит к увеличению скорости движения зерна в камерах и увеличению производительности зерносушилки.
Большое значение для нормального протекания технологического процесса инверсии играет количество инверторов, их конструкция и место расположения в сушильной камере по высоте.
Значимым показателем, определяющим местоположение инвертора в зерносушилке, является путь, пройденный элементарным слоем до получения критической температуры нагрева и влажности в нём зерна. Они являются функциями времени, которые представлены в виде графиков на рисунке 3.
Графики получены экспериментально при сушке зерна в камерной зерносушилке непрерывного действия при температуре агента сушки t = 70 °С [3].
ас -1
Анализ кривых на представленных графиках показывает, что через 15 - 20 минут внутренний слой зерна в сплошном потоке при односторонней продувке агентом сушки достигает предельной температуры нагрева. Дальнейшая продувка приводит к перегреву зерна и потере его полезных свойств. При этом повышается неравномерность влажности зерна по толщине потока (ширине рабочей камеры), нарушается технологический процесс сушки, так как наружный (периферийный) слой зерна в потоке ещё не прогретый и влажный. Это свидетельствует о необходимости проведения инверсии зернового потока для улучшения технологического процесса сушки.
Зная время до момента достижения зерном допустимой температуры при заданной температуре агента сушки (из графиков), и скорость движения зерна в сушилке, можно рассчитать местоположение инвертора по высоте зерносушилки.
с - ... 77,1
Г .. -О \ 0 Власть критических значений
<
бб,б'^ я,о / '1 ^ \
'У"''1'/ \
Ь уЛб.8 1(Ы ^ \ 17.4
1 <
0 5 10 1' 20 2 5 30 3^ 40 г.
^ - реальная температура нагрева зерна, °С; ^оп - допустимая температура нагрева зерна, °С; W - влажность зерна, %
Рисунок 3 - Изменение температуры зерна в зерносушилке и допустимый нагрев зерна в процессе сушки Выводы. Таким образом, сушку широко используют, чтобы привести зерно и семена в стойкое состояние для длительного хранения. Современный способ сушки с поперечной продувкой позволяет обеспечить высокие технологические свойства зерна и его семенные достоинства. Технологические свойства зерна сохраняют, прежде всего, применением допустимых температур нагрева. Однако это приводит к снижению производительности зерносушилки. Поэтому для увеличения производительности и качества сушки применяют процесс инверсии зерновых слоев. Кроме улучшения температурно-влажностных характеристик высушиваемого материала инверсия улучшает и физико-механические свойства потока зерна, разрыхляет его, разбивая фронт засорённости у наружной стенки рабочей камеры, что повышает фильтрацию и снижает энергозатраты на продувание потока.
Список литературы
1 Атаназевич В. И. Сушка зерна. - М.: Агро-промиздат, 1989. - 240 с.
2 Егоров Г. А. Технологические свойства зерна. - М.: Агропромиздат, 1985. - 334 с.
3 Косилов Н. И., Чумаков В. Г, Жанахов А. С. Результаты исследования жалюзийной зерносушилки камерного типа // Достижения науки и техники АПК. - 2009. - № 4. - С. 60 - 62.
