CC BY
39
631.563.2.002.237
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНСТРУКЦИИ СУШИЛЬНОГО БАРАБАНА
К.В. ВИНОКУРОВ, С.Н, НИКОНОРОВ, В.М. СЕДЕЛКИН
Технологический институт
Саратовского государственного технического университета
В последние годы в Поволжском регионе, в частности в Саратовской области, из-за неблагоприятных погодных условий в период уборочных работ возросло количество влажного зерна, поступающего на элеваторы и перерабатывающие предприятия. Имеющиеся зерносушилки расположены в основном на крупных элеваторах и не в состоянии обеспечить просушку сырого зерна в необходимых объемах. Вместе с тем наблюдается дефицит малогабаритной высокопроизводительной сушильной техники для использования в небольших зернохранилищах и фермерских хозяйствах. В таких условиях применение барабанных зерносушилок имеет большие перспективы, поскольку они обладают высокими технико-экономическими показателями, просты в изготовлении и надежны в эксплуатации [1]. Однако недостаточное развитие обшей теории для описания процессов тепло- и массообмена и отсутствие экспериментальной информации о ходе сушки в аппаратах барабанного типа существенно тормозят проектирование и внедрение в производство новых высокоэффективных барабанных зерносушилок [2,3].
В данной работе предлагается метод расчета основных геометрических параметров сушильного барабана зерносушилки, обоснование оптимальных технологических режимов работы и изучение кинетических закономерностей процесса сушки на основе экспериментальных исследований.
Линейные размеры барабанной зерносушилки определялись с учетом ее производительности: не менее 6 т/ч при съеме влаги за один пропуск через сушилку не более 8-10% [4, 5] и начальной температуре теплоносителя не менее 120°С. Габариты сушилки рассчитывали при условии равномерного теплообмена материала и теплоносителя [6], с возможностью рециркуляции высушиваемого зерна и равенства объемов внутреннего и внешнего карманов, связанных каналами пересыпания (рис. 1, а), находящихся в зоне нагрева.
Сушильный барабан, вращается на опорных катках и закрыт внутри и с поверхности сеткой (рис. 1, б). Барабан состоит из Л' секторов. Зерно при вращении барабана перемещается параллельными потоками вдоль секторов, двигаясь по винтовой линии внутри каждого сектора.
Количество секторов в барабане N рассчитано из соотношения
Ы =
360
2а
(1)
где а - половина угла между образующими сектора.
Длина барабана Ь, м, получена как
, ОТ
(2)
где <2 - производительность сушилки, кг/'ч; Т - время сушки зерна, ч; р - насыпная плотность высушиваемого зерна, КГ/ЛГ: - половина
площади сечения внутреннего кармана, м .
а
Рис, 1
р ■ .
іи- ч'.
(Г?
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВОД ТЕХНОЛОГИЯ, № 4,2004
Наружный Д и внутренний А диаметры барабана определены соотношениями (3) и (4)
А =
ЮТ ЬЫИр БІпа
(3)
где £>1 - диаметр центральной трубы, м; Ь ~ длина барабана, м; к -высота внутреннего кармана, задаваемого в интервале 0,1-0,2 м.
Высота внутреннего кармана выбрана из условия ограничения размера наружного диаметра барабана -не более 3 м:
о,=
Д + (И + т + х)
С05СХ
(4)
где Оп - диаметр барабана, м ;т- высота наклонных профилей, м; х -высота внешнего кармана, м.
Высота наклонных профилей определяет каналы пересыпания и выбрана из условия равенства значения толщины слоя материала, находящегося в кармане при его движении по боковой стенке сектора сушильного барабана. Величина угла наклона профилей должна быть не менее чем величина угла трения высушиваемого материала и наклонного профиля. Высота внешнего кармана определяется из (3) и (4) из условия равенства площадей сечений внутреннего и внешнего карманов выражением
1
х = -2
^Дсова + 2/г + 2 л/)2 +
( Ъ
■1 -нФсоэос/г Д +----
і V со5а
- (Дсобсс + 2/г + 2/и)
(5)
Количество карманов по длине сушилки, равное величине отношения между длиной барабана и величиной размера кармана, определяет частоту вращения барабана п, об/мин:
п --
6(кМ'
(6)
где х - время сушки, мин; М - глубина кармана вдоль оси барабана, м.
Полученные соотношения использовали для расчета геометрических характеристик сушильного барабана на ЭВМ. С учетом конструктивных особенностей,
67
удобства изготовления и перевозки были выбраны следующие наиболее оптимальные геометрические характеристики. При 12 секторах барабана с высотой наклонных профилей каналов пересыпания т = 0,1 ми глубиной кармана (относительно длины барабана) М = 0,13 м длина сушильного барабана 1 = 3,9 м. Диаметр барабана Д = 2,4 м, а диаметр центральной трубы А = 1,2 м. Дтина зоны нагрева составила 2,6 м по оси барабана. Зерно в зоне нагрева находится в течение 12—15 мин. Длина зоны охлаждения определялась с учетом значений температуры и влажности тепло нос и-теля, соответственно 35°С и 70% на входе и с понижением температуры высушиваемого материала на 20-3 5°С на выходе в зависимости от температуры окружающей среды, и составила 1,3 м по оси барабана. Материал в зоне охлаждается в течение 6-7,5 мин.
Основное достоинство разработанной зерносушилки заключается в рациональном использовании потенциала сушильного агента, который за счет наличия внутренних и внешних перегородок сушильного барабана подается в радиальном направлении, пронизывая слой зерна, и возможности рециркуляции зерна в процессе сушки с помощью транспортного средства [71.
Экспериментальное изучение влияния режимных параметров и кинетических закономерностей процесса сушки осуществляли на опытной барабанной лабораторной установке. По производительности установка соответствовала одной секции 12-секционного сушильного барабана зерносушилки. В конструкции барабана лабораторной установки предусматривалось наличие специальных окон для контроля температуры зерна в процессе сушки и для отбора проб зерна на влажность по всей длине сушильного барабана.
В качестве сушильного агента использовали подогретый воздух, параметры которого варьировали в следующих пределах: Т 110-180°С, у 3,8-14 м/с. За счет перфорированной поверхности барабана отсутствовал унос зерна с отходящим сушильным агентом и производилась частичная очистка зерна от минеральной примеси в процессе сушки. Время сушки х зависело от частоты вращения бараоана и изменялось от 10,з до 15 мни. Частота вращения барабана при работе сушилки варьировалась в пределах 1,25-2 об/мин. Испытания
Рис. 2
Рис. 3
проводили с зерном пшеницы продовольственного назначения сорта Саратовская с нормальной клейковиной. Перед сушкой зерно предварительно замачивали и увлажняли до достижения начальной влажности Н'я 17-22% к общей массе продукта,
В процессе ОПЬП'ОВ проводили проверку эффективности конструктивно-технологической схемы, выявляли оптимальные режимные и конструктивные параметры барабанной зерносушилки и их влияние на качественные показатели зерна и энергоемкость процесса сушки, определяли значения коэффициента циркуляции в зависимости от температуры и влажности рециркулирующего зерна.
Из обработки экспериментальных данных можно сделать вывод, что при сушке зерна пшеницы на опытной барабанной лабораторной установке отсутствовал период постоянной скорости сушки, весь процесс протекал в периоде падающей скорости сушки. Экспериментальные кривые сушки и полученные методом графического дифференцирования кривые скорости сушки, соответственно рис. 2 и 3 (Т, °С: 1-110; 2-120; 3 -140; 4-160), свидетельствуют о наличии только второго периода.
Из анализа влияния основных режимных параметров на процесс сушки видно, что повышение температуры сушильного агента интенсифицирует процесс, но оно ограничивается технологическими требованиями, предельно допустимой температуры нагрева зерна, при которой сохраняются его качества [8].
На основании требований к разработке технологических режимов сушки зерна пшеницы в барабанной сушилке были проанализированы зависимости отношений между температурой зерна, температурой сушильного агента, влажностью зерна в процессе сушки при различных скоростях и температурах сушильного агента, степени заполнения барабана зерном. По полученным опытным данным построены температурные кривые, зависимости температуры зерновой массы от ее влажности в процессе сушки Тъ=/(\¥). Установлено, что при расчетной производительности и температуре сушильного агента 160°С температурная кривая, полученная из анализа опытных данных, лежит ниже известного ограничения, поэтому предлагаемый режим сушки не ухудшает качественных показателей зерна [3].
Суммируя результаты проведенных исследований, можно утверждать, что применение зерносушилки с предложенной конструкцией сушильного барабана и возможностью рециркуляции зерна способствует интенсификации процесса сушки без ухудшения биологических и технологических характеристик высушиваемого зерна и позволяет снизить расходы на сушку.
выводы
1. Предложен метод расчета геометрических характеристик барабана зерносушилки, на основании машинного расчета произведен подбор наиболее оптимальных размеров сушильного барабана.
2. Опытным путем проверена эффективность конструктивно-технологической схемы барабанной зерносушилки, определены оптимальные режимные параметры ее работы, изучены кинетические закономерности процесса сушки. Новизна и прикладная значимость разработанной зерносушилки подтверждена положительным решением ФИПС о выдаче патента РФ на изобретение.
ЛИТЕРАТУРА
1. Атаназевич В.И. Сушка пищевых продуктов: Справочное пособие. - М.: ДеЛи, 2000. - 296 с.
2. Гришин М.А., Атаназевич В.И., Семенов Ю.Г. Установки для сушки пищевых продуктов: Справочник. -М.: Агропром-издат, 1989. -215 с.
3. Антипов С.Т., Валуйскші В.Я., Меснянкин В.Н. Тепло- и массообмен при сушке в аппаратах с вращающимся барабаном. - Воронеж: Изд-во ВГТА, 2001. - 308 с.
4. Баум А.Е. Сушка зерна - М.: Заготиздат, 1962.- 136 с.
5. Мельник Б.Е., Малин Н.И. Справочник по сушке и активному вентилированию зерна. -- М.: Колос, 1980. - 177 с.
6. Гинзбург А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. - М.: Агропромиздат, 1985. -336 с.
7. Барабанная сушилка для интенсивной сушки зерна: Ин-формлистох № 26. - 2002 / Сарат. ЦНТИ; Сост. С.Н. Никоноров, В.М. Седелкин, В.Г. Кремнев и др. - Саратов, 2002. - 4 с.
8. Зелинский Г.С. Пути развития зерносушильной техники в России /7 Материалы 2-й Междунар. конф. «Хранение зерна». Москва, 19-22 мая 2003 г. - М.: Пищепромиздат, 2003. - С. 42-43.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств и теплотехники
Поступила 24.10.03 г.
