CC BY
22УДК 631.365.22:66.042-912
ПСЕВДООЖИЖЕНИЕ КАК СИСТЕМА АГЕНТ СУШКИ -
ЗЕРНО
Волженцев А.В., к.т.н., Коношин И.В., к.т.н., Булавинцев Р.А., Полохин А.М., к.т.н., Козлов А.В., Звеков А.В., Пупавцев И.Е.
Аннотация: При воздействии на зерновой слой аэродинамических или механических сил при определенных условиях происходит ослабление контактов между зернами, порозность слоя увеличивается, а структура его разрушается. Плотный слой переходит в разрыхленное, псевдоожиженное, а по мере увеличения внешнего воздействия во взвешенное состояние. При разрыхлении зернового слоя диффузионные и термические сопротивления у границы раздела фаз уменьшаются, что обеспечивает интенсификацию тепло-влагообмена. Псевдоожиженный слой получил свое название благодаря формальному сходству некоторых его свойств со свойствами жидкости. Если через слой зерна, расположенного на решетке, пропускать с определенной скоростью воздух, то слой вначале разрыхляется, а затем переходит в состояние, напоминающее кипящую жидкость, т. е. в состояние псевдоожижения. В статье описаны причины неоднородности псевдоожижения зернового слоя и условия выбора параметров газораспределительных решет.
Ключевые слова: зерно, псевдоожижение, сушилка.
Введение. Большинство зерносушилок с псевдоожиженным слоем относится к системам, в которых контактируют зерна пшеницы с агентом сушки. Основные проблемы при проектировании таких сушилок являются расчет начала псевдоожижения, определение скорости воздуха, необходимой для получения заданной степени расширения слоя и достижения определенных его характеристик.
Хотя системы зерно - агент сушки находят наибольшее применение при зерносушении в кипящем слое, поведение последнего не изучено в полной мере, что тормозит развитие конструкций зерносушилок и их внедрение в производство. Причиной является большая сложность процесса и низкая механическая устойчивость системы агент сушки - зерно. При расширении слоя зерна в определенный момент достигается точка механической неустойчивости. Были предприняты попытки определить ее в работах
ФГБОУВО Орловский ГАУ, Орел, Россия
[1, 2, 3, 4, 9], однако точное определение до сих пор не увенчались успехом.
Расширение системы зерно - агент сушки описывается функциональной группой (1 — е)/е3, которая находится в условиях, когда пористость зерна е < 0,8. Для того чтобы исследовать применимость данной функции к таким системам, необходимо ответить на вопросы о существовании беспорядочной пористой структуры и об извилистости каналов для движения агента сушки через слой зерна.
Как было выявлено [5, 6, 7, 8] системы зерно - агент сушки относятся к неоднородным и неустойчивым пористым структурам. Это в значительной степени является следствием образования агрегатов зерна. Полная величина свободного объема в слое из агрегатированных зерен всегда больше, чем в слое с равномерным распределением тех же зерен. Чтобы наглядно представить это, рассмотрим рисунок 1а, где показана рабочая камера с неагрегатированными, равномерно распределенными зернами при величине пористости г¿. На рисунке 1б показана другая камера, содержащая такое же количество зерна и по какой-либо причине зерна не агрегатированы. Предположим, что пористость внутри отдельных агрегатов остается и доля объема, свободная от агрегатов, равна еь. Общая пористость тогда будет:
^ = + £¿(1 — )
Для более полного представления различия между слоями на рисунках 1а и 1б предположим, что в слое а зерна распределены беспорядочно и пористость данной массы г^ = 0,4. Камера 1б содержит ту же массу зерна, но по какой-либо причине зерна настолько агрегатированы, что пористость внутри агрегатов остается равной е^ = 0,4, а доля объема, не занятого агрегатами, равна еь = 0,3. Полная величина пористости тогда составит:
0,3 + 0,4(1 — 0,3) = 0,58.
Необходимо отметить, что в случае £ь ^ 0 достигалось бы идеальное распределение зерна в слое.
В камере на рисунке 1а степень увеличения свободного объема одинаковая по всему слою и при своем расширении последний сохраняет свою однородность. Такое поведение слоя является идеальным и в практике не встречается. Хотя подобные системы могут приближаться к идеальным в начале псевдоожижения, но при увеличении скоростей фильтрации (скорости агента сушки) становятся менее однородными.
а) б)
Рисунок 1 - Влияние агрегации на общую пористость системы агент
сушки - зерно
Зерновой слой имеет большие значения отношения ум/ус плотности материала к плотности среды. Такие материалы особо подвержены агрегатированию. Поэтому выбор типа газораспределительного устройства (рисунок 2) и обоснование его параметров имеет существенное практическое значение.
Теоретически были предложены четыре условия, которые необходимо выполнить при конструировании газораспределительных решеток.
1 - металлический лист с отверстиями; 2 - сетка; 3 - сетка с ячейками, расположенными по треугольнику; 4 - пористая металлическая плита, полученная спеканием
Рисунок 2 - Типы газораспределительных решет Первое условие - форма и размер отверстий перфорированной решетки должен быть таким, чтобы среднее по величине зерно определенной культуры перекрывало не только отверстие, но и часть
глухой поверхности решета, чтобы случайно оголенное место не оказалось в благоприятных условиях для образования канала.
Второе условие - шаг отверстий или густота расположения должна быть такой, чтобы сила суммарного давления всех струек воздуха оказалась достаточной для расширения зазора в случайно загороженном месте решетки.
Третье условие, вытекающее из двух предыдущих -сопротивление решетки должно быть настолько велико, чтобы обнаженные или загороженные части ее не могли резко уменьшить или увеличить скорость фильтрации по всей площади газораспределительной решетки.
Четвертое условие - правильное распределение скоростей фильтрации для сглаживания эффекта неравномерного распределения порозности зерна.
Заключение. Слои зерна, псевдоожиженные агентом сушки, имеют склонность к агрегации, т.е. такие кипящие слои неоднородны. В слое, в котором наблюдается агрегация, общая пористость выше, чем в неагрегатированном или неоднородном слое. Агрегация является одной из причин того, что расширение псевдоожиженного воздухом кипящего слоя происходит неидеально. Мы пришли к заключению, что правильный подход к конструированию решеток для сушки зерна состоит в том, чтобы не было случайных прорывов струек воздуха в случайно оголенном сверху месте решетки и глухих зон в случайно загороженном месте решетки в местах расположения агрегатов слоя (соломистые примеси, слипшиеся комки зерна, посторонние предметы).
Список использованных источников:
1. Кузнецов, Ю.А. Проектирование зерносушилок с псевдоожиженным зерновым слоем [Текст] / Ю.А. Кузнецов, И.Н. Кравченко, А.В. Сиротов, А.В. Волженцев, Ю.В. Катаев // Сельский механизатор. - 2018. - №5. - С. 22-23.
2. Копошим, И.В. Оптимальные параметры сушилки кипящего слоя [Текст] / И.В. Коношин, А.В. Волженцев, А.П. Башкирев // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. -2018. - №8. - С. 211-214.
3. Kuznetsov, Yu.A. FLUIDIZATION QUALITY DETERMINATION METHOD IN DRYERS WITH PSEUDOFLUIDIZED GRAIN LAYER [Текст] / Yu.A. Kuznetsov, A.V. Volzhentsev, L.V. Kalashnikova // Poljoprivredna tehnika. - 2017. - Т. 42. - №4. - С. 1-8.
4. Калашникова, Н.В. Сушка зерна пшеницы в псевдоожиженном слое: монография [Текст] / Н.В. Калашникова, А.В. Волженцев. - Орел: Изд-во Орел ГАУ. - 2013. - 190 с.
5. Калашникова, Н.В. Малогабаритная сушилка с центробежно-зажатым псевдоожиженным слоем зерна [Текст] / Н.В. Калашникова, А.В. Волженцев // В сборнике: Энергосберегающие технологии и техника в сфере АПК Сборник материалов к Межрегиональной выставке-конференции. - Орел, 2011. - С. 109-110.
6. Волженцев, А.В. Интенсификация процесса сушки зерна повышенной влажности [Текст] / А.В. Волженцев // В сборнике: Механизация интенсивных технологий в АПК. - Орел, 2006. - С. 190-193.
7. Калашникова, Н.В. Машины для послеуборочной обработки зерна [Текст] / Н.В. Калашникова, Р.А. Булавинцев, А.В. Волженцев, П.П. Канунников, А.М. Полохин // Практикум. - 2010. - Орел, 2017. -137 с.
8. Калашникова, Н.В. Курсовое и дипломное проектирование по сельскохозяйственным машинам [Текст] / Н.В. Калашникова, А.М. Полохин, А.В. Волженцев, Р.А. Булавинцев // Учебно-методическое пособие для высших учебных заведений по направлению подготовки 35.03.06 «Агроинженерия» - Орел, 2018. - 104 с.
9. Волженцев, А.В. Совершенствование технологического процесса сушки зерна пшеницы и обоснование конструктивных параметров сушилки с псевдоожиженным слоем [Текст]: автореф. дис. ...канд. тех. наук : 05.20.01 / Волженцев Андрей Владимирович. -Воронеж, 2010. - 22 с.
FLUIDIZATION AS A SYSTEM OF THE DRYING AGENT GRAIN
Volzhentsev A.V., Konoshin I.V., Bulavintsev R.A., Polokhin A.M., Kozlov A.V., Zvekov A.V., Pupavtsev I.E.
Abstract: when the grain layer is exposed to Aero-dynamic or mechanical forces, under certain conditions, the contacts between the grains weaken, the layer's porosity increases, and its structure is destroyed. The dense layer becomes loosened, fluidized, and as the external impact increases, it becomes suspended. When the grain layer is loosened, the diffusion and thermal resistances at the phase interface decrease, which provides an intensification of heat and moisture exchange. The fluidized bed got its name due to the formal similarity of some of its properties with the properties of the liquid. If air is passed through the grain layer located on
the grid at a certain speed, the layer is first loosened, and then passes into a state resembling a boiling liquid, i.e., a state of fluidization. The article describes the causes of inhomogeneity of fluidization of the grain layer and the conditions for selecting the parameters of gas distribution grids. Key words: grain, fluidization, dryer.
