CC BY
43ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО
ХОЗЯЙСТВА
УДК 631.365.22:66.096.5:633.11
СУШКА ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
А.В. Волженцев, И.В. Коношин, Р.А. Булавинцев, А.В. Звеков ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, Орел, Россия
Аннотация: При сушке зерна в псевдоожиженном слое снижение влажности зерна на сопровождается быстрым повышением его температуры до предельно допустимых 60°С. Дальнейшая сушка приводит к перегреву зерна. Из предшествующих исследований ясно, что наиболее трудным моментом при экспериментальном определении коэффициента теплоотдачи между зерном и агентом сушки в псевдоожиженном слое является измерение температуры отдельных зерен в реальном режиме. Экспериментально установлено, что температура зерна по всему объему сушильной камеры в кипящем слое постоянна (за исключением пространства около газораспределительной решетки) и с небольшой погрешностью равна температуре отработанного агента сушки. Поэтому исследования по влиянию технологических параметров процесса сушки на нагрев зерна велись по температуре отработанного агента сушки. В статье проведен анализ термического сопротивления при теплообмене между зерном и агентом сушки в псевдоожиженном слое. Описано влияние эффективной поверхности теплообмена между зерном и агентом сушки на коэффициент теплоотдачи. Обоснованы технологические параметры экспериментальной зерновой сушилки, определены оптимальные значения этих параметров; изучено влияние температуры воздушного потока и продолжительности технологического процесса на температуру нагрева зернового слоя.
Ключевые слова: зерно, псевдоожижение, сушилка.
Введение. Рассмотрим термическое сопротивление при теплообмене между зерном и агентом сушки в псевдоожиженном слое. Коэффициент теплоотдачи между зерном и агентом сушки определяется по уравнению:
h = -Ч (1)
AxAt v '
где q - количество передаваемого тепла;
А - эффективная поверхность теплообмена между зерном и агентом сушки;
Д1 - средняя разность температур процесса. Расчет поверхности А представляет большие трудности. На рисунке 1 представлен случай теплообмена между зерном и агентом сушки в псевдоожиженном слое. Единичное зерно имеет неправильную форму и не все части поверхности могут работать одинаково эффективно. На практике это обстоятельство усугубляется еще тем фактом, что в псевдоожиженном слое наблюдается взаимное влияние зерен. [1,4,5,6,7]
Можно принять, что зерно в воздушном потоке несет тонкую оболочку из газовой пленки. За пределами этой пленки воздух находится в турбулизированном состоянии. Турбулизация может быть результатом определенной скорости воздушного потока, может быть вызвана таким вторичным явлением, как движение зерен. Если в этих условиях можно говорить о средней толщине пленки, то она будет зависеть от ряда факторов.
турбулентное ядро Рисунок 1 - Термическое сопротивление при теплообмене между зерном и агентом сушки в псевдоожиженном слое
Средняя рабочая разность температур для рассматриваемой
системы представлена на рисунке 1 двумя температурами на границах пленки - точки 2 и 3. Поскольку частица имеет неправильную форму, то колебания величины локальной разности температур могут быть весьма значительными. Рассматривая далее изменение температур между точками 3 и 4, можно предположить, что для большинства случаев это температурный перепад является только номинальным. Поэтому, если регистрировать температуру в объеме (в точке 4), которая обычно измеряется термопарой с малой тепловой инерцией и с просасыванием воздуха (вместо температуры в точке 3 на границе пленки), то не будет сделано серьезной ошибки.
Измерение температуры зерна при помощи термопары - задача, еще более трудная. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, вероятно, физическая невозможность закрепить королек термопары на поверхности псевдоожиженной зерновки, чтобы не нарушить ее подвижности. И затем, как видно из рисунка 1, поскольку пленка около зерна имеет не постоянную толщину, то и температура поверхности зерна не может оставаться неизменной. Из более ранних работ по изучению распределения температуры в слое было установлено, что температура зерна, за исключением тонкой зоны вблизи газораспределительной решетки, одинакова по всему слою. [2,3,8,9] Кроме того, в основной части псевдоожиженного слоя температура зерна практически равна температуре агента сушки на выходе из слоя. [10]
Результаты исследования. Анализ процесса работы экспериментальной зерносушилки выявил основные факторы, определяющие качество сушки зерна: температура сушильного агента и время сушки. [2]
Задачами исследований являлись: обоснование технологических параметров зерносушилки; определение значений этих параметров, исключающих перегрев зерна; изучение влияния изменения температуры сушильного агента t и времени сушки Всуш. на температуру нагрева 0 кипящего слоя зерна.
Температура сушильного агента имела следующие значения: t = 60; 80; 100 0С. Время сушки принимало следующие значения: Всуш. = 100; 200; 300; 400; 500; 600 с.
Результаты проведенных исследований представлены на рисунках 2, 3.
Анализ полученных зависимостей температуры зерна (рис. 2) от времени сушки Всуш. при различных значениях температуры сушильного агента t показывает, что при увеличении продолжительности сушки температура зерна повышается и в конце эксперимента не превышает предельно допустимых значений. С увеличением температуры сушильного агента происходит
интенсификация процесса нагрева зерна и по достижении t = 100 0С
температура зерна 0 достигает предельно допустимого значения.
42 40
38 36 34 32 30
о
2В
Ф
26 24 22 20 18 16 14
100 200 300 400 500 600 -в-t = 80 °С
В суш., С -^t = 100°C
Рисунок 2 - Зависимость температуры зерна в от времени сушки Всуш. при различных значениях температуры сушильного агента t
Анализируя полученные графики (рис. 3) изменения температуры нагрева зерна в от скорости воздушного потока v при различных температурах сушильного агента t сделан вывод о том, что с ростом скорости v происходит значительная интенсификация процесса нагрева зерна. При достижении скорости потока воздуха значения 3 м/с зерно нагревается до предельно допустимой температуры, при этом температура сушильного агента имеет значение 100 0С.
Увеличение скорости воздушного потока v более 3 м/с нецелесообразно, так как приведет к перегреву зерна.
50 48 46 44 42 40 38
и
= . 36
ь
34 32 30 28 26 24 22
2,2
2,4
2,6 V, и/с
f = 60 "С
t = 80°C f = 100 °c
Рисунок 3 - Зависимость температуры зерна в от скорости воздушного потока V
Заключение. В процессе сушки зерна в кипящем слое необходимо применять сушильный агент имеющий температуру до 100 0С. При возрастании температуры сушильного агента возрастает риск перегрева и снижения хлебопекарных и посевных качеств зерна. При сушке зерна на зерносушилках кипящего слоя скорость нагретого воздушного потока следует принимать в интервале от 2,2 до 3 м/с.
Список используемых 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. Коношин, 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. 190193.
7. Волженцев, А.В. Псевдоожижение как система агент сушки -зерно [Текст] / Волженцев А.В., Коношин И.В., Булавинцев Р.А., Полохин А.М., Козлов А.В., Звеков А.В., Пупавцев И.Е. // Агротехника и энергообеспечение. - 2020. - № 1 (26). - С. 14-19.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
А.В. Волженцев, к.т.н., доцент, И.В. Коношин,
Р.А. Булавинцев, к.т.н., доцент, А.В. Звеков, ст. преподаватель,
ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», г. Орел, Россия
DRYING OF WHEAT GRAIN IN A FLUIDIZED BED Volzhentsev A.V., Konoshin I.V., Bulavintsev R.A., Zvekov A.V.
Abstract: The decrease of grain humidity during drying of the grain in a fluidized bed is accompanied by a rapid increase in its temperature to the maximum permissible 60°C. Further drying leads to overheating of the grain. From previous studies, it is clear that the most difficult point in the experimental determination of the heat transfer coefficient between the grain and the drying agent in the fluidized bed is to measure the temperature of individual grains in real mode. It is experimentally established that the grain temperature throughout the entire volume of the drying chamber in the fluidized bed is constant (except for the space near the gas distribution grid) and with a small error is equal to the temperature of the spent drying agent. Therefore, studies on the influence of technological parameters of the drying process on the heating of grain were conducted at the temperature of the spent drying agent. The analyze of the thermal resistance during heat exchange between the grain and the drying agent in the fluidized bed is performed in the article. The effect of the effective heat exchange surface between the grain and the drying agent on the heat transfer coefficient is described. The technological parameters of the experimental grain dryer are justified, the optimal values of these parameters are determined; the influence of the air flow temperature and the duration of the technological process on the heating temperature of the grain layer is studied.
Key words: grain, fluidization, dryer.
A.V. Volzhentsev, Ph.D., Associate Professor, I.V. Konoshin?
R.A. Bulavintsev, Ph.D., associate professor, A.V. Zvekov, senior lecturer,
FSBEI HE "Oryol State Agrarian University named after N.V. Parakhina ", Orel, Russia
