CC BY
44
631.365.22
А. С. Жанахов
КЛАССИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ ЗЕРНОСУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т. С. Мальцева»
A. S. Zhanakhov CLASSIFICATION AND ANALYSIS OF GRAIN DRYERS Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Kurgan State Agricultural Academy by T. S. Maltsev»
Классификация и анализ существующих технологических и конструктивных схем зерносушилок с поперечной продувкой зернового слоя позволил выявить их недостатки с целью дальнейшего выявления способов их устранения и повышения тем самым эффективности процесса сушки зерна.
Ключевые слова: сушка зерна, зерносушилка, инверсия, зерновой слой, технологический процесс, интенсификация.
Abstract. Classification and analysis of existing technology and design schemes of grain dryers with transverse blowing grain layer revealed their weaknesses and determine corrective action to improve the efficiency of drying grain.
Keywords: corn drying, grain dryers, inversion, technological process, the grain layer, intensification.
Альсим Сагидуллович Жанахов
Alsim Sagidullovich Zhanahov преподаватель
Россия, 641300, Курганская область, Кетовский район, с. Лесниково, КГСХА E-mail: [email protected]
Введение. Сушка зерновых - сложный технологический процесс, который должен обеспечить и сохранение качества зерна, и улучшение некоторых его показателей. Поэтому создание рациональных конструкций сушилок, оптимальный выбор методов и режимов сушки - по-прежнему одна из самых важных проблем сельского хозяйства, несмотря на то, что уже имеется немало современных зерносушилок как отечественного, так и зарубежного производства. Классификация и анализ зерносушилок помогут выявить недостатки и достоинства имеющихся способов сушки зерна, предложить пути интенсификации этого процесса.
Результаты. Современная теория сушки влажных материалов базируется на положениях, описанных в работах А. В. Лыкова, Ю. М. Лурье, А. С. Гинзбурга, С. Д. Птицына и др. Большое значение для совершенствования технологии и техники имеют работы В. И. Анискина, А. В. Авдеева, И. Н. Босина и др. Различные способы сушки, обеспечивающие более равномерный процесс обезвоживания и позволяющие повысить интенсивность технологического процесса сушки зерна в плотном слое, предложены в работах В. И. Атанозевича, В. И. Алейникова, Р. М. Гамхошвили, П. Е. Егорова, Г. А. Ровного.
Основным классифицирующим признаком, который оказывает решающее влияние на конструктивно-технологическую схему сушильных установок,
является реализуемый в них способ сушки (рисунок 1).
В хозяйствах Уральского региона наибольшее применение получили зерносушилки, в которых осуществлён конвективный способ сушки (т. е. тепловая сушка смесью топочных газов с атмосферным воздухом, либо чистым нагретым воздухом, который выполняет функции теплоносителя) [1]. Этот способ сушки используется в наиболее распространённых в сельском хозяйстве зерносушилках: шахтных, барабанных, сушилках периодического и непрерывно-периодического действия (камерных, бункерных и бункерах активного вентилирования), а также в установках с кипящим слоем [2, 3]. В некоторых из них, кроме процесса конвективной сушки, в незначительной степени имеет место кондуктивный теплообмен (например, от нагретых поверхностей подводящих коробов в шахтных сушилках, от нагретого рециркулирующего зерна к холодному в рециркуляционных сушилках), а также нетепловая, сорбционная, сушка [4].
Наиболее эффективна конвективная сушка при принудительном продувании агента сушки через зерновой слой [5]. От конструктивных и режимных параметров процесса сушки, от соотношения между параметрами агента сушки и зернового материала будет зависеть состояние слоя зернового материала, которое играет большую роль в процессе конвективной сушки зерна. От него зависит интенсивность тепломассообмена. Состояние слоя зернового материала является его обобщённой характеристикой, от которой зависят все остальные характеристики зернового материала: скважистость, активная поверхность, сопротивление слоя, теплопроводность, влагопроводность, теплообмен, вла-гообмен и др.
Сушка, в зависимости от скорости движения потока агента сушки и зернового слоя, может осуществляться в потоке: плотном неподвижном, плотном движущемся, псевдоожиженном («кипящем»), виброкипя-
Инженерно-техническое обеспечение
Вестник Курганской ГСХА № 3, 2012 сельского хозяйства
щем, восходящем и нисходящем. Наименее эффективна сушка в плотном неподвижном зерновом слое, пример которой - сушка в бункерах, в металлических ёмкостях с перфорированным днищем. Такая сушка характеризуется большой неравномерностью нагрева зерна и удаления влаги. Зерновой слой, прилегающий к месту входа агента, перегревается и пересушивается, а зерновые слои, по мере удаления от места входа агента сушки,
не догреваются и не досушиваются. Толщину слоя при такой сушке принимают равной 600-1500 мм, значительно реже принимается толщина слоя до 350 мм [6]. При такой сушке используют очень низкую температуру агента, чтобы как-то снизить перегрев зерна. Использование низких температур ведёт к значительному увеличению времени сушки, увеличению расхода топлива и электроэнергии.
Рисунок 1 - Классификация способов сушки зерна
Наибольшее распространение в зерносушильной технике получил плотный малоподвижный зерновой слой. Под действием сил гравитации такой слой движется сверху вниз по шахте (камере, колонке) сушилки. Толщина зернового слоя, соприкасающегося с агентом сушки, постоянно меняется от 0 до максимума (150-300 мм), что создаёт равноценные условия, как для нагрева, так и для сушки. В этом случае используется агент сушки с температурой, превышающей в несколько раз предельную температуру нагрева зерна (120-160 °С). Удельная подача агента сушки равна 3500 м3/(ч.-т). Продолжительность нагрева зерна составляет 15-20 мин. Сушка зерна в плотном малоподвижном слое широко используется в шахтных зерносушилках с подводящими и отводящими коробами и камерных зерносушилках непрерывного действия.
Характерной особенностью сушки зерна в псев-доожиженном зерновом слое является интенсивный теплообмен между агентом сушки и зерном. С увеличением температуры агента скорость сушки зерна резко возрастает. Так, при увеличении её с 60 до 140 °С скорость сушки возрастает в 2,5 раза, а время прогрева зерна сокращается в 4 раза. Сушка зерна в псевдоожиженном зерновом слое обеспечивает равномерный нагрев зерна, максимальное использование температуры агента сушки. Увеличение экспозиции сушки зерна в псевдоожиженном слое приводит к перегреву зерна. Таким образом, сушка зерна в псевдоожиженном зерновом слое наиболее интенсивна, но её промышленное использование затруднено из-за отсутствия надёжного рабочего органа.
Сушка в падающем зерновом слое находит всё большее применение. Наибольшее распростране-
ние получил противоточный падающий зерновой слой, когда зерно падает сверху вниз, а агент сушки подаётся снизу вверх. При кратковременном воздействии агента на зерно не удаётся испарить много влаги, поэтому установки с падающим зерновым слоем применяют для быстрого нагрева зерна с последующим его охлаждением и сушкой в аппаратах с малоподвижным плотным зерновым слоем.
Таким образом, важной конструктивной особенностью сушильных камер зерносушилок, в которых используется конвективный способ сушки, является различное состояние зернового слоя. Несмотря на то, что для данного вида сушилки тип слоя один и тот же, изменение конструктивных (толщина зернового слоя, форма и расположение коробов, полок, мешалок, инверторов, вибраторов, определяющих направление движения зерна и агента сушки) и режимных (скорость агента сушки, скорость перемещения зерна, температура и влагосодержание агента сушки) параметров позволяет изменить состояние зернового слоя в пределах данного типа слоёв зернового материала — увеличить степень его перемешивания, разрыхления, величину и степень обновляемости активной поверхности, участвующей в тепло- массооб-мене; увеличить (для псевдоожиженных типов) или уменьшать (для плотных типов слоёв) время фиксированного зерна в активной зоне при заданной экспозиции .
До настоящего времени нет единой классификации сушилок, поэтому многие авторы (М. Ю. Лурье, И. Д. Лебедев и др.) отказались от общей классификации сушильных установок и рассматривали от-
дельные их группы в соответствии с основными признаками, характеризующими каждую из них [7].
Любая модернизация сушилки, способствующая повышению её производительности, в том числе и интенсификация процесса сушки, в той или иной мере способствует снижению затрат топлива на сушку, о чём свидетельствует теория и практика сушки. В основе интенсификации процесса сушки должны лежать мероприятия, учитывающие закономерности явлений внутреннего влагопереноса и внешнего тепло- и влагообмена. Комплексного воздействия на интенсификацию внешнего влагообмена и внутреннего влагопереноса можно добиться на основе оптимального сочетания технологических приёмов, используемых для обезвоживания зерна в эксплуатируемых и проектируемых зерносушилках.
Процесс внутреннего влагопереноса можно интенсифицировать путём повышения температуры зерна и уменьшения тормозящего действия термо-влагопроводности (на основе использования прогрессивных технологий сушки), а процесс внешнего влагообмена - как путём повышения температуры и скорости агента сушки, так и увеличения активной поверхности зёрен, участвующих в процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки [8].
Данные литературных источников позволили классифицировать пути интенсификации процесса сушки зерна. Этой классификацией следует руководствоваться либо при реконструкции действующих зерносушилок, либо при разработке их новых конструкций (рисунок 2).
Рисунок 2 - Классификация путей интенсификации процесса сушки зерна
Вестник Курганской ГСХА № 3, 2012
Инженерно-техническое обеспечение
сельского хозяйства
73
Анализ путей интенсификации процесса сушки зерна (рисунок 2), показывает, что проведение мероприятий по интенсификации в области внешнего тепло- и влагообмена (т. е. нагрева зерна и испарения влаги с его поверхности) возможно на основе изменения состояния зернового слоя, которое приведёт к увеличению активной поверхности зерна.
Совершенствование технологического процесса в зерносушении должно быть, прежде всего, направлено на переход к способам сушки, обеспечивающим равномерность нагрева и сушки зерна. Явления неравномерности нагрева (и перегрева) отдельных зерновых слоёв в наибольшей степени характерны для сушки в плотном неподвижном и плотном малоподвижном слое. Причём величина перегрева существенно зависит от толщины зернового слоя, температуры агента сушки, начальной и текущей температуры нагрева зерна, а также от скорости перемещения зерна (косвенной характеристикой которой является продолжительность периода реверсивного продувания зернового слоя либо агентом сушки, либо воздухом).
Исследованиями ВНИИЗ установлено, что из-за несовершенства конструкции шахты (камеры) температура нагрева зерна по горизонтальному сечению шахты (камеры) в зоне максимального нагрева колеблется от 30 до 60 °С [9]. Наибольшая температура нагрева зерна наблюдается в пристенных зонах, что приводит к его пересушиванию и даже возгоранию лёгких частиц половы и зерна. В пристенных зонах сушилки зерно пересушивается на 2-5 %.
Выводы. Резюмируя изложенное, отметим, что анализ существующих технологических и конструктивных схем зерносушилок с поперечной продувкой зернового слоя показал, что основным их недостатком является неравномерная сушка зерна по толщине
слоя и нарушение технологического процесса работы вследствие забивания отверстий поверхности камер, что обусловлено несоответствием их конструктивно-технологических параметров требованиям процесса.
Список литературы
1 Антипов С. Т., Кретов Н. Т. Машины и аппараты пищевых производств. - М.: Высшая школа, 2001. - 231 с.
2 Андрианов Н. М. Совершенствование технических процессов в шахтной зерносушилке // Механизация и электрификация сельского хозяйства.
- 2004. - № 7 - С. 7-9.
3 Демский А. Б. Справочник по оборудованию зер-ноперерабатывающих предприятий. - М.: Колос, 1980. - 263 с.
4 Артемьев В. Г. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. - Ульяновск, 2003. - 320 с.
5 Алейников В. И. Сушка зерна и семян подсолнечника с предварительным подогревом. - М.: ЦНИ-ИТЭИ Минзага СССР, 1974. - 48 с.
6 Голикова Н. П., Дроздова Р. Б. Зерноочистительное и зерносушильное оборудование за рубежом // Экспресс-информация: сер. хранение и переработка зерна. - Вып.11. - М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1985. - 23 с.
7 Гинзбург А. С. Сушка пищевых продуктов. - М.: Пищепромиздат, 1960. - 684 с.
8 Малин Н. И. Энергосберегающая сушка зерна. -М.: КолосС, 2004. - 240 с.
9 Резчиков В. А. Предварительный нагрев зерна как способ интенсификация процесса сушки / В. А. Резчиков, [и др.]. - вып. 70. - В кн.: Труды ВНИИЗ. - М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1970.
- С. 34.
