Исследование импульсной сушки зерна в сушилке С-30



Цитировать

Полный текст

Аннотация

Для развития и совершенствования зерновой отрасли важное значение имеют инновационные технологии и технические средства сушки, позволяющие качественно и с минимальными затратами высушивать зерно. К таким технологиям относятся осциллирующие режимы, суть которых заключается в том, что на материал периодически воздействуют подогретым и неподогретым агентом сушки. Эти режимы предусматривают периодическое охлаждение зерна, что позволяет повысить температуру агента сушки и снизить затраты тепла. Однако периодическое охлаждение зерна неподогретым воздухом зачастую снижает эффект осциллирующего режима. Импульсный режим в отличие от осциллирующего характеризуется лишь снижением подачи жидкого топлива в сушилку и охлаждением зерна на величину, близкую к теоретической, что позволяет снизить потери теплоты и повысить эффективность сушки. Предложены математические методы расчета температуры и длительности воздействия на зерно слабо подогретого агента сушки. Для определения температуры слабо подогретого агента сушки и длительности его воздействия составлены и решены уравнения тепломассопереноса в слое и зерновке, из которых получены расчетные выражения. При приемочных испытаниях зерносушилки С-30 проверены расчетные зависимости для определения этих параметров. В сушилку непрерывно подают влажное зерно и отводят высушенное и охлажденное, периодически включают и отключают в топке форсунку «большой огонь», оставляя в работе форсунку «малый огонь». Таким образом создается импульсный режим сушки. Максимальная температура подогретого агента сушки составила 105 градусов Цельсия, температура слабо подогретого агента сушки составила 46 градусов Цельсия. Установлено, что кривые изменения температуры и влажности зерна не отличаются от классических кривых при осциллирующем режиме сушки. Использование импульсного режима сушки позволило в 2 раза сократить амплитуду колебаний температуры агента сушки и снизить потери теплоты на 10-12%. Температура слабо подогретого агента сушки не должна быть ниже предельно допустимой температуры нагрева зерна более чем на 8-10 градусов Цельсия.

Полный текст

Введение Для развития и совершенствования зерновой отрасли важное значение имеют инновационные технологии и технические средства сушки, позволяющие качественно и с минимальными затратами тепла высушивать зерно, предусмотренные «Системой технологий и машин» [1]. К ним относятся технологии с переменным теплоподводом, в т.ч. двухэтапные [2, 3], реверсивные [4], осциллирующие [5, 6], суть которых заключается в том, что на материал периодически воздействуют подогретым и неподогретым агентом сушки. Эти режимы предусматривают периодическое охлаждение зерна, что позволяет повысить температуру агента сушки и снизить затраты тепла. Режимы осциллирующей сушки достаточно хорошо исследованы: определены рациональные параметры длительности продувки подогретым и неподогретым агентом сушки и температура подогретого агента [7]. Однако периодическое охлаждение зерна неподогретым воздухом зачастую снижает эффект осциллирующего режима. Осциллирующий режим реализуется включением и отключением топочного устройства колонковых и шахтных зерносушилок, работающих под напором. Проходя через теплообменник отключенного топочного устройства, наружный воздух подогревается на 10-15 °С и поступает в слой зерна. При жидкостной топке повторное включение возможно после ее охлаждения до 35-40 °С, что обусловливает чрезмерное охлаждение зерна (Δθ = 10…15 °С вместо Δθ = 3…5 °С теоретически обоснованной величины). Это приводит к неоправданным потерям теплоты и снижению эффективности режима сушки. Импульсный режим в отличие от осциллирующего характеризуется лишь снижением подачи жидкого топлива в сушилку и охлаждением зерна на величину, близкую к теоретической, что позволяет снизить потери теплоты и повысить эффективность сушки. Цель исследования Цель исследования - расчет температуры и длительности воздействия на зерно слабо подогретого агента сушки и хозяйственная проверка импульсного режима сушки. Материалы и методы Для определения температуры t2 слабо подогретого агента сушки составим тепловой баланс процесса. Тепло, Вт, отданное зерном агенту сушки: Q = α F η (θ'пд - t2) τох, (1) где α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·ºС); F - поверхность зерна, м2/кг; η - доля теплоты, пошедшая на испарение влаги; θ'пд - предельно допустимая температура зерна при осциллирующем режиме, °С. Предельно допустимая температура зерна при постоянной температуре агента сушки определяется по формуле [8]: , где W - исходная влажность зерна, %; τ* - длительность сушки при симметричном осциллирующем режиме (τ* ≈ 0,5 τ). Тепло Q , Вт, также можно выразить как: Q = G c ∆θ, (2) где G - масса зерна, кг; c - теплоемкость зерна, кДж/(кг·°С); ∆θ - величина охлаждения зерна, °С. Приравняем выражения (1) и (2) с учетом того, что частное - это удельная поверхность зерна f , м2/кг. После решения относительно t2 получим: . (3) Величину τох можно рассчитать на основе массопереноса в зерновке [7]. Пренебрегая сопротивлением переносу влаги в поверхностной зоне зерновки вследствие ее капиллярно-пористой структуры и теплопроводностью, массоотдачу агенту сушки с поверхности зерновки можно записать в виде: dM = β ρ F (U0 - U), (4) где β - коэффициент массоотдачи, м/с; ρ - плотность паров влаги, кг/м3; U0, U - начальное влагосодержание паровой пленки на поверхности материала и влагосодержание агента сушки, кг вл./кг сух. возд. Также массоперенос можно выразить в виде: , (5) где G' - масса влаги в обезвоживаемой зоне зерновки, кг. Приравняв правые части выражений (4) и (5), запишем: . (6) Перепишем выражение (6), приняв сферическую форму зерновки с радиусом R и толщину обезвоживаемой зоны δ: . (7) Окончательно получим после упрощений: , (8) где U1, U2 - начальное и конечное влагосодержание агента сушки, кг вл./кг сух. возд. Известно, что величина δ может быть выражена в виде [9]: , (9) где Wн, Wр - начальная и равновесная влажность материала, %; ∆Wi - цикличное снижение влаги. , где Wк - конечная влажность, %; n - количество циклов осциллирования. Расчет по выражению (3) после подстановки τох из выражения (8) показывает, что величина t2 должна быть не ниже 8-10°С относительно θ'пд, что позволит охладить зерно на 3-4°С без существенных потерь теплоты с уходящим агентом сушки. Хозяйственная проверка При приемочных испытаниях зерносушилки С-30 были уточнены предложенные расчетные зависимости определения температуры t2 и длительности воздействия на зерно τох слабо подогретого агента сушки. Сушилка С-30 (рис. 1) содержит шахту 1, диффузор 2, топку 3, воздушную камеру 4, вентилятор 5 и циклон (на схеме не показан). В сушилку непрерывно подают влажное зерно и отводят высушенное и охлажденное, периодически включают и отключают в топке форсунку «большой огонь», оставляя в работе форсунку «малый огонь». Таким образом создается импульсный режим сушки. На приемочных испытаниях высушивали продовольственное зерно влажностью W1 = 21% до W2 = 13%. Максимальная температура подогретого агента сушки t1 составила 105°С, что соответствует расчетной величине θ′пд по источнику [6], а температура слабо подогретого агента сушки t2, рассчитанная по выражению (3), составила 46°С. Эти значения температур поддерживались автоматически с помощью датчиков, размещенных в воздушной камере. Каждые 3-10 мин записывали температуру и влажность зерна на входе и выходе из сушилки, температуру агента сушки t1 и t2 на входе в сушильную камеру, длительность периодов нагрева τн и охлаждения τох зерна. Величину δ определяли из выражения (8), предварительно вычислив ∆Wi, задаваясь частотой n циклов сушки (периодов охлаждения). Результы и их обсуждение Кривые изменения температуры и влажности зерна приведены на рис. 2. В связи с малым временем периодов нагрева (τн = 8 мин) и охлаждения (τох = 6 мин) зерна и незначительными изменениями ∆θ и ∆W кривые построены по их средним значениям за цикл. Установлено, что кривые изменения температуры и влажности зерна не отличаются от классических кривых при осциллирующем режиме сушки. Изменение температуры агента сушки носит синусоидальный характер (рис. 3). В соответствии с изменением температуры агента сушки меняется температура зерна, - в начале процесса сушки установлен быстрый рост температуры с уменьшающейся амплитудой изменения величины ∆θ. Для сравнения на график нанесена кривая изменения температуры зерна при осциллирующем режиме сушки для условия охлаждения топки до температуры 35-40°С с периодами нагрева и охлаждения по 20 мин [9]. Если при импульсном режиме с охлаждением топки до 40-45°С амплитуда колебаний температуры не превышает 3-4°С, то при осциллирующем режиме она достигает 10-12°С. С более глубоким охлаждением зерна возрастают потери тепла с отходящим агентом сушки. При реализации импульсного режима в сушилке С-30 ее паспортная производительность не изменилась, затраты тепла составили q = 4,5 МДж/кг исп. вл., что на ~10-12% ниже, чем при осциллирующем режиме сушки. Установлено, что расчетные выражения для t2 и τох отличаются от фактических не более чем на 15-20%. Выводы Использование импульсного режима сушки, при котором зерно вентилируют подогретым и слабо подогретым агентом сушки, позволяет примерно в 2 раза сократить амплитуду колебаний температуры агента сушки, снизить потери теплоты, в т.ч. с отработавшим агентом сушки, на 10-12%. Температура слабо подогретого агента сушки не должна быть ниже предельно допустимой температуры нагрева зерна более чем на 8-10°С.
×

Об авторах

А. В Голубкович

Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства

Email: vim@vim.ru
д-р техн. наук Москва, Россия

С. А Павлов

Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства

Email: vim@vim.ru
канд. техн. наук Москва, Россия

И. Д Лукин

Кировская машиноиспытательная станция

Email: kirmis@orichi1a.kirov.ru
инж. п.г.т. Оричи, Кировская обл., Россия

Список литературы

  1. Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П., Сизов О.А. Перспективные пути применения энерго- и экологически эффективных машинных технологий и технических средств // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2013, №4. С. 8-11.
  2. Peart R.M., Brook R., Okos M.R. Energy requirements for various methods of crop drying. Handbook of energy utilization in agriculture. Edited by D. Pimentel. USA, Boca Raton, FL: CRC Press, 1980, pp. 49-54.
  3. Голубкович А.В., Павлов С.А. Оптимизация сушки зерна при осциллирующем режиме // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2014, №1. С. 10-14.
  4. Павлов С.А., Голубкович А.В., Марин Р.А. и др. Особенности реверсивной сушки семян в колонковой сушилке // Тракторы и сельхозмашины. 2014, №5. С. 40-41.
  5. Голубкович А.В., Павлов С.А., Орехов А.П. и др. Сушка семян рапса в карусельной сушилке при осциллирующем режиме // Техника в сельском хозяйстве. 2011, №4. С. 25-28.
  6. Голубкович А.В., Павлов С.А. К методу расчета длительности осциллирующей сушки // Модернизация сельскохозяйственного производства на базе инновационных машинных технологий и автоматизированных систем: Сб. докл. ХII Междунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. М.: ВИМ, 2012. С. 640-645.
  7. Елизаров В.П., Павлов С.А., Марин Р.А. и др. Сушка зерна с переменным теплоподводом в колонковой зерносушилке // Тракторы и сельхозмашины. 2015, №12. С. 24-25.
  8. Птицын С.Д. Зерносушилки. М.: Машгиз, 1962. 52 с.
  9. Иванов Н.Я. Исследование процесса сушки семенного и продовольственного зерна при переменных тепловых режимах: Дис. … канд. техн. наук. М., 1968. 137 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Голубкович А.В., Павлов С.А., Лукин И.Д., 2016

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

 СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 81900 выдано 05.10.2021.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах