Grain drying with variable heat supply in a tower grain dryer

Abstract

Duration and temperature of grain aeration by heated and unheated drying agent have been calculated; the method of grain drying with variable heat supply has been tested in practical work.

Full Text

Сушка зерна - приоритетная операция в растениеводстве, от которой во многом зависит сохранность урожая [1]. Сушка семян и зерна в зерносушилках с постоянным теплоподводом не оптимальна, так как зерно быстро нагревается при незначительном влагосъеме, и приходится снижать температуру агента сушки для предотвращения его порчи. Более перспективна технология сушки, при которой на зерно периодически воздействуют подогретым и неподогретым агентом сушки, что позволяет повысить температуру подогретого агента сушки и интенсифицировать процесс [2-7; пат. РФ № 2481533]. Известна технология осциллирующей сушки зерна, при которой его загружают, перемещают сверху вниз, подвергают поочередному воздействию подогретого и неподогретого агента сушки путем отключения топки, высушивают и разгружают. Температура подогретого агента сушки в 1,5-2 раза выше, чем неподогретого, а время воздействия в 2 раза выше (40 и 20 с соответственно), причем зоны нагрева и охлаждения чередуются, например 4 раза [8]. Эта технология более эффективна по сравнению с сушкой при постоянном теплоподводе, однако даже кратковременное воздействие высокотемпературным подогретым агентом сушки не исключает возможности ухудшения качества зерна. Кроме того, этот способ не может быть использован для сушилок при работе на жидком топливе из-за необходимости продувки топки после ее отключения по технике безопасности. Цель статьи - обоснование режимов безопасной осциллирующей сушки зерна при безопасной работе топки. Предельно допустимая температура нагрева большинства семян колосовых культур в зависимости от их влажности изменяется от 40 до 45°С, продовольственного зерна - от 45 до 50°С, фуражного - от 50 до 60°С. При использовании осциллирующего режима длительность воздействия подогретого агента сушки на зерно снижается, в связи с этим предельно допустимую температуру увеличивают на 3-5°С, т.е. + (3…5)°С. С целью снижения потерь тепла при воздействии неподогретым агентом сушки температуру охлажденного зерна целесообразно снизить на ту же величину: = - (3…5)°С. Теплоперенос в пограничном слое толщиной в процессе нагрева длительностью можно записать в виде [9]: , (1) где - коэффициент теплоотдачи при нагреве, Вт/(м2·°С); - удельная поверхность зерна, м2/кг; - доля теплоты, пошедшая на нагрев ( 0,4 при сушке зерна от 20 до 14%); - теплоемкость зерна, кДж/(кг·°С); - температура зерна, °С. При переходе к действительному слою высотой вводим в правую часть уравнения (1) коэффициент , причем , где - эквивалентный размер зерновки. В этом слое отсутствует сколько-нибудь заметный градиент температуры. Тогда после интегрирования уравнения (1) от до и решения относительно получим: , где . Для расчета температуры неподогретого агента сушки составим тепловой баланс охлаждения топки. Топка охлаждается с температуры до при поступлении наружного воздуха с температурой . На выходе из нее температура воздуха повышается до , с которой он поступает в слой зерна. Потерями тепла в диффузоре сушилки пренебрегаем. На момент отключения топки количество теплоты, кДж, заключенное в ее теплообменных элементах, например в трубках воздухоподогревателя, камере сгорания можно записать в виде: , (2) где и - максимальная и минимальная температуры, °С; - масса теплообменных элементов, кг; - теплоемкость теплообменных элементов, кДж/(кг·°С). В течение времени топка теряет следующее количество теплоты, кДж: , (3) где - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·°С); - поверхность теплообмена, м2. Приравняв правые части выражений (2) и (3), получим: . (4) Согласно экспериментальным данным, (8…10)°С, а согласно техническому регламенту, ≤ 50°С. При большей величине повторный запуск топки на жидком топливе небезопасен. Уравнение (4) относительно имеет вид: . После включения топки за время ее температура с поднимается до , после чего подачу топлива отключают автоматически или вручную. Длительность нагрева можно записать как: , где - коэффициент теплопередачи при нагреве, Вт/(м2·°С); - доля теплоты, пошедшая на охлаждение зерна, =1,3…1,4. Безопасность процесса сушки обеспечивается непревышением температуры зерна , а надежность работы сушилки - охлаждением топки до температуры не более . При известных значениях и расчет параметров топки не вызывает затруднений. Если они неизвестны, то отношение можно представить в виде удельной поверхности топки , где , - плотность, кг/м3, и толщина теплообменных элементов топки; - коэффициент использования теплообменной поверхности топки. Коэффициент теплопередачи при охлаждении топки вычисляется только с учетом конвекции через предварительно вычисленные числа Рейнольдса и Нуссельта. Коэффициент представляет собой суммарный коэффициент от конвекции и излучения, составляющую излучения можно принять ~25% от ; [10]. Приведем приближенный расчет параметров процесса осциллирующей сушки зерна. При расчете принято: =1,67 кДж/(кг·°С); =23 Вт/(м2·°С); =0,4; =0,018 м; =0,2 м; =1,5 м2/кг; =50°С; =54°С; =46°С; =90°С (задается); =100°С; =20°С; =45°С; =0,6 кДж/(кг·°С); =8000 кг/м3; =2·10-3 м; =0,85. Задаваясь =16 Вт/(м2·°С); =20 Вт/(м2·°С), получим =45°С; =0,13 ч; =0,12 ч; =90°C. Проведены испытания сушилки СЗТ-16 на осциллирующем режиме сушки семян пшеницы с 21 до 14%. Установлено, что значения и совпадают с расчетными в пределах погрешности ±12%, а величины и - в пределах погрешности ±8%. Хлопки при работе топки отсутствовали. Сушилка функционирует следующим образом. Влажное зерно загружают в сушилку, затем включают загрузочное устройство, топку и осуществляют сушку. Периодически отключают топку в зависимости от длительности воздействия подогретым и неподогретым агентом сушки. Возможна работа в автоматическом режиме от датчиков температуры в шахте и . Высушенное зерно охлаждают путем отключения топки и разгружают. Пропускная способность сушки была выше паспортной на ~15%, удельные затраты тепла на сушку на 12% ниже, чем при постоянном теплоподводе. Осциллирующий режим был обусловлен настройкой температурного режима топки - температуру агента сушки изменили от 50 до 90°С. Температура семян после сушильной камеры составила 43°С, снижение энергии прорастания и всхожести не установлено. Вывод Осциллирующий режим работы сушилки позволяет снизить удельные затраты тепла на сушку до 12% при некотором повышении ее паспортной производительности. Перед повторным включением необходимо охлаждение топки до 45-50°С.