способ сушки семян и зерна и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ сушки семян и зерна, заключающийся в том, что материал загружают, гравитационно перемещают сверху вниз, предварительно подогревают, последовательно вентилируют агентом сушки и охлаждающей средой и разгружают, отличающийся тем, что на выходе охлаждающую среду подогревают агентом сушки и направляют на предварительный подогрев материала.

2. Устройство для сушки семян и зерна, содержащее над сушильный бункер, шахты, воздушную полость между шахтами, секции предварительного подогрева, сушки и охлаждения, средства загрузки и разгрузки, вентиляторы и топку, отличающееся тем, что устройство снабжено теплообменником, подключенным к секциям предварительного подогрева и охлаждения и расположенным в воздушной полости на входе в сушильную секцию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для сушки семян и зерна преимущественно повышенной влажности и может быть использовано в сельском хозяйстве и в системе заготовок.

Известен способ сушки семян и зерна, согласно которому материал загружают, гравитационно перемещают сверху вниз, последовательно вентилируют агентом сушки и охлаждающей средой, а высушенный и охлажденный материал разгружают. Известно устройство для его осуществления, состоящее из надшахтного бункера, шахт, разгрузочного устройства, вентиляторов, топочного устройства [1].

Эти способ и устройство широко распространены в сельском хозяйстве, но являются энергозатратными.

Известен способ сушки семян и зерна, согласно которому материал загружают, гравитационно перемещают сверхувниз, предварительно подогревают, последовательно вентилируют агентом сушки и охлаждающей средой и разгружают, причем охлаждающую среду рециркулируют в агент сушки [2].

Известно устройство для его осуществления, состоящее из надшахтного бункера, шахты с зонами предварительного нагрева, сушки и охлаждения, средств загрузки и разгрузки материала, вентиляторов и топки [2].

Этот способ наиболее близок к сути заявляемого, является малозатратным и выбран за прототип. Сушилки, работающие по этому способу, также нашли применение в сельском хозяйстве РФ.

Способ имеет ряд недостатков. Основной из них - подача высокотемпературного агента сушки в зону подогрева, а с пониженной температурой - в зону сушки, что снижает как эффективность, так и безопасность процесса, особенно при сушке семян и зерна, повышенной влажности.

Известно устройство для сушки семян и зерна, содержащее надсушильный бункер, шахты, воздушную полость между шахтами с сушильной и охладительной секциями, средства загрузки и разгрузки материала, вентиляторы и топку [3]. Это устройство наиболее близко к сути заявленного и выбрано за прототип, однако оно не позволяет реализовать энергосбережение.

Техническая задача изобретения заключается в повышении эффективности и безопасности процесса сушки.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе сушки семян и зерна, заключающемся в том, что материал загружают, гравитационно перемещают сверху вниз, предварительно подогревают, последовательно вентилируют агентом сушки и охлаждающей средой и разгружают, согласно изобретению, на выходе охлаждающую среду подогревают агентом сушки и направляют на предварительный подогрев материала.

Поставленная задача достигается также тем, что в устройстве для сушки семян и зерна, которое содержит надсушильный бункер, шахты, воздушную полость между шахтами, секции предварительного подогрева, сушки и охлаждения, средства загрузки и разгрузки, вентиляторы и топку, согласно изобретению устройство снабжено теплообменником, подключенным к секциям предварительного подогрева и охлаждения и расположенным в воздушной полости на входе в сушильную секцию.

Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым в способе является то, что на выходе охлаждающую среду подогревают агентом сушки и направляют на предварительный подогрев материала.

Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что новым является то, что устройство содержит теплообменник, подключенный к секциям предварительного подогрева и охлаждения и расположенный в воздушной полости на входе в сушильную секцию.

Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как может быть достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, а именно повышение эффективности и безопасности процесса сушки.

Изобретение является и «промышленно применяемым», так как может быть использовано в сельском хозяйстве.

Способ может быть реализован только в заявленном устройстве, т.е. соответствует критерию «единство изобретения».

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 - кривые кинетики сушки семян по заявленному способу и прототипу, полученные в лаборатории.

Устройство содержит надсушильный бункер 1, секцию предварительного подогрева материала 2, воздушную полость 3, заключенную между шахтами, сушильную 4, охладительную 5 секции, средство разгрузки 6, норию сухого материала 7, выгрузной шнек 8, норию влажного материала 9, короба 10, теплообменник 11, вентилятор охлаждающей среды 12, кожух секции предварительного подогрева 13, разравнивающий шнек 14, топку 15, вентилятор агента сушки 16, диффузор 17, коллектор охладительной секции 18, коллектор секции предварительного подогрева 19.

Способ осуществляют следующим образом.

Материал загружают, гравитационно перемещают сверху вниз, предварительно подогревают подогретой охлаждающей средой из охладительной секции сушилки, последовательно вентилируют агентом сушки и охлаждающей средой и разгружают.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно очищенные семена и зерно норией 9 подают в надсушильный бункер 1, разравнивают шнеком 14, под действием силы тяжести материал последовательно проходит секции предварительного подогрева 2, сушки 4, охлаждения 5 и разгружается средством 6 в шнек 8 и далее в норию сухого зерна 7. Высушенный и охлажденный материал поступает на окончательную очистку.

Агент сушки готовят в топке 15, вентилятором 16 нагнетают через диффузор 16 в сушильную секцию 4, на входе которой в деффузоре 17 размещен теплообменник. Наружный воздух (охлаждающая среда) вентилятором 12 просасывают последовательно через охладительную секцию 5, коллектор 18, теплообменник 11, коллектор 19, секцию предварительного подогрева материала 2, кожух 13 и выбрасывают наружу. Согласно данной схемы агент сушки и охлаждающая среда поступают и удаляются из материала через короба, также возможно их распределение в материале через решетные поверхности в комковой сушилке.

Подогреватель 11 выполнен из пучков труб, расположенных в шахматном порядке и зажатых трубными досками.

Агент сушки подают в межтрубное пространство, а наружный воздух после охладительной секции 5 - в трубы. Таким образом, теплообменник, который расположен в воздушной полости на входе в сушильную секцию, подключен к секциям предварительного подогрева и охлаждения

Предварительный подогрев вызывает повышение производительности и снижение энергозатрат на сушку. В качестве технических средств предварительного подогрева, например в системе заготовок, распространение получили камеры предварительного нагрева, располагаемые в верхней части сушилки. В эти камеры снизу подают смесь топочных газов с воздухом, температура которых достигает 350°С, а сверху - материал. В течение 10-15 с падающий материал в виде «дождя» подогревается и несколько подсушивается, затем отлеживается в надсушильном бункере, циклически высушивается и охлаждается. По такому принципу работают рециркуляционные сушилки типа «Целинная». Этот способ имеет существенный недостаток - нужна двухтемпературная топка или сложная система подготовки агента сушки с разной температурой.

В ряде конструкций зерносушилок наравне с рециркуляцией материала используют рециркуляцию агента сушки и охлаждающей среды, в том числе рециркулят подогревают в теплообменнике топки. Однако это целесообразно делать на очищенной газовой среде, в противном случае возможно накопление мусора в теплообменнике с возможностью возгорания. В немалой степени по этой причине в сушилках типа «С», которая выбрана за прототип, от подогрева охлаждающей среды отказались и проводили предварительный подогрев свежим агентом сушки, что снизило экономичность процесса сушки, но предварительный подогрев отработанной охлаждающей средой с температурой 30 40°С малоэффективен.

По заявленному способу отработанную охлаждающую среду с температурой 30-40° С можно подогреть на 10-15°С, если температура агента сушки, подаваемого теплообменник на входе в сушильную секцию будет равна 130-150°С, на входе в короба этой секции температура агента сушки будет снижена до 110-130°С на продовольственном режиме и до 80-90°С на семенном, что соответствует рекомендациям по режимам сушки.

Эффективность предварительного подогрева зерна показана на фиг 2. В лабораторной установке продували слой пшеницы высотой 0,15 м. Температура теплоносителя составила 75°С, скорость 0,4 м/с, материал периодически перемешивали. В первом случае (кр. 1, 3) температура материала была ₀=20°С, во втором (кр. 2,4) предварительно подогрели до ₀=28°С, исходная влажность материала в обоих случаях составила W=21,8%. Материал с ₀=20°С до влажности W 19% практически не нагревается, потом его температура быстро достигает 45°С (кр.3). Температура подогретого материала до ₀=28°С при сушке первоначально снижается, что свидетельствует об испарении влаги с поверхности зерновок, затем медленнее, чем в первом случае, возрастает и в конце сушки отстает на 1-2°С от неподогретого (кр.4). Приведенные графики свидетельствуют об эффективности предварительного подогрева даже на незначительную величину.

Пример. Рассчитаем тепловой и массовый балансы работы сушилки по заявленному способу. Примем производительность сушилки П=20 т/ч, подачу агента сушки (подогретого воздуха) Q_т=60 тыс м³/ч, охлаждающей среды (наружного воздуха) Q₁=25 тыс м³/ч. Исходная влажность семян ₁=21%, конечная ₂=14%, температура агента сушки на входе в теплообменник t₁=100°С, на выходе t_к=70°С, температура отработавшей охлаждающей среды t_от=32,5°С, высота трубчатого теплообменника L 4 м. Определим количество переданного тепла охлаждающей среде, степень подогрева и влагосъем семян на выходе этой секции.

Примем скорость охлаждающей среды в трубах теплообменника V=10 м/с, при этом коэффициент теплопередачи составит =25,5 Вт/ м²°С [4]. Поперечная площадь труб теплообменника составит

Примем количество труб n=15, тогда диаметр трубы составит

а теплообменная поверхность

F= dLn=45,6 м².

Количество теплоты, которое может передать агент сушки охлаждающей среде, составит

Q_т=F t=61 кВт,

где t - средний температурный напор

Степень подогрева охлаждающей среды составит

где c - теплоемкость охлаждающей среды, c=1,00 кДж/кг °С.

Так как теплоемкость семян пшеницы влажностью 21% в 2 раза выше теплоемкости воздуха, то они будут подогреты на ~ _n=4,2°С.

Принимая максимально допустимую температуру нагрева семян _max=43°С, а исходную ₀=15°С, то снижение затрат теплоты на сушку за счет предварительного нагрева составит

Влагоотдающая способность подогретой охлаждающей среды составит

d=d₂-d₁=6 г/кг воздуха,

где d₁ - влагосодержание среды на выходе из охлаждающей секции,

d₂ - то же самое на входе в охлаждающую секцию, 1 г влаги на 1 кг воздуха. По J-d диаграмме определим d₁ и d₂:d₁ 10, a d₂ 16 г/кг.

При подогреве будет испарено следующее количество влаги

что составит к общему количеству влаги испаренной при сушке семян от 21 до 14%

или

т.е. производительность сушилки возрастет ~ на 10% при снижении затрат на сушку в 16%.

Источники информации

1. Методические рекомендации по выбору и эффективному использованию зерносу шильного оборудования. - М., ФГНУ «Росинфорнагротех» с.40-41.

2. Методические рекомендации по выбору и эффективному использованию зерносушильного оборудования. - М., ФГНУ «Росинфорнагротех» с.28-29.

3. Л.Д.Комышник, А.П.Журавлев, Н.Г.Ревера. Эксплуатация рециркуляционных зерносушилок. - М.: Агропромиздат 1986, с.68-69.

4. Справочник теплоэнергетика предприятий цветной металлургии. М., 1982, 332-334.