Московский государственный агроинженерный университет им в. П. Горячкина

Кафедра теплотехники

Курсовая работа По дисциплине энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях

Тема: «Расчет шахтной рециркуляционной

зерносушилки типа ДСП-24сн»

Выполнил

студент 57-Э группы

Грачёв А.М.

Проверил

Малин н.И

Москва 2006

Московский государственный агроинженерный университет

им. В.П. Горячкина

Кафедра теплотехники

Пояснительная записка

Т.06 101600.ПЗ

Выполнил: студент 57-Э

Грачёв А.М.

Проверил: Малин Н.И.

Москва 2006

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………...…………………………7

Сущность и значение нормирования расхода топлива и электроэнергии

на сушку зерна………………………………………………………………..…10

Режимы сушки зерна……………………………………………………………13

Сушка зерна при различных состояниях зернового слоя…..…………………15

Классификация и сущность технологических приемов, используемых

для обезвоживания зерна……………………………………………………….21

Анализ структуры затрат и потерь теплоты на сушку зерна………………...26

Основные пути интенсификации процесса сушки зерна………….…………27

Описание функционально-параметрической схемы работы шахтной

рециркуляционной зерносушилки типа ДСП 24сн………………...…………28

Устройство шахтных зерносушилок…………………………………………...29

Технологическая схема рассчитываемой зерносушилки…………………….35

Список литературы………………………………..………………..…………...36

Введение

Наращивание производства зерна — одна из основных задач сель­ского хозяйства. Производство зерна сезонно, потребление его круг­логодично, поэтому очень важно создать необходимые условия для его длительного хранения.

Зерновая масса как объект хранения обладает уникальными свой­ствами долговечности. Для того чтобы сохранить зерно, его следует просушить. Технологию сушки все время совершенствуют: разрабаты­вают новые способы сушки, создают зерносушилки новых конструк­ций, повышают эффективность использования существующих шахт­ных прямоточных и рециркуляционных зерносушилок (в результате улучшения конструкции их отдельных узлов, проведения мероприя­тий, направленных на дальнейшее снижение удельных затрат топлива и электроэнергии, и т.д.).

В хранилища поступает зерно сухое, средней сухости, влажное и сырое.

Особенно плохо хранится влажное и сырое зерно. Это и предопре­деляет необходимость проведения такой важной технологической опе­рации, как сушка, которая является одним из основных способов со­хранения в течение длительного времени зерна, поступающего в зернохранилища во влажном и сыром состоянии.

Основное назначение сушки — снижение влажности зерна до тако­го состояния, при котором оно впадает как бы в состояние анабиоза: жизнедеятельность и дыхание его затормаживаются, а развитие мик­роорганизмов и вредителей почти прекращается ввиду отсутствия для этого благоприятных условий.

Большое значение имеет сушка для подготовки свежеубранного зерна к хранению. К моменту уборки зерно еще не достигло полной физиологической зрелости и не обладает высокими технологическими достоинствами. Например, хлеб из зерна свежеубранной пшеницы не­достаточно порист, имеет сырой клейкий мякиш.

В процессе послеуборочного дозревания происходит синтез (обра­зование) белков из аминокислот, крахмала из Сахаров, жиров из глицерина и жирных кислот. Часть воды, выделившейся в процессе реак­ции, перемещается на поверхность зерна и увлажняет межзерновое пространство. Как следствие, в зерновой массе значительно активизи­руется жизнедеятельность микроорганизмов, усиливается процесс ды­хания, причем это характерно даже для зерна невысокой влажности. В результате своевременной и правильно проведенной сушки ускоря­ется процесс послеуборочного созревания зерна, который в условиях обычного хранения длится в течение нескольких недель, а то и меся­цев, повышается его стойкость при хранении, улучшаются технологи­ческие и семенные достоинства.

Так, сушка зерна пшеницы может способствовать увеличению ис­ходного количества клейковины и улучшению ее качества. Слабая клейковина в процессе сушки укрепляется, что также способствует улучшению ее технологических свойств. При сушке улучшаются тех­нологические свойства зерна, поврежденного клопом-черепашкой, а также проросшего и морозобойного. При правильно организован­ном процессе сушки к поверхности зерна (в частности, к зародышу), в области оборудовать установками активного вентилирования, строить склады, занимаю­щие большую территорию.

Велико значение сушки и в зерноперерабатывающих отраслях про­мышленности. Переработка просушенного зерна позволяет снижать энергоемкость вальцовых станков, повышать выход муки и круп, увеличивать длительность хранения муки и круп, снижать износ обору­дования. Таким образом, сушка — одна из основных и важнейших операций в комплексе мероприятий в период послеуборочной обра­ботки зерна.

В то же время в отрасли хлебопродуктов сушка является самым до­рогостоящим и энергоемким процессом. Причина заключается в том, что для сушки зерна в основном используются конвективные зерносу­шилки, в которых для получения топочных газов и подогрева чистого воздуха, как правило, используют топливо жидкое (дизельное, соляро­вое масло, тракторный керосин) и газообразное, а для транспорти­рования зерна (сырого, высушенного и рециркулируемого) и подачи в зерносушилку агента сушки и воздуха требуются затраты электро­энергии.

Известно, что Россия полностью обеспечивает себя топливом и энергией за счет собственных природных ресурсов и осуществляет экспорт топлива и электроэнергии в значительных объемах. И тем не менее проблема сбережения энергоресурсов стоит очень остро и реша­ется путем экономного использования угля, природного газа, нефти, нефтепродуктов, тепловой и электрической энергии. Это требует оп­ределенной перестройки во всех отраслях, а также широкого внедре­ния энергосберегающих техники и технологии.

Снижение энергетических затрат на сушку зерна, и прежде всего топлива, наряду с повышением интенсивности влагоотдачи рассмат­ривается как важнейшая задача при разработке новой технологии суш­ки и конструкций зерносушилок, а также при совершенствовании су­ществующих.

Любая модернизация сушилки может быть признана до­статочно эффективной, если достигнуто сокращение удельных энерго­затрат (при обязательном сохранения качества зерна).

В связи с этим весьма актуальным является проведение исследова­ний с целью дальнейшего совершенствования техники и технологии сушки зерна путем разработки новых способов сушки и новых конст­рукций зерносушилок; повышения эффективности использования действующих типов зерносушилок на основе совершенствования кон­струкции и режимов работы их отдельных узлов, а также технологии сушки; проведения мероприятий, направленных на дальнейшее сни­жение удельных затрат топлива и электроэнергии на сушку зерна, и др.

Сущность и значение нормирования расхода топлива и

электроэнергии на сушку зерна.

В отрасли хлебопродуктов и сельском хозяйстве в основном применяют конвективную сушку зерна, где в качестве агента сушки используют смесь топочных газов с наружным воздухом либо чистый подогретый воздух.

Наиболее распространены шахтные прямоточные зерносушилки, в кото­рых зерно сушится в

значительны, в первую очередь необходимо провести организацион­но-технические мероприятия по экономии топлива и электроэнергии.

Внедрение научно обоснованных норм удельных расходов топлива и электроэнергии на сушку зерна — один из важнейших факторов, стимулирующих рациональное использование энергоресурсов и обес­печивающих технический прогресс.

В мировой практике для оценки затрат теплоты на сушку зерна ис­пользуют показатель суммарного удельного расхода теплоты на испа­рение 1 кг влаги ∑q (кДж/кг).

В отечественной практике в связи с необходимостью планирования расхода топлива на определенное число часов работы конкретной зер­носушилки дополнительно используют показатель «норма расхода ус­ловного топлива на сушку одной плановой тонны зерна».

Понятие «условное топливо» введено в связи с большой разницей в теплоте сгорания различных видов топлива.

Условным топливом называ­ют топливо с низшей теплотой сгорания Q^р_н =29 330 кДж/кг.

Понятие «плановая тонна» введено для учета объема работы и про­изводительности зерносушилок в условных плановых единицах.

В ка­честве эталона за одну плановую единицу принята 1 т зерна пшеницы продовольственного назначения влажностью 20 %, высушенная до влажности 14 %.

При сушке зерна других культур и других значений влажности вводят специальные коэффициенты, определяемые по со­ответствующим таблицам инструкции по сушке зерна.

Для пересчета расхода условного топлива В_у в натуральное В_н (кг) ис­пользуют выражение:

где М — количество зерна, запланированное для сушки, пл.т;

К — коэффициент пересчета; здесь К =; для дизельного топлива, солярового масла и тракторного ке­росина К = 1,45.

При установлении норм расхода топлива на сушку зерна в зерносу­шилках различных типов за основу берут значения удельных расходов, полученных при испытаниях этих зерносушилок. Размеры этих удель­ных расходов являются отраслевыми нормами, которые

даны для тем­пературы наружного воздуха и зерна, равной 5 °С, поэтому фактиче­ский расход топлива (полученный при испытаниях) уточняется с учетом дополнительного расхода топлива на нагрев или охлаждение воздуха и зерна до температуры 5 °С.

Дополнительный расход теплоты q_в (кДж/кг_вл) на нагрев или ох­лаждение наружного воздуха, идущий на процесс горения и смешива­ния с топочными газами (для получения агента сушки необходимой температуры), составляет:

где L — удельный расход агента сушки на 1 кг испаренной влаги, установленный в ре­зультате испытаний, кг/кг;

при температуре зерна θ₀ < 0 °С и при условии, что вся влага, со­держащаяся в зерне сверх критической влажности w₀ (которую для практических расчетов можно принять равной предельному значению средней сухости), находится в виде льда, а остальная влага

(до крити­ческой влажности) — в виде переохлажденной жидкости, дополни­тельный расход теплоты на нагрев зерна до температуры 5 °С состав­ляет (кДж/кг_вл):

где с_с и с_в — соответственно удельная теплоемкость сухого вещества зерна

[с_с = 1,55 кДж/кг • К)] и воды [с_в = 4,19 кДж/кг • К)];

334 — скрытая теплота плавле­ния льда, кДж/кг;

2,1 — удельная теплоемкость льда, кДж/кг • К).

Подставляя алгебраические значения t₀ и 0₀ в формулы получим дополнительные расходы теплоты, которые будут иметь отрицательные или положительные значения и со своим знаком должны быть вычтены из фактического расхода теплоты.

Суммарный дополнительный расход (кДж/кг_вл) или снижение за­трат теплоты на нагрев или охлаждение наружного воздуха и зерна до температуры 5 °С составит:

Исходя из условия, что при сушке одной плановой тонны зерна испаряется W/ G кг влаги (где G — производительность зерносушил­ки, пл.т/ч), дополнительный расход или снижение затрат условного топлива составит

где 29 330 — низшая теплота сгорания условного топлива, кДж/кг;

- коэффициент полезного действия топки.

Наличие норм расхода топлива позволяет не только планировать, но и контролировать фактический расход топлива на сушку зерна, оценивать эффективность мероприятий, направленных на снижение затрат топлива на сушку.

Аналогично для оценки величины затрат электроэнергии на сушку зерна пользуются показателем «удельный расход электроэнергии на сушку 1 плановой тонны зерна».

Потребность в электроэнергии конкретной зерносушилки опреде­ляют, умножая норму расхода электроэнергии на часовую производи­тельность сушилки (в плановых единицах) и количество часов ее работы.

Нормы расхода электроэнергии (как и топлива) составлены для всех типов эксплуатируемых зерносушилок.

В связи с постоянным совершенствованием техники и технологии сушки зерна и соответствующим повышением их технико-экономиче­ских показателей нормы расхода топлива и электроэнергии относят к категории временных показателей, подлежащих систематическому со­вершенствованию и корректированию в зависимости от условий и тех­нического уровня производства.

Режимы сушки зерна

Для сушилок периодического действия режим сушки характеризу­ется толщиной слоя зерна, температурой агента сушки и его удельным расходом, а также продолжительностью процесса сушки.

При сушке зерна в шахтных прямоточных и рециркуляционных зерносушилках можно применять режимы с равномерным подводом теплоты на всем протяжении процесса (одноступенчатые режимы) и режимы либо с увеличением теплового потока по ходу процесса (ступенчатые восходящие режимы), либо с уменьшением теплового потока (ступенчатые нисходящие режимы).

Применение ступенчатых восходящих режимов сушки обосновано тем, что по мере обезвоживания зерна термоустойчивость его повыша­ется, в ре-

зультате чего возможно повышение температуры агента суш­ки, а следовательно, и зерна на завершающих этапах сушки. Исполь­зование ступенчатых нисходящих режимов обосновано тем, что на начальной стадии сушки температура зерна не может превысить температуру смоченного термометра (температуру испаряющейся жидкости) и, следовательно, можно использовать агент сушки повы­шенной температуры. По мере обезвоживания поверхности зерна тем­пература его начинает расти и, следовательно, на завершающих этапах сушки температуру агента сушки следует понизить.

Для шахтных прямоточных зерносушилок официально узаконено применение одноступенчатых и ступенчатых восходящих режимов. Применять в этих сушилках ступенчатые нисходящие режимы не ре­комендуется вследствие возможного значительного перегрева плотно­го малоподвижного слоя зерна при подводе к нему на начальных этапах сушки высокотемпературного агента сушки (исключение составляют режимы сушки зерна риса).

В шахтных рециркуляционных зерносушилках находят примене­ние как одноступенчатые, так и ступенчатые восходящие и нисходя­щие режимы.

Кроме ступенчатых режимов используют также дифференцирован­ные режимы сушки. Необходимость дифференцирования режимов сушки в пределах одной и той же культуры вызвана различием в тер­моустойчивости зерна различного исходного качества.

В дополнение к характеристике одноступенчатых и ступенчатых восходящих и нисходящих, а также дифференцированных режимов (все они являются отражением температуры агента сушки) используют квазиизотермический и изотермический режимы сушки. Первый ха­рактеризуется примерно одинаковым значением температуры зерна на входе и выходе из зоны сушки, а второй — постоянством температуры зерна в течение всего времени пребывания его в зоне сушки.

В сушилках периодического действия (в частности, в камерных) наряду с одноступенчатыми режимами находят применение импульс­ные режимы сушки, которые характеризуются чередованием периодов подачи агента сушки с периодами охлаждения (атмосферным возду­хом). Основанием для применения импульсных режимов послужило то обстоятельство, что при их использовании градиенты влажности и температуры в периоды охлаждения совпадают по направлению и уси­ливают движение потока влаги к поверхности зерна и тем самым спо­собствуют интенсификации процесса сушки.

Кроме перечисленных в сушилках непрерывного и периодического действия могут использоваться режимы с односторонним либо с ре­версивным подводом агента сушки (и воздуха) к подвергаемым сушке (и охлаждению) слоям зерна.

Сушка зерна при различных состояниях зернового слоя

В зависимости от конструктивных особенностей зерносушилок сушка может протекать при различных состояниях зернового слоя, имеющих свои характерные особенности.

Сушка зерна в плотном слое

Различают следующие состояния плотного слоя высушиваемого зерна: плотный неподвижный; плот­ный малоподвижный и плотный подвижный слой.

Плотный неподвижный слой. Характеризуется тем, что контакт зерен постоянно зафиксирован и их активная поверх­ность, участвующая в процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки, не изменяется. Сушилки, осуществляющие сушку зерна в плотном не­подвижном слое, — это установки периодического действия (сушилки камерного и бункерного типов). Особенностью этих сушилок, несмот­ря на периодическое изменение направления продувания, является значительная неравномерность нагрева и сушки зернового слоя, тол­щина которого может достигать от 0,6 до 3,5 м. Слои зерен, распо­ложенные ближе к месту входа агента сушки, нагреваются и высуши­ваются быстрее.

В связи с этим температура агента сушки не может превышать предельно допустимую температуру нагрева зерна, кото­рая характеризуется его термоустойчивостью. Скорость агента сушки в слое ограничена большим аэродинамическим сопротивлением слоя и, как правило, не превышает 0,2 м/с. Поэтому сушка может длиться до 2...3 сут.

Плотный малоподвижный слой. Характеризуется тем, что при смещении (во время гравитационного движения) отдель­ных зерен относительно друг друга контакт между ними сохраняется, активная поверхность обновляется, но величина ее, по существу, не превышает поверхности, характерной для плотного неподвижного слоя.

Сушилки, в которых зерно сушится в плотном малоподвижном слое, являются установками непрерывного действия (шахтные прямо­точные сушилки). Особенность этих сушилок — значительная нерав­номерность нагрева и сушки зернового слоя, толщина которого может находиться в пределах 0,10...0,25 м. Температура агента сушки в зави­симости от рода зерновой культуры и ее назначения 50...160 °С, а ско­рость его в слое зерна 0,3...0,4 м/с. Продолжительность пребывания зерна в зоне сушки до 1,5 ч.

Плотный подвижный слой. Характеризуется тем, что скорость гравитационного перемещения слоя зерна в несколько раз выше, чем в плотном малоподвижном слое. В результате слой интен­сивно разрыхляется, увеличивается активная поверхность зерен, уча­ствующая в процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки. Неравно­мерность нагрева и сушки резко снижается.

Сушка в плотном подвижном слое находит применение в рецирку­ляционных зерносушилках, в частности в зонах рециркуляции этих су­шилок. Толщина слоя зерна, а также параметры агента сушки те же, что и при сушке в плотном малоподвижном слое. Продолжительность пребывания зерна в зоне сушки не превышает 15...20 мин.

Сушка зерна в разрыхленном слое

Характеризуется теми же особен­ностями и параметрами, что и сушка в плотном подвижном слое. Единственное отличие - перемещение зерна механическим путем. Находит применение в барабанных сушилках.

Сушка зерна в псевдоожиженном слое

Псевдоожиженный слой по­лучил свое название благодаря формальному сходству его свойств со свойствами капельной жидкости. Если через слой зерна, расположен­ного на решетке, пропустить воздух с определенной скоростью, то слой сначала разрыхляется, а затем переходит в состояние, напоми­нающее кипящую жидкость, т. е. в состояние псевдоожижения. Слой зерна толщиной 0,10...0,25 м переходит в псевдоожиженное состояние при повышении скорости воздушного потока до 1...2 м/с. При этом активная поверхность зерен практически равна их суммарной геомет­рической поверхности. В результате даже при сравнительно низкой температуре агента сушки (70... 120 °С) зерно нагревается допредель­но допустимых значений температуры за 30...60 с. При самопроизвольном перемещении псевдосжиженного слоя вследствие присущего ему свойства текучести от места загрузки его в зону сушки к месту выпуска время пребывания отдельных зерен в зоне сушки неодинаково. Это может привести к неравномерному на­греву и сушке. Поэтому целесообразно организовать принудительное перемещение псевдоожиженного слоя и тем самым регулировать про­должительность пребывания его в зоне сушки в широких пределах в соответствии с исходными значениями влажности и температуры, а также выбранными режимами сушки.

Сушка зерна в псевдосжиженном слое (часто его называют кипя­щим слоем) находит применение в специальных устройствах для быст­рого предварительного нагрева сырого зерна перед его последующим обезвоживанием в плотном малоподвижном либо плотном подвижном слое. Возможны варианты использования псевдоожиженного слоя в зонах сушки и окончательного охлаждения просушенного зерна.

Зерновой слой может быть приведен в псевдоожиженное состояние путем воздействия на него вибрационных колебаний или совместным воздействием воздушного потока и вибрации. Такое состояние слоя называют виброкипящим. Применение вибрации с частотой колеба­ний 20...30 Гц и амплитудой 2...10 мм позволяет существенно умень­шить скорость воздушного потока и тем самым повысить технико-эко­номические показатели за счет сокращения расхода электроэнергии.

Сушка зерна во взвешенном слое

Взвешенное состояние зерна до­стигается в восходящем потоке агента сушки при значительном превышении (в 2...2,5 раза) скорости витания. При этом активная поверх­ность, участвующая в процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки, равна суммарной геометрической поверхности зерен. В результате на­грев и сушка проходят равномерно.

Интенсивность нагрева зерна зависит от скорости агента сушки и его температуры (может достигать 250 °С), а также от влажности и концентрации зерна в рабочей зоне пневмотрубы. За время пребы­вания в зоне сушки (в течение 1...2 с) влажность зерна может снизить­ся на 0,5...1,0 %, а его температура — повыситься на 15...20 °С.

Сушка зерна во взвешенном слое может быть использована для бы­строго нагрева зерна перед последующей его сушкой в плотном мало­подвижном либо плотном подвижном слое.

Сушка зерна в падающем слое

Осуществляется во время гравитаци­онного, искусственно замедленного с помощью специальных тормоз­ных элементов движения зерна в противотоке агента сушки, темпера­тура которого может находиться в пределах 200...370 °С, а скорость составлять порядка 0,5...0,6 от скорости витания. В процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки участвует вся поверхность зерен, поэто­му обеспечиваются равномерный нагрев и сушка отдельных зерен.

Сушка в падающем слое находит применение в специальных уст­ройствах для быстрого нагрева зерна перед последующей сушкой его в плотном малоподвижном либо плотном подвижном слое. Длитель­ность пребывания зерна в рабочей зоне этих устройств 2...3 с, при этом влажность зерна может понизиться на 0,5...1,0 %, а его темпера­тура — повыситься на 15...20 °С.

Анализ особенностей сушки зерна при различном состоянии слоя позволяет выявить следующие их особенности.

Для плотного слоя характерны явления неравномерности нагрева отдельных слоев зерна. Переход к сушке в кипящем, взвешенном и падающем слоях позво­ляет повысить интенсивность процесса (как обезвоживания, так и нагрева зерна) в основном за счет повышения скорости агента сушки (что наглядно подтверждается на примере сушки в кипящем слое) и частично за счет повышения его температуры, в результате чего рез­ко сокращается продолжительность процесса.

При сушке в кипящем, взвешенном и падающем слоях активная поверхность зерна, участвующая в процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки, равна суммарной геометрической поверхности от­дельных зерен, в результате нагрев и сушка происходят равномерно.Эффективность межзернового влагообмена зависит от длительнос­ти отлежки и увеличивается (причем до определенного значения) с по­вышением температуры смеси и коэффициента циркуляции.

Для всех известных способов рециркуляционной сушки с одним контуром рециркуляции наиболее эффективная продолжительность отлежки многокомпонентной смеси зерна пшеницы, ячменя, проса, риса, гречихи составляет 10... 15 мин, гороха — до 90 мин.

В практике зерносушения находит применение прием отлежки (в процессе сушки) однородного по влажности и температуре зерна. В отечественной практике такой прием используется, например, для суш­ки высоковлажного зерна в условиях последовательного пропуска его че­рез параллельно расположенные шахты одной и той же зерносушилки либо через шахты двух последовательно расположенных зерносушилок.

За рубежом этот прием широко используется для раздельной сушки зерна, когда основная масса влаги удаляется из зерна в зерносушилках при подводе агента сушки, а досушивание (после отлежки) осуществ­ляется на установках активного вентилирования при подводе атмос­ферного либо искусственно охлажденного или обезвоженного воздуха. В первом случае продолжительность отлежки однородного по влаж­ности и температуре зерна ограничивается вместимостью надсушильных бункеров и не превышает 10...15 мин, во втором случае продолжи­тельность отлежки может достигать 6...8 ч.

В процессе такой отлежки (однородного по влажности и темпера­туре зерна) влага из внутренних слоев отдельных зерновок диффунди­рует к их поверхности, которая к этому моменту обезвожена в зерно­сушилках, т. е. зерно как бы отпотевает. В результате последующие приемы обезвоживания такого зерна существенно интенсифицируют­ся, что способствует значительному снижению затрат тепловой энер­гии на сушку.

Подвод к зерну агента сушки

Этот прием используется в зерносу­шилках всех типов с конвективным подводом теплоты к обезвоживае­мому зерну. Основное назначение приема — сушка (или обезвожива­ние) зерна. При использовании этого приема в зерносушилках шахтных, ка­мерных и бункерного типов процесс протекает при постоянной скорости сушки и сопровождается постепенным повышением температу­ры зерна. Зерно достигает максимальной температуры лишь к моменту выхода из зоны сушки. Вследствие этого процесс сушки протекает с низкой эффективностью. Для того чтобы предотвратить перегрев зерна в результате значительной неравномерности нагрева и сушки, нельзя перегревать зерно выше предельно допустимой температуры нагрева, обусловленной его термоустойчивостью. Кроме того, следует отметить, что в результате правильно проведенной сушки качество зерна может улучшиться.

В отечественной практике, например, для шахтных прямоточных и рециркуляционных зерносушилок режим сушки наряду с температу­рой агента обычно характеризуют предельно допустимой температу­рой нагрева зерна . Значение последней для сушилок конкретных

типов принимают с учетом влияния таких факторов, как неравномер­ное распределение агента сушки по сечению шахты и длине подводя­щих и отводящих коробов, а также неравномерная скорость переме­щения отдельных слоев зерна по сечению шахты.

Что касается рециркуляционных зерносушилок, то в них этому приему (подвод агента сушки к зерну), как правило, предшествуют та­кие приемы, как смешивание зерна различной влажности и темпера­туры, кратковременный нагрев зерна и отлежка смеси зерна. В резуль­тате к моменту использования этого приема температура зерна либо уже достигла необходимого уровня, либо приближается к предельно допустимой температуре нагрева, определяемой термоустойчивостью зерна. К тому же в результате использования приема отлежки на поверхности нагретой смеси зерна концентрируется влага, которая при подводе агента сушки испаряется настолько интенсивно, что это при­водит к понижению температуры зерна.

В процессе обезвоживания поверхности в определенный момент времени температура зерна вновь начинает повышаться. К концу периода сушки температура зерна может достичь предель­но допустимого.

Классификация и сущность технологических приемов, используемых для обезвоживания зерна

В настоящее время в зерносушилках различных типов (шахтных прямоточных, рециркуляционных, камерных и бункерных как отече­ственного, так и зарубежного производства) применяют разнообраз­ные технологические приемы обезвоживания, используемые в различ­ной последовательности и в разнообразных сочетаниях.

Основные приемы, используемые для обезвоживания зерна: сме­шивание зерна различной влажности и температуры; кратковре­менный (быстрый) нагрев сырого (с целью его предварительного подогрева) либо смеси сырого с рециркулируемым зерном; отлежка многокомпонентной (по влажности и температуре) смеси зерна либо однородного (по влажности и температуре) зерна; подвод к зерну аген­та сушки: подвод воздуха (атмосферного либо отработанного) с целью промежуточного охлаждения рециркулируемого зерна; подвод к зерну атмосферного воздуха для окончательного охлаждения просушенно­го зерна.

Рассмотрим последовательно сущность и значение перечисленных приемов для правильной организации процесса сушки зерна.

Смешивание зерна различной влажности и температуры

Этот прием положен в основу всех рециркуляционных способов сушки. Он осу­ществляется путем возврата (рециркуляции) в рабочие зоны сушилок части просушенного зерна и смешивания его с зерном, вновь подавае­мым на сушку.

Основная цель данного приема — снижение влажности и повыше­ние температуры зерна, поступающего в рабочие зоны сушилок. Кро­ме того, при этом улучшается сыпучесть зерна. Коэффициент циркуляции в значительной степени зависит от съе­ма влаги за один цикл, а последняя, при прочих равных условиях, свя­зана с энергетическими затратами на испарение влаги.

Для правильного ведения процесса сушки необходимо знать опти­мальную величину коэффициента циркуляции N. К примеру, увеличе­ние значения N по сравнению с необходимым в результате уменьше­ния подачи сырого зерна может привести к перегреву смеси зерна и недостаточно эффективному использованию последующих прие­мов, что в итоге приведет к снижению качества зерна, производитель­ности и эффективности использования зерносушилки.

Рекомендации по выбору значений коэффициента циркуляции в виде номограммы и таблиц (причем для различных значений темпе­ратуры нагрева зерна) разработаны лишь для сушилок типа «Целинная».

Кратковременный нагрев сырого зерна либо смеси сырого с рецир­кулируемым зерном

Основная цель этого приема — быстрый нагрев зерна до предельно допустимой температуры (зависит от влажности и качества зерна) и одновременное удаление некоторого количества влаги.

В результате нагрева интенсифицируется процесс диффузии влаги из внутренних слоев отдельных зерновок к их поверхности.

В связи с небольшой продолжительностью этого приема (с учетом принятых режимов сушки) практически исключается возможность пе­регрева зерна. Кроме того, в случае кратковременного нагрева смеси ее более термочувствительный компонент при прохождении через зо­ну нагрева может нагреться незначительно. Основной процесс нагрева до предельно допустимого значения температуры протекает при по­следующей отлежке за счет теплоты более нагретого и более сухого ре­циркулируемого зерна.

При сушке предварительно нагретого сырого зерна затраты тепло­ты на сушку снижаются на 15...20 % по сравнению с сушкой без пред­варительного подогрева.

Отлежка многокомпонентной по влажности и температуре смеси зер­на

Этот прием положен в основу всех рециркуляционных способов сушки. Основное его назначение — частичное перераспределение вла­ги между сырыми и сухими компонентами смеси зерна и одновремен­ное выравнивание (за 1...2 мин) их температуры Эффективность межзернового влагообмена зависит от длительнос­ти отлежки и увеличивается (причем до определенного значения) с по­вышением температуры смеси и коэффициента циркуляции.

Для всех известных способов рециркуляционной сушки с одним контуром рециркуляции наиболее эффективная продолжительность отлежки многокомпонентной смеси зерна пшеницы, ячменя, проса, риса, гречихи составляет 10... 15 мин, гороха — до 90 мин.

В практике зерносушения находит применение прием отлежки (в процессе сушки) однородного по влажности и температуре зерна. В отечественной практике такой прием используется, например, для суш­ки высоковлажного зерна в условиях последовательного пропуска его че­рез параллельно расположенные шахты одной и той же зерносушилки либо через шахты двух последовательно расположенных зерносушилок.

За рубежом этот прием широко используется для раздельной сушки зерна, когда основная масса влаги удаляется из зерна в зерносушилках при подводе агента сушки, а досушивание (после отлежки) осуществ­ляется на установках активного вентилирования при подводе атмос­ферного либо искусственно охлажденного или обезвоженного воздуха. В первом случае продолжительность отлежки однородного по влаж­ности и температуре зерна ограничивается вместимостью надсушильных бункеров и не превышает 10...15 мин, во втором случае продолжи­тельность отлежки может достигать 6...8 ч.

В процессе такой отлежки (однородного по влажности и темпера­туре зерна) влага из внутренних слоев отдельных зерновок диффунди­рует к их поверхности, которая к этому моменту обезвожена в зерно­сушилках, т. е. зерно как бы отпотевает. В результате последующие приемы обезвоживания такого зерна существенно интенсифицируют­ся, что способствует значительному снижению затрат тепловой энер­гии на сушку.

Подвод воздуха с целью промежуточного охлаждения рециркулируемого зерна

Этот прием нашел применение в так называемых газовых рециркуляционных зерносушилках типа «Целинная» и пред­назначается для испарения влаги с поверхности нагретого (в падающем слое) и прошедшего отлежку зерна в условиях, полностью исклю­чающих возможность ухудшения его качества. Причем испарение влаги идет в основном за счет внутренней тепловой энергии самого зерна, т.е. процесс парообразования происходит за счет теплоты са­мого зерна.

В связи с этим интенсивность испарения влаги с поверхности рециркулируемого зерна убывает по мере его охлаждения. Учитывая, что рециркулируемое зерно после этого смешивается с сырым холодным зерном, очень важно не переохладить рециркулируемое зерно, так как его затем необходимо будет вновь нагреть и затратить при этом допол­нительное количество топлива.

Интенсивность обезвоживания при этом приеме существенно воз­растает, если использовать последовательную схему подвода воздуха (сна­чала воздух используют для окончательного охлаждения, а затем для про­межуточного), поскольку воздух, прошедший камеру окончательного охлаждения, повышает свою температуру и влагопоглотительную спо­собность.

Подвод воздуха с целью окончательного охлаждения просушенного зерна

Этот прием используется для приведения зерна в равновесное состояние не только по влажности, но и по температуре, а также для доведения зерна до стойкого в хранении состояния без ухудшения качества. Одновременно с охлаждением зерно дополнительно обез­воживается. Причем этот процесс интенсифицируется с повышени­ем температуры подаваемого на охлаждение зерна и с увеличением длительности его отлежки (перед охлаждением). Важность приема состоит в том, что при окончательном охлаждении удаляется наибо­лее прочно связанная с материалом зерна часть влаги, испаряемая из зерна в процессе сушки.

Анализ структуры затрат и потерь теплоты на сушку зерна

Для проведения мероприятий, направлены на сокращение затрат топлива (и, естественно, теплоты) на сушку зерна, необходимо иметь информацию о размерах отдельных статей теплового баланса зерносушилки.

Результаты теплового расчета “базовой” зерносушилки ДСП-24сн, сведенные в таблице, свидетельствуют о следующем.

Удельная доля затрат и потерь теплоты (%) на сушку в зерносушилке типа ДСП-24сн

Доля полезно использованной теплоты, т.е. пошедшей на испаре­ние влаги, составляет 53,2 %. Весьма существенную долю составляют потери на нагрев зерна и с отработавшим агентом сушки, соответ­ственно 15 и 23,9 % от общей суммы затрат теплоты на сушку, 32,0 и 51,1 % от непроизводительных потерь. Если эти потери просчитать в стоимостном отношении с учетом стоимости топлива, то очевидна целесообразность проведения мероприятий, позволяющих снизить размеры этих статей затрат, которые в значительной степени зависят от совершенства используемой технологии сушки и конструкции зер­носушилки.

Потери теплоты в окружающую среду, составляющие 6,9 % от об­щей суммы затрат и 14,7 % от непроизводительных потерь, а также не очень большие потери от механического и химического недожога так­же заслуживают внимания.

Основные пути интенсификации процесса сушки зерна.

Теория и практика сушки свидетельствуют о том, что любая модер­низация сушилки, способствующая повышению ее производительнос­ти, в том числе и интенсификация процесса сушки, в той или иной ме­ре способствует снижению затрат топлива на сушку.

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 приемов, используемых для обезво­живания зерна в эксплуатируемых и проектируемых зерносушилках.

В области внутреннего влагопереноса интенсифицировать процесс можно путем повышения температуры зерна и исключения тормозя­щего действия термовлагопроводности (на основе использования прогрессивных технологий сушки).

В области внешнего влагообмена интенсифицировать процесс можно путем повышения температуры и скорости агента сушки, а так­же увеличения активной поверхности зерен, участвующей в процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки.