автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование поточной технологии адсорбционно-контактной сушки высоковлажных семян

кандидата технических наук
Боноев, Петр Александрович
город
Новосибирск
год
1990
специальность ВАК РФ
05.20.01
Автореферат по процессам и машинам агроинженерных систем на тему «Обоснование поточной технологии адсорбционно-контактной сушки высоковлажных семян»

Автореферат диссертации по теме "Обоснование поточной технологии адсорбционно-контактной сушки высоковлажных семян"

ЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСК0Х03Ш1СТВЕННЫХ НАУК ИМЕНИ В.И. ЛЕНИНА

Сибирское отделение

Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (СибИМЭ)

На правах рукописи

БОНОЕВ ПЕТР АЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 631.17:631.553.2

ОБОСНОВАНИЕ ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ АДСОРБЩОННО - КОНТАКТНОЙ СУШКИ ВЫСОКОВЛАЕШХ СШЯН

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск,1990

Работа выполнена в Сибирском научно-исследовательском инстм туте механизации и электрификации сельского хозяйства

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

• доктор технических наук, профессор, академик ВАСХШШ ГВ.А. КУБУШЩ

доктор технических наук

A.Г. ГР0.М03

кандидат технических наук

B.К. МАКСШЧУК

Специализированное конструкторск бюро по сушилкам завода "Брянск-сельмаш"

Запщта диссертации состоится " 3 " ¿ИсргхЛ^ 1990 г. на заседании специализированного совета Д.020.03.01 при Сибирском научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (СибЕ.1Э) по адресу: 633128, Новосибирская область, пос. Краснообск, СибКЛЭ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес специализированного совета СибИМЭ.

С диссертацией глошо ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " / " 1990 г.

Ученый секретарь __

специализированного совета Ог^1 А.К.ТУРОВ'

.; $ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■Я- »

хеАздпгдлъностъ работы. Продовольственно!! программой СССР и зновными'направлениями экономического и социального развития ЗР на 1986...1990 годы и на период до 2000 года" предусмотре-довести среднегодовой валовый сбор зерна до 250 млн.тонн.

Решение задач по увеличению производства зерна во многом висит от развития материально-технической базы послеуборочной работки и хранения урокая, совершенствования технологии и тех-ческих средств обработки свенеубранного зернового вороха. При эгл основная доля затрат и качество зерна в увлажненных зонах эаны зависит от эффективности применяемых способов сушки и су-шшх установок. Однако современные зерносушилки на конвектив-л подводе теплоносителя малоэффективны и не позволяют за один эпуск довести высоковлажное зерно по влажности до стойкого зтояния для хранения. Поэтому часто приходится осуществлять ух-трех и более кратную сушку, которая усложняет .организации' иема и нарушает поточность обработки зернового вороха.

В связи с этим, для зоны Сибири, становятся особо актуаль-ли задачи по интенсификации процесса сушки зерновой массы, снизив удельных затрат (энергетических и материальных) и созданию сокопроизводительных сушилок, способных обрабатывать высоковлак-з зерно, особенно семенное, без ухудшения его качества на основе инцилиально нового способа, устраняющего основные недостатки чествующих. Одним из таких направлений является адсорбцнонно-нтактный способ сушки зерна (АКС), основанный на капиллярном диффузионном переносе влаги из высушиваемого материала в порис-з пространство мелкооферического адсорбента-осушителя при их посредственном механическом контакте. Анализ данного способа лки показал, что он является более интенсивным и позволит прости быструю сушку высоковлажных семян до остаточной вяашостл один пропуск при минимальном нагреве материала.

Однако данный способ не получил широкого применения ввиду зутствия исследований по обоснованию его рациональных режимов параметров, выбору и разработке специальных технических средств.

Цель работы. Обосновать и разработать поточную технологию сорбционно-контактной сушки высоковлажных семян, позволяющую изить уделыше энергетичесшю и материальные затраты на про-сс и повысить качество семян с учетом конкретных природно-кли-тических условий.

Объект исследования - процесс противоточной адсорбционно- • контактной сушки высоковлашых семян. Для изучения закономерностей сушки в режиме противотока использовали свежеубранное зерно влажностью -от 19,3 до 32,2$, а в качестве адсорбента - мелкосферический алюмосиликат, окись алшпния и органический материал (измельченные семена сорных растений) размером частиц 0,4...1,2 :

Методика исследования. Для исследования процессов тепло- и массообмена, изучения закономерностей противоточного движения контактирующих слоев и обоснования рациональных режимов сушки бшги использованы специально разработанные установки.

Для повышения степени достоверности экспериментальные иссле дования проведены с использованием современных средств контроля и регистрации параметров. Опыты проводились согласно разработанных методик, обработка результатов эксперимента осуществлялась известными методами математической статистики.

Научная новизна работы. Впервые обоснована возможность интенсификации цроцесса сушки зерна использованием метода контактного обезвоживания в ревше противотока. Установлены основные закономерности сушки высоковлажного зерна в противоточной адсорб-ционно-контактной сушилке.

Практическая значимость работы. Проведенными исследованиями разработана поточная технология адсорбционно-контактной сушки зерна, для ее реализации предложены новые конструкции сушильных установок. Оригинальность их технических решений защищена тремя авторскими свидетельствами на изобретения. Обоснованы методики расчета основных параметров противоточного тепломассообмешшка л процесса тепло- и массообмена цри адсорбционно-контактной сушк( зерна. Результаты экспериментальных исследований и хозяйственной проверки доказывают практическую полезность и экономическую эффез тпвность их применения.

Реализация результатов исследований. Проведены межведомственные испытания адсорбционно-контактной сушилки. Техническая документация и методика расчета основных параметров сушильных установок такого типа переданы в ГСКБ по сушилкам завода "Брянск-сельмаш".

Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях ВСТЫ (г.Улан-Удэ - 1980, 1981, 1983, 1984, 1983-89 г.г.), Бурятского СХИ (г. Улан-Удэ,-1982 г.), Республиканской тучно-технической конференции молодых

геных (г. Киев, ЛЗИИМЭСХ - 1982 г.), рабочем совещании "Катали-гаеские генераторы тепла и технологические процессы на их основ Институте катализа СО АН СССР (г. Новосибирск - 1985 г.) на заседаниях отдела индустриальных технологий обработки зерна [6ШЭ (г. Новосибирск - 1981-82, 1987-88 г.г.).

Публикация. По результатам исследований опубликовано 9 пенных работ, в том числе три авторских свидетельства на изобре-лгая.

Объем работы. Диссертация изложена на 187 страницах машино-юного текста, включает 23 рисунка и 12 таблиц, состоит из вве-зния, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы 145 наименований) и приложений.

Работа выполнена в соответствии с заданием ГКНТ СССР й 226 г 09.04.80 года по теме "Разработать и освоить промышленную зхнологию адсорбционно-контактной сушки зерна и других сельско-эзяйственных культур с регенерацией адсорбентов в КГТ" и Целе-зй комплексной программой 0Ц.014.09.Н2 "Разработать и испытать штные установки адсорбционно-контактной сушки семенного зерна • осокой влажности и кормовых трав".

В первой главе изложена история развития и.современное эстояние технологии сушки, выполнен анализ путей и условий ин-знсификации поточной обработки зерна в хозяйствах Сибщш. Проб-эме сохрашюсти свенеубранного зерна, его своевременной обработ-з посвящено большое количество работ советских и зарубежных уче-ых. Основной операцией обеспечивающей сохранность зерна остается ушка.

Разработке основных положений современной теории сушки влак-ых материалов посвящены работы А.В.Лыкова, А.С.Гинзбурга, С.Д. тицина, Н.И.Соседова, Д.Б.Хатчинсона, С.Келлермана, О.Ф.Тейме-а, О.Кршера и др.

К совершенствованию техники и технологии сушки относятся сследования И.Л.Любошица, В.И.Репера, В.И.Анпскина, Г.С.Окуня, .Г.Чикпкова, В.А.Резчикова, В.С.Уколова, В.И.Еидко, В.И.Аната-евича, В.И.Алейникова и др.

Над вопросами теории и расчета предприятий для послеубороч-ой обработки семенного зерна работали П.П.Колыиев, В.А.Кубышев, .П.Кропп, Ф.Н.Эрк, М.В.Киреев, Ю.К.Ковальчук, И.В.Захарченко, .Г.Громов и многие другие.

Работы В.А.Кубышева, Г.В.Корнева,. В.Г.Горохова, А.А.Панова, П.Н.Федосеева, А.К.Решетникова, Г.Р.Озонова и других посвящены анализу зональных условий, определению показателей исходного материала и выявлению закономерностей их влияния на эффективность обработки семенного зерна.

Как показал анализ этих работ, во всем мире из многих известных, в том числе и разработанных до промышленного освоения способов сушки зерновых материалов,широко используется лишь, конвективный. Реализация этого способа осуществлена в многочисленных конструкциях сушилок, которые по своему устройству и прдаци пу технологического процесса подразделяются на шахтные, барабанные, ленточные, напольные, ромбические, треугольные, бункерные, кипящего слоя и другие. За более чем двухвековую историю своего развития цроцесс сушки зерна в воздушной и других газовых средах усовершенствован до такой степени, что потенциальные возможности по существенному повышению его эффективности представляются на данном этапе практически исчерпанными.

В связи с этим большой интерес представляет удаление влаги без превращения ее в парообразное состояние, которое мокет производиться сорбдионнш способом, заключающемся в переносе влаги с влажных материалов к адсорбенту - осушителю при их контакте. Таю способ сушки называется адсорбционно-контактным (АКС). При этом, в основном, происходит капиллярный и диффузионный влагоперенос.

Возможно использовать в качестве адсорбентов, вещества, вст; пающие в химическую реакцию с водой. Исследованием такого процес< занимались Ц.А.Филимонов, М.С.Дунин, Ы.С.Рагулин, Е.И.Шатова, В.Н.Галич, Ф.И.Шемякин, А.:.1иллер, Ф.Ноббе, О.Теймер, Н.С.Торман и друтие. Способ имел свои преимущества по сравнению с конвективным, однако не нашел широкого применения в практике послеуборочной обработки зерна из-за длительности процесса сушки, больших трудозатрат при перемешивании смеси, быстрого разрушения гранул различных по химическому составу (смесь глины с хлористым кальцием и др.), существенных энергозатрат на его обкиг и невозмок-ности сушки зерна продовольственного назначения.

Ы.Л.Любопшц и ряд других исследователей изучали процессы тег ло- и влагообмена при контактировании зерен с различной влакност.1 и установили возмокность интенсификации процесса конвективной суп ки путем частичной рециркуляции высушиваемого материала. Такой способ сушки повышает эффективность тепло- и влагообмена за счет разности температуры и влажности смешиваемых зерновок. Он в оснох

>м используется при сушке зерна продовольственного назначения не отвечает требованиям, предъявляемым к суике семенного зерна, ¡иду ряда недостатков, заключающихся в неравномерности сушки дельных зерен, в многократной-рециркуляции части зерновой смеси >анспортирующими органами, приводящей к повышенному травмировано материала.

Анализ показал, что адсорбцпонно-контактная сушка основанная i капиллярном и диффузионном переносе влаги из высушиваемого ма-фиала в пористое пространство мелкодисперсного адсорбента - осу-гаеля при их непосредственном механическом контакте монет быть mee интенсивной, чем конвективная, так как влагоемкость единицы Зъема адсорбента на 3...4 порядка выше предельной влагоемкости )го же объема воздуха, а скорость переноса жидкости на 5...6 по-здков превышает скорость испарения воды при допустшых температу-ix нагрева семенного зерна.

Возможным вариантом технологического процесса значительно ус-эрянцим процесс влагопереиоса при сохранении качественных показа-злей семенного зерна является такой, который обеспечивает соче-шие равномерного съема влаги из высушиваемого материала с посте-зшшм повышением его температуры. Этого можно добиться при про-щоточном движении контактирующих зерна и адсорбента, тем более, го последний повышает свою влагоемкость при снижении температуры.

На основе проведенного анализа состояния вопроса сформулиро-гна цель работы, заключающаяся в обосновании поточной технологии цсорбционно-контактной сушки высоковлажных семян в режиме проти-этока, для достижения которой были поставлены задачи:

- обосновать метод адсорбционно-контактной сушки, обеспечи-ающий сохранность качества семенного зерна, снижение удельных атрат тепла и других ресурсов;

- разработать методику расчета основных параметров процесса jmio- и массообмена при адсорбционно-контактной сушке семенного эрна;

- определить рациональные режимы адсорбционно-контактной yuncí семенного зерна в режиме противотока и разработать рекомен-ации для проектирования сушилок промышленного типа.

Во второй главе изложены результаты теоретических исследова-ий по обоснованию поточной технологии и основных параметров роцесса адсорбционно-контактной сушки высоковлажных семян в екше противотока.

С учетом перспективных методов обработки влажного семенного-зерна и возможностей интенсификации процесса АКС использованием режима противотока, обоснована и разработана принципиальная схема, обеспечивающая поточность технологического процесса(рис.1).

\---

ь—г

1

I

Рис.1. Принципиальная схема технологического процесса поточной обработки семенного зерна с использованием АКС в режиме противотока; (-) - движение зерна; ( -.— ) - движение адсорбента.

5

В ней предусматриваются операции: приема I, предварительной очистки 2, временного хранения в реетме активного вентилирования 3, сушки при цротпвоточном смешивании зерна с мелкодисперсным адсорбен том 4, регенерации адсорбента 5, охлаждения зерна с отделением по остаточного количества адсорбента 6.

Прием, предварительная'очистка и временное хранение могут осуществляться в соответствии с типовыми технологическими проектами. Принимается, что к ним не предъявляются новые требования, обусловленные применением способа АКС в технологии послеуборочной обработки семенного зерна.

Для определения основных параметров процесса адсорбционно-контактной сушки семенного зерна было проведено аналитическое исследование тепло- и влагопереноса при противоточном смешивании влажного зерна с адсорбентом. Трудности расчета тепло- и массо-обмена при АКС обусловлены тем, что данные процессы цроисходят одновременно при сложном взаимодействии большого числа факторов. Методы определения параметров АКС зерна в противотоке с мелкодисперсным адсорбентом нами в литературе не обнаружены.

Общее уравнение внутреннего влагопереноса при наличии градиентов влакности, температуры и давления, имеет•следующий вид:

- - а„ •/> и - а„-рс -5-дгаа1в - Л^ргаар , (I)

пде qm - вектор, скалярная величина которого представляет шотностъ потока массы (влаги), т.е. элементарное количество злати , переносимое в единицу времени через единицу пло-

цади поверхности одинакового потенциала, кг/м2-ч; ат - коэффициент диффузии влаги (коэффициент потенциалопроводности мас-;опереноса), м^/с; j>e - масса абсолютного сухого материала з единице объема сухого материала (удельная плотность сухого материала зерна), кг/м3; grad U - градиент влаго содержания, sr влаги/кг сухого вещества-м; ¿Г - термоградиентный коэффициент, %/град или кг/кг^град; grad 8 - градиент температуры, град/м; Лр - коэффициент молярного переноса пара, м/ч.

Исследованиями установлено, что при АКС зерна в противотоке начальные стадии, занимающие во времени основную часть процесса, проходят в условиях низкого температурного градиента. Учитывая, что для зерна термоградиентный коэффициент ( J ) величина незначительная (0,05 %/град), вторым членом уравнения (I) применительно к АКС в противотоке на первых стадиях процесса можно пренебречь. Третий член данного уравнения также не имеет роли ввиду незначительности при АКС градиента давления.

С учетом принятых допущений внутренний влагореренос, происходящий в основное время процесса АКС в противотоке осуществляется в основном под действием градиента влажности:.

^ = - ат-рс- gradU.. (2)

Скорость сушки зависит от величины внутреннего потока влаги:

__ тс.б.

где Nc - скорость сушки (обезвоживания зерна), кг/кг-с;

S - поверхность зерна, м2; mcg - масса сухого вещества зерна, кг.

Принимая допущение, что сушка зерна адсорбционно-контактным способом в противотоке в основное время протекает в периоде постоянной скорости ( JN/ = const ) и с учетом формул, определяющих площадь поверхности зерна, выведем уравнение для расчета ее скорости:

с

(4)

где - эквивалентный радиус зерна (для зерновых культур

~ 0>002 м); ио - среднее начальное влагосодеркание зерна,' кг/кг.

Анализ формулы (4) показывает, что скорость сушки зерна за- . висит от значения коэффициента диффузии влаги ат и градиент; влагосодеркания на поверхности зерна, так как остальные величины имеют постоянные значения.

Принимая допущение, что влажность элементарного поверхностного слоя зерна при АКС постоянна, определена зависимость градиента от средней влакности зерна, изменяющейся в процессе сушки:

„, - жа ■ п

/ргаа и/= ит- + , (5)

где Ивг - влагосодеркание в центре зерна в момент времени Г , кг/кг; п - переменная величина, зависящая от 1 , причем Л >2 ; К1т - массообменшШ критерий Кирпичева, являющийся показателем отношения интенсивности внешнего влагообмена и внутреннего переноса влаги, обусловленного величиной ат .

Закономерности изменения градиента влагосодеркания на поверхности зерна в процессе конвективной сушки (по литературным данным и АКС зерна в решмах прямотока и цротивотока, рассчитанные по полученным зависимостям, приведены на рис.2. Известно, что величина его в начале конвективной сушки, имеющая максимальное значение, начинает затем резко уменьшаться. Это явление объясняется увеличением коэффициента диффузии влаги, обусловленного повышением температуры зерна и происходит, буквально, за первые минуты процесса и весь дальнейший внутренний влагоперенос осуществляется при малых значениях 1радиента влакности.

Основной причиной низкого градиента влажности при конвективной сушке и, в какой-то мере, цри АКС в прямотоке является незначительная скорость съема влаги с поверхности зерна. Тем не менее из рисунка 2 можно заключить, что даке прямоточный процесс АКС более предпочтительнее, чем конвективный. При АКС зерна в противо-точном режиме снижение градиента влажности не будет обусловлено низкой скоростью передачи влаги адсорбенту, а только лишь уменьшением средней влакности зерна. Анализ 1фивых показывает, что при АКС семенного зерна в рекиме противотока, данная величина вше 2.5...3 раза, чем при конвективной. Таким образом, да;хе принимая, что коэффициент диффузии влаги будет одинаков в топ и другом слу-

I

I

а £

дх'п 300

250

200

150

ПО 50

Рис.2.

|| \ л .5

А- I1* ^2

1 ^

1 1

60 120 № 240 Т(сек)

Изменение градиента влагосодержания ( grad.ll

)

поверхности зерна в цроцессе конвективной сушки (I) и АКС режиме противоток (2) и прямотока (3).

з, можно сделать заклгачешге о возможности увеличения скорости лки адсорбционно-контактным методом, примерно, в 3 раза по оравши с конвективной.

Получена теоретическая зависимость для определения пропускной эсобности противоточного тепломассообменника в зависимости от зльной просеваемости решетной поверхности кассетной насадки, отношения массовых расходов и продолжительности нахондения энтактирования) в нем зерна и адсорбента:

а* =

ом-

3,92 ( Т3//( + Та)-Ча+б-5 Т-}-}-Та-п

(5)

з I. - длина барабана, м; 8 - высота одной кассеты, м; 7 - диаметр барабана, м; - удельная просеваемость адсор-

:та через сепарирующую поверхность, кг*м2/ч; ^ - коэффициент юлнения загрузочного устройства; / - объемная масса смеси I необходимом соотношении материалов "зерно+адсорбент", кг/м3; п - число оборотов барабана, об/ч; р - соотношение массо-с расходов зерна и адсорбента за едшшцу време!ш, ¿и = Оа /03 ; ,, Т" - время прохода зерна н адсорбента через барабан, ч.

Теоретические зависимости, позволяющие определить время тактирования материалов в завпсшости от конструктивных парафов противоточного тепломассообмешшгл и кинематического реш1-

ма барабана получены из анализа траекторий движения зерна и адсорбента по кассетной насадке:

тз= --, (7)

_^ (8)

2п [И(2 - ц л) - Зс3

где - угол наклона направляющих пластин зерна и адсорбент;

град;. с3, с" - шаг мевду направляющими пластинами зерна и адсо] бента, м; Н - ширина кассеты, м.

Проведенный анализ результатов исследований показывает, чт< повышение эффективности АКС семенного зерна в режиме противоток; можно добиться путем равномерного съема влаги с высушиваемого м; териала с повышением его температуры на заключительных стадиях. При этом высушиваемый материал нагревается до допустимой темпер; туры в конце процесса и находится в таком состоянии сравнительн< короткий промежуток времени.

В третьей главе приведены программа и методика экспериментальных исследовании, а такке математико-статистическлй инструм! обработки опытных данных. Программой предусматривалось:

- исследовать сравнительно процессы АКС семенного зерна б режимах прямотока и противотока;

- определить влияние различных режимных параметров на каче< венные показатели семенного зерна, высушенного адсорбционно-кон-тактным способом;

- провести испытания макетного образца адсорбционно-контак: ной сушилки.

Для проведения экспериментальных исследований процесса АКС семенного зерна в режиме противотока был спроектирован и изгото: лен лабораторный противоточный тепломассообменник барабанного типа (рис.3).

Технологический процесс обработки семенного зерна происходит следующим образом. Зерно из приемного бункера I поступает в ковшовый элеватор 2, которым при вращении барабана 6 подается на лоток 3 и к лопастям 4, на противоположном конце барабана ос; ществляется подача адсорбента через трубу 5.

Рис.3. Технологическая схема противоточного тепломассообмен-ка барабанного типа.

При вращении барабана материал лопастями 4 поднимается до которого угла и равномерно ссыпается на кассетную насадку 7 последовательно сложенных решетчатых 8 и сплошных 9 полотен с крепленными на них направляющими пластинами, соответственно, я зерна 10 и адсорбента II. Движение зерна и адсорбента в насад-осуществляется по разному, благодаря различию их линейных раз-ров. Отверстия решетного полотна 8 имеют в сечении размер мень-самого малого линейного размера зерновок высушиваемой культуры, этому, попадая' на наклонно расположенную поверхность полотна 8, рновой материал скатывается с нее на лопасти 4, при этом нап-вляющпми пластинами Ю продвигается вдоль барабана на некоторое сстояние в сторону от места подачи. Частицы адсорбента, размеры торых значительно меньше решетной поверхности 8, при поступле-и на нее просеиваются на сплошное полотно 9 и скатываются по цравляющим II с некоторым смещением в сторону противоположную движения зерна вдоль барабана. При достижении цротивополошых места загрузки концов барабана, материалы выводятся из сушилки: сорбент просеиванием через решетную насадку 12 и шлюзовый затвор в пневмотранспортер для возврата на регенерацию; зерно- по край-м нацравляющим кассет в кожух 14.

При экспериментальных исследованиях температуру зерна и ад-рбента измеряли термопарами подключенными к потенциометру

(12 точек), а так же ртутными термометрами. Влажность - по ГОСТ 12041-66 и электронным влагомером ВЗПК-1. Для этого отбирались пробы специальны:®! отборниками в теплоизолированные и герметично забываемые емкости. Качество семенного зерна оценивалось по всхожести и энергии црорастания, определяемыми в соответствии с ГОСТ 12038-66 И ГОСТ 10968-72.

Межведомственные испытания адсорбционно-контактной сушилки проводили в соответствии с ОСТ 70.10.1-74 "Сушильные установки сельскохозяйственного назначения. Программы и методы испытаны:!".

Данные, полученные цри экспериментальных исследованиях АКС семенного зерна, обрабатывались на ЭВМ "Элекгроника-60" с помощь программы аппроксимации по методу наименьших квадратов и регрессионного анализа.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований и их анализ.

С целью определения рациональных режимов поточной технологи адсорбционно-контактной сушки семенного зерна, необходимых доя разработки эффективных устройств и конструкций сушильных установ сделан анализ закономерностей кинетики процесса по кривым нагрев и сушки материала в зависимости от его исходной влажности, температуры адсорбента и массового соотношения "адсорбент:зерно".

В лабораторных опытах исходная влажность семенного зерна изменялась в пределах 7*ГЦ = 22,4...32,3$, температура адсорбент;

= 60...140°С и массовое соотношение = 0,33.. .2^0.

Анализ полученных данных (рис.4) показывает, что за весь период противоточного смешивания контактирующих материалов происходит почти равномерный вдагообмен по всей длине аппарата и только лишь на выходе из него он несколько повышается. Это объясняется тем, что влажное зерно при противоточном перемешивании с адсорбе! том в специальном аппарате постепенно повышает свою температуру I одновременной отдачей влаги адсорбенту и только на выходе контактирует с адсорбентом, нагретым до более высокой температуры.

Установлено, что для интенсивного влагопереноса и сохранены качественных показателей семенного зерна процесс суишн необходим! проводить при температуре адсорбента равном 80...120°С. При этом допустимая температура семенного зерна равняется 50...55°С. С п< видением температуры нагрева семян вше 55°С ухудшаются качество! ные показатели.

Анализ 1фпвых сушки и нагрева семенного зерна, полученных

при различных значениях его начальной влажности (рис.5), показы-

:с.4. Кривые нагрева

• —) и сушки (-)

рна цри: I - =60°С;

- ¿5 = 8о°с; з - г;

ЮО°С; 4 - Ц =120°С;

- = 140°С.

8„Г 50

40

30

20

Ю

5 го ¡5 го

Рис.5. Кривые нагрева

(---) и сушки (-)

зерна при: I - &/)* = 22,4$; 2 - ас/ = 26,5$; 3 - г// =30,2$; 4 - = 32,3$;

.ет, что процесс сушки в исследованных диапазонах цротекает со :оростью, близкой к постоянной. С повышением начальной влажности [тенсивность нагрева и конечная температура высушиваемого матера снижаются, а скорость сушки возрастает. С уменьшением на-ыьной влажности семенного зерна необходимое время для доведения ■о до кондиционной влажности в режиме противотока сыфащается 1ямо цропорционально.

Анализ кривых сушки и нагрева семенного зерна при различных юсовых соотношениях (рис.6) показывает, что с увеличением этого фаметра интенсивность адсорбционно-контактного влахообмена воз-ютает.

Результатами исследований установлено,что цри ^ = 2,0 темпе-1тура нагрева семенного зерна достигает 59°. При этом всхожесть энергия прорастания снижаются соответственно на 8 и 9$.

Результаты экспериментальных исследований подтверждают основ-ю выводы теоретического анализа адсорбционно-контактного влаго-¡мена между высушиваемыми и сорбирующими материалами. Определены щиональные режимы АКС высоковлажных семян в режиме противотока.

Рис.6. Кривые нагрева ( ---)

и сушки (-) зерна при:

I - м = 0,33; 2 - ju =о,5; 3 - м = 1,0; 4 - ju- = 2,0.

При межведомственных испытаниях экспериментальной установки производилась суша семенного зерна имеющие исходную вланность 21...24,' В ходе испытаний оценивались качест: высушенного материала и оценивались технико-экономические показатели 20 1,мин процесса. Пробы зерна, отобранные в период испытаний до и после сушки анализировались в Ленинградском научно-исследовательском институте игл. проф. Н.Н.Петрова на предмет содержания канцерогенных веществ и областной государственной семенной инспекции - па посевные качества. Анализы показали, что в направленных пробах не обнаружено канцерогенных веществ и не ухудшились показатели посевных качеств.

Во время испытаний адсорбционно-контактной сушилки было установлено, что в сравнении с традиционной (конвективной) технологией сушки семян достигается снижение: затрат топлива на 25...3052 затрат электроэнергии на 65...7052 и металлоемкости в 1,7 раза.

3 пятой главе приведен расчет экономической эффективности способа противоточной адсорбционно-контактной сушки и обоснования агротехнических требований на сушилку высоковлажных семян. Исходными данными для расчета служили результаты исследований лабораторной и макетной образцов сушильных установок. Расчеты показали, что экономический эффект на одну установку составляет 6625 рублей в сезон. Высокая экономическая эффективность адсорбционно-контактной сушилки достигается за счет уменьшения энергетических и материальных затрат на единицу обрабатываемого материала.

В результате проведенных исследований установлены закономерности сушки высоковлажных семян на адсорбционно-контактной сушилке в реглсло противотока и на основе этого разработаны основные требования г. шил, определены их основные конструктивные параметры.

Такие супники могут быть использованы в зонах страны с высокой гажностыо убираемого урожая (зерновых колосовых, бобовых, крупяных, >дсолнечника, трав и кроме мелкосеменных культур) и применимы в >ставе поточных семяочистительно-сушильных линий на сушке, влан->го семенного материала предварительно очищенного на воздушно-ре-гтной машине.

ОЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В нашей стране, где количество свенеубранного урожая с гажностью выше кондиционной составляет более 50% (в Сибири до )...50%) важное значение для интенсификации уборочно-заготови-мгьного процесса и уменьшения этигл потерь продукции в поле, Зеспечения сохранности и высокого качества убранного зерна, осо-энно семенного, имеет использование высокопроизводительных суши-ж, требующих сравнительно низких удельных капитальных затрат, юходов топлива и электроэнергии, но обеспечивающих качественную лпку.

2. Анализ состояния вопроса показал, что конвективный способ дпки, который широко используется в настоящее время при обработке :рна, ввиду объективно обусловленных недостатков, вызванных низ-)й влаго- и теплоемкостью воздуха, при допустимых' температурах

?о нагрева, при сушке зерна, имеет ограниченные возможности для шьнейшего повышения скорости сушки и снижения энергозатрат.

3. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены эзможности интенсификации процесса адсорбционно-контактного Зезвоживания влажных семян нагретым адсорбентом при использовании г жима противотока. Данный метод, при применении соответствующего хсорбента, позволяет существенно повысить коэффициент полезного ^пользования тепла, так как испарение влаги с термолабильного 1териала (семенного зерна) заменяется испарением его из термо-габильного адсорбента, который осуществляется при значительно шее высоких температурах и, соответственно, с большей скоростью, шчем влагоемкость единицы объема адсорбента на 3...4 порядка

дне предельной влагоемкости того же объема воздуха, а скорость зреноса влаги на 5 порядков превышает скорость испарения воды ж допустимых температурах нагрева семенного зерна.

Расчет теплового баланса показал, что при АКС затраты на зпарение I кг влаги могут снизиться на 35...40$ по сравнению задиционными способами конвективной сушки.

4. Предложены новые конструкции противоточных т;ешюмассооб-менников (а.с. СССР й 898254, JÍ I00279I, JC> I07040I). Проведены исследования и обоснованы зависимости для расчета рациональных конструктивных и кинематических параметров теиломассообмешшка

с неподвижной насадкой.

5. Экспериментально установлены закономерности процесса АКС высоковлажных семян в реяиме противотока и обоснованы рациональны! режимы проведения цроцесса. Для снижения влажности семян с 30,2.., 35,0$ до 15,3...16,0$ цродолкительность сушки составляет 17...22 мин цри нагреве их до температуры 35...48°С при массовом соотношении "адсорбент:зерно" - 0,5...1,0 и температуре адсорбента -80...100°С.

6. Производственной цроверкой. и межведомственными исследованиями, созданной на основе проведенных исследований, адсорбцион-но-контактной сушилки установлено, что по сравнению с традиционной (конвективной) технологией сушки влажных семян достигается снижение затрат топлива на 25...30$, электроэнергии - 65...70$

и снижение удельной металлоемкости в 1,7 раза.

Отсутствие контакта зерна с цродуктами сгорания топлива предотвращает загрязнение его токсичными веществами.

7. Предложения для' практической реализации процесса на ochobí разработанных аппаратов переданы в СКБ по сушилкам завода "Брянск-сельмаш" для проектирования и изготовления опытной установки.

8. Расчетный годовой экономический эффект от использования одной адсорбционно-контактной сушилки в сезон составляет 6625,0 рз лей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Исследование адсорбционно-контактного метода сушки зерна i .обоснование противоточного т е плома с с о обменника //Tea.докл. Республ науч.-техн.конф. молодых ученых, УШШЭСХ. - Киев, 1982. - С. 40-¿ (Соавтор Киевский В.И.).

2. Разработка технолог™ и аппаратуры для адсорбционно-контактной сушки семян зерновых кудьтур //Технологические процессы на основе каталитических генераторов тепла: Сб.науч.тр./ АН СССР. Сиб. отд-ние. Институт Катализа. - Новосибирск, 1985. - С. I47-I5Í (Соавторы Озонов Г.Р., Киевский З.И.).

3. Сушка семенного зерна адсорбционю-контактным методом // з.докл. 26 науч.конф.: Сборник. - Улан-Удэ: Бурят.кн.изд-во, 37. - С. 32- (соавтор Озонов Г.Р.).

4. Разработка противоточной технологии адсорбционно-кон-шгой сушки семенного зерна //Тез.докл. 27 науч.конф.: Сборник.-ш-Удэ: Бурят.кн.изд-во, 1988. - С. 41 (Соавтор Озонов Г.Р.).

5. Разработать и освоить промышленную технологию адсорбцион--контактной сушки зерна и других сельскохозяйственных культур ^генерацией адсорбентов в каталитическом генераторе тепла:

ют о НИР (Заключит.) /СибИМЭ; Руководитель В.А.Кубышев, -U ГКНТ СССР i^226 от 09.04.80; Ü ГР 01.80.0068049, Ин.в JS 0284. 50718. - Новосибирск, 1983. - 91 с. (Соавторы Озонов Г.Р. и др.).

6. Разработать и испытать опытные установки адсорбционно-[тактной сушки семенного зерна высокой влажности и кормовых

ib: Отчет о НИР (Заключит.) /СибИМЭ; Руководитель Климок А.И. -014.09.Н2(С); й ГР 01.83.0065939; Инв. J6 0286.0025021. - Ново-¡ирск, 1985. - 83 с.' (Соавторы Озонов Г.Р. л др.).

7. A.c. 898254 (СССР). Противоточный тепломассообыекный арат. Соавторы В.А.Кубышев, Г.Р.Озонов, В.И.Киевский и др. -бл. в БИ., 1982, № 12.

87 A.c. I002791 (СССР). Противоточный телломассообменный арат. Соавторы. В.А.Кубышев, Г.Р.Озонов, В.И.Киевский и др. -бл. в Б.И., 1983, J5 9.

9. A.c. I07040I (СССР). Неподвижная насадка вращающегося абана. Соавторы В.А.Кубышев, Г.Р.Озонов, В.И.Киевский и др. -бл. в Б.И., 1984, J5 4.

.писано к печати 27.02.90 г. Ш 10342 Форлат 60 х 84/16

1'0, Тираж 100 экз. Заказ Jí ТОТ-_

Рецакционно-полиграфическое объединение СО ВАСЖГЛ, ротапринт. 633128 Новосибирская область