автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии и техники рециркуляционной сушки зерна и маслосемян

/ к/ -

' .г:

^ - • ; 6 С/ - _

к / ^

V V

Ки'захекии научЯо-исследонательскли институт зернл и продуктов его переработки

Самарская государственная

ЖУРАВЛЁВ"

На правах рутписи

-•--•— наук | ' России I

Александр Павлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ РЕЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СУШКИ ЗЕРНА И МАСЛОСЕМЯН

Специальность: 05.20.01 -Механизация сельскохозяйственного производства

ДИССЕРТАЦИЯ

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

///

Казахский научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработки

Самарская государственная сельскохозяйственная академия

На правах рукописи

ЖУРАВЛЕВ Александр Павлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ РЕЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СУШКИ ЗЕРНА И МАСЛОСЕМЯН

Специальность: 05.20.01 -Механизация сельскохозяйственного производства

ДИССЕРТАЦИЯ

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Официальные оппоненты:

росштскАй ГОСУДАРСТВЕННА* библиотека "

.. 'У О ") .?0. - г* о

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор М.М. КОНСТАНТИНОВ, доктор технических наук, профессор В .А. МИЛЮТКИН, доктор технических наук, профессор А.А. КУРОЧКИН

Поволжская Государственная зональная машиноиспытательная станция

Защита диссертации состоится " 2 Ь " <>р&- 199 у г

в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.120.95.01. при Оренбургском ордена Трудового Красного Знамени Государственном аграрном университете по адресу: 460795, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, ОГАУ, диссертационный совет.

С

библ суда];

д

"Ж

Учеш дассе; д. т.н

|

I I I I

I

II

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Увеличение производства зерна на всех этапах развития нашего государства было главной задачей. Начиная с 195556 годов производство зерна в бывшем СССР возросло более чем в два раза.

В этой связи остро встал вопрос о своевременной сушке убранного урожая, так как только сушка могла спасти зерно от порчи.

Технический уровень зерносушилок того периода и их производительность не могли решить проблему сушки большого количества сырого и влажного зерна. Зерносушилки 50-х годов были малопроизводительны - 2, 8, 16, 20, 24 и максимум 32 пл.т/ч. За один цикл сушки они могли снять не более 6% влаги.

Начиная с 60-х годов в стране началось техническое перевооружение зерносушилок на основе созданной в Казахском филиале ВНИИЗ принципиально новой по своей технологии рециркуляционной зерносушилки типа "Целинная" (авторы Г.С.Зелинский, Л.Д.Комьшшик, А.Е.Юкиш). Новая технология сушки была реализована как путем создания новых зерносушилок, так и путем реконструкции старых шахтных зерносушилок.

Рециркуляционные зерносушилки типа "Целинная" нашли широкое распространение в России, Казахстане и, особенно, в тех районах, где период уборки урожая совпадает с выпадением осенних осадков.

Широкое внедрение и признание практиками рециркуляционных зерносушилок основано на том, что многие проблемы, не решаемые при сушке зерна в шахтных агрегатах, были успешно реализованы при новой технологии сушки.

В процессе многолетней эксплуатации рециркуляционных зерносушилок были выявлены их конструктивные и технологические недостатки, возникли затруднения по реконструкции шахтных зерносушилок, размещенных в элеваторах.

Конструктивными недостатками обладают камера нагрева, загрузочное устройство, шахты зерносушилки.

Отсутствие методики расчета камеры нагрева способствовало применению различных конструкций, отличающихся значительной высотой (до 25% от высоты зерносушилки).

Регулировка загрузочного устройства требует больших затрат во времени, так как узел регулировки находится на высоте около 20 м. Поэтому практически этот механизм эксплуатируется без настройки, что влечет за собой снижение производительности зерносушилки, повышение расхода топлива.

Шахты зерносушилки могут обеспечить сушку только в плотном слое при небольшой скорости фильтрации агента. Конструктивное изменение шахт с целью увеличения скорости фильтрации агента позволило бы увеличить производительность зерносушилки, снизить ее высоту и уменьшить металлоемкость.

В зерносушилках "Целинная-30", РД2х25-70 применена последовательная продувка шахт атмосферным воздухом, в других агрегатах - параллельная продувка. Применение агента сушки для промежуточного охлаждения зерна позволит значительно улучшить технологию сушки, обеспечивающую повышение производительности до 25% при тех же габаритах сушилки.

Устранение названных недостатков, требуют изменений как конструкции зерносушилки, так и технологии сушки.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с координационными планами научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ, а также в соответствии с государственными научно-техническими программами по совершенствованию и созданию новых технологий и технических средств для сушки зерна. Номера тематики исследований приведены в списке опубликованных работ.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является совершенствование технологии и техники рециркуляционной сушки зерна.

Для реализации намеченной цели решались следующие проблемные задачи:

- разработать классификацию рециркуляционных зерносушилок;

- на основе комплексных теплофизических и технологических исследований разработать малогабаритную, самоочищающуюся, пожаробезопасную камеру нагрева для зерновых культур и семян подсолнечника, разработать загрузочное устройство к камере нагрева;

- разработать технологию и технику рециркуляционной сушки зерна в плотном и комбинированном слоях при квазиизотермическом подводе тепла;

- разработать технологию высокотемпературной рециркуляционной сушки семян подсолнечника;

- на базе проведенных исследований разработать новое поколение рециркуляционых зерносушилок, также принципиально новые подходы к реконструкции шахтных и физически устаревших рециркуляционных зерносушилок.

Объект исследования - техника и технология сушки зерна, мас-лосемян.

Научная новизна работы. Предложен новый методологический подход к совершенствованию техники и технологии рециркуляционной сушки зерна.

Определена закономерность интенсивности влагообмена между сырым и рециркулирующим (сухим) зерном.

Экспериментально определена зависимость снижения влажности за один цикл сушки зерна в плотном, комбинированном слоях.

Разработана технология и техника рециркуляционной сушки зерна в плотном и комбинированном слоях при квазиизотермических условиях сушки.

Разработана технология высокотемпературной рециркуляционной сушки семян подсолнечника, разработана пожаробезопасная рециркуляционная зерносушилка для осуществления этой технологии.

Разработаны принципиально новые узлы рециркуляционной зерносушилки - загрузочное устройство, камера нагрева, шахта охлаждения, аэрогравитационное выпускное устройство. Разработана рециркуляционная зерносушилка нового поколения с использованием вновь созданных более совершенных технологий и узлов.

Разработаны новые подходы к реконструкции шахтных и физически изношенных рециркуляционных зерносушилок.

Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований разработаны и внедрены:

- рециркуляционные зерносушилки нового поколения "Це-линная-40", "Целинная-100" на основе созданных узлов.

- новые подходы к реконструкции шахтных зерносушилок ДСП-24, ДСП-32х2, ДСП-32x3, ДСП-32 ОТ, а также физически изношенных рециркуляционных зерносушилок РД 2x25-70, "Целинная-30", "Целинная-36";

- технология сушки зерна и семян подсолнечника при квазиизотермическом подводе тепла в зону промежуточного охлаждения зерна;

- разработки по технологии и технике рециркуляционной сушки зерна позволяют КБ, МИС, заводам изготовителям объективно оценивать параметры и технологии новых технических решений в зерносушении.

Реализация результатов исследований. Материалы исследований были представлены в виде проектов, экспериментальных образцов и в виде рекомендаций Министерствам заготовок СССР, РСФСР, Казахской ССР, Министерству сельского хозяйства РСФСР, управлениям хлебопродуктов Целиноградской, Кокчетавской, Восточно-Казахстанской, Астраханской областям, Краснодарскому, Алтайскому краю, Башкирии.

Малогабаритная самоочищающаяся камера нагрева включена в план создания новой техники.

Разработки по высокотемпературной сушке семян подсолнечника включены в рекомендации бывшего министерства хлебопродуктов Казахской ССР. В Восточно-Казахстанской области для сушки семян подсолнечника реконструированы зерносушилки ДСП-32 ОТ, "Целинная-30", РД2х25-70 с использованием пожаробезопасной камеры нагрева, загрузочного устройства и режимов сушки.

В бывшей Целиноградской области внедрены зерносушилки "Целинная-100", "Целинная-40".

С использованием новой технологии сушки осуществлена модернизация шахтных и рециркуляционных зерносушилок в Павлодарской и Целиноградской областях (ДСП-32 ОТ, "Целинная-30", "Це-линная-36").

Основные положения, выносимые на защиту. Методология обоснования выбора камеры нагрева зерносушилки, рабочего органа для сушки зерна в псевдоожиженном, плотном подвижном и комбинированном слоях, методология рециркуляционной сушки зерна и мас-лосемян при квазиизотермическом подводе тепла в зону промежуточного охлаждения. Системный подход к обоснованию совершенствования рециркуляционных зерносушилок нового поколения и новых подходов к реконструкции шахтных и рециркуляционных зерносушилок.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены и получили положительную оценку на научной конференции по теории и технике сушки зерна (Москва, ВНИИЗ, 1974г; Алма-Ата, 1977г); на заседаниях Научного совета ГКНТ по проблеме "Массо- и теплоперенос в технологических процессах" (Москва, 1977г.); на заседаниях ГКНТ по проблеме "Интенсификация биохимических и физических процессов производства, повышение пищевой полноценности продуктов питания" (Целиноград, 1975г; Краснодар, 1977г.); на отраслевых Всесоюзных и республиканских семинарах-совещаниях работников системы хлебопродуктов (Краснодар, 1978г.; Целиноград, 1973, 1974.1975г.г.; Алма-Ата, 1974г.; Усть-Каменогорск, 1974г.; Уфа, 1974г.; Кокчетав, 1975г.; Москва, 1986г.); на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Состояние и перспективы развития теории, технологии и техники сушки сельскохозяйственных продуктов" (Елгава, 1979г.); на республиканских совещаниях по повышению эффективности послеуборочной обработки зерна (Алма-Ата, 1977, 1979, 1981, 1985, 1988, 1989, 1991г.г.); на курсах "Передовой опыт работы по зерносушению" (Москва, ВДНХ СССР, 1975, 1976г.г.; Алма-Ата, ВДНХ, 1981, 1986г.г.); на научно-техническом совете министерства

сельского хозяйства РСФСР (г.Новосибирск, 1978г.); на научно-техническом совете министерства заготовок РСФСР (г.Москва, 1982г.); на научно-техническом совете министерства заготовок Казахской ССР (Алма-Ата, 1977, 1979, 1983, 1986г.г.); на XVI научной конференции Целиноградского сельскохозяйственного института (Целиноград, 1976г.); на ученом совете Казахского филиала ВНИИЗ (г.Целиноград, 1976, 1980, 1985, 1989, 1991, 1996 г.г.); на 43 научной конференции профессорско-преподавательского состава Самарской Государственной сельскохозяйственной академии (1996г.).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 159 работах, в т.ч. в 4 монографиях, 26 брошюрах, 35 отраслевых журналах и Трудах ВНИИЗ, в 37 отчетах по НИР Казахского филиала ВНИИЗ и Самарской государственной сельскохозяйственной академии, в которых автор является руководителем. Всего в центральной печати опубликовано 81 работа. Общий объем печатных работ составляет 82 п.л.

Разработки по совершенствованию техники и технологии сушки зерна защищены 17 авторскими свидетельствами на изобретения СССР, из которых 13 внедрены в производство, и 6-ю патентами Республики Казахстан, за что автор награжден знаком "Изобретатель СССР". Названные разработки демонстрировались на ВДНХ СССР и автор награжден 3 медалями ВДНХ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Состояние проблемы и пути ее решения

Резкое увеличение производства зерна в 50-х годах заставило пересмотреть основные каноны теории и практики сушки зерна.

Сушка зерна в шахтных аппаратах сопровождалась ограничениями, узаконенными инструкцией по сушке N 9-3-82 и директивными указаниями. Основные из них следующие: ¡22]

-в шахтной зерносушилке за один прием сушки можно снять не более 6% влаги;

-сырое зерно перед сушкой должно быть очищено от примесей; -при сушке зерна, предназначенного для выработки крупы,снижение влажности за один пропуск не должно превышать 3% для риса зерна и сои, 2-3% для проса и гречихи, 3,5-4% для гороха и ячменя, 4,5-5,5% для кукурузы;

-температура агента сушки не должна изменяться более чем на 5°С от рекомендованной режимами сушки.

Перечисленные ограничения при массовом поступлении сырого и влажного зерна создают трудности при послеуборочной обработке зерна.

Обязательная очистка сырого зерна перед сушкой способствует массовому накоплению сырых отходов, которые подвергаются порче.

Жесткие ограничения по температуре агента сушки (±5|?С) трудно выдержать на практике, что приводит к перегреву зерна и ухудшению его качества.

Поэтому в первые годы освоения целинных и залежных земель перед учеными была поставлена задача по созданию принципиально новой технологии сушки зерна, лишенной перечисленных недостатков.

Теоретической базой создания новой технологии сушки явились фундаментальные работы по тепло -и массообмену академика АН БССР

A.В.Лыкова и экспериментальные работы академика ИЛ.Любошица. АВЛыков теоретически обосновал многократное чередование циклов нагрева и охлаждения зерна при его сушке.

Используя теоретические предпосылки фундаментальных наук по тепло- и массопереносу, в Казахском филиале ВНИИЗ была впервые создана рециркуляционная зерносушилка "Целинная-50". Зерносушилка была внедрена на Атбасарском элеваторе Целиноградской области в 1959г. С ее внедрением и начался новый этап в развитии теории и практики зерносушения.

Большой вклад в развитие теории сушки внесли А.В.Лыков, ВЛ.Кретович, А.С.Гинзбург, ВА.Резчиков, О.Кример, Т.К.Шервуд, Ж.А.Андерсон, А.Б.Хатчинсон, Т.Виде и другие ученые России, ближнего и дальнего зарубежья.

Большую роль в развитии прикладной науки по сушке зерна сыграли работы Л.Д.Комышника, Г.С.Зелинского, В.М.Жидко,

B.И.Атаназевича, В.С.Кршеминского, А.И.Налеева, В.Е.Якимо-вича, В.Д.Дратвы, Н.Я.Попова и других ученых.

Новая рециркуляционная технология сушки зерна за короткое время была внедрена в Казахстане, Башкирии, Алтае, Западной и Восточной Сибири, Кубани, в Поволжье. Зерносушилки типа "Целинная" наиболее эффективны при сушке не только традиционных колосовых культур (пшеницы, ячменя, ржи), но и при сушке зерна риса, кукурузы, гречихи, семян подсолнечника [ 1, 2, 3, 4, 17, 19, 35, 37, 39, 43, 49, 55].

Рециркуляционные зерносушилки типа "Целинная" по сравнению с шахтными имеют следующие преимущества:

-высокая производительность (до 100 т/ч);

-экономичность по расходу топлива (до 20%);

-меньшая удельная металлоемкость (до 15%);

|ФСУДОРС¥£Е1№ №•>' БЙБЛКО.сЧЛ

-универсальность использования при сушке различных культур;

-возможность одновременной сушки зерна различной начальной влажности без ограничения съема влаги за цикл сушки;

-возможность сушки зерна без его очистки от сорной примеси;

-возможность извлечения просушенных отходов в процессе сушки без применения сепараторов;

-сохранение пищевых, технологических и других нативных свойств зерна в процессе сушки;

-возможность формирования партий зерна только по природным достоинствам без их разделения по влажности.

Массовое внедрение рециркуляционных зерносушилок позволило в короткие сроки решить проблему сушки зерна в регионах, где период уборки зерна совпадает с периодом выпадения осенних осадков.

В Росдии эксплуатируется более 700 рециркуляционных зерносу-шило^к^роизводительностью 30000 т/ч, в Казахстане - 645 штук производительностью 25752 т/ч.

Технология рециркуляционной сушки зерна (рис.1) базируется на следующих четырех принципах:

1.Кратковременный нагрев зерна.

2.Тепло- и влагообмен между сырым и рециркулирующим сухим зерном.

3.Промежуточное и окончательное охлаждение зерна.

4.Многократная рециркуляция зерна.

Кратковременный нагрев зерна обеспечен при противоточной продувке зерна в падающем слое в течение 2,0-2,5с агентом сушки температурой 250-400°С.

Тепло- и влагообмен зерна осуществлен в плотном малоподвижном слое при температуре 45-65°С в течений-10-20 минут.

Промежуточное и окончательное охлаждение зерна организовано в плотном малоподвижном слое в течений 5-20 минут при продувке его атмосферным воздухом.

Метод рециркуляционной сушки зерна апробирован в течение-35 лет. Это позволило выявить не только преимущества этого способа сушки, но и его недостатки [ 6, 7, 27, 29,