автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технологические основы сушки высоковлажных семян овощных и бахчевых культур с обеспечением высокого качества

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСШТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИМ)

На правах рукописи

ГСУ1УБК0ВИЧ Александр Викторович

УДК 631.365.2:635(043.3)

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СУШКИ ВЫСОКОВЛАЖНЫХ СЕМЯН ОВОЩНЫХ

И БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1989

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (НИМ).

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Н.Н.УЛЬРМ;

- доктор технических наук, профессор С.П.ПУНКОВ;

- доктор сельскохозяйственных наук, ст.научный сотрудник В.М.ГАРБУЗ.

Ведущее предприятие - ГСКБ по овощеводческим машинам.

Защита состоится " "_1989 г. в_час.

на заседании специализированного совета Д.020.02.01 при Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ВИМ) по адресу: 109389, Москва, 1-й Институтский проезд, д.5, ВИМ, специализированный совет Д.020.02.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " "_1989 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук Э.В.ЖАЛНИН

ь

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1966...1990 гг. и на период до 2000г. намечено довести валовый сбор к 1990 г. плодов овощных и бахчевых культур до 40...42 млн.т. Для запланированного роста овощеводческой продукции объем заготовок семян должен достигнуть 200 тыс.т в год, в том числе около 40 тыс.т выделенных из плодов. Свежевы-деленные селена характеризуются высокой влажностью, нестойки в хранении и поэтому подлежат немедленной сушке.

При сушке семян на широкораспространенных в сельскохозяйственном производстве платформенных сушилках на I кг испаренной влаги расходуется 10...13 МДж или 0,24...0,32 кг жидкого топлива, длительность процесса,достигает 2...3 суток. Столь высокие затраты энергии на сушку и длительность процесса обусловлены несовершенством применяемых технологий переработки семян, в частности, процессов выделения, обезвоживания (удаления свободной влаги) и сушки семян.

В связи с низкой интенсивностью сушки семена длительное зре-мя находятся в неблагоприятных тепловлажностных условиях, в результате этого происходит снижение всхожести и возможны прямые потери семян. Поэтому исследование процессов выделения,обезвоживания и сушки семян, разработка новых технологий и технических средств, позволяющих снизить до минимума расход энергии на сушку и обеспечивающих сохранность и повышение качества семян, актуальны.

Исследования и разработки, составившие основу диссертации, выполнены в ВИМе по планам научно-исследовательских работ на 1975...1980 гг., I981...1985 гг., 1986...1990 гг.в соответствии с утвержденными Государственным комитетом по науке и технике СССР проблемами и заданиями:

- задание 02 проблемы 0.51.18 "Создать и внедрить высокопродуктивные сорта и гибриды овощных культур... Создать и освоить в производстве линию выделения, промывки и сушки семян огурца и бахчевых культур ЛСБ-20" ;

- задание 02 проблемы 0.51.12 "Разработать технологические процессы'послеуборочной обработки и хранения...".

Цель исследований - разработка научно-методических основ перспективной технологии и высокоэффективных технических средств суакн, обеспечивающих высокое качество высоковлажных семян и снижение затрат

Объект исследования - технологии и технические средства выделения, обезвоживания и сушки, процессы фильтрования, активного вентилирования и сушки, свойства свежевыделенных семян баклажана, перца сладкого, томата, огурца, арбуза, тыквы и дыни, характеризующихся наиболее высокой влажностью.

Методика исследований. Математическая характеристика моделей порового пространства дисперсных систем из осажденных семян составлена с учетом основных производственных технологий выделения. Математическое описание процессов насыщения и фильтрования влаги из слоя составлена с учетом переменной порозности слоя, обусловленной деформацией семян под действием силы тяжести.

Аналитические исследования процессов гидродинамики, активного вентилирования проведены с учетом закономерностей структуры деформированного под действием силы тяжести слоя и физико-механических свойств семян.

Использованы оригинальные методики, позволившие определить теплофизические, массопереносные свойства ядра и оболочки семени и давление внутри семени в процессе сушки. Для расчета длительности вытеснения влаги из слоя и скорости потока воздуха в нем при активном вентилировании семян использована ЭВМ типа Правец.

Научную новигну представляют;

- закономерности насыщения осажденного слоя выдавленной из семян свободной влагой ; ^ в

- закономерности фильтрования влаги и течения двухфазной (влага-воздух) среды в слое с переменной порозностью, позволившие обосновать режимы обезвоживания семян ;

- математическая модель образования и нарастания корки из слипшихся семян на решетной поверхности сушилки, позволившая обосновать необходимую степень очистки семян от пленки;

- математическая модель тепломассопереноса в семени с учетом стока тепла в его оболочке, позволившая обосновать безопасный режим сушки;

- методика расчета длительности процессов отстоя, активного вентилирования и сушки высоковлажных слипающихся семян.

Практическая ценность. Результаты исследований реализованы в виде:

- предложений промышленности по технологическим схемам и основным параметрам технических средств выделения, обезвоживания и сушки семян в линиях ЛСБ-20 и ЛСТ-10, использованных СКВ по сушилкам

(г.Брянск) и ГСКБ по машинам для овощеводства (г.Москва) ;

- технологий и режимов сушки семян в модернизированных платформенных сушилках, использующихся в семеноводческих хозяйствах ;

- предложений промышленности по сушке семян в установке псев-доожиженного слоя ;

- установленных физико-механических, структурных, гигротерми-ческих, теплофизических, массопереносных и термодинамических свойств семян, необходимых для разработки перспективных технологий обработки семян;

- методик и программ расчета основных параметров сушильных установок и режимов процесса.

С 1984 г. промышленностью выпущено более 80 комплектов сушильного оборудования к линиям ЛСБ-20 и ЛСТ-10, в том числе 37 единиц сушильного оборудования к линии ЛСБ-20.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на 12 Всесоюзных и республиканских конференциях, научно-технических совещаниях, научно-технических советах и семинарах, в том числе на Всесоюзных конференциях по сушке (Елгава, 1979; Чернигов, 1981; Полтава, 1984 г.), конференциях Соязсортсемовощ (Москва, 1985 г.), Укрсортсемовощ (Киев, 1978 г.) и ряде других конференций, семинаров и совещаний, макет линии ЛСБ-20 демонстрировался на международной выставке "Союзсельхозтехника-84".

Публикация результатов. Материалы диссертации изложены в 41 работе, в том числе в двух книгах. Получены три авторские свидетельства на изобретения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Обоснование задач исследований

В настоящее время переработку плодов на семена осуществляют преимущественно на семявыделительных машинах С0Б-2, ИБК-5 и на линии СБЛ-30. Полученный ворох состоит из семян, мезги, остатков корки, мелкодисперсной твердой фазы и свободной влаги. Сушку вороха в основном осуществляют на платформенных сушилках.

Научный потенциал в области сушки семян, созданный трудами В.П.Горячкина, Н.Н.Ульриха, Н.Н.Слободяника, Л.А.Трисвятского, Е.Я.Агафонова, В.И.Анискина, Б.А.Карпова, И.А.Морозова, С.Д.Пти-цына, Я.Бута и других ученых позволил использовать термическую сушку, в 5...8 раз повысить производительность по сравнению с солнечно-воздушной сушкой и значительно снизить стоимость переработки

5

семян. Вместе с тем традиционные технологии переработки и сушки семян не обеспечивают получение семян высокого качества (по данным ЗНИИССОК только около 40$ семян, выделяемых из плодов, соответствуют первому классу по всхожести), затраты тепла на сушку в ?.... 3 раза выше теоретически обоснованных значений.

Недостатки традиционных технологий обусловлены следующими причинами:

- ворох свежевыделенных семян, поступающих на сушку, насыщен свободной влагой, сток которой из слоя затруднен вследствие деформации семян под действием силы тяжести, наличия мелкодисперсной твердой фазы, закупоривающей поры в слое, и повышенной вязкости фильтрата, поэтому слой практически непроницаем для потока теплоносителя (воздуха) ;

- этот слой высушивается с образованием на решетной поверхности прочной корки из слипшихся семян, которая затрудняет подвод тепла и отвод испаряемой клаги ;

- при усадке слоя в нем образуются трещины, через которые без отработки фильтруется теплоноситель, вызывая большие потери тепла;

- частично или полностью неудаленной с поверхности семян паров лагонепроницаемой пленкой, которая затрудняет массоперенос. и вызывает перегрев семлн при сушке.

По традиционным технологиям полное обезвоживание семян перед сушкой не достигается, и слой семян является непроницаемым или в лучшем случае полупроницаемым для теплоносителя, т.е. на практике реализуется кондуктивная сушка - семена высушиваются от нагретой решетной поверхности сушилки. Такой метод сушки длителен, отвод влаги от семян затруднен - при повышенной температуре нагрева (более 38...40°С) часть семян перегревается, а при пониженной - прорастает или плесневеет прямо s камере сушилки, в любом случае их всхожесть снижается.

В связи с внедрением в сельское хозяйство поточно-механкзи-рованных линий ЛСБ-20 (для семян тыквенных культур) и ЛСТ-10 (для семян томата) возникла необходимость в разработке технических средств обезвоживания и сушки для отих линий, так как использование платформенных сушилок с этими линиями неприемлимо из-за снижения всхожести семян, длительности процесса и высоких затрат тепла на сушку.

Диссертационной работой предусматривалось решение следующих задач:

- изучить свойства семян и обосновать безопасные и энергосберегающие технологии сушки;

- основываясь на физических и математических моделях дисперсных систем,обосновать процессы выделения и обезвоживания семян;

- изучить процессы структурообразования, тепломассопереноса в слое и семени, и обосновать рациональные режимы сушки семян, обеспечивающие их высокое качество ;

- обосновать технологические схемы и технические средства сушки семян в линиях ЛСБ-20 и ЛСТ-10 и модернизацию платформенных сушилок.

Комплексный анализ свойств свежевыделенных семян

Как обоснование перспективной технологии сушки семян, так и поиск технических средств, обеспечивающих высокое качество семян и технико-экономические показатели, связаны с исследованием свойств семенного материала. Известные методы определения физико-ме-хакических свойств ке позволяют обосновать рациональные приемы выделения семян из плодов, обезвоживания и сушки. Разработан метод комплексного анализа свойств семян - по степени удаления с их поверхности пленки (эпидермиса), а из вороха - мелкодисперсной твердой фазы (МТФ), основную часть которой составляют измельченные растительные ,др.имеси ( I- Ю-3 м), в том числе частицы этой

пленки.

По комплексному признаку все свежевыделенные семена можно классифицировать на три группы: очищенные и отмытые (первая группа) - поверхность семян очищена от пленки не менее чем на 85%, а засоренность вороха ГП5 не превышает 0,4%; пленочные отмытые (вторая группа) - поверхность очищена от пленки не менее чем на 50%, а засоренность вороха не превышает 1,2%; пленочные неотмытые {третья группа) - поверхность очищена от пленки менее чем на 50%, а засоренность превышает 1,2%. Слой семян этих групп характеризуется отличными друг от друга фильтрационными свойствами.

Семена, выделенные по технологиям, предусматривающим сбраживание, длительный барботаж ( Т ^ 2,0-Ю3.. .3,0-Ю3 с) или протирку, относят к первой группе ; выделенные по технологиям, предусматривающим барботаж ( 2,0-Ю3 с), - к второй группе, а выделенные.без специальных средств или операций удаления наружной пленки или с протиркой, но без последующей отмывки - к третьей группе.

Однако при использовании сбраживания сложно добиться поточности процесса и регламентированных условий труда, позтому сбражи-

7

ваше не рекомендуется к применению. Длительный барботаж позволяет получать семена соответствующие первой группе, обезвоживание этих семян и последующая сушка не вызывает затруднений, поэтому он рекомендуется к применению в линиях ЛСБ-20 и ЛСТ-Ю, Барботаж менее 2-Ю3 с, а также при малой концентрации семян в барботажной камере (менее 150 кг/м3), независимо от длительности, обусловливает неполное отделение эпидермиса от семян (вторая группа), пониженную порозность осажденного слоя (0,15« 0,20); поэтому сток влаги из него затруднен. Слой семян, выделенных без использования технических средств удаления наружной пленки (третья группа), характеризуется низкой порозностью ( 6< 0,10...0,15). Свободная влага удерживается в слое капиллярными силами и включениями МБ).

Технологии выделения семян второй и третьей группы несовершенны, однако они получили достаточно широкое распространение, поэтому применительно к ним необходима разработка специальных методов обезвоживания и сушки, обеспечивающих сохранение качества семян.

Методом структурно-фазовой устойчивости,разработанным нами применительно к высоковлажным семенам,в каждой классификационной группе выделены подгруппы с гигроскопическим, капиллярно-стыковым, канатным и капиллярным видами связи влаги с материалом.

Установлены граничные (критические) значения влажности семян этих подгрупп: , W2 , NS/0 и W, , где - WK - кондиционная; Wt, , Wj. - влажность при точечном и полном смачивании поверхности семян свободной влагой соответственно ; W0 - влажность семян, составляющих каркас слоя (после удаления свободной влаги) и W1 - максимальная влажность недеформированных семян, %. В частности, значения WK , Wi, , W;> , W0 и Wt на семенах огурца первой группы составляют 10, 24, 38, 44 и 51% (+1,8%), на семенах томата той же группы - 9, 25, 61, бб и 69% (+2,0$) соответственно; на семенах второй и третьей групп значения , Wfl и W, соответственно на 3...5% выше.

В интервале первой подгруппы ( W^W^Wi, ) сыпучие свойства семян, порозность слоя, потери напора и скорость воздуха в нем не зависят от их влажности, поэтому сушка подвяленных семян до влажности 24...25% не вызывает затруднений.

В интервале второй подгруппы ( ) с повышением влаж-

ности счпуийг.ть о.емян и порозность слоя понижаются, обезвоживание (отстой и активное вентилирование) этих семян вследствие незначи-

тельного количества свободной влаги не предусматривается, однако необходимы дифференцированные температурный и скоростной режимы сушки.

В интервале третьей подгруппы (<№а ) в порах слоя скапливается свободная влага в виде поршневых включений, с повышением влажности возрастает растекаемость семян, хаотическая укладка сменяется ориентированной, продолжает снижаться порозность и возрастает деформация семян под действием силы тяжести ; необходимо обезвоживание семян активным вентилированием, безопасные режимы сушки должны учитывать особенности тепломассопереноса в семени и в слое.

В интервале четвертой подгруппы (Уу^М ) слой насыщен свободной влагой, а нижние ряды семян деформированы под действием силы тяжести. Эффективная и безопасная сушка возможна после удаления свободной влаги фильтрованием (отстоем) и осушения поверхности семян активным вентилированием.

Для обоснования признаков обезвоживания семян необходимо знать степень его насыщенности влагой и порозность слоя.

Рассматривая слой семян как структуру, состоящую из параллельных вертикальных сквозных капилляров, для случая И 6-Ю-2 ... 12-10 м, когда величиной деформации семян под действием силы тяжести можно пренебречь (степень насыщенности слоя влагой Н 5 0,611), получено выражение для расчета высоты столба свободной влаги в слое

_ (К-К )

с0

(100 - Щ)

К/б0 , Ш

где Н - высота столба влаги, м; К - толщина слоя, м; £0 - порозность "скелета" слоя осажденных семян; Мц - начальная влажность семян, %.

При =У70 величина И = 0 ; если отношение ( 1Д/Н- )/ (100 - ) б 0 , то на открытую поверхность слоя выдавливается влага, которая растекается в виде пленки.

Для случая 6-Ю~2...12-Ю~2<К < 25-КГ2 м деформацией семян при расчета Н пренебречь нельзя. Для расчета Н слой по высоте условно разбивают на четыре зоны (0...0,бЖ , (0,6.. .0,8)И. , (0,8.,.0,9)11 и (0,9..Л,0Ж »считая от решетной поверхности, в которых изменение порознсстн ¿0 принимают линейным и известным

из эксперимента.

Сперва рассчитывают фиктивную величину Н для гервой зоны по (I) исходя из t0 и W0 и сравнивают полученную величину с высотой этой зоны. Если Н^ик 0,6К , то расчет прекращают и принимают Н(рЦк = Н , если ? 0,6 h , то расчет продолжают по риражению

которое учитывает изменение порозности слоя во второй зоне по сравнению с первой. Сравнивают н'1' с суммарной высотой первой и вто-рс-Г? зон и т.д. Среднее относительное отклонение при расчете по (I), (С) не превышает +15%.

Для расчета порозности несжимаемого неперемешиваемого слоя оь-мян (кроме томата) при W ^ W0 предложено выражение

CWo'W) ( (3)

0 5 (100-W)

Если W = W0 , то 6 = £„ ; если W = Wt, то 6 = 64 , где ¿г -торозность слоя при влажности семян V\/г . Если слой перемешивают, то для расчета порозности можно использовать выражение

где Кп~ коэффициент восстановления, представляющий собой соотношение толщины слоя после и до перемешивания, которое изменяется в пределах от 1,05 до 1,2 с уменьшением влажности; j - толщина корки семян на решетной поверхности; J- - 5-Ю-3..,30-Ю'"3 м.

При j —0 (непрерывное перемешивание 1 {• = £ +2( Wa- W )/3-(100 — W )> при f -*-К (редкое перемешивание) 6 =£0+( WQ-W )/3 1,100 - W ); если { , то 6 возрастает быстрее, чем при j -*- 0, так как Кп ? 1,0.

Сушка семян влажностью более 39$ (третья и четвертая подруп-пы любой классификационной группы) возможна после предварительного обезвоживания, только в том случае слой семян будет проницаем для потока воздуха.

Предварительное обезвоживание семян

На процессы фильтрования влаги в слое свежевыделенных семян влияют макрофакторы ( Н , К , ба или ее распределение по толщине £ 0 , удельная масса , вязкость фильтра ьл , высота столба капиллярной влаги , массовая концентрация МИ в фильтрате С0 ) и микрофакторы (величина двойного электрического поля на границе раздела твердой и жидкой фаз, проницаемость наружных покровов семян и другие). В математическое описание фильтрования влаги включим только макрофакторы, а влияние микрофакторов, которые характеризуют специфические свойства семян, учтем коэффициентом КФ « определяемым экспериментально.

Разработаны физические модели фильтрования влаги из слоя для наиболее распространенных случаев обезвоживания (рис.1).

л? а?

Рис.1. Физические модели фильтрования влаги из слоя без закупорки пор (а,б) и при закупорке пор (в,г)

В случае отстоя барбатированных семян, когда закупоркой пор можно пренебречь, для слоя переменной порозности по высоте и любой степени насыщенности получено уравнение для расчета длительности фильтрования

Ч'-нУ

т—

где

С* К*

(5)

С =

______1М_

Г., н, , , Нп-, 1Ц - и

и [6,^/(1-б,'*1)]1 и Г я^/м-^т

(б)

или, обозначив выражение в фигурных скобках через Б, ¡¡"и/бД^Н, На - высота столба вытесненной части влаги, м; К* -коэффициент, учитывающий микрофакторы и устанавливаемый опытным путем; Н, - высота столба влаги во второй зоне, м; Н. . - высота столба влаги

и ч Ы и) „ „

в п. зоне, м; ^ »£,.£, - порозность "каркаса" слоя

в первой, второй и в " п." зонах соответственно; хо - удельное сопротивление слоя, м-2.

При Н = 0 величина V = 0, при Н0= Н -Кк величинач-*сл . Из общего решения (5) можно получить частный случай, которому удовлетворяют условия фильтрования в слое семян первой группы ( Н 0,6 И ), когда 6=1

Н ье"0'^ (?)

Н-Кк

Если отстой семян осуществляют при небольшом разрежении ( йРр ^ 0,7-1,0 кПа), то высота столба (Ц -ч- 0, а длительность отстоя можно определить из

Н° =И-ес^\ (8)

[(кМ/н-ьЛ

где К*=дРр/Нуи , Сь = Гвл/Явл^о И • Причем 7го », так как слой при наложении &Рр сжимается, метод расчета 10 и приведен в рабо-ге. Если дР р ? 1,0, то темп фильтрования снижается, а полностью влага из слоя не отфильтровывается.

Фильтрование влаги из слоя семян с неудаленной пленкой сопровождается закупоркой пор МИ>, взвешенной в фильтрате. Составлена физическая модель фильтрования с закупоркой пор, учитывающая осаждение Ы1® на неэкранируемой семенами части поверхности решетки, на открытой поверхности семян и фильтрование влаги через слой семян с осажденной ЫИ> (см.рис.1). Экспериментально установлено, что длительность второй стадии (фильтрования) на 2 порядка выше длительности первой стадии (осаждения МНЕ), что позволило для расчета длительности процесса предварительного обезвоживания семян использовать известное дифференциальное уравнение фильтрования с образованием осадка при граничных условиях настоящей модели. Поверхность фильтрования определяли расчетом, а толщину осадка на решетке по

завершении первой стадии определяли экспериментальным путем. Для расчета длительности фильтрования предложена формула

1 Н0 \сн./н-Нк_е-ьЧк^ (9)

Н - Ьк I

гДе р*

р* _—_

(У/0-УУ")(!00-У/) _ _ .

0 (У/^КЮО-УП ' р А

влажность увлажненных до полного насыщения семян, с поЕзрх-ности которых полностью удален эпидермис, %; Гр и Рос - площадь поперечного сечения сквозной поры и поверхности осаждения 1.ГГ5 в слое, Рос ^ Нс - толщина семени, м) ; С1К - диаметр

поры.

Согласно расчетов по (5), (7) и (9).подтаераденньк экспериментов:, предварительное оЗезгоакьашгз сбропкш-гых и длптзл^ко Зар-ботироваиных свежеоигатых секян эффективно - основная тдасса свободной влаги (45...100$) удаляется из слоя в течение 1-Ю2 ... I•Ю3 с ; длительность предварительного обезвоживания барботирозан-ных семян ка порядок выше, а эффективность ишз (удаляется 20... 50% свободной влаги) ; предварительное обезвоживание семян, выделенных и отмытых без применения специальных устройств удаления эпидермиса, только отстоем,малоэффективно - необходшо применение отстоя с отсосом влаги под разрежением или других способов обезвоживания.

Гидродинамика активного вентилирования

При отстое удаляется только несвязанная свободная влага, полностью удалить свободную влагу из слоя и осушить поверхность секяи ксяно при активном вентилировании. Давлением потока вытесняй? свободную влагу, при этом полностью опорожняются поры и возрастает расход вез,духа, соответственно интенсифицируется процесс суд:;:? и снижается величина адгезионно-когезионных сил сцепления.

По структурно-фильтрационному признаку, в качестве которого выбрано отношение Д\У! /\\' (где лУ1/' - приращение влажности верх-

13

них рядов слоя толщиной 5'10~3...10'10~3 м после продувки), влаж-ностной интервал двух последних подгрупп семян разделен на четыре разряда ; в слое семян первого разряда практически отсутствует перемещение жидкой фазы (ДМ' /"Н =0), второго разряда - перенос возрастает с увеличением влажности семян и достигает максимума (0*гД V/} / № г?0,1), третьего разряда - перенос с увеличением влажности семян снижается /У/?- 0,01...0,03), четверто-

го разряда - величина переноса жидкой фазы не зависит от влажности семян ( ДУ/ / V/ = 0,01...0,3), интервалы этих разрядов ,

— \Л/(_ , \Уи - и У/д - V/, соответственно (на семенах томата, огурца и арбуза первой группы значения W¡ составляют 57,42 и 50%; У^ - 73,52 и 56%; - 75,53 и 58% соответственно).

Разработана математическая модель течения двухфазной среды в продуваемом слое, на основе которой обоснованы режимы активного вентилирования семян. Сущность этой модели состоит в том, что полные потери напора дР в слое, насыщенном влагой, можно представить в ввде суммы дР =дР, + дРг + дРд , где ДР, - потери напора на уравновешивание столба влаги, ДР,= Н0^Вк+Н0£оу6Л , дРг - на перемещение гаэожидкостной смеси и дР3 - на перемещение воздуха в осушенной части поры Д = 32.У6п/с!, » где К = (К -Н )+ + Н0, V* = У8 ( ¿/¿0)\ Уъ- скорость воздуха в слое, м/с.

В рассматриваемом интервале насыщения слоя Др с<=дРг , поэтому величину дРг можно представить в виде

йР,=(Ки>Ч)Н^+НоГвл(1-бв), (10)

где К =ДР/Н^

С целью упрощения задачи принято, что вытесненная из пор влага поступает на утолщение пленки влаги на открытой поверхности слоя (рис.2).

При допущении равномерности вытеснения влаги, которое реализуется при выровненности слоя и отсутствии в нем трещин по площади слоя величину его порозности можно представить в виде

Длительность вытеснения влаги из слоя при активном вентилировании можно представить в виде суммы двух слагаемых "С= X, +^2» где Т, и |1г - длительности перемещения столба влаги в слое до от-14

крытой поверхности и вытеснения влаги из слоя соответственно. Величину можно определить из дифференциального уравнения Дареи, решив его при переменных значениях дРг (10) и £ (II). Для семян тыквенных культур получено

га

СШ ^ (К-1) н

кГс*

-к

(К--0Г,

(12)

8А

(г) и)

где К, , - коэффициенты, зависящие от культуры и свойств семян, их значения приведены в диссертации.

1 я / „

а и J 6 1"1

* * ( -¡\ ■ ; Г"

Рис.2. Модели вытеснения влаги из пор слоя при активном вентилировании а,б,в,г - стадии вытеснения

Скорость воздуха V^ в слое, насыщенном влагой, при условиях: ламинарное течение и отсутствие в нем трещин, для случая переменных величин и £ можно определить из

,2

6 И V К

После раскрытия скобок и интегрирования обеих частей выражения в пределах от 0 до Н, к от V, до V для слоя семян культур получим

V 6=й[к11>( к~н )1ннс-{ ь - н)*н Н0<- (к- н) н0 /г- /г+

43К (к-н}1н!</г-з(к-н)гнн072 +(к-н)Х - (м)

- (ь-н)гн^ е,тгЛ к-н)н^н-(н-нК+з(к-н)н; /А -

- 5(к-Н) Лн,* М,"Н М+Н* / 5- Н,5£0 / 5],

* А" х

32ЯбНч ' ъгрьъ< ;

- эквивалентный диаметр семян, м; _|Ц6 - вязкость воздуха Па-с. С помощью выражений (12) и (14) можно рассчитать скорость воздуха в слое на любой момент времени продувки.

При активном вентилировании слоя невысокой насыщенности ( Н ^0,2 К ) установлено пленочное течение, при котором происходит заполнение тупиковых пор и вытеснение влаги на открытую поверхность слоя, столб влаги в сквозной поре отсутствует, поэтому можно принять дР( <■ «= . Подстановкой значений дРг и 6 в известную формулу расчета потери устойчивости стационарного слоя Л Ркр = - СI -£. )К получены значения К^р= ДРкр /Н)("ЬЛ для двух граничных случаев:первый Н0 = (^(мгновенная потеря устойчивости при быстром повышении дР ) - К„рг = (К - 6„К + бсН + Н )/Н ; второй-

H, = Н (потеря устойчивости слоя при медленном повышении дР или при ¿р =С0П5^ - К¡<р' = (И -€0К + £0Н )/Н . При насыщенности

Н 7 0,2Н влага вытесняется из слоя преимущественно в виде столба и пренебречь величиной дР, нельзя, поэтому вместо дРг подставляем величину дркр. Для случая |40 = 0 получено К"Р1 = (И-НЕ^/Н, а для случая Н0= Н -К^, = (К -Ь„К +Ь0Н )/Н . В диссертации приведены значения величин ДРКр для режимов активного вентилирования семян, отличающихся качеством выделения.

Основная задача вентилирования семян первого классификационного разряда - подсушка для снижения адгезионно-когезионных сил сцепления, условия его проведения дР< дРкр и 290-= Тт с 303 К, длительность - 0,6-Ю3., .1,5-Ю3 с (где Тт - температура теплоносителя или наружного воздуха, К) ; второго - повышение межфазовой поверхности тепломассообмена и снижение адгезионно-когезионных сил сцепления - (дРкр^ДРцр^ йРКрг и 285^ Тт < 297К, длительность -

I,5-Ю3...4,0>103 с); третьего - то же самое, что и для второго -(Д Р ^ д РКР) ^ д Рк. -= д Ркр « д Ркр г и 285 * Тт < 297 К, длительность 3,0-Ю3...8,0'10 с) и четвертого - снижение насыщенности слоя, которое достигается поочередной продувкой наружным и подогретым воздухом или наружшы воздухом с повышением дР по мере вытеснения влаги - длительность 7,0>Ю3..Л2,0'Ю3 с. На основе (10}...(14) разработаны программы для ЭВМ, позволяющие рассчитать длительность В! теснения влаги из слоя и скорость потока воздуха в нем.

Тепломассоперенос, осложненный структурными и фазовыми превращениями

Для обоснования режимов сушки, исключающих образование плотной корки на решетной поверхности сушилки методами регулярного режима определены коэффициенты теплопроводности Л и температуропроводности О. семян томата, огурца, дыни и арбуза з широком интервале влажности, а также Лий оболочки и ядра семени томата и огурца. Величины ]\ и 0. в зависимости от влажности изменяются в 1,7...2,2 раза, следовательно, необходим их учет при выполнении расчетов технологического оборудования и режимов сушки. Значения Я и й приведены в работе. Установлено, что изотермы сорбции семян огурца, арбуза, дыни и тыквы в диапазоне влагосодержания теплоносителя . .0,9 описываются эмпирическим уравнением = Ат + + Втцр''6. Значения постоянных величин Ат и 6Т приведены в диссертации. На основе кривых сорбции рассчитаны термодинамические параметры семян: энергия связи влаги, истинная удельная изотермическая массоемкость, температурный коэффициент сушки, териоградиектный коэффициент, дифференциальная теплота сорбции, а также определен коэффициент диффузии влаги. Термодинамические параметры семян использованы при обосновании тепломассопереноса внутри семени и безопасных режимов сушки. Зависимости термодинамических параметров и коэффициента диффузии семян от № типичны для капиллярно-пористых коллоидных тел.

При наличии в слое остаточной свободной влаги массоотдача семян происходит с открытой поверхности слоя, через решетку в подре-шеточную полость камеры; при наличии в слое сквозных каналов и трещин возбуждается струйное течение и массоотдача происходит и в возмущенную среду над слоем; при отсутствии в слое свободной влаги массоотдача семян первого и второго разрядов происходит с их поверхности в фильтрующийся поток теплоносителя.

Для расчета коэффициента массоотдачи с открытой поверхности слоя в окружающую среду получено критериальное уравнение Иц.т= 0,7Р*е°' Рг0'", где йе, =с1эУВ|/>> ( уа,- скорость потока над поверхностью слоя, 0,5 ^ 10,0). При отсутствии перемещения воздушной среды над слоем и значении дР = 0,3...0,5 кГ1а можно принять Яе,- 1,5 (утечка теплоносителя в щели по периметру бортовка-меры и через каналы в слое).

Коэффициент массоотдачи с нижней поверхности слоя в теплоноситель в подрешетную полость сушилки (через решетку) можно рассчитать

17

из N11^= 0,82 г."1" , где * с19\/й*/1) СУб1- средняя

скорость потока под решеткой, 60). При струйном течении

(дР?- лР) необходимо использовать зависимость N11^= 0,58Яе^ Рг.°'М , где ( Уа3~ скорость потока в слое,

0,2 < 40).

Коэффициент массоотдачи в слое семян первого и второго разрядов вычисляют т N11^=0,65 Яе*5 Ра"'" , где йб/, = с!э Чь /)> ( V а - скорость потока в слое, 100). Низкие величины

коэффициентов и поверхности массоотдачи семян при наличии свободной влаги в слое обусловливают малоинтенсивцую сушку. После активного вентилирования семян коэффициент массоотдачи возрастает в 1,5...2,0 раза, а поверхность массоотдачи на семенах тыквенных культур - в 3...6 раз, на семенах пасленовых культур - в 5...10 раз.

При сушке семян, содержащих на своей поверхности капельножидкую влагу, на решетке образуется прочная корка из слипшихся семян, усилие нормального отрыва семян друг от друга при разрушении корки достигает 2,0-10^ Па, тангенциального - 7,0*10^ Па, эти усилия зачастую превышают прочность когезионных связей и возможно травмирование семян ; повышенная прочность корки в значительной мере обусловлена ориентированной укладкой семян, имеющих на поверхности прослойку влаги. Образующаяся корка при сушке обезвоженных активным вентилированием семян вследствие их хаотической укладки в слое является объемной, усилия отрыва семян в этом случае на 1,5...2,0 порядка ноте, то есть разрушение корки не ведет к их травмированию.

Процесс образования корки в общем случае во времени проходит четыре фазы: первоначально образуется корка из семян пограничного с решеткой слоя (2...3 ряда), влажность которых У\/ (первая фаза) ; на этом слое нарастает корка, влажность семян в которой равна \rVfc - на этом этапе образования корки удаляется исключительно свободная влага (вторая фаза) ; после удаления свободной (поверхностной) влаги испаряется влага микро- и макрокапилляров оболочки семени, влажность семян понижается и достигает ( третья фаза) : в дальнейшем испаряется прочносвязанная влага, влажность сем-л в корке стремится к равновесной (четвертая фаза). С повышением номерь; фазы быстро возрастает прочность корки. Рекомендуется с целью предотвращения образования прочной корки использовать активное вентилирование или перемешивание (ворошение) семян прово-18

дить во второй или, в крайнем случае, в начале третьей фазах. Допустимая толщина корки ^ на семенах огурца, дыни и арбуза не должна превышать 2,0-10"^ м, томата ..3,0-10"^ м (первая и вторая группы) ; величина на тех же семенах третьей группы должна быть в 2 раза ниже.

Составлена математическая модель образования корки и получено теоретическое выражение для расчета ее толщины } для слоя, содержащего остаточную свободную влагу (слой непроницаем потоку воздуха)

/фЬл -и, (15)

где ЬЛ^м,-, , , и - толщи-

на пограничного слоя семян, решетки и корки^на момент расчета соответственно, м; Б - коэффициент диффузии, м^/с ; С, , Сг - концентрация паров влаги на поверхности семян и в теплоносителе соответственно, кг/м3 ; - влажность корки в 1-фазе развития (образования), %. Для расчета | в слое, из которого удалена свободна«: влага, получено

*-р^-с.п/Фг^*, , (16)

где р - коэффициент массоотдачи, м/с.

Для расчета по (15) и (16) необходимо знать температуру семян в корке Тк , от величины которой зависят Сг и В .

Составлено дифференциальное уравнение теплового баланса образования корки в непроницаемом слое, учтены потери тепла в окружающую среду, в поток теплоносителя под решетной и на физико-химические превращения. После решения дифференциального уравнения получено теоретическое выражение

. (17)

где /сЛ- /Лр,+ ípш7^1 , ДР1и -теплопровод-

ность корки (семян), пограничного слоя семян и решетки соответст-,, венно, Вт/(м*" К) ; "г,* - удельная теплота испарения, Вт/кг;^ - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м^ К).

Аналогичное дифференциальное уравнение составлено для проницаемого слоя, из которого удалена свободная влага. После его решения получено выражение

^(Т.-Т^/фг;^,. (ВД

Корка образуется неодновременно по всей поверхности решет камеры сушилки, это обусловлено насыщением потока теплоносителя, распространяющегося в подрешеточной полости камеры. Последнее вызывает повышенную неравномерность по влажности семян и затрудняет обслуживание сушилки. Первоначально корка образуется на решетке камеры длиной Е0 со.стороны ввода теплоносителя; после завершения образования корки на участке Ес и соответственно прекращения поступления в теплоноситель паров влаги ее фронт перемещается по ходу теплоносителя. Величина Е0 зависит от режима течения потока в подрешетной полости, конструкции камеры сушилки, тепловлажностных условий сушки и может быть рассчитана из

„ _ ела» е / с„/сг< ч ; (19)

Ф "Ч с,/с1н

где ¡1 + 1 рш ; - толщина корки в I - фазе образования, м; йп- определяющая высота подрешеточной полости камеры сушилки,, м; Сп- величина насыщения потока парами влаги, кг/и3.

Если ? (где - длина камеры), то корка одновременно образуется по всей площади решетки и семена при условии выровнен-ности толщины слоя высушиваются равномерно. В диссертации рассмотрены особенности расчета С0 в случае ламинарного, переходного и турбулентного режимов течения потока теплоносителя.

Теплоперенос в семени

Внутренний тепломассоперенос обусловливает безопасные режимы сушки. Экспериментально изучено распределение полей влажности, температуры и давления внутри семени при их высушивании в условиях внутренней задачи тепломассопереноса. Вследствие того, что семена, подвергаемые исследованию, несколько отличались по размерам, толщине и форме, то для получения достоверной информации исследован тепломассоперенос в нескольких семенах. В частности, на семенах арбуза при условиях: отклонение не более 555, вероятность 0,95 для исследования распределения проведено 7 опытов, - 13 опытов,

- 2 опыта, дРс - 14 опытов. Поля температуры внутри семени определяли микротермопарами ХК, а поля давлений - микроманометром с помощью медицинских игл с внутренним каналом.

Установлены три вида внутреннего тепломассопереноса в семени -первый в интервале (- ) - характеризуется перемещением боль-

шей части жидкой фазы оболочки концентрационной диффузии к поверхности семени, где она испаряется, и меньшей - термодиффузией к поверхности ядра. При этом возрастает снижается и

практически неизменяются Ту и Т,А , так как оболочка является стоком тепла (рис.3). При этом общее давление ЛРс защемленного воздуха в семени не меняется.

Ч' м

N

M M

\

\ 1 »

г* -л— *-— »-

— Чт-У ОП

N 1 Ц

ко

го м гя ¡г <гю,с

Рис.3. Кривые изменения влажности оболочки I, семени П, ядра Ш арбуза и кривые изменения температуры оболочки 1У, ядра У семени

Второй механизм - (W4 - W3 ) - характеризуется интенсивным испарением влаги в оболочке и на поверхности ядра семени, разность температур оболочки и ядра дТ достигает максимума (см. рис.3), повышается и достигает максимума ь. Рс. Установлено, что семена с поврежденными оболочками, в которых давление дРс =0, характеризуются меньшей (на 8...12%) длительностью процесса сушки по сравнению с семенами с неповрежденными оболочками.

Третий механизм - (W4 -W* ) - характеризуется перемещением фронта испарения внутрь ядра, так как оболочка семени охлаждается парами влаги, величина дТ снижается до нуля ; установлено снижение &РС .

Испарение влаги с поверхности семени и в объеме оболочки обусловливает снижение температуры ядра (зародыша) на 2...8 К в зависимости от величины числа Био(Ы)и влажности семени; после углубления фронта испарения внутрь ядра оболочка охлаждается парами влаги, температура ядра по сравнению с температурой наружной поверхности оболочки отличается не более чем на 0,3 К (рис.4).

Для первых двух видов механизма переноса на основе решения известных уравнений теплопроводности с граничными условиями, характерными для сушки семян, имеющих стоки тепла в оболочке, нами

21

290

О

h

»

12

Ю

выведено теоретическое выражение для расчета разности температур

дТ- т0г,* h0j/2эКс , (20)

где т = ДТ - при испарении влаги с поверх-

ности семени, п\0 - (Y-.'j-Wj/(1QQ-V/) F^, дТ -при испарении влаги в объеме оболочки, кг/(ас с) ; - удельная активная поверхность семян,

м2/ кг ; д1 - длительность сушки, с ; К t ~ коэффициент фермы семени; - эффективный коэффициент -теплопроводности семгни, Вт/(К м) ; - толщина оболочки семени, м

Рис.4. Разность температур дТ между псверхчост•э оболочки и ядром семени огурца в зависимости от влажности ; 1, 2 - псевдоожиженшй слой; 3, 4 - плотный слои.

В диссертации приведены значения Кс для сем?н ряда культур, полученные при решении (20), и экспериментальные значенияДТ и

Длительность сушки пленочных семян арбуза, огурца и тыквы при ЩтЩ^ в • • • 4 раза выше по сравнению с очищенными, причем ее лимитирует внутренний массоперенос ; при М V/} наружная пленка, покрывающая семена, высыхает и разрушается! ее остатка на поверхности семени фактически не влияют на массоперенос.

При неизотермической сушке оболочка и ядро семени высушиваются неравномерно: влажность оболочки монотонно убызает до равновесной, а влажность ядра имеет максимум в интервале - , который обусловлен термодиффузией.

Установлено, что повышение влажчости ядра (зародыша) пленчатых семян даже на 2___3% при температуре более 312 К б течение

5-Ю3.. .6-М3 с вызывает снижение всхожести. Кратковременный прогрев этих семян (арбуза, огурца к тыквы) с удаленной пленкой в течение 5-Ю3 с до 318 К приводит к повышению всхожести ¿.о 6%, что объясняется дозариванием семян.

При высушивании семян тыквен:гых культур между' оболочкой и ядром образуется градиент влажности, величина которого мо;.--5т дости-

гать 1200 кг/(кг м), хранение семян с невыравненным полем влажности не рекомендуется - возможно их увлажнение при поглощении оболочкой паров влаги окружающей среды; для предотвращения увлажнения семян при хранении необходима отлежка, при которой происходит перераспределение влаги внутри семени.

Исследованием массопереноса в семенах с многослойными модельными оболочками, соответствующими по удельной массе и влагоемкости натурным оболочкам, установлен характер распределения влажности по толщине оболочки: в интервале - - параболическое, в интервале - - линейное.

В конце процесса сушки в семени устанавливается невыровненное поле влажности, которое обусловлено его анатомическим строением и механизмом переноса, так, например, при средней влажности семян огурца 11% = 4,6%, а = 18,5%, в то время как равновес-

ному термодинамическому состоянию соответствует = 15%, = = 9%. Невыровненность поля влажности в семени обусловливает интенсивное поглощение влаги из окружающей среды и увлажнение семян, что снижает их стойкость при хранении. Отлежка семян в течение 2,1-Ю3...2,4-103 с или их перемешивание в конце процесса сушки предотвращают их последующее увлажнение и исключают снижение посевных качеств.

Максимальная величина йТ , достигающая 8 К, установлена для семени томата и арбуза (масса оболочки которых близка массе ядра); внутри семян этих культур в процессе сушки существенен градиент влагосодержания, максимум которого (при может достигать

1,0-10^...1,5'10^ кг/(кг м) ; эта величина является опасной для посевных качеств семян.

При максимуме температуры теплоносителя (325...330 К) в интервале влажности у/ц - <Л/г , обеспечивающим допустимый прогрев зародыша (311...318 К), при постоянной или понижающейся его влажности установлено повышение всхожести семян на 4...6% по сравнению с величиной, полученной при высушивании семян в тонком слое на воздухе. В семени огурца, дыни и тыквы масса оболочки меньше массы ядра и величина йТ менее значительна (2...3 К), однако значения градиента влажности в 2...4 раза ниже, поэтому на этих семенах допустимы более жесткие режимы сушки (температура теплоносителя на 3...7 К выше), чем на семенах арбуза и томата.

Выбор сушильной установки и обоснование режимов сушки семян

Установлено, что кинетика сушки высоковлажных семян в общем случае характеризуется тремя периодами: начальным, первым и вторым ; в начальный период скорость сушки возрастает от нуля до постоянной величины, в первый период она не меняется, во втором -снижается ; начальный и первый периоды разграничены критической влажностью № , первый и второй - . Начальный период обусловлен гидродинамической обстановкой в аппарате и свойствами дисперсной среды: слой семян при непроницаем для потока воздуха (теплоносителя) - в указанном интервале возможна только кондук-тивная сушка, слой семян при полупроницаем (поток фильтруется через сквозные каналы, трещины и опорожненные поры) - возможна как кондуктивнак, так и конвективная сушка ; слой семян при VV ^ проницаем для потока - возможна конвективная сушка.

Новая технология сушки,предусматривающая обезвоживание свеже-выделенных семян отстоем и активным вентилированием, технические средства реализации которой предусмотрены в составе линий ЛСВ-20 и ЛСТ-10, позволяет в 4...б раз снизить длительность процесса по сравнению с традиционной технологией без предварительного обезвоживания семян. Установлено, что основное ускорение процесса достигается использованием интенсивных режимов обезвоживания семян

(рис.5).

fi^JoV

оА

0,2

1 / У /

А А / /

/ t~<F / /

/ У У "Л

\

а

£-3

*а

23

С Т2 ли 2'С 3í tío 4SS КЧ.

Ркс.5. Кривые скорости обезвоживания (отстой I, активное вентилирование 2), сушки 3 и съема влаги 4 при использовании сушильного оборудования линии ЛСВ-20 (новая технология) и кривые скорости сушкк 5 и съема влаги 6 при использовании платформенной установки (старая технология), семена огурца WH= 50%, Тт = 40...45°С, h =0,12 ц

Предложены зависимости для определения скорости сушки семян пасленовых культур (томат, перец сладкий и баклажан)ЫС= 2,55-10~® Тт э'' %/с и семян тыквенных культур (огурец, дыня, арбуз,

тыква и кабачок) МС= 2,27-Ю-8Тт. . Относитель-

ная погрешность расчета не превышает Длительность сушки

семян в начальном периоде целесообразно рассчитывать аналитически на основе экспериментально определенного коэффициента массоотдачи из критериальных зависимостей с учетом гидродинамической обстановки в аппарате.

где дМ' - съем влаги, кг/кг; дСе - движущая сила процесса, кг/м3 ; р -удельная поверхность тепломассообмена, м^/м3 ; ^ -удельная масса газовой фазы,кг/м3.

Длительность сушки в первом и втором периодах определяли по методу В.В.Красникова -А.В.Лыкова. В работе приведены необходимые для расчета критические значения влажности се млн и относительные коэффициенты сушки.

Решением уравнений (5), (б), (9), (12) и (21) определена длительность отстоя для различных значений степени обезвоживания слоя Н0/Н » активного вентилирования при удалении остаточной свободной влаги, удерживаемой капиллярными силами, сушки семян до кондиционной влажности по методу В.В.Красникова-А.В.Лыкова с использованием полученных в работе коэффициентов, а также суммарная длительность процессов обезвоживания и сушки семян томата и огурца. В координатах длительность активного вентилирования Та 6 и суммарная длительность 'С ^ получено семейство кривых при различных значениях длительности отстоя £0т (рис.6).

Рис.6. Рациональные режимы обезвоживания семян огурца первой группы: I, 2, 3 и 4 - отстой в течение 4,8-10 2, 4,2-Ю3, 0,6-Ю2 и 0 с соответственно

Суммарная длительность процессов обезвоживания и сушки понижается с увеличением степени обезвоживания слоя вплоть до 90% ( Т = 4,8-Ю2 с), дальнейший отстой вызывает увеличение . С повышением длительности активного вентилирования ЯГц ^ отстоявшихся семян величина £ Е понижается и достигает минимума при Чв = 0,5 ч.

На семенах томата первой группы минимум <С^ = 4,6 ц , который будет достигнут при = 1,8'Ю3 с и = 0,8ч .

Термостойкость семян, определенная по методике БШ, снижается с повышением влажности и длительности тепловой выдержки. Однако изменение влажности в пределах третьей и четвертой подгрупп ( Wг — ) слабо влияет на их термостойкость ; реальная допустимая температура нагрева семян (при сушке) ниже на 2...5 К, это обусловлено термодиффузионным переносом. Для расчета допустимой температуры нагрева очищенных семян Тп ^ предложена формула Т = А - В^-С^дТ, структура которой аналогична известной формуле С.Д.Птицына для семян зерновых и зернобобовых культур. Значения коэффициентов А* , В* и С* для исследованных семян приведены в работе. Допустимая температура нагрева пленочных семян на 3... 4 К ниже, чем очищенных.

Допустимый влагосъем не лимитирует интенсивные режимы сушки семян в стационарном, псевдоожиженном и вибропсевдоожиженном слое; в стационарном зажатом слое для семян томата, арбуза, дыни и тыквы при и \1&> 3 м/с установлена предельная скорость суш-

ки (Мпр= 1,6-Ю-**...2,2-Ю-*" %/с. Снижение энергии прорастания при NNпр очевидно обусловлено травмированием тканей зародыша, так как в указанном интервале влажности д^ИЙУ/ проходит максимум.

Толщина слоя при высушивании семян по новой технологии исходя из остаточной -неравномерность по влажности +1,5%, которая, как показали экспериментальные исследования, является допустимой при подготовке высококачественных семян, должна составлять: на семенах томата, перца сладкого и баклажана - 10• КГ*\. .15-Ю-2 м, огурца, арбуза - 15-Ю-2...20-10"^ м, дыни, кабачка и тыквы - 20-10 ... 25-Ю"2 м.

При Ы-с 0,1 можно ступенчато повышать температуру теплоносителя (от 310 до 320 К) по мере снижения влажности семян, при 0,1 допускается максимум температуры теплоносителя (320... 328 К) в интервале У^ч - У/г ; режим с максимумом температуры при 61* 0,1 сокращает длительность сушки на 10...15%.

Скорость теплоносителя при активном гидродинамическом оежиме сушки должна рассчитываться из условия р д СЬ1 УФ^Гь Ь. = const (где jb - средний коэффициент массообмена, дСс - движущая сила по газовой среде), при W скорость теплоносителя должна быть близка или равна критической, при W^W^Wj - 0,4...О,б м/с и при W^W4 - 0,2...0,3 м/с.

Технологические процессы отстоя, обезвоживания и сушки семян в линиях ДСБ-20 и ЛСТ-10 выполняются в периодическом режиме, что осложняет эксплуатацию оборудования, экспериментально установлена возможность осуществлять эти процессы в установке псевдоожиженно-го слоя.

При W Wn качество псевдоожижения семян не зависит от их влажности, неустойчивый лсевдоожиженный слой возможен при W4 Ä «W< Wj ; применение механических средств разрушения каналов (мешалка, рыхлители) расширяет интервал устойчивости псевдоожижения - W^Wz , в этом интервале влажности возможно псевдоожижение семян в аппаратах с расширяющимся сечением камеры по высоте (фонтанирующий слой); вибропсевдоожиженный слой устойчив в интервале

W^Ws- W0 . С повышением влажности семян (W^Wit ) возрастают критическая скорость потока Wp и пиковые потери напора дРп . Получены эмпирические зависимости для расчета ReKp и Д Рп в аппаратах псевдоожиженного слоя с постоянным сечением камеры на высоте: при W^Wa - ReKp= О.^Аг0'5 , Дрп= 0,85ус h. (I -6 ); при

W^W^Wi - ReKp= 0,I7A^[Uexp(-AN)/(Wrt-W,)l4Pn= 0,85yc.h» *[<+ехр(-Ь*')/Мн-У/ч) . Значения А*' и 6*' зависят только от культуры семян, зти значения приведены в диссертации, там же приведены экспериментальные значения ReKp ийРп для аппаратов фонтанирующего слоя.

Свежеотмытые и очищенные семена целесообразно высушивать в многокамерной сушилке псевдоожиженного слоя: в первой камере семена подсушивают без перевода в псевдоожиженное состояние при

V но с непременным перемешиванием (рыхлением), во второй -

в фонтанирующем слое при повышенной скорости теплоносителя V -= (1,2...2,0) VKp , в третьей - досушивают в псевдоожиженном слое при критической скорости теплоносителя, в четвертой - охлаждают наружным воздухом при той же скорости теплоносителя.

Опытный образец сушилки производительностью 200 кг/ч по сухим семенам огурца и 50 кг/ч по сухим семенам томата успешно прошел ведомственные испытания на Бюречекутской опытной станции (рис.7).

Рис. 7. Технологическая схема производственной установки с псевдоожиженным

а

г

слоем: I - воздухоподогреватели ТГ-1,5 ; 2- вентиляторы ВД-8 ; 3 - воздуховолы ; 4 - диффузор; 5 - задвижка ; б - корпус сушилки ; 7 - вентилятор Ц9-57 ; 8 - транспортер ; 9 - бункер ; 10 - приспособление для затаривания

семян

Полученные зависимости для расчета кр , Д Рп , а также термостойкости и допустимой скорости сушки семян позволяют поддерживать оптимальные скоростной и температурный режимы сушки в камерах установки. Полученные зависимости позволяют в перспективе создать автоматизированную установку, а оптимальные режимы сушки в каждой камере поддерживать с помощью компьютера.

Традиционные технологии сушки, в частности, не предусматривают обезвоживания свежевыделенных семян, что обусловливает низкую эффективность платформенных установок и снижение посевных качеств высушенных семян. Использование на этих сушилках по нашим рекомендациям научно обоснованных режимов обезвоживания и сушки семян и вентиляторных установок с повышенным напором (не менее 1,0 кПа) позволило как минимум на треть сократить длительность сушки, предотвратить снижение всхожести семян при сушке.

3 новой технологии сушки на основе линий ЛСБ-20 и ЛСТ-10 предусмотрено полное удаление поверхностной пленки с поверхности семян, предварительный в слое толщиной до I м и окончательный в слое толщиной до 0,25 м отстой, активное вентилирование семян до полного удаления свободной ьлаги с поверхности семян, использование дифференцированных температурных и скоростных режимов сушки. Указанная технология обеспечивает номинальную пропускную способность линий при высоких посезных качествах семян и затратах энергии на сушку в размерах 5,0...5,5 МДж на I кг испаренной влаги. Разработана методика выбора рационального типа и конструкции сушилки, основанная на подсчете суммы баллов в зависимости от объема производства и свойств семян, по этой методике обоснованы технические средства

Таблица

Параметры и режимы выделения, обезвоживания и сушки семян в линиях ЛСБ-20 и ЛСТ-10

Выделение Отстой Активное вентилирование Сушка Производитель-

Культура Степень очистки семян, % Время бар-бота-жа, I03 с Концентрация семян в камере, кг/м3 Толщина слоя, Степень насыщения слоя, H/h Степень обезвоживания слоя, Но/Н Время, Ю3с Общее время, Юэс Влаж- HOpTbj Температура тепло- НОСИ-х теля,С Время сушки, Ю3с Длина камеры, Е0м НОСТЬ сушилки, кг/ч сухих семян

Томат 85...90 (сброженный) - 300 0,07 0,7 0,2 0,7 2,8 68 321... 325 17,0 2,7 65

Томат 58...85 4,0 200 0,07 1,0 - 1,9 3,9 70 321... 323 21,0 2,1 52

Огурец 90...95 2,5 220 0,12 0,4 0,6 1,1 2,0 46 325... 331 16,5 3,0 205

Дыня 85...92 2,5 200 0,12 0,5 0,75 1,0 2,2 37 325... 329 15,0 3,2 190

Арбуз 88...94 3,0 250 0,12 0,55 0,8 1,3 1,6 49 320... 324 18,0 3,4 175

Тыква 90...93 2,0 200 0,12 0,4 0,9 0,8 0,8 52 321... 333 20,0 4,1 62

го «о

сушки в линиях ЛСБ-20 и ЛСТ-10.

Теоретически и экспериментально установленные параметры и режимы выделения, обезвоживания и сушки семян в линиях ЛСБ-20 и ЛСТ-10 приведены в таблице.

ОБЩИЕ вывода

1. Традиционные технологии сушки свежевыделенных семян, предусматривающие продувку слоя наружным и подогретым воздухом, энергоемки и не обеспечивают сохранение их качества вследствие длительности и неблагоприятных тепловлажностных условий процесса, которые обусловлены наличием свободной влаги в слое семян, подвергаемых сушке.

2. Предложен и научно обоснован технологический процесс выделения, обезвоживания и сушки семян, обеспечивающий минимальные затраты энергии на сушку (5,0...5,5 МДж) и сохранение, а в ряде случаев повышение посевных качеств семян. Для этого необходимо полное удаление при барботаже поверхностной пленки семян, поочередный отстой семян в толстом (до 1,0) ив тонком (до 0,25 м) слоях, при котором удаляется несвязанная свободная влага, активное вентилирование семян для осушения их поверхности, использование дифференцированных скоростных и температурных режимов сушки.

Более высокая всхожесть семян по сравнению с традиционными технологиями сушки, в том числе и с солнечно-воздушной, обусловлена дозреванием семян и перераспределением влаги в семени, предотвращающим их повторное увлажнение после сушки.

3. Минимизация суммарной длительности процессов обезвоживания и сушки достигается удалением при отстое около 90% несвязанной свободной влаги и при активном вентилировании - капельно-жидкой влаги; при сушке должна удаляться исключительно диффузионная влага, имеющая наиболее прочную связь с веществом семени.

При большей степени обезвоживания семян отстоем и активным вентилированием возрастает суммарная длительность процессов и снижается производительность сушилки, при меньшей степени - увеличивается длительность сушки (образуется плотная корка на решетке) и снижаются посевные качества семян.

4. По качеству выделения и отмывки предложено классифицировать семена на три группы: практически полиостью (не менее 85$) очищенные от наругной паровлагокепронпцаег.-.ой пленки, частично (не менее 50?) очищенные и пленочные. В каждой группе имеется по четыре 30

подгруппы: с гигроскопическим, капиллярно-стыковым, канатным и капиллярным вмдами связи влаги с материалом.

При высуШЕ&нии семян с канатным и капиллярным видами связи ка решетке сушилки образуется плотная корка, которая в несколько раз снижает интенсивность процесса. Если усилия при ее разрушении достигают 16-10^ Па, то происходит когегионное травмирование семян.

Использование отстоя и активного вентилирования семян позволяет если не предотвращать образование корки, то снизить ее прочность на 2...3 порядка. Допустимая толщина корки.исключающая травмирование семян,составляет для семян томата 1,0 •10~~.. .2,0 'Ю-^ м, семян огурца и арбуза - 3,0*10"^...4,0м.

Б. Длительность отстоя свежевыделешых семян при условии удаления из слоя около 90% свободной несвязанной влаги составляет:

а) по технологиям выделения, предусматривающим сбраживание, длительный барботаж или протирку,- арбуз, перец сладкий, огурец, дыня, кабачок - не более 10** с ; томат, баклажан - не более 5-Ю с (первая группа) ;

б) по технологиям выделения, предусматривающим барботаж все семена от Т-102 до 2-Ю3 с (вторая группа) ;

в) по технологиям, нз предусматривающим удаление ь процессе выделения поверхностной пленки,- арбуз, перец сладкий, ог!урец, дыня, кабачок и тыква от ?-• 10е до З-Ю3 с, томат и баклажан - от 2'Ю3 до 1-Ю4 с (третья группа).

При отстое максимально может быть удалено: из слоя семян, выделенных по технологиям первой группы - 45... 1005? свободной влаги, по технологиям второй группы - не более 45$, по технологиям третьей группы ~ не более 20$.

6. Экспериментально установлено, что в результате обезвоживания семян интенсивность массоотдачи в поток и б окружавшую среду возрастает на семенах тыквенных культур (огурец, арбуз, дыня, тыква и кабачок) приблизительно в 6 раз, на семенах пасленовых культур (томат, перец сладкий, баклажан) - в 10...12 раз.

7. Экспериментально установлено, что на очищенных от пленки семенах допускается повышение температуры теплоносителя до 8 К выше предельно допустимой - до 323...332 К. Б интервале влажности семян от 20 до 30% градиент концентрационной диффузии в семени достигает максимума 1-10^.. Л,5-10* кг/(кг м), поэтому для предотвращения снижения посевных качеств температура теплоносителя в этом ьлажностном интервале не должна превышать 324...328 К.

8. Рациональные режимы сушки для линий ЛСБ-20 и ЛСТ-10, обеспечивающие минимальные затраты энергии (5,0...5,5 ЭДДж), полное сохранение посевных качеств следующие: при влажности семян более40% скорость потока должна быть равна критической - 0,1...0,3 м/с (при большей скорости семена выносит из камеры), при влажности от25... 30 до - 0,4...0,б м/с, ниже 25...30% - 0,1...0,3 гд/с ; температуру теплоносителя поддерживают в пределах 313...318 К с максимумом 323...333 К в интервале от 25 до 40...45$, толщина слоя на семенах томата, баклажана и перца сладкого не должна превышать

10-Ю-2.. .15-КГ2 м, огурца, арбуза - 15-Ю-2... 20-Ю"2 м, дыни, кабачка и тыквы - 20-Ю . ..25-Ю-2 м.

9. Процессы отстоя, активного вентилирования сушки и охлаждения семян в линиях ЛСБ-20 и ЛСТ-10 являются периодическими, что осложняет обслуживание оборудования этих линий. Экспериментально установлено, что эти процессы можно перевести на поток в установке псевдоожиженного слоя - отстой семян проводят в ее бункере, активное вентилирование-в камере подсушки, сушку-в двух камерах с отличающимися температурным и скоростным режимами и охлаждение в четвертой камере. На основе проведенных исследовательских работ предусмотрена возможность в перспективе автоматизация и компьтериза-ция процесса сушки семян в установке псевдоожиженного слоя.

Температура и скорость теплоносителя на входе в первую камеру сушилки 310...320 К и 1,0...1,5 и/с ; во вторую - 320...330 К и 1,5...3,5 м/с ; в третью - 325...335 К и 1,0...1,5 и/с, такая же скорость и в четвертой камере.

На способ сушки и устройство получены два авторских свидетельства № 723329 и № 890057.

10. Результаты исследований использованы при разработке: новой технологии (а.с. № 1449797) и технических средств сушки семян в линиях ЛСБ-20 и ЛСТ-10, предложений по модернизации напольных (платформенных) сушилок, производственного образца установки псевдоожиженного слоя, рэжимов сушки семян, методик и программ расчета основных параметров сушильных установок. Ожидаемый годовой экономический эффект от реализации материалов работы составляет около II млн.руб. От использования сушильного оборудования ЛСБ-20 - эффект составляет 7,8 тыс.руб., лиши ЛСТ-10 - около 5 тыс.руб., причем на долю работы приходится 10% экономического аффекта. Дополнительный годовой экономический эффект по РСФСР и ^зССР, приходящийся на долю работы, от модернизации платформенных сушилок составляет около 540 тыс.руб.

Основные публикации, отражающие содержание диссертации:

1. Голубкович A.B. Уборка и сушка семян овощных и бахчевых культур. - М.: Россельхозиздат, 1964, - 128 с.

2. Рекомендации по сушке семенников и семян овощных культур. -М.: ВШ, 1977, - 32 с. /Составители: A.B.Голубкович, Б.А.Карпов, А.И.Ворошилов, Л.Г.Карасевц^

3. Голубкович A.B., Чижиков А.Г., Борилко Л.Д., Кусов А.Г. Механизация сушки семян овощных и бахчевых культур. - М.: Селекция и семеноводство, 1976, № I, с.65...67.

4. Кусов А.Г., Володина Л.А., Пшеничников Ю.Н., Голубкович A.B. Сушка семян томатов. - Техника в сельск.хоз-ве, 1976, № II, с.85...86.

5. Голубкович A.B., Чижиков А.Г. Особенности процесса сушки семян огурцов в слое. - Научн.-техн. бюл. ВИМ, 1976...1977, вып.31, с.27...29.

6. Голубкович A.B. Особенности сушки семян томата. - Тр. по семеноводству и семеноведению овощных культур, 1977, т.5, с.117... 119.

7. Голубкович A.B., Чижиков А.Г., Борилко Л.Д. Оптимальные режимы сушки семян овощных и бахчевых культур на лотковых сушилках. - Селекция и семеноводство, 1977, № 6, с.43...44.

8. Голубкович A.B. Сушка семян в кипящем слое. - Механизация и электрификация соц.с.-х., 1977, № 10, с.10...II.

9. Голубкович A.B. О целесообразности виброжижжения слоя при сушке семян томатов. - Научн.-техн.бюл. ВИМ, 1977, вып.33, с.29». 31.

10. Голубкович A.B. Специфика сушки семян огурца и бахчевых культур в виброожиженном слое. - Научн.-техн.бюл. ВШ, 1978, вып.35, с.24...26.

11. Голубкович A.B. Изменение технологических свойств семян дыни, огурцов, арбуза и тыквы при сушке в псевдоожиженном слое. -Научн.-техн.бюл. ВИМ, 1978, вып.37, с.25...28.

12. Голубкович A.B. Зависимость технологических свойств семян томатов от влажности. - Механизация и электрификация соц.с.-х., 1979, № 2, с.41...42.

13. Голубкович A.B., Каширина Н.Г., Володина Л.А., Пшеничников D.H., Тарасов В.А. Технология поточной сушки семян. - Картофель и овощи, № 9, 1980, C.I9...2I.

14. Голубкович A.B. К расчету продолжительности сушки семян овощных культур. - Научн.-техн.бюл. ЗИМ, 1981, вып.46, с.28...31.

15. Голубкович A.B. О переносе влага в семенах овощных и бахчевых культур. - Научн.-техн.бюл. ВИМ, 19(31 (1982), вып.48, с'.39.« 41.

16. Голубкович A.B., Сергеева В,И. Термостойкость и температурные режимы сушки семян oboiHhhx и бахчевых культур. - Селекция и семеноводство, 1981, №6, с.45...46.

17. Голубкович A.B. Таплсперенос в семенах овощных и бахчевых культур. - Механизация и электрификация сел.хоз-ва, 1962, № I,

с.23...25.

18. Гол^. кович A.B. Сушка сеыяч после переработки плодов. -Картофель и овощи, 1981, № 8, с.18...19.

19. Голубкович A.B. Температуропроводность и теплопроводность семян овощных и бахчевых культур. - Механизация и электрификация сел. хоз-ва, 1982, № 6, - 53 с.

20. Голубкович A.B. Температура сушки семян овощных и бахчевых культур. - Картофель и овощи, 1982, № II, с.35...36.

21. Голубкович А.З. Интенсификация сушки семян овощных и бахчевых культур. - Техника в сел. хоз-вс, 1982, № II, с.24.,.25.

22. Голубкозич A.B. Контактный Елагообмен при сушке семян овощных и бахчевых культур. - Научн.-техн.бюл. ЗИМ, 1982, вып.49, с.32...34.

23. Голубкоьич A.B. Особенности гидродинамики стационарного слоя слипающихся семян овощных культур. - Научн.-техн.бюл. ВИМ, 1982, вып.51, с.38...40.

24. Голубкович A.B. Аналитическое описание процесса сушки семян овощных и бахчевых культур. - Научн,-техн.бюл. ВИМ, 1983, вып.53, с.38...40.

25. Голубкович A.B. Некоторые вопросы переноса влаги в семенах овощных и бахчевых культур (при сушке). - Научн.-техн.бюл. ВИМ, вып.54, с.39...42.

26. Голубкович A.B. Исследование гидродинамики слоя свежестмы-тых семян овощных и бахчевых культур при помощи математических ыодедей. - Научн.-техн.бюл. ЗИМ, 1983, вып.56, с.37...40.

27. Голубкович A.B. Режимы хранения семян овощных и бахчевых культур. - Селекция в семеноводство, 1983, № 8, с.43...44.

28. Голубкозич А.З. Предельные скорости сушки семяк (овощных культур). - Картофель и овощи, 1983, $ 7, с.30...31.

29. Голубкович A.B. Обоснование дифференцированных режимов сушки семян овощных и бахчевых культур. - Вестн. с-х науки, М.,

1983, № 12, с.126...133.

30. Голубкович A.B. Масеообменные характеристики семян овощных культур. - Механизация и электрификация сел. хоз-ва, 1984,

№ 3, - 58 с.

31. Голубкович A.B. Методы расчета процесса сушки высоковлажных семян овощных и бахчевых культур. - Сб.научн.тр. ВИЛ,

1984, T.IC0, с.81...85.

32. Голубкович A.B. Кинетика сушки и гидродинамика слоя семян овощных культур. - Механизация и электрификация сел. хоз-ва, 1984, № I, с.36...39.

33. Голубкович A.B. Влияние термодинамических параметров и коэффициентов массопереноса на режимы сушки семян. - Механизация и электрификация сел.хоз-ва, 1985, № 2, с.56...58.

34. Голубкович A.B. Классификация семян для сушки. - Плодоовощное хозяйство, 1986, № 2, с.33...36.

35. Голубкович A.B. Процесс сушки высоковлажных семян овощных и бахчевых культур. - Механизация и электрификация сел.хоз-ва, 1987, № 2, с.31...32.

36. Голубкович A.B. Теория и технология сушки семян овощных и бахчевых культур. - М.: ВО Агропромиздат, 1987, - 142 с.

37. Голубкович A.B. Моделирование процесса обезвоживания семян. - Вестник с.-х. науки, 1987, № 8, C.I09...II5.

38. Голубкович A.B. Сушка семян паслена дольчатого. - Механизация и электрификация сел.хоз-ва, 1988, № 12, с.49...52.

39. A.c. № 723329 Способ сушки сельскохозяйственных про-цуктов/А.В.Голубкович, А.Г.Чижиков, Л.С.Ударов. Опубл. в Б,И., 1980, № II.

40. A.c. № 890057 Газораспределительная решетка/С.Д.Птицын, 1.И.Ворошилов, А.В.Голубкович, А.Г.Чижиков. Опубл. в Б.И., 1981,

Р 46.

41. A.c. № 1449797 Способ сушки семян овощных и бахчевых {ультур, содержащих свободную слагу/А.В.Голубкович, А.Г.Чижиков. )публ. в Б.И., 1989, № I.