автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПОТОЧНОЙ ГРАВИТАЦИОННОЙ СУШКИ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА

А-зччг8

На правах рукописи

ЛЫСЫХ Игорь Георгиевич

ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПОТОЧНОЙ ГРАВИТАЦИОННОЙ СУШКИ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур им. В.С. Пусто войта (ГНУ ВНИ1ШК).

Официальные оппоненты: Лауреат Государственной премии РФ

Заслуженный деятель науки н техники РФ, доктор технических наук, профессор Липов Юрий Нойевич,

Доктор технических наук, профессор, Резчиков Вениамин Алексеевич,

Доктор технических наук

Сорочинекий Владимир Федорович

Ведущее предприятие: Центральная Государственная зональная

машиноиспытательная станция (ЦМИС)

Зашита состоится « 27» октября 200 4 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 217.046.01 в Научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения им. В.П, Горяч кипа -ОАО «ВИСХОМ», по адресу: 127247, Москва, Дмитровское шоссе, 107,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВИСХОМ».

Автореферат разослан «_» сентября 200 4 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

п. Варламов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из наиболее слабых мест ь технологии послеуборочной обработки семян подсолнечника является сушка. Это объясняется тем, что отсутствуют обоснованные рекомендации по сушке семян подсолнечника, имеющих низкую сыпучесть, повышенную влажность, низкую механическую прочность лузги, повышенную скважность семян и пожароопас-ность, а также тем, что на сушке семян подсолнечника до сих пор используются сушилки зерна. Кроме того, слабо развита материально-техническая база для сушки семян подсолнечника, которая создана для производителей подсолнечника еще в прошлом веке и не имеет до настоящего времени рекомендаций по термо-влажностиым режимам сушки семян товарного и семенного назначения. Эти причины взаимосвязаны между собой и дальнейшее увеличение производства маслосемяп будет во многом зависеть от устранения и эффективного разрешения отмеченных проблем. Сушка семян подсолнечника является одним из наиболее ответственных технологических процессов, обоснованность которых и их техническое обеспечение в значительной степени позволит получать высокое качество высушенного материала. Поэтому решение задач по усовершенствованию известных и созданию новых специализированных сушилок для с см ян подсолнечника, является актуальной научной проблемой имеющей важное народнохозяйственное значение по обеспечению развития маслобойного дела в России.

Цель работы - разработка и освоение в производстве перспективной технологии и технических средств ДЛЯ поточной гравитационной сушки семян подсолнечника семенного и товарного назначения.

Для достижений этой цели сформулированы следующие основные задачи исследования:

• анализ современного состояния производства, технологии и техники сушки семян подсолнечника;

• исследование параметров механико-технологических свойств и состава влажных семян и комбайнового вороха подсолнечника;

• установление теоретических и экспериметальных закономерностей процесса сушки неподвижного, и гравитационно перемещаемого слоя семян подсолнечника;

• обоснование структуры и основных исходных параметров для проектирования поточных гравитационных сушилок для семян подсолнечника;

• экспериментальное изучение гравитационного перемещения, перемешивания и сушки семян подсолнечника при непрерывном и «нагрев-отлежка» режимах;

• исследование работы конфузоров в сушильных установках открытого исполнения;

• обоснование методологии исследования процесса взаимосвязанного

тепло- и массопереноса при сушке семян п >дсолнечника;

ЦНЬ МСХА

фОНД^учи^X

• практическая реализация и эксплуатационная проверка результатов работы;

• оценка технико-экономической эффективности использования результатов работы.

Объекты обследования. Семена различных сортов подсолнечника, технологии сушки, лабораторные и натурные образцы сушильных установок, поточные линии по производству семян и семзаводы.

Предмет исследования. Стационарные и непрерывные режимы работы бункерных и шахтных сушилок с коробами на семенах подсолнечника при продувке их подогретым воздухом и режиме работы «продувка-отлежка», в тонком и толстом слоях семян подсолнечника на различной высоте от места подачи агента сушки при вентилировании, радиальном и комбинированных направлениях его входа в слой семян.

Методика исследований. Решение поставленных задач проведено с использованием методов энарго-массообме иного анализа, теории вероятностей, численного анализа, математического и физического моделирования. При экспериментальных исследованиях использованы как специальные методики (ВНИИМК, ВИСХОМ, ВНИИЗ и др.), так и методы испытаний сельскохозяйственной техники согласно ГОСТ 7057, ГОСТ 12.2.120, ОСТ 70.10.2, ОСТ 70.10.1, ОСТ 10.7.1-2000.

Научную новизну работы составляют:

• повышение эффективности сушки высоковлажных семян подсолнечника с использованием режима «нагрев-охлаждение» или «нагрев-отлежка» гравитационно перемещаемого и организованно перемешиваемого слоя, что интенсифицирует внутренний перенос влаги между оболочкой и ядром семян и позволяет повысить температуру агента сушки без снижения качества и всхожести семян;

• математическая модель процесса тепло- и массопереноса при сушке семян подсолнечника в плотном неподвижном и гравитационно перемещаемом слоях с учетом скорости распространения «фронта сушки», влажности, засоренности исходного материала, скорости и температуры агента сушки.

Практическую ценность работы представляют:

• анализ процесса и направления движения фронта сушки применительно к гравитационно перемещаемому и перемешиваемому слою семян подсолнечника;

• разработка исходных требований на сушилку и комплект оборудования сушильного отделения для семян подсолнечника;

• разработка, изготовление и испытание различных типов сушилок и сушильных отделений для сушки семяп подсолнечника повьппенной влажности и низкой сыпучести с подтверждением их оптимальных режимов работы;

• методы инженерного расчета рабочих органов и элементов конструкции сушилок для семян подсолнечника;

• рекомендации и предложения конструкторским и производственным организациям по созданию сушильного оборудования и технических средств для семян подсол печника и режимам их сушки в зависимости от назначения высушенного материала. Оригинальность и новизна полученных технологических и технических решений подтверждены двумя авторскими свидетельствами и четырьмя патен-' тамиРФ.

Реализации результатов исследований осуществлена путем разработки совместно с ВИСХОМ и СКВ по сушилкам опытных образцов бункеров активного вентилирования, бункерных сушилок и комплекта оборудования сушильного отделения, которые были включены в «Систему машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986...1995 г.г.» (поз. Р34.142 и Р34.142/1). Институт «Гипросельхоззерио» (г. Краснодар), ныне ОАО «Зерно!гроект», при участи» автора, разработал проекты №778 и №899 на семе-очистительно-сушильные пункты по послеуборочной обработке маслосемян. Около 30000 модцфицнровшеых бункеров активного вентилирования изготовлено предприятием ОАО «Брянсксельмаш», ЗАО «СКВ но сушилкам «Брянек-сельмаш» и ООО «Бряпскагромаш» и эксплуатируются в Краснодарском крае.

Надежность эксплуатации бункерных установок, с газораспределительными коробами сушилок, а также достоверность разработанных основных положений, выводов и рекомендаций подтверждены сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, справками, актами, отчетами и протоколами испытаний, опытом промышленного внедрения, проектирования, изготовления и широкой апробации в аграрном секторе Краснодарского края, Белгородской, Ростовской, Липецкой, Воронежской и других областях. В хозяйственных испытаниях участвовали специалисты ВНИИМК, ВИСХОМ, СКВ по сушилкам, Воронежского Государственного университета, ЗАО «Агро-промтехника» (г. Киров) и КННИТиМ,

Результаты исследований переданы и приняты ЗАО «СКВ по сушилкам «Брянскссльмаш», ООО «Бряпскагромаш^ и ЗАО «Агропромтехника» (г. Киров) и использованы для разработки и усовершенствования бункеров активного вентилирования, сушилок СВП-б (СВП-4) и сушилок типа «С» в модификации для семян подсолнечника.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях (1985...1991) ВНИИМК (г. Краснодар), Международной научно-практической конференции «Проблемы механизации и электрификации отраслей агропромышленного комплекса» (Краснодар, 1991), заседаниях НТС СКВ по сушилкам (1989, 1993, 2002), ЗАО «Агропромтехника» (2002 г.) и ВИСХОМ (1985...2004), многократно с 1986 по 2002 г.г. на Всесоюзных, Всероссийских и международных иауч-но-технических конференциях по современным проблемам земледельческой механики (ВИМ, г. Мелитополь, МГУ пищевых производств), на краевых семинарах и совещаниях.

Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в 40 печатных работах, в том числе монографии объемом 208 с. Общий объем публикаций составил 28,4 печ. л., в т.ч. лично автора 22,13 печ. л..

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 308 наименований, в т.ч. 37 на иностранном языке и приложения. Общий объем работы составляет 306 страниц компьютерного текста, включая 53 рисунка и 38 таблиц.

На защиту выносятся следующие основные положения;

• анализ современного состояния проблемы сушки семян подсолнечника в России и за рубежом;

• результаты изучения основных физико-механических показателей влажных семян и комбайнового вороха;

• математическая модель процесса сушки гравитационно перемещаемого и перемешиваемого слоя семян подсолнечника полученного в виде уравнения регрессии;

• методология и теоретические положения по описанию процесса взаимосвязанного тепло- и массолереноса при сушке семян в плотном неподвижном и гравитационно перемещаемом с перемешиванием слое;

• разработка аналитической модели кольцевой сушильной камеры и теоретическое исследование работы конфузоров в сушильных установках открытого исполнения (без здания);

• теоретическое и экспериментальное определение основных закономерностей процесса сушки слоя семян подсолнечника, в том числе высоковлажных, при различных режимах работы сушилок (периодический, непрерывный, «нагрев-отлежка»);

• практическая реализация и эксплуатационная проверка результатов исследований;

• экономическая оценка эффективности выполненной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении обоснована актуальность проблемы сушки семян подсолнечника и ее народнохозяйственное значение.

В первой главе «Современное состояние технологии и техники для сушки семян подсолнечника» приведены анализ мирового и российского производства семян подсолнечника, влияние сушки на качество семян, рассмотрены технологические свойства компонентов вороха и семян, конструкции сушилок для маслосемян.

Анализ динамики мирового производства семян за последние 10 лет показал, что Россия является второй в мире страной по производству семян подсолнечника. В валовом сборе семян 54% приходится на Южный федеральный округ. Существенно возросло производство семян подсолнечника за последние 5..,7 лет в Башкортостане, Липецкой, Пензенской, Саратовской, Волгоградской, Самарской, Воронежской и Белгородской областях. Проведенный анализ

ii оценка дальнейшего развития производства подсолнечника свидетельствует о том, что сложившаяся потребность на эту культуру сохранится на ближайшую перспективу, а в международной торговле увеличенный спрос на продажу растительного масла перейдет к продаже семян. Поэтому, обеспечение качественной сушки семян подсолнечника является первостепенной задачей послеуборочной обработки урожая, как у производителей, так и переработчиков масло-ссмян.

Практическая оценка поточной технологии послеуборочной обработки урожая свидетельствует о том, что технологическая операция сушки семян подсолнечника занимает в ней особое место. Селекция подсолнечника на высокую масличноеть привела к созданию принципиально новой масличной культуры, предъявляющей повышенные требования к сушильной технике. Целый ряд фирм в развитых зарубежных странах, возделывающих подсолнечник, усилили в последние годы работы по созданию специализированных сушилок, В нашей стране у производителей для сутки маслосемян до настоящего времени используются сохранившиеся шахтные (СЗШ-16Р) и барабанные (СЗСБ-8) зерносушилки, Недостатком первых является низкий влагосъем за один пропуск семян, повышенная пожароопасность и невозможность обработки вороха семян подсолнечника с высокой засоренностью н влажностью. Барабанные зерносушилки не позволяют получать после сушки однородные по влажности семена, а используемые высокотемпературные режимы приводят к снижению всхожести семян.

В последние годы в работах М.А. Жукова, В.Д. Сапожникова и A.A. Авдеевой доказано, что в шахтных сушилках с коробами типа «С» можно в потоке сушить зерно повышенной влажности (более 22%) без снижения качественных показателей. При этом В.Д. Сапожниковым определены основные параметры падсушильного бункера и режимы сушки товарных семян подсолнечника на сушилке С-30 И показана эффективность ее использования на материале исходной влажностью от 10 до 31% с засоренностью до 15%. Однако, эта работа является первой исследованы отечественные шахтные сушилки последнего поколения на семенах подсолнечника. Если принять во внимание исследования Ф.Г. Гоголева, которыми определено, что в шахтных сушилках с газораспределительными коробами не происходит перемешивание семян подсолнечника, то нами было принято решение продолжить изучение конструкций данных сушилок и определить диапазон их функционирования на маслоссменах товарного и семенного назначения.

На разных этапах созданием основ теории и практики сушки различных материалов занимались многие отечественные и зарубежные исследователи. Из них отмстим работы А.Г. Блоха, В.Н. Богословского, A.B. Лыкова, В.П. Горяч-кипа, М.Ю. Лурье, С.Д. Птицына, В.М. Копейковского, В.И. Атшскина, Г.Т. Павловского, Н.Е. Кожуховского, В.А. Кубышева, Ф.Н. Эрка, A.C. Гинзбурга, H.H. Ульриха, В.И. Жидко, А.П. Гержоя, В.Ф. Самочстова, П.Н. Елизарова, Л.Г. Громова, В,А. Алейникова, В.А. Резчикова, Л.И. Кроппа, И.В. Захарченко, ГА. Ровного, A.B. Авдеева, Ю.Л. Фрегера, В.Д. Щафоростова, В.Ф. Сорочиноского, Н.И, Малина, В.Д. Галкина, Г.Ф, Ханхасаева, Г .Р. Озонов, М,А. Жукова, В.Д,

Сапожникова, A.A. Авдеевой, Е. Ц.-Д. Эрдинеевой, ЮН. Липова и других. Среди зарубежных ученых эти проблемы изучали A. Auzelins, H. Becker, H, Sallans, H. Brown, К. Escombe, H. Burgartz, IL Clive, H. Hoffman, С. Culpin, H. Dohler, D. Farig, H. Look, S. Koferd, H. Olesen, Z. Katic и другие.

Однако, как показывает анализ перечисленных работ из-за отсутствия обоснованных методов оценки показателей и свойств семян подсолнечника, оптимального сочетания их с конструктивными элементами сушильных камер, учета состояния высушиваемого слоя маслосемян в процессе сушки, особенно повышенной исходной влажности, до настоящего времени не созданы специализированные или конструктивно-технологические обоснованные сушилки для семян подсолнечника, способные в оптимальном режиме работать на маслосе-менах товарного и семенного назначения с уровнем допустимых потерь.

Во второй главе «Механико-технологические свойства влажных семян и комбайнового вороха подсолнечника» рассмотрены основные геометрические размеры и физические свойс тва семян подсолнечника, приведены результаты изучения аэродинамического сопротивления слоя семян воздушному потоку, методы определения механико-технологических свойств компонентов вороха маслосемян, приведено описание лабораторных установок, результаты изучения сыпучести, термостойкости, кинетики кондуктивного и конвективного нагрева семян, скоростей витания органических примесей комбайнового вороха.

В лабораторных условиях определены массовые и объемные характеристики семян подсолнечника (табл. 1), а также состав и влажность вороха маслосемян (табл. 2). Сопоставительный анализ таблиц показывает, что семена подсолнечника имеют отклонения (табл. 1) от средней величины по массе ±3,82%, объему влажных семян - ±2,86% и натуре - ±11,83%. Поэтому сделан вывод, что при разработке сушилки для семян подсолнечника особое внимание необходимо уделять натуре, имеющей отклонение от минимальных до максимальных значений более 20%. В тоже время анализ состава вороха семян подсолнечника и его влажности (табл. 2) показал, что цельное семя имеет отклонение ±10,9, соцветие - ±13,8, лузга - ±1,28 и ядро -±30 процентов от средних значений. В связи с этим определено, что при сушке семян подсолнечника необходимо добиваться в основном кондиционной влажности его ядра. Данный вывод подтверждает и то (исследования Л.А. Шадурко), что отклонение между минимальным и максимальным значением влажности ядра может достигать 50%.

Таблица 1

Массовые и объемные характеристики семян подсолнечника _(еоргг Первенец»^_

n/rt Показателя Размерность Предельные значения Средняя величина

1. Масса 1000 семян П>- 35,2-38,0 36,6

2. Объем влажных семян (1кг) см 425-450 437,5

3. Натура кондиционных семян кг/м1 440-558 499

Таблица 2

Состав вороха семян подсолнечника и их влажность _(сорт «Юбилейный-60»)____

ц/п Влажность, %

Составная часть предельные средняя Примечание

значения влажность

1. Цельное семя 41-51 46

2. 3, Соцветие Лузга 25-33 77-79 29 78 в 50% проб

4. Ядро 42-78 60

Опытами определено, что в отличие от зерновых культур семена подсолнечника имеют порозность слоя несколько большую. В этом случае аэродинамическое сопротивление его воздушному потоку, меньше, чем у зерна. В известных работах значение аэродинамического сопротивления слоя семян подсолнечника воздушному потоку приведено в обобщенном И осрсдненном виде. Нашими исследованиями определено, что на аэродинамическое (газовое) сопротивление слоя семян товарного подсолнечника оказывают влияние не только скорость фильтрации воздуха через слой, но и натура и крупность семян. Результаты продувки слоя семян подсолнечника толщиной один метр различной натуры (345...465 кг/м3) и массы в граммах 100 шт. семян (0,8... 1,2 и 1,6,.,2,8) показали, что слой меньшей массы семян (0,8...1,2 гр.) почти в 2 раза больше имеет сопротивление воздушному потоку, чем слой массы ссмян 1,6.,.2,8 грамма. Обработка результатов исследований позволила, при изученных натуре и массе 100 шт. семян подсолнечника, получить корреляционные зависимости (табл. 3) для расчета газового сопротивления слоя ссмян воздушному потоку.

Таблица 3

Корреляционные зависимости для определения газового сопротивлении __ слоя(1 м) ссмян нодсолнечннка_

№№ Натура, Масса 100 штук семян, гр. Примечание

п/п гр./м' 0,8... 1,2 1,6...2,8

1. 2. 3. 4. 465 425 385 345 /> = 0,14428V+0,00563V2 Р = 0,10252V+0,00435V2 Р = 0,06070V+D,00296Vi /> = 0,O3843V+O,OÖ214Vi Р = 0,33268V+0,01227V2 Р = 0,21493V+0,00881V2 /■ = 0,13761V+Q,00634V2 /> = 0,086577+0,00456V2 Размерность: Р -мм .во д. ст.; V- см/с

Многими исследователями (Л.В. Гячев, P.A. Зенков, A.B. Авдеев и др.) определено, что сыпучесть зерновой массы характеризуют коэффициенты внешнего и внутреннего трения, определяемые значениями углов трения и ес-тествешюго откоса. На практике, при обработке масличных культур, значения коэффициентов трения могут существенно изменяться от замасливания и зали-пания поверхностей трения. Поэтому сыпучесть вороха семян подсолнечника наиболее точно характеризует коэффициент внутреннего трения, определяемый путем измерения угла естественного откоса. При определении угла естест-

венного откоса семян подсолнечника, по разработанному нами способу, установлено, что величина его зависит от скорости истечения У„ и высоты падения А семян на плоскость.

В исследованном интервале влажности и засоренности вороха семян подсолнечника значение максимального угла естественного откоса не превышает 60 град. Проведенные исследования позволили выявить три возможных варианта влажности семян (рис. 1), поступающих на послеуборочную обработку, в зависимости от условий уборки подсолнечника. В первом варианте исходная влажность семян подсолнечника может быть до 14%, втором до 32% и третьем - более 60%. При этом установлено, что на первый вариант (оптимальный), по многолетним статистическим данным, приходится около 30% убираемого урожая. Результат данных исследований свидетельствует о том, что кроме практической необходимости сушки 100% валового сбора урожая семян подсолнечника, она еще (сушка) осложнена высоким влагосъемом и плохой сыпучестью высушиваемого материала.

а, град

55

45

35

о 10 20 30 40 50 60 \Л\%

Рис. 1. Зависимость угла естественного откоса а массы семян подсолнечника от влажности IV;

I - уборочная влажность (оптимальная); П-возможная уборочная влажность (по степени зрелости); 1П-возможная уборочная влажность (по погодным условиям)

Экспериментально определено, что крупные частицы органической Примеси (частицы корзинок, черешки листьев и соцветия) как во влажном, так и высушенном состоянии имеют скорости витания, в пределах 2Д.Д4.0 м/с. Мелкая органическая пыль (9%), в ворохе после сушки, имеет скорость витания

1111111 -СС= 23,3+0,99-\\'-0,008Л\2

ниже 1,0 м/с. На основании этих результатов сделан вывод о необходимости поддерживания скорости сушильного агента на выходе из слоя семян подсолнечника не более 1,0 м/с. В этом случае создаются условия, когда 100% круп-иш; примесей и 91% мелкой органической пыли не будет выдуваться из сушильной камеры, что обеспечит пожаробезопасность при сушке семян подсолнечника.

Опытами по оценке времени сгорания крупных и мелких примесей в воздушной среде установлено, что крупные органические примеси горят или тлеют в атмосфере в зависимости от размеров от 1,5 до 20 мин.. Самая легкая органическая пыль, имеюшая скорость витания менее 1,0 м/с, возгорается или тлеет в пределах 2..,5 с. Учитывая это рекомендуется, для обеспечения пожаробезопасной сушки, всю выдуваемую из вороха органическую пыль следует, собирать, например, в циклонах. Это гарантирует предотвращение попадания примесей в топочный агрегат и их воспламенение в нем.

В третьей главе «Теоретические исследования процесса сушки гравитационно перемешаемого слоя семян подсолнечника. Исходные показатели для проектирования сушилок поточного действия» приведен анализ известных исследований по сушке термолабильных материалов, обоснована модель сушки семян подсолнечника в слое, рассмотрены предпосылки к обоснованию равномерного гравитационного перемещения материала в сушильной шахте, равномерность распределения агента сушки в кольцевой и с газораспределительными коробами шахтах, приведены расчетные схемы конструкций коробов и коэффициента заполнения шахты семенами.

Проведенный анализ многочисленных исследований, получивших распространение в виде номмограм, шкал и т.п. показал, что наиболее распространенными методами расчета режимов сушки остаются приближенные методы, учитывающие эмпирические зависимости, полученные путем математической обработки экспериментальных данных. Это связано, прежде всего, с тем, что даже при использовании, например, теории подобия, трудно учесть все многообразие факторов, влияющих на процесс сушки.

Исследования Л.В. Авдеева, В.И. Лнискина, О/Г. Лихачевой, В.А. Рыба-рука, И.П. Босина, A.A. Попова, М.И. Наймушина, А.Г. Громова, В.Н. Полуэк-това к др. по применению на сушке зерна бункеров активного вентилирования с радиальной раздачей воздуха позволили заключить, что эксплуатация и развитие этой техники включало в себя постепенный переход от вентилирования атмосферным воздухом до сушки зерна агентом сушки с температурой до 60°С, При этом в конструкциях предусматривались перемешивание зерна, периодическая отлежка или охлаждение атмосферным воздухом, отбор зерна от центрального газораспределителя и т.д..

Анализ исследований по применению в сельском хозяйстве бункеров активного вентилирования позволил сделать вывод о том, что для сушки зерна любой исходной влажности можно использовать установки буккерного типа с радиальной раздачей теплоносителя. При этом определено, что оптимальная конструкция такой сушилки должна включать в себя: непрерывную или периодическую выгрузку, перемешивание зерна в процессе сушки, переменную тол-

щину слоя и максимально возможную температуру агента сушки, обеспечивающую допустимый нагрев зерна. Обобщение известных исследований в этом направлении позволило автору обосновать задачи теоретических и эксплуатационных исследований по сушке толстого слоя семян подсолнечника (о последнем см. главу 4). При этом, для определения скорости агента сушки V (м/с) в любой точке кольцевого сдоя л его аэродинамического сопротивления ЛР (кг/мг) были использованы полученные автором обобщающие зависимости.

у =

ЧУ

-к-',2)

7200г.

(1)

ЛР = 9,81 ■ А

ЙУ

к-Л

7200

Л/-В „ 1-я

« ~гх

1-П

(2)

где <1 - удельная подача воздуха, м3/Ч'Т; у - плотность семян, кгМ5; гх -радиальная координата точки слоя, м; А и п - коэффициенты, зависящие от вида материала; г„ - наружный и внутренний радиусы кольцевого слоя.

Расчеты показали, что для снижения влияния неравномерности распределения агента сушки наиболее эффективным является применение такого конструктивного решения кольцевой сушильной шахты, когда

соотношение

1. Это соотношение достигается уменьшением толщины

продуваемого слоя, что обосновано и с технологической точки зрения. В этом случае, при равных толщине слоя и увеличении радиуса, соотношение ,

будет уменьшаться (табл. 4).

Таблица 4

Расчетные значения соотношения при различных наружных И„ и

г.

0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 2,0

0,25 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00

0,75 1,00 1,33 1,67 2,00 2,33 2,67

1,00 1.00 1,25 1,50 1,75 2,00

1,25 1,00 1,20 1,40 1,60

1,50 1,00 1,33

1,75 1,00 1,14

2,00 1,00

Эта гипотеза подтверждается следующим. Например, в бункерах типа ЕВ, серийно выпускаемых отечественной промышленностью, Л„ = 1,575 м, г, = 0385 м, значение скорости агента сушки при выходе из слоя У= 0,07 м/с, что почти в 4 раза меньше, чем у входа в слой (V = 0,25 м/с). Это приводит к высокой неравномерности сушки материала, что имеет место при эксплуатации бункеров, особенно на высоковлажном комбайном ворохе. Если же принять, при том же радиусе Д„ значение г„ = 1,12 м, то скорость на входе в слой будет отличаться от скорости на выходе из него всего лишь в 1,3 раза. Если использовать при этом в процессе гравитационного движения семян в сушильной камере перемешивание продуваемого слоя относительно входа агента сушки в него, например, с помощью инверторов и разделения этого слоя в потоке на два более тонких, то имеется возможность дополнительно снизить неравномерность сушки. Установка в сушильной камере по ее высоте нескольких таких устройств позволяет свести этот показатель минимума.

Оптимизация конструкций бункерных установок с кольцевой сушильной камерой и выбор режимов сушки семян в них потребовали разработки математической модели такой камеры. Построение этой модели нами проведено на основе знерго-массобалансового метода.

Выделив элементарный объем Л' = к!<Ьс внутри сушильной камеры и составив уравнение баланса тепла и массы на основе законов сохранения энергии и материи, получили

здесь А - толщина слоя семян, продуваемого сушильным агентом, м; / - ширина сушильной камеры (для кольцевой камеры) длина окружности по средней линии толщины слоя, м; д; - расстояние по высоте сушильной камеры, м, {(1х—>0)\ (>„, JQ - соответственно количество теплоты в кДж, поступившее в (¡V с сушильным агентом, оставшееся в сушильном агенте и переданное материалу, которое, в свою очередь, идет на нагрев ссмян (()а) и испарение влаги из них (2м-); С*>> б^, - количество влаги в семенах и сушильном агенте, кг, - символ дифференцирования, Подстанляя соответствующие значения, из зависимостей (3), при принятии допущения о постоянстве теплофизических величин £, р, с, г, рг, Сл сыпучего материала, семян и сушильного агента в процессе сушки получено уравнение

(3)

С = С,, + <л,; ПС = 0

(4)

г р 100

рг

(5)

Из зависимости (4) имеем

и—+ (6)

е 100 г 1009

При осложнении процессов тепло- и массообменна между семенами я сушильным агентом, уравнение (5) и (6) можно замкнуть в систему уравнений относительно основных переменных состояния процесса сушки: влажности Я' и температуры в семян, температуры Т н влагосодержания О' сушильного агента. При этом уравнение (5) (теплообмена) принимает вид

= —Ыра.^(Т - 0\ (7)

где ае - коэффициент теплообмена (по С.Д. Птицыну):

/' кВт

——а, —......

РгСг£ м град.

<8>

В приведенных математических зависимостях р, рг - плотность абсолютно сухих семян и нормальная плотность абсолютно сухого сушильного агента, кг/м3, е - скважность (порочность) слоя материала; г - удельная теплота парообразования воды при нормальных условиях, кДж/кг; С, Сг -соответственно удельные теплоемкость семян и изохорическая теплоемкость

сушильного агента (изменяются незначительно), ———; а - коэффициент

кг • град,

теплообмена, приведенный к единице массы или единице активной

кВт ,

поверхности семянки (изменяется в широких пределах), —--; у - удельная

м ■ град.

поверхность семян, м2, соприкасающаяся с сушильным агентом (зависит от агрегатного состояния слоя материала и г). Для плотных типовых слоев /' = т{1-е)/Л; т = 1, 2, 3 - в зависимости от конфигурации семянки: плоская, цилиндрическая или шаровая форма соответственно; /Г - половина наибольшего линейного размера семян, м.

Исходя из уравнений (б) и (7), а также учитывая зависимости Г.С. Окуня для сушки семян в элементарном слое, нами были получены математические модели бункерной сушильной установки с плотным неподвижным и гравитационно перемешиваемым слоем семян в сушильной камер. Последующие рассуждения позволили для бункерной конвективной сушилки с переменной по высоте толщиной перемешиваемого слоя материала, например (А/, А2, АД границы которых находятся соответственного на высоте £^£/+£>¿/+£^+¿1, составить систему из (4x3) обыкновенных дифференциальных уравнений

d~t ' ~JmwhK,w'e'ft -*,)

f. = _ pp{e oM = Ш;х 6 л*

(I¡-I)=T*>D'tii-i Ж Л = Mj = H-

Здесь Wt, tf(, W{-начальная, конечная и др. промежуточные влажности семян, %; У, Уг- скорости движения семян и сушильного агента, м/с; Л'в, К^, Л"*,-модельные коэффициенты соответственно влагопереноса и теплообмена семян и скорости агента сушки; ва, 0, - соответственно температура семян до и после сушки, "С; Т, - температуры агента сушки, °С.

Для заданных значений ffe, в„ и Lt=H/3, задача (9) решается

нахождением значений hit минимизирующих функционал

Ф (W, 9, Т, D, h^ = W(xk) « Wk, (10)

г де if, в,; Т, D связаны соотношениями (10) при системе ограничений

О,* 0*0»*, 0в<То<Ттах, dW/dx < AWdon„ (И)

Известные короба шахтных зерносушилок по своей форме можно подразделить на следующие шесть типов (рис. 2): трехгранные постоянного сечения, пятигранные, трехгранные или пятигранные переменного сечения, короба с поперечным сечением, имеющим форму лемнискаты, короба с жалюзями, короба типа зерносушилки «Randolph».

Согласно проведенным в ВИСХОМе и ВИМе исследованиям было определено, что наилучшее обтекание зерном имеют короба, выполненные по лемнискате. Однако, с технологической точки зрения их производство затруднительно, т.к. требует значительных затрат на создание и изготовление оснастки для таких коробов. Короба с жалюзями позволяют несколько повысить скорости фильтрации агента сушки через материал, но форма таких коробов ухудшает условия их обтекания. В некоторых сушилках находят применение короба переменного сечения. Основная цель установки таких коробов - создание постоянного статистического давления по длине короба,

что позволяет улучшить равномерность распределения агента сушки в слое материала Однако, при этом имеет место переменные условия контакта поверхности короба с высушиваемым материалом. Со стороны подвода агента сушки это может привести к неравномерности нагрева семян по длине шахты, а также гравитационному их перемещению. Короба типа «Randolph» имеют сложную конфигурацию. Ирокого распространения они в конструкциях шахт зерносушилок не получили. В свое время такие короба использовались в охладительной шахте рециркуляционной зерносушилки РД 2x25. В известных зерносушилках наибольшее применение имеют короба трехгранной и пятигранной формы.

Рис. 2. Конфигурации коробов различных типов

а -трехгранные; 5-пятигранны; в - с профилем по лемнискате; г - жалюзийвые; ¿-тала «Randolph»

Нашими исследованиями определено, что оптимальность конструкции шахты и коробов в сушилках с газораспределительными коробами определяется значением коэффициента заполнения шахты ?}, величиной свободной поверхности зерна под коробами и площадью вертикального сечения отводящего короба. Из рис. 3 видно, что основание короба определяет свободную зерновую поверхность под ним, а высота короба - площадь его поперечного сечения и продольную скорость агента сушки в коробе ик.

трех и пятигранной формы

На семена, контактирующие с наклонной поверхностью короба, действуют силы вертикального и бокового давления Q и Р, сила трения FTr и сила F, направленная вниз по поверхности короба. В соответствии с принятыми обозначениями, результирующая сила И сила трения будут

Я = 40Г+Р2 ; F = R{cosa -}-/?); (12)

ftp = frrRsm(a + р).

С увеличением угла наклона поверхности короба (т.е. угла при вершине короба) произойдет изменение воздействия сил F и Fry- При этом величина сил Ftp возрастает, a F - уменьшается, что приведет, к некоторому торможению в перемещении зерна по поверхности короба. Для вертикальной стенки, когда а = 0, будет F = Q, a Ftp. = fp, т.е. имеет место наилучшие условия для движения семян около поверхности короба. Отсюда определено, что в шахтах целесообразно применять короба с минимальными углами при вершине и использовать их пятигранную форму, которая обеспечивает наименьший тормозящий эффект. Однако, из рис, 3 видно, что пятигранный короб, с тем же углом при вершине и той же площадью под ним, может быть получен и трехгранным, путем уменьшения ширины до размера и образования прямого участка при некотором увеличении общей высоты на Дат, Для принятых на рис, 3 обозначено, получим равенство

Ле

Ла-в} =-, (13)

Ща

откуда

Лв

Ла =-. (14)

в (да

При этом высота короба и прямого участка увеличиваются незначительно, а открытая зерновая поверхность резко уменьшается в

отношении - ■■—- , В том случае, если пятигранный короб того же сечения будет

образован из трехгранного, при той же величине открытой поверхности, то увеличивается угол при вершине короба, а с ним и тормозящий эффект при движении семян в шахте, несмотря на наличие у коробов прямого участка. Рекомендовано для сушильных шахт использовать короба трехгранной формы с небольшими прямыми участками (можно несколько отогнутыми внутрь короба для обеспечения большой его жесткости), но с углом при вершине несколько больше угла естественного откоса влажного материала.

Теоретический коэффициент заполнения (т}т) шахты семенами для принятых обозначений (рис. 4, а), есть

Ьв • Ь, ^

ь--^-'-*^- <15)

где Л ~ площадь поперечного сечения короба, м1.

При ~ = в + , А» = а + и для треугольного сечения короба /к = из зависимости (15) получим

'1т =1--?-"у V (16)

В том случае, если в, = 0, т.е. кромки подающих и отводящих коробов совпадают

Пт~1~2{а + 11}У

(17)

Рис. 4. Расчетная схема (а) для определения коэффициента заполнения шахты с коробами семенами и графическая зависимость (б) этого коэффициента от высоты короба

Приняв а в долях толщины зернового слоя Ьз, получена зависимость )/ = /(л), показанная на рис 4, б, из которой видно, что при уменьшении высоты короба коэффициент заполнения шахты увеличивается. Однако, при этом суммарная металлоповерхность коробов также возрастает, что способствует увеличению метериаллоемкости шахты и увеличению времени контакта семян с поверхностью короба, что является нежелательным явлением для сушки семян.

Теоретическая длина короба в сушильной шахте определена при следующих обозначениях величин и параметров: А - кг/с на I м3 зерна в шахте

- удельная подача (агента сушки); массовая скорость агента сушки в

поперечном речении короба, кг/мг*с; - продольное сечение шахты, перпендикулярное коробам, м3; / - длина короба (шахты), м; а - количество коробов в шахте; п • суммарное поперечное сечение всех коробов в шахте, м2, ц - коэффициент заполнения шахты материалом; /„ - плошадь вертикального сечения короба, м2; - скорость фильтрации агента сушки через слой материала.

Если в одном случае массовый расход агента сушки по всей шахте есть

а в другом случае

Ь = (19)

то из зависимостей (18) и (19) имеем длину короба (шахты)

2А • п

Так как =»а-в-1) то с целью предупреждения выноса семян

(примесей) из шахты, должно выполняться условие для отводящих коробов

у»с.-^/^кЬ (го

в • I

где (ур^,]^ - допустимая массовая скорость агента сушки в отводящих коробах равна 0,8 кг/м2*с.

Анализ многочисленных исследований показал, что равномерность распределения воздуха по длине короба постоянного сечения зависит от изменения разрежения (или давления) по его длине и сопротивления слоя материала. Чем больше отношение изменения разрежения к сопротивлению слоя, тем больше неравномерность распределения воздуха гю длине канала. За показатель неравномерности распределения агента сушки нами было принято соотношение

итах - vmЬ' Ли

"ся _ СП

»« »« *

где Со, - среднее значение скорости агента сушки через слой, м/с, а о™ и и™" -максимальное и минимальное ее значение в начале и конце короба.

Принимая во внимание, что при степенной зависимости сопротивление слоя семян пропорционально р « и", имеем:

где р — среднее сопротивление слоя семян, мм вод, ст.; Ар - изменение давления по длине короба, мм вод. ст.. Обычно для неподвижного зернового слоя «=1,4. .Л, 5.

В гравитационном перемещаемом слое семян подсолнечника сопротивление может быть значительно ниже и показатель степени можно принять и = 1. Тогда

Ар

т.е. изменение скорости агента сушки по длине короба будет носить линейный характер. Из теоремы Бернулли, изменение статистического давления равняется изменению динамическою напора

ч

у • 01

т.к. в подводящем коробе о1 а и} =0, то Ар --— н давление в

конце короба будет больше, чем в начале на эту величину. Однако, потери давления на преодоление трения и местные сопротивления могут снизить или еще больше увеличить давление у заглушённого конца короба. Составленные нами согласно уравнения Бернулли, зависимости для сечений I - I и II - II сушильной шахты (рис, 5), для подводящего короба имеют вид

Рст + Рст + Р'1 + АРм.^

где р = 0, а Лрмс

Ч

Откуда получено

2

Ф = (23)

Рис. 5. Расчетная схема (а) для определения давлений (о) в коробах шахтной сушилки

V«, У«, - соответственно скорости агента сушкя на подводящий (П) короб, в слое семян и иа выходе из отводящего (О) короба

Из зависимости (23) видно, что для подводящего короба, если сопротивление его невелико, в конце статистическое сопротивление будет тем больше, чем меньше К. Если К = 1, то Др обращается в нуль и статистическое давление по длине короба будет постоянно. Очевидно, этим и объясняется установка в некоторых зарубежных конструкциях решеток или перегородок в коробе, увеличивающие местные сопротивления (коэффициент А),

Аналогично изложенному, нами получено уравнение для отводящего короба

Ptm + Pg = Рст + Pg+ ЛРм.с*

где = = + (24)

Из зависимости (24) видно, что для отводящего короба потери на трение и местные сопротивления увеличивают статистическое давление в конце короба. Поэтому, целесообразно для этих отводящих коробов, стремиться к возможно меньшим значениям «/Г». Характер изменения давлений по длине короба в сушильной шахте для различных случаев подачи агента сушки показан на рисунке 56. Этот рисунок иллюстрирует, как происходит изменение давления в подводящих и отводящих коробах, которое приводит к неравномерности распределения агента сушки в слое семян.

Составляя аналогичные уравнения для сушильной шахты, работающей под разрежением, нами получены следующие выражения для короба, работающего на

разряжение

dp = p:m-pa^~{l-K)^t (25)

нагнетание

лр^р:т-рст={1+к)^. (26)

2S

Из зависимостей (25) и (26) видно, что для конфузора увеличение разряжения в начале его будет определяться величиной коэффициента А", Если конструктивно принять, что К = 1, то разряжение в конфузоре будет постоянным.

По отношению к окружающей среде в практической эксплуатации аграрного сектора страны находятся два типа промышленно выпускаемых вертикальных сушильных установок. Это колонковые, в т.ч. бункерные, и шахтные с газораспределительными коробами. Первые, как правило, устанавливаются в зданиях легкого типа, а вторые без здания. Однако, во многих случаях, особенно в южных районах страны, бункерные сушильные установки в целях экономии стройматериалов с боков оставляют открытыми. В этих условиях, кроме нарушений технологического процесса сушки семян в сушильной камере, из-за возможной значительной разницы в скоростях обдува камер воздухом и истечения отработанного агента сушки через перфорацию, т.е. когда подветренная часть сушильных камер не работает, могут иметь место

снижение производительности установок и завышенные затраты энергии на сушку. Последние неразрывно связаны с условиями отвода отработанного агента сушки от сушильных камер, которые наиболее полно конструктивно решены в шахтных сушилках с газораспределительными коробами.

В обобщенном виде, имеют место две схемы отвода отработанного агента сушки (рис. 6) от сушильных камер:

- неорганизованный, т.е. через перфорацию непосредственно в атмосферный воздух (рис. 6, а);

- организованный, т.е. через конфузор обеспечивающий направленный выброс в атмосферу (рис, б, б).

В этих установках нагретый агент сушки от воздухораспределителя проходит через слой зернового материала /, подвергая его сушке, а сам насыщается водяными парами. При этом а первой схеме паровоздушная смесь выбрасывается непосредственно из сушильной камеры в атмосферный воздух, а во второй, где возможны в конфузоре подсосы воздуха, выбрасывается организованно за пределы сушильной камеры. Для упрощения описания схемы явлений в этих установках принято, что конфузор обслуживает только сушильную камеру и не учитываются условия труда около ее, т.е. запыленность и подсоры материала за счет выноса из сушильной камеры, а также принято, что место выхода тепла, поступающего от конвективного теплоисточника, находится в нижней части воздухораспределителя. При принятых допущениях обшая картина движения агента сушки в установках будет следующая. Теплый агент сушки, проходя через слой материала (рис. 6), где,, контактируя с отдельными его частицами, передает им часть тепла для удаления влага из материала. При этом температура агента понижается, а температура материала повышается. Агент, проходя' через материал, смешивается с испаренной влагой и образует паровоздушную смесь (отработанный агент сушки), которая выводится за пределы сушильной камеры.

Первая схема (рис. 6, а) представляет собой простейший вариант отвода отработанного агента сушки ог сушильной камеры. Вторая (рис. 6,6)- является обобщенной схемой большинства сушилок с организованным отводом отработанного агента сушки. При этом первая схема является элементарным конструктивным решением отвода отработанного агента сушки, которая, как отмечалось выше, имеет свои недостатки при эксплуатации сушилок. Это требует отдельного исследования, которое не входит в решение задач данной работы. Поэтому, рассматривая работу сушилки без здания, мы решаем общую задачу организованного отвода отработанного агента сушки от сушильных камер.

Во второй схеме (рис. 6, б), охлаждаясь около стенок конфузора, отработанный агент сушки отражается от них, образуя пристенные конвективные струи в конфузоре, часть паровоздушной смеси которых можно отнести к циркуляционной. При соответствующих метеорологических условиях из этой паровоздушной смеси на внутренней стенке конфузора может выпасть капельная влага (условия «точки росы»), которая, накапливаясь на стенке, устремляется вниз по ней. За счет значительной высоты сушильной камеры через сборочные элементы конфузора происходят подсосы атмосферного аэрационного воздуха

внутрь него. Этот воздух, смешиваясь с циркуляционной смесью, образует смесь, имеющую температуру отработанного агента. При этом распределение этой смеси по поверхности корпуса сушильной камеры будет поддерживаться постоянной температурой (при установившемся режиме) слоя материала, соприкасающегося с корпусом внутри камеры и отработанным агентом сушки в пограничной зоне с противоположной стороны этого корпуса.

а б

-0:—ф-агпгт ,:уикц, —н-отработанный сушки ,-<——»агент с7UZCÍ ^crjes семой;

М:-1 испаренная я оца (пар). < о циркулщнонная здесь,-*----- атмосферный воздух ;

— . ...паро-воз душна*еьаеь.

Рис, 6. Схема отвода отработанного агента сушки от сушильных камер установленных в здании (а) и без здаиия (б)

Отвод; а - неорганизованный; б - организованный; I - сушильная камера;

2 - воздухораспределитель; 3 — коафузор; массовые расходы; А/ - агента сушки; Мавщ ~ общий отработанного агента cyumi; М, - аэрашонного атмосферного воздуха; Мч - циркуляционной смеси; А/„ - испаренной алаги

В общем виде (рис. 6, 6) поглощение циркуляционной паровоздушной смеси и аэрационного подсасываемого воздуха отработанным агентом сушки Произойдет при условии:

М, +МЦ <,МоСщ_ -М' (27)

где М\ Мй, Мц — соответственно массовые расходы: общий

паровоздушной смеси и отработанного агента сушки, аэрационного воздуха и циркуляционной смеси, кг/ч. Здесь

М'= М + Л/л, кг/ч, (28)

Здесь М и М„ - соответственно массовые расходы агента сушки и испаренной воды (пар) из материала, кг/ч.

Путем некоторых алгебраических преобразований из равенства (29) были получены зависимости для вычисления параметров отработанной паровоздушной смеси в конфузоре сушилки.

тХс-01вТи)=Тиас, (29)

где

К А.

Рб'

<3 щ •/ о

с = 2$36002 ■ уН 27Зу0.

где и ¡л, - молекулярный вес пара и воздуха (соответственно 18 и 29 кг/моль); рп и рь - парцпональное и барометрическое давление паровоздушной смеси внутри конфузора, Па; Тъ - абсолютная температура паровоздушной смеси внутри конфузора, т.е. Т, = Т„ + "К; - температура паровоздушной смеси внутри конфузора, °С; Ти - абсолютная температура атмосферного воздуха, °К; Н — расстояние между отверстиями подсасывающих щелей и вытяжкой конфузора (рис. 6), м; у, уа, у' - соответственно объемная масса наружного воздуха, при его номинальных условиях и внутри конфузора в уходящей паро-воздушной смеси (у0 = 1,293), кг/м3; и - коэффициенты местных сопротивлений подсасывающих щелей и вытяжного отверстия конфузора; £ - ускорение силы тяжести, м/с2.

Массовый часовой расход циркуляции смеси, непосредственно перед смешиванием с аэрационным воздухом, определяется из зависимости Шепелева И. А,

Мц =?1Ц, кг/ч, (30)

где Ьц - объемный часовой расход смеси в пристеночной конвективной струе, м3/ч.

Для расчета массового часового расхода агента сушки, необходимого для процесса удаления влаги из материала, можно воспользоваться общеизвестной формулой

М = 3600ЕУуп кг/ч, (31)

где Р - площадь поверхности подвода агента сушки к материалу, м1; V -средняя скорость агента сушки на незаполненную площадь поверхности подвода Г, м/с; у, - объемная масса подаваемого агента сушки при температуре, необходимой для осуществления процесса сушки материала:

У, кг/м3, (32)

*1

Здесь Т, =273 + где ^-температура подаваемого агента сушки в материал.

Испытания бункера БВ-40А без здания показали, что в зависимости (27) слагаемые М,, и Мн можно не учитывать, т.к. определить их значения на практике весьма сложно. В то же время эксплуатировать бункер без здания экономически невыгодно, т.к. в равных условиях сушка семян подсолнечника при различных исходных влажностях в таком бункере в 1,35..,2,1 раза проходит медленнее, чем в бункере установленном В здании. Такой разброс объясняется тем, что при наличии перфорированных корпусов в бункерах, установленных без здания, происходит ((запирание» отработанного агента сушки атмосферным воздухом. Скорость его на высоте 5 м от земли, по нашим измерениям (Краснодарский край, Ейский район) в период уборки, составляет 7...10 м/с, что значительно выше скорости истечения отработанного агента сушки через перфорацию корпуса (0,08...0,1 м/с).

В четвертой главе «Экспериментальное изучение гравитационного перемещения и сушки семян подсолнечника» приведены результаты исследований по изучению процесса гравитационного перемещения перемещаемого слоя семян подсолнечника, закономерностей перемещения влаги в неподвижном слое, влияния перемещения слоев семян на интенсивность сушки, процесса сушки в режиме «нагрев-отлежка» в шахте с газораспределительными коробами, работы аэродинамической системы шахтных сушилок.

Опытами по изучению закономерности перемещения влаги в неподвижном слое семян подсолнечника толщиной Н = 0,8 м и исходной влажностью IV

= 20%, при температуре агента сушки // = 45°С и скорости его фильтрации через слой V = 0,6 м/с, определено, что по толщине слоя семена подсолнечника достигают кондиционной влажности (7%) за различные промежутки времени. При этом кривые скорости сушхи ссмян подсолнечника на нижней и верхней границах неподвижного слоя имеют идентичный вид, но интенсивность влаго-сьема в слое семян со стороны входа агента сушки значительно выше, чем на выходе из слоя сушильного агента. Влияние различных факторов на скорость сушки семян подсолнечника в неподвижном слое определено с помощью метода математического планирования эксперимента по плану Бокса (четырехфак-торный эксперимент), после статистической обработки опытных данных получено уравнение регрессии, описывающее процесс сушки неподвижного слоя семян подсолнечника:

Уф = 0,0538 - 0,0341 ■ X, - 0,0173-Х2 + + 0,0272 • Х4 - 0,0119 ■ Х,Х4 + 0,0193 ■ X]. (33)

Значимость коэффициентов регрессии в этом уравнении составила: при Х} - 39,5 %; - 10,2%; X, - 7,4 %; Л"4 - 25,2 %; Л',Х4 - 3,4%; Хг Л"4 - 2,3%; X} - 8,В%, остальных - 2,2%. Проверка по критерию Фишера показала, что модель (33) адекватна при уровне значимости 95%. При этом определено, что факторы Л'3 и повышают значение функции отклика Уф. Влажность семян (А'() оказывает наибольшее влияние на ход технологического процесса сушки. По результатам опытов установлено, что в исследуемой области факторного. пространства скорость фронта сушки семян подсолнечника находится в диапазоне 0,0125...0,2125 м/ч. Это составляет от 0,5... до 8,5 минимальных слоев семян подсолнечника с толщиной каждого 0,025 м.

Анализ результатов исследований ряда специалистов (С,Д. Цтицыи, В.И, Алейников и др.) по кинетике сушки термолабильных материалов приводит к диаметрально противоположным мнениям по использованию в процессе сушки режима «нагрев-отлежка». Автором была выдвинута гипотеза, что тзкой режим для семян подсолнечника позволяет предотвратить снижения качества и всхожести семян вследствие уменьшения образования трещин, снизить влияние температуры на перегрев семянок, выровнять влажность между оболочкой (лузгой) и ядром. При этом учитывалось, что значение коэффициентов массо-проводности у семян подсолнечника очень малы, а инерционность поля влажности значительно превышает инерционность температурного поля. В этом случае, процесс сушки семян лимитируется интенсивностью внутреннего переноса влаги, что обеспечивает эффективное применение в процессе сушки высоковлажных семян комбинированных циклов «нагрев-охлаждение» или «нагрев-отл ежка».

Опыты показали (табл. 5), что отлежка нагретых до 45°С семян в течение первых 9...15 мин, приводит к увлажнению лузги семени подсолнечника на 1%, Дальнейшее увеличение влажности оболочки происходило медленнее. За

одни сутки увеличение влажности составило 3%. Отлежка семян комнатной температуры показала, что в начальный период увлажнение лузги происходило медленнее, чем у нагретых семян. Через 4 ч. отлежки влажность лузги в обоих опытах практически стала равной.

Таблица 5

Динамика изменения влажности % лузгн при отлежке семян подсолнечника

Влажность и температура ссмян Время отлежит, ч

0,15 0,5 1,0 4,0 24 48

9,5 9,8 10,0 10,2 11,5 12,3

8,5%,/е=22йС 8,8 9,2 9,5 10,1 11,6 12,2

Данной серией опытов также выявлено, что за счет перераспределения влаги в семянке, в течение 9...15 мин. поверхность ее охлаждается на 4...5СС (Табл. б). Это приводит к изменению направления градиента температуры изнутри семени к поверхности, что также способствует перемещению и миграции влаги из семян.

Таблица 6

Интенсивность охлаждения ссмян подсолнечника при отлежке

Время отлежки, ч 0,15 0,5 1,0 4,0

Температура семян, "С 40 34 30 22

Проведенными исследованиями была подтверждена наша гипотеза и установлено, что в этом режиме процесс сушки протекает эффективнее и при его применении можно использовать сушильный агент с более высокой температурой. Зона отлежки способствует стабилизации скорости прохождения фронта сушки в слое семян.

В процессе эксплуатации шахтных сушилок с газораспределительными коробами на сушке семян подсолнечника нами было отмечено, что создаваемый агентом сушки перепад давления снаружи и внутри шахты препятствует свободному вытеканию семян из щелей разгрузочного устройства. При этом были обнаружены над разгрузочным устройством зоны торможения движению семян, снижающие пропускную способность этого устройства. Изучение этого явления в лабораторных условиях позволило разработать технические рекомендации для снижения этого отрицательного влияния. Другим недостатком данных сушилок является вынос семян из коробов. Решение этой задачи относится к одному го резервов повышения производительности шахтных сушилок с газораспределительными коробами. Равномерное распределение агента сушки по коробам создает условия для увеличения массовых скоростей, а, как показано в работе В.Д. Сапожникова, целесообразность такого увеличения в сушилках, например, типа «С», совершенно очевидна. Этой серией опытов установлено, что взаимное проникновение потоков материала друг в друга наблюдает-

ся уже со второго горизонтального сверху ряда коробов в шахте. В процессе гравитационного движения материала в ней происходит интенсивное перемешивание семян, что не подтверждает вывод Ф.Т. Гоголева о том, что в поточных шахтных сушилках с коробами не происходит перемешивания материала во время сушки.

Другой серией опытов (табл, 7) было определено, что в режиме работы Остановки при выключенном вентиляторе поточно-периодический режим работы разгрузочного устройства обеспечивает пропускную способность более чем в 2 раза больше, чем непрерывный. В тоже время разряжение в шахте способствует снижению пропускной способности разгрузочного устройства, не зависимо от режима его работы, от 7,6 до 25,3%. Открытие крышек ложных коробов, установленных над разгрузочным устройством, существенно способствует стабилизации пропускной способности при непрерывном и периодическом режимах работы разгрузки шахты, отклонение, по отношению к режиму работы с выключенным вентилятором, составляет от 0,5 до 10,3%.

Таблица 7

Влияние работы вентилятора* н ложных коробов на производительность разгрузочного устройства_

Пропускная способность разгрузочного устройства, в кг/ч

Резким работы разгрузки вентилятор не работает вентилятор работает, статическое давление в нижнем ряду коробов 3,75 мм вод. ст.

ложные короба закрыты ложные короба открыты

Непрерывный 4752 4883 5164 3552 4512 4492 4592 4860 5072

Периодический (полное открытие каждую минуту) 11472 9916 10296

при номинальном расходе воздуха 852 м^ч.

Исследованиями аэродинамической системы шахты с газораспределительными (рис. 7) коробами установлено, что статистическое давление по длине как подводящих, так и отводящих коробов имеет незначительное расхождение. Однако, по высоте шахты, со стороны входа воздуха в подводящие короба, имеет место значительная неравномерность распределения. При расходе воздуха 595 м3/ч отклонение минимального от среднего значения составляет 16,4%, а максимального -30,7%. Со стороны отводящих коробов это отклонение не превышает 2%. Опытами подтверждена целесообразность работы сушильных шахт с газораспределительными коробами на разряжение, так как в этом случае создаются благоприятные условия для равномерного прохождения агента сушки через высушиваемый материал. Кроме этого определено, что при расходе воздуха 595 м'/ч, т.е. когда скорость его 0,5 м/с на открытую поверхность короба, сопротивление слоя семян в шахте составляет 18-19 мм вод. ст. При этом разница между количеством входящего в шахту и выходящего из нее

вшдуха составляет 20%. При увеличении расхода воздуха на входе до 882 м /ч, что соответствует скорости его на открытую поверхность короба 0,73 м/с, величина подсоса воздуха увеличивается почти до 38%. Установлено, что допол-ннтельный приток вшдуха в шахту происходит за счет подсоса его через разгрузочное устройство. Расчетом определено, что среднее значение скорости на открытую поверхность разгрузочного устройства составляет около 0,6 м/с, которая вызывает тормозящий эффект движению семян и снижает пропускную способность разгрузочного устройства.

Расход воздуха Ъ = 8,82 м3/ч

¿ст.; Н^ст = мм, в.сг.

Н\ст - 2

Расход воздуха Ь = 595 м'/ч

Н]Ст — 0 ¡63 мм. в,ст.; Н^ст ~ 20ым.в.с*.

№ короб» Точка замера шиений, н сг. 3& короба Точка замера давлений и С'

] II III IV V __)__ 11 III IV V

1. 3,75 3,75 3,75 3,75 4,25 1. 1,11 !,0 1,0 1,0 1,13

2, Э,«7 3,75 3,75 3,61 3,75 2. —Ш- 1,13 1,13 1,25 1,13

3. 2.5 2,75 3,0 3,0 3,25 3. 0.37 0,87 0,57 1,0

4. 3,5 4.0 4,25 4,5 4,75 4. !г13 1,25 1,37 1Д5 1,18

5. 3,0 3,25 3,75 4,75 5 5. 1,0 1,13 1.31 1,5 1,5

6. 2,5 2,5 3,5 3,75 4,5 6. 1,0 1,06 1,25 1,31 1,37

7. 53,5 53,5 53,5 53,5 54,5 7. 19.5 19,5 19,5 19,7

8. 53.5 53,5 53,5 54 54,5 19,7 19,7 ¡9,7 19,7 19,7

9. 53 53,5 53,5 53,5 53,5 9, 19,5 19,5 19,7 19,7 19,7

10. 53,5 53,5 53,5 53,5 54 10. 19,5 19,6 19,6 19,7 19,7

11. 54 54 54 34 54 11, 19,7 19,7 19,7 19,7 19,1

12. 5+ |54_ 54 54 54 12. 19,7 19,7 19,7 19,7 20

13. 54 54 54 54 54 13. 195 19,5 19.5 19,5

И. 54 54 54 54,5 54,3 14. 19,7 19,7 19,7 19,7 19,7

Рис. 7. Статистические давления в подводящих (1,2,3,4,5,6) и отводящих (7,8,9,10,11,12,13,14) коробах шахтной установки

В процессе изучения работы лабораторной установки было определено, что при скорости воздуха на открытую поверхность короба 0,73 м/с, происходит начало выноса семян из коробов. При этом установлено, что основное влияние на этот вынос оказывает не скорость воздуха вдоль короба, а локальные значения ее, возникающие под отводящими коробами около вертикальной стенки конфузора в центре оси и около опорных кромок этих коробов. Высказана гипотеза, что в этих местах скорость выхода воздуха больше, чем 0,73 м/с, так как в них локально, под коробами, образуется вспучивание семян в виде валиков. Опытами зафиксировано, что при таком расходе воздуха изменяется не только конфигурация размещения семян под коробами, но и условия их гравитационного движения. Так, под подводящими коробами угол естественного откоса семян несколько увеличивается, а под отводящими - семена располагаются почти горизонтально. При этом непосредственно под отводящими коробами образуется довольно четко выраженная, в виде псев дожи же н н ого слоя, застойная зона семян. Эта зона практически не изменяется, даже при ускоренном движении семян в шахте, т.е. при непрерывно-периодическом режиме работы каретки разгрузочного устройства, когда щель его открывается с интервалом 3,52 с. Опытами установлено также, что с увеличением вертикальной скорости прохождения воздуха через слой семян в 1,5 раза, сопротивление его достигает почти 50 мм. вод. ст., т.е. увеличивается практически в 2,5 раза.

На основании проведенных исследований установлено, что в шахтных сушилках с горизонтальными коробами имеется резерв повышения скорости агента сушки на открытую поверхность коробов. Расчетами определено, что если разница между максимально-допустимой скоростью, при которой начинается вынос семян, и фактической, имеющей место в производственных сушилках, составляет около 50%, то с запасом в два раза можно увеличить скорость агента сушки через слой без опасения выноса семян из коробов.

В пятой главе «Практическая реализация и экенлуятпцнонио-хозяйствеиная проверка результатов исследований» на основании испытаний выявлены закономерности распределения влаги в ворохе и семенах подсолнечника, обобщены рекомендации по выбору параметров и скорректирована методика расчета конструкции цилиндрического бункера для вентилирования семян, бункерной сушилки, приведены результаты эксплуатационных испытаний бункерной и с газораспределительными коробами сушилок на высоковлажных семенах подсолнечника, рекомендации по улучшению системы пажа-робезопасноти эксплуатации сушилок и перспектива их использования в технологических линях по послеуборочной обработке маслосемян.

Изучение особенностей комбайнового вороха и высушенных семян подсолнечника позволило рекомендовать перед сушкой и после нее осуществлять очистку семян: в первом случае с допуском наличия в них примесей до 10%, во втором - не более 3%. При этом, для эффективного применения бункеров активного вентилирования и бункерных сушилок были определены их конструк-тнвно-технологаческие параметры. Расчет размеров бункерных установок осуществлялся при объемной массе семян подсолнечника }'„ = 0,45 т/м3. Так, для бункера активного вентилирования особое внимание было уделено конструк-

тивно-технологической схеме верхней части цилиндрической емкости, при условии, Что аэродинамическое сопротивление семян подсолнечника постоянно во всех сечениях слоя.

Расчетами определено, что площадь поперечного сечения (заполненного семенами) цилиндрического бункера должна составлять 7,41 м2, высота цилиндра - 7,38 м, удельный расход воздуха на 1 тонну семян - 300 м3/ч, время активного вентилирования атмосферным воздухом при снижении влажности семян с 13 до 7%-30 ч., а подогретым до 50°С -20 ч. В процессе хозяйственной проверки работы такого бункера было получено, что экспозиция сушки значительно ниже, чем расчетный процесс. При этом основные показатели качества семян не снижаются (табл. 8), а даже нескольхо улучшаются.

Таблица 8

Влажность и качество семян подсолнечника, просушенных в бункерах (ОПХ «Круглию>, г. Краснодар)_

Марка и номер бункера Продолжи тсльность сушки, ч Влажность, % Энергия прорастайи», % Всхожесть, % Кислотность масла в семенах, мг КОП

ДО сушк и после сушк и до сушк и после сушк к до сушк и после сушк и ДО сушк и после сушк и

БВ-25 №1 10 17,8 6,9 95 95 96 95 0,84 0,93

БВ-25 №2 * 10,5 6,0 95 97 96 98 0,85 0,89

модерншироваины й для маслосемян БВ-40 №3 7 п,з 6,0 95 95 96 9Ь 0,« 0,63

Эксплуатационные испытания бункерной сушилки проводились на семенах высокомасличных сортов свежеу бранно го подсолнечника, поступавших на механизированные тока опытно-семеноводческого хозяйства «Березанское» Кореневского района, колхоза «Путь к коммунизму» Ейского района и опытно-производственного хозяйства «Круглик» Краснодарского края. Сушку семенного подсолнечника осуществляли на опытных образцах сушилки для семян подсолнечника, изготовленных на предприятии «Брянсксельмаш».

В результате изучения работы бункерной сушилки было установлено, что с изменением температуры нагрева и влажности семян подсолнечника по высоте сушильной камеры, при начальной влажности семян подсолнечника 15,2% и температуре агента сушки 55°С, режим сушки в ней протекает стабильно. При этом, после первого инвертора (А = б м), процесс осуществляется практически при постоянной температуре и относительной влажности отработанного агента сушки. Неравномерность сушки слоя в нижней части сушильной камеры составила ±1,5%, а неравномерность нагрева ±2%. Эксплуатационная проверка работы бункерной сушилки на семенах подсолнечника подтвердила надежность методики инженерного расчета сушильной камеры и, при установившемся режиме сушки, наличие фронта сушки по гравитационно перемешиваемому слою

семян, что совпадает с результатами теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором.

Осуществленные по инициативе ЗЛО «Агропромтехника» (г. Киров), в уборочный сезон 1999 года, эксплуатационные испытания сушилки С-30 на товарных семенах подсолнечника на масло-экстракционном заводе (МЭЗ) города Лиски Воронежской области с привлечением специалистов ВНИИМК, Воронежского государственного университета и ОАО «ВИСХОМ» показали ее работоспособность, надежность выполнения технологического процесса, близкую к расчетной среднюю за период испытаний производительность и возможность работы в автоматическом режиме сушки при постоянном поступлении семян в сушилку.

Обработка результатов эксплуатации на товарных семенах подсолнечника в 2002 году сушилок С-20 и С-30 на маслозаводе МЭЗ г. Лиски позволила оценить (табл. 9) и сопоставить эффективность их работы. В период эксплуатации этих сушилок они работали в одну или две смены. Общая количество смен, также как обшая выработка по сухим семенам подсолнечника, у сушилки С-30 по отношению к С-20 была больше, соответственно в 1,73 и 1,54 раза. В расчетах нами учитывалось рабочее время смены 12 часов (нормативное время предприятия МЭЗ). Анализ средней выработки сушилок по семенам показал, что минимальная отгрузка семян за одну смену для сушилки С-20 составила 62, а С-30 - 49,1 тонны. Сушилки эксплуатировались ежедневно соответственно с 27.09 по 04.11 и 30.09 по 30.11. Сменная нагрузка на них была неравномерная и неравнозначная, о чем свидетельствует средняя пропускная способность сушилок (поз. 6, табл. 9) по общей выработке, которая у сушилки С-30 составила 89% относительно С-20. Расчеты показывают, что максимальная пропускная способность сушилки С-20 по сухим семенам составила 17,19 т/ч, а С-30 -18,83 т/ч, что у последней всего в 1,1 раза больше, чем у первой сушилки. Это свидетельствует о том, что эксплуатация сушилок протекала практически при одинаковой нагрузке по исходному материалу. В этом случае эксплуатационный потенциал сушилок использовался нерационально, о чем свидетельствует максимальная пропускная способность этих сушилок по отношению к средней их пропускной способности. Она была больше для С-20 в 1,66 раза, а для С-30 в 2,05 раза. Проведенные испытания позволили рассчитать и составить схему энергетического и режимного баланса работы сушилки С-20 (рис. 8) на семенах подсолнечника товарного назначения, из которого видно, что при съеме влаги 9,12% пропускная способность ее составила 16,854 т/ч, а плановая производительность (расчет) 22,6 пл.т/ч,, что на 13% выше расчетной по зерну (20 пл." 'ч.).

Эксплуатационные испытания сушилки С-30 на МЭЗ (г. Лиски) позволили установить, что основное травмирование семян в технологической линии происходит при гравитационном перемещении их по зернопроводам, которые состоят из прямых самотечных труб, фасонных элементов перегибов, распределительных и запорных устройств, а также при механическом перемещении транспортными средствами, нориями и скребковым транспортерам. Нами установлено, что при транспортировании семян через

перечисленные элементы, средства и оборудование повреждение их увеличивается на 20.-.25%. Причем большая доля травмированных семян (до 70%) приходится на зернопроводы, которая зависит от длины и количества в них составных элементов.

Для устранения этого недостатка были проведены производственные испытания самотеков квадратного 300x300 мм и круглого сечения диаметром 300 мм, футерованные полиуретаном. В ходе испытаний через самотеки было пропущено 120 и 185 тыс. тонн семян подсолнечника со скоростью У от 3,5 до 8,0 м/с. Результаты испытаний (табл. 10) подтвердили данные, полученные в лабораторных условиях, о низкой износостойкости полиуретана, а также предположение о целесообразности первостепенного применения самотеков с полимерными материалами на участках интенсивного износа, т.е. в поворотных и распределительных элементах зернопроводов. Специалистами МЭЗ было рекомендовано установить данные элементы в зернопроводах на сушилке С-30.

Таблица 9

Показатели эксплуатации сушилок С-20 и С-30 на товарных семенах подсолнечника (МЭЗ г. Лиски, 2002 г.)

N№ Показатели El. Сушилки Д-n.i-n.4 я. 5 а =■ — раз Примечание

n'n изм. С-20 С-30

1 2 3 4 5 6 7 8

■1. Количество рабочих смен шт. 70 121 5i 1,73

2, Общая выработка сухих семин т. 8707,40 13362,85 5655,45 1,54 1. для С-20 недоиспользование

Максимальная произвол ктел ьлосги: к mail 2' смен -15,45:10,37^1,49 pa* к max смены -17,9:10,37-1,66 рак между max -17,19:15,45=1,11 раз 2. для С-30

3. выработка за 2 смены т. 370,85 425,4 54,55 1,15

4. Максимальная выработка за одну смену т. 206,25 326.Ó 19,75 1,10

5. Общее рабочее время ч. 71>я«2-840 121x12=1452 612 1,73

Средняя недоиспользование

6. пропускная способность сушилки по сухим семенам т/ч 8707,4:840=10,37 1336,85:1452=9,2 -1,17 0.89 гтротводательностн: к тая 2* смен -17,73:9.2=1,93 раз: к max 1смены -18,83:9,2-2.05 раз;

7, Средняя пропускная способность сушилки по максимальной выработке за 2 смени т/ч 370,85:24-15,45 425,424=17,73 228 1,15 между max -18,S3:17,73= 1,06 раз 3. Эффекгив1юсгь работы по гаах нагрузке С-30: С-20: к 2'*сменам -

Средняя 1,93:1,49=1.3 раз

пропускная способность к l6ft смене -2,05:1,66=1,24 раз

К. сушилки ПО максимальной выработке и 1 смену т/ч 206,25:12=17,19 226:12=18,83 1,64 1,10

M.-JÎ.S54 (т/ч)

Mf= ]S,»ÎS(tM %

в,» 11,13t

Рис. Энергетический и режимный баланс работы сушилки С-20 на товарных семенах подсолнечника

(/£ - расход уходящих газов; (^-теплонроизводительность топочного блока; ^-удельный расход тепла на кг испаренной влаги; М| - пропускная способность до сырым семенам;

(Г;-начальная влажность семян; 0— температура семян в зоне сушки; ¿ас и / - температуры агента сушки на входе и в верхней части диффузора; // - температура отработанного агента сушки; !ах_ - температура отработанного атмосферного воздуха; - температура атмосферного воздуха; /ре - его относительная влажность; <р'~ отаоентельпая влажность отработанной смеси агента сушки и атмосферного воздуха; ¿/г- пропуская способность по стаим семенам; П'з -влажность сухих семян; (Г-кодичество удаленной влаги; 0? - температура сухих семян; 1 - топочный блок ТВ-1,5;

2 - диффузор; 3 - шахта; 4 - копфузор; 5 - вентилятор; 6 - циклон

Таблица 10

Результаты производственных испытании металлических; и

ПОЛИ1 фетановых самотеков

Материал Толщина, мм Исходная масса, г Износ, г Условная износостойкость 1x10* т/мм

Подсолнечник (влажность 14,5... 15,0%, товарный)

Самотек размером 300 х 300 мм. 3.5 м/с, 6=185 тыс.т.

Сталь Ст-3 1 3,0 | 2260,0 310.0 3.6

Полиуретан 1 2,0 I 267,1 5.6 27,S

Самотек диаметром 0 = 300 мм, V= 8,0 м/с. G = 185 тыс.т.

Сталь Ст-3 3,0 3295,0 250.0 5,3

Полиуретан 2,0 300,1 3,9 47,6

Самотек диаметром 0 = 300 мм. Г = 4.5 м/с, (7= 120 тыс.т.

Сталь Ст-3 1 3,0 1470,0 | 82,0 1.1

Полиуретан | 2,0 243,3 | 2,9 6,6

В шестой главе «Технико-эко н ом н ческое подтверждение эффективности использования результатов исследований» приведены материалы расчета технико-экономической эффективности бункерных сушильных установок и шахтных с коробами сушилок для семян подсолнечника.

Модернизированные под семена подсолнечника бункера активного вентилирования, по предложению автора, с 1989 года выпускались заводом «Ерян-сксельмаш». В настоящее время эти бункера поставляют на рынок предприятия ЗАО «СКБ по сушилкам «Брянскседьмаш» и ООО «Брянскагромаш». Изготовлено таких бункеров около 4500 штук, из которых около 3000 эксплуатируются в Краснодарском крае. Бункерных сушилок типа СВП изготовлено около 10 штук, только для Краснодарского края. Они эксплуатируются по настоящее время. По индивидуальным заказам их изготавливают предприятия г. Брянска. Предложения автора по модернизации сушилок типа «С» приняты ЗАО «Агро-промтехника» (г. Киров) к реализации. В настоящее время такие сушилки эксплуатируются на маслозаводах и элеваторах Воронежской, Липецкой, Белгородской и Саратовской областях и Ставропольском крае. Всего в количестве 19 штук.

Прибыль от использования сушильного отделения на базе бункерной сушилки и модифицированных бункеров активного вентилирования по хозяйству OCX «Березанское» на 2003 год составил 9812 тыс. рублей. Расчет показателей абсолютной экономической эффективности в 2000 году сушилки С-30 на маслозаводе МЭЗ г. Лиски на товарных семенах подсолнечника показал абсолютную эффективность (прибыль балансовая) в 82738 тыс. рублей при сроке окупаемости (по балансовой прибыли) сушилки около 1,2 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Приведенные в работе обобщенные данные теоретических исследований по разработке технологии и техники для сушки ссмяп подсолнечника позволяют формировать следующие основные выводы и рекомендации;

1. На основании анализа отечественного и зарубежного опыта и результатов, проведенных теоретических и экспериментальных исследований обоснована поточная технология сушки семян подсолнечника семенного и товарного назначения, включая процессы гравитационного перемещения слоя семян при их организованном перемешивании и непрерывном нагреве или «нагреве-отлежке» режимах в сушилках бункерных и шахтных с газораспределительными коробами при радиальном или комбинированном направлениях подачи агента сушки в слой.

2. Хозяйственная эксплуатация известных зерносушилок па семенах подсолнечника показала не эффективность их использования из-за неадекватности зерновой массы и вороха маслосемян. Так, в комбайновом ворохе средней влажностью 12, ..16% цельное семя может иметь среднюю влажность - 46, соцветие - 29, лузга - 78 и ядро 60%; термоустойчивость семян подсолнечника на 5...7°С выше, чем у зерна пшеницы; скорость витания органических примесей комбайнового вороха семян находится в диапазоне 2,25...11,8 м/с; натура

кондиционных семян - 345,. .558 кг/м3 (зерна 620,-840 кг/м3). На аэродинамическое сопротивление слоя семян подсолнечника оказывают влияние, помимо скорости фильтрации воздуха через слой, натура и крупность (геометрия) семян. Одинаковая толщина слоя при массе 1000 шт. семян 0,8...1,2 г почти в 2 раза больше имеет сопротивление воздушному потоку, чем при массе 1,6...2,8 грамма. Для предотвращения выноса 100% крупных и 91% мелких примесей из слоя, скорость выхода из него воздуха необходимо ограничивать до 1,0 м/с.

3. Обоснованы, в зависимости от исходной влажности материала, и эксплуатацией подтверждены температурные режимы сушки семян подсолнечника семенного и товарного назначения для поточной и циклической работы бункерных и шахтных с газораспределительными коробами супшлок. Для семян товарного назначения температуры их нагрева до 4б°С, а семенного - 42°С не влияют на снижение качества высушенного материала. Рекомендовано при поточной сушке семян подсолнечника товарного назначения для шахтных сушилок с газораспределительными коробами, в зависимости от режима сушки (одно- или двухступенчатой), температуру агента сушки поддерживать в пределах 100...120^0, а для ссмсшгого назначения - 55,.,80°С. При циклической сушке семян подсолнечника семенного назначения, особенно повышенной влажности, в бункерах и шахтных сушилках температура агента сушки должна поддерживаться на уровне меньших значений.

4. Разработанный способ определения утла естественного откоса сыпучих материалов, исключающий влияние измерительных инструментов на параметры насыпи материала, позволил уточнить основной показатель сыпучести (максимальный угол 60... 63 град.) и получить эмпирические зависимости изменения его от влажности (7...65%) семян подсолнечника. Экспериментально установлено, что увлажнение семян подсолнечника от примесей в ворохе происходит менее интенсивно, когда их содержание в нем не превышает 10%, в тоже время, кратковременная отлежка (10.,.15 мин.) семян нагретых до 45°С повышает влажность лузги на 1,0 ...1,5%. Перед сушкой необходимо осуществлять предварительную очистку вороха, интенсифицировать процесс сушки за счет повышения температур агента сушки для товарного материала до 120°С и семенного - 80°С и предельно-допустимого нагрева семян, соответственно до 46°С и 42°С, использовать технологическую операцию их отлежхи (10.,,12 мин.) в сушилках поточного действия,

5. Анализ обоснованной математической модели сушки семян подсолнечника в плотном слое при равномерном гравитационном перемещении материла в кольцевой сушильной шахте позволил определить, что процесс су гики такого слоя при продувке его сушильным агентом обусловлен формированием фронта сушки, который в установившемся терморежиме (максимальная температура агента сушки для семенного материала 80"С и товарного 120°С) располагается под некоторым углом к плоскости входа агента сунгки в слой. Математическая модель кольцевой сушильной камеры, полученная на основе энергетического и массообменного балансов, состоящая

из системы дифференциальных уравнений, позволяет определить параметры сушильных установок непрерывного и периодического действия в зависимости от исходной влажности (10. ..60%) и назначения высушиваемого материала. В модели установки непрерывного действия учитывается степень перемешивания слоя и изменение его толщины по высоте сушильной камеры,

6. По результатам сравнительного анализ работы газораспределительных систем шахтных сушилок с распределительными коробами установлено, что работа таких установок на разряжение является более предпочтительной, так как в этом случае имеет место организованный вывод отработанной газовоздушной смеси и обеспечивается экологическая и пожаробезопаспосная работа сушилок. Обоснована трех и пятигранная конструкция распределительных коробов для сушильной шахты и определен максимально возможный коэффициент (0,75) заполнения шахты семенами. Разработана методика расчета неравномерности распределения агента сушки по длине короба. Расчеты показали, что эта неравномерность зависит от аэродинамического режима работы сушилки (нагнетание или разряжение) и скорости прохождения агента сушки через слой. Экспериментально определены аэродинамические сопротивления различных участков сушилки, эпюры распределения воздуха по шахте и предельные (до выноса семян) скорости (до 0,7 м/с) его через открытую поверхность короба. Результаты измерений статистического давления по участкам сушилки СЗШ-16А показали, что потери давлений приходятся на топку - 50 мм вод. ст., диффузор - 4, шахту с семенами - 34 и конфузор с всасывающей коробкой - 62.

7. Экспериментально-теоретическими исследованиями установлено, что эффективная работа сушилок зависит от уровня потерь энергии в них, которая эквивалентна температуре выходящей из сушильной камеры паровоздушной смеси. Согласно весового баланса расхода поступающего в сушилку агента сушки и уходящей из нее отработанной паровоздушной смеси получено уравнение, позволяющее определить параметры рабочего и отработанного газа. Последние, при установившемся режиме сушки, согласно энергетического режимного баланса работы сушилки С-20 на семенах товарного подсолнечника, по обработке составили более 60% относительной влажности, а по производительности сушилки на 13% выше, чем при сушке зерна. Экспериментально определено, что в пределах влажности семян 12...28% и содержании сорных примесей в них - 6„14% при температуре - 34,.,46°С и скорости сушильного агента 0,3.,.0,9 м/с, скорость перемещения фронта сушки изменяется в интервале от 0,002 до 0,2 м/ч. При этом снижение засоренности вороха семян подсолнечника с 10 до 6% позволяет увеличить скорость движения фронта сушки в 1,2...1,3 раза или, сохраняя постоянной скорость фронта сушки, снизить температуру агента сушки на б..,7°С, что обеспечивает энергосбережение на процесс сушки впределах 16,..17%.

8. При экспериментальных исследованиях определено, что в шахте с газораспределительными коробами при гравитационном перемещении семян происходит интенсивное их перемешивание. Взаимное проникновение потоков семян друг в друга происходит со второго сверху шахты горизонтального ряда

коробов. Выявлено, что над коробами со скатной поверхностью 60 градусов образуются наименьшие объемы «застойных» зон семян. Установлено, что вынос семян из отводящих коробов в шахте начинается при скорости воздуха 0,73 м/с на открытую поверхность короба. При этой скорости под отводящими коробами образуются застойные зоны семян в виде псевдоожижеиного слоя. Увеличение вертикальной скорости прохождения воздуха через слой семян в 1,5 раза, повышает его сопротивление почти в 2,5 раза.

Опыт эксплуатации бункеров активного вентилирования на семенах подсолнечника в опытном хозяйстве ВНИИМК показал, что при средней влажности 7% после сушки, у семян энергия прорастания, всхожесть и кислотность масла оставались на одном уровне, что и до сушки, соответственно 95 и 96% и 0,63 мг КОН. Испытания бункерных сушилок показали, что процесс сушки в них протекает почти при постоянной температуре и относительной влажности отработанного агента сушки по высоте сушильной зоны. Неравномерность сушки составила ±1,5% и нагрева семян ±2%.

9. При изучении в хозяйственно-полевых условиях работы сушилок С-20 и С-30 определены качество товарных семян подсолнечника до и после сушки, распределение газовоздушной смеси в газораспре делите льпой системе и проведена эксплуатационная оценка работы сушилок. За период наблюдения за сушилками влажность высушенных семян составляла 7...8% при среднем влагосъёме 9,12%. Расхождение расчётных и экспериментальных данных по расходу газовоздушной смеси через сушилку составило окало 8%. Загрузка вентиляторов составила около 70%.

Расчётом определены основные эксплуатационные показатели работы сушилки С-20 на семенах товарного подсолнечника: влагосьём 1026 кг/ч, пропускная способность 16,854 т/ч, производительность 22,6 пл. т/ч, фактический удельный расход тепла 6657 кДж/кг ипс. вл., удельный расход топлива 6,86 кг/пл. т, коэффициент полезного действия около 56% и неувязка теплового баланса 14,2%. Данная неувязка указывает на достаточную достоверность зафиксированных во время исследований показателей работы сушилки. При эксплуатации сушилок С-20 и С-30 в две смены у последней получена эффективность выше первой в 1,3 раза, а в одну смену - 1,24 раза. Установлено, что снижение эксплуатационной эффективности зависит от периода пуска и выхода сушилки на рабочий режим, который у С-20 короче чем у С-30,

10. Длительная эксплуатация бункерных установок в хозяйственных условиях показала высокую эффективность их работы при выполнении исходных требований на сушку семян подсолнечника посевного назначения. Производительность сушилки почти в четыре раза больше, чем применяемого для этих целей отделения бункеров активного вентилирования. В 2003 году прибыль от реализации семян подсолнечника в OCX «Березанское» составила 9812 тыс. руб..

Анализ основных показателей абсолютной экономической эффективности от эксплуатации сушилки С-30 показал, что сушилка

обеспечивает получение положительных результатов по критерию балансовой прибыли. Срок окупаемости капитальных вложений составляет около 1,2 года.

Материалы исследований приняты и внедрены институтом «Гипросельхоззерно» при разработке с участием автора проектов №778 и №899 семяочистительно-супгильных пунктов для семян подсолнечника на базе новой бункерной сушилки. На основании результатов исследований разработаны исходные агротехнические требования на сушилку и комплект оборудования сушильного отделения для семян подсолнечника, которые были включены в «Систему машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986... 1995 годы» (позиции Р 34.142 и Р 34.142/1 соответственно).

Выводы и рекомендации данной работы переданы и внедрены ЗЛО «СКВ по сушилкам «Брянсксельмаш», ЗАО «Агропромтехника» (г. Киров), ООО «Брянскагромаш», ГНУ «ВНИИМК» (г. Краснодар) и ОАО «ВИСХОМ» при проведении опытно-конструкторских работ, при модернизации сушилок и проведении строительно-монтажных работ при реконструкции и усовершенствовании эксплуатируемых и вновь возводимых очистительно-сушильных линий и комплексов у производителей подсолнечника и на маслозаводах. В настоящее время в Краснодарском крае эксплуатируются около 10 очистительно-сушильных линий по производству семян подсолнечника посевного назначения и около 3000 шт. бункеров активного ■вентилирования, усовершенствованных по предложению автора конструкций. Сушилки С-20 и С-30 соответственно 8 и 11 штук эксплуатируются на маслозаводах Воронежской, Липецкой, Белгородской и Саратовской областях н Ставропольском крае,

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПЕЧАТНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССИРТАЦИИ

Статьи, монографии, брошюры:

1. Интенсификация сушки семян подсолнечника в сушилках с радиальным распределением теплоносителя. НТВ ВНИИМК, 1986, вып. 11 (93).

2. Совершенствование технологии сушки высоковлажных семян подсолнечника. — М.: Деп. в ВНИИТЭИ Агропром, 1986.

3. К расчету основных механико-технологических параметров поточной гравитационной сушилки. - М.: ВНИИИЭТИ Агропром, 1988 (соавторы Бортников А.И.).

4. Современные методы и печатная техника для сушки семян подсолнечника. Обз. инфор. М.: ЦНИИТЭИ Тракторсельхозмаш, 13 ил., Серия 2. Сельскохозяйственные машины и орудия, Вып. 2, 1989, с. 38 (соавторы Авдеев A.B. и др.).

5. К вопросу определения предельно допустимой температуры нагрева семян подсолнечника. Сборник «Механизация производства масличных культур» // ВНИИМК, 1990, с. 48-54.

6. Математическое моделирование процесса сушки семян подсолнечника в условиях непрерывного действия с радиальным распределением воздуха. Сборник «Механизация производства масличных культур», БНИИМК, 1990, с. 54-64 (соавторы Алдрющенко А.Г. н др.).

7. Энергосберегающий способ сушки семян масличных культур. МТБ ВНИИМК, 1991, вып. 1 (112), с. 50-52 (соавторы Андрющенко А.Г. и др.).

8. Биология, селекция и возделывание подсолнечника. М.: Агропромиздат, 1991, с. 281 (соавторы Бортников А.И. и др.).

9. Передвижные и стационарные комплексы для протравливания семян И Защита растений, №8, ¡993, с, 15 (соавторы Шафоростов В.Д. и др.).

10. Система фермерского хозяйства США. И Сельские зори, №11 и №12,

1993.

11. Система фермерского хозяйства США, И Сельские зори, №1 и №2,

1994.

12. К вопросу информатизации АПК Краснодарского края. ГВУ МСХП -М.: 1995, с. 35...38.

13. Методика планирования сельскохозяйственного производства и расчета условного чистого дохода // Деп. с,х. и плодов. Краснодарского края, 1998,52 с.

14. Классификация и элементная база бестарных зернохранилищ // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №10, 2003, с. 35-38 (соавторы Левков Л.Э. и др.).

15. Полимерные материалы в технологических линиях обработки и хранения зерновых материалов // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №3,2004, с. 36...39 (соавторы Тухватуплин М.М. и др.).

16. Влияние влажности зерновых материалов на угол естественного откоса И Тракторы и сельскохозяйственные машины, №4, 2004, с. 30-32 (соавторы Начинов Д.С. и др.),

17. Методика расчета конструкции датчика для контроля температуры зерна. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2004, №5, с. 28-30 (соавторы Цыдендоржиев Б.Д. и др.).

18. Технология И технические средства для поточной сушки семян подсолнечника. Теория, эксперимент, методы расчета, практическая реализация. Монография. Краснодар, 2004. - 208 с.

Нормативные материалы

19. Агротехнические требования на сушилку для высоковлажных семян подсолнечника. Министерство СХСССР, реестр №1602, 1985.

20. Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986..,1995 г.г.. Поз. Р.34.142 «Сушка для высококачественных семян подсолнечника» и поз. Р34.142/1 «Комллекг оборудования сушильного отделения для семян подсолнечника», ч,1 «Растениводство». - М.: АгроНИИТЭИИТО, 1988.

Авторские свидетельства и патенты РФ

21. A.C. 1550303 (СССР). Сушилка для сыпучих материалов. Опуб. БИ, 1990, №10 (соавторы Полуэктов В.Н. и др.).

22. A.C. 1762880 (СССР). Линии для послеуборочной обработки семян подсолнечника. Опуб. БИ, 1992, №35 (соавторы Шафоростов В.Д. и др.),

23. Патент 1305526, Способ определения угла естественного откоса сыпучих материалов, Зарег. 01,07.1993. (соавторы Полуэктов В.Н. и др.).

24. Патент 1486754. Способ определения угла естественного откоса сыпучих материалов. Зарег. 01.07,1993.

25. Патент 1546378. Конвейер для сыпучих грузов. Зарег. 01.07.1993 (соавторы Бортников А.И. и др.).

26. Патент 1622743. Сушилка для сыпучих материалов. Зарег. 01.07,1993 (соавторы Бортников А.И. и др.).

27. Патент 1768070. Вентилируемый бункер-сушилка. Зарег, 01.07.1993,

Объем 2,75 п.л.

Тираж 100 экз.

Зак.ВД

Издательство МСХА 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44