Размещено на http://www.allbest.ru/

Доклад

Увеличение производства продуктов земледелия. Сохранность выращенного урожая достигается, в первую очередь, с помощью сушки, которая является единственным надежным способом прекращения активных биохимических процессов в растительных материалах и их консервирования. Низкая производительность сушильных комплексов и недостаточная обеспеченность ими приводят к тому, что из-за несвоевременной сушки на зернотоках ежегодно теряется значительная часть урожая зерна.

В практике сельскохозяйственного производства используют разнообразные приемы для интенсификации процесса сушки зерна: использование электроактивированного воздуха, предварительный нагрев зерна, применение рециркуляционных режимов, вакуумирование зоны сушки, изменение газового состава сушильной камеры и многие другие. Среди них в последнее время все чаще используется воздействие магнитным полем сверхвысокой частоты (СВЧ). В нашей стране накоплен определенный опыт использования СВЧ полей при сушке зерна. В результате разработаны установки, позволяющие усовершенствовать существующие промышленные сушилки, применяемые на сельскохозяйственных предприятиях. Так же изучалось применение СВЧ полей для предпосевной обработки семян.

Существующие установки для СВЧ интенсификации применяются для сушки в шахтных, конвейерных сушилках, однако практически не изучено применения СВЧ интенсификации для сушки в бункерах активного вентилирования.

Существующие методы СВЧ интенсификации сушки зерна отработаны не до конца, а применительно к процессу активного вентилирования они не рассматривались. В связи с этим намечаются следующие пути интенсификации сушки зерна активным вентилированием с использованием электромагнитного поля СВЧ диапазона:

1. Снижение мощности облучающих магнетронов.

2. Нахождение условий для равномерной обработки зерна в СВЧ активной зоне.

3. Определение условий прохождения зерна через активную зону.

Цель работы: интенсификация сушки зерна активным вентилированием с использованием электромагнитного поля СВЧ.

Объектом исследования в работе являются процесс СВЧ активации зерна с последующей сушкой активным вентилированием.

Предметом исследования в диссертации является влияние СВЧ активации зерна на интенсификацию его сушки активным вентилированием.

Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1. Определить изменение движущих сил интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием при СВЧ обработке. При этом провести теоретические исследования по:

-- определению влияния различных параметров на величину коэффициента диффузии влаги;

-- взаимосвязи градиента давления пара в зерновке и градиента температуры;

-- динамике нагрева и охлаждения зерна в активной СВЧ зоне;

-- разработке модели активации и последующей сушки активным вентилированием.

2. Провести экспериментальные исследования СВЧ активации и последующей сушки зерна активным вентилированием. При этом:

-- оценить возможность использования термопар для контроля температуры зерна в СВЧ поле;

-- определить равномерность распределения температурного поля в зерновом слое в зоне действия одного магнетрона;

-- определить влияние циклического действия СВЧ поля на динамику нагрева зерна;

-- определить зависимость действующей силы процесса интенсификации от параметров процесса.

3. Провести производственную проверку эффективности СВЧ интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием.

4. Оценить экономическую эффективность СВЧ интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием.

Научная новизна.

1. Определено влияние различных параметров на величину коэффициента диффузии влаги.

2. Определена взаимосвязь градиента давления пара в зерновке и градиента температуры.

3. Выявлена динамика нагрева и охлаждения зерна в активной СВЧ зоне.

4. Разработана модель активации и последующей сушки активным вентилированием.

Практическая ценность:

1. Полученная зависимость коэффициента диффузии влаги позволяет выполнять сравнительные расчеты различных режимов СВЧ нагрева в активной зоне.

2. Полученные зависимости для определения температуры зерна в точках активной зоны и разности температур между центром и поверхностью зерновки дают возможность проектировать активную зону для обеспечения равномерности нагрева, определить количество магнетронов и схему их размещения в активной зоне, определить количество зон и расстояние между ними в зависимости от производительности.

3. Использование СВЧ для интенсификации позволяет сократить время сушки на 32,4 % и снизить удельные затраты на сушку на 16,6 %.

1. Необходимость сушки зерна

Тепло, просушиваемому зерну можно передавать от нагретой металлической или другой поверхности, используя ее теплопроводность (кондукцию). Такой метод сушки называют кондуктивным. В качестве нагретой поверхности обычно используют трубы с циркулирующим по ним паром или горячей водой. зерно вентилирование сушка

Удалить влагу из зерна можно при смешивании его с гигроскопическими веществами (сорбентами). Такая сушка называется контактной или сорбционной. Она используется, например, в рециркуляционных зерносушилках, где сорбентом служит сухое зерно. Тепло можно также передавать зерну посредством тепловых лучей: сушка инфракрасными лучами, солнечная сушка. Этот метод называется радиационным. Наиболее проста воздушно-солнечная сушка на специально оборудованных площадках в сухую солнечную погоду.

При искусственном уменьшении давления воздуха над высушиваемым зерном влага из него испаряется и при низких температурах. Такой метод называют вакуум-сушкой.

Перспективными и используемыми в практике зерносушения являются комбинированные методы сушки, сочетающие конвектно-кондуктивные, сорбционные и другие способы сушки [63, 64, 74]. Комбинированные методы получили широкое распространение в зерносушилках с рециркуляцией зерна.

При достаточно большом разнообразии методов сушки самое большое распространение во всем мире получил конвективный метод, благодаря своей сравнительной простоте, возможности использования в зерносушилках различной конструкции, высокой производительности и возможности применения для зерна различного целевого назначения.

Состояние зернового слоя при сушке

В самых простых конвективных зерносушилках зерновая масса находится в плотном неподвижном слое (на каналах активного вентилирования, в камерных, бункерных и других подобных зерносушилках). В таких зерносушилках слои зерна, расположенные ближе к месту входа агента сушки, нагреваются и высушиваются быстрее. Чем дальше слой зерна отстоит от места входа агента сушки, тем позже он начинает сушиться. Для неподвижного слоя характерна неравномерность сушки, которая может быть несколько сглажена периодичностью изменения направления продувания зерновой насыпи.

В зерносушилках с плотным неподвижным слоем максимальная температура агента сушки определяется термоустойчивостью зерна. Интенсификация сушки за счет увеличения расхода агента сушки ограничена повышением энергетических затрат на преодоление сопротивления зернового слоя.

Наибольшее распространение в технике зерносушения получили установки с гравитационно-движущимся плотным слоем. Он формируется при непрерывном верхнем питании сушильной камеры зерном, создании подпора в нижней ее части и удалении из камеры массы зерна, равного его поступлению.

Сушка с использованием гравитационно-движущегося слоя позволяет в широком диапазоне регулировать толщину продуваемого слоя и температуру агента сушки, распределять зону сушки по всей толщине слоя.

Гравитационно движущийся плотный слой получил самое большое распространение в мире в прямоточных шахтных, жалюзийных, рециркуляционных зерносушилках.

В общем виде различные зерносушилки с широким диапазоном производительности, технико-экономических показателей и целевого назначения можно разделить по характеру использования на две группы: стационарные и передвижные.

2. Классификация зерносушилок

Зерносушильные установки классифицируют по ряду признаков: схеме движения агента сушки относительно высушиваемого зерна; числу зон сушки; расположению вентиляторов относительно сушильной шахты; устройству выпускного механизма; способу нагрева сушильного агента; структуре зернового слоя; кратности использования сушильного агента; характеру работы (периодического и непрерывного действия); конструктивным признакам (шахтные, жалюзийные, рециркуляционные, барабанные, камерные, бункерные) и т.д.

Основным типом зерносушильных установок используемых в народном хозяйстве являются шахтные прямоточные зерносушилки.

Шахтные зерносушилки отличаются достаточной простотой конструкции, универсальностью, удобны в обслуживании и эксплуатации. Рециркуляционная сушка предусматривает возврат части просушенного зерна в смеси с сырым зерном в надсушильный бункер - тепло-массообменник. В нем проходят процессы тепло-массообмена между сырым и сухим зерном, в результате чего сырое зерно нагревается и частично подсушивается, а сухое охлаждается и увлажняется. Влага в зерновках сосредоточивается у поверхности зерна и легко удаляется в шахтах зерносушилки даже атмосферным воздухом. Все это, в конечном счете приводит к значительной интенсификации процесса сушки зерна.

В нашей климатической зоне уборка преимущественно происходит в благоприятных условиях и сушка зерна зачастую не требуется. Однако в некоторые неблагоприятные годы погодные условия таковы, что невозможно провести уборку без последующей сушки. На хлебоприемных предприятиях сушка является дорогостоящей, а в хозяйствах зачастую вообще не оказывается сушильного оборудования. Большинство зерносушилок являются дорогостоящими и, вместе с расходными затратами на сушку, обладают очень высоким сроком окупаемости. Таким образом, с точки зрения хозяйств интересными оказываются многофункциональное оборудование и технологии экономичной сушки зерна.

Одной из наиболее экономичных является сушка с использованием активного вентилирования [4, 7, 30, 56]. Активное вентилирование - процесс многофункциональный.

Назначение активного вентилирования

Временная консервация свежеубранного зерна с повышенной влажностью, заключающееся в обработке предварительно очищенного свежеубранного зернового вороха воздушным потоком для снижения его температуры и выравнивания влажности. Консервация свежеубранного зерна активным вентилированием позволяет в 3...4 раза увеличить срок его безопасного хранения до сушки.

Профилактическое вентилирование, применяемое для предотвращения возникновения очагов самосогревания, выравнивания температуры и влажности зерновой насыпи, уменьшения энергии дыхания, угнетения развития и жизнедеятельности микрофлоры, ликвидации амбарного запаха, сохранения жизнеспособности семян и т.п.

Охлаждение зерна - вентилирование в целях охлаждения зерна проводимое для затормаживания всех физиологических и микробиологических процессов в насыпях. При этом температуру насыпи снижают до 10...0°С. Вентилирование семенного зерна проводят для ускорения процесса послеуборочного дозревания свежеубранных недостаточно вызревших семян, для сохранения жизнеспособности при длительном хранении, повышении их энергии прорастания и всхожести

Вентилирование для дегазации проводится в целях удаления фумиганта обычно в теплые дни, что позволяет повысить эффективность этого процесса. Дегазацию активным вентилированием проводят также при необходимости срочно реализовать загазованное зерно.

3. Классификация установок активного вентилирования

Все существующие установки можно классифицировать по нескольким признакам.

По назначению: для консервации зерна охлаждением; универсальные (для сушки и охлаждения); аэрационные.

По способу подвода воздушного потока в зерновую массу: с вертикальным односторонним; с горизонтальным радиальным (одно - и двухсторонним); с горизонтальным поперечным; со смешанным воздухораспределением.

По типу воздухораспределительных устройств: с коробами или каналами; с перфорированным "ложным" полом; с перфорированными трубами; с жалюзийными стенками; с перфорированными центральными и наружными цилиндрами.

По конструктивному оформлению камеры: бескамерные (напольные); вентилируемые бункеры; закрома и силосы различной формы.

По способу установки: стационарные; переносные.

По типу разгрузочных устройств: саморазгружающиеся; с пневмо-выгрузными устройствами; со шнековыми разгрузчиками.

Кроме указанных конструкций, применяются одно-, двух- и четырехтрубные установки для активного вентилирования. В этих установках воздуховоды укладываются вдоль главной оси склада по перекрытию нижней галереи и по фундаментам стоек склада. Воздуховоды также имеют сетчатые окна. Вентиляторы могут быть установлены как у боковых, так и у торцовых стен склада.

В практике временного хранения и вентилирования небольших партий зерна, преимущественно семенного назначения, широко применяются бункеры активного вентилирования. Они разрабатывались для хозяйств, производящих зерно, но успешно применяются и на хлебоприемных предприятиях. Наибольшее распространение получили установки с радиальным горизонтальным воздухораспределением. Они представляют собой два концентрически расположенных перфорированных цилиндра, кольцевое пространство между которыми служит для размещения зерна. Центральный цилиндр предназначен для подвода и распределения воздуха в зерновой массе (воздухораспределительная труба). Нагнетаемый вентилятором воздух поступает через перфорации центрального цилиндра в зерно и продувает его радиально в направлении от центрального цилиндра к наружному. Выпуск зерна из бункера осуществляется самотеком через конусообразное дно.

Подогревая атмосферный воздух с помощью электрокалориферов или различных тепловентиляционных агентов, в бункерах можно достаточно качественно проводить сушку зерна.

Предпочтение стоит отдать бункерам активного вентилирования, т.к. имея преимущества вышеупомянутых, они обладают дополнительными преимуществами, такими как малая площадь, занимаемая бункерами, т.к. строятся в высоту и обладают большой вместительностью; процесс активного вентилирования в бункерах в большей степени автоматизирован; относительно небольшая толщина обрабатываемого зернового слоя и компактное размещение электрооборудования позволяют эффективно использовать электротехнологические методы для интенсификации процесса сушки.

4. Недостатки технологического процесса и оборудования для активного вентилирования

Производительность сушильных агрегатов, в том числе и установок активного вентилирования можно повысить как увеличением количества и геометрических размеров аппаратов, более рационального использования времени их работы (сокращение подготовительно-заключительных операций), так и интенсификацией, путем сокращения экспозиции сушки [19, 44, 93, 94]. Применение этих двух способов повышения производительности как правило приводит к увеличению капитальных или эксплуатационных затрат, так как это связано с дополнительными затратами на увеличение емкостей аппаратов, дополнительного расходования топлива, электроэнергии, агента сушки и прочее.

Наибольшего эффекта интенсификации можно добиться наложением интенсифицирующих воздействий при оптимальных режимах каждого метода интенсификации либо целесообразным последовательным сочетанием различных методов. Следовательно, методы оптимизации могут иметь существенное, а иногда и решающее значение при интенсификации технологических процессов.

Применительно к активному вентилированию представляется возможным применение следующих методов интенсификации:

- изменение скорости и направления агента сушки;

- электрические и магнитные воздействия;

- потоки ионизированных и заряженных частиц;

- корпускулярные и электрические излучения;

- тепловые потоки.

Одним из основных интенсифицирующих факторов, активно исследуемым в последние годы для сушки с использованием бункеров активного вентилирования, является использование озоно -воздушных смесей (ОВС) и ионизированного воздуха в больших концентрациях ядовит и может угнетающе воздействовать на материал, снижая его качество.

Следующим фактором, способствующим снижению энергозатрат и времени сушки является применение воздействия на зерновой материал электрического поля микроволнового диапазона [16, 33, 60, 75, 126]. Как и применение ОВС, использование энергии СВЧ полей имеет многофункциональное назначение.

5. Возможности использования СВЧ для интенсификации процесса. Задачи исследования