Расчет температуры нагрева зерна по температуре и влажности отработавшего сушильного агента
В соответствии с Инструкцией по сушке продовольственного, кормового зерна, маслосемян и эксплуатации зерносушилок №9-3-82 основными контролируемыми параметрами в процессе сушки являются температура сушильного агента, влажность и температура нагрева зерна. Вместе с тем, последние два параметра контролировать в процессе сушки затруднительно, а в ряде случаев невозможно. Влажность и температуру зерна определяют обычно в начале и в конце процесса сушки, а температуру нагрева зерна для зерносушилок различных типов – обычно в зонах его максимального нагрева. Для рециркуляционных зерносушилок ее измеряют в тепломассообменниках сушилок, при этом в шахтах сушилок дистанционно, как правило, не контролируют, да и отбирать пробы зерна вручную из этих зон затруднительно.
Это приводит к неопределенности показаний датчиков приборов, термочувствительная часть которых будучи размещена в слое зерна продувается либо сушильным агентом, либо охлаждающим воздухом, которые имеют температуру отличную от температуры зерна. Что касается влажности зерна, то ее измерение возможно только в отобранной пробе, что существенно усложняет контроль процесса сушки, и, в лучшем случае, делает его только периодическим.
Одним из традиционных способов измерения температуры и влажности зерна в процессе сушки является оборудование зерносушилки устройствами для отбора проб по высоте шахты с применением влагомеров для измерения температуры и влажности зерна в отобранной пробе, например, ПВЗ-20Д, «Фауна – МДР» и других [1]. Вместе с тем, эти устройства имеют достаточно сложную конструкцию и обуславливают некоторую неопределенность в показаниях прибора, так как эти показания будут зависеть от места установки устройства отбора зерна, в том числе по толщине и ширине сушильной шахты, которые, и в общем виде, могут не характеризовать реальное состояние высушиваемого зерна.
Альтернативой точечного отбора и измерения проб зерна является определение температуры и влажности зерна в процессе сушки по параметрам отработавшего сушильного агента: температуры и относительной влажности воздуха, для определения которых в настоящее время выпускаются малогабаритные и надежные датчики. Этот прием, ввиду его простоты используется в ряде зарубежных зерносушилок для контроля и автоматизации процесса сушки.
Контроль параметров отработавшего сушильного агента имеет еще одно важное значение, так как может свидетельствовать об эффективности сушки зерна. В настоящее время потери теплоты с отработавшим сушильным агентом в шахтных зерносушилках достигают 15 - 20%. Увеличение влагосодержания отработавшего сушильного агента будет свидетельствовать о повышении эффективности процесса сушки [2].
Кроме того, прежде всего для таких масличных культур как подсолнечник, рапс превышение температуры отработавшего сушильного агента будет свидетельствовать о возможности загорания сушилки и необходимости регулировки процесса сушки для предотвращения опасной ситуации. Актуальным является также контроль температуры нагрева зерна в процессе сушки по параметрам отработавшего сушильного агента для сушки кукурузы и зернобобовых культур, для предотвращения трещинообразования и снижения качества зерна.
Одно из первых устройств для контроля процесса сушки по параметрам отработавшего сушильного агента было предложено работниками Рузаевской хлебной базы №32 ПО «Мордовхлебопродукт» для контроля нагрева зерна и повышения пожаробезопасности прямоточных и рециркуляционных зерносушилок. Устройство состоит из первичных датчиков, установленных на выходе из отводящих коробов зерносушилки, вторичного прибора с цифровой индикацией и датчика температуры, расположенного на пульте управления.
В качестве термочувствительных элементов датчиков контроля температуры отработавшего сушильного агента использовались полупроводниковые термометры (диоды) или медные термометры сопротивления типа ТСМ.
Полупроводниковые термометры закреплены в каркасе между двух пластин прямоугольного сечения и размещены на стойках блока установки датчиков, представляющего собой полую трубу, закрепленную на стенке сушильной секции в зоне измерения температур, с проложенными внутри нее соединительными проводами, идущим к вторичному прибору. Термометры сопротивления закреплены на блоке установки датчиков аналогично полупроводниковым приборам с размещением чувствительных элементов датчиков в отводящих коробах.
Каждый датчик имеет свой номер и индикацию о подключении к системе контроля управления зерносушилкой. Для контроля за температурой отработавшего сушильного агента установлен датчик контроля температурного режима.
Устройство контроля температуры отработавшего сушильного агента сблокировано с механизмами и приборами сушилки. Превышение заданных значений температуры отработавшего сушильного агента обуславливает подачу звукового сигнала и при непринятии мер по устранению причин превышения температуры отработавшего сушильного агента, отключение топки сушилки с одновременной остановкой транспортных механизмов подачи сырого и выпуска сухого зерна.
Производственная проверка этого устройства проведена на трех зерносушилках ПО «Мордовхлебопродукт»: реконструированных на рециркуляцию ДСП – 32сн и ВТИ – 15 на Рузаевской хлебной базе №32 и шахтной прямоточной ДСП-24сн на Саранском элеваторе.
На реконструированной зерносушилке ДСП – 32сн датчики в качестве микросхем установлены на выходе из 27 и 31 ряда коробов 1 сушильной зоны и 19 ряда коробов второй зоны сушки рециркуляционной шахты, по 8 датчиков в каждом ряду. Испытания проведены на зерна ржи начальной влажностью 17,4 -18,7%.
На зерносушилке ВТИ – 15 датчики в качестве термометров сопротивления в количестве 14 штук установлены на выходе из 5 и 12 ряда коробов сушильной шахте и на выходе из 16 ряда коробов сушильно-охладительной шахты. Испытания проведены на зерносмеси пшеницы и ржи начальной влажностью 19,9 -20,2%.
На прямоточной зерносушилке ДСП - 24сн датчики в виде полупроводниковых диодов установлены в 14 и 23 рядах коробов. Испытания проведены на зерносмеси пшеницы и ржи начальной влажностью 17,8 - 21,9%.
Температура сушильного агента в реконструированных зерносушилках изменялась от 141 до 178° С, средняя температура зерна по коробам – от 40,8 до 54,1° С, а в прямоточной сушилке соответственно от 117 до 128° С, и от 46,0 до 57,9° С.
По результатам испытаний этих зерносушилок установлено, что значения температур отработавшего сушильного агента, измеренные установленными датчиками и контрольным термометром близки между собой, среднеквадратичное отклонение по всем точкам измерения составило 1,4° С, т.е. устройство контроля температуры отработавшего сушильного агента правильно показывает измеренные значения температуры. Установлено также, что при средней скорости фильтрации сушильного агента на выходе из коробов 4,5 - 7,0 м/с температура зерна в сушилке отличается от температуры отработавшего сушильного агента не более чем на 2-3°С. При скорости фильтрации сушильного агента свыше 7,0 до 8,5 м/с температура отработавшего сушильного агента превышает температуру нагрева зерна в этих зерносушилках до 6,5–9,5°С, что свидетельствует о нерациональном режиме сушки, т.к. температурный потенциал сушильного агента не успевает срабатываться в слое зерна.
Для расчета температуры нагрева зерна в сушилке по параметрам отработавшего сушильного агента получено уравнение регрессии:

где

– температура и относительная влажность отработавшего сушильного агента;
Область определения уравнения:

. Таким образом установлено, что подобная система работоспособна и позволяет контролировать температуру нагрева зерна.
По результатам производственных испытаний подготовлено техническое задание на разработку системы контроля отработавшего сушильного агента для шахтных зерносушилок СКТ – 50.
С целью установления зависимости параметров отработавшего сушильного агента от режимных параметров процесса сушки, включая температуру и влажность зерна, проводятся дополнительные исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. «Влагомер зерна поточный «Фауна – МДР». Руководство по эксплуатации РКГЯ 4.844.008 РЭ// ООО «Лепта». С.22.
2. Сорочинский, В.Ф. Эффективность сушки зерна на зерносушилках различных типов // Хлебопродукты. 2009. №4. С.39–41.
В.Ф. Сорочинский, А.Л. Догадин
ВНИИЗ
Статья опубликована в сборнике:
Современные задачи инженерных наук: сборник научных трудов VI-ого
Международного научно-технического Симпозиума «Современные энерго- и ресурсосберегающие технологии СЭТТ – 2017» Международного научно-технического Форума «Первые международные Косыгинские чтения
(11-12 октября 2017 года). Т. 2 / М.: ФГБОУ ВО «РГУ им. А.Н. Косыгина», 2017. - С.94-96.