Контроль процесса сушки зерна по параметрам отработавшего агента сушки

В целях повышения эффектив­ности процесса сушки, сохранения и улучшения качества зерна важно контролировать его температуру нагрева и влажность, чтобы недопустить перегрева, пересушивания или недосушивания.

Однако эти два параметра трудно контролировать в процессе сушки, а в ряде случаев невоз­можно. Влажность и темпера­туру определяют обычно в начале и в конце процесса сушки, а тем­пературу нагрева зерна для зерно­сушилок различных типов - в зонах его максимального нагрева. Напри­мер, в газовых рециркуляцион­ных зерносушилках её измеряют в тепломассообменниках, а в шахт­ных зерносушилках дистанционно, как правило, не контролируют, да и отбирать пробы зерна вручную из коробов шахт затруднительно.

Кроме того, существует нео­пределённость в показаниях датчи­ков приборов, термочувствитель­ная часть которых размещена в слое зерна и продувается либо агентом сушки, либо охлаждающим воздухом, которые имеют температуру, отлич­ную от температуры зерна. Что каса­ется влажности зерна, то её измере­ние возможно с достаточной точно­стью только в отобранной пробе.

Одно из традиционных направ­лений исследования процесса сушки зерна - разработка непрерывнодействующих устройств для отбора и измерения проб по высоте шахты [1]: ПВЗ-20Д, «Фауна - П», ИВЗП-2М, «КДК-МОНО», «Поток» и др.. Однако эти устройства имеют достаточно сложную конструкцию и индивидуальные градуировки. Их показания зависят от места установки и условий применения, в том числе от насыпной плотности зернового потока, его засоренно­сти, скорости движения и т.д.

Альтернативой точечного отбора и измерения проб зерна является определение его температуры и влажности в процессе сушки по параметрам отработавшего агента сушки (ОАС) - его температуры и относительной влажности, для измерения которых выпускаются малогабаритные и надёжные про­мышленные датчики. Этот приём, ввиду его простоты, можно исполь­зовать для контроля и автоматиза­ции процесса сушки.

Контроль параметров ОАС имеет ещё одно очень важное значение, так как может свидетельствовать об эффективности сушки зерна. В настоящее время потери теплоты с ОАС в шахтных зерносушилках достигают 15-20%. Контроль пара­метров ОАС и ведение сушки с его минимальной температурой и мак­симальной относительной влажно­стью на выходе из зерносушилки позволит повысить эффективность процесса сушки [2, 4].



Кроме того, для таких масличных культур, как подсолнечник и рапс превышение температуры ОАС свидетельствует уже о возможно­сти возгорания сушилки и необхо­димости регулирования процесса  сушки для предотвращения опас­ной ситуации. Также актуален кон­троль температуры нагрева зерна кукурузы и зернобобовых куль­тур по параметрам ОАС для сушки в целях предотвращения трещинообразования и снижения качества зерна (бобов).

Одно из устройств для кон­троля процесса сушки по параме­трам ОАС было разработано специ­алистами Рузаевской хлебной базы №32 ПО «Мордовхлебопродукт». Устройство обеспечивало контроль нагрева зерна и пожаробезопасность прямоточных и рециркуля­ционных зерносушилок. В состав устройства входили: первичные датчики, установленные на выходе из отводящих коробов зерносу­шилки; вторичный прибор с циф­ровой индикацией; индикатор тем­пературы на пульте управления.
В качестве термочувствительных элементов датчиков контроля тем­пературы ОАС были использованы полупроводниковые термометры (диоды) или медные термометры сопротивления типа ТСМ.

Полупроводниковые термомет­ры закреплены в каркасе между двух пластин прямоугольного сече­ния и размещены на стойках блока датчиков, который представляет собой полую трубу, прикреплён­ную к стенке сушильной секции в зоне измерения температуры. Внутри трубы проложены соеди­нительные провода к вторичному прибору. Термометры сопротивле­ния закреплены на блоке датчиков аналогично полупроводниковым приборам, чувствительные эле­менты датчиков размещены в отво­дящих коробах.

Температура ОАС контроли­руется с помощью индикатора на пульте управления.

Устройство для контроля темпе­ратуры ОАС сблокировано с меха­низмами и приборами сушилки. Превышение заданных значений температуры ОАС обуславливает подачу звукового сигнала. Если меры по устранению причин не при­няты, то отключается топка сушилки и одновременно останавливаются транспортные механизмы подачи сырого и выпуска сухого зерна.

Производственные испытания этого устройства проведены на трёх зерносушилках ПО «Мордовхлебо­продукт»: реконструированных на рециркуляцию ДСП-32сн и ВТИ-15 - на Рузаевской хлебной базе №32; шахтной прямоточной ДСП-24сн -на Саранском элеваторе [3].

По результатам испытаний уста­новлено, что значения температуры ОАС, измеренные датчиками и кон­трольным термометром, близки между собой. Среднеквадратич­ное отклонение по всем измере­ниям составило 1,4°С, т.е. устрой­ство контроля температуры ОАС правильно показывает значения температуры. При средней скоро­сти фильтрации агента сушки на выходе из коробов 5,5-6 м/с тем­пература зерна в сушилке отлича­ется от температуры ОАС не более чем на 2,3°С. Однако при скорости фильтрации агента сушки на выходе из коробов свыше 7-8 м/с темпера­тура его превышает температуру нагрева зерна в среднем на 6,5°С, что свидетельствует о нерацио­нальном режиме сушки.

Итак, эта система работоспо­собна и позволяет контролиро­вать температуру нагрева зерна. По результатам производственных испытаний учёные ВНИИЗа разра­ботали исходные требования и подготовили техническое задание, а специалисты опытного завода ВНИИ физико-технических и радио­технических измерений - техниче­скую документацию на устройство с системой контроля ОАС модели СКТ-50/1 для шахтных зерносуши­лок. Устройство состоит из процес­сора, блока коммутатора и блока термодатчиков. Также был изготов­лен опытный образец устройства, который прошёл приёмочные испы­тания на зерносушилке У1-УКЗ-50 Латненского элеватора Воронеж­ской области при сушке семян под­солнечника.

Испытания проводили специалисты Бийской машино­испытательной станции. Устрой­ство рекомендовано к серийному производству для применения на шахтных зерносушилках. Исполь­зование устройства позволит сни­зить неравномерность нагрева зерна и предотвратить его пере­сушивание. В результате повыша­ется производительность зерносу­шилки за счёт снижения энергоза­трат на 4,8%. Одновременно была решена одна из основных задач - обеспечена противопожарная безопасность при сушке семян под­солнечника.

По результатам производствен­ных испытаний получено уравне­ние регрессии для расчёта тем­пературы нагрева зерна в, в зави­симости от температуры отрабо­тавшего сушильного агента (t_отр = 40...60°С) и скорости его фильтра­ции v_ф = 3,5-8 м/с:

Как видно из уравнения (1), с ростом скорости фильтрации агента сушки на выходе из коро­бов шахтных зерносушилок тем­пература нагрева зерна несколько снижается. Это свидетельствует о том, что температурный потен­циал агента сушки не успевает реализовываться в слое зерна. При этом существенное влияние на тем­пературу нагрева зерна оказывает температура ОАС.

Для оптимизации режимов сушки, кроме температуры зерна, необходимо знать изменение его влажности по высоте сушильной шахты, которую также можно опре­делить по параметрам ОАС. С этой целью во ВНИИЗе были проведены дополнительные исследования.

При изучении процесса сушки обычно определяют кривые сушки, скорости сушки и температурные кривые, по которым устанавливают режимы сушки. В экспериментах, помимо этих показателей, изме­ряли также температуру и относи­тельную влажность на выходе из слоя зерна (рис. 2 и 3). Для этого использовали психрометр, сухую и мокрую хромель-копелевую тер­мопару в комплекте с автоматиче­ским потенциометром типа КСП. Эксперименты проводили при тем­пературе агента сушки на входе в сушилку t_с=55°С и температуре атмосферного воздуха t_о=20°С. Тол­щина слоя зерна пшеницы в кас­сете составляла 100 мм, началь­ная влажность изменялась от 17,6 до 23,3%, скорость фильтрации - от 0,6 до 1,1 м/с. Такая скорость фильтрации соответствует сред­нему расходу в слое зерна в шахт­ных зерносушилках при скорости воздуха на выходе из отводящих коробов 5-7 м/с.



Как видно из рис. 2, в первые 5-10 мин сушки, в зависимости от скорости фильтрации воздуха и начальной влажности зерна, его относительная влажность увеличи­вается. В данном случае при ско­рости фильтрации 0,6 м/с, харак­терной для шахтных зерносушилок, происходит значительное насы­щение воздуха влагой, что свиде­тельствует об эффективности про­цесса сушки зерна. Это подтверж­дается изменением температуры ОАС в процессе сушки, измерен­ной при тех же параметрах опыта (рис. 3).

Данные рис. 2 и 3 согласуются между собой: повышение относи­тельной влажности ОАС обуслов­лено интенсивным испарением влаги из зерна с понижением его температуры. При скорости агента сушки 0,6 м/с происходит наиболее интенсивное испарение влаги из зерна и температура агента сушки существенно снижается. Характер изменения относительной влажно­сти и температуры ОАС представ­лен на рис. 4.



Однако к концу процесса сушки в указанном диапазоне параметров температура ОАС при разных скоро­стях фильтрации воздуха выравни­вается, а средние значения темпе­ратуры нагрева зерна в указанном диапазоне скоростей фильтрации воздуха, в зависимости от началь­ной влажности зерна, различаются всего на 2-5% (рис. 5, а). При этом слой зерна быстро прогревается в первые 10 мин, затем его темпе­ратура медленно повышается до температуры агента сушки.

В отличие от температуры нагрева зерна, при прочих равных условиях, изменение влажности зерна в процессе сушки суще­ственно зависит от его начальной влажности (рис. 5, б). При этом ско­рость сушки уменьшается по мере высушивания зерна. Характер изменения температуры и влажно­сти зерна в процессе сушки пред­ставлен на рис. 6.



Таким образом, исследованиями установлены зависимости между температурой нагрева и влажно­стью зерна, а также между темпе­ратурой и относительной влажно­стью ОАС.

Для расчёта температуры нагрева и влажности зерна в про­цессе сушки по параметрам ОАС были математически обрабо­таны результаты лабораторных и производственных испытаний и получены следующие уравнения регрессии:

---