Устройство для сушки зерновых культур и им подобных материалов

 

Зерновые культуры, в т.ч. и масличные, для правильного долгосрочного хранения должны иметь определенную влажность, т.е. максимально допустимый процент содержания воды в определенном весе или объеме зерна. В процессе уборки собрать зерновые с влажностью, необходимой для длительного хранения, не представляется возможным из-за большой остаточной влажности накапливаемой зерном при созревании и, зачастую, при неблагоприятных погодных условиях. Для достижения необходимой для хранения влажности зерно просушивают как непосредственно на токах или в специальных зерновых сушилках (если они имеются) в хозяйствах, так и в районных элеваторах. При социалистическом способе ведения хозяйства для хранения и сушки зерновых культур в стране были построены элеваторы, при проектировании которых были учтены объемы производства зерновых и максимально допустимые расстояния до хозяйств-производителей, обеспечивающие рентабельность перевозок, сушки и хранения зерновых. При переходе к рыночным принципам ведения хозяйства элеваторы стали самостоятельными акционерными обществами и, фактически, монополистами по сушке и хранению зерновых культур. При этом если цены, устанавливаемые элеваторами на сушку, хранение и очистку зерна являются более или менее приемлемыми, то стоимость перевозок при постоянно повышающихся ценах на топливо приводит к значительному удорожанию себестоимости и отпускных цен на зерновые культуры. Кроме того, при рыночных отношениях услуги элеваторов связывают производственную деятельность хозяйств-производителей зерновых, ограничивают их свободу торговли и коммуникабельность сопутствующей производственной деятельности. Таким образом, решая проблему сушки зерновых непосредственно в хозяйствах-производителях, отпадают затраты на услуги элеваторов и расходы на транспортировку зерновых, тем самым снижается себестоимость зерновых и, следовательно, увеличивается прибыль хозяйств-производителей.

Сложность поставленной задачи заключается в том, что время использования сушки в течение года ограничивается, практически, сезоном уборки зерновых культур, а затраты на приобретение и эксплуатацию существующих конструкций сушек не всегда и не для каждого хозяйства являются осуществимыми. Кроме того, существующие конструкции сушек, как правило, стационарные и работают на твердом или жидком топливе и электроэнергии, что требует значительных затрат на организацию производства и транспортные услуги. Эти сушки в своей основе колонные (шахтные) и так называемые «огневые», принцип действия которых заключается в следующем: воздух, разогретый пламенем продуктов сгорания, по специальным каналам поднимается вверх и разогревает при этом стенки каналов, а поток зерна, обтекая эти каналы сверху, нагревается и испаряет необходимое количество лишней влаги. Остаточное тепло удаляется по дымоходу в трубу, т.е. К.П.Д. такой установки не превышает 3%-5%, что увеличивает затраты на сушку зерна. Так, например, сушка зерновая твердотопливная «СЗСТ-7» затрачивает на сушку 4,2 т зерна 10,2 кг угля или 30 кг дров, а также 15,2 Квт электроэнергии. Зная теплотворную способность угля и дров (1 кг угля - 30 МДж; 1 кг дров - 10 МДж) и, переводя их в киловатты, имеем: на 4,2 т зерна (производительность установки) в час затрачивается 816,6 КВт и плюс 15,2 КВт электроэнергии, т.е. всего 831,8 КВт/час. Для одной тонны зерна получаем 198 КВт/час. Принимая во внимание тот факт, что из тонны зерна в среднем необходимо испарить 70 кг воды, то К.П.Д. указанной установки не превышает 5%. Более того, покупная стоимость, монтаж и эксплуатация этой сушки требуют значительных затрат и по рентабельности она практически сопоставима с затратами на услуги элеваторов или лишь немногим меньше их из-за высоких цен на топливо и энергоносители. И еще один факт. Поскольку сушки такого типа стационарны, они также требуют значительных расходов на транспортировку зерна к ним и организацию производственного процесса, хотя и предоставляют хозяйствам-производителям свободу торговли. Учитывая все вышеизложенные недостатки, нами спроектирована, изготовлена и опробована передвижная сушильная установка, работающая только на

электричестве и способная осуществлять работу, как на открытом воздухе, так и в крытых ангарах, складских или им подобных помещениях и обслуживать расположенные по соседству хозяйства-производителей на их территории. Установка работает от сети переменного тока напряжением 380 вольт и частотой 50 Hz. Схема установки представлена на Рис.1. Установка состоит из рамы, смонтированной на ходовой платформе. На раме установлены теплоконденсаторы и вентилятор высокого давления. Сверху на раму смонтирован генератор импульсов, который с определенной цикличностью через диффузоры распределяет поток разогретого воздуха по всей длине лотка, заполненного зерном. Дном лотка является сетка с определенной фракцией. Для равномерного распределения зерна по всей длине лотка и заданной скорости его транспортировки на лотке установлен вибратор, а величина потока зерна на выходе (т.е. производительность установки) определяется шибером в зависимости от первоначальной и необходимой конечной влажности зерна. Контроль температуры нагреваемого воздуха автоматический и осуществляется термопарой, ток которой поступает на гальванометр, отградуированный в градусах Цельсия. Стрелки гальванометра контактные и включают или отключают нагреватели, поддерживая тем самым необходимую температуру и, следовательно, экономя расход электроэнергии. Главными отличительными особенностями сушильной установки являются: - теплоконденсатор; - генератор импульсов; - вибролоток; - возможность перемещения к месту сушки зерна; - автоматическая система управления температурой сушки зерна. Теплоконденсатор представляет собой полые электрические нагревательные элементы, заполненные специальными гранулами, проходя через которые воздух мгновенно нагревается до заданной температуры (tmax=380 С°). Нагретый таким образом воздух по внутреннему воздуховоду поступает в генератор импульсов. Генератор импульсов представляет собой замкнутый корпус, в котором смонтирован воздухораспределитель с приводом от мотора редуктора, распределяющий поток горячего воздуха по всей длине лотка с зерном.

Смонтированные на генераторе импульсов диффузоры, на которых закреплен лоток, позволяют через определенное время посылать импульсы воздуха на заданном участке, и нацелено продувать толщину зерна в лотке, обдувая каждое отдельное зернышко в сплошном потоке, обеспечивая тем самым самый рациональный отвод пара. Автоматический контроль температуры воздуха при необходимой заданной конечной влажности зерна позволяет жестко контролировать процесс сушки и экономить электроэнергию. Разработанная техническая документация на установку и первые опытно-промышленные образцы с достаточной точностью определяют параметры технических характеристик установки, которые приведены в Таб.1.

 Таблица 1
№ п/пНаименование параметраЕд. измерения ВеличинаПримечание
1Производительность т/час1,5÷2,5 В зависимости от влажности зерна и назначения
2Энергоноситель электроэнергии В˜380 50 Hz  
3Удельный расход электроэнергии га тонну в часкВт14÷28В зависимости от влажности зерна
4 Температура нагретого воздуха°С80÷350 
5Мощность одного нагревателякВт0,9  
6Общая установленная мощностькВт 32 
7Масса установкикг1100 
8Габариты: длина - ширина - высота -мм мм мм3800 1050 1700 

Для определения ее рентабельности проведен сравнительный анализ затрат с использованием услуг элеватора. В сложившихся условиях в среднем установлены следующие цены на услуги элеваторов за тонну зерна: 1. Приемка - 35 руб; 2. Отпуск - 87 руб. 3. Сушка - 36 руб. 4. Очистка - 28 руб. 5. Хранение - 41 руб. ИТОГО: 227 рублей за тонну Кроме того, необходимо учесть затраты на доставку зерна к элеватору. При среднем расстоянии от хозяйства до элеватора в 50 км общий пробег автотранспорта составляет 100 км. Стоимость перевозки на 1 км приблизительно составляет 7 рублей. Следовательно, общая сумма составит 700 руб. за 100 км. При средней загрузке в автомобиль 4 тонн зерна, стоимость перевозки 1 тонны зерна на 100 км составит 175 рублей. Таким образом, общие затраты предприятия-изготовителя зерна в данном случае составят 402 рубля за тонну. При средней отпускной цене зерна в 3000 рублей за тонну приблизительно 15% (450 руб. с тонны) уходит на оплату услуг элеватора. Если в среднем хозяйство производит 6000 тонн зерна в год и хранит его все в элеваторе, тогда за хранение и транспортные расходы оно отдает приблизительно 810 тонн зерна в год, что составляет 2,43 миллиона рублей. Сумма затрат при использовании нашей установки складывается из стоимости самой установки, затрат на энергоноситель и затрат на оплату труда одного рабочего, обслуживающего установку. По данным проводимых испытаний нашей установки были получены следующие результаты: для уменьшения влажности зерна на 5-7% на одну тонну зерна требуется затратить 25-30 Квт электроэнергии, а на сушку всего зерна в хозяйстве потребуется максимально 180 000 КВт или порядка 300 тыс. рублей в год. Таким образом, общие затраты хозяйства составят: 441,43 тыс. руб. (стоимость установки) плюс 300 тыс. руб. (энергозатраты), что составит 741,43 тыс. руб. в год. С учетом оплаты труда одного рабочего (38,5 тыс. руб.) общая сумма составит приблизительно 780 тыс. рублей в год. Разница в затратах составляет 2 430 000-780 000=1 650 000 руб. в год. Таким образом, при производстве хозяйством-производителем в среднем 6000 тонн зерна в год приобретение нашей установки рентабельно, а экономия средств составляет порядка одного миллиона девятьсот пятидесяти тысяч рублей в год. Кроме того, учитывая мобильность и коммуникабельность установки, ее легко можно доставить и установить в соседних хозяйствах для оказания взаимовыгодных услуг по сушке зерновых. Таким образом, приобретение сушки позволяет предприятию-изготовителю: 1. Отказаться от услуг элеватора; 2. Сэкономить значительные средства и уменьшить себестоимость зерновых; 3. Упростить финансовую и производственную деятельность в условиях рынка; 4. Оказывать услуги по сушке зерна соседним предприятиям-изготовителям с предоставлением сушки по месту требования, а не наоборот, и тем самым получать дополнительную прибыль; 5. Стать в условиях рынка хозяином своего труда.

Изобретение может быть использовано для сушки сыпучих тел, а именно различных зерновых культур, семян, а так же им подобных материалов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Холодный воздух из атмосферы (например, вентилятором) прокачивается через специальные теплоконденсаторы, где за доли секунды нагревается до заданной температуры. Нагретый воздух по воздуховоду поступает в генератор импульсов, воздухораспределитель которого последовательно направляет его в диффузоры, на которых смонтирован рабочий лоток. Дном лотка является сетка, на которой находится слой зерна или другого сыпучего материала (в дальнейшем «зерно»).

Таким образом, поток нагретого воздуха заданными порциями последовательно проходит по всей длине лотка и, не снижая скорости потока, проходит через всю толщину слоя высушиваемого зерна, нагревает и испаряет накопившуюся в нем влагу и уносит ее в атмосферу.

При этом производительность вентилятора и все проходные отверстия теплоконденсатора рассчитаны таким образом, что суммарная площадь отверстий в теплоконденсаторе равна суммарной площади отверстий сетки под одним из диффузоров. А масса и размеры гранул позволяют удерживать заданный тепловой поток и граничную температуру, контролируемую встроенной термопарой и гальванометром, отградуированном в °С.

Изобретение относится к устройствам для сушки сыпучих тел. Оно позволяет за счет мгновенного нагрева воздуха до заданной температуры в теплоконденсаторе и импульсного распределения генератором импульсов потока нагретого воздуха по всей площади рабочего лотка, практически охватывать поверхность каждого зерна тепловым потоком, нагревать его, испарять накопившуюся в нем влагу и уносить ее в атмосферу. Тем самым, значительно сокращается время нагрева воздуха и увеличивается КПД устройства за счет большой разности температур и исключения необходимости использования вытяжных вентиляторов.

Наиболее близким из известных способов сушки сыпучих тел являются так называемые шахтные (огневые) сушки. Сущность их заключается в следующем.

Воздух нагревается за счет выделения тепла продуктами сгорания горючих материалов, как-то дров, угля или нефтепродуктов, и вместе с отработанными газами через специальные каналы удаляется в трубу, отдавая тепло стенкам каналов. По внешней стороне этих каналов сверху двигается поток зерна, нагревается о его стенки и испаряет накопившуюся влагу, которая специальными вытяжными вентиляторами удаляется в атмосферу. Использование в таких сушках в качестве нагревателя воздуха ТЭНов также не эффективно, т.к. площадь поверхности нагретых ТЭНов очень мала по сравнению с площадью поверхности воздуховодов. Поэтому они потребляют большое количество энергии для нагрева и создают необходимость в вытяжных вентиляторах для отвода испаряемой влаги.

Для осуществления предполагаемого способа сушки зерна разработано устройство, технологическая схема которого приведена на Фиг.1.

Устройство состоит из следующих узлов: (Фиг.1.)

- Рама «1», на которой смонтированы все узлы установки;

- Теплоконденсатор «2», позволяющий в течение долей секунды нагревать воздух до заданной температуры; размеры гранул теплоконденсатора и их масса позволяют удерживать заданный тепловой поток при избыточном давлении;

- Генератор импульсов «3», обеспечивающий направленное поступление горячего воздуха в каждый диффузор «4» через равные промежутки времени;

- Рабочий лоток «5», дном которого является сетка, не позволяющая попадать зерну в генератор импульсов, но свободно пропускающая нагретый воздушный поток;

- Вентилятор «6», обеспечивающий необходимый расход воздуха и поддерживающий заданное избыточное давление во всей системе;

- Вибратор «7», обеспечивающий заданную толщину слоя высушиваемого зерна и необходимую производительность установки в зависимости от влажности зерна и его назначения;

- Механизм поворота «8», обеспечивающий с помощью подъемника «9» необходимый наклон лотка при смене типа высушиваемого материала;

- Шибер «10», обеспечивающий заданную производительность установки (тонн/час);

- Воздухораспределитель «11», обеспечивающий плотность воздушного потока по всей длине рабочего лотка;

- Воздуховоды «12», обеспечивающие герметичность доставки нагретого воздуха в системе;

- Шасси «13», обеспечивающие передвижение сушки вдоль бурта с высушиваемым зерном;

- Силовой шкаф и пульт управления «14», обеспечивающие напряжение двигателя и теплоконденсатора и осуществляющие управление сушкой и контроль температуры.

Технологические схемы узлов установки приведены на Фиг.2, Фиг.3 и Фиг.4, которые работают следующим образом.

Холодный воздух из атмосферы вентилятором «1» с избыточным давлением Р1 прокачивается через теплоконденсатор «2», где нагревается до заданной

температуры и по воздуховоду «3» попадает в герметически закрытый корпус генератора импульсов «4». В корпусе генератора импульсов смонтирован воздухораспределитель «5», который представляет собой трубу с окнами «6», вырезанными по спирали с заданным шагом t по длине трубы. Труба вращается в подшипниках, смонтированных в корпусе генератора импульсов.

На крышке корпуса генератора импульсов вдоль его центральной оси выполнены окна. С внешней стороны окон смонтированы диффузоры «7», а с внутренней - башмаки «8», имеющие равное сечение и размеры с окнами крышки корпуса генератора импульсов и трубы воздухонагревателя.

Таким образом, нагретый воздух поступает под избыточным давлением в корпус генератора импульсов «4» и, проходя через свободные окна «6» воздухораспределителя «5», попадает только в тот диффузор «7», окно которого совместилось в данный момент с окном воздухораспределителя «5». Башмаки «8» выполнены таким образом, что при повороте воздухораспределителя «5» на заданный угол воздух попадает в следующий диффузор «7» только после полного закрытия предыдущего окна и так до полного оборота воздухораспределителя «5». Далее цикл повторяется.

Фракция сетки «9» подобрана таким образом, что при наличии на ней слоя зерна «10» толщиной h она обеспечивает свободное прохождение горячего воздуха с избыточным давлением P1 через всю толщину зерна h, при этом горячий воздух обтекает практически каждое зерно, нагревая его и испаряя накопленную влагу в атмосферу.

Как известно, теплопроводность воздуха (как и всех газов) очень низка (воздуха=0,025 Вт/м·К), а теплопроводность металлов - высока (например, меди=385 Вт/м·К). Т.е. если через каждый квадратный метр воздушной стенки толщиной в 1 м при разности температур в 1 К передается за 1 сек 0,025 Вт тепла, то через каждый квадратный метр медной стенки толщиной в 1 м при разности температур в 1 К передается 385 Вт тепла в секунду.

Теплоемкость воздуха Св=1,01 кДж/(кг·К), а теплоемкость меди См=0,38 кДж/(кг·К).

Варьируя толщиной стенки нагреваемого потока воздуха, массой и размерами гранул меди и скоростью температуропроводности, можно рассчитать размеры теплоконденсатора в зависимости от выходного сечения диффузора «7» и

необходимого избыточного давления Р1 на выходе, т.е. производительность вентилятора W (м3/час).

Пусть S 1 - общая площадь потока воздуха в живом сечении нагревателя теплоконденсатора, 1 - расстояние между гранулами (причем 11 мм), S2 - суммарная площадь сечения гранул меди, a T1 - температура, до которой необходимо нагреть гранулы. Тогда, исходя из теплового баланса системы, можно определить массу гранул, необходимую для обеспечения теплового потока, способного испарить нужное количество находящейся в зерне влаги (кг).

Из-за малой толщины стенки воздушного потока (11 мм) он практически имеет туже температуру, что и гранулы. Тогда при повышении температуры гранул мы увеличиваем и КПД системы. В тепловых установках КПД определяется формулой:

, где

- КПД установки;

T1 - температура нагревателя (гранул) (К);

Т2 - температура холодильника (воздуха атмосферы) (К).

Тогда, например, при нагреве гранул до 300°С (573°К) и температуре атмосферы 20°С (293°К) КПД установки будет равен:

что значительно выше, чем у всех существующих видов сушек.

Изготовленные по этому принципу теплоконденсаторы просты по устройству и надежны в работе.

Поскольку при сушке зерновых культур максимальная температура нагрева не превышает 150°С, то и навитая электрическая спираль сопротивления в предлагаемом устройстве не требует нагрева до высокой температуры. Кроме того, она электро- и теплоизолирована, что практически исключает ее окисление.

Для определения требуемой мощности нагревательных элементов воспользуемся законом сохранения энергии. Удельная теплота в процессе парообразования определяется формулой:

(Дж/кг), где

m1 - масса пара (кг);

m2 - масса пара (кг);

t0 и t1 - соответственно начальная и конечная температуры воды;

t k - температура кипения воды;

С -удельная теплоемкость воды.

В среднем для того, чтобы испарить 1кг воды необходимо 2250 кДж тепла. Следовательно, чтобы снизить влажность 1 тонны зерна на 7% (т.е. чтобы испарить 70 кг воды) при температуре парообразования 50°С необходима общая мощность нагревателей порядка 22 кВт.

Задавая плотность электрического тока, можно определить количество нагревательных элементов, а также массу (кг) гранул, их форму и размеры (используя тем самым так называемый «эффект паяльника» - варьирование диаметром, длиной высокоомного провода при минимальном шаге навивки спирали).

Конструкция генератора импульсов позволяет за один поворот воздухораспределителя последовательно импульсами направлять воздушный тепловой поток по всей длине рабочего лотка с зерном и уносить выпариваемую влагу в атмосферу, что исключает необходимость в вытяжных вентиляторах и экономит электроэнергию.

Наиболее ощутимую экономию приносит возможность установки сушить зерно непосредственно на месте хранения, тем самым исключая затраты на погрузочно-разгрузочные работы и транспортные расходы, которые составляют от 13% до 25% от отпускной стоимости зерна.

Таким образом, устройство для сушки зерновых культур и им подобных материалов позволяет:

- производить сушку зерновых непосредственно на месте их хранения, исключая затраты на погрузочно-разгрузочные работы и транспортировку;

- нагревать воздушный поток за доли секунды в специальном теплоконденсаторе;

- импульсно последовательно распределять воздушный поток по длине всего рабочего лотка с зерном;

- избыточным давлением нагретого воздуха проходить через весь слой зерна на лотке, обтекая каждое зерно, нагревать его, испарять избыточную влагу и уносить ее в атмосферу без использования вытяжных вентиляторов.

На основании вышеизложенного были проведены расчеты, разработана конструкторская документация, изготовлены опытные и промышленные образцы установки и проведены промышленные испытания, показавшие положительные результаты и высокую рентабельность установки в процессе испытаний.

Фотография промышленного образца приведена на Фиг.5.

Устройство для сушки зерновых культур и им подобных материалов, содержащее лоток для размещения в нем подлежащего сушке материала, дном которого является сетка, опирающаяся на диффузоры, смонтированные на генераторе импульсов, содержащим в себе воздухораспределитель, вентилятор, отличающееся тем, что теплоконденсатор, предназначенный для нагрева холодного воздуха, нагнетаемого вентилятором, заполнен гранулами материала с высокой теплопроводностью, например гранулами меди, генератор импульсов выполнен с возможностью поступления нагретого воздуха из теплоконденсатора через диффузор к сетке рабочего лотка через равные промежутки времени, при этом сетка выполнена с возможностью свободного прохождения горячего воздуха через слой подлежащего сушке материала.




 

Похожие патенты:

Лучший надежный недорогой профессиональный сварочный аппарат инверторного типа относится к ручной дуговой сварке и пайке металлов. В частности, эта полезная модель относится к сварочным аппаратам для ручной сварки покрытым штучным электродом.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к устройствам для сушки зерна

Полезная модель относится к электротехнике, более конкретно к тепловентиляторам, применяемым в качестве нагревателей для производственных и бытовых нужд, причем в данной конструкции предусмотрен как режим нагрева, так и режим вентиляции. Тепловентилятор электрический может быть использован в строительстве, легкой промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства.
Наверх