Процесс сушки зерновых культур и пути ее совершенствования

Сушка – это сложный процесс одновременного тепло- и массообмена, а также важное звено технологии, в котором должны быть сохранены не только исходные свойства материалов, но в ряде случаев даже улучшены.

В соответствии с государственной программой развития АПК планируется довести урожай зерновых до 10 млн. т. Наряду с этим увеличивается и производительность выпускаемых зерносушильных комплексов. Однако стоит отметить, что рост производительности не всегда пропорционален энергопотреблению. Например, СЗК-10Г (производительность по сырому зерну при снижении влажности с 20 до 14%,10 т/ч), имеет установленную мощность электродвигателей 40,4кВт, теплогенератора 0,8МВт. В свое время ЗСК-40Г с производительностью 40 т/ч, имел мощность теплогенератора 4 МВт,  удельный расход электроэнергии при этом  250 кВт.

Следует отметить, что в процессе переработки зерновых культур около 70% энергии расходуется на сушку и очистку зерна. Потребляемая мощность отечественных комплексов на порядок выше зарубежных аналогов. С учетом сложившейся ситуации проводятся исследования по снижению энергозатрат ЗСК на основе оптимизации энергетических процессов. С этой целью разработана методика исследования режимов работы различных типов ЗСК. В соответствии с этой методикой проводится сбор первичной информации на основе энергетических аудитов ЗСК, обработка результатов и анализ энергоэкономических  показателей. Наряду с этим предусматривается разработка энергетических балансов ЗСК с их последующей оптимизацией.

В связи с этим стоит задача по обоснованию различных способов энергообеспечения зерноочистительно-сушильных комплексов и оптимизация режимов энергопотребления с целью снижения расходов энергоресурсов.

Установлено, что КПД зерносушилки представлено зависимостью:

                                        

где:  t0-температура наружного воздуха;
                    t1 -температура воздуха на входе в сушилку;
                    t2 -температура воздуха на выходе из сушилки;

Суммарный расход теплоты ΣQ (Кдж/ч) в зерносушилке можно представить следующим выражением:

ΣQ=Q₁+ Q₂+ Q₃+ Q₄+ Q₅+ Q_5,

где Q1 – затраты теплоты на испарение влаги; Q2 – потери теплоты на нагрев зерна; Q3 – потери теплоты с отходящими газами ( с отработавшим агентом сушки); Q4 – потери в окружающую среду ( через нагретые поверхности); Q5 – потери теплоты на нагрев транспортных средств; Q6 – потери теплоты в следствие неполного сгорания топлива (от химического и механического недожога). Удельные значения составляющих данного выражения представлены в табл.1.

Таблица 1.

Удельная доля затрат и потерь теплоты (%) на сушку в зерносушилке.

 

Анализ данных показывает, что для увеличения ŋс (КПД сушки) необходимо увеличить долю затрат теплоты на  испарение влаги  Q1. Наибольшее значение потерь имеют потери теплоты с отработавшим агентом сушки Q3 51,1% всех потерь.

В качестве примера можно привести результаты изучения опыта  использования ЗСК-40Г на предприятии ОАО «Октябрьская революция». В таблице 2 приведены значения температур нагретого, отработанного теплоносителя в 1-ой секции каждой из шахт зерносушилки за период сушки  партии фуражного ячменя в ночную смену.

 Таблица 2:

 Значения температур в различных зонах зерносушилки.

 

Время изм.	Темп. нар. воздуха t0	Температура. нагретого теплоносителя. t1		Температура. отработанного теплоносителя. t2		Разница температур
t, мин.	0C	1-й0C	2-й0C	1-я0C	2-я0C	1-я0C	2-я0C
22,00	14	91	84	33	33	19	19
22,15	14	91	85	35	35	21	21
22,30	14	84	78	35	35	21	21
22,45	14	92	85	36	36	22	22
23,00	14	92	85	37	37	23	23
23,15	14	88	81	37	37	23	23
23,30	13	65	85	38	35	25	22
23,45	13	93	85	37	34	24	21
00,00	13	77	70	37	35	24	22
00,15	12	83	77	36	36	24	24
00,30	12	86	80	37	35	25	23
00,45	12	38	31	38	36	26	24
1,00	12	18	18	36	34	24	22
1,15	12	15	15	33	31	21	19
1,30	12	98	91	29	29	17	17
1,45	12	95	89	37	27	25	15
2,00	12	93	86	31	31	19	19
2,15	12	94	86	35	33	23	21
2,30	12	93	86	38	35	26	23
2,45	12	93	85	41	35	29	23
3,00	12	93	86	43	35	31	23
3,15	12	94	85	44	34	32	22
3,30	12	74	67	42	34	30	22
3,45	12	25	25	38	32	26	20
итого ср:	12,6	77,7	72,7	36,8	33,9	24,1	21,3

 

Из таблицы видно, что при среднем значении температуры наружного воздуха за период сушки в 12,6 ⁰С температура отработанного теплоносителя составляет 36,8 и 33,9 ⁰С соответственно. Для снижения этих потерь целесообразно использовать рекуперацию тепла отработавших газов. Возможен вариант использования теплоутилизатора. Известно, что современные теплообменники имеют КПД 60% и более, а использование отработавшего сушильного агента напрямую нерационально из-за его переувлажнения.

Проанализировав полученные данные, предлагается использовать схему рекуперации, приведенную на рис.1 взамен существующей.

Оптимизацию же процесса сушки целесообразно проводить не по отдельным менее или более значимым параметрам, а в комплексе. Только полное и всестороннее исследование позволит  наилучшим образом смоделировать процесс  сушки c ее последующей оптимизацией.

С учетом приведенной методики открывается реальная возможность проведения анализа различных способов энергоснабжения ЗСК, разработки методов оптимизации энергопотребления, экономического обоснования и разработки агротехнических требований, а также  обоснования рациональных  способов энергообеспечения и энергопотребления ЗСК. В результате это позволит снизить энергоемкость производства зерна не менее чем на 15-20%.

 

П.Климкович,

магистр технических наук.

Белорусский государственный аграрный

технический университет.

г. Минск.