О сушке влажного зерна гелиосушилкой

Введение. В настоящее время среднегодовое потребление зерна на душу российского потребителя составляет всего 620 кг, а в США – 1000 кг. В 2008 году собран самый высокий урожай за последние 18 лет, около 108 млн т. В период 1986–1990 годов Россия вышла на объем производства зерна 100–105 млн т, или по 700–750 кг на одного жителя [1].

По нашим расчетам, доведение производства зерна до 120 млн т позволит отказаться от импорта зерна в страну и покрыть расходы на продовольственные и кормовые цели. В связи с этим дальнейшее увеличение валового сбора зерна в значительной мере будет зависеть от эффективности технологий послеуборочной обработки и хранения зерна и семян, также от состояния материально-технической базы их реализации.

В период массовой уборки зернового урожая наибольшую актуальность приобретает обеспечение сохранности качества свежеубранного зерна, как на стадиях его временного хранения в ожидании обработки зерноочистительно-сушильными комплексами и агрегатами, так и окончательной закладки на длительное хранение. Как правило, в хозяйствах темпы уборки урожая превышают пропускную способность зерноочистительно-сушильных машин в 2–3 раза. В результате свежеубранный зерновой ворох скапливается на площадках временного хранения, подвергаясь самосогреванию и потере качества, особенно это касается вороха семенного материала.

Анализ показывает, что в условиях Сибири среднесуточная влажность свежеубранного зерна изменяется в пределах 18…27%, а засоренность составляет 6...16%. Такое зерно нуждается в незамедлительной обработке. Как известно, контроль и регулирование состояния свежеубранного зерна при временном хранении практически не осуществляются.

Предпринимаются попытки любыми методами и средствами решить проблему обеспечения сохранности зерна и семян в интервале ожидания очереди обработки, у которых есть свои достоинства и недостатки. Широко известен метод активного вентилирования, реализованный в стационарных и переносных установках для активного вентилирования, приемно-вентилирующих бункерах, оснащенных аэрожелобами одно-и трехканальной конструкции и т.д. [2]. Наряду с несомненным достоинством проникновения воздушного потока с разными температурами в любую точку зерновой массы, у активного вентилирования есть существенный недостаток – это использование значительного количества дорогостоящей электрической энергии.

Мировая практика показывает, что идет интенсивный поиск альтернативной энергетики, направленной на сушку зерна, долгосрочное хранение которого с сохранением качественных показателей зависит от его кондиционной влажности (14%).

Во многих странах уже имеются целые государственные программы альтернативных источников производства энергии. Человечество научилось получать от солнца энергию в виде солнечных водонагревателей, устройств для отопления жилищ, солнечных печей.

Наличие в России объективных предпосылок (климатических и технических) дает возможность для существенного развития использования солнечной энергии и в области сушки зерна и семян.

Целью работы является обеспечение эффективной технологии сушки, в связи с которой поставлены следующие задачи исследования :

• 1.    Разработка нового способа альтернативной сушки зерна.

• 2.    Разработка гелиосушилки.

• 3.    Проведение экспериментальных исследований для оценки работоспособности гелиосушилки в режиме сушки зерна.

В научной лаборатории Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления (ВСГУТУ) разработана лабораторная гелиоустановка для предварительной сушки влажного зерна энергией солнца, на конструкцию которой получен патент [3]. Устройство отличается простотой конструкции.

Гелиосушилка (рис.1) содержит сушильную камеру 1 , корпус которой выполнен светопрозрачным. В камере 1 находится ленточный транспортер 3 , соединенный с электродвигателем 4 . Под верхней ветвью транспортера 3 по всей его длине расположен нагревательный элемент 5 трубчатого типа. Электродвигатель 8 и нагревательный элемент 5 соединены с солнечными батареями 3 . Гелиосушилка снабжена приемным бункером для сухого зерна 4 и норией 7 с зернопроводом 9 , на конце которого расположен распределительный коллектор 10 . Распределительный коллектор 10 представляет собой прямоугольный приемник, ширина которого не превышает ширины ленты транспортера 2 .

Гелиосушилка работает следующим образом.

Влажное зерно из бункера 6 с помощью нории 7 поднимается вверх и через зернопровод 9 , на конце которого устроен распределительный коллектор 10 попадает на ленточный транспортер 2 , расположенный в сушильной камере 1 .

Рис. 1. Гелиоустановка для предварительной сушки влажного зерна: 1 – сушильная камера; 2 – ленточный транспортер; 3 – солнечные батареи; 4 – приемный бункер с просушенным зерном; 5 – нагревательный элемент; 6 – загрузочный бункер с влажным зерном; 7 – нория; 8 – электродвигатель; 9 – зернопровод;

10 – распределительный коллектор

Распределительное устройство, представляющее собой прямоугольный приемник, в днище которого имеются воронкообразные патрубки, расположенные в шахматном порядке, с диаметром больше линейного размера зерновки, способствует равномерному распределению тонким слоем зерна на ленточный транспортер, который приводится в движение с помощью электродвигателя 4. Электродвигатель 4 и нагревательный элемент 5 используют электрическую энергию, преобразованную от солнечных лучей панелями солнечных батарей 6. Нагревательный элемент 5, расположенный во всю длину ленточного транспортера обеспечивает нагрев ленточного полотна, а следовательно, и зерна, расположенного на нем. Зерно сушится не только от нагретой поверхности ленточного полотна, но и от лучей солнца, проникающих сквозь прозрачные стенки рабочей камеры. Высушенное зерно с транспортерной ленты попадает в приемный бункер 10. В зависимости от движения солнца солнечные батареи могут поворачиваться в нужном направлении.

Таким образом, на сушильной установке с использованием солнечной энергии зерна могут подсушиваться до определенной температуры. Если возникнет необходимость досушить зерно, то можно будет использовать 2–3-кратный пропуск зерна через гелиосушилку.

Материалы и методы исследования. Опыты проводили на снятом урожае 2011 года в ОПХ «Ивол-гинское» Иволгинского района Республики Бурятия. Опыты проводились с целью определения температуры и влажности зернового вороха, работоспособности установки при принятой технологической схеме. Параллельно измерялись температура и относительная влажность окружающего воздуха, для чего использовался гигрометр психрометрический ВИТ-1 с интервалом измерений 15–95%. Влажность зернового вороха определяли электронным экспресс-влагомером зерна WILE (Германия) и по стандартной методике (ГОСТ 1204166). Высота зерновой насыпи измерялась металлической линейкой с пределом измерений до 500 мм.

Для расчета эффективности влагосъема было введено понятие процентного съема влаги за один час подсушки:

ΔWч=Wн-Wк/Т, где ΔWч – съем влаги в процентах за один час работы установки;

W н , W к – соответственно начальная и конечная влажность зернового вороха,%;

Т – время работы установки в режиме сушки, ч.

Расчет произведен на 1 т вороха, имеющего следующие показатели по влажности и засоренности: влажность основной культуры (пшеницы сорта «Бурятская») W о.к = 24%; влажность сорной примеси W с.пр = 35%; общая засоренность Z=8%. Время подсушки Т с =8 ч.

На рисунке 2 видна динамика влагосъема в течение работы гелиосушилки.

Из графика видно, что максимальный съем влаги происходит за первые 3–4 ч работы гелиосушилки, за второй период (от 4 до 8 ч) съем влаги небольшой и составляет всего 0,2–0,25%.

Таким образом, доказана работоспособность гелиосушилки в режиме предварительной сушки зернового вороха, это значит, что при имеющихся в наличии нескольких гелиосушилок в хозяйстве может быть обеспечена временная сохранность влажной продукции до основного режима сушки в стационарных зерносушилках.

Рис. 2. Зависимость влагосъема от времени подсушки зернового вороха: ΔW – влажность, %; Т – время подсушки, ч

Проведенными экспериментальными исследованиями установлено, что установка показала свою работоспособность, гелиосушилку по предложенной конструкции можно использовать в процессах сушки.

Выводы

• 1.    Разработана новая конструкция установки для сушки зерна энергией солнца (гелиосушилка), работоспособность которой в режиме подсушки подтверждена проведенными экспериментами.

• 2.    Разработана технология предварительной сушки зерна на гелиосушилке.

• 3.    Съем влаги составил 1,0–1,5%, что позволит сэкономить электроэнергию при окончательной сушке зерна.