Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих методов и технических средств увлажнения зерна. Цель и задачи исследования 11
1.1. Обзор существующих методов и технологий для увлажнения зерна перед помолом 11
1.2. Анализ конструкций и режимов работ увлажнителей зерна 16
1.3. Классификация машин для гидротермической обработки зерновых материалов 38
1.4. Анализ научных публикаций по исследованию процесса гидротермической обработки зерновых материалов 42
1.5. Цель и задачи исследования 47
2. Теоретические исследования процесса увлажнения зерна перед помолом 48
2.1. Обоснование способа увлажнения зерна 48
2.2. Функциональная схема усовершенствованной установки для гидротермической обработки зерна перед помолом 51
2.3. Расход воды на увлажнение 57
2.4. Взаимодействие струй распылительно-увлажнительного устройства с потоком зерновой массы 61
2.5. Анализ движения влаги в материале зерновки 70
2.6. Расход воздуха установкой для увлажнения зерна 74
2.7. Интенсификация процесса увлажнения зерна разностью давлений вне и внутри зерновки 77
2.8. Анализ процесса отволаживания зерна. Объем бункеров, скважистость влажного зернового материала 80
Выводы по главе 86
3. Программа и методика экспериментальных исследований процесса увлажнения зерна 88
3.1. Общая программа экспериментальных исследований работы увлажнительной установки 88
3.2. Методика определения физико-механических свойств зерна 88
3.3. Методика определения показателей смачиваемости зерна и конструкционных материалов исследуемой увлажнительной установки водой 95
3.4. Методика определения коэффициента скважистости 99
3.5. Описание экспериментальной установки для исследования процесса увлажнения зерна пшеницы 101
3.6. Методика определения гидродинамических показателей увлажнения зерна 105
3.7. Методика определения пропускной способности оболочки материала зерновки 108
3.8. Методика определения показателей влагопроводимости слоев, термовлагопроводимости и баровлагопроводимости зерна 111
4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 116
4.1. Изменение физико-механических свойств зерна пшеницы при увлажнении в исследуемой увлажнительной установке 116
4.2. Теплофизические свойства увлажнённого зерна пшеницы 125
4.3. Перенос влаги в зёрнах пшеницы при её увлажнении 127
4.4. Интенсификация процесса увлажнения зерна перед помолом 131
4.5. Результаты исследований процесса орошения зерна водой в увлажнительной установке 140
4.6. Определение набора, последовательности и продолжительности операций процесса увлажнения зерна пшеницы перед помолом 148
4.7. Длительность отволаживания зерна после обработки в исследуемой увлажнительной установке 154
Выводы по главе 157
5. Экономическая эффективность внедрения результатов исследования 160
5.1. Исходные данные и методика расчета экономической эффективности использования усовершенствованной установки для увлажнения зерна 160
5.2. Результаты расчета экономической эффективности внедрения усовершенствованной технологии увлажнения зерна 168
Выводы по главе 169
Общие выводы и предложения 170
Литература 173
Приложения 181
- Анализ конструкций и режимов работ увлажнителей зерна
- Методика определения физико-механических свойств зерна
- Результаты исследований процесса орошения зерна водой в увлажнительной установке
- Определение набора, последовательности и продолжительности операций процесса увлажнения зерна пшеницы перед помолом
Введение к работе
Актуальность работы. Распространённые в настоящее время увлажнительные установки нацелены преимущественно на способ «холодного» кондиционирования, который связан с большими затратами, связанными с последующим процессом отволаживания.
К настоящему времени отечественными и зарубежными учеными разработаны новые и усовершенствованы существующие методы подготовки зерна к помолу, а также к пропариванию и предпосевной жидкостной обработке. Значение новых способов увлажнения зерна с последующим его отволаживанием приобрело особую важность в последние годы, когда количество производителей в нашей стране возросло, а размер партий зерна, поставляемых от каждого производителя в отдельности, уменьшился. Появилось и большое количество мелких предприятий по переработке зерна, которым промышленные методы подготовки зерна к помолу не доступны по экономическим показателям.
Это вызывает необходимость дальнейшего совершенствования увлажнения зерна пшеницы перед помолом путем интенсификации этого процесса. На крупных предприятиях интенсифицируют его в основном использованием теплой воды или пара, что требует дополнительных энергозатрат и строительства котельных.
Остаются не исследованными и многие вопросы насыщения зерна свободной влагой до отволаживания, движения влаги внутри зерновки, взаимодействия потока зерна с водой в процессе его орошения и другие, оказывающие влияние как на показатели затрат на обработку зерна, так и на качество получаемой от него продукции.
Цель исследования - интенсификация технологического процесса увлажнения зерна пшеницы перед помолом.
В связи с этим необходимо было решить следующие задачи:
-
Разработать классификационную схему существующих способов подготовки зерна к помолу.
-
Разработать математические модели процесса увлажнения зерна и его интенсификации действием разряжения и избыточного давления воздуха.
-
Дать анализ процесса подачи и распыления воды в линиях увлажнения зерна, а также насыщения его влагой.
-
Обосновать рациональные режимы работы установки для увлажнения зерна, набор, последовательность и длительность операций технологического процесса.
-
Провести технико-экономическое обоснование внедрения в производство результатов исследования.
Объект исследования - процесс увлажнения зерна пшеницы перед помолом.
Предмет исследования - закономерности процесса увлажнения зерна пшеницы в увлажнительных машинах, их влияние на дальнейшее состояние зерновки и пути его интенсификации.
Методика исследований предусматривает применение современного оборудования при проведении опытов и стандартных стендовых испытаний, а также
использование теории тепломассообмена, проходящего внутри зерновки, гидродинамики и газовой динамики, методов планирования многофакторного эксперимента и математического анализа получаемых результатов исследований.
Научная новизна. Разработана математическая модель процесса увлажнения зерна, которая показала возможность дальнейшей его интенсификации путем воздействия разряжения до орошения водой с последующей обработкой воздухом избыточного давления. Уточнены и описаны процессы проникновения влаги в зерновку, получены значения коэффициентов баровлагопроводности, термоградиентного коэффициента и коэффициента потенциалопроводности увлажненного зерна.
Практическая значимость работы. Предложенный метод проведения гидротермической обработки зерна перед помолом и разработанная машина для осуществления данного метода представляют значительный интерес для работников перерабатывающих предприятий различных форм собственности, а также студентов средних и высших учебных заведений сельскохозяйственного профиля. Научная новизна предложенного технологического и технического решений подтверждена заявками к патентованию в РФ.
Апробация. Основные положения диссертационной работы были представлены и одобрены на Международных научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО АЧГАА (г. Зерноград, 2010-2011 гг.)
Реализация результатов исследования. По результатам проведенных исследований разработаны рекомендации по последовательности и продолжительности технологических операций обработки зерна в усовершенствованной увлажнительной установке; материалы исследований переданы в ООО «Агро-продмаш» и используются им в технологических процессах подготовки зерна к измельчению на базе выпускаемых им машин и оборудования; теоретические и практические данные используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 1110303.65 по направлению подготовки - 110300 «Аг-роинженерия» в Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии и Ставропольском ГАУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей, из которых 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, подано 3 заявки к патентованию (2 на способ и 1 на изобретение).
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Конструкция усовершенствованной увлажнительной установки, методика расчета продолжительности и последовательности технологических операций процесса увлажнения зерна.
-
Теоретические модели процессов проникновения и движения влаги в зерновке.
-
Методы интенсификации процесса увлажнения зерна.
-
Результаты экспериментальных исследований процесса увлажнения зерна пшеницы перед его помолом.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и выводов, списка использованной литературы и 3-х приложений, изложена на 181 странице машинописного текста, включая 46 рисунков и 25 таблиц. Список использованной литературы включает 124 источника, в том числе 12 на иностранных языках.
Анализ конструкций и режимов работ увлажнителей зерна
Гидротермическая обработка (ГТО) представляет собой искусственное воздействие воды и тепла на зерновые смеси для улучшения комплекса технологических свойств зерна и энергетических показателей процесса переработки его в муку, крупу и комбикорма [10, 72, 125].
Машины и аппараты для гидротермической обработки нашли широкое применение в мукомольной, крупяной и комбикормовой отраслях промышленности.
Для гидротермической обработки зерна водой в мукомольной промышленности применяют моечные, увлажнительные (водоструйные и водо-распыливающие) машины и кондиционеры.
К моечным машинам относится широкораспространенный агрегат марки БМА (рис. 1.1), обеспечивающий одновременно и увлажнение зерна. Он состоит из трех основных частей: моечной ванны с камнеотделителем и отстойником, сплавной камеры и отжимной колонки.
Приемный ковш 5 вдоль ванны, а положение ковша определяет время пребывания зерна в ванне. Вдоль моечной ванны установлены четыре шнека. Два верхних шнека 6 транспортируют зерно в сплавную камеру, а два нижних шнека 7 транспортируют тяжелые минеральные и металлические примеси в противоположную сторону. Тяжелые примеси поступают в гидрокамнеотде-литель, откуда периодически удаляются. Шнеки приводятся в движение электродвигателем 8 через редуктор.
Сплавная камера, расположенная между моечной ванной и отжимной колонкой, предназначена для удаления из зерна легких примесей и подачи зерна в отжимную колонку. В связи с уменьшением скорости воды зерно погружается на дно сплавной камеры, попадает в инжекторную трубу 9, подающую зерно в отжимную колонку.
Каркасом отжимной колонки служат: нижняя фундаментная чаша 11, четыре соединительные вертикальные стойки, закрытые наружным металлическим кожухом 12. Внутри по всей поверхности цилиндрической части отжимной колонки установлена чешуйчатая обечайка 13 из штампованных сит с продолговатыми отверстиями, края которых отогнуты. Внутри сетчатой обечайки находится бичевой барабан, представляющий собой вертикальный вал 14 с тремя розетками 15, скрепленными между собой угольниками. К угольникам прикреплены вертикальные бичи, к которым с наружной стороны приварены гонки-лопатки 17. При вращении бичевого барабана гонки перемещают зерно вверх. В верхней части обечайки установлена кольцевая труба с отверстиями (опрыскиватели), через которые поступает под давлением вода, смывающая грязь и частицы оболочек с поверхности обечайки. При вращении бичевого барабана бичи с гонками-лопатками, действуя как крыльчатки вентилятора, засасывают воздух через сетчатую обечайку, в результате чего очищаются отверстия сит и подсушивается зерно перед выходом из отжимной колонки.
Машина БМА устойчиво работает с производительностью 10-12 т/ч (табл. 1.1), при этом на 1 кг зерна расходуется 1,1... 1,3 л воды. После мойки вода уносит с собой отходы, которые могут быть использованы для кормовых целей. Кроме того, при работе моечной машины не исключена возможность попадания в грязную воду битых и целых зерен.
При прорыве сит отжимной колонки унос зерна может быть большим. Поэтому для улавливания отходов и контроля возможного уноса зерна с водой на мукомольных предприятиях перед спуском в канализацию воду пропускают через очистительные устройства - зерноуловители.
Грязную воду пропускают через сито, на котором остаются отходы и зерно. С одной моечной машины в сутки получают до 500 кг отходов.
Она используются в зерноочистительных отделениях мельниц для интенсивного увлажнения поверхностных оболочек зерна перед его загрузкой в бункеры отволаживания или в бункеры доувлажнения перед подачей зерна на помол.
Увлажнительная машина состоит из корпуса с установленным в нем ротором с лопастями, электропривода, индикатора наличия зерна и панели дозирования воды. Машина оснащена шумопоглощающим кожухом. Зерно поступает в патрубок индикатора и проворачивает лопатку, воздействующую на микропереключатель. Последний дает команду на впрыск воды, дозирование которой производится при помощи панели дозирования.
Машина обеспечивает: простоту регулировки влажности зерна и достаточно равномерное увлажнение оболочек зерна, что после отволаживания способствует повышенному выходу качественной муки.
К увлажнительным относится и машина ЗЗМ-2. Она предназначена для увлажнения зерна перед отволаживанием на мукомольных заводах, где нет моечных машин, и обеспечивает повышение влажности на 0,5...4% (рис. 1.3).
Машина состоит из металлического корпуса, в котором установлены лопастное колесо 9 и водоналивное колесо 4, погруженное в резервуар 2 с водой. При поступлении в приемный патрубок 8 зерно падает на лопасти колеса и приводит его во вращение. Зерно, пройдя через лопасти колеса, падает вниз на смесительный шнек, установленный под увлажнительной машиной. От лопастного колеса вращение передается водоналивному колесу посредством зубчатой передачи 10.
По окружности водоналивного колеса укреплены ковши, которые подают воду в воронку 5, откуда она по трубе 1 поступает в шнек и перемешивается с зерном. Над воронкой 5 установлен подвижной лоток 6, закрепленный винтовым механизмом 11. Степень увлажнения зерна регулируют винтовым механизмом, изменяя перекрытие воронки 5 подвижным лотком 6. Постоянный уровень воды в резервуаре 2 поддерживается при помощи поплавка 7 с клапаном 3. Положение подвижного лотка 6 фиксируют указателем на шкале винтового механизма 11.
Производительность этой машины составляет 5-8 т/ч (табл. 1.2).
Достоинство водоструйной увлажнительной машины ЗЗМ-2 в том, что в работе лопастное и водоналивное колёса взаимосвязаны, чем обеспечивается зависимость подачи воды от количества зерна, поступающего в шнек. Однако для равномерного распределения влаги в массе зерна необходимо, кроме шнека под замачивающим аппаратом, установить еще один или два шнека, которые обеспечили бы тщательное перемешивание зерна до подачи его в бункера для отволаживания.
Методика определения физико-механических свойств зерна
Физико-механические свойства зерна определялись в соответствии с государственными стандартами ГОСТ 12038-84, ГОСТ 70.102-83 [62, 121, 122].
Под линейными размерами понимается длина, ширина и толщина зерна и семени. Длиной считается расстояние между основанием и верхушкой зерна, шириной - наибольшее расстояние между боковыми сторонами и толщиной - между спинной и брюшной стороной (спинкой и брюшком). Совокупность линейных размеров называется также крупностью. Крупность зерна пшеницы является важной характеристикой: чем крупнее зерно, тем больше относительное содержание эндосперма, тем выше потенциальный выход муки. С увеличением ширины и толщины зерна возрастает его сферичность, уменьшается внешняя поверхность и поэтому снижается содержание оболочек и алейронового слоя.
Из трёх размеров (длины, ширины и толщины) толщина в наибольшей степени характеризует мукомольные свойства зерна.
Определение линейных размеров семян пшеницы в опытах предусмотрено производить прямым измерением в мм зерен по толщине, ширине и длине.
Отбор проб для этого осуществлялся в соответствии с ГОСТ 13586.3-83 [20]. Для измерений геометрических параметров зерна пшеницы из вороха зерна забирались пробы в трёх-четырёх различных точках вороха, после чего они смешивались. Из этой смеси делителем отбирали 100... 150 г зерна, из этой партии 1000 зерен, подлежащих измерениям. Размеры этих зерен пшеницы определяли с помощью микрометра (0-25 мм) с точностью до 0,01 мм.
Обработку результатов измерений производили на ЭВМ с получением среднего значения каждого размера и характеристик, варьирования этих параметров.
Опыты проводились на зерне пшеницы следующих сортов Юбилейная 100, Есаул, Ростовчанка 3 и Юмпа.
Далее определялась зольность зерна. Зольность - это количество золы, образовавшейся в результате сжигания навески зерна или муки, выраженная в процентах к массе навески. В лабораторных условиях намечено определять зольность этих сортов пшеницы по ГОСТ Р 51625-2000, а отбор для этого по указанному выше ГОСТ 13586.3-83.
Спиртовой раствор уксуснокислого магния, приготовленный следующим образом: 1,61 г уксуснокислого магния по НД растворяют в 100 см 96 %-ного чистого этилового спирта по ГОСТ 5962 - 67. В полученный раствор прибавляют 1-2 кристаллика йода по ГОСТ 4159 - 79, после растворения которых раствор фильтруют через бумажный фильтр.
Приготовленный таким образом ускоритель должен быть проверен, для чего в два чистых и прокаленных до постоянной массы тигля наливали из пипетки 3 см3 ускорителя и зажигали его. После сгорания ускорителя тигли ставили в муфельную печь и прокаливали 20 мин, затем тигли охлаждали в эксикаторе и взвешивали. По разнице между массой тиглей после прокаливания с ускорителем и массой чистых тиглей устанавливали массу золы ускорителя.
Спиртовой раствор уксуснокислого магния хранился в стеклянной посуде с притертой пробкой в сухом, прохладном, темном месте лаборатории.
При подготовке зерна к исследованиям его свойств из средней пробы делителем или вручную выделяли 30...50 г зерна, очищали его от сорной примеси, за исключением испорченных зерен, и размалывали на лабораторной мельнице так, чтобы все размолотое зерно прошло при просеивании через сито № 08. Размолотое зерно высыпали на стеклянную пластинку и двумя плоскими совками смешивали и разравнивали его, затем придавливали другим стеклом такого же размера, с тем, чтобы размолотое зерно распределилось ровным слоем толщиной 3...4 мм. Удалив верхнее стекло, отбирали не менее, чем из десяти разных мест, две навески массой 2...2,5 г каждая в два предварительно прокаленных до постоянной массы и охлажденных в эксикаторе тигля.
Одновременно выделяли две навески для определения влажности размолотого зерна по ГОСТ 13586.5-93 [21].
Далее подготавливали муфельную печь к испытанию: в обычной муфельной печи в средней части передней и задней стенок проделывали отверстия диаметром 40 мм, что необходимо для удаления продуктов сжигания, а также для притока воздуха, чтобы не допустить плавления несгораемого остатка навески зерна. Одну из муфельных печей, используемых в методе озо-ления при высоких температурах печи, переоборудовали для достижения максимального накала печи до оранжевого цвета заменой обмотки из хромо-никелевой проволоки сечением 1,2 мм с допускаемой нагрузкой 11 - 12 А.
Определение зольности проводилось методом озоления размолотого зерна в муфельной печи без применения ускорителей и с применением ускорителя.
При этом тигли с навесками помещали у двери муфельной печи, нагретой до 400...500 С (темно-красное каление), и обугливали навески, не допуская воспламенения продуктов сухой перегонки.
После прекращения выделения продуктов сухой перегонки тигли задвигали в муфель и закрывали дверцу, затем муфель нагревали до 600...900С (ярко-красное каление).
Озоление вели до полного исчезновения черных частиц, пока цвет золы не становился белым или слегка сероватым.
После охлаждения в эксикаторе тигли взвешивали, затем вторично прокаливали не менее 20 мин и, если масса тиглей с золой не изменилась после повторного взвешивания, озоление считали законченным, а если масса их уменьшилась более чем на 0,0002 г, прокаливание повторяли.
При наличии разногласий определение зольности проводили методом озоления зерна с применением ускорителей [108, 107] со спиртовым раствором уксусной кислоты.
Вычисления производили до тысячных долей процента с последующим округлением до сотых долей процента.
За окончательный результат принимали среднее арифметическое результатов трех параллельных определений.
Допускаемое расхождение между результатами параллельных определений не должно превышать 0,05 %.
Опыты проводились на зерне до и после его увлажнения до необходимых кондиций.
ШіУРУ. зерна или массу его в определенном объеме определяли в расчете на объем в 1 литр [18].
Для этого использовались специальные хлебные весы - пурка, т.е. цилиндра с дужкой, прорезью в верхней части и отверстием в дне;
После заполнения её зерном, цилиндр с ним взвешивали с точностью до 0,5 грамма.
Натура определялась в двух поверхностях вороха зерна. Разница между двумя определениями не должна была превышать пяти граммов.
Плотность семян отражает степень их физиологической зрелости и определялась нами в растворах солей [17].
Насыщенный раствор натриевой селитры {ИаИОз) наливали в цилиндр и погружали в него 100 зёрен, затем постепенно добавляли в цилиндр воду, пока не всплывет половина семян. Ареометром определяли удельный вес раствора, который и соответствовал средней плотности исследуемых семян.
Определение влажности зерна осуществлялось согласно ГОСТ 13586.5-93 стандартным методом высушивания двух параллельных навесок в электрическом сушильном шкафу СЭШ-ЗМ [21]. Взвешивали чистые бюксы с погрешностью не более 0,01 грамм. Размалывали на лабораторной мельнице навеску зерна массой 20...30 грамм. Размолотое зерно просеивали, остаток на сите № 1 составлял не более 5%, проход через сито №8 - не менее 50%. Помещали размолотое зерно во взвешенные бюксы, доводили до 5 грамм. Бюксы закрывали крышкой и ставили в эксикатор. По достижению в камере сушильного шкафа температуры 130 С отключали термометр и разогревали шкаф до 140 С. Затем включали термометр и быстро помещали открытые бюксы с навесками в шкаф. Образец высушивали 40 минут, по окончании высушивания бюксы вынимали из шкафа тигельными щипцами, закрывали крышками, перенося ТВ эксикатор для полного охлаждения.
Результаты исследований процесса орошения зерна водой в увлажнительной установке
Орошение зерна в увлажнительной установке производится с помощью распылителя. Расход воды через него определяется производительностью установки и разностью влажностеи зерна после и до увлажнения, причем зерно необходимо увлажнять за пределами основного участка струи в зоне капельного распыления воды.
На рисунке 4.10 дано схематическое представление свободной струи при орошении зерна.
Струя из распылительного устройства под напором Н воды в подводящем трубопроводе диаметром D, выходит из насадки 2 диаметром do и длиной 3d0. На выходе из насадка (жиклера) она образует начальный So участок 3 с постоянной скоростью потока и основной участок S с переменной скоростью потока по его длине и сечению, за пределами которого струя воды дробится и образует капельную зону.
В таблице 4.9 (см. схему струи распылителя) дана характеристика струй, истекающих из насадков различной формы и площади поперечного сечения.
Истечение жидкости при орошении зерна водой сопровождается физическими процессами взаимодействия струи с насадком или отверстием для истечения, средой, в которую происходит истечение, и параметрами потока ее на входе и выходе из насадка или отверстия.
По данным таблицы 4.9 скорость истечения жидкости практически не зависит от диаметра отверстия или насадка, а определяется в основном давлением на входе (точнее параметром давлений АР на входе и выходе из них) и степенью сжатия струи на выходе. Сжатие струи происходит примерно на расстоянии, равном радиусу отверстия истечения, а далее площадь струи постепенно увеличивается, расходуя часть кинетической энергии на преодоление сопротивление среды и столкновение с увлажняемой зерновой массой.
Наибольшие скорости струи получены при использовании цилиндрических насадок с коническими входами под различными углами а, и конических насадок сужающихся к выходу (первая группа насадок): при ЛР= 70 кПа скорость истечения воды через них составила более 9 м/с. Струя воды из таких насадков имеет достаточно длинные участки ядра и основной ее части до дробления на отдельные капли. У патрубка с d(f=2 мм их размеры составили Sd=\ см и S-Sff=22 см при угле расширения внешней границы струи а=30.
Насадки такой формы целесообразно использовать лишь в условиях центробежного распыления воды с использованием кинетической энергии вылетающей струи для вращения разбрызгивающей головки, оборудованной такими форсунками. Однако компактность струи и дальность ее полета к моменту дробления ограничивает область их использования размерами выходного сечения увлажняющих бункеров.
Скорость струи воды из цилиндрических насадков с коническим расширяющимся выходом, а также из конических к выходу насадков и отверстий в тонких стенках (вторая группа насадков) на 24...28% меньше, чем из первой группы насадков. Угол расширения их составляет от 33 до 40, общая длина компактной струи не превышает 16 см, что обеспечивает возможность установки их в более узких выходах из бункеров с монтажом жиклеров непосредственно в стенке этих выходов или во внешних патрубках с выходом струи непосредственно в бункер.
Однако запаса кинетической энергии струи вполне достаточно и для вращения распылительной головки. Так при монтаже форсунок на расстоянии 10 см от центра вращения распылительной головки окружная скорость форсунок составит:
Так, например, для расхода воды 350 л/ч на орошение 5 т/ч зерна при увлажнении разбрызгивающей головкой с тремя соплами-жиклерами (насадки диаметром, например, 2 мм) число оборотов п ее может быть определено по известной из теории центрифуг зависимости [22]:
Откуда «=367 мин", что даже в условиях =0,5 вполне достаточно для более полного покрытия влагой поверхности зерна.
В таблице 4.10 даны величина коэффициентов расхода воды через исследованные насадки и отверстия в тонкой стенке (по рис. 3.7).
Наибольший расход воды обеспечивает внешний конический сужающийся к выходу насадок с //=0,9. Однако лучший факел распыла воды дают насадки второй группы (//=0,61...0,64). Среди них более просты по конструкции и изготовлению насадки цилиндрические с коническим входом и в виде отверстия в тонкой стенке.
На рисунке 4.11 представлен график этой зависимости при А=0,52 и ап=0,4 кг/м, который практически совпадает с экспериментальными данными таблицы 4.11 d. ММ
По данным этого графика в области низких скоростей (1-3 м/с) интенсивность уменьшения диаметра капель весьма велика. При скоростях выше 6 м/с зависимость dQ=f(V) линейная и для получения капель малых размеров необходимы очень большие напоры перед распылителями.
При этом установлено, что поверхность зерна увлажняется или покрывается влагой лучше во вращающемся поле капель в сравнении с односторонней подачей воды на зерно из неподвижного распылителя. Поэтому, несмотря на последующее перемешивание зерна в смесителе с целью более равномерного распределения воды по поверхности зерна, целесообразно в зоне орошения зерна устанавливать не менее трех распылителей воды или использовать вращающуюся головку с набором распылителей, привод которой обеспечить за счет реактивной силы выходящих струй.
Капли диаметром 0,3... 1,0 мм, попадая на поверхность зерна, оседают на ней под углом смачивания и, накапливаясь, сливаются постепенно, образуя достаточно равномерную поверхностную пленку жидкости. Более крупные капли хуже увлажняют поверхность зерна, так как дробятся на отдельные частицы при столкновении с ним, тем более что количество таких капель значительно меньше, чем мелких.
Получение же более мелких капель для целей увлажнения зерна не эффективно из-за повышенных затрат энергии на создание большого напора перед насадками. Кроме того, с увеличением количества таких капель их общая поверхность резко увеличивается, что может повысить потери воды испарением.
Определение набора, последовательности и продолжительности операций процесса увлажнения зерна пшеницы перед помолом
Началу работы увлажнительной установки непрерывного действия предшествуют операции настройки и регулировки ее по производительности, расходу воды, откачки воздуха из увлажнительного бункера, регулировке величины вакуума и избыточного давления. Общая продолжительность их не превышает 10... 15 минут, а установленные производительность, расход воды, глубина вакуума и величина избыточного давления остаются длительное количество смен постоянными и подлежат только контролю перед каждой сменой, а также периодически - в процессе работы на протяжении смены.
При производительности увлажнительной установки 10 т/ч объем бун-кера V6 для увлажнения зерна составляет около 0,5 м . На рисунке 4.12 дана зависимость длительности откачки воздуха из него от создаваемого в нём вакуума.
Анализ данных рисунка 4.13 показывает, что длительность откачки воздуха из этого бункера в основном зависит от пропускной способности пневмолинии его вакуумирования и составляет при вакууме 50 кПа
Такую откачку может обеспечить вакуумный насос производительностью g=10 м /ч, однако в период основной работы увлажнительной установки подача вакуумного насоса должна быть при рабочем разряжении 50 кПа не менее 20 м /ч при 60%-ном заполнении ячеек шлюзового затвора зерном. Характер зависимостей tomK = f(h) по рисунку 4.3 почти линейный, причем теоретические значения его близки к экспериментальным, но несколько меньше экспериментальных из-за наличия утечек в вакуумной линии привода установки и самой увлажнительной установке, особенно в местах монтажа шлюзовых затворов.
Длительность операции вакуумирования зерна определяется временем его полета до зоны орошения по зависимости (2.73) с учетом опытных данных для «живого сечения» микрокапилляров зерновки. По данным раздела 4.4 настоящей работы для зерновки диаметром 4 мм и /2=55 кПа длительность вакуумирования её составляет не менее 0,26 с.
Практически перед увлажнением скорость зерна несколько снижается на конической поверхности обтекателя, под которым расположен разбрызгиватель, и продолжительность его полёта в зоне орошения составляет более 0,1с.
Следующая технологическая операция - перемешивание увлажнённого зерна с целью более равномерного покрытия его наружной поверхности влагой. Опытным путем установлено (табл. 4.11), что полностью покрывается влагой зерно после смешивания его в течении =65...80 с.
Операция последующего обезвоживания поверхности зерна производится по настоящему исследованию в таком же шнеке-смесителе сначала за счет перепада давлений снаружи (избыточное давление воздуха) и внутри зерновки (вакуум), а затем подсушиванием потоком воздуха. По данным экспериментов затраты времени на впитывание влаги с поверхности зерновки во внутрь её зависят от упомянутого ранее перепада давлений. Результаты этих данных приведены в таблице 4.12.
По данным этой таблицы перепад давлений порядка 80 кПа обеспечивает впитывание поверхностной влаги в оболочку, поры и капилляры зерновки примерно за 30 с. Дальнейшее увеличение АР не оказывает заметного влияния на интенсивность этого процесса. Подсушка же поверхности от движения воздуха над зерном и его скорости при избыточном давлении 30 кПа достаточна за время порядка 50 с.
Продолжительность подсушки снижается с увеличением давления воздуха, так как его влагосодержание увеличивается. Потери влаги испарением составляют 2...3% от расхода её на увлажнение и могут быть учтены коэффициентом потерь к=1,02...1,03 в формуле (2.9).
Процесс переноса поверхностной влаги за счет перепада давлений во влагоснимателе - диффузионный и описывается за время т зависимостью. Градиент давлений в ней - величина не постоянная по толщине зерновки, однако исходя из экспериментальных данных может быть определено произведение его на коэффициент баропроводности VP кп из следующих соображений: после выхода из вакуумированного смесителя во влагосниматале на поверхности зерна остается лишь часть воды, приходящейся на эту зерновку после распылителя, большая же часть её уже проникла в зерновку.
Расход воды на увлажнение зерна, например, от 10,5% до 16,0% со-ставляет 60 г/кг, т.е. на увлажнение 1 м зерна требуется 0,046 м воды. В 1 м зерна содержится примерно F3=18 млн. зерен с условным диаметром 4 мм. Площадь поверхности этих зерен составляет около 400 м . Если представить всю поданную на орошение зерна воду в виде пленки на каждой зерновке, то толщина её составила бы около 0,05 мм. Однако большая часть воды, как уже отмечалось, впиталась к моменту поступления зерна во влагосниматель, и толщина Ап этой пленки станет значительно меньше.
Следовательно, коэффициент баропереноса аналогичен коэффициенту диффузии, однако в сотни раз ниже его, что свидетельствует о том, что процесс впитывания влаги в зерновку во влагоснимателе носит не диффузионный характер, как предполагалось в теоретической части, а в большей мере механический процесс вдавливания влаги в вакуумированные полости зерновки. Диффузия же при этом выполняет вспомогательную, дополнительную роль в насыщении влагой зерновки, и величина кп должна определяться другими методами.
В таблице 4.13 представлены сводные данные о продолжительности технологических операций увлажнения зерна в исследуемой установке.
