Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Некоторые сведения о кукурузе 8
1.2. Анализ рабочих органов установки для сушки семян сельскохозяйственных культур 9
1.3. Результаты исследований различных режимов при сушке семян гибридной кукурузы 12
1.4. Выводы по главе 1 и задачи исследования 16
Глава 2. Свойства зерна как объекта сушки 18
2.1. Размерно-весовая характеристика 18
2.2. Процесс влагоотдачи зерна 31
2.3. Физические свойства 33
2.4. Выводы 43
Глава 3. Теоретические исследования процесса сушки гибридной кукурузы в початках 46
3.1. Определение параметров I-d —диаграммы для расчета сушильной камерной установки 46
3.2. Расчет камерной конвективной сушилки периодического действия 56
3.3. Выводы 81
Глава 4. Программа и методика экспериментальных исследований 84
4.1. Программа исследований 84
4.2. Методика изучения физико-механических свойств семян 85
4.3. Методика исследования процесса работы сушильной установки камерного типа 90
Глава 5. Результаты экспериментальных исследований 101
5.1. Влияние режима сушки на продолжительность сушки, скорость сушки, температуру зерна, температуру и влажность отработавшего теплоносителя 101
5.2. Влияние температуры топочных газов на расход топлива и определение инструментальных выбросов в слой высушиваемого продукта 139
5.3. Выводы 143
Глава 6. Экономическая эффективность внедрения результатов исследования 146
Заключение 151
Библиографический список использованной литературы 153
Приложения
- Некоторые сведения о кукурузе
- Размерно-весовая характеристика
- Определение параметров I-d —диаграммы для расчета сушильной камерной установки
- Программа исследований
Введение к работе
Кукуруза - одна из важнейших зерновых культур. Она широко используется в качестве продукта питания и сырья во многих отраслях промышленности, из ее зеленой массы получают высококачественные корма. Силос из кукурузы обладает диетическими свойствами, хорошо переваривается и богат коратином. Пестичные столбики применяют в медицине. Из стеблей, листьев и початков кукурузы вырабатывают бумагу, линолеум, вискозу, активированный уголь, искусственную пробку, пластмассу, анестезирующие средства.
Из зерна кукурузы получают муку, крупу, хлопья, крахмал, этиловый спирт, декстрин, глюкозу, сахар, патоку, мед, масло, витамин Е, аскорбиновую и глютаминовую кислоты, изготавливают пиво, сиропы, консервы (сахарная кукуруза). Зерно кукурузы - ценный компонент комбикормов для животных и птицы.
Как пропашная культура кукуруза способствует очищению полей севооборота от сорняков, почти не имеет общих с зерновыми культурами вредителей и болезней. Ее применяют в поукосных, пожнивных, повторных посевах и в качестве кулис. На зерно ее выращивают в основном в южных районах Российской Федерации, а на силос и зеленый корм - практически во всех зонах.
Вследствие разнообразия природно-климатических условий в зернохранилища может поступать зерно влажное и сырое, которое не стойко в хранении. Это и предопределяет необходимость проведения сушки. Сушка является не только теплотехническим, но и технологическим процессом, в котором изменяются технологические свойства материала. Правильно организованный процесс сушки не только не ухудшает технологические свойства, но и дает заметное их улучшение. Сушка зерна при оптимальном режиме
вызывает повышение всхожести и энергии прорастания зерна. Правильно высушенное зерно дает повышение урожая по сравнению с зерном, высушенным на воздухе в естественных условиях. Сушка позволяет улучшать технологические свойства зерна, поврежденного клопом-черепашкой, а также проросшего и морозобойиого.
В процессе сушки влажность зерна снижается до такого состояния, при котором оно впадает как бы в состояние анабиоза: жизнедеятельность и дыхание затормаживаются, а развитие микроорганизмов и вредителей почти прекращается вследствие отсутствия для этого благоприятных условий. Влага, содержащаяся в зерне сверх равновесной - главная причина ухудшения его качества.
Процесс послеуборочного дозревания характеризуется реакциями синтеза белков из аминокислот, крахмала из Сахаров и жиров из глицерина и жирных кислот. Часть воды, выделившейся в процессе реакции, перемещается на поверхность зерна и увлажняет межзерновое пространство. В результате в зерновой массе значительно активизируется жизнедеятельность микроорганизмов, усиливается процесс дыхания, причем это характерно даже для зерна невысокой влажности. В результате своевременной и правильно проведенной сушки ускоряется процесс послеуборочного созревания зерна, который в обычных условиях хранения длится течение нескольких недель, а то и месяцев.
Повседневно, особенно в период заготовок приходится перевозить огромное количество зерна железнодорожным, автомобильным и водным транспортом. Перевозка влажного зерна приводит к его порче, кроме этого это и неэкономично, так как вместе с зерном приходится перевозить излишнюю
влагу [79].
Для хранения сухого зерна требуются зернохранилища вместимостью
примерно в 7... 10 раз меньше, чем для хранения влажного зерна. Во-первых,
потому что сухое зерно можно разместить в меньшем объеме, а во-вторых,
влажное зерно можно хранить в насыпи толщиной только до 2 м в то время как
сухое зерно можно хранить в насыпи высотой 40 м и более (силосах элеваторов). Причем при хранении влажного зерна необходимо зернохранилища оборудовать установками активного вентилирования, строить склады, занимающие большую территорию.
Велико значение сушки и в зерноперерабатываюгцих отраслях промышленности. Сушка позволяет снижать энергоемкость вальцевых станков, повышать выход муки и круп, увеличивает длительность муки и круп, снижать износ оборудования.
В настоящее время, как известно, производительность сушильной техники хлебоприемных предприятий отстает от производительности уборочной техники, что сдерживает темпы уборки гибридной кукурузы. При повышении производительности кукурузных сушилок хлебоприемные предприятия обеспечат прием и просушку семян кукурузы в более короткие сроки, что позволит сократить сроки уборки, освободить площади от посевов кукурузы, обработать и засеять их озимыми культурами. Это как показывает практика, может дать существенную прибавку урожая озимых в последующем году.
Состояние зерносушильной техники характеризуется следующими данными.
За период с 1971 по 1984 годы поставлено 28096 зерноочистительно-су-
шильных комплексов, 48376 бункеров активного вентилирования (по Российской Федерации соответственно 18602 и 36936) и 52350 индивидуальных машин. В дальнейшем (до 1990 г.) ежегодно выпускалось по 1000 зерносушилок для зерноочистительно-сушильных комплексов и по 1600 машин индивидуального использования [3].
С 1990 г. произошел резкий спад производства зерносушильной техники и в новом тысячелетии она выпускается по единичным заказам.
Обеспеченность хозяйств техническими средствами обработки зерна крайне низкая (не более 20,..25%)[38]. В основном используется морально устаревшее и физически изношенное оборудование после ремонта, модернизации или частичной замены. У 95% машин и оборудования срок службы ис-
черпан. Несоответствие имеющейся технической базы условиям сельскохозяйственного производства (формы собственности, действие рыночных механизмов) обусловливает необходимость коренных изменений в техническом обеспечении послеуборочной обработки зерна.
Выпускаемые в стране машины уступают зарубежным по качеству изготовления и связанными с ним показателями надежности и долговечности. Одной из причин низкого качества отечественных машин является действовавшее много лет директивное требование к разработчикам и изготовителям постоянно снижать металлоемкость при их создании, производстве и модернизации. Кроме того, было ограничение в выборе металла. Необходимо наряду с формированием технической базы из отечественного оборудования высокого качества, развивать связи с ведущими зарубежными фирмами-разработчиками и изготовителями зерноперерабатывающего оборудования.
Целью данной работы является исследование режимов сушки гибридной кукурузы в початках в камерной сушилке в условиях степной зоны КБР с тем чтобы установить оптимальный режим сушки; разработка I-d -диаграммы воздуха для давления 728 мм рт. ст. для расчета процессов сушки; тепловой расчет камерной сушилки с помощью I-d -диаграммы воздуха и определение параметров сушилки при сушке гибридной кукурузы в початках; использование камерной сушилки с топкой для каждой сушильной камеры; применение бескамерного способа смешивания газов; использование трапецеидальной в поперечном сечении формы стен из металлических профилей для сушильной камеры. Решение этой задачи позволит дать производству обоснованные параметры и режимы сушилки при сушке гибридной кукурузы в початках, способствующие снижению травмирования гибридной кукурузы и повышению производительности сушилки при условии сохранения и даже улучшения качества зерна.
Некоторые сведения о кукурузе
Родиной кукурузы считается Америка [89]. Предполагается, что Колумб привез кукурузу в Европу, возвращаясь из своего первого путешествия в «Вест-Индию». Остатки примитивного предшественника кукурузы были найдены в Америке в пещерных поселениях, относящихся примерно к 5000 г. до н. э., а окаменевшая кукурузная пыльца была обнаружена в болотах. Продовольственная система великих цивилизаций ацтеков, майя и инков основывалась главным образом на кукурузе.
В Российской Федерации основные районы возделывания кукурузы на зерно находятся в наиболее обеспеченной теплом зоне - на равнинах Северного Кавказа, в южной части Ростовской области, в Краснодарском и Ставропольском краях, в Кабардино - Балкарской, Северо - Осетинской, Чеченской, Ингушской и Дагестанской Республиках, а также в Нижнем Поволжье. Ресурсы фотосинтетической активной радиации (ФАР) за период вегетации кукурузы здесь достаточны и составляют для позднеспелых сортов 2,8...3,0 млрд. ккал/га, среднеспелых - 2,4...2,6 [111]. Суммы эффективных температур (V/ 10 С) колеблются в пределах 1000...1400 С, что обеспечивает ежегодное вызревание среднепоздних (местами позднеспелых) сортов и гибридов. По обобщенным данным, большинство гибридов кукурузы прорастает при температуре почвы 8..Л0С.
Зерно. кукурузы отличается высокими кормовыми достоинствами - 1 кг содержит 1,3 корм, ед., тогда как зерно ячменя - 1,2 - овса - 1 корм. ед.[142] Как высокоэнергетический корм зерно этой культуры пригодно для кормления всех видов животных и птицы. Чтобы повысить продуктивность животных, в структуре зерновой части комбикормов должно быть не менее 40% кукурузы. Как сочный корм кукуруза широко используется в виде силоса, приготовленного из початков и целых растений, убранных в фазе молочно-восковой спелости зерна. В 1 кг силоса, приготовленного из всей массы с початками, содержится 0,25...0,32 корм. ед. и 14... 18 г переваримого протеина.
Из зерна кукурузы изготавливают муку, крупу, масло, консервы, крахмал, сироп, спирт, сахар, пиво и другие продукты. Промышленность перерабатывает не только зерно, но и стержни, стебли, обертки початка, изготавливая из них жидкую смолу, бутиловый спирт, фурфурол, изоляционные прокладки, линолеум, краски, клей, медикаменты. Практически растение кукурузы «безотходно». В настоящее время во всем мире из кукурузы изготавливают более 500 различных основных и побочных продуктов.
Высокие кормовые достоинства кукурузы, а также большой спрос на кормовое зерно и получаемое из него сырье обусловили расширение посевных площадей как в традиционно кукурузосеющих странах, так и в странах, где до недавнего времени такие посевы занимали ограниченные площади.
Сушильные устройства, применяемые для сушки зерна сельскохозяйственных культур можно подразделить по конструкции сушильной камеры: шахтные, барабанные, камерные, пневмотрубные и конвейерные (рис. 1.2.1.). Могут применяться также многокамерные и комбинированные сушильные установки, состоящие из сушильных камер разной конструкции.
Наибольшее распространение в конструкциях сушилок получил конвективный способ теплопередачи. Высушиваемый материал при этом может находится в состоянии неподвижного, движущегося, псевдоожиженного или взвешенного слоя.
Наиболее просты по устройству камерные сушилки (рисА.2.1 д). Основная ее часть - это прямоугольная или круглая камера с наклонным или горизонтальным сетчатым днищем. В первом случае камеру разгружают самотеком, а во втором - через центральное отверстие в днище вначале самотеком, а затем при помощи шнека-подборщика. Высушиваемый материал загружается в рабочую камеру и высушивается до требуемой влажности без перемещения. Таким образом, травмируемость зерна в результате механического перемещения его в процессе сушки гибридной кукурузы исключена.
Камерная сушилка включает иногда до десяти и более камер, которые могут разделяться коридором, и представляет собой кирпичное, железобетонное или сборное железобетонное здание с плоскими сплошными стенами. При такой форме стен теплоноситель в большей степени движется между стенами камеры и массой початков, создавая большое различие во влажности между початками, находящимися ближе к стене и початками в центре камеры. Единственная топка и камера для смешивания газов примыкает к торцовым стенкам сушилки. В такой сушилке температура агента сушки в каждой камере зависит от температуры, создаваемой единственной топкой.
В шахтных, барабанных, пневмотрубных и конвейерных сушилках (рис. 1.2.1 а,б,в,г,е,ж) зерно перемещается во время сушки, то есть они являются непрерывно действующими. Однако зерно вследствие взаимодействия в процессе сушки с деталями сушилки травмируется и в настоящее время не приспособлено для сушки гибридной кукурузы.
На основании сравнительного анализа различных конструкций сушильных рабочих органов, учитывая данные литературы о повреждаемости семян различными сушилками [1,2,25,33,87,136,143] можно заключить, что для сушки гибридной кукурузы наиболее целесообразно использовать камерную сушилку. При этом необходимо провести всестороннее исследование процесса сушки с тем, чтобы установить оптимальные параметры и режимы работы сушилки, соответствующие специфическим особенностям этих семян и обеспечивающие минимальные повреждения их.
Практикой использования машин в зерновом производстве установлено, что зерно при обработке получает механические повреждения в сушильных устройствах.
Вопрос повреждаемости приобретает особую роль при сушке легкопо-вреждаемых семян, к которым относятся семена гибридной кукурузы.
В нашей стране этот вопрос изучался Е.М. Голиком, М.Г. Голиком, В.Т. Любушкиным [25] и др. Исследования, проведенные ими, показали следующее. Увлажнение и нагрев не увеличивают трещиноватости, а приводят к так называемому «заживлению» (смыканию) трещин. Обезвоживание зерна кукурузы в сочетании с охлаждением, особенно до отрицательных температур, приводит к резкому увеличению трещиноватости зерна. При совместном действии трех факторов: нагрева, обезвоживания и охлаждения, которые имеют место при сушке, наблюдается меньшее влияние их на трещиноватость, чем при обезвоживании и охлаждении до отрицательных температур. Растрескивание эндос 13 перма резко снижает энергию прорастания и всхожесть семян кукурузы при их проращивании в условиях, приближенных к полевым. Оно также снижает прочность зерна. Таким образом, при определенном целевом назначении зерна кукурузы его трещиноватость отрицательно влияет на посевные и технологические свойства зерна и путем применения рациональных способов обработки должна быть сведена к минимуму. В качестве предварительной практической меры для снижения трегциноватости зерна кукурузы можно рекомендовать проводить их сушку и последующее охлаждение при небольших скоростях.
Исследования и производственные испытания семенной кукурузы, провел Б.Б. Абазов [1]. Он показал, что режим сушки семян кукурузы в камерных сушилках окончательно не установлен, повышение температуры сушильного агента можно достигнуть за счет сокращения времени реверсирования его при условии не превышения допустимой для данной влажности температуры нагрева зерна.
Исследованиями приемов послеуборочной обработки и сушки семян гибридов и линий кукурузы с повышенной влажностью занимались А.И. Шумейко и Н.Я. Кирпа [86]. Они показали, что при постоянных режимах скорость сушки закономерно снижается, чтобы сохранить высокие темпы массообмена, нужно применять ступенчатые режимы.
Размерно-весовая характеристика
Периферическая (наружная) зона стержня состоит из мелкоклеточной ткани в виде отдельных сегментов, образующих механическое кольцо стержня. Сегменты представляют собой участки одревесневшей пористой толстостенной паренхимы. Сегменты, в свою очередь, отделены друг от друга прослойками одревесневших паренхимных клеток. Сегменты составляют скелетную основу стержня и, являясь наиболее прочными частями стержня, обуславливают его общую прочность. В углублениях сегментов сидят колоски, в которых и располагаются зерновки 5 початка.
В структурном отношении зерновка представляет собой капиллярно-пористое анизотропное коллоидное тело [68]. По капиллярам влагав процессе сушки поступает изнутри зерна к поверхности, с которой и испаряется.
Составные части зерна - оболочка, эндосперм и зародыш. Части зерновки выполняют различные функции и резко отличаются друг от друга по анатомическому строению и химическому составу.
Плодовая оболочка зерновки кукурузы состоит из трех слоев клеток -11... 14 рядов[48]. Верхний слой перикарпия - эпидермис - покрыт кутикулой. Он состоит из удлиненных клеток, которые своей длинной стороной располагаются параллельно продольной оси зерна; стенки клеток утолщены; поперечные перегородки клеток пронизаны порами.
Средний слой плодовой оболочки - эпикарпий - состоит из 4...7 рядов клеток. Стенки этих клеток равномерно утолщены и лишены внутреннего содержимого. Клеточные стенки не сплошные, а пронизаны устьицами, через которые они сообщаются с прилегающими к ним слоями. В зрелой зерновке устьица служат путями проникновения влаги. В этом слое обычно концентрируется пигмент, от которого зависит цвет зерновки.
Клетки ткани третьего слоя плодовой оболочки - эндокардия непосредственно граничащие с семенной оболочкой, сильно сплющены и также лишены внутреннего содержимого. Просветы клеток не видны совсем.
Плодовая оболочка не одинакова по толщине в различных частях зерновки. Толщина оболочек у зубовидной и кремнистой кукурузы колеблется от 36,5 до 50 мкм.
Семенная оболочка прилегает к перикарпию и покрывает все зерно, за исключением его основания.
Гилярный слой по темному цвету легко обнаруживается у основания зерновки (он сильно пигментирован).
Структура эндосперма зрелой зерновки кукурузы морфологически однородная и в зависимости от вида и сорта кукурузы характеризуется двумя типами тканей: роговидной (ороговевшей, прозрачной) и мучнистой (рыхлой, белой).
Периферический слой эндосперма - алейроновый состоит из одного ряда крупных клеток с сильно утолщенными стенками, которые легко разрушаются. В отличие от остальной ткани эндосперма алейроновый слой имеет хорошо сохранившиеся крупные ядра. Белок в клетках этого слоя представлен в виде оформленных протеиновых образований, лежащих среди мелкозернистой основной массы протоплазмы. Крахмал здесь почти не откладывается.
В зерновке кукурузы в отличие от других злаков алейроновый слой располагается не только вокруг крахмалистой части эндосперма, но и над внешней поверхностью зародыша. Более мелкие клетки алейронового слоя вокруг зародыша хорошо видны на срезах зерновки ранних стадий развития. В зрелой зерновке клетки алейронового слоя со стороны зародыша сильно деформируются, сплющиваются и становятся плохо различимыми или невидимыми. Остальная ткань эндосперма состоит из крупных тонкостенных клеток различных величины и формы, содержащих зерна крахмала и белковые вещества; последних больше в клетках, прилегающих к алейроновому слою.
Под алейроновым слоем расположены один или два ряда узких, вытянутых в тангенциальном направлении клеток. Под ними лежат слои угловатых клеток, вытянутых в направлении от периферии к центру. В центральной части эндосперма клетки менее угловаты. В базальной части зерновки имеется участок с деформированными клетками, лишенными внутреннего содержимого. Эта зона играет значительную роль в транспирации воды в тканях зерновки кукурузы. Крахмальные зерна клеток, лежащих под алейроновым слоем, мелкие, разнообразные по форме, расположены рыхло среди основной массы зернистого белка. Затем следуют слои эндосперма, которые характеризуются наличием многогранных, плотно сомкнутых крахмальных зерен, сравнительно однородных по структуре и величине. Клетки центральной части эндосперма заполнены округлыми, слабо ограненными крахмальными зернами, расположенными более рыхло. По мере созревания зерновки размер крахмальных зерен увеличивается и при сильном заполнении крахмалом клетки из округлой формы переходят в ограненную.
Отличительной особенностью анатомического строения зерновки кукурузы является сильно развитый зародыш, в составе которого преобладают белки и жиры. Зародыш составляет 8...15% от массы всего зерна. У кукурузы зародыш заполняет примерно 1/5 объема и глубоко входит внутрь зерновки. Площадь его занимает до 1/3 всей площади сечения зерновки. Зародыш делят на две части: эмбриональную ось и щиток. От общей массы зародыша около 80% составляет щиток.
Определение параметров I-d —диаграммы для расчета сушильной камерной установки
В расчетах процессов, связанных с влажным воздухом, широкое распространение получила I-d - диаграмма, которая графически учитывает балансы теплоты и влаги в процессах, позволяет наглядно изобразить соотношение между расходами теплоты и влаги, а также легко определить параметры и характеристики влажного воздуха в процессе сушки. Рп - парциальное давление водяного пара, Па. Отсюда видно, что парциальное давление пара и относительная влажность воздуха зависят не только от влагосодержания и давления насыщенного пара, но и от общего давления влажного воздуха В. Поэтому для расчета процессов сушки I-d -диаграмму строят для определенного постоянного давления В. В нашей стране для этих целей получила распространение I-d -диаграмма, построенная для давления В = 745 мм рт. ст. (993 гПа). Это давление соответствует среднегодовому атмосферному давлению центральной части РФ. Энтальпия сухого воздуха здесь определяется формулой Рамзина Л.К., согласно которой [23] энтальпия насыщенного пара /„ = 595 + 0,47/, ккал/кг.
Для давления В =745 мм рт. ст. (99300 Па) и при температуре агента сушки до +150 С и влагосодержании не выше 50 г/кг применяется формула [35]: / = cDJ + (r0+cDJ)- - = 1,01/ + (2500 + 1,88)- - , кДж/кг. (3.1.5) ре \о РП 1000 1000 (3.1.5) используется для расчетов шахтной зерносушилки. Нами проведены исследования сушки гибридной кукурузы в початках в камерной сушилке, работающей при атмосферном давлении в условиях В = =728 мм рт. ст. (97058,707 Па) и температуре агента сушки не превышающей 46 С. Для практических расчетов формула (3.1.5) в интервале температур от 0 до 46 С принимает вид [16, 146]: I = 1,0037г + (2491,146 +1,8642/)-=-, кДж/кг. (3.1.6) Удельная изобарная теплоемкость в выражении (3.1.6) определяется по формуле [125]: (3.1.7) рт где Ср - мольная теплоемкость при постоянном давлении, кДж/(кмоль К). Ср - определяется по выражению [103]: п=7 ( Т С„ = У at — р . - . Чюоо n--i ч 4-І Ли ґ т V ч1000. a \ioooJ +auoooj +а + + а Г 1000 + а\ г т чЗ 1000. + а) Г гр \4 1000 «I / \5 1000 +«g /" гр \6 1000 Uooo \7 (3.1.8) Коэффициенты в формуле (3.1.8) имеют значения, представленные в приложении 2. Результаты расчетов по формуле (3.1.7) и (3.1.8) в таблице 3.1.1. Значения di и /,, рассчитанные по формулам (3.1.1) и (3.1.2) приведены в таблице 3.1.3. С помощью их построена I-d -диаграмма влажного воздуха для давления 728 мм рт. ст. (рис. 3.1.1), соответствующего условиям экспериментальных исследований [16, 146]. При построении этой диаграммы, линии постоянной температуры (изотермы) и линия парциального давления водяного пара в зависимости от влагосодержания воздуха соответственно определены с помощью формул (3.1.2) и (3.1.3). Для удобства пользования оси координат этой диаграммы развернуты на 135, значения удельной энтальпии и влагосодержания отнесены здесь к 1 кг сухого воздуха. Выше линии (р 1 на диаграмме располагается область ненасыщенного, а ниже — насыщенного воздуха. Давления насыщенных паров воды Рн имеют значения, представленные в приложении 3. Математическая точность таблиц по методике расчета составляет шесть значащих цифр по всем величинам и выходит за пределы физической точности.
Используя в соответствии с языком Бейсик латинские буквы и вышеприведенные расчетные выражения запишем программу для расчета параметров I-d-диаграммы [16]. 10PRINT"B,FI, f,PN" 20 INPUT В, FI, f, PN 30d = 622 FI PN/(B-FI PN) 40T = f+273.15 50 GB = 29.438265 - 1.610822 (T/1000) - 11.991744 (T/l000) Л 2 + 68.828384 (Т/1000)Л 3-98.239929 (Т/1000) л4+ 64.883505 (Т/1000)л5 - 20.90938 (Т/1000) л 6 + 2.6652402 (Т/1000) л 7 60 Gp = 0.731476 (Т/1000) л (-1) +27.885805+ 8.4430197 (Т/1000) + +11.985297 (Т/1000)Л2-16.092233 (Т/1000)Л3+13.636273 (Т/1000)Л4-6.4729 (Т/1000)Л5 +1.1891256 (Т/1000)л6 70 СВ = GB/28.97 80Cp = Gp/18.016 90I = CB f+ (2491.146 + Cp f d/1000 100Pp = B d/(622 + d) 110 PRINT "d=";d 120 PRINT "I ="; I 130 PRINT "Pp=";Pp 140 PRINT "GB=";GB 150 PRINT "Gp=";Gp 160 PRINT "CB=";CB О iZ {6 го cf} г/кг Рис. 3.1.1. I-d диаграмма влажного воздуха для давления В = 97058,707 Па (728 мм рт. ст.) 170 PRINT "Cp=";Cp 180 END Здесь приняты следующие обозначения: р - FI, Рц-PN, В -В, срв- СВ, cpn-Cp,d-d,I-I,Pn-Pp,T,CB-GB,Cn-Gp.
С помощью этой программы рассчитываются параметры I-d -диаграммы применительно к конкретным условиям сушки зерна, определяется зависимость влажности воздуха от различного атмосферного давления.
Тепловой расчет выполняется графоаналитическим методом. Он включает в себя построение на I-d-диаграмме: процесса нагрева воздуха при смешении его с продуктами сгорания топлива; процессов изменения состояния агента сушки на ступенях сушки; определение расходов агента сушки, теплоты и топлива на сушку и расходов воздуха.
Данный метод расчета основан на материальном и тепловом балансах ступеней сушки, он не учитывает кинетики процесса сушки. Поэтому конечный результат расчета в значительной мере зависит от числовых значений параметров, которые задаются в расчете: температуры и влажности зерна, температуры и влажности стержня, агента сушки или воздуха на выходе из соответствующих ступеней сушки и др.
В расчете примем следующие обозначения основных величин: t - температура воздуха и агента сушки, С; 0- температура зерна, С; -относительная влажность воздуха и агента сушки, %; d - влагосодержание воздуха и агента сушки, г/кг; со - влажность зерна (на общую массу), %; I - энтальпия воздуха и агента сушки, кДж/кг; П - производительность сушилки, кг/ч; G - масса зерна проходящего через сушилку, кг/ч; W - масса испаренной влаги, кг/ч. Буквенные обозначения отметим верхним и нижним индексами. Нижние индексы: «О» -параметры наружного воздуха, «1» -величины на входе в сушилку, «2» - на выходе из нее. Верхние индексы , , ш присваиваем величинам, относящимся соответственно к первой, второй и третьей ступеням сушки.
Камерная сушилка периодического действия с тремя ступенями сушки для гибридной кукурузы в початках имеет: вид топлива: газообразное линейного производственного управления магистральных газопроводов Георгиевской газораспределительной станции; на сушку поступает культура - гибридная кукуруза в початках; вместимость сушилки по влажному зерну G = 58000 кг; параметры наружного воздуха: температура t0= 14 С, относительная влажность 0 = 67%; атмосферное барометрическое давление В - 97058,707 Па (728 мм рт ст); влажность зерна: на входе в сушилку со \ =25% , на входе во вторую ступень (У]" =21,55 + 0,5 % , на входе в третью ступень алхи = 15,48 ±0,5 % , на выходе из третьей ступени со г — 14 %; температура зерна: на входе в сушилку в3\ =14 С, температура зерна на входе во вторую ступень #.,П = 22,4 С, температура зерна на входе в третью ступень #з1ш = 29,2± 1,2С, температура зерна на выходе из третьей ступени 0з2ш = 39,5±1,5С; влажность отработавшего агента сушки: в начале первой ступени р\аых = 89+ 1% , в начале второй ступени 1ВЫх" = 79+ 1% , в начале третьей ступени РівькП1 = 45,75±2,25 %, в конце третьей ступени р2вых,П =34±4%. Характеристику топлива выбираем по данным отбора проб и производства анализа. Для газа Георгиевской ГРС при нормальных условиях имеем: низшую теплоту сгорания QVv = 33762,355 Дж/м . Объемный состав и плотность приведены в таблице 3.2.1.
Программа исследований
В соответствии с поставленной задачей в программу исследований включены следующие вопросы. Изучение строения початка кукурузы. Изучение физико-механических свойств семян гибридной кукурузы РИК-340, РОС-209, Институтская 2001, Валентин, Катерина: размерно-весовая характеристика; У теплофизические свойства. Определение параметров I-d -диаграммы для расчета сушильной установки, работающей при давлении 728 мм рт. ст. и температуре не превышающей 46 С. Теоретическое исследование влияния температурного режима сушки гиб ридной кукурузы в початках на расход топлива и определение основных пара -Щ метров конвективной сушилки при сушке гибридной кукурузы в початках с ис пользованием I-d -диаграммы. Исследование влияния температурного режима сушки на: продолжительность сушки; изменение средней влажности материала во времени; изменение средней температуры материала в процессе сушки: влажности материала в единицу времени; температуру отработанного теплоносителя; влажность отработанного теплоносителя.
Определение изменения процентного содержания массы стержня в массе початка при изменении влажности стержня. Определение вредных выбросов в сдой высушиваемого материала. Экспериментальное исследование влияния температурного режима сушки на расход топлива.
Изучением физико-механических свойств семян преследовалась цель определить средние значения и пределы варьирования основных признаков, характеризующих их как объект воздействия агента сушки. Изучались распространенные гибриды кукурузы: РИК-340, РОС-209, Институтская 2001, Валентин, Катерина. Длина, ширина и толщина семян замерялись микрометром с точностью до 0,01 мм. Число замеров равнялось 100. По полученным данным составлялись вариационные ряды. Плотность зерна определялась при помощи градуированной посуды. Влажность зерна и стержня определялась стандартным методом высушивания навесок в электрических шкафах.
Предварительное взвешивание 250 г образца зерен кукурузы происходило на высокоточных электронных весах модели GT 4100 G, созданных по передовой технологии. Корпус весов изготовлен из алюминия, покрытого устойчивым к коррозии эпоксидным напылением. Он состоит из электронной панели и люминесцентного дисплея. Весы работают посредством операций, осуществляемых через меню, что значительно расширяет диапазон эксплуатации весов.
Весы модели GT 4100 G имеют четыре основных меню на дисплее, которые позволяют осуществлять точные измерения: меню калибровки, пользовательское меню, установочное меню и меню распечатки.
Меню CALIBATION (меню калибровки) позволяет откалибровать весы используя ступенчатый метод, метод пользователя, метод линейности. Меню USER (меню пользователя) позволяет настроить весы в зависимости от условий окружающей среды. С его помощью можно установить функции сброса, среднего уровня, области устойчивости, авто-нуля и звукового сигнала.
Меню SETUP (настройка) позволяет настраивать весы для выполнения специфических функций взвешивания.
Меню PRINT (распечатка) позволяет осуществлять выбор параметров, необходимых для взаимодействия весов с компьютером или принтером.
Каждое из этих меню содержит параметры, которые могут быть введены с помощью кнопок передней панели. Загрузка параметров завершается выбором END после завершения всех выборок в определенном меню.
Всхожесть и энергия прорастания зерна кукурузы до сушки и после сушки определялась с помощью аппарата для проращивания семян сухим способом модели SD-8900 (рис. 4.2.1.). Эти аппараты обеспечивают соотношение температуры и влажности среды для проведения тестирования семян и оснащены за 90 писывающим (на 7 дней) термометром. Перед проращиванием семян подстилочный материал увлажнялся полностью, давая стечь лишней воде. Число семян в одной пробе равнялось 50.
Сушка кукурузы в початках происходила в камерной установке. Установка состоит из вентилятора 3042 WE (1450 об/мин) с электродвигателем мощностью 22,08 кВт, теплогенератора Н42 на природном газе фирмы "Farm Fans" производства США и камеры, где располагался слой высушиваемой кукурузы (рис. 4.3.1.). Подача смеси топочных газов и воздуха может осуществляться сверху вниз и снизу вверх. Особенностью сушилки является подача горячей смеси топочных газов и воздуха для непосредственного смешивания сразу за агрегатом без камеры, то есть бескамерный способ смешивания газов, таюке возможность рециркуляции отработавших газов. Топка снабжалась оборудованием для автоматического регулирования заданной температуры агента сушки.
Транспортировка гибридной кукурузы в початках, очищенной от листьев, до верха сушилки осуществлялась наклонным ленточным транспортером шириной ленты 610 мм. Затем кукуруза поступала на горизонтальный ленточный транспортер с шириной ленты 610 мм. Мощность электродвигателя ленточного транспортера N = 3,7 кВт, число оборотов n = 1425 об/мин, передаточное число редуктора і = 30. С горизонтального транспортера початки кукурузы поступали по направляющей через загрузочный люк в сушильную камеру. Для предотвращения травмирования семян в загрузочный люк вставляли устройство для мягкой загрузки початков, которая гасит скорость движения початков. Это устройство представляло собой конвейерную ленту шириной 610 мм, закрепленную концами к загрузочному люку. По мере наполнения камеры один конец ленты поднимался, уменьшая длину устройства.
