Технология сушки всего биологического урожая семенников клевера красного на пневмобарабанной сушилке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Валушис, Альгимантас Витольдович

• Валушис, Альгимантас Витольдович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Валушис, Альгимантас Витольдович

По сравнению с сушкой кормов, подсушка материала с наличием в нем семян, выдвигает специфические требования. Если в целях интенсификации процесса сушки кормов прекращение жизнедеятельности травы и тем самым устранение, так называемого, витального сопротивления сушке является положительным явлением /47,48,49,50,51/, то при подсушке семенникоЕ сохранение жизнеспособности семян яеля-ется основным требованием.

Для сушки кормов и семенного материала исключительно применяют конвективные сушилки.

По характеру работы различают сушилки периодического действия с периодической загрузкой и выгрузкой Есего высушиваемого материала (лотковые сушилки) и сушилки непрерывного действия, в которых загрузка и Еыгрузка материала осуществляется непрерывно (конвейерные, барабанные, карусельные и др.).

По движению сушильного агента относительно высушиваемого материала различают сушилки прямоточные, когда направления движения материала и сушильного агента совпадают, протиЕоточные, когда эти направления противоположны и перекрестные, когда сушильный агент движется перпендикулярно к движению материала.

Для сушки термолабильных материалов обычно применяют прямоточные сушилки /47/. Исследования /в7. <^/¿>7^/7 с сотрудниками /52/ подтверждают, что термическое'повреждение семян при сушке их е перекрестных сушилках значительно Еыше, чем в прямоточных.Аналогичные данные получены и в исследованиях ГЛотр^о/?^ £М Ях/ег* и Т/?отр*оп /53,54/. Сравнивая прямоточные сушилки, в которых процесс сушки зерна проходит в убывающем температурном режиме, с перекрестными сушилками с постоянным фораированньил температурным режимом, /1- Л/сгг и /ГШ /55/ также отмечают о значительно большем растрескивании зерна и его термическом повреждении при сушке в перекрестных сушилках. Результаты исследований М-Е. /56/ показывают, что несмотря на повышенный температурный режим в прямоточных сушилках, температура нагрева семенного зерна меньше, чем в противоточных и перекрестных сушилках. Применение более еысокой температуры сушильного агента способствует достижению более еысокой производительности сушилки без снижения качества семян. Это объясняется тем, что конечная досушка семян происходит при наиболее низком температурном режиме и при наиболее высоком Елагосодержании сушильного агента, т.е. при наиболее мягком режиме сушки.

Основными конструктивными типами прямоточных сушилок являются пневмотрубчатые, барабанные и пнеемобарабанные.

Пневмотрубчатые сушилки для сушки семенного материала непригодны, поскольку процесс сушки семян происходит в.: постоянном контакте с сушильным агентом. Это вызывает чрезмерный нагрев семян, внутренние напряжения сдвига и растяжения в них, а тем самым ухудшение качественных показателей семян большинства сельскохозяйственных культур /57/.

Напряжение е семенах можно снизить, доведя его до предельно допустимого значения, применив ступенчатый .метод сушки. При этом способе разделяются стадии влагопроводности (подеод влаги изнутри к поверхности семян) и тепло-и Елагообмена (отеод паров еоды е окружающую среда). Это достигается чередованием периодов непрерывной кратковременной сушки и гораздо более длительной отлежки, при которой происходит выравнивание концентрации влаги по всему объему семени за счет градиента Елагосодержания. Тагам методом основан процесс сушки в барабанных и пнеЕМобарабанных сушилках.

В пнеемобарабанной сушилке Еысушиваемый материал транспортируется под действием напора сушильного агента. Веиду селектиЕНого принципа данной сушилки (своевременного выноса частиц из горячей среды) возможно применение более высокой температуры сушильного агента, но перегрев семян исключается.

В барабанной сушилке высушиваемый материал транспортируется к выходу барабана в основном не потоком сушильного агента, а перелопачиванием за счет определенного угла наклона барабана. Ввиду отсутствия селективного принципа в барабанной сушилке, склонности к забиванию барабана при сушке измельченного материала (отечественные зерносушилки СЗПБ-2,5, ОЗСБ-4, СЗОБ-8), для сушки семенни-кое была Еыбрана пнеЕмобарабанная сушилка.

ПнеЕмобарабанные сушилки типа АВМ в нашей стране распространены доеольно широко. В частности, е Литоеской ССР, по статистическим данным МОХ ЛитССР к I января 1983 года насчитывалось 653 сушилки АВМ-0,35 и 225 - АШ-1,5. Испарительная способность АВМ— -0,65 и АВМ-1,5 при сушке кормовых траг составляет 1,69 и 4,2 т воды/ч соответственно /58,59/. Исходя из требуемых агросроков уборки семенников клевера красного (см.п.1.1.2) объектом исследования была Еыбрана более производительная сушилка АВМ-1.5А.

1.2. Агробиологические, физико-механические и теплофизи-ческие свойства семенников клевера красного,влияющие на протекание процесса их сушки

Исходный материал для сушки, получаемый после измельчения семенников по своему составу является Еесьма неоднородной массой,состоящей из невытергых бобиков (головки клевера разрушены на отдельные части), свободных семян (из части бобиков Еыделены семена) и несеменной части (мякина, измельченные стебли и листья основной культуры и частицы сорнякоЕ). Данных, о процентном составе материала измельченных семенников клевера красного в литературе не обнаружено.

1.2.1. Особенности строения и биологических сеойсте семян клевера красного. Семена клевера красного, как и других 6о6оеых, состоят из оболочки, зародыша и семядолей, где находится запас питательных Ееществ. По прочности и герметичности оболочки семена подразделяют на твердые и мягкие. Исследованиями советских и зарубежных ученых было определено /60,61,62,63/, что твердые семена при хранении не тратят на дыхание запасных питательных веществ, в результате чего при посеве из них развиваются более мощные есходы, а растения, выросшие из них, дают более высокий урожай сена или семян. Однако позже проведенные исследования показали, что мягкие семена, высушенные до влажности ниже 10%, в воздухонепроницаемой таре имеют хорошую сохранность на протяжении деух и более лет /5,64/

Количество твердых семян в готовом семенном материале е начале хранения колеблется в широких пределах в зависимости от того, в какой фазе'зрелости, каким способом и при помощи каких механизмов семенники убраны, высушены, обмолочены, вытерты и составляют около 10-25$, е то время как у созревших семенников ■ твердые семена составляют 70-80/2 /13,65/.

Поскольку при оценке посевных качеств семян по стандарту к всхожим семенам прибавляют все твердые семена /63/, а классность семян определяют по всхожести (процент тЕердосемянности не ограничивается), при исследованиях процесса измельчения, режимов сушки семенников, было принято оценивать качество семян по их всхожести.

1.2.2. Влажность семенников. В зависимости от условий созревания клевера, а также метеорологических условий влажность семян во время уборки состаЕляет в среднем 15$, однако в некоторых случаях достигает 35$, влажность головок колеблется в пределах от 13 до 60$. Влажность несеменной части клеЕера (стеблей, листьев) составляет е среднем 60%, однако в некоторых случаях достигает 15% и более, Елажность сорняков - 60-55$ и более /13/.

По данным Ф.К.Янсонса /9/ при обмолоте семенников зернокомбайнами оптимальная влажность голоеок клевера красного является 16-20$.

Поскольку основная часть влаги содержится в несеменной части урожая, в целях достижения максимальной производительности сушилки, а также, экономии топлива, измельченные семенники целесообразно подсушивать минимально до такого значения влажности, при которой сыпучесть составных частей несеменного материала не будет препятствовать качественному обмолоту и особенно сепарации семян и невытертых бобиков. Многие исследователи указывают, что комбайны на обмолоте семенников работают достаточно эффективно, когда влажность семенников находится в пределах 40-45$. Так Ф.И.Янсонс и

9,67/ оптимальное значение влажности указывают 40$, ¿¿МаШ 45$ /58/.

Общеизвестно, что при снижении влажности материала в процессе сушки ниже 35-40$, свободная Елага в материале переходит в связанное состояние (критическая влажность), для испарения которой требуется дополнительное количество теплоты. Поэтому снижение влажности семенников ниже вышеуказанной нецелесообразно с точки зрения экономии энергии. К тому же при обмолоте комбайнами сухих семенников (влажность 20-25$), семена сильно травмируются /13/.

1.2.3. Скорость витания. Она имеет большое значение при сушке в пневмобарабанных сушилках, поскольку в них материал перемещается под действием напора сушильного агента.

Скорость Еитания отдельных фракций семенной части урожая семенников не одинакова, как неодинаковы и их размеры /69/. Данные о размерах и скорости витания невытертых бобиков и семян клеЕера красного приведены в табл.1.1 и табл.1.2. Однако, неуказаны влажности семян и неЕЫтертых бобиков, при которых определены их скорости витания. Известно, что с изменением влажности семян, влияние на значение скорости витания имеет не только изменение массы, но и формы семян. Поэтому влияние изменения влажности семян и невытертых бобиков на их скорость витания следует установить экспериментально» Таблица 1.1 Размеры и скорость Еитания невытертых бобиков клеЕера красного /69/

Показатели Минимальные Средние Максимальные

Толщина, мм 0,9 1,2 1,

Ширина, мм 1,4 1,7 2,

Длина, мм 2,3 2,7 3,

Скорость витания, м/с 2,8 4,5 5,

Таблица 1.

Размеры и скорость витания семян клевера красного /69/

Показатели

Минимальные Средние Максимальные

Толщина, мм Ширина, мм Длина, мм

Скорость витания, м/с

0,7 1,2 1,

1,1 1,5 2,1 5,

1,3 1,3 2,5 7,

Поскольку основная часть влаги содержится в несеменной части, в процессе сушки целесообразно подобрать такую скорость сушильного агента, которая способствовала более медленному продвижению влажных листьев и стеблей, и более быстрому - термолабильных семян. Однако данных о скорости витания измельченной несеменной части или отдельных ее фракций в литературе не обнаружено. К тому же неизвестно, в какой степени изменение влажности влияет на скорость витания измельченной несеменной части семенников, обработанных десикантами, по сравнению с семенниками неподвергаЕшихся десикации. Поэтому е обоих случаях скорость витания несеменной части следует установить экспериментально.

С увеличением температуры Еоздуха или смеси воздуха и газоЕ, в частности е процессе сушки, плотность уменьшается, а скорость витания увеличивается. Тогда скорость витания пересчитывают по формуле г плотность Еоздуха при 20°С и температуре / , кг/м3 1.2.4. Допустимая температура нагрева семян. Известно, что предельно допустимая -температура нагреЕа семян является функцией л - скорость витания при 20°С, м/с; их начальной влажности и продолжительности пребывания в нагретом состоянии /70,71,72/. С увеличением начальной влажности семян, термостойкость их понижается. Предельно допустимая температура семян клевера красного при их влажности 18-20$ составляет 48-50°С, при 25$ - 45°С, при 28-30$ - 41-43°С, при 34-36$ - 40°С /71,73,74,75, 76,77/. Вышеуказанные температуры нагрева семян, гарантирующие сохранение посевных качеств, получены при исследовании режимов сушки сушилок, принцып действия и режимные параметры которых коренным образом отличаются друг от друга. Это показывает, что допустимая температура нагрева семян в первую очередь зависит от величины влагосъема-и, скорости сушки, а не от способа сушки.

1.2.5. Предельно допустимый влагосъем и скорость сушки. Известно, что влагосъем и скорость сушки семян ограничивается не только допустимой температурок нагрева, но и требованием сохранения их структурной целостности в результате обезвоживания. Растрескивание семян 6о6оеых происходит цри температуре ниже той, которая Еызьшает тепловую денатурацию белков, снижающую посевные качества /78/. Изменение влажности при одних и тех же'условиях вдет с постоянным замедлением по времени, при этом качественные изменения семян зависят не от абсолютного съема влаги, а от величины отношения д\а//у/н , где дм - съем влаги, % - начальная влажность семян.

По данным Н.А.Иванникововой /71/ величина допустимого влагосъема ам для пшеницы может быть выражена эмпирическом формулой аиг= г (1.2) где г - продолжительность сушки, мин.

Если определить отношение объема поверхности слоя ко Есему объему семян и принять величину допустимого влагосъема зерна пшеницы за единицу, то допустимые влагосъемы для семян разных разме

РОЕ С^ДУТ где М - коэффициент, зависящий от приведенного диаметра семени. Для семян клевера красного /У ='1,28 /72/.

Значения допустимых влагосъема и скорости сушки определяют в основном экспериментально /71,73,74,75,76,79,80/, однако ввиду различных способов, режимных параметров, продолжительности сушки семян клевера данные противоречивы. В литературных источниках не найдено данных о влагосъеме и скорости сушки семян при ступенчатом методе сушки, влияния продолжительности стадий Елагопроводности и влагообмена. Это вызывает необходимость экспериментального исследования, в целях определения допустимых влагосъема и скорости сушки семян клевера красного при сушке семенников на пневмобарабанной сушилке.

1.2.6. Теплопроводность. На изменение теплопроводности материала основное влияние оказывает влажность. Коэффициент теплопроводности с повышением влажности увеличивается. Теплопроводность сухого Еещества материала зависит от химического состава последнего (в осноеном от белково-углеЕодного комплекса, клетчатки и жира) /81/.

Коэффициент теплопроводности Я определяют так для отдельных частиц, так и для слоя их различной толщины. Однако значение

Я отдельной частицы значительно отличается от такоЕого для слоя. В частности теплопроводность отдельного зерна в 3-5 раз превышает теплопроводность зерноЕого слоя, в котором передаче тепла препятствует воздух, находящийся между отдельными зернами /47/. Поскольку при падении частиц в пространстве барабана пневмобарабанной сушилки каждая из частиц хорошо омывается сушильным агентом, для теплового расчета сушки необходимо знать коэффициент теплопроводяости для отдельных частиц составных частей высушиваемого материала, зависимость его от их влажности.

Малые,размеры семян создают непреодолимые трудности экспериментального изучения температурных полей отдельной семени, которое необходимо для определения теплоцроЕодности /81/. Поэтому коэффициент теплопроводности отдельной семени клевера красного принимаем равным таковому отдельного зерна пшеницы. Это допущение обосновано тем, что зерно пшеницы по СЕоему химическому состаЕу наиболее близко к семенам клевера по сравнению-с зерном других культур /81/. Коэффициент теплопроводности отдельного зерна пшеницы (сухого вещества) составляет 0,235 Вт/(м*°С) и при увеличении влажности до 23-24$ увеличивается до 0,555 Вт/(м*°С) /82/. При влажности зерна более 24$ теплопроводность остается постоянной. Это объясняется изменением формы связи влаги с материалом /81,82/.■

Экспериментальные зависимости коэффициентов теплопроводности листьев и стеблей клевера красного от влажности имеют вид /83/ Я ■ , (1.4) ' А» и£

Лсг- 6,7-м\г (1.5) где коэффициент теплоцроводности листьев и стеблей соответственно, Вт/(м*°С);

Щ,№сГ- влажность лцстьеЕ и стеблей соответственно, $.

1.3. Режимные параметры сушки семенного материала клевера красного на барабанных и пневмобарабанных сушилках

Основными режимными параметрами сушки, влияющими на посевные качества семенного материала считают начальную и конечную температуры сушильного агента, скорость вращения барабана и скорость су

Изменение температуры семенного зерна г^ по длине барабана I прямоточной барабанной сушилки /56/

Рис.1. шильного агента /47,71,84/.

Большое влияние на качество сеглян иглеет начальная и конечная температуры сушильного агента. Из рис.1.2 видно, что наиболее опасными являются начальная и конечная стадии суши, когда температура нагреЕа семян принимает максимальные значения. Аналогичный характер изменения температуры нагреЕа семян траЕ получен и в работах /71,85/.

Скорость вращения барабана имеет непосредственное влияние на продолжительность стадии влагопроводности (подеод влаги от центра к поверхности семени). Оптимальным Бременем стадии влагопроводности будет такое, ео время которого влажность внутри семени успеет Еыравниться по всему объему. Однако главным условием поддержания постоянной допустимой температуры нагрева материала является не. только достижение достаточной продолжительности отлежи £ , но и определенного значения критерия. Тп /47/, где ^ - время падения, (стадия влагообмена). Данное отношение названо критерием подеижности /85/. Так как время падения тл главным образом зависит от параметров внутреннего устройства сушильного барабана, то' максимальное допустимое значение критерия подеижности можно достигнуть только при определением Бремени £ . Поэтому скорость вращения барабана, от которого непосредственного зависит продолжительность стадии ЕлагопроЕодности, иглеет большое Елияние на температуру нагреЕа материала.

Для малоЕлажных материалов, в которых преобладает связанная влага (семена клеЕера) скорость вращения всегда меньше, чем для материалое со свободной Елагой /47/.

Скорость вращения барабана и скорость сушильного агента обуславливает продолжительность пребывания материала в нагретом состоянии /47/, что имеет важное значение при сушке семян клевера красного (см.п. 1.2.4 и п.1.2.5).' При всех прочих равных условиях, продолжительность пребывания частил в барабане обратно пропорционально скорости вращения барабана, т.е. с увеличением последней в два раза, столько же сокращается продолжительность сушки. Однако с повышением скорости вращения барабана резко увеличивается как средняя влажность Еыходящей из барабана резки, так и неравномерность сушки. Оптимальной скоростью Еращения барабана при сушке бобовых трав считают 0,3-0,5 рад/с /47/.

•Данных о режимных параметрах процесса сушки семенников на пневмобарабанных сушилках недостаточно. Известно, что при сушке пыжины клевера красного на этих сушилках температура нагреЕа пыжи-ны не должна'цревышать 40°С, а температура отработанного сушильного агента должна быть в пределах от 50 до 70°С /65/. При сушке всего биологического урожая семенников клевера красного на АШ-О,4 /32/, температура нагрева подсушенного материала, Еыходящего из отделительного циклона не должна превышать 40°С, температура отработанного сушильного агента - 55°С. Однако, потери семян при данной технологии достигают 30$, значительную часть которых составляют семена, потерявшие Есхожесть ео Еремя сушки. .В литературе не найдено данных о значениях начальной температуры•и скорости сушильного агента, скорости Еращения' барабана. Поэтому для определения оптимальных режимных параметров сушки семенников е пневмобарабан-ной сушилке АВМ-1,5А необходимо проЕести соответствующие исследования.

1.4. Системы и конструктивные особенности внутренних устройств сушильных барабанов и влияние их на продвижение материала

Осноеным узлом пневмобарабанной сушилки является барабан, е котором из высушиваемого материала испаряется основная доля влаги.

Схемы внутренних устройств сушильного барабана пненмобарабаннкх сушилок а-секционная с дифралиами; 6-1,0-2 - распределительная система; б-З - промежуточная система; 6-4 - подъемно-лопастная система

Рис .1.

Сушильные барабаны подразделяют на дна основные типа: прямоточные (одноцилиндровые), например Ммага/ (США), (Венгрия), M804/0-I.5 (Польша), ¿/Л6£ (ГДР), АВМ-1,5 (СССР) и многоходовые (многоцилиндроЕые), внутренняя часть барабана которых состоит из деух, например, £¿7~z, (ГДР), или чаще всего из трех цилиндров -(США), Prom/tt (Франция), (Венгрия), С<м6< (Швейцария, ФРГ), АШ-0,55, АВМ-5,0 (СССР) и др. /47,87/.

Сушильные барабаны, как прямоточные, так и трехходоЕые, отличаются между собой разнообразием внутренних устройств. Классификацию различных внутренних систем дали А.П.Ворошилов /88/ и H.H. Михайлов /89/. Устройство выполняющееся в виде лопастей, расположенных по стенке барабана названо подъемно-лопастной системой.Устройство е Еиде различного вида полочек, разделяющее есю внутренность барабана на отдельные ячейки названо распределительной системой. Иногда встречающееся внутреннее устройство в виде крупных секторов не сообщающихся между собой, снабженных подъемно-лопастной системой, тем самым являясь промежуточной системой между подъемно-лопастными и распределительными, названа промежуточной. Наиболее распространенные конструкции прямоточных барабанов изображены на рис.1.3 /87,89,90/.

Известной из конструкций прямоточных барабаноЕ является секционная с диафрагмами система Шп den ßroek. (рис. 1.3,а) /91,92, 93,94/. Диумя типами диафрагм барабан разделен на отдельные секции с лопастями, прикрепленными по образующим барабана. При переходе из одной секции в другую через диафграму сушильный агент завихря-ется. Однако доказано /95,96/, что равномерность скоростного поля потока является важным условием, обеспечивающим качественную сепарацию отдельных фракций материала, т.е. селективный принцип, поэтому завихрение сушильного агента считают существенным недостатком данной системы.

Распределительная система применена в барабане /Зи?/ (рис.1.3, 6-1). Барабан такого типа малоприспособлен для сушки рыхлых, неоднородных и объемистых материалов, как, например, измельченных семенников, так как в ячейках такой материал задерживается или далее заклинивается, пересыхает и может загореться. Те же самые недостатки имеет барабан, изображенный на рис.1.3, 6-2, и с-промежуточной системой внутреннего устройства (рис.1.3, б-З). Кроме того, барабаны, с распределительной и промежуточной системами внутреннего устройства неремонтопригодны.

Для сушки материалов, которым присущи свойства неоднородности и рыхлости более пригодны барабаны с подъемно-лопастной системой (рис.1.3, 6-4). Эта система-применяется и в большинстве трехходовых барабаноЕ.

Система внутреннего устройства барабана должна способствовать эффективной работе сушилки, путем создания условий, при которых наибольшее количество падающих с лопастей частиц будет омываться сушильным агентом. Для выполнения этого важную роль играют число, форма и длина лопастей /47,97/. От этого в основном зависит равномерность распределения материала по поперечному сечению барабана ео Еремя падения с лопастей и увеличение угла ссыпания, т.е. угла поворота барабана в течение которого частицы материала ссыпаются с лопастей. Оптимальным значением угла ссыпания для барабаноЕ су. шилок АВМ-0,4 , АВМ-0,65 считают равным Я/2 /47,8о/. От формы и длины лопастей в радиальном направлении зависит и соблюдение • условия, что угол ссыпания должен проходить симметрично относительно вертикальной оси поперечного сечения барабана.

Важное значение для соблюдения вышеуказанных условий имеет количество материала в барабане. Нерациональна работа сушилки, ее

Профили лопастей е распространенных сушильных барабанах /87.97/ а-лопасть с профилем,очерченным одним радиусом; б-Г-об-разнал лопасть; е-прямолинейная лопасть; г-лопасгь сложного профиля; /? -радиус барабана; ^ -длина е радиальном напраЕлении

Рис.1. ли материала е ней значительно больше или меньше, что могут захьа-тывать лопасти /47,85,97/.

Анализ внутренних устройств барабаноЕ с подъемно-лопастной системой показывает, что е барабанах существующих сушилок форма и длина лопастей по всей длине барабана не меняются. Однако, с проходом по длине барабана влажность материала уменьшается, его сыпучесть увеличивается. Тем самым увеличивается угол обрушения и уменьшается угол.скольжения материала по лопасти /87/. В результате усадки материала уменьшается его объем. Поэтому по мэре удаления к выходу барабана заполнение лопастей уменьшается. Впоследствии этого, а также за счет изменения значений вышеуказанных углое, нарушается симметричность угла ссыпания относительно вертикальной оси поперечного сечения барабана. Это чревато уменьшением средней еысоты падении частиц, а следовательно и уменьшением времени контакта материала с сушильным агентом. Поэтому в целях достижения 'эффективной работы сушилки изучение влияния изменения влажности на плотность и свойства сыпучести высушиваемого материала представляет немаловажный интерес.

В распространенных сушилках чаще Есего используют лопасти формы, показанной на рис.1.4. По характеру ссыпаемого слоя, несмотря на разнообразие форм лопастей, их можно разделить на две группы. К первой относятся лопасти Г-образные и с профилем, очерченным одним радиусом (рис.1.4,а). В барабане с указанными лопастями ео время ссыпания слой материала скользит по поверхности оставшегося материала и лишь последний слой скользит по металлу лопасти /87, 89/. К другой группе относится тип лопастей, когда ео время ссыпания слой скользит только по металлу (рис.1.4,в,г). Так как коэффициент внутреннего трения между частицами травяной резки больше,чем резки по металлу, то и скорость ссыпания материала с лопастей переой группы оказыЕается меньшей. Исследованиями /87,96/ установлено, что е целях достижения лучшей селективности частиц, скорость ееода материала в поток сушильного агента должна быть минимальной, поэтому первая группа лопастей имеет преимуществево перед второй.

H.М.Михайлов /89/ мет одом графоаналитического планиметрирования установил, что показатели по равномерности осыпания и количеству захватываемого материала у лопастей Г-образной формы лучше,чем у лопастей, очерченных одним радиусом.

В конструкции внутреннего устройства барабана сушилки АВМ-1,5, нами выбранной для сушки семенников, применены лопасти Г-образной формы. По всей длине барабана форма и длина лопастей в радиальном направлении не меняются. Исходя из вышеизложенных соображений целесообразно произвести теоретическое и экспериментальное исследование по определению оптимальных размероЕ лопастей в зависимости от изменяющихся физико-механических сеойсте материала е процессе сушки.

I.5. Состояние вопроса исследования процесса движения сыпучего материала по сушильному тракту пневмобарабапных сушилок

Процесс движения сыпучего материала по сушильному тракту барабанных и пнеЕмобарабанных сушилок исследовали А.П.Ворошилов, Н.М.Михайлов, В.Ю.Валушис, й.И.Дромантас, А.-И.П.Чючюлка, П.-В.С. Вилькявичус, А.М.Дравининкас, .К.Ф.Терпиловский, Н.С.Примаков и др. /47,71,84,85,87,88,98,99/.

Одним из важнейших параметров процесса сушки, обуславливающих качество высушиваемого материала является время прохождения частиц материала по сушильному тракту, т.е. продолжительность сушки. В.Ю.Валушис, П.-З.С.ВилькяЕИчус, И.И.Дромантас дали уравнения времени пребывания материала б сушильном барабане от конструктивных и режимных' параметров сушилки, физико-механических свойств материала. В предложенных уравнениях не■учитывается взаимодействие составных частей материала при совместном их перемещении. Влияние этого фактора на процесс селективности частиц аналитически и экспериментально исследовал А.гЛ.Дравининкас /87/. Время пребывания материала б барабане в большинстве работ определяют суммой времени падения и времени отлежки частиц.

В исследованиях процесса сушки зерна /34/ и ломтиков картофеля /98/, скорость витания которых превышает 7,5 м/с, при определении времени падений было принято, что частицы падают б безвоздушном пространстве. Обоснованность такого допущения подтверждают результаты исследований И.И.Сирвидиса /100/, (рис.1.5). Согласно приведенным кривым (см.рис.1.5) при скорости витания % частиц, превышающей 7,5 м/с и высоте.падения до 1,2 м, сопротивлением среды можно пренебречь. Определяя время падения с учетам сопротивления окружающей среды для частиц, значение скорости витания которых ниже 7,5 м/с, А.М.Дравининкас пользуется кривыми (см.рис.1.5), К.Ф.Терпиловский и Н.С.Примаков дают различного вида выражения /85,99/.

Общеизвестно, что сопротивление среды выражается формулой Бернулли f^(v)=kvn) (1.6) где • у - относительная скорость движения тела в среде, м/с; к - коэффициент сопротивления; п - любое число больше нуля.

Установлено /101/, что при малых скоростях движущейся частицы ( V £ 0,2 м/с) сила сопротивления Боздуха прямо пропорциональ

Зависнмосгь высоты падения ог времени падания т для частиц разной скорости витания у /10С/

5,0 » н iß (

0,6 и I5 i i't Y У /

0,1 D,Z 0,3 ty 0,5 0,6 0,7 ÜScOß 1,0 г„

1-е безвоздушном пространстве; 2- % = 7,5 м/с; 3- к, = = 4,3 м/с; 4- (( = 3,2 гл/с; = 1,85 м/с

Рис.1. на скорости, т.е. в формуле (1.8) /? = I. При больших скоростях (0,2 < V $ 240 м/с), сопротивление воздуха считается пропорциональным квадрату величины скорости, т.е. в формуле (1.6) п = 2. В сушильных барабанах скорости движущихся частиц далеко не превышают последнего предела. А.М.Дравининкас /87/ в исследовании влияния скорости ссыпания материала с лопасти на толщину ссыпаемого слоя установил, что минимальное значение скорости ссыпания

Vc =0,85 м/с. Из вышесказанного можно сделать выеод, что при падении частиц в пространстве сушильного барабана сопротивление сушильного агента следует считать пропорциональным квадрату величины скорости.

Аналитически скорость ссыпания выражается /87/ 6fco COS (oor4~j3), где С,, C2 - постоянные интегрирования; z - корни характеристической дополнительной функции; f z - время ссыпания, с; at,bi - коэфф-ициенты; со - угловая скорость Еращения барабана, рад/с;

Р - угол обрушения частиц, рад. В момент отрыва частицы от лопасти, вектор скорости ссыпания составляет с горизонталью угол, равный, углу обрушения J3 (рис.1.6). Вертикальная! составляющая vCy вектора скорости ссыпания % тем самым является начальной скоростью падения частиц. В работах по исследованию движения материала в сушильном тракте пневмабарабанной сушилки не обнаружено данных о влиянии начальной скорости падения частиц на время падения. Другой слагаемой времени пребывания материала в барабане является время отлежки частиц. В исследованиях /47,36,93/ оно Еыракается как отношение угла отлежки и угловой скорости или частоты вращения барабана. Угол оглежки, зависящий от конструкции внутреннего устройства и степени заполнения барабана, а также от физико-механических. сеойств материала, определяют графоаналитическим пла-ниметрироЕанием /89/. Для этого сечение сушилки вычерчивают в произвольном масштабе (рис.1.7) и на лопастях наносят расположение материала, принимая, что наружная поверхность последнего расположена под углом.обрушения. Специально проведенные опыты подтвердили, что вращение барабана очень мало влияет'на угол обрушения /39/. После того, как расположение материала на лопастях нанесено, заполнение барабана материалом находят суммированием площадей, занимаемых материалом на лопает ж: и в завале. Для определения угла отлеж-ки фиксируют значение угла поворота барабана от горизонтали в момент начала отлежки. Сечение барабана Еращают до момента, когда линия наружной поверхности материала на лопасти не составит с горизонталью угол обрушения ^ частиц, т.е. до начала ссыпания. Разница углов поворота барабана в начале ссыпания, и отлежи дает значение угла отлежки. Средневзвешенная высота падения частиц, необходимая для определения времени падения частиц, также находят из того же чертежа, аналогично определению угла отлежки. Только в этом случае Еысоту падения && (см.рис.1.7) измеряют с начала ссыпания, когда линия наружной поверхности материала на лопасти составляет с горизонталью угол обрушения уЗ . По мере вращения сечения барабана измеряют высоту падения цо,, и т.д., пока линия наружной поверхности материала на лопасти не составит с горизонталью угол скольжения о<£ , т.е. до мемента. прекращения ссыпания.

Метод аналитического планиметрирования применен е работе П.-В.С.Билькявичуса /98/ при оценке внутреннего устройства бараба

Схема вектора скорости ссыпания б момент отрыва частицы от лопасти

Схема для определения заполнения барабана, угла отлежки и средневзвешенной высоты падения /89/

Рис.1. на сушилки АВМ-0,55. Исследований по внутреннему устройству барабана сушилки АВМ-1,5 в литературных источниках не обнаружено. Поэтому в целях достижения эффективной.работы сушилки при сушке семенников клевера красного целесообразно провести оценку внутреннего устройства барабана сушилки АВМ-1,5.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Валушис, Альгимантас Витольдович

4.7. Заключение

4.7.1. Углы обрушения, скольжения по лопасти, насыпная плотность семенников, скорость витания семян и невытергых бобгзков, в зависимости от их влажности, определяется по эмпирическим зависимостям (4.1), (4.2), (4.3) и (4.4) соотЕетстЕенно.

4.7.2. Эффективная сепарация семян от несеменной части семенников е сушильном барабане невозможна ввиду совпадения скоростей витания семян и несеменной части.

4,2

Л О о, ^

0,083 о о

С, о

2,3 3020

1440 1580 125

3374 0,368

4.7.3. При идентичных рекииншс параметрах сушки термостойкость семян е бобика:: вьтле, чем СЕободных семян, несмотря на больший вла-госъем неЕытертых бобикоЕ по сраЕненшо со свободными семенами.

4.7.4. При сушке семенников клевера красного в сушилке АШ-—1,5Л11С, е целях сохранения всхожести семян оптимальное значение критерия подвижности (см.формулу (2.44) ) от 3,19*10 ^ до 4,27*10 .

4.7.5. Увеличение скорости сушильного агента от 4 до 6 м/с мало влияет на скорость сушки семян и невытертых бобиков. Изменением скорости сушильного агента целесообразно регулировать продолжительность сушки в целях достижения необходимой конечной влажности материала.

4.7.6. При су же семенников клевера красного в сушилке АВМ--1,5АЖ оптимальная начальная температура сушильного агента 280--290°С, отработанного сушильного агента - 50-55°С. Температура на-греЕа семенников из под отделительного циклона сушилки не должна превышать 42,2-42,8°С.

4.7.7. Коэффициент теплообмена при суше семенников не должен превышать 55,7-58,9 Вт/(кг*°С).

4.7.8. Фактическое количество семенников в сушильном барабане при оптимальных режимных параметрах сушки незначительно отличается (на 6,6$) от оптимального, определенного по формуле (2.21).

4.7.9. Фактический угол осыпания меньше оптимального, определенного по формуле (2.28), на 23,8$, что сш.детельствует о несоответствии конструктивных размеров лопастей с оптимальными для сушки семенников клевера красного. Оптимальные размеры лопастей, в зависимости от изменяющихся по длине барабана физико-механическых свойств материала, определяется по формулам (2.21) - (2.28).

4.7.10. При измельчении семенников косилкой-измельчителем Е280, степень вытирания уменьшается от 0,27 до 0,08$, а потери всхожести семян - от 4,5$ до С при повышении влажности невытертых бобикоЕ от 40 до 75$.

4.7.11, При уборке есэго биологического урожая семенников влажностью 78,5$, его сушке и обмолоте, средние суммарные потери семян составляют 11,1$» снижение всхожести - 5,2$, производительность технологической линии - 0,368 га/ч.

5. ВНЕДРЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНССТL ТЕХНОЛОГИИ СУШКИ СЕМЕННИКОВ МЕВЕРА КРАСНОГО

5.1. Мероприятия по внедрению технологии сушки семенников

Технология внедрена е семеноводческая колхозе иКивиляй" Акмянского р-на ЛитССР по выращиванию и продаже е госресурск сср-тоекх семян многолетних трав. Акт внедрения цредставлен е приложении 2.

Рекомендации и материалы по результатам исследований переданы МСХ ЛитССР, которой предлагаемая технология одобрена и включена в перечень мероприятий по прогрессивным технологическим процессам, рекомендуемым для внедрения в сельскохозяйственное производство республики в 1883 г. (приказ министра сельского хозяйства ЛитССР ¡Ь 513 от 27.05.1982). Рекомондация представлена в LIGX СССР и рекомендована для внедрения б производство /120/.

Разработанные рациональные режши сушки приняты Головным экспериментально-конструкторским институтом по машинам для переработки травы и соломы (ГОКИ, г. Вильнюс) и будут включены в техническую документацию по эксплуатации сушилки АЗМ-1,5А, прилагаемую заводом изготовителем к каждой сушилке, поступающей е хозяйства. Методика расчета оптимальных размеров лопастей сушильного барабана используется ГЭКИ прп модернизации и разработке новых конструкций сушилок типа АВМ (справка в приложении 3).

5.2. Экономическая эффективность технологии сушки семенников

5.2.1. Методика определения экономической эод-.зкгпн г л .Экономическая эоДекгиЕНссгь определена по стандартной методике /121/. Сравнивает две технологии:

I) Уборка семенников клевера красного прямым комбайпированием базовый вариант).

2) Уборка всего биологического урожая семенников с сушкой и обмолотом на стационаре (новый вариант).

Средняя площадь посевов семенников клевера красного на одно хозяйство в ЛитСОР составляет 50-100 га (см.п.1.1.2). Годовой объем работ принят 90 га, поскольку данная площадь является максимальной, с которой возможно убрать семенники применяя технологию с их сушкой и обмолотом на стационаре (см.подраздел 4.6) при агро-сроке уборки 10 суток при неблагоприятных метеорологических условиях.

Нормативные загрузки, нормы выработки, тарификация работ, оптовые цены машин и зданий, нормы отчислений взаимствоЕаны из /122,123,124,125,126,127/.

Расчет экономических показателей при обеих технологиях произведен на I га площади семенников клевера красного.

При уборке всего биологического урожая семенников с сушкой и последующим обмолотом на стационаре увеличивается выход семян за счет снижения их потерь. Экономический эффект расчитывали по

ИВ)ИН - эксплуатационные затрать: для базового и нового вариантов, соответственно, руб/га; Ек - нормативный коэффициент эффективности капитальных ' .вложений (принимается равным 0,15 /121/); Ке^ц - удельные капитальные вложения для базового и нового вариантов, соответственно, руб/га; Г - стоимость дополнительно собранных семян, руб/га.

Э=(И6+ЕкК6)-(Ин+ЕкКн)+ГСу

5.1) где 3 - экономический эффект, руб/га;

То-У(ПБ-Пн)(100-П,}ЦсЮ'\

5.2) где У - биологическая урожайность семян клевера красного, кг/га;

ПБ:)ПН - потери семян для базового и нового вариантов, соответственно, $; П0 - потери семян при очистке, %; Цс - закупочная цена семян клевера красного, руб/иг. для клевера красного сорта „Лиепсна" средняя биологическая урожайность семян у = 200 кг/га /5/. ПБ- 50$ (см.п.1.1.4), П = 11$ (см.табл.4.о), П0 = 20$ /£,128/, 8,5 руб/кг.

Расчитываемые технологические операции даы в табл.5.1.