Сушка зерна при различных состояниях зернового слоя

24.06.2015

В зависимости от конструктивных особенностей зерносушилок сушка может протекать при различных состояниях зернового слоя, имеющих свои характерные особенности.
Сушка зерна в плотном слое. Различают следующие состояния плотного слоя высушиваемого зерна: плотный неподвижный; плотный малоподвижный и плотный подвижный слой.
Плотный неподвижный слой. Характеризуется тем, что контакт зерен постоянно зафиксирован и их активная поверхность, участвующая в процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки, не изменяется. Сушилки, осуществляющие сушку зерна в плотном неподвижном слое, — это установки периодического действия (сушилки камерного и бункерного типов). Особенностью этих сушилок, несмотря на периодическое изменение направления продувания, является значительная неравномерность нагрева и сушки зернового слоя, толщина которого может достигать от 0,6 до 3,5 м. Слои зерен, расположенные ближе к месту входа агента сушки, нагреваются и высушиваются быстрее. В связи с этим температура агента сушки не может превышать предельно допустимую температуру нагрева зерна, которая характеризуется его термоустойчивостью. Скорость агента сушки и слое ограничена большим аэродинамическим сопротивлением слоя и, как правило, не превышает 0,2 м/с. Поэтому сушка может длиться до 2...3 сут.
Плотный малоподвижный слой. Характеризуется тем, что при смещении (во время гравитационного движения) отдельных зерен относительно друг друга контакт между ними сохраняется, активная поверхность обновляется, но величина ее, по существу, не превышает поверхности, характерной для плотного неподвижного слоя.
Сушилки, в которых зерно сушится в плотном малоподвижном слое, являются установками непрерывного действия (шахтные прямоточные сушилки). Особенность этих сушилок — значительная неравномерность нагрева и сушки зернового слоя, толщина которого может находиться в пределах 0,10...0,25 м. Температура агента сушки в зависимости от рода зерновой культуры и ее назначения 50...160 °C, а скорость его в слое зерна 0,3...0,4 м/с. Продолжительность пребывания зерна в зоне сушки до 1,5 ч.
Плотный подвижный слой. Характеризуется тем, что скорость гравитационного перемещения слоя зерна в несколько раз выше, чем в плотном малоподвижном слое. В результате слой интенсивно разрыхляется, увеличивается активная поверхность зерен, участвующая в процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки. Неравномерность нагрева и сушки резко снижается.
Сушка в плотном подвижном слое находит применение в рециркуляционных зерносушилках, в частности в зонах рециркуляции этих сушилок. Толщина слоя зерна, а также параметры агента сушки те же, что и при сушке в плотном малоподвижном слое. Продолжительность пребывания зерна в зоне сушки не превышает 15...20 мин.
Сушка зерна в разрыхленном слое. Характеризуется теми же особенностями и параметрами, что и сушка в плотном подвижном слое. Единственное отличие — перемещение зерна механическим путем. Находит применение в барабанных сушилках.
Сушка зерна в псевдоожиженном слое. Псевдоожиженный слой получил свое название благодаря формальному сходству его свойств со свойствами капельной жидкости. Если через слой зерна, расположенного на решетке, пропустить воздух с определенной скоростью, то слой сначала разрыхляется, а затем переходит в состояние, напоминающее кипящую жидкость, т. е. в состояние псевдоожижения. Слой зерна толщиной 0,10...0,25 м переходит в псевдоожиженное состояние при повышении скорости воздушного потока до 1...2 м/с. При этом активная поверхность зерен практически равна их суммарной геометрической поверхности. В результате даже при сравнительно низкой температуре агента сушки (70...120 °С) зерно нагревается до предельно допустимых значений температуры за 30...60 с.
При самопроизвольном перемещении псевдоожиженного слоя вследствие присущего ему свойства текучести от места загрузки его в зону сушки к месту выпуска время пребывания отдельных зерен в зоне сушки неодинаково. Это может привести к неравномерному нагреву и сушке. Поэтому целесообразно организовать принудительное перемещение псевдоожиженного слоя и тем самым регулировать продолжительность пребывания его в зоне сушки в широких пределах в соответствии с исходными значениями влажности и температуры, а также выбранными режимами сушки.
Сушка зерна в псевдоожиженном слое (часто его называют кипящим слоем) находит применение в специальных устройствах для быстрого предварительного нагрева сырого зерна перед его последующим обезвоживанием в плотном малоподвижном либо плотном подвижном слое. Возможны варианты использования псевдоожиженного слоя в зонах сушки и окончательного охлаждения просушенного зерна.
Зерновой слой может быть приведен в псевдоожиженное состояние путем воздействия на него вибрационных колебаний или совместным воздействием воздушного потока и вибрации. Такое состояние слоя называют виброкипящим. Применение вибрации с частотой колебаний 20...30 Гц и амплитудой 2...10 мм позволяет существенно уменьшить скорость воздушного потока и тем самым повысить технико-экономические показатели за счет сокращения расхода электроэнергии.
Сушка зерна во взвешенном слое. Взвешенное состояние зерна достигается в восходящем потоке агента сушки при значительном превышении (в 2...2,5 раза) скорости витания. При этом активная поверхность, участвующая в процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки, равна суммарной геометрической поверхности зерен. В результате нагрев и сушка проходят равномерно.
Интенсивность нагрева зерна зависит от скорости агента сушки и его температуры (может достигать 250 °С), а также от влажности и концентрации зерна в рабочей зоне пневмотрубы. За время пребывания в зоне сушки (в течение 1...2 с) влажность зерна может снизиться на 0,5...1,0 %, а его температура — повыситься на 15...20 °C.
Сушка зерна во взвешенном слое может быть использована для быстрого нагрева зерна перед последующей его сушкой в плотном малоподвижном либо плотном подвижном слое.
Сушка зерна в падающем слое. Осуществляется во время гравитационного, искусственно замедленного с помощью специальных тормозных элементов движения зерна в противотоке агента сушки, температура которого может находиться в пределах 200...370 °C, а скорость составлять порядка 0,5...0,6 от скорости витания. В процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки участвует вся поверхность зерен, поэтому обеспечиваются равномерный нагрев и сушка отдельных зерен.
Сушка в падающем слое находит применение в специальных устройствах для быстрого нагрева зерна перед последующей сушкой его в плотном малоподвижном либо плотном подвижном слое. Длительность пребывания зерна в рабочей зоне этих устройств 2...3 с, при этом влажность зерна может понизиться на 0,5...1,0 %, а его температура — повыситься на 15...20 °C.
Анализ особенностей сушки зерна при различном состоянии слоя позволяет выявить следующие их особенности.
Для плотного слоя характерны явления неравномерности нагрева отдельных слоев зерна.
Переход к сушке в кипящем, взвешенном и падающем слоях позволяет повысить интенсивность процесса (как обезвоживания, так и нагрева зерна) в основном за счет повышения скорости агента сушки (что наглядно подтверждается на примере сушки в кипящем слое) и частично за счет повышения его температуры, в результате чего резко сокращается продолжительность процесса.
При сушке в кипящем, взвешенном и падающем слоях активная поверхность зерна, участвующая в процессе тепло- и влагообмена с агентом сушки, равна суммарной геометрической поверхности отдельных зерен, в результате нагрев и сушка происходят равномерно.