Расчет влажности компонентов смеси рециркулируемого зерна

24.06.2015

Рассмотрим процесс смешивания зерна без привязки его к какой-либо конкретной сушилке. Сначала выведем основные расчетные формулы:
- баланс по массе зерна: Gсм = G0 + Gрец;
- баланс по влаге зерна: (CсмWсм)/100 = (G0W0)/100 + (GрецWрец)/100.
Разделив каждый член последнего выражения на G0, получим

Gсм/G0 wсм = G0/G0 w0 + Gрец/G0 wрец.

Обозначим Gсм/G0 = N — коэффициент циркуляции; Gрец/G0 = n — кратконость смешивания.
Тогда Nwсм = w0 + nwрец.
Решая это уравнение относительно wсм, получим wсм = w0 + nwрец/N.
В свою очередь, если использовать этот прием применительно к расчету баланса по массе зерна, получим
Gсм/G0 = G0/G0 + Gрец/G0, откуда следует, что N = 1 + n.

Если решить исходное выражение относительно N, то получим
Расчет влажности компонентов смеси рециркулируемого зерна

Обозначим разность wсм — wрец = Δwцикл т.е. Δwцикл — влагосъем за один цикл сушки в зоне рециркуляции.
Для получения расчетной зависимости, позволяющей рассчитать состав и влажность отдельных компонентов как в смеси сырого и рециркулируемого зерна, так и отдельно рециркулируемого зерна, воспроизведем реальные условия начала процесса сушки, когда в сушилку загружают зерно и оно, пройдя N-e количество циклов рециркуляции, достигнет влажности рециркулируемого зерна, т.е. значения влажности wрец. Иначе говоря, рециркулируемое зерно имеет параметры
Расчет влажности компонентов смеси рециркулируемого зерна

Сначала рассмотрим чисто механическую смесь, не затрагивая процесс испарения влаги из тех или иных компонентов.
Итак, на начало процесса имеем Gсм(0) = G0(0) + Gрец(0).
Зерно с этими параметрами поступает в сушилку и соответственно в зону рециркуляции, откуда выходит так называемое рециркулируемое зерно Gрец(1) и смешивается с вновь подаваемым в сушилку сырым зерном G0(1).
Расчет влажности компонентов смеси рециркулируемого зерна

Для каждого компонента отдельно зависимость для определения массовой доли зерна (%) после к-го цикла составит:
Расчет влажности компонентов смеси рециркулируемого зерна

Для наглядности на рис. 8.2 приведена диаграмма зависимости M (%) от N и к.
Расчет влажности компонентов смеси рециркулируемого зерна

Итак, приведенная формула (8.3) позволяет решить задачу распределения компонентов рециркулируемого зерна по массе, однако недостатком ее является то, что она не учитывает влажность отдельных компонентов. Поэтому на основе полученного выражения для массы компонентов смеси составим баланс по влаге. При этом сначала будем исходить из условия, что по мере прохождения зерна через зону рециркуляции влага испаряется лишь из компонентов, имеющих влажность w>wрец. Проверим, так ли это.
Исходя из того что масса влаги в смеси (да и в любом компоненте) может быть выражена через G и w,
Расчет влажности компонентов смеси рециркулируемого зерна

Проверка (по данным вышерассмотренного примера):
250 * 16 = 50 * 20 + 200 * 15; 4000 = 4000.

После 1-го цикла сушки с учетом Δw влажность сырого компонента равна w0(1).
Расчет влажности компонентов смеси рециркулируемого зерна

Полученный результат абсолютно нереален, ибо в зоне тепло-и влагообмена полное выравнивание компонентов смеси по влажности не достигается. Следовательно, влажность рециркулируемого компонента снижается.
В реальных же условиях рециркуляционной сушки наблюдается серьезный недостаток — пересушивание в зоне рециркуляции отдельных компонентов смеси. При этом нижним пределом влажности пересушенного зерна, очевидно, будет значение, соответствующее равновесному влагосодержанию при параметрах агента сушки, подаваемого в зону рециркуляции. Естественно, что это приведет к росту топливно-энергетических затрат.
Следовательно, процесс рециркуляционной сушки должен быть организован так, чтобы влажность самого сухого компонента рециркулируемого зерна оставалась на уровне не ниже влажности сухого зерна, т.е. чтобы соблюдалось условие
Расчет влажности компонентов смеси рециркулируемого зерна

Для примера рассчитаем, какие значения влажности последовательно будет принимать сырое зерно при условии, что уже после 1-го цикла сушки влажность сухого компонента рециркулируемого зерна снизится на Δw = 1 % и больше не будет снижаться, т.е. для первоначальных условий рассмотренного выше примера
Расчет влажности компонентов смеси рециркулируемого зерна

откуда при условии wрец(1) = wрец(2) = ... = wрец(к) = 14% = const после 1-го цикла сушки влажность сырого компонента понизится до w0(1) = 19 %. Дальнейшая закономерность снижения влажности очевидна. Ограничение по предельной влажности сухого компонента требует решения соответствующей оптимизационной задачи, базирующейся на моделях, описывающих кинетику процессов влагообмена между компонентами смеси зерна и их сушки в зоне рециркуляции.
Из всего вышеизложенного можно сделать вывод: схема процесса сушки должна быть организована так, чтобы исключить возможность подачи в зону рециркуляции и сушильно-охладительную зону зерна одинаковой влажности; иначе говоря, зона рециркуляции должна находиться перед зонами досушки и окончательного охлаждения. Только при таких условиях можно избежать существенного пересушивания отдельных компонентов смеси рециркулируемого зерна. И, несомненно, обязательно наличие надежной системы автоматизации.