Характеристика зерносушилки как объекта автоматизации.

Технологические требования в процессе сушки зерновых требуется обеспечить влажность не более 14% и температуру зерна которая не должна превышать заданных для конкретной культуры в точке максимального нагрева (например: семенная пшеница не выше 40 ⁰С, продовольственная рожь 55 ⁰С и т.д.).

Также требуется поддерживать температуру теплоносителя для обеспечения максимальной производительности. Кроме того ограниченный съем влаги за 1 проход через сушилку (например не более 6% для злаковых). Температура зерна вышедшего из охладительных колонок не должна превышать температуру наружного воздуха более чем на 10-15%. Температура нагрева и влажность зерна на выходе из зерносушилки зависят от температуры расхода относительной влажности подаваемого в сушилку теплоносителя начальной температуры исходной влажности зерна, скорости движения и времени пребывания зерна в сушильной камере а также конструктивных параметров в сушилке.

В шахтных зерносушилках выходными управляемыми параметрами являются температура q и влажность w зерна на выходе, а входными управляющими параметрами — температура q_то теплоносителя и скорость движения V зерна через шахту. Начальные температура q_о и влажность w₀ зерна на входе в сушилку с точки зрения автоматического управления являются мешающими воздействиями. Между остальными параметрами (51) связь слабая — с коэффициентом взаимной корреляции менее 0,4, поэтому они в модели рис. 32 не показаны, то есть ими пренебрегают.

Все передаточные функции для шахтных зерносушилок равны выражению:

Рисунок 32 – Математическая модель шахтной зерносушилки как объекта управления температурой и влажностью

Комбинированный способ сушки включает конвективный (при малоподвижном плотном слое и падающем слое) и контактный при обеспечении рециркуляции между сырым холодным зерном и нагретым сухим зерном.

При сушке в падающем слое зерно движется сверху вниз, а агент сушки снизу вверх или перпендикулярно к падающему зерну — в зерносушилках. Падающее зерно находится в подогревателе незначительный промежуток времени (1,5–5 с), в связи с чем используют агент сушки с невысокой температурой 250–350 ^оС — для зерносушилок типа «Целинная», РД-2×25-70 и У2-УЗБ-50 и 60–200 ^оС — для зерносушилок А1-УЗМ и А1-УСШ. Нагрев зерна за один подход к камере нагрева составляет 9–22 ^оС, а снижение влажности зерна 0,3–0,5%.

Небольшой объем влаги при сушке в падающем слое не позволяет использовать данный способ как самостоятельный при создании сушильных агрегатов. Для обеспечения большого съема влаги применяют комбинированный способ сушки — конвективно-сорбционный с использованием (в качестве сорбента) сухого зерна, циркулирующего вместе с сырым зерном в сушилке по замкнутому контуру. Теплота в комбинированном способе передается зерну конвективным путем, но в дальнейшем происходит ее перераспределение контактным способом при взаимодействии нагретого рециркулирующего и холодного сырого зерна.

Рассмотрим три основные варианта рециркуляционной сушки зерна.

Первый вариант: 1) кратковременный нагрев и поверхностное испарение влаги из смеси сырого рециркулирующего зерна при воздействии на него высокотемпературного агента сушки; 2) контактный теплообмен и контактный (сорбционный) влагообмен между сырым и рециркулирующим предварительно нагретым зерном. Смесь зерна поступает в нагревательное устройство, где происходит испарение влаги с поверхности зерна и нагрев зерна до допустимой температуры. После нагревательного устройства зерно поступает в тепловлагообменник, где влага между сырым и сухим зерном частично перераспределяется, выравнивается температура зерна. В тепловлагообменнике происходит перераспределение влаги и температуры в отдельных зерновиках. Основная влажность зерна из тепловлагообменника поступает в зону промежуточного (частичного) охлаждения, где зерно продувается наружным атмосферным воздухом. В зоне промежуточного охлаждения происходит самоиспарение влаги за счет теплоты зерна. Из зоны промежуточного охлаждения зерно возвращается на рециркуляцию. Часть просушенного зерна с заданной конечной влажностью направляют в зону охлаждения, после чего его выпускают из зерносушилки и направляют на хранение.

Процесс сушки в рециркуляционных зерносушилках состоит из циклов, которые включают следующее: кратковременный нагрев с частичной поверхностной сушкой, контактный тепловлагообмен между сырым и рециркулирующим зерном и частичное охлаждение зерна. Однако его охлаждение приводит к снижению скорости сушки и увеличению расхода топлива, поэтому снижение температуры зерна должно быть небольшим.

Второй вариант: сначала происходит предварительный нагрев сырого зерна до предельно допустимой температуры с частичной сушкой, контактный влагообмен между сухим рециркулирующим и сырым зерном, затем зерно поступает в зону сушки с воздействием на него агента сушки с температурой ниже, чем предусмотрено в инструкции по сушке для прямоточных шахтных зерносушилок.

Процесс сушки включает несколько циклов. Однако за один цикл удаляется значительно больше влаги, чем в первом варианте, и в связи с этим сокращается число циклов.

При втором варианте рециркуляционной сушки зерно не подвергается промежуточному охлаждению, что исключает непроизводительные потери теплоты. Сушка в рециркуляционной шахте происходит интенсивно с использованием теплоты нагретого зерна. В дальнейшем по мере удаления зоны испарения от поверхности зерновки скорость сушки замедляется, а температура зерна начинает возрастать и достигает предельно допустимой. Равенство температур в начале и в конце процесса сушки позволяет условно назвать этот режим изотермическим.

Третий вариант. Процесс сушки по этому варианту (зерносушилки А1-УЗМ) отличается тем, что сырое зерно нагревается контактным способом нагретым до предельно допустимой температуры зерном. Дополнительный нагрев зерна в подогревателе происходит при его перекрестном пронизывании агентом сушки. Тепловлагообменник расположен между первой и второй зонами сушки, тепловлагообмен регулируется частичным охлаждением зерна, дополнительный нагрев зерна осуществляется при более низких температурах агента сушки (140–200 ^oС), чем в первом и втором вариантах (250–350 ^oС) и при числе рециркуляции от 2 до 5.

Изотермический режим сушки обеспечивает максимальную производительность зерносушилки при высоких технико-экономических показателях. При изометрическом режиме проводят нагрев зерна до предельно допустимой температуры уже на первой стадии сушки, на следующих стадиях поддерживают температуру зерна постоянной, что обеспечивает максимальную скорость испарения влаги из зерна. Такой способ называют рециркуляционно-изотермическим.

При рециркуляционно-изотермическом режиме сырое зерно направляют в камеру предварительного нагрева, где его нагревают в падающем слое при восходящем потоке агента сушки, имеющего температуру около 100 ^oС и прошедшего камеру основного нагрева, в которую он поступает с температурой 300–350 ^oС. Затем зерно подается в камеру основного нагрева, где происходит его дальнейший нагрев и смешивание с рециркулирующим звеном. После тепловлагообменника часть зерна поступает в шахту окончательного охлаждения, а остальное зерно — в шахту изотермической сушки, где оно сушится при температуре 100–120 ^oС.