Рециркуляционные сушилки. 
Технологическое оборудование производства растительных масел

Недостатки шахтных сушилок устранены в зерносушилках с комбинированным способом сушки, получивших название рециркуляционных.

Рециркуляционные сушилки обеспечивают: сушку семян с доведением до требуемых кондиций по влажности независимо от первоначальной влажности (при сохранении качества семян); достижение равномерного высушивания при смешивании семян различной влажности перед подачей в сушилку; формирование партий семян по признакам, определяющим их пищевые и технологические достоинства; снижение расхода топлива и затрат на сушку по сравнению с шахтными сушилками.

Рециркуляционная зерносушилка с противоточной камерой нагрева (рис. 1.14) состоит из оперативного бункера, приемного бункера с приводным устройством для загрузки камеры нагрева, тепловлагообменника, двух охладительных шахт (промежуточного и окончательного охлаждения), камеры нагрева, выпускного устройства, топки на жидком топливе, вентиляционной системы, рециркуляционной нории и нории сухих семян.

Семена, подлежащие сушке, поступают в оперативный бункер, из которого рециркуляционная нория подает их в приемный бункер. Затем семена пропускают через камеру нагрева и загружают ими тепловлагообменник и обе шахты. После этого подачу сырых семян прекращают и регулируют бесприводное питающее устройство, добиваясь равномерной подачи семян в камеру нагрева по ее сечению и устройства для выпуска семян из шахт. После этого включают в работу вентилятор камеры нагрева и топку. Доведя нагрев семян до допустимой температуры, включают вентиляторы охладительных шахт.

Влажность сырых семян в сушилке снижается до заданной в режиме многократной циркуляции. После достижения заданной влажности семена выпускают из шахты окончательного охлаждения. Одновременно из оперативного бункера в рециркуляционную норию подают сырые семена в объеме, равном выпущенному количеству семян из сушилки. Смешиваясь с рециркуляционными, сырые семена поступают в камеру нагрева. В ней агент сушки, движущийся снизу вверх, в направлении, противоположном движению семян, нагревает их. Из камеры нагрева семена поступают в тепловлагообменник, в котором происходит интенсивный влагообмен между отдельными семенами и выравнивание их температуры в течение 15 мин. После тепловлагообменника семена разделяют на два потока: один направляется в шахту промежуточного охлаждения для дальнейшей рециркуляции, а другой — в шахту окончательного охлаждения. До выхода из шахты окончательного охлаждения просушенные семена должны иметь заданную влажность.

В основном влага из семян удаляется в охладительных шахтах под действием тепла, полученного в камере нагрева. Для достижения семе;

Рис. 1.14. Технологическая схема рециркуляционной сушки:

/ — бункер над камерой нагрева; 2 — рециркуляционная нория; 3, 14 — вентиляторы; 4 — термометры сопротивления; 5— камера нагрева; б—тсплоатагообменник; 7—датчики уровня; 8— охладительные шахты; 9 — защитные козырьки; 10— оперативный бункер; 11 — выпускные устройства; /2—заслонки; 13— нория сухого зерна; /5—подсушильные бункера; 16— топка; 17— воздухораспределительные камеры

нами заданной влажности из шахты промежуточного охлаждения их возвращают на рециркуляцию. Сырые семена смешивают с рециркулирующими в таком соотношении, чтобы средневзвешенная влажность смеси превышала конечную влажность на выходе из сушилки на величину средневзвешенного снижения влажности за один цикл. Температура отработанного агента сушки должна быть близка к температуре семян в камере нагрева.

В рециркуляционных сушилках влага из семян испаряется, в основном, в период их охлаждения. Поэтому семена в процессе сушки полностью сохраняют качество.

Рециркуляционной является сушилка А1-УЗМ, которая предназначена для сушки с предварительным нагревом двумя контурами рециркуляции семян подсолнечника, а также зерна продовольственного назначения на хлебоприемных предприятиях с производительностью 50т/ч.

Сушилка состоит (рис. 1.15) из двух вертикальных сушильных шахт и представляет собой единую конструкцию из металлических секций, тепломассообменника, охладительной шахты, двух выпускных устройств, надсушильных бункеров, топки на жидком топливе, вентиляционного оборудования, системы очистки отработавшего воздуха, транспортного оборудования.

Зерно со складов или элеватора подается в приемный бункер, затем по самотеку — в норию. Из нории по самотеку оно направляется в надсушильный бункер, и далее в сушильную шахту и тепломассообменник. Через приводной выпускной механизм рециркулирующее зерно поступает в норию, из нее по самотеку — в надсушильный бункер, через перегородку бункера сливается в другой бункер и подогреватель. Отсюда оно по основному самотеку идет в норию, где смешивается с сырым зерном из бункера. В надсушильном бункере зерно проходит через сушильную шахту и охладительную зону, транспортером и норией по сливному самотеку подается на склад или в силос. Если" влажность зерна на выходе из охладительной зоны выше нормы, то перекидной клапан перекрывает сливной самотек, и зерно возвращается на досушку. Агент сушки из топки и параллельно из охладительной зоны засасывается вентиляторами и подается в напорно-распределительную камеру, проходит через подогреватель каскадного типа, где осуществляется нагрев зерна. Из подогревателя он поступает р сушильные шахты, где пронизывает зерно в плотном малоподвижном слое. Отработанный агент сушки очищается в осадочных камерах с инерционными пылеотделителями и затем выбрасывается в атмосферу.

Охлаждается зерно в охладительной зоне наружным воздухом, который засасывается вентиляторами и, пройдя через осадочную камеру, смешивается с агентом сушки.

Рис. 1.15. Технологическая схема сушилки А1-УЗМ:

/— резервный бункер; 2 — бункер сырого зерна; 3, 5— камеры бункера сухого зерна; 4 — перемычка; 6 — инерционные пылеотделители; 7— напорная камера; 8 — вентилятор; 9, 18— сушильные секции; 10, 11, 17— осадочные камеры; 12— охладительные секции; 13— выпускной механизм; 14 — топка; 15— бес при вод ной выпускной механизм; 16 — тепломассообменник.

Расчеты рециркуляционной сушилки. Расчеты рециркуляционной сушилки возможны на основе использования приближенной математической модели, включающей блоки, описывающие процессы тепломассообмена в:

• — камере нагрева;
• — камере промежуточного охлаждения;
• — камере окончательного охлаждения.

При построении математической модели рециркуляционной сушилки семян подсолнечника сделаны следующие допущения:

• — за время пребывания семян в тепломассообменнике происходит полное выравнивание температуры и влажности между исходными и рециркулирующими семенами, что полностью подтверждается в экспериментах для температуры, и приближенно для влажности;
• — теплофизические характеристики семян подсолнечника на входе в камеру нагрева сушилки определяются как средневзвешенные для потока исходных и рециркулирующих семян;
• — теплофизические характеристики сушильного и охлаждающего агента принимаются при их средней температуре в соответствующих камерах.

Процесс тепломассообмена в камере нагрева можно описать системой уравнений, связывающей изменение влажности и температуры семян во время процесса. Уравнение для описания процесса массообмена в камере нагрева имеет вид:

где G, — количество влаги, удаляемое из семян подсолнечника в камере нагрева, кг/ч; а_т — коэффициент массоотдачи, кг/(м²* ч • мм рт. ст.); F_K — площадь поверхности семян подсолнечника в камере нагрева, м²; Н, h, — соответственно парциальное давление паров воды над поверхностью семян и агента сушки, мм рт. ст.

Коэффициент массопередачи определяется из.

гдеХ_т — коэффициент влагопроводности, кг/(м • ч • мм рт. ст.); d₃ — средний эквивалентный диаметр семян подсолнечника (d₃ = 5,3 • 10^-3 м); Nu_m — критерий Нуссельта, который определяется из критериального уравнения, описывающего массообмен семян подсолнечника в падающей газовзвеси.

где Re = v, d₃/n — число Рейнольдса; v, = G^/^p) — скорость агента сушки в камере нагрева, м/ч; G_ca — расход агента сушки, кг/ч; S_K — поперечное сечение камеры нагрева, м²; р — плотность агента сушки, кг/м³; v — кинематическая вязкость агента сушки, м²/ч; р = G_cM/G_ca — концентрация семян подсолнечника в камере нагрева; G_cm — производительность рециркулирующей нории, кг/ч.

Коэффициент влагопроводности для семян подсолнечника определяется по формуле

гдей, — средняя температура семян в камере нагрева, °С.

Кинематическую вязкость агента сушки можно представить уравнением

где t, — средняя температура агента сушки в камере нагрева, °С. Плотность агента сушки можно представить уравнением.

Площадь поверхности семян в камере нагрева.

где f = 1,55 м²/кг — средняя удельная поверхность семян подсолнечника; t, — время пребывания семян в камере нагрева, ч.

Время пребывания семян подсолнечника в камере нагрева с достаточной точностью (относительная погрешность менее 3%) может быть представлена эмпирическим уравнением.

Степень нагрева семян подсолнечника в камере нагрева также может быть найдена из эмпирической зависимости.

где q = G_ca / S_K — удельный массовый расход агента сушки, кг/(м² • ч). Тогда средняя температура семян в камере нагрева.

а температура семян подсолнечника, входящих в камеру нагрева.

где п — коэффициент рециркуляции (отношение массы рециркулирующих семян к массе исходных).

Парциальное давление паров воды над поверхностью семян (среднее):

где b — коэффициент (при W = 8…15% b = 0,025…0,041).

Парциальное давление паров воды в агенте сушки (среднее):

где Р_б — барометрическое давление, мм рт. ст.; d_exl — влагосодержание сушильного агента на входе в камеру нагрева, г/кг.

Процесс массообмена в камерах промежуточного и окончательного охлаждения в плотном слое может быть описан уравнением.

где S — интенсивность самоиспарения, кг/(м² • ч); — коэффициент массообмена при самоиспарении, кг/(м² • ч • мм рт. ст.).

Коэффициент массообмена при самоиспарении рекомендуется определять по следующей формуле:

Скорость охлаждающего воздуха в камерах промежуточного и окончательного охлаждения можно определить из соотношения.

где L — расход охлаждающего воздуха, кг/ч; е = 0,4 — порозность слоя семян подсолнечника; S_cc4 — площадь поперечного сечения ряда распределительных подающих коробов в камерах охлаждения, м²; п' — количество рядов распределительных подающих коробов в камерах охлаждения, шт.

Площадь поверхности семян подсолнечника, находящегося в камерах промежуточного и окончательного охлаждения, равна.

где V_M — объем камер окончательного или промежуточного охлаждения, м³; р_н — насыпная масса (объемная плотность) семян подсолнечника, кг/м³.

Объединяя уравнения (1.42) и (1.44—1.47), можно записать уравнение для определения количества влаги, испаренной в камере окончательного охлаждения рециркуляционной сушилки.

а для определения количества влаги, испаренной в камере промежуточного охлаждения.

гдеФ₂, — соответственно средняя температура семян подсолнечника в камерах окончательного и промежуточного охлаждения.

Температуру семян на выходе из камеры окончательного охлаждения ft_fjw и из камеры промежуточного охлаждения можно определить из теплового баланса для соответствующих камер

Парциальное давление паров воды в воздухе:

— в камере окончательного охлаждения.

— в камере промежуточного охлаждения.

где d_ex2— влагосодержание охлаждающего воздуха на входе в камеры охлаждения, г/кг.

Материальный баланс по влаге для всей сушилки можно записать с учетом уравнений (1.31—1.55):

lioo-Kcx-wJj^ ^д 100 Тогда

Основными входными параметрами для модели рециркуляционной сушилки являются: G_CM, W_{, ftcl, Gca, tcl, dixl, dB2, L, t^, P6.}

Промежуточные параметры: G^, W, W_ptu, О, ^_ц, d^, t"_mn.

Выходные параметры: G_c)", W_w> t_1B1 «.

Наиболее важным показателем работы сушилок является их производительность по исходным семенам G_mcx. Порядок расчета G_Hcx следующий.

• 1. Задаемся G_mcx.
• 2. По формулам (1.31—1.43) рассчитываются G, Дй.
• 3. По формулам (1.44—1.55) рассчитываются G₂, G₃, ft_yx,
• 4. По формуле (1.57) рассчитывается количество семян, которое можно просушить до W_cyx = 7% при таких исходных данных. При несовпадении с принятым значением G_mcx производится итерационный перерасчет.