+7 (495) 545-21-53

Библиотека

Название: АКУСТИЧЕСКАЯ СУШКА ЗЕРНА
Автор: Корецкий С.Л.
 СУШКА ЗЕРНА

Реализованные проекты акустических сушек не были предназначены для сушки сыпучих материалов и поэтому готового технического решения для сушки зерна нет, но сейчас, на основании имеющегося опыта можно определить некоторые характеристики будущего устройства. К возможным решениям акустической сушки зерна можно отнести  установки шахтного типа, барабанные сушилки, сушка в кипящем слое и другие.

За основу расчета возьмем кинетические кривые сушки пшеницы, полученные на опытной установке Института теоретической и прикладной механики СО РАН в конце 90-х годов. Голубая кривая - сушка пшеницы исходной влажности 20%, красная - сушка пшеницы исходной влажности 34% до необходимой влажности для длительного хранения 14% . В первом случае время сушки 10 минут, во втором - 40.

Температура осушаемого материала значительно влияет на скорость сушки. Насколько мне известно, сушка материалов в ИПТМ СО РАН производилась при температуре порядка 20о С.  При увеличении температуры, например, с 20 до 40 градусов, скорость сушки увеличится как минимум в 2 раза и соответственно время сушки уменьшится до 5 мин. Поскольку эти данные получены при сушке небольшого количества зерна, измеряемого килограммами, то, заведомо завышая риски, для расчета опытно-промышленной установки будем использовать 10 минут и 40 минут. Температуру обрабатываемого зерна выбаем 40 градусов, т.е. температуру для высококачественной сушки семенного материала. В камере одномоментно может находиться до 7,4 тонны зерна (удельный вес 1,3 т/м3). Взяв два имеющихся граничных варианта влажности зерна, получим производительность от 11 до 45 тонн в час. Данных по акустической сушке кукурузы, которые можно было бы использовать в расчетах, нет. Можно использовать соотношение по производительности пшеницы и кукурузы при термической сушке равное 1,8, которое при акустической сушке не будет больше.

Потребляемая мощность – 40 - 80 кВт, это мощность для получения необходимого акустического сигнала плюс энергия необходимая для подогрева воздуха для вентиляции зерна.

Предположив, что температура процесса будет равна 40°С и в камере сушки должен быть организован поток теплого воздуха со скоростью не более 1 м/сек (не рассматриваем пока сушку в кипящем слое), расход воздуха за час сушки равен 8362,2 м3  определяем необходимую энергию на нагрев воздуха на этот период.

Qв=c*v*ρ*∆T=1,006*8362,2*1,2*20=242479 кДж, что эквивалентно 67 кВт*ч. С учетом привода вентилятора - 80 кВт*ч.

Таким образом общие затраты энергии на время сушки будут:

Электроэнергия: получение сигнала и привод вентилятора– 40-90 кВтч;

Тепловая энергия для подогрева зерна – 70 кВтч, с учетом использования энергии при сжатии компрессором воздуха - 55 кВтч;

Можно, применяя сирену, работающую при докритических перепадах давления, направлять горячий воздух, отработанный источником звука, в камеру. В этом случае потребности в подогреве воздуха и дополнительной вентиляции нет, но будут ограничения по сечению камеры сушки связанному с достижением оптимальной скорости потока воздуха в камере и создания необходимой интенсивности звука. Также можно использовать горячий воздух от компрессора для сирены, работающей при сверхкритических перепадах давления. Оптимальное решение может быть получено при эскизном проектировании системы «компрессор-сирена-камера». В любом случае это позволит увеличить тепловой баланс установки на 10 -  20 кВтч (ср. 15), с соответствующим снижением затрат энергии на нагрев зерна.

Возможно  использование системы рекуперации воздуха, что существенно от 40 до 70 % (среднее значение 55%) снижающей затраты энергии на нагрев воздуха. 55 х 0,45 = 24,75 кВтч.

Рассмотрим два крайних случая: сушка по «красной» и «синей» кинетической кривой, с подогревом воздуха и без, т.е. лучший и самый плохой.

 
без подогрева
с подогревом
Тепло необх для нагрева, кВт/час
0
70

Сирена+ вентиляция, потребляемая мощн, квтч

40
90
итого энергопотребление, квтч
40
160,0
энергозотраты, квтч/кг
0,0009
0,014
итого энергопотребление, кДж
143884,89
827338

энергозотраты на кг зерна, кДж/кг

3,2
74,2
снижение влажности, %
6
20
объем удаленной влаги за час, т
2,7
2,2

энергозотраты на кг удаленной влаги, кДж/кг

53,8
371,0
 

Сравнительная таблица по затратам на килограмм испаренной влаги особых комментариев не требует:

Термическая сушка на традиц. энергоносителях, кДж/кг
5000

11000

Большие затраты тепловой энергии, снижение качества при нарушении технологии

Сушка в кипящем слое, кДж/кг
4880

7700

Большие затраты тепловой энергии, сложность оборудования
Активное вентилирование, кДж/кг
1500

2500

Ограниченный диапазон влажности, длительность процесса
Акустическая сушка, кДж/кг
53,8

371

Требует хорошей звукоизоляции
 

В расчетах приняты некоторые упрощения и допущения, что влияет на точность, но порядок будет приблизительно такой. В таблице приведены показатели некоторых зерносушилок по сушке пшеницы с 20 до 14 процентов в сравнении с акустической сушкой, для которой взята средняя установленная мощность   по двум вариантам акустической сушки, расход дизтоплива рассчитан пропорционально тепловой мощности. За сезон принят период в 3 месяца при 2-х сменной работе.

 
Произ-ть, т/ч
Уст. мощн, квт
Тепл-я мощн, квтч
Дизтоп на тонну, кг
Ст-ть квтч эл эн, долл

Ст-ть дизтоп, долл, за час работы

Сум затр энерг, долл, за час работы

Экономия за сезон (1260 час) работы, долл

Акустическая сушка
44,0
60
65
0,02
9,6
10,4
20,0
 

Шахтная зерносушилка VESTA 10, Н.Новгород

40
48
3080
1
7,7
39,0
46,7
33632

Alvan Blanch Зерносушилка двойного беспрерывного потока DF37000, Англия

41
115,5
3400
5
18,6
178,8
197,4
223491

Шахтные зерносушилки марки "С-40", Киров

40
123
3100
1,1
19,8
54,9
74,7
68912

Колонковые зерносушилки ASTRA 2, Н.Новгород

     40
78
1800
1
12,5
43,8
56,3
45774
 

Рассматривая экономию за сезон работы можно сделать однозначный вывод о преимуществе акустической сушки перед термическими и в этом сегменте сушки, - сушке зерна. Помимо сушки зерна часть оборудования компрессор и сирена могут быть задействованы для сушки фруктов, овощей, древесины и пр. используя камеру с тележкой, что еще больше увеличивает преимущество акустической сушки и сократит окупаемость до одного года.

 

СУШКА ФРУКТОВ, ОВОЩЕЙ, ДРЕВЕСИНЫ.

Для сушки фруктов, овощей, древесины подойдет апробированный  в 2001-2008 годах в Новосибирске конструктив камеры для сушки древесины, который в переработанном виде может выглядеть следующим образом:

Внутренние размеры камеры могут быть 6,5х2х2. Подобная конструкция может быть использована для сушки любых материалов на тележке, как изображено на рисунке для сушки древесины или на тележках с сеточками для сушки рыбы, фруктов, овощей, грибов и т.п.
В 2001 году  в ИПТМ СО РАН по заказу одного из Крымских СП оценивалась возможность сушки фруктов и овощей, кинетические кривые сушки некоторых из них представлены ниже. Цветные кривые получены в 2012 году на установке по сушке рыбы.

 



Сушка фруктов и овощей периодическая. Объем закладываемых овощей - 4-6 тонн, время сушки 4-5 часов.
Назад