Характеристика состояний зернового слоя

 

Плотный неподвижный слой

 

В таком слое контакт зерен постоянно зафиксирован и их поверхность, омываемая агентом сушки, неизменна. Интенсивность сушки в неподвижном слое определяется в большей мере внешним тепловлагообменом между зернами и агентом сушки, отводящим водяные пары из межзернового пространства. При прохождении агента сушки через неподвижный слой его параметры изменяются как во времени, так и в пространстве, т.е. по толщине слоя. Соответственно этому изменяются влажность и температура зерна. Слои зерен, расположенные ближе к месту входа агента сушки, нагреваются и высушиваются быстрее.

При сушке зерна в неподвижном слое температура агента сушки строго ограничена. Она не превышает допустимой температуры нагрева зерна. В связи с этим процесс сушки протекает длительно и продолжается до тех пор, пока зона сушки не охватит весь слой. Скорость прохождения зоны сушки через слой зависит от параметров агента сушки и влажности зерна.

 

Гравитационный движущийся плотный слой

 

Наибольшее распространение в технике зерносушения получили установки с гравитационным движущимся плотным слоем. При движении отдельные зерна смещаются относительно друг друга, контакт между ними сохраняется. Активная поверхность обновляется, но величина ее остается значительно меньше суммарной геометрической поверхности всех зерен, находящихся в слое.

Средняя скорость перемещения зерна обычно не превышает 3-5 мм/с. Тем не менее, слой несколько расширяется, объем межзерновых пространств его увеличивается, что способствует ускорению процесса сушки. Если движущийся зерновой слой сдерживается специальными конструктивными элементами, например системой воздухораспределительных каналов, то поперечное сечение зернового потока многократно изменяется. Это способствует перемешиванию зерна, что также ускоряет процесс сушки.

Существенное разрыхление слоя достигается в сушилках рециркуляционного типа, в которых скорость перемещения зерна в несколько раз выше.

Скорость перемещения зерна в сушильной камере, а, следовательно, и продолжительность сушки регулируют при помощи выпускных или разгрузочных устройств. Время пребывания зерна в сушильной камере можно изменять в широких пределах.

При сушке зерна в гравитационном движущемся слое можно использовать более высокие температуры агента сушки, чем в неподвижном слое. В сушилках с сетчатыми стенками температура агента сушки обычно бывает в пределах 70-90 °С. В сушилках с воздухораспределительными коробами условия продувания зернового слоя циклично изменяются. В них используют более высокие температуры агента сушки, в пределах до 120-160 °С.

 

Псевдоожиженный слой

 

При воздействии на зерновой слой аэродинамических или механических сил при определенных условиях происходит ослабление контактов между зернами, объём межзерновых пространств слоя увеличивается, а структура его разрушается. Плотный слой переходит в разрыхленное, псевдоожиженное, а по мере увеличения внешнего воздействия во взвешенное состояние.

Псевдоожиженный слой получил свое название благодаря формальному сходству некоторых его свойств со свойствами жидкости. Если через слой зерна, расположенного на решетке, пропускать с определенной скоростью воздух, то слой вначале разрыхляется, а затем переходит в состояние, напоминающее кипящую жидкость, т.е. в состояние псевдоожижения (рисунок 17).

Псевдоожиженный слой обладает свойством текучести, благодаря чему процесс сушки можно совместить с транспортированием зерна от места загрузки его в сушильную камеру к месту выпуска. При этом перемещение зерна может быть самопроизвольным или организованным. При самопроизвольном перемещении из-за интенсивного перемешивания слоя время пребывания зерен в сушильной камере неодинаково. Это может приводить к их неравномерному нагреву и сушке. Поэтому лучше использовать организованное (принудительное) перемещение зерна, когда обеспечивается вполне определенное, заданное время пребывания зерен в сушильной камере. В этом случае можно регулировать время пребывания в широких пределах в соответствии с влажностью зерна и выбранным режимом сушки.

 

 

 

а - плотный слой; б - разрыхленный слой; в - начало псевдоожижения; г - первая стадия псевдоожижения; д - стадия вихревого кипения.

 

Рисунок 17 – Характер изменения структуры зернового слоя в зависимости от скорости воздуха

 

Виброкипящий слой

 

Зерновой слой может быть приведен в псевдоожиженное состояние путем воздействия на него вибрационных колебаний или совместным воздействием воздушного потока и вибрации. Применение вибрации позволяет уменьшить скорость воздуха ниже критической и рассчитывать расход воздуха, исходя из потребного количества теплоты. Наибольшее влияние на состояние слоя оказывает амплитуда колебаний, для разных зерновых культур она равна 2-10 мм. Частоту колебаний берут в пределах 20-30 Гц.

 

Падающий слой

 

В настоящее время большое распространение получили сушилки с так называемым падающим слоем, представляющим собой противоточный взвешенный слой с искусственно замедленным падением зерен. Их торможение создается встречным потоком агента сушки (аэродинамическое торможение), а также при помощи решетчатых, трубчатых и тому подобных элементов (механическое торможение).

Падающий слой отличается от псевдоожиженного наличием общей направленной скорости зерен. В падающем слое истинная концентрация зерна нарастает по ходу его движения. Увеличение времени пребывания зерна в потоке агента сушки, и повышение истинной концентрации приводит к росту располагаемой поверхности теплообмена и как следствие этого к резкому снижению температуры агента сушки на начальном участке сушильной камеры. Скорость восходящего потока агента сушки уменьшается по высоте камеры. В связи с этим максимальная относительная скорость агента сушки должна быть близкой к скорости витания зерна, но не превышать так называемой скорости захлебывания, при которой зерно перестает перемещаться вниз.

В сушильной камере с заторможенно падающим слоем время пребывания зерна исчисляется несколькими секундами и практически не поддается регулированию. Несмотря на высокую интенсивность тепловлагообмена, снижение влажности зерна при такой продолжительности процесса незначительно. В связи с этим аппараты с падающим слоем зерна применяют не как самостоятельные сушилки, а как нагреватели зерна в комбинированных многокамерных установках.

 

Взвешенный слой

 

Взвешенное состояние зерна достигается в восходящем потоке агента сушки при превышении скорости витания, при этом вся поверхность зерна участвует в тепловлагообмене с воздухом; нагрев и сушка зерна проходят равномерно.

Сушилка с взвешенным слоем зерна действует по принципу свободной системы, т.е. в ней поток зерна не сдерживается никакими специальными устройствами, а регулируется лишь подачей зерна через загрузочное устройство.

В отличие от обычного пневмотранспорта скорость агента сушки по высоте трубы-сушилки (пневмотруба) не остается постоянной, в связи с чем надежность и устойчивость транспортирования зерна определяются не только начальной, но и конечной скоростью агента сушки, которая на выходе из пневмотрубы должна быть на 30-50 % больше скорости витания зерна. Концентрация зерна также изменяется по высоте пневмотрубы: наибольшее значение концентрация имеет при входе в пневмотрубу; в дальнейшем по высоте трубы увеличивается скорость зерна, а концентрация его снижается.

Существенное влияние на устойчивость работы установки оказывают условия ввода зерна в пневмотрубу. Для стабилизации скоростного поля потока агента сушки на начальном участке пневмотрубы зерно надо подавать на 1,5-2,0 м выше места входа агента сушки в пневмотрубу.

При оптимальных условиях ввода зерна стабильность пневмотранспорта достигается при средней скорости агента сушки 22-24 м/с.

В связи с такой высокой скоростью агента сушки и соответствующей скоростью зерна продолжительность его пребывания в пневмотрубе очень мала (секунды). Даже при температуре агента сушки 350-400 °С влажность зерна снижается на 0,5-1,0 %. Поэтому аппараты со взвешенным слоем зерна применяют не как самостоятельные сушилки, а как нагреватели в многокамерных комбинированных сушильных установках.