Зерносушилки

Зерносушилка

ЗЕРНОСУШИЛКИ, установки для удаления из зерна излишней влаги до предельного содержания (13—14%), при котором зерно выдерживает продолжительное хранение. Естественная сушка зерна осуществляется на выровненных и утрамбованных площадках под действием солнца и ветра; зерно рассыпают тонким ровным слоем (до 15 см) по брезентам или дощатым настилам и подвергают периодическому (через 0,5—1 ч.) перелопачиванию вручную, но это требует значительного времени, большой затраты рабочей силы и осуществимо лишь при солнечной погоде. Понижение влажности зерна на 3% требует 3—4 дней. Искусственная сушка осуществляется в зерносушилках.

Во время хранения зерно теряет сухое вещество на дыхание; если количество сухого вещества, теряемого зерном при влажности зерна 12%, принять за 1, то при 14—15% оно равно 4, при 19—20% равно 10, а при 33% - 2000. Хлеб при 30% влажности в сутки на одну тонну теряет 1 кг сухого вещества. Повышение температуры усиливает дыхание. Внутри кучи сырого зерна или в силосе элеватора вследствие усиления дыхания температура повышается, выделяющиеся при дыхании пары усиливают дыхание, и процесс повышения температуры и влажности усиливается - зерно начинает прорастать. Повышение  температуры способствует развитию плесени и бактерий. При поднятии температуры выше 35° в зерне развивается спиртовое и масляно-кислое брожение, а при дальнейшем естественном развитии этого процесса, называемого самонагреванием, или горением, зерна, температура его может подняться выше 90°, зерно обугливается, и может произойти его самовоспламенение. Во избежание самонагревания хлеб охлаждается вручную или пропуском через ветровую машину. При влажности зерна, равной 18%, требуется ежедневное перелопачивание, и такой хлеб при его хранении в течение 300 дней теряет 7—10% сухого вещества, что вместе с рабочей силой на уход обходится до 25% первоначальной стоимости зерна. При брожении в зерне образуются кислоты, понижающие пекарные и семенные качества зерна.

Сушка зерна играет важную роль и в области переработки зерна. В Северной Америке зерносушилка является главной единицей механического оборудования т. н. лечебниц зерна, имеющихся почти на всех терминальных и портовых элеваторах, где зерно подготовляется к транспортировке.

Производительность мельницы, рассчитанной на помол нормально влажного (14%) зерна, при 16% влаги понижается: для пшеницы на 10%, для ржи на 15%; при 18% влажности - для пшеницы на 25%, для ржи на 35%; при 20% - для пшеницы на 50%, для ржи на 60%. В производстве солода предварительное высушивание повышает процент прорастающих зерен, увеличивает количество солода и выход экстракта и сокращает время размачивания ячменя. Получающиеся выгоды в несколько раз превышают стоимость сушки.

По условиям, влияющим на содержание влаги в зерне, СССР можно разделить на четыре части: северо-западные районы дают зерно с повышенной влажностью; в юго-западных районах частые дожди обусловливают повышенную влажность зерна. Сибирь до 40—70% хлеба дает влажным. Только юго-восточные округа можно считать вполне благополучными в смысле сухости зерна. Снимаемый с поля в северной половине СССР хлеб имеет влажность 18—25%, затрудняющую ручную молотьбу. Его сушат сноповым в овинах и ригах; распространение молотилок, вымолачивающих и сырое зерно, порча зерна запариванием и поджариванием, неравномерность и медленность сушки, пожарная опасность - обусловили исчезновение овинов и риг и замену их мелкими сельскохозяйственными зерносушилками примитивной конструкции, работающими немногим лучше овинов, но стоящими сравнительно недорого. Эксплуатация элеваторов Государственного банка заставила предпринять постройку на них сети зерносушилок, без которых эти пустовавшие элеваторы не могли бы принимать влажного зерна. Выгодность зерносушения и увеличивающийся оборот элеваторов благодаря привлечению сырых хлебов, способствовали дальнейшему развитию сети зерносушилок уже в СССР. На юге построена сеть зерносушилок для кукурузы, снимаемой при высокой влажности, затрудняющей ее хранение в силосах и экспорт.

Англия дала тип сушильной колонки, достигшей в Германии своего полного развития и громадного распространения как для сушки сыромолотного, так и мытого зерна на мельницах.

Каждой температуре соответствует стационарная, или равновесная, влажность зерна и воздуха. Если влажность зерна больше стационарной влажности для данной температуры или влажность воздуха меньше стационарной, то зерно отдает влагу, а в обратном случае поглощает ее. Нормальной усушкой по весу при хранении зерна считают: в первую четверть года 1,3%, во вторую 0,9%, в третью 0,5% и в четвертую 0,3%. По американским данным, сыромолотная пшеница дает усушку 2—4,5%, кукуруза 6,5—20%. В дальнейшем, когда влажность зерна станет нормальной, наступает постоянный обмен влагой между зерном и воздухом, в зависимости от влажности и температуры окружающего воздуха. Этот обмен зависит от соотношения упругости пара, находящегося всегда в состоянии полного насыщения в микроскопических пустотах внутри зерна, и упругости пара в наружном воздухе. Когда первая выше второй, происходит вытекание пара сквозь поры оболочек, и наоборот. С повышением общей температуры упругость пара внутри зерна увеличивается, тогда как в наружном воздухе, при том же содержании в нем влаги, остается без перемены; поэтому подогреванием зерна можно в сильнейшей степени повысить разность упругостей пара в зерне и воздухе, а значит, и ускорить сушку. При естественной сушке повышение температуры зерна достигается прямым его нагреванием теплотой солнца, при искусственной - подогреванием зерна соприкосновением с нагретыми поверхностями или соприкосновением со струей нагретого воздуха. В виду того что воздух, находящийся между зернами и над слоем зерна, при этом быстро насыщается выделяющейся из зерна влагой, необходим его интенсивный обмен, от которого зависит влажность воздуха, непосредственно соприкасающегося с зерном, а следовательно, и разность давлений пара внутри зерна и снаружи. Чем интенсивнее обмен воздуха, тем скорее происходит сушка. В виду слабого естественного обмена воздуха между зернами во время естественной сушки прибегают к ручному перебрасыванию; при искусственной сушке перемену воздуха осуществляют посредством тяги (вытяжная труба или вентилятор). По Гофману, свойство зерна притягивать влагу основано на гигроскопичности крахмала, входящего в состав зерна в преобладающем количестве. Известно, что растворы солей не могут образовать над своей свободной поверхностью в закрытом сосуде полного давления насыщенного пара, причем влажность воздуха над раствором тем меньше, чем крепче раствор. Такими же свойствами обладает и крахмал; будучи сухим, он поглощает влагу из воздуха не менее жадно, чем серная кислота; каждому значению влажности, находящегося над зерном воздуха отвечает определенная влажность зерна (крахмала), при котором не происходит при данной температуре обмена влагой. Увеличение влажности воздуха вызывает поглощение ее крахмалом, а уменьшение - отдачу зерном влаги воздуху.

Табл. 1 дает (по Гофману) наибольшую упругость пара над зерном при различных температурах и влажности ячменя, а также наибольшую относительную влажность воздуха.

Упругость пара над зерном при различных температурах и влажности ячменя, а также наибольшая относительная влажность воздуха

Как видно, при влажности зерна 19—20% и выше, пар, находящийся в воздухе над зерном, насыщен вполне при всякой температуре; при меньшей влажности зерна уменьшается и влажность воздуха, окружающего зерно. Гофман дал эмпирическую зависимость между упругостью у (в мм рт. ст.) пара над зерном, процентом х влажности зерна, упругостью р (в мм рт. ст.) насыщенного пара и наибольшим процентом b содержания воды в зерне, при котором стационарное давление пара в воздухе становится равным упругости насыщенного пара:

Zernosushilki 2

где а - численный коэффициент, меняющийся с температурой и получаемый из табл. 1 интерполированием. Эти цифры хотя и относятся к ячменю, но практически м. б. применяемы ко всем хлебам без исключения. Меньше всего разница получается для пшеницы. Для t°>35° числа, указанные в табл. 1 в графе 35°, меняются мало. В табл. 2 верхние цифры дают теплосодержание и нижние - влагосодержание в граммах во влажном воздухе, отнесенные к 1 кг сухого воздуха в смеси.

Теплосодержание и влагосодержание в граммах во влажном воздухе, отнесенные к 1 кг сухого воздуха в смеси

Эти таблицы дают возможность в каждом частном случае определить насыщенность, которую можно допустить для отработавшего в сушилке воздуха, а отсюда перейти к определению количества воздуха, потребного для высушивания, и, наоборот, зная последнее, определить температуру зерна, до которой оно нагревается в сушилке. Насколько ускоряется сушка от подогревания зерна, видно из того, что, например, при 10° и влажности зерна 14% стационарная упругость пара равна 5,88, а при 50° и той же влажности равна 27,88 мм, рт. ст., т. е. вытекание пара сквозь оболочки, если воздух уходит из сушилки при насыщении 60% в первом случае при 10° (естественная сушка), а при втором при 35° (искусственная сушка), будет происходить под влиянием разности упругостей пара внутри и снаружи зерна: в первом случае 5,88—0,6 х 9,21 = 0,36 мм рт.ст., во втором 27,88—0,6 х 39,5 = 4,2 мм рт. ст.

Повышение температуры зерна очень ускоряет сушку; с другой стороны, слишком быстрое высушивание неблагоприятно влияет на всхожесть зерна и на его пекарные качества. Вопрос о выборе температуры нагрева воздуха в зерносушилке осложняется еще и тем, что скорость отдачи пара зерном зависит не только от температуры, но еще и от количеств воздуха, применяемых при сушке. В большей части заграничных зерносушилок, в которых воздух проходит через слой зерна различной толщины, применяют большие количества воздуха при невысокой температуре (70—80°), причем само зерно выше 50° не нагревается, а высушивание зерна на 5% требует пребывания в зерносушилках не менее часа. Еще лучшие результаты получают в барабанных сушилках пятичасовой сушкой при температуре воздуха 32° в начале процесса и до 45° в конце, причем усушка достигает 8%. Для сыромолотного зерна температура его в зерносушилках не должна подниматься выше 45° ни при каких условиях. Надо иметь в виду, что в пшенице при 52° начинается свертывание белков, входящих в состав клейковины, и что у ржи при 50° начинается оклейстеривание крахмала. Потому поднятие температуры зерна, по наблюдениям автора на зерносушилках разнообразных конструкций, связано с частичной потерей всхожести: при 55—60° всхожесть понижается на 13—15%, при 70° - на 45—60%. Гофман и Нейман дают предел нагревания для сыромолотного зерна 45°, для лежалого - 50°. Независимо от температуры зерна в зерносушилках при быстрой сушке, вследствие большой разницы давлений пара внутри клеток зерна и наружного воздуха, может происходить разрыв наиболее нежных стенок клеток зародыша, понижающий всхожесть, каковое явление наблюдается в вакуум-зерносушилках Э. Пассбурга, где сушка происходит при сильном вакууме и зерно выше 45° нагреться не может. Это чисто механическое явление не отражается непосредственно на пекарных свойствах зерна, но вредно для хлебов, подлежащих длительному хранению, т. к. содержание мертвых зерен с пониженным сопротивлением действию микробов делает хлеба склонными к брожению, пагубно влияющему на свойства клейковины и понижающему пекарные качества.

При объемной сушке воздух является агентом, поглощающим и отводящим влагу из сушильной камеры, при воздушной - служит средством для передачи тепла зерну.

Наиболее старым является способ сушки зерна, разложенного на ситах из рогожи или волоса над костром, разведенным в яме. Затем появились печи или камины для сжигания дров. Применение дыма не отличается принципиально от применения воздуха, и все расчеты м. б. приложены к тому и к другому, т. к. разность их теплоемкостей чрезвычайно мала. Различают калориферы дымовые, огневые и паровые. Недостатки дымовых калориферов - высокая температура газов, убивающая всхожесть и понижающая пекарные качества зерна, и невозможность поддержания ровной температуры газов, что дает неравномерно высушенное зерно. Первый недостаток ослабляется путем понижения температуры воздуха, поступающего в зерносушилку, что достигается подмешиванием к газам наружного воздуха в особой смесительной камере, расположенной за топкой; второй недостаток уничтожается применением термостата, автоматически поддерживающего температуру путем изменения количества подмешиваемого наружного воздуха. На фиг. 1 показана зерносушилка Майера с топкой а, колосниковой решеткой б, порогом в, ситом г и вентилятором д для отсасывания отработавших газов.

Зерносушилка Майера

Она работает периодически, загрузка, выгрузка и перегребание зерна совершаются вручную. В дымовом калорифере с подмешиванием в смесительной камере за топкой наружного воздуха, труба для подмешивания воздуха служит одновременно дымовой трубой при растопке. Иногда топки снабжают подвижной колосниковой решеткой, дающей постоянство условий сгорания и более равномерную температуру продуктов горения. В сушилке Рандольфа (Северная Америка) применен термостат, регулирующий давление в трубопроводе, в который воздух беспрерывно накачивается компрессором. Вся система состоит из: 1) термостата, установленного на коллекторе, подводящем к сушилке горячую смесь продуктов горения и воздуха; 2) воздушного компрессора, приводимого от вала вентилятора сушилки; 3) воздушного резервуара с предохранительным и пусковым редукционным клапанами; 4) воздушного регулятора. Калорифер имеет колосниковую решетку, очень высокие топочную и смесительную камеры с клапаном и дымовую трубу для растопки калорифера. Защита железных стенок смесительной камеры от прогорания достигается тем, что воздух в нее попадает через пучок трубок вверху, понижая температуру газов. Для добавочного впуска воздуха вверху топочного пространства имеется добавочная дверца, соединенная с рычагом воздушного регулятора. Если температура воздуха, проходящего мимо термостата, ниже необходимой величины, то он автоматически регулирует температуру, закрывая добавочный впуск воздуха или открывая поддувало. Практически регулятор работает периодически, и температура смеси меняется в пределах 1—2°. Заданная температура устанавливается при помощи особого приспособления на самом термостате. Калориферы, работающие на твердом топливе, дают КПД μ = 80—90%, но вредны для обслуживающего персонала вследствие наличия дыма. Еще экономнее нефть, но, пользуясь ею как топливом, надо заботиться о полном сгорании, т. к. запах несгоревшей нефти удерживается зерном. На фиг. 2 дан калорифер московской зерносушилки (мельницы № 217) с форсункой для распыливания нефти.

Калорифер московской зерносушилки (мельницы № 217) с форсункой для распыливания нефти

Расчет топлива и газов ведется на следующих основаниях: КПД топки μ = 84% при двойном количестве воздуха; теплопроизводительность топлива - для каменного угля 6300 Cal, для кокса 5544 Cal, температура топки 1200°, количество продуктов горения на 1 кг топлива соответственно 22 и 19,4 кг; на 1 кг топлива - паров воды 0,7 и 0,2 кг или на 1 кг газов - 32 и 10 г, вес сухих газов в смеси на 1 кг топлива - 21,3 и 19,2 кг, а теплосодержание 1 кг сухого газа в смеси - 296 и 289 Cal.

Огневые калориферы состоят из топки, нагревательной камеры и дымовой трубы. Они бывают малой теплоемкости - с металлическими поверхностями нагрева и большой теплоемкости - кирпичные. Первые хуже поддерживают постоянство температуры воздуха, но занимают немного места, вторые, аккумулируя большое количество тепла, отдают его в моменты низкой температуры и тем уменьшают колебание температуры, но занимают больше места. КПД μ колеблется в пределах от 50 до 80%, причем низший КПД получается при металлической топке со слабой обмуровкой. Иногда поверхности нагрева выполняют из ребристых чугунных труб, идущих зигзагообразно секциями сверху вниз (фиг. 3).

Поверхности нагрева выполняют из ребристых чугунных труб, идущих зигзагообразно секциями сверху вниз

Для регулирования температуры в вертикальных трубах, проводящих дым вниз, их разбивают на несколько пучков параллельных трубок. В горизонтальном пучке параллельных труб ход газа и температуры неодинаковы, отчего некоторые трубы быстрее прогорают. Чугунные трубы прогорают труднее железных, но они более хрупки, часто лопаются от неравномерного нагрева, и менять их труднее. Железные трубы м. б. меньшего диаметра, и калорифер выходит менее громоздким. Прогорание труб заставляет делать их сменными (например, калорифер жалюзных силосных зерносушилок Государственного банка). В калорифере Стронг-Скотта (фиг. 4) имеется клапан для пуска дыма при растопке, минуя нагреватель, в дымовую трубу, установленную над топкой.

Калорифер Стронг-Скотта

Нагреватель выполнен из вертикальных листов железа, каналы между которыми попеременно служат для движения газов (вертикально) и воздуха (горизонтально), так что каждый лист с одной стороны омывается дымом, а с другой - воздухом. Листы быстро прогорают, как и клапан над топкой, менять же их невозможно, т. к. нагреватель сварен ацетиленом. Избежать прогорания труб можно, возвращая часть отработавших газов из трубы и подмешивая их в смесительной камере между топкой и нагревателем для понижения температуры газов. Прогорание поверхностей нагрева опасно по причине загорания пыли в воздушных коллекторах зерносушилок от занесенной туда искры. Особенно это опасно для деревянных зерносушилок, в виду чего комбинация их с огневыми калориферами нежелательна. Поднятие температуры воздуха в калориферах выше 80° влечет частые случаи прогорания поверхностей нагрева.

Калориферы паровые автоматически дают полную равномерность температуры нагретого воздуха. Изменения давления пара в котле очень мало отражаются на температуре пара, и практически температура воздуха даже при невнимательном обслуживании топки меняется не более чем на 5°. Все зерносушилки, которые должны сохранять качества зерна, обслуживаются за границей паровыми калориферами, которые бывают низкого давления (до 1,5 atm) и высокого (1,5—6 atm). Понижение давления, если питание паром происходит из имеющейся силовой установки, осуществляется редукционными клапанами. Получаемый вследствие редуцирования перегрев пара д. б. рассчитан таким образом, чтобы, вступая в калорифер, пар был насыщенным, т. к. перегретый пар отдает во много раз меньше тепла, а поверхность калорифера рассчитывается на насыщенный пар. Правильный перегрев пара служит средством уменьшить потери тепла в трубопроводе. За калорифером ставят конденсационные горшки. Лучшим является конденсационный горшок Кортинга, имеющий приемный обратный клапан и паровой пусковой, соединенный с трубопроводом свежего пара, открывающийся при опускании поплавка, заполненного водой. Для нагрева воздуха применяют змеевики и пучки труб, радиаторы и колонки, применяемые для парового центрального отопления, но чаще специальные калориферы, отличающиеся компактностью и занимающие мало места, например, трубчатые, цилиндрические, пластинчатые, калорифер Стюртеванта, ромбические (фиг. 5).

Калорифер Стюртеванта

Расчет зерносушилки, состоящий в определении количества тепла, расходуемого аппаратом, количества воздуха и размеров всех частей установки, производится на основании следующих 2 положений. 1) Количество тепла, отдаваемого L+Ldа кг входящего в зерносушилку воздуха в час (в основу обыкновенно кладется часовая производительность аппарата) при охлаждении от температуры вступления th до температуры выхода tn, д. б. достаточным как для нагрева сырого зерна и самой зерносушилки, так и испарения w кг/ч воды, подлежащей удалению. 2) Воздух при выходе должен обладать еще такой температурой tn, при которой он, наряду с паром (Lda кг), заключавшимся в нем до подогрева, мог бы удержать в себе в виде пара выпаренные из зерна w кг воды, не достигая опасной степени насыщения. Основными являются два уравнения:

Zernosushilki 9

и

Zernosushilki 10

Подставляя второе уравнение в первое, получим:

Zernosushilki 11

и

Zernosushilki 12

Здесь L - количество проходящего через зерносушилку сухого воздуха в кг/ч, da - количество пара в кг, приходящегося на 1 кг сухого воздуха до подогрева, dn - влагосодержание отходящего воздуха, Qn - количество тепла, отдаваемое нагретым воздухом, λ = 0,2375 - теплоемкость сухого воздуха и δ = 0,475 - теплоемкость перегретого пара. Член 0,475dа в виду его малой величины м. б. отброшен. В уравнении w известно, dn и th задаются. Остается определить tn и dn, связанные между собой таблицей пара. Расчет ведут в предположении наружной температуры ta = 0°, как средней, и проверяют на ta = —10° и ta = +15°, принимая соответственно относительную влажность ха = 100% и xa = 75%. Количество тепла, полученное для случая ta = —10°, ложится в основание расчета калорифера, а количество воздуха, полученное для случая 15°, для расчета трубопроводов и вентилятора. Для определения w по желаемой производительности сушилки Gf кг/ч, зная начальный % влажности рa и конечный - рn, находят % подлежащей выпариванию воды ре в отношении первоначального веса зерна по уравнению:

Zernosushilki 13

где Gf - первоначальный вес зерна, Gn - вес зерна после сушки, откуда, преобразовывая и имея в виду, что

Zernosushilki 14

имеем:

Zernosushilki 15

Уравнение (1) решают, задавшись влажностью отходящего (отработанного) воздуха; подставляют в него произвольно взятые tn и соответственные им dn из табл. 1. Делают это до тех пор, пока оно не обратится в тождество; полученные при этом tn и dn дают температуру и влагосодержание отходящего воздуха; затем определяют

Zernosushilki 16

Количество тепла, которое должен отдать калорифер, определится из уравнения

Количество тепла, которое должен отдать калорифер

где Q0 потери тепла в трубопроводах от калорифера до сушилки. Температурой воздуха th, поступающего в зерносушилку, и влажностью отходящего из зерносушилки воздуха dn задаются в зависимости от конструкции и системы сушилок.

Колонные сушилки, где сушка основана на пронизывании слоя зерна воздухом, проходящим по естественным пустотам между зернами, работают при th = 70—80°; в этих аппаратах слой зерна, медленно оседающий между двумя ситовыми поверхностями, получает воздух по всей высоте одинаковой температуры, почему в верхних частях сушилки он выходит более холодным и более насыщенным, чем в нижних. Чтобы не наступило насыщение его раньше выхода из слоя зерна, влекущее за собою т. н. запаривание зерна, т. е. конденсацию пара из воздуха на более холодном зерне, ведущее к понижению всхожести и пекарных достоинств, применяют большие количества воздуха (30 м3 на 100 кг зерна); при расчетах эти условия соблюдаются, если влагосодержание отходящего воздуха dn в формуле (1) выбрать, предполагая хn = 30—40%; чем больше xn,тем меньше количество воздуха и длиннее время сушки. При этом опытом установлено, что температура зерна доходит до t = 45—50°, а время сушки колеблется от 1 ч. до 1 ч. 20 м. Колонные зерносушилки бывают 2 классов, по процессу сушки ничем друг от друга не отличающихся, а именно: 1) колонки с отдельными вертикальными слоями зерна и 2) колонки с общим резервуаром для зерна, снабженным системой труб для подвода и отвода воздуха. Первый тип применяется для сушки как сыромолотного, так и мытого зерна на мельницах (фиг. 6).

Zernosushilki 18

К недостаткам этих сушилок относятся: неравномерность сушки, благодаря подводу воздуха в слой зерна по всей высоте с одной стороны, и малая их производительность.

На фиг. 7 показана установка Зекка группы колонок, в которых посредине сушильной камеры введены устройства, состоящие из ряда винтовых поверхностей, которые поворачивают слои зерна, идущие со стороны входа воздуха в сторону выхода и наоборот, чем достигается равномерность сушки.

Установка Зекка

Еще большая равномерность сушки и компактность достигаются многошахтной колонкой, спроектированной автором данной статьи, где горячий воздух на разных высотах подводится с противоположных сторон зерновых шахт. Колонные сушилки обыкновенно снабжаются паровыми калориферами, что удорожает установку, но благодаря наличию клапанов дает равномерность высушивания и полную автоматичность, удешевляющую обслуживание. Во время войны 1914—18 гг. автором была разработана, из-за недостатка железа, конструкция деревянных силосных зерносушилок представленная на фиг. 8.

Конструкция деревянных силосных зерносушилок

Вместо железных сит зерновые шахты ограничены жалюзиобразными поверхностями из деревянных планок, а стенки железобетонных силосов служат футляром. Зерно в жалюзи застаивается, что служит причиной неравномерности сушки; уже после войны жалюзи со стороны входа воздуха заменены сетками. Эти зерносушилки в числе нескольких десятков были выстроены на элеваторах Государственного банка и снабжены огневыми калориферами. Попытка изменить процесс сушки путем повышения температуры воздуха до 140° сопровождалась перегоранием поверхностей нагрева калориферов (чего не наблюдалось при нормальном процессе), занесением искр и пожарами в колонках. В зерносушилке системы Гесса (США) с зигзагообразными шахтами для зерна, образованными наклонными полками, способствующими перемешиванию зерна, воздух, прошедший камеру охлаждения зерна, вентилятором нагнетается через калорифер системы Стюртеванта в нагревательную камеру, чем достигается уменьшение необходимого его количества. Попытки повысить температуру нагрева воздуха влекут за собой случаи загорания пыли на нагревательных поверхностях калорифера, так как высушенная пыль (оболочки) имеет температуру воспламенения, равную 110—120°. На фиг. 9 показана цилиндрическая зерносушилка Эврика завода S. Howes Со., в которой внутренний цилиндр сделан из листов перфорированного железа, а снаружи - из набора конусов, образующих жалюзиобразную поверхность.

Цилиндрическая зерносушилка Эврика завода S. Howes Со.

Воздух нагнетается через кольцевой канал снаружи колонки, распределяется внутри и выходит опять сквозь слой зерна по всей высоте. Этим стремились достигнуть равномерности сушки. При конструировании цилиндрической зерносушилки надо иметь в виду, что при движении воздуха изнутри наружу он встречает все большие сечения зерна, так что неравномерность сушки больше, чем в плоских слоях. Наиболее правильным является движение воздуха снаружи внутрь. Разновидностью колонных зерносушилок, в отношении процесса сушки, является зерносушилка завода Аккерман, состоящая из огневого калорифера, помещенного внизу железного шкафа, в верхней части которого устроены ларек и зигзагообразные шахты для зерна. Воздух проходит сквозь зерно под действием вентилятора и тяги выводящей трубы, внутри которой проходит дымовая. Сушка очень неравномерна, калорифер мал, температура дыма около 400°, количество воздуха мало, почему часты случаи запаривания и капели внутри сушилки на наружном кожухе, влекущие за собой частичное подмачивание уже высушенного зерна. Желание облегчить аппарат (переносный) повело к уменьшению всех частей его и к необходимости, в виду малого количества воздуха, поднятия его температуры. Температура подогрева воздуха th = 120—140°, зерно нагревается до 65—75°, время сушки 30—45 мин., с чем связано постоянное понижение % всхожести зерна и пекарных его качеств. Охлаждающая зерно камера отсутствует, после сушки необходимо производить охлаждение перелопачиванием вручную. На фиг. 10 показана переносная разборная сушилка, снабженная охлаждающей камерой и работающая нормальным процессом.

Переносная разборная сушилка

Во избежание пожаров внутренние поверхности деревянных воздушных камер обиты асбестом и сверху листовым железом.

3ерносушилки второго типа строятся в виде шкафа из трех отделений; в среднем находится зерно, причем это отделение прорезано несколькими горизонтальными рядами крышеобразных труб, через ряд одним концом попеременно соединяющихся с правым или левым отделением. Если в правое нагнетать воздух, то он может попасть в левое, лишь пройдя соответственные ряды трубок, соединенных с правым, толщу зерна и ряды трубок, соединенных с левым отделением. Здесь воздух разделяется на множество мелких потоков, идущих или по направлению или против движения зерна, равномерно распределяясь по всему объему шахты. Типичная зерносушилка Рандольфа (фиг. 11 - общая схема установки); шахта сделана из отдельных штампованных квадратных листов 1,5-мм оцинкованного железа с отогнутыми в виде фланцев краями, соединенных на болтах, или из продолговатых листов, соединенных фальцами.

Зерносушилка Рандольфа

Трубы присоединяются на болтах. Внизу имеется воронка с ворошилкой и выпускной задвижкой, а наверху ларек для зерна. Две трети колонки служат для прогревания, а нижняя треть для охлаждения. В многошахтной зерносушилке системы Эллиса воздух, разбиваясь на много струй в трубах, образованных соответственно согнутыми листами железа и соединенных попеременно то с одной, то с другой наружной стенкой шахты, проходит по направлению движения зерна. 3ерносушилка Эллиса отличается особенной неравномерностью высушивания вследствие неравномерной плотности потока воздуха в толще шахты. Переносная зерносушилка Успех, - без охлаждения, работает при th = 140—160°; сушит плохо, запаривает и поджаривает зерно, всхожесть и пекарные достоинства понижаются.

Цилиндрические зерносушилки принадлежат к классу т. н. всесушилок, применяющихся для высушивания дешевых и очень влажных продуктов: картофельных и свекловичных обрезков, жома и др.; зерносушилки этих систем сушат обыкновенно газами. Большое содержание влаги позволяет применять газы с высокой начальной температурой (до 1000°). Для зерна температуру газов понижают до 150—200° путем подмешивания наружного воздуха. Расчет количества подмешиваемого воздуха ведется по формулам:

Расчет количества подмешиваемого воздуха

где a - число кг воздуха, подмешиваемого к 1 кг сухих газов в смеси, чтобы температуру газов tg довести до температуры смеси tz. В этих формулах te - температура внешнего воздуха, се, сg, cz - теплосодержание, a de, dg и dz - влагосодержание 1 кг сухого воздуха во внешнем воздухе, в газах и в смеси. Барабан (фиг. 12), медленно вращающийся на роликах, снабжен внутри системой лопаток, пересыпающих сушимый продукт и двигающих его вдоль барабана.

Zernosushilki 25

Смесь газов и воздуха проходит над материалом, охватывая со всех сторон ту его часть, которая находится в состоянии падения; соприкосновение сушимой и сушащей сред совершается периодически в течение недолгих промежутков времени, вследствие чего прогревание замедляется. Во избежание сильного пересушивания зерна, при действии на подсушенный материал высокой температуры, газы всегда направляются согласным потоком с направлением движения зерна. Время сушки 20—40 минут, насыщение паром отходящих газов 0,6—0,8. Типы лопаток для перегребания даны на фиг. 13_а и 13_б.

Типы лопаток для перегребания зерна

Типы лопаток для перегребания зерна

Обычно весь объем барабана продольными перегородками разбит на узкие каналы, где происходит пересыпание зерна. Объем барабана берут из расчета, что 0,2 его объема заполнено зерном. Из специально зерновых цилиндрических зерносушилок представляет интерес зерносушилка системы Freund & Со. (фиг. 14) для ячменя на пивоваренных заводах, состоящая из вращающегося барабана с подводящими воздух трубами у наружных стенок и отводящей трубой в центре.

Зерносушилка системы Freund & Со

Время сушки 5 ч., температура воздуха 32—40°, цилиндр весь заполнен зерном; после сушки всхожесть зерна повышается.

К специально дымовым относится зерносушилка системы Растригина, чрезвычайно распространенная в СССР (фиг. 15).

Зерносушилка системы Растригина

Горизонтальное сито под куполообразным колпаком, в который попадает дым из топки, имеет вертикальный вал с гребками на розетке. Зерно через ларек, по движущемуся вместе с розеткой рукаву, попадает на периферию сита, гребками по спирали подвигается к центру и выбрасывается наружу. Газы просасываются вентилятором и уходят в дымовую трубу, температура дыма, поступающего под купол, 250—300°. Время сушки 7—15 мин. Падения всхожести и подгорания зерен не происходит лишь при просушке на 1,0%, при большей - потеря всхожести может доходить до 60%. Часты случаи загорания пыли под куполом от занесенной из топки искры. Кроме того, здесь, как и в других зерносушилках, работающих при очень высокой начальной температуре смеси, при низкой влажности наружного воздуха наблюдается «закал» зерна, т. е. быстрое пересушивание оболочек в самом начале сушки, отчего зародыш погибает, а оболочки перестают пропускать влагу из внутренних частей зерна. При размоле такого зерна вальцы замазываются мокрым крахмалом, отчего падает их производительность.

Количество тепла Q, потребное для высушивания Р кг зерна до определенной влажности, слагается из следующих частей: Q1 - расход тепла на парообразование удаляемой из зерна воды, Q2 - на нагревание абсолютно сухого вещества зерна с его первоначальной температуры t1 до конечной t, Q3 - на нагревание оставшейся после сушки в зерне воды с t1 до t, Q4 - на нагревание воздуха для сушки с t1 до t, Q5 - на нагревание паров воды в этом воздухе с t1 до t. Обозначим: Р - вес в кг подлежащего сушке зерна, V - объем в м3 воздуха, потребный для просушки Р кг, р - первоначальную влажность зерна в %, р0 - влажность просушенного зерна в %, t1 - начальную температуру зерна и воздуха, t - конечную, с - теплоемкость зерна, с1 - теплоемкость воздуха, с2 - теплоемкость паров воды, d - вес 1 м3 воздуха при t, d1 - вес паров воды в 1 м3 воздуха при t. Получим:

Zernosushilki 29

Подставляя в Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 вычисленные значения для Q1, …, Q5, получим потребный расход тепла. Эмпирически для каждой конструкции сушилки определяются потери тепла через лучеиспускание и утечки воздуха в воздухопроводах и самой сушилке. Полный расход тепла Qn = ϰQ, где ϰ = 1,2—1,5, в зависимости от конструкции сушилки и тщательности ее монтажа.

Усовершенствования в сушилках направлены к повышению КПД всей тепловой установки, который редко превышает 0,5. Причиной являются большие потери тепла, уносимого из сушилки отработанной смесью воздуха и пара, и тепло, уносимое нагретым зерном, лишь в небольшой части утилизируемое для целей сушки. Одним из способов поднятия теплового КПД зерносушилок служит многократная работа одной и той же порции воздуха, совершающего круговой цикл: нагревание - сушка. Сушка ведется при наивысшей допустимой температуре; количество воздуха, циркулирующего в круговом процессе, рассчитывается в зависимости от желаемого понижения температуры воздуха (обыкновенно 8—10°) во время прохода сквозь сушилку:

Zernosushilki 30

где Q - тепло, необходимое для высушивания зерна, Сh и Сn - теплосодержание 1 кг воздуха до и после сушки, L - количество необходимого для сушки воздуха в кг. Каждый час из этой системы выводится во внешнюю атмосферу количество сухого воздуха L1, заключающее в себе da·L1 + w кг пара, и столько же вводится свежего снаружи:

Zernosushilki 31

На фиг. 16 показана сушилка завода Гумбольдт; зерно оседает в шахте между 2 цилиндрами, воздух нагревается змеевиками с паром.

Сушилка завода Гумбольдт

Наличием внутреннего направляющего цилиндра достигается более высокая температура воздуха, входящего в зерно снизу, а, следовательно, и постепенное прогревание зерна. Вентилятор выбрасывает часть насыщенного паром воздуха L1 в атмосферу, а равное количество свежего воздуха засасывается в зерносушилку через окно в камере, имеющейся за вентилятором. Преимущества: 1) воздух выходит в атмосферу при сравнительно более высокой температуре, его количество многим меньше, чем в предыдущих сушилках, и потери меньше; 2) сушка ускоряется благодаря более высокой температуре воздуха и большей скорости прохождения между зернами. Второй способ состоит в многократном пропуске сквозь сушимое зерно одного и того же количества воздуха, с промежуточным подогреванием его каждый раз до более высокой температуры, способствующим постепенному прогреванию зерна, сохраняющим всхожесть и пекарные качества и допускающим применение более высоких температур сушки. В сушилке В. Колычева воздух 4 раза проходит сквозь зерно, каждый раз нагреваясь паровыми трубами. Охлаждение - также постепенное, воздухом, идущим навстречу.

В середине оба потока при 50° отсасываются эксгаустером. КПД равен 0,70—0,75.

Совсем особо стоит вакуум-сушилка Э. Пассбурга, где зерно сушится в вакууме, создаваемом действием конденсатора и воздушного насоса, между двумя барабанами, из которых внутренний вращается и лопатками перегребает зерно; оба они отапливаются паром. Теоретически, пока в зерне есть влага, которая при данном вакууме кипит при 45°, температура зерна не может подняться выше, и все качества зерна должны сохраняться. На практике испарение идет столь интенсивно (в течение 40 мин. усушка составляет 10%), что разрываются клеточки зародыша, а в массе зерна попадаются поджаренные зерна. Устройство сушилки сложно и дорого, обслуживание чрезвычайно трудное. Гофман заметил, что соприкосновение зерна во время сушки с гигроскопическими материалами (дерево, обожженная глина и пр.) ускоряет и удешевляет сушку, ибо эти материалы как бы насасывают из зерна влагу и отдают ее проходящему воздуху, отчего как бы увеличивается поверхность испарения. Его сушилка (фиг. 17) состоит из шкафа с полками из обожженной глины, на которых лежит зерно, периодически сбрасываемое гребками на нижележащие полки.

Зерносушилка

Под каждой полкой имеются паровые трубы; воздух поступает снизу, многократно нагревается последними, обтекает полки и зерно и удаляется вверх в вытяжную трубу.

Вентиляция зерносушилки рассчитывается по часовым объемам необходимого для сушки воздуха. Трубопроводы рассчитываются на скорость 10—16 м/сек, а необходимый напор вентиляторов - на основании данных Ритшеля или Блеза. Единственное затруднение представляет определение напора, необходимого для преодоления сопротивления слоя зерна. По наблюдениям автора, при толщине слоя зерна 100 мм и скорости движения воздуха 0,225 м/сек, считая, что площадь, предоставляемая зерном проходу воздуха, равна 0,5 площади всей зерновой стенки, пронизываемой воздухом, падение напора, считая и сопротивления от входа и выхода струй и прохода сквозь ситяные поверхности, равно 40 мм водяного столба. Приняв, что напор пропорционален толщине слоя и квадрату скорости, получим:

Zernosushilki 34

где l - толщина слоя зерна в м, a v - скорость воздуха в м/сек.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 8 - 1929 г.