Опыт сушки семян подсолнечника в Казахстане (Журавлёв, Комышник, Хасанова) 1991 год

ВВЕДЕНИЕ

      В мире постоянно увеличивается потребление растительных масел, а жиров животного происхождения уменьшается. По данным ФАО за последние 10 лет среднегодовое производство подсолнечника увеличилось на 50%, а доля растительных масел в общем объеме потребляемых населением жиров и масел составила более 77%.

      В связи с ростом производства семян подсолнечника, а также все возрастающей значимостью их в народном хозяйстве решающее значение приобретает незамедлительная послеуборочная обработка семян подсолнечника без ухудшения их качества. В комплексе мероприятий по подготовке зерна к хранению и переработке основная роль принадлежит сушке.

      Особое значение имеет сушка семян подсолнечника в Казахстане, где значительный удельный вес семян заготавливается с высокой влажностью и засоренностью. На хлебоприемные предприятия в сжатые сроки поступают большие массы сырых и влажных семян подсолнечника, которые нуждаются в немедленной очистке и сушке, так как развитие самосогревания и ухудшение качества в семенах подсолнечника протекает значительно быстрее, чем в зерновых культурах.

      Несмотря на то что семена подсолнечника имеют ряд существенных особенностей как объект сушки и резко отличаются по анатомическому строению, физико-механическим свойствам и химическому составу от зерновых культур, на хлебоприемных предприятиях для сушки этой культуры используются сушилки, -предназначенные для зерновых культур. Многолетний опыт сушки семян подсолнечника в этих сушилках показал, что они имеют ряд существенных недостатков.

      За последние годы Казахским филиалом ВНИИЗ проведен большой объем работ по совершенствованию процесса сушки семян подсолнечника на хлебоприемных предприятиях Казахстана. В результате стало возможным повысить производительность зерносушилок, улучшить качество сушки, снизить затраты топлива и электроэнергии и в конечном итоге снять проблему сушки семян подсолнечника.

      СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

      Семена подсолнечника как объект сушки имеют ряд особенностей, которые необходимо учитывать в используемых зерносушилках. Эти особенности обусловлены анатомическим строением, физико-механическими свойствами и химическим составом семян подсолнечника.

      Главной особенностью семян подсолнечника является то, что в них запасные вещества откладываются не в виде крахмала, как в зерновых культурах, а в виде масла. Высокое содержание масла в семенах (до 55%) обуславливает во время сушки повышенную пожароопасность.

      Важным физико-механическим свойством подсолнечника как объекта сушки является сыпучесть, характеризующаяся углом естественного откоса, который в зависимости от влажности и засоренности составляет от 27 до 45° Однако при высокой влажности и засоренности, а также при самосогревании семема подсолнечника могут полностью потерять сыпучесть, что существенно осложняет их транспортирование, очистку и сушку.

      Трудности обработки семян подсолнечника связаны также с физическими особенностями этой культуры. Так, насыпная плотность семян подсолнечника, поступающего на хлебоприемные предприятия, в зависимости от влажности и засоренности колеблется в пределах 325 — 440 кг/м3, что вдвое меньше, чем зерновых культур, поэтому и вдвое меньше масса семян в сушилке.

      Скорость витания семян подсолнечника (3,2 — 8,9 м/с) значительно ниже скорости витания зерновых культур, поэтому во избежание выноса полноценных семян из коробов шахт и камеры нагрева сушилки скорость агента сушки и атмосферного воздуха должна быть ниже, чем при сушке зерновых культур.

      Сравнительно шероховатая поверхность семянок подсолнечника, их форма обуславливают большую скважистость (60 — 80%), что оказывает меньшее сопротивление прохождению агента сушки в сушилках, и семена сушатся быстрее, чем другие зерновые культуры.

      Таким образом, высокая масличность и скважистость, низкие насыпная плотность, скорость витания, сыпучесть предъявляют особые требования к способу сушки, конструкции сушильных устройств и режимам сушки подсолнечника.

      Основным недостатком в работе зерносушилок применительно к сушке семян подсолнечника является повышенная пожароопасность.

      Инструкцией по сушке продовольственного, кормового зерна, маслосемян и эксплуатации зерносушилок № 9-3-82 предусмотрены следующие режимы сушки семян подсолнечника в рециркуляционных зерносушилках: при сушке семян подсолнечника влажностью до 15% температура агента сушки 250аС, до 20°С — 220 С, свыше 20° С — 200° С.

      Практика сушки семян подсолнечника в рециркуляционных зерносушилках показала, что применение указанных режимов сушки приводит к загораниям зерносушилки. .Источником пожара является масличная пыль — продукт трения семян друг о друга. Эта пыль оседает на конструкциях камеры нагрева (стенки, тормозящие.элементы, отводящие воздуховоды, циклоны) При длительном воздействии агента сушки пыль начинает дымить и тлеть. Тлеющая пыль может с семенной массой уноситься в тепловлагообмешшк и далее в шахты охлаждения, где под воздействием атмосферного воздуха воспламеняет семена подсолнечника. В другом случае тлеющая масличная пыль из камеры нагрева может уноситься вентилятором камеры нагрева в бункер отходов, тогда загораются отходы.

      Работами, проведенными в Казахском филиале ВНИИЗ по обобщению производственного опыта сушки семян подсолнечника в агрегатах типа «Целинная», установлено, что на практике применяются сравнительно мягкие температурные режимы сушки, значительно отличающиеся от инструктивных. Так, температура агента сушки на входе в камеру нагрева колеблется в пределах 180 — 200°Г при этих температурах агента сушки семена Нагреваются в тепло-влагообмеинике только лишь до 40 — 45° С. Это приводит к резкому снижению производительности сушилок, ухудшению качества масла. Таким образом, повышенная пожароопасность — основная причина недостаточного использования зерносушилок типа «Цели и.-пая» применительно к сушке семян подсолнечника.

      Исследования показали, что температура воспламенения масличной пыли 205°, а Самовоспламенения — 425°С. Следовательно;, можно применять достаточно высокую температуру агента сушки, при этом не произойдет самовоспламенения. Воспламенение может произойти при температуре агента сушки 205°С и выше в том случае, если в камеру нагрева с накопившейся на конструкциях масличной пылью попадает искра. Особенно возрастает опасность загорания при несоблюдении правил эксплуатации зерносушилок, если семена поступают в камеру нагрева не по всему поперечному сечению, а по какой-то его части. В результате та,м, где семена отсутствуют, агент сушки не отдает своего тепла семенам и пронизывает камеру снизу доверху, воспламеняя пыль.

      Основным недостатком в работе шахтных зерносушилок является невозможность просушивания высоковлажных семян подсолнечника за одни пропуск через зерносушилку. Высоковлажные семена в этих агрегатах подвергаются двух-, а иногда и трехкратной сушке, при этом нарушается поточность обработки, что значительно затрудняет работу с вновь поступающими семенами. Кроме того, высоковлажные семена с большим содержанием сорной и масличной примесей засоряют шахты с образованием застойных зон, что приводит к загоранию зерносушилки. Поэтому на практике зерносушилку через каждые 1 — 2 сут останавливают, выпускают из нее 2-90

      семена и тщательно очищают шахты. Все это снижает производительность шахтных сушилок в 2 раза и более.

      Таким образом, причинами загорания семян подсолнечника при сушке являются в первую очередь конструктивные недостатки зерносушилок.

      Ниже приводятся конструкции отдельных узлов зерносушилок, разработанные Казахским филиалом ВНИИЗ.

      Бункер над камерой нагрева с загрузочным устройством предназначен для равномерного распределения семян по всему сечению :камеры нагрева. К нему предъявляются следующие требования: поддержание заданного уровня семян в бункере при изменении производительности рециркуляционной нории, обеспечение равномерной загрузки камеры нагрева по ее поперечному сечению, предотвращение подсоса атмосферного воздуха в камере нагрева, обеспечение очистки семян от крупных примесей и инородных предметов.

      Применяемая на практике конструкция бункера не полностью отвечает поставленным требованиям. Так, по техническим условиям бункер должен быть заполнен семенами на высоту не менее 300 мм. В этом случае слой материала препятствует подсосу атмосферного воздуха, а семена равномерно поступают в камеру нагрева. Регулировку уровня проводят вручную, поэтому она полностью зависит от квалификации зерносушилыцика.

      При увеличении производительности рециркуляционной нории уровень семян в бункере поддерживается на необходимой отметке благодаря двум сливным трубам. При снижении производительности рециркуляционной нории для поддержания нужного уровня семян необходима ручная регулировка. Кроме того, сечение выпускных воронок бункера в процессе работы постепенно уменьшается в результате накопления отдельных примесей, поэтому периодически необходимо полностью открывать отверстия воронок и снова регулировать уровень семян в бункере.

      Другим недостатком существующей конструкции бункера является постепенное накопление крупных примесей и инородных предметов на решетке.

      Все описанные недостатки конструкции бункера над камерой нагрева можно обобщить в следующие группы: невозможность гарантированного поддержания уровня семян при снижении производительности рециркуляционной нории, отсутствие механизированного вывода крупных примесей и инородных предметов из бункера, засорение выпускных воронок бункера.

      Казахским филиалом ВНИИЗ предложена конструкция бункера над камерой нагрева, в которой устранены некоторые из пере-ч и ел е и и ых недостатков.

      На всех рециркуляционных зерносушилках применяется бункер над камерой нагрева с бесприводным загрузочным устройством, которое имеет задвижки центрального открытия (4 — 8 шт.) с общим винтовым приводом для изменения степени их открытия. Бесятриводкое загрузочное устройство является несовершенным узлом, так как для .проведения регулировок необходимо подниматься на

      высоту более 20 — 30 м. Чтобы этого не делать, зерносушильщик полностью открывает задвижки, в результате семена поступают в камеру нагрева только через одну-две воронки, т. в большей част сечения камеры нагрева семена отсутствуют и агент сушки проходит снизу вверх по всей высоте камеры, не отдавая своего тепла семенам подсолнечника и воспламеняя осевшую на стенках масличную пыль. В результате низкая производительность сушилки.

      Казахским филиалом ВНИИЗ предложено новое загрузочное устройство (рис. 1), которое состоит из корпуса 1 прямоугольного сечения, рамы 2 с конусами 3, рычага 6, гибкой подвески (цепи) 4. В верхнюю часть загрузочного устройства входят четыре воронки 7 бункера над камерой нагрева. Рама с конусами смонтирована под выпускными отверстиями бункеров. Выпуск зерна регулируется изменением сечения выпускных отверстий бункера над камерой нагрева путем подъема или опускания конусов загрузочного устройства. Подъем и опускание рамы с конусами осуществляется при помощи рычага 6, жестко связанного с сектором 5, который одним концом соединен с рамой, а к другому его концу смонтирована гибкая подвеска. При повороте рычага вверх рама опускается вниз, увеличивая сечение выпускных отверстий бункера над камерой нагрева. При этом уровень зерна в бункере опускается. И наоборот, при повороте рычага вниз рама поднимается вверх, в результате сечение выпускных отверстий бункера над камерой нагрева уменьшается, а уровень зерна в бункере поднимается.

      Привод рычага может быть установлен на земле.

      Для визуального наблюдения за уровнем семян в бункере предусмотрено смотровое окно размером 600X150 мм из органического стекла.

      Камера нагрева предназначена для нагрева семян и тщательного их перемешивания. К камерам нагрева предъявляются следующие требования: обеспечение равномерного рассеивания семян по всему сечению камеры с многократным изменением направления движения каждой семянки и агента сушки, обеспечение необходимого теплообмена между агентом сушки и семенами при минимальной высоте камеры, обеспечение тщательного перемешивания смеси сырых и. рециркулирующих (сухих) семян, обеспечение пожаробезопасности.

      Камера нагрева в пожарном отношении является несовершенным узлом рециркуляционной зерносушилки. На ее стенах, тормозящих элементах, отводящем патрубке оседает масличная пыль, которая при длительном воздействии агента сушки загорается, затем потоком семян сбивается в тенловлагообменник или выносится отработанным агентом сушки в циклоны.

      Для сушки семян подсолнечника конструкция камеры нагрева должна быть такой, чтобы в пей при любых условиях не могла накапливаться масличная пыль. Такая камера была создана в Казахском филиале ВНИИЗ (рис. 2).

      Особенностью камеры является то, что стенки ее размещены не вертикально, а наклонно, т. е. сечение камеры переменное. При та-

      кой конструкции стенки камеры постоянно очищаются потоком семян, которые тонким слоем скатываются по ним. Камера нагрева состоит из металлического корпуса 2 с двойными стенками, пространство между которыми заполнено теплоизоляционным материалом! Внутри корпуса на решетке 1 крепятся тормозящие элементы.? (подвески с конусами).

      Корпус состоит из трех секций. Первая секция 7 предназначена для отвода агента сушки по патрубку 8 из камеры нагрева, вторая секция — рабочая, третья 4 — служит для подвода агента сушки по патрубку 5 в камеру нагрева.

      В качестве тормозящих элементов использованы подвески, на которые нанизаны элементы в виде двух совмещенных основаниями конусов (рис. 3). Диаметр основания конусов 180, 220 и 290 мм. В камере нагрева размещено три типа подвесок, которые отличаются один от другого длиной верхнего стержня: у первого типа его длина 156 мм, у второго — 276 мм, у третьего типа — 396 мм. Все подвески крепятся к раме в определенной последовательности (рис. 4).

      Ряд подвесок (№ 1 — 30) набран из подвесок II типа и отличается один от другого количеством элементов в подвесках. Так, подвески № 1 — 21 набраны из одного элемента 0 220 мм и одного элемента 0 180 мм, подвеска № 22 — из двух элементов 0 220 мм, а подвески № 23 — 30 набраны из семи элементов 0 220 мм.

      Ряд подвесок (№ 31 — 40) набран из подвесок I типа. Подвеска № 31 набрана из одного элемента 0 290 мм и одного элемента 0 180 мм. Подвеска № 36 — из трех элементов 0 290 мм. Подвески № 32 — 35, 37 — 40 состоят из семи элементов 0 290 мм.

      Ряд подвесок (№ 41 — 50) набран из подвесок III типа. Подвеска № 50 набрана из одного элемента 0 290 мм и одного элемента 0 180 мм, подвеска № 45 — из двух элементов 0 290 мм, подвески № 41; — 44, 46 — 49 состоят из семи элементов 0 290 мм.

      Теплрвлагообменник предназначен для выравнивания температуры. между семенами подсолнечника и перераспределения влаги между сырыми и рециркулирующими (сухими) семенами подсолнечника. К конструкции тепловлагообменника предъявляются следующие, требования: вместимость тепловлагообменника должна равняться часовой производительности зерносушилки; уровень семян в т.епловлагообменнике должен поддерживаться при .прямоточной схеме («Целииная-50( «Целинная-30», РД-2Х25-70 и др.) на расстоянии 500 — 600 мм от основания камеры нагрева и соответствовать датчику максимального уровня.

      Тепловлагообменник существующих рециркуляционных зерносушилок является несовершенным узлом, так как не отвечает второму требованию.

      При переполнении тепловлагообменника, и особенно когда семена подсолнечника лежат в плотном слое в камере нагрева, пожар неизбежен. При снижении уровня семян наблюдается следующая картина. Тлеющая масличная пыль, сбитая потоком семян из камеры нагрева, попадает в тепловлагообменник. Если уровень семян в тепловлагообменнике номинальный (не менее 2/3 высоты 6)  тепловлагообменника), то тлеющая пыль будет потушена самими семенами, ибо время пребывания этой пыли во влажных семенах (в период тепловлагообмена) будет достаточным для самопогашения. При понижении уровня семян тлеющая масличная пыль успевает потухнуть и, попав в шахту сушилки, раздувается потоком воздуха и загорается вместе с семенами.

      Для устранения перечисленных недостатков применяют двухконтурную схему охлаждения семян, которая позволяет автоматически поддерживать заданный уровень семян в тепловлагообмепнике, регулировать производительность путем изменения поступления в сушилку сырых семян и улучшить охлаждение семян после сушки.

      Двухконтурная схема охлаждения зерна способствует снижению пожароопасности рециркуляционных зерносушилок, особенно при сушке семян подсолнечника.

      Для перевода сушилки на двухконтурную схему необходимо провести следующую реконструкцию (рис. 5).

      Тепловлагообменник 4 разделяют металлической перегородкой 5 на две части так, чтобы семена после камеры нагрева 1 попали з рециркуляционную шахту 2. В перегородке вырезают 3 — 4 отверстия для перелива семян из первой части тепловлагообменника во вторую, расположенную над шахтой окончательного охлаждения 3. Отверстия вырезают на такой высоте, чтобы при превышении уровня семян в первой части тепловлагообменника семена могли пересыпаться через них во вторую часть.

      У головки нории для сухих семян монтируется переливной трубок (узел А на рис. 5). Самотечная труба 1 (рис. 6) разветвляется на три распределительные трубы 4, которые вводятся тепловлагообменник 5 ближе к перегородке 7 Глубину ввода распределительных труб во вторую часть тепловлагообменника (И) определяют с таким расчетом, чтобы они располагались ниже от верстий в перегородке. При этом должна быть решена главная задача: обеспечен перелив семян из первой (I) части тепловлагооб-мепника во вторую (II). Этот уровень будет автоматически поддерживаться, так как семена направляются по самотечной трубе во вторую часть тепловлагообменника до тех пор, пока— их уровень достигнет основания распределительных труб. После чего семена, заполнив сами распределительные трубы, будут по самотеку 3 направляться на хранение. При этом на храпение поступит столько просушенных семян, сколько будет подано в зерносушилку сырых, В этом случае нория для сухих семян работает с постоянной нагрузкой, значительно превышающей производительность сушилки.

      Конструкция переливного патрубка может быть различной, зависимости от конкретных условий привязки. Два варианта переливного патрубка показаны на рис. 7: по схеме а сухие семена направляются по самотечной трубе 1 в тепловлагообменник, а по трубе 3 — в склад; по схеме б в тепловлагообменник семена пойдут по наклонной трубе /, а в склад — по вертикальной трубе 3 (на .рис. 7 позиции 2 и 4 — порожки). Для изготовления переливного патрубка можно использовать ввод СВО-14.

      Использование двухконтурной схемы охлаждения зерна позволяет:

      исключить загорание семян в сушилке, так как невозможно переполнение тепловлагообменника семенами;

      значительно упростить эксплуатацию рециркуляционной зерносушилки, так как ее производительность автоматически изменяется при изменении подачи сырых семян подсолнечника;

      лучше охладить просушенные семена в результате повторного пропуска некоторой их части через шахту окончательного охлаждения, так как производительность норий для сухих семян значительно больше производительности сушилки.

      Топка является основным источником возникновения пожара на сушилке. Масличная пыль может загораться от искры, попавшей в камеру нагрева из топки. Искры образуются при попадании мелких примесей вместе с воздухом в топку, где они загораются и выносятся в зерносушилку с агентом сушки. Поэтому наружные отверстия воздушных каналов необходимо защитить металлотканой сеткой (размер отверстий 1,4 — 2,0 мм) Для предотвращения попадания искр с агентом сушки в камеру нагрева на воздуховоде подвода агента сушки необходимо смонтировать искрогаситель (рис. 8).

      Искрогаситель представляет собой каркас из уголка 25X25 мм, две параллельные стенки которого обтянуты металлической сеткой с ячейками от 1X1 мм до 2X2 мм.

      МОДЕРНИЗАЦИЯ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ЗЕРНОСУШИЛОК

      Модернизация зерносушилки «Целинная-30». Ранее рассмотренные конструктивные изменения зерносушилок типа «Целинная» применительно к сушке семян подсолнечника внедрены в зерносушилке «Целинная-30» на Левобережном элеваторе Восточно-Казахстанской области. Технологическая схема сушки семян подсолнечника с использованием зерносушилки «Целинная-30» показана на рис. 9. В этой зерносушилке применена двухконтурная схема охлаждения, в воздуховоде агента сушки установлен искрогаситель.

      В табл. 1 приведены данные по сушке семян подсолнечник» влажностью до 29,9%. Температура агента сушки на входе в камеру нагрева поддерживалась в пределах 300+10° С, при этом температура отработавшего агента сушки изменялась от 76 до 80° С.

      Температура семян подсолнечника после сушки составила в среднем 14° С при средней температуре атмосферного воздуха 7° С, т. е. температура семян после сушки превышала температуру наружного воздуха в среднем на 7° С, что значительно лучше, чем предусматривается инструкцией (10° С) Температура семян на выходе из шахты промежуточного охлаждения была в пределах 48 — 52° С, т. е. на 8 — 1 2°С ниже температуры семян в тепло влаго-обменнике.

      Таблица 1

      Результаты сушки семян подсолнечника в зерносушилке «Целинная-30»

      Анализ данных по изменению качественных показателей семян подсолнечника показал эффективность одновременной сушки в рециркуляционной зерносушилке партии семян подсолнечника различной начальной влажности без ухудшения качества. Влажность отдельных партий семян подсолнечника до сушки была высокой (29,9%), а после сушки снизилась до 7%.

      Высокотемпературная сушка подсолнечника в рециркуляционной зерносушилке способствовала улучшению качества масла. Так, во всех опытах кислотное число масла снизилось на 0,12 — 0,23 мг

      кон.

      На рециркуляционной сушилке происходила также очистка семян подсолнечника от легкой органической примеси. Эффективность очистки составила 53 — 64%. Масличная примесь существенно не изменилась.

      При таких режимах сушки было просушено около 6000 т семян подсолнечника, при этом не наблюдалось ни одного случая загорания семян в сушилке или отходов в бункере.

      Высокотемпературная сушка семян подсолнечника в зерносушилке «Целинная-30» позволила увеличить производительность сушилки до 46,5 план, т/ч по сравнению с 28 план, т/ч до проведения реконструкции. Были снижены удельные затраты топлива и электроэнергии соответственно на 1,2 кг условного топлива и 0,4 кВт-ч на 1 план. т.

      При таких режимах сушки можно сушить семена подсолнечника без ухудшения их качества, а проведенная реконструкция сушилки способствует высокопроизводительной, бесперебойной и пожаробезопасной сушке подсолнечника по прогрессивной технологии.

      Модернизация зерносушилки РД-2 X 25-70. Рециркуляционная зерносушилка РД-2Х25-70 внедрена на многих предприятиях системы хлебопродуктов. Практика использования этих зерносушилок выявила ряд недостатков: высокие удельные расходы топлива и электроэнергии, низкая производительность, большая пожароопасность. Основными несовершенными узлами зерносушилки РД-2Х25-70, применение которых отрицательно влияет ня технико-экономические показатели, являются камера нагрева и топка, а также несовершенство технологической схемы.

      Применение камеры нагрева с тормозящими элементами в виде подвесок с шарами не обеспечивает нагрева семян до режимных значений. Тормозящие элементы в виде шаров не позволяют задержать семена в камере нагрева и увеличить время их пребывания в ней. Кроме того, до 20-% семян вообще не встречает на своем пути ни одного тормозящего элемента. Отсюда низкая температура нагрева семян. Недогрев семян достигает 10 — 15° С, а как известно из практики, недогрев семян на 1° С снижает производительность сушилки на 3%. Таким образом, при недогреве семян во время ушки производительность сушилки может снизиться на 30 — 45%.

      Неудачным техническим решением в этой зерносушилке является также совмещение осадочной камеры с отводом агента сушки

      из камеры нагрева. По этой причине зерносушилка РД-2Х25-70 является самой пожароопасной из всех рециркуляционных зерносушилок. Достаточно уменьшить подачу семян в камеру нагрева, а в худшем случае прекратить ее, как температура агента сушки на выходе из камеры нагрева станет достаточно высокой, чтобы воспламенить в осадочной камере легкие относы, осевшие па стенках. Поэтому в зерносушилке РД-2Х25-70 нельзя сушить семена подсолнечника. Несовершенство технологической схемы заключается в том, что в зерносушилке без модернизации невозможно применить квазиизотермический режим сушки, т. е. подачу агента сушки в рециркуляционную шахту (в зону промежуточного охлаждения). Применение квазиизотермического режима сушки повышает производительность сушилки на 25%.

      Несовершенным узлом является и тепловлагообменник, в котором нельзя автоматически поддерживать заданный уровень. В результате при переполнении тепловлагообменник неизбежно загорание зерносушилки, а при опорожнении — снижение производительности.