Применение СВЧ при рециркуляционной сушке зерна

Сушка зерна является дорогостоящим процессом связанным со значительными затратами топлива и электроэнергии. Современные зерносушилки используют инновационные технологии по экономии удельных затрат ресурсов. Использование новейших энергосберегающих двигателей, высокоэффективных горелок, цифровых систем контроля и управления, применение изотермической схемы сушки и ряд других мер призваны удешевить сушку. Однако следует заметить, что в итоге все энергосберегающие методы подходят к грани своих возможностей. Что и вынуждает разрабатывать и внедрять дополнительные механизмы оптимизации скорости и стоимости сушки на различных этапах послеуборочной обработки зерна.

Одним из таких инновационных способов является рециркуляционная просушка зерна активным вентилированием с использованием сверхвысокочастотного излучающего поля. Данный метод позволяет достичь сразу нескольких положительных эффектов по сравнению с классическими вариантами - увеличение производительности сушки зерна и его более равномерную просушку по всей толщине слоя, а также уменьшение энергозатрат.

Реализован данный способ на базе зерносушилки системы активного вентилирования. Такие зерносушильные агрегаты применяются для просушки и временного консервирования, они являются наиболее важным звеном в послеуборочном хранении зерновых масс. Суть их работы заключается в интенсивном продувании сырья непосредственно атмосферным или дополнительно подогретым воздухом. Для внедрения оптимизированной схемы работы система активного вентилирования была дополнена рециркуляционным каналом и зоной микроволнового излучения, которая позволяет значительно повысить эффективность и производительность сушки зерна.

В основе метода лежит использование технологии СВЧ, которые воздействуют на зерновую массу. Применение поля сверхвысоких частот инвертирует классическую схему сушки по термическому параметру. При стандартном конвективном способе более сухое зерно имеет повышенную температуру, СВЧ излучение в первую очередь воздействует на полярные молекулы воды, что позволяет в большей степени подвергнуть нагреву именно влажный материал. Также благодаря использованию микроволнового излучения интенсифицируются диффузионные процессы влаги, поскольку внутри семян создаётся повышенное давление жидкости, что ускоряет её выведение к поверхности зерна и в межзерновое пространство.

Надо заметить, что сверхвысокочастотное воздействие производит на зерновку различный эффект, зависящий от исходных показателей влажность и коэффициента рециркуляции. На начальных этапах загрузки зерна показатели термического воздействия отличаются по трём зонам, наиболее высокая температура наблюдается в центре зерновки, как наиболее влажной области, более низкая температура на поверхности зёрен и самая низкая в зоне скважистости. Ещё необходимо сказать, что сам слой зерна в своей массе также имеет неоднородный нагрев. То есть для оптимизации влагосъёмных процессов целесообразно производить несколько итераций нагрева с промежуточным перемешиванием зерна.

Зерно из активно-вентилируемого бункера по вертикальным каналам перемещается в зону воздействия СВЧ поля. Там его циклично троекратно перемешивают и подвергают воздействию СВЧ излучения. После достижения гранично-возможной десорбции в зоне рециркуляции зерна наступает гигротермическое равновесие и удаление влаги прекращается. Затем зерно отправляется на досушку в бункер активного вентилирования, где оно сушится уже классическим конвективным способом.

Особенностью этого метода является то, что управлять технологическим процессом можно исходя из двух критериев: минимизации энергозатрат либо минимизации времени сушки. При этом для оптимальной минимизации энергозатрат с применением СВЧ в рециркуляционной сушке зерна необходимо чтобы исходная влажность поступающего сырья не превышала 17,7%, а коэффициент рециркуляции находился в промежутке от 1,5 до 2,7.

Для оптимизации по параметру скорости сушки необходимо придерживаться следующих критериев: дельта влажности в зерновой массе не должна превышать 8%, а коэффициент рециркуляции быть в диапазоне от 1,3 до 2,7. При соблюдении вышеуказанных требований достигается увеличение энергоэффективности на 14% или увеличение скорости сушки зерна на 30%.

Данный метод реализован на базе бункера активного вентилирования, который был дополнен каналом рециркуляции и СВЧ активной зоной. Состоит данная зерносушилка из следующих компонентов:

1. Активная зона СВЧ поля;
2. Бункер активного вентилирования;
3. Центральный воздуховод с системой перфорации;
4. Внешняя перфорированная стенка буфера;
5. Вентилятор;
6. Каналы выпуска сырого зерна;
7. Каналы выпуска сухого зерна;
8. Влагомер;
9. Перепускные заслонки;
10. Канал сухого зерна;
11. Рециркуляционный канал зерна.