Сушка зерна высокочастотной электромагнитной индукцией представляет собой адаптивный процесс, самонастраивающийся в зависимости от влажности и количества поступающего зерна, нами предлагается СВЧ транзисторно – тиристорный генератор. Винтовая поверхность имеет геликоидальный переменный угол подъем.
Введение
Зерновое производство является базовой отраслью всего сельского хозяйства Казахстана. По сравнению с советским периодом производство зерна упало примерно в 1,5 раза, составляя около 14-20 млн.т. в год.
Президент РК Н.Назарбаев подписал в мае 2013году Концепцию развития Зеленой экономики, где подчеркивается, что урожайность зерна,по сравнению с Канадой (где такие же почвенно- климатические условия как и в Казахстане), ниже в 2,5 раза, что объясняется целым рядом причин: низким качеством семенного материала, практически мизерным внесением минеральных удобрений (сравните 4 кг/га и 111 кг/га) и архаичностью технологий. Более того, полученный с таким трудом урожай, не удается полностью сохранить. Например, в 2012году из-за затяжных дождей, перешедших в снег, в поле осталась значительная часть урожая, а собранное, очень влажное зерно негде было хранить и сушить. Правильная и своевременная сушка зерна является не только залогом его сбережения, но и сохранением посевных качеств семенного материала. Существующие технологии сушки зерна основаны на нагревании зерна тем или иным способом за счет сжигания углеводов - угля, мазута или газа[1]. Все эти технологии вступают в явное противоречие с декларируемой парадигмой «зеленой экономики» - большие выбросы углекислого газа и тепла в атмосферу, загрязняя окружающую среду и внося свою немалую лепту в потепление климата.
Альтернативой существующим технологиям предлагается использование высокочастотного электромагнитного поля, которое не только не имеет выбросов в атмосферу, но воздействует непосредственно на внутреннюю часть нагреваемого тепла (зерна), нежели на поверхность как в традиционных способах, причем к.п.д. возрастет с увеличением влажности зерна. С этой целью нами предлагается СВЧ транзисторно – тиристорный генератор, который в отличие от магнетронного генератора, имеет более высокий к.п.д., т.к. не расходуется большая часть энергии на нагрев нити накала магнетрона (рис.1).
Рисунок 1.Схема СВЧ – установки с винтом.
Зерно подается в цилиндрический контур из диэлектрика по геликоидальной винтовой поверхности, на которой угол подъема винта всегда соответствует текущему значению угла трения. Например, в первой фазе, поступившее влажное зерно как бы «залипает» к винтовой поверхности, затем по мере высыхания коэффициент трения уменьшается и зерно медленно перемещается на следующий уровень. Таким образом, в нижней части этого рабочего органа будет сходить зерно, требуемой влажности. Если зерно имеет очень высокую влажность, то используется многокаскадное устройство. Например, 1- ый каскад сушит с 26% до 20%, второй с 20% до 17% и третий с 17% до 12-13%.
Винтовая поверхность имеет геликоидальный переменный угол подъема (угол наклона винтовой линии).
Теоретические исследования начинаются с понимания распространения электромагнитного СВЧ излучения в среде: зерно - воздух. Исходя из уравнений электродинамики Максвелла- Лоренца:
Электромагнитное СВЧ поле воздействуют на влагу и ионы в зерне, электрические диполи меняя знак (2-3)∙106 раз в секунду изменяют свое направление и при этом возникают силы трения, которые вызывают нагрев внутри ионизированной влаги зерновок. Возникающие тепловые процессы описываются уравнением термодинамики [2].
Диэлектрическая проницаемость зерна и воздуха зависит от влажности. При влажности зерна 12% видно, что дисперсии практически не влияют на «потери» энергии в материале. Основным фактором в формуле 10 представляет такой параметр, как коэффициент заполнения l .0≤ l ≤0,85.
Необходимо отметить, что l – это процесс, зависящий механизма заполнения активатора. Тангенс потерь tg σ изменяется в пределах 0,05 до 0,07, и таким образом коэффициент потерь будет равен 2*(0,05-0,07)=0,12, и формула Максвелла сводится к простому виду:
Т.е. выделяемое в зерне тепло пропорционально частоте генератора, квадрату напряженности электрического поля и зависит от коэффициента заполнения активатора l .
Таким образом, из формулы (10) следует, что с увеличением потока поступающего зерна в активатор возрастает количество тепла от СВЧ-генератора.
Выводы
Сушка зерна высокочастотной электромагнитной индукцией представляет собой адаптивный процесс, самонастраивающийся в зависимости от влажности и количества поступающего зерна.
Литература
- Лыков А.В. Теория переноса энергии и вещества / А.В. Лыков, Ю.А. Михайлов. - Минск: Изд-во Акад. Наук БССР, 1954. - 357с.
- Лыков А.В. Тепло- и массообмен в процессах сушки. - Гос- энергоиздат, 1956. - 452с.