Risparmio energetico presso la essiccazione a induzione dei cereali con metodo di riscaldamento a induzione
Ogni anno il Kazakistan produce circa 17-19 milioni di tonnellate di grano in peso pulito, esporta circa 5 milioni di tonnellate di grano e il volume medio del consumo interno raggiunge i 9-11 milioni di tonnellate. L'ulteriore sviluppo dell'industria cerealicola e la promozione dell'esportazione di cereali richiedono lo sviluppo delle infrastrutture di stoccaggio, trasporto ed essiccazione dei cereali, tra cui la costruzione di nuovi sili e la ricostruzione di quelli vecchi, la costruzione di terminali portuali e l'acquisto di navi da carico secco e di vettori per cereali (Baum, 1983). È necessario modernizzare l'industria e il compito richiede un intenso impegno da parte dello Stato e dei produttori nazionali di cereali.
I partecipanti al Forum kazako sul grano di Astana V KAZGRAIN-2012 hanno discusso lo stato attuale del mercato del grano, le tendenze e le aspettative di prezzo, nonché le questioni impegnative della logistica e delle infrastrutture. È stato sottolineato che 10 anni fa il Kazakistan non poteva essere considerato un esportatore di cereali, mentre attualmente le questioni legate all'esportazione sono riconosciute come prioritarie. La produzione e l'essiccazione dei cereali occupano uno dei primi posti sia nel complesso agroindustriale che nell'economia nel suo complesso.
L'analisi dell'esperienza di molte aziende produttrici nella lavorazione dei cereali in post-raccolta dimostra che il compito principale per garantire la sicurezza e la qualità dei semi appena raccolti è la loro essiccazione. L'importanza dell'essiccazione dei cereali aumenta nella zona umida: il ritardo nell'essiccazione o l'esecuzione di questa operazione in violazione dei regimi tecnologici causano inevitabilmente perdite di raccolto. Secondo le ricerche, con un'umidità del cumulo di 25-28% per tre giorni la germinazione diminuisce di 20%. E le perdite di sostanza secca sono di 0,7-1% al giorno quando l'umidità del cumulo di cereali è di 37% (Ginzburg, 1973).
I fattori importanti per un uso efficiente degli essiccatoi in agricoltura sono l'aumento della qualità dei cereali, l'incremento della larghezza di banda delle unità e la riduzione dei costi energetici. La base per migliorare l'efficacia degli essiccatoi esistenti in agricoltura è garantire una rimozione sufficiente e stabile dell'umidità da un metro cubo nelle telecamere degli essiccatoi per cereali. Uno dei motivi che impediscono questo è che le unità di raffreddamento, integrate nell'albero di essiccazione, non creano le condizioni ottimali per il raffreddamento completo dei cereali, riducendo così il volume effettivo dell'albero di essiccazione e la rimozione dell'umidità da un metro cubo della camera.
Dal 2010 la produzione di grano mostra un trend di crescita stabile: la superficie coltivata è aumentata di 17%, la resa è aumentata di 25% e la resa totale di 52%. Al 1° gennaio 2012 il Kazakistan disponeva di 258 silos con una capacità di stoccaggio di 14 771,3 mila tonnellate e di elevatori con una capacità di stoccaggio di 14 127,8 mila tonnellate. L'aumento della resa e del raccolto lordo richiede il miglioramento della tecnologia di essiccazione per evitare perdite di raccolto e mantenere la qualità dei cereali.
Il metodo più prospettico per l'essiccazione dei cereali e l'eliminazione dell'umidità è la metodo di riscaldamento a induzione che rimane poco studiato e raramente utilizzato nella pratica a causa delle notevoli imperfezioni nelle tecnologie di produzione dei convertitori di frequenza. Anche se il apparecchiatura di riscaldamento a induzione La produzione di cereali si sta attualmente sviluppando e l'uso di questa pratica di essiccazione dei cereali diventa più preferibile rispetto ai metodi di riscaldamento tradizionali (Zhidko, 1982).
Attualmente il riscaldamento a induzione è utilizzato per l'indurimento superficiale dei prodotti in acciaio, il riscaldamento passante per la deformazione plastica (forgiatura, stampaggio, pressatura, ecc.), la fusione dei metalli, il trattamento termico (ricottura, rinvenimento, normalizzazione, tempra), la saldatura, la brasatura, i metalli. Il riscaldamento a induzione indiretta è utilizzato per il riscaldamento di apparecchiature tecnologiche (tubazioni, serbatoi, ecc.), il riscaldamento di liquidi, l'essiccazione di cappotti e materiali (ad esempio, legno). Il parametro più importante degli impianti di riscaldamento a induzione è la frequenza. Per ogni processo (indurimento superficiale, riscaldamento passante) esiste un intervallo di frequenza ottimale, che fornisce le migliori prestazioni tecnologiche ed economiche. Per il riscaldamento a induzione si utilizzano frequenze da 50 Hz a 5 MHz.
I vantaggi del riscaldamento a induzione sono i seguenti:
- La trasmissione dell'energia elettrica direttamente nel corpo riscaldante permette di realizzare un riscaldamento diretto dei materiali, con una velocità di riscaldamento che è
- La trasmissione di energia elettrica direttamente nel corpo riscaldante non richiede dispositivi di contatto. Ciò è utile per le linee automatizzate
- Quando il materiale riscaldante è un dielettrico, ad esempio un grano, la potenza viene distribuita uniformemente su tutto il volume del materiale riscaldante. Di conseguenza, questo metodo di induzione consente di riscaldare rapidamente il materiale.
- Nella maggior parte dei casi, il riscaldamento a induzione può aumentare la produttività e migliorare le condizioni di lavoro. Il dispositivo a induzione può essere considerato una sorta di trasformatore, in cui l'avvolgimento primario (induttore) è collegato alla fonte di alimentazione CA e il materiale riscaldante funge da secondario.
La riduzione dei costi dell'intera installazione richiede lo sviluppo e l'implementazione di riscaldatori a induzione dal design semplice.
La principale differenza tra il riscaldamento a induzione e i metodi tradizionali di essiccazione risiede nel riscaldamento volumetrico. Il calore penetra nel prodotto (materiale) non dalla superficie; si forma in tutto il volume in una sola volta, questo processo consente di essiccare efficacemente i cereali con un basso consumo energetico. Durante il processo di riscaldamento a induzione si verifica una distribuzione uniforme dell'umidità nel materiale essiccato. L'induzione non presuppone il trasferimento di calore dal riscaldatore al materiale. Mentre altri metodi di essiccazione richiedono il riscaldamento dell'aria e il successivo trasferimento del calore dall'aria calda al materiale. In ogni fase - riscaldamento dell'aria, trasporto e trasferimento del calore ai prodotti - le perdite di calore sono inevitabili.
Al giorno d'oggi le aziende in Kazakistan non utilizzano praticamente riscaldatori a induzione, poiché sono molto costosi. I vecchi modelli di lampade di macchine per il riscaldamento a induzione sono obsoleti e non vengono prodotti.
Essiccazione dei cereali mediante riscaldamento a induzione. Essiccazione in strato cadente
Suggeriamo il metodo di essiccazione dei cereali con riscaldamento a induzione (Figura 1), in cui il materiale dei cereali passa, spinto dalla forza di gravità, attraverso l'albero di essiccazione. Nella parte superiore dell'essiccatoio il grano viene caricato da trasportatori a tazze o da altri dispositivi di trasporto; quindi il grano entra nella torre di essiccazione. Nella camera della torre di essiccazione l'induttore, collegato al convertitore di frequenza, crea un campo elettromagnetico (flusso) ad alta frequenza.
Essiccazione in strato cadente. Lo strato di caduta rappresenta un flusso di grani in movimento gravitazionale altamente scaricato, parzialmente compensato dal flusso di gas verso l'alto (frenata aerodinamica). La concentrazione reale di grani aumenta nel corso del movimento. Essiccazione in strato sospeso. Lo stato di sospensione dei chicchi viene raggiunto dal flusso di gas in aumento quando si aumenta la velocità dell'alimentazione. Nel processo l'intera superficie del chicco è coinvolta nello scambio di calore e umidità con il gas. Il tempo di permanenza del chicco nel tubo pneumo non supera i pochi secondi; la temperatura dell'agente essiccante raggiunge i 350-400 °C. Tuttavia, la riduzione dell'umidità ammonta a una frazione percentuale. Per questo motivo, l'apparecchio con strati ponderati di cereali non viene utilizzato come essiccatore separato, ma come elemento di un essiccatore combinato multicamera.
Conclusione
Oggi le aziende agricole e gli elevatori sono equipaggiati per lo più con essiccatoi ad albero a flusso diretto. Questi essiccatoi presentano notevoli disomogeneità nel riscaldamento e nell'essiccazione dei cereali, che a loro volta causano notevoli costi di essiccazione termica. La ragione principale è l'imperfezione nel fornire l'agente essiccante e l'aria atmosferica agli strati di grano da disidratare.
Una condizione importante per un lavoro di qualità degli essiccatoi per cereali è un raffreddamento efficiente della granella essiccata. Secondo i piani, i dispositivi di raffreddamento degli essiccatoi per cereali sono progettati in modo che la temperatura dei cereali in uscita non superi di oltre 10°C la temperatura dell'aria atmosferica. Tuttavia, nella pratica questo valore raggiunge più di 12°C quando la temperatura dell'aria è superiore a 15°C. Inoltre, i moderni essiccatoi per cereali presentano una notevole disomogeneità nel raffreddamento dei singoli strati di grano. Nel contesto descritto, l'applicazione del riscaldamento a induzione può essere il metodo più adatto in termini di produttività, qualità ed efficienza dei costi.
Riferimenti
Baum, A., 1983. Essiccazione dei cereali [in russo], Mosca: Kolos
Ginzburg, A., 1973. Elementi essenziali di teoria e tecnologia dell'essiccazione dei prodotti alimentari [in russo], Mosca: Industria alimentare
Zhidko, V., 1982. Essiccazione dei cereali ed essiccatori per cereali [in russo], Mosca: Kolos