Energiebesparingen bij de inductie drogen van graan met inductieverwarmingsmethode
Jaarlijks produceert Kazachstan ongeveer 17-19 miljoen ton graan in zuiver gewicht, exporteert het ongeveer 5 miljoen ton graan en bereikt het gemiddelde volume van de binnenlandse consumptie 9-11 miljoen ton. Voor de verdere ontwikkeling van de graanindustrie en de bevordering van de graanexport moet de infrastructuur voor de opslag, het transport en het drogen van graan worden ontwikkeld, waaronder de bouw van nieuwe en de wederopbouw van de oude graansilo's, de bouw van haventerminals en de aankoop van drogeladingschepen en graanschepen (Baum, 1983). De industrie moet worden gemoderniseerd en dit vereist intensieve inspanningen van de staat en de nationale graanproducenten.
Deelnemers aan het Astana Kazakh Grain Forum V KAZGRAIN-2012 bespraken de huidige staat van de graanmarkt, trends en prijsverwachtingen, evenals uitdagende kwesties op het gebied van logistiek en infrastructuur. Er werd opgemerkt dat Kazachstan 10 jaar geleden nog niet als graanexporteur kon worden beschouwd, terwijl de huidige exportkwesties als prioritair worden erkend. En de productie en het drogen van graan neemt een vooraanstaande plaats in zowel in het agro-industriële complex als in de economie als geheel.
Een analyse van de ervaring van veel verwerkende bedrijven in de verwerking van graan na de oogst bewijst dat het drogen de belangrijkste taak is om de veiligheid en kwaliteit van pas geoogste zaden te garanderen. Het belang van het drogen van graan neemt toe in de vochtige zone: vertraging in het drogen of het uitvoeren van deze bewerking met schending van technologische regimes leiden onvermijdelijk tot gewasverliezen. Volgens onderzoek neemt bij een luchtvochtigheid van 25-28% van de hoop gedurende drie dagen de kieming af met 20%. En het verlies aan droge stof is 0,7-1% per dag wanneer de vochtigheid van de graanhoop 37% is (Ginzburg, 1973).
Belangrijke factoren voor een efficiënt gebruik van drogers in de landbouw zijn een hogere graankwaliteit, een grotere bandbreedte van de eenheden en lagere energiekosten. De basis voor het verbeteren van de effectiviteit van bestaande drogers in de landbouw is het zorgen voor voldoende en stabiele verwijdering van vocht uit één kubieke meter in camera's van graandrogers. Een van de redenen hiervoor is dat de koeleenheden, ingebouwd in de droogschacht, niet de optimale omstandigheden creëren voor het volledig koelen van het graan en daardoor het effectieve volume van de droogschacht en de vochtverwijdering uit een kubieke meter van de camera verminderen.
Sinds 2010 vertoont de tarweproductie een stabiele groeitrend: het areaal is met 17% toegenomen, de opbrengst met 25% en de totale opbrengst met 52%. Op 1 januari 2012 had Kazachstan 258 silo's met een opslagcapaciteit van 14 771,3 duizend ton en elevatoren met een opslagcapaciteit van 14 127,8 duizend ton. Om de opbrengst en bruto oogst te verhogen, moet de droogtechnologie worden verbeterd om gewasverliezen te voorkomen en de graankwaliteit te behouden.
De meest perspectiefvolle methode voor het drogen van graan en het verwijderen van vocht is de inductieverwarmingsmethode die nog steeds weinig bestudeerd is en zelden in de praktijk wordt gebruikt vanwege de grote onvolkomenheden in de technologie voor de productie van frequentieomzetters. Hoewel de inductieverwarmingsapparatuur productie is zich aan het ontwikkelen en het gebruik ervan voor het drogen van graan krijgt steeds meer de voorkeur boven traditionele verwarmingsmethoden (Zhidko, 1982).
Op dit moment wordt inductieverwarming gebruikt voor oppervlakteharding van staalproducten, door verhitting voor plastische vervorming (smeden, stampen, persen, enz.), smelten van metalen, warmtebehandeling (gloeien, ontlaten, normaliseren, afschrikken), lassen, solderen, metalen. Indirecte inductieverwarming wordt gebruikt voor het verwarmen van technologische apparatuur (pijpleidingen, tanks, enz.), het verwarmen van vloeistoffen, het drogen van vachten en materialen (bijv. hout). De belangrijkste parameter van inductieverwarmingsinstallaties is de frequentie. Voor elk proces (oppervlakteharding, doorverwarming) is er een optimaal frequentiebereik dat de beste technologische en economische prestaties levert. Frequenties van 50 Hz tot 5 MHz worden gebruikt voor inductieverwarming.
Voordelen van inductieverwarming zijn onder andere
- Door de elektrische energie rechtstreeks in het verwarmingslichaam te sturen, kunnen materialen direct worden verwarmd, waardoor de verwarmingssnelheid hoger is dan bij een verwarmingslichaam.
- Voor de transmissie van elektrische energie rechtstreeks naar het verwarmingslichaam zijn geen contactapparaten nodig. Dit is handig voor geautomatiseerde lijn
- Als een verwarmingsmateriaal een diëlektricum is, bijvoorbeeld een korrel, dan wordt het vermogen gelijkmatig verdeeld over het volume van het verwarmingsmateriaal. Bijgevolg zorgt deze inductiemethode voor een snelle verwarming van
- Inductieverwarming kan in de meeste gevallen de productiviteit verhogen en de werkomstandigheden verbeteren. Inductieapparatuur kan worden beschouwd als een soort transformator, waarbij de primaire wikkeling (inductor) is aangesloten op de wisselstroombron en het verwarmingsmateriaal als secundaire wikkeling dient.
Om de kosten van de hele installatie te verlagen, moeten inductiekachels met een eenvoudig ontwerp worden ontwikkeld en geïmplementeerd.
Het belangrijkste verschil tussen inductieverwarming en traditionele droogmethoden is de volumetrische verwarming. De warmte dringt niet vanaf het oppervlak door in het product (materiaal), maar wordt in één keer in het hele volume gevormd, waardoor graan effectief kan worden gedroogd met een laag energieverbruik. Tijdens het inductieverwarmingsproces vindt er een gelijkmatige verdeling van vocht plaats in het gedroogde materiaal. Inductie veronderstelt geen warmteoverdracht van het verwarmingselement naar het materiaal. Bij andere droogmethoden moet de lucht worden verwarmd en moet de warmte van de hete lucht worden overgedragen op het materiaal. In elk stadium - het verwarmen van de lucht, het transport ervan en de warmteoverdracht naar het product - zijn warmteverliezen onvermijdelijk.
Tegenwoordig gebruiken bedrijven in Kazachstan praktisch geen inductiekachels omdat ze erg duur zijn. Oude lampmodellen van inductieverwarmingsmachines zijn verouderd en worden niet gemaakt.
Drogen van korrels door inductieverwarming. Drogen in de vallende laag
Wij stellen de inductieverwarmingsmethode voor het drogen van graan voor (Figuur 1) waarbij het graanmateriaal, aangedreven door de zwaartekracht, door de droogschacht gaat. Aan de bovenkant van de droger wordt het graan geladen door emmertransportbanden of andere transportapparaten; vervolgens komt het graan in de droogtoren terecht. In de camera van de droogtoren creëert de inductor, aangesloten op de frequentieomvormer, een elektromagnetisch veld (flux) met een hoge frequentie.
Drogen in vallende laag. De dalende laag vertegenwoordigt een graanstroom met een sterke ontlading door zwaartekracht, gedeeltelijk gecompenseerd door een opwaartse gasstroom (aerodynamisch remmen). De werkelijke concentratie van het graan neemt toe in de loop van de beweging. Drogen in zwevende laag. De gesuspendeerde toestand van graan wordt bereikt in de stijgende gasstroom wanneer de snelheid van de stroomtoevoer wordt verhoogd. Tijdens dit proces wordt het hele graanoppervlak betrokken bij de warmte- en vochtuitwisseling met het gas. De tijd dat het graan in de pneumobuis blijft, is niet langer dan enkele seconden; de temperatuur van het droogmiddel is 350-400 °C. Het vocht wordt echter slechts met een fractie verminderd. Daarom wordt het apparaat met verzwaarde lagen graan niet als afzonderlijke droger gebruikt, maar als onderdeel van een gecombineerde droger met meerdere kamers.
Conclusie
Tegenwoordig zijn landbouwbedrijven en -liften meestal uitgerust met direct flow schachtdrogers. Deze drogers veroorzaken een aanzienlijke ongelijkmatigheid in het verwarmen en drogen van graan, wat op zijn beurt aanzienlijke thermische droogkosten met zich meebrengt. De belangrijkste reden hiervoor is de gebrekkige toevoer van droogmiddel en atmosferische lucht naar dehydraterende lagen graan.
Een belangrijke voorwaarde voor de kwaliteit van graandrogers is een efficiënte koeling van het gedroogde graan. Volgens plan zijn de koelapparaten van graandrogers zo ontworpen dat de temperatuur van het graan aan de uitgang niet meer dan 10°C hoger is dan de atmosferische luchttemperatuur. In de praktijk bereikt deze waarde echter meer dan 12°C als de luchttemperatuur hoger is dan 15°C. Moderne graandrogers zorgen ook voor een aanzienlijke ongelijkmatigheid in het koelen van de afzonderlijke graanlagen. In de besproken context kan het drogen met inductieverwarming de meest geschikte manier zijn in termen van productiviteit, kwaliteit en kostenefficiëntie.
Referenties
Baum, A., 1983. Drogen van graan [in het Russisch], Moskou: Kolos
Ginzburg, A., 1973. Essentials van de theorie en technologie in het drogen van levensmiddelen [in het Russisch], Moskou: Voedingsindustrie
Zhidko, V., 1982. Drogen van graan en graandrogers [in het Russisch], Moskou: Kolos