A hibridkukorica szárításának elemzése

A technológia egyik legfontosabb, termékminõségi szempontból is alapvetõ mûvelete a szárítás.

Számos szárítótípus létezik, amelynek kiválasztásakor nem lehet figyelmen kívül hagyni a helyi viszonyokat sem (klimatikus jellemzõk, növényfajta stb.). Például a kamrás szárítási technológia egyik fõ költségnövelõ tényezõje a szárítási idõ, amelynek csökkentésével jelentõsen csökkenthetõ az energia felhasználás, s így a költség is.

Mûszeres vizsgálataink arra irányultak, hogy feltérképeztük, milyen lehetõségek adódnak a kamra-kihasználási tényezõ javítására. A mérési eredmények alapján technológiai változtatásokat dolgoztunk ki, amelyeket kontrollmérésekkel ellenõriztünk. A technológiai fejlesztésre a kukoricacsövek, mint inhomogén felépítésû elõ anyagok szárításkori viselkedése adott lehetõséget.

Megállapítottuk, hogy a csutka és a szemek nedvességtartalmának változása a szárítás folyamán szignifikánsan eltérõ jellemzõkkel bír. A szemek nedvességtartalma kevésbé mutat inhomogén képet a csövek hasonló tulajdonságához viszonyítva a szárítás során. A száradás annál intenzívebb minél közelebb van a szárító levegõ belépéséhez. A legszélsõ száradási rétegben rendszerint homogén nedvességmezõ alakul ki. A kívánt nedvességtartalom ilyen esetekben mintegy háromnapi szárítással érhetõ el.

A be- és kilépõ szárítóközeg sebessége változatos keresztmetszeti eloszlást mutat és számos anyag- és technológiai paraméter függvénye (pl. helyi anyagsûrûség, a ventilátor(ok) és a szárítókamra távolsága stb.). Ugyanakkor a belépõ szárítóközeg átlagolt jellemzõi megfelelõ adatokkal szolgálnak az adott szárítókamra hõtranszport jellemzõinek kiszámításához.

További jelentõs szárítási idõ takarítható meg, ha célszerûen módosítjuk a ventilációs rendszert, beleértve a be- és kivezetõ keresztmetszetek vezérlését is.



A hibridüzemi technológia kialakítása és megvalósítása a kukoricatermesztési ágazat legkritikusabb mozzanata. A változatos konstrukciós megoldások mindegyike a kívánatos technológiai kritériumokat hivatott biztosítani, nem feledve a lokális tényezõk (klimatikus jellemzõk, növényfajta stb.) befolyását. Külön feladat még a munkaminõségi és a költségtényezõk együttes optimálása is. A leggyakrabban alkalmazott kamrás szárítási technológia egyik fõ költségnövelõ tényezõje a szárítási idõ, amelynek csökkentésével jelentõsen csökkenthetõ az energia felhasználás, s így a költség is.

A szaporítóanyag legfontosabb értékmérõje – a csírázóképesség – valójában a szárítás során véglegesül, ami azt is jelenti, hogy a vízelvonási mûvelet a vetõmag-elõállítási technológia kulcsfontosságú eleme.





Az alkalmazott mérési módszerek

A technológiai fejlesztés alapjául szolgáló üzemi vizsgálatainkat egy 26 kamrás szárítótelepen végeztük, ahol a kamrák a központi légelosztó folyosó két oldalán helyezkedtek el. A kétszeres légátvezetésû technológiát megvalósító szárítóban négy szárítási cikluson keresztül összesen 12 kamra hibridkukorica szárítási folyamatait kísértük figyelemmel.

Az egyes kamrák kialakítása azonos volt, így méréseinkhez a szárító végén és közepén elhelyezkedõ kamrákban végeztük (1. ábra). A kamrákon belüli légáramlást 3 helyen kialakított szellõztetõ rácsozattal biztosították. Ezek nyitott és zárt állapotát a szárítási folyamatnak megfelelõen változtattuk.

A szárítási folyamat elsõ szakaszában – amikor a szárítandó anyag még nagy nedvességtartalommal rendelkezik – az oldalszellõztetõk zárt állapotban vannak, így a részben elhasznált, alacsonyabb hõmérsékletû szárítólevegõ az alsó rácson lép be, és a felsõ rácson lép ki a környezetbe (1.ábra A). A szárítási folyamat második szakaszában, a már alacsonyabb nedvességtartalmú anyag végszárításakor a felsõ rácsozat kerül lezárásra és a magasabb hõmérsékletû szárítóközeg az oldal- rácsokon lép be és az alsó rácson távozik (1. ábra B). Az oldal és alsó rácsok több részre bontva zárhatók le, így a szárítási folyamat közben is szabályozni lehet a beáramló szárítóközeg mennyiségét.

Az 1. ábrán feltüntettük az általunk behelyezett kamránként 3 mintavevõ akna helyzetét is. Ezek mérete és kamrán belüli elhelyezése biztosította, hogy az eredeti állapotoknak megfelelõ légáramlási és száradási viszonyok maradtak a szárítókamrán belül. A méréseink során az egyes rácsok nyitott vagy zárt állapotát adott idõközönként feljegyeztük.

A kamrán belüli száradási folyamatok nyomon követésére adatgyûjtõ rendszert telepítettünk, amely hõmérséklet és relatív páratartalom adatokat rögzített (2. ábra).

Az aknák minden mintavevõ ablakában kétfajta hõmérsékletet mértünk. Egyiket a kukoricacsövek közti térben, a másikat pedig a kukoricacsutka belsejében. Mivel egy szárítási ciklus átlagosan 72 óra volt az adatgyûjtés gyakoriságát 15 percben határoztuk meg. A szárítási szakasztól függõ be- és kilépési keresztmetszetekben a hõmérsékletmérési pontokon mértük a légsebesség-értékeket is.

A kukorica száradási jellemzõinek meghatározásához 4 óránként, minden akna, minden mintavevõ ablakából 2-3 csövet vettünk ki és külön-külön meghatároztuk a szem és a csutka nedvességtartalmát.

Az említettek mellett számos egyéb fontos paraméterek értékeit is rögzítettük. Ilyen volt többek között a környezeti levegõ hõmérséklete és nedvességtartalma, a ventilátorok levegõjének sebessége és hõmérséklete, a légelosztó folyosók hõmérséklete és légsebessége stb.



Mérési eredmények

A mérési eredmények szisztematikus feldolgozásával meghatároztuk a kukoricaszem és csutka nedvességtartalmának a szárítási folyamat alatt bekövetkezett változását. Ennek eredményét mutatja a 3. és a 4. ábra. Az eredmények alapján megállapítható, hogy a szárítás kezdeti szakaszában az alsó réteg gyorsabban szárad, mivel ebbõl az irányból áramlik a szárítóközeg. A szárítás 30. órája körül történik meg a „fordítás”, ami a légvezetés megváltoztatását jelenti a második szakasz beállításainak megfelelõen. Ettõl a ponttól az alsó réteg nedvességtartalma csak kis mértékben változik, míg a felsõ réteg nedvességtartalma rohamosan csökkenni kezd.

 

A szem-nedvességtartalom változása (4. ábra) jelentõsen eltér a csutkánál tapasztaltaktól. Az egyik feltûnõ eltérés a kiindulási nedvességtartalmak különbözõsége. A szem nedvességtartalma mintegy 50%-kal alacsonyabb a csutkáénál. Ez az eltérés teljesen nyilvánvaló, hiszen a kukoricacsõ fõ nedvességtároló része a csutka, amelynek egyenes következménye, hogy a nedvesség áramlása a csutka felõl a szemek felé történik. Ha a szárítási folyamatot a „fordítás” után közvetlenül befejeznénk a szem nedvességtartalma újra növekedni kezdene a nedvességáramlás iránya miatt. Bár a 4. ábra alapján itt is megállapítható, hogy a szem nedvességtartalma gyorsan csökken, de a száradási folyamat ebben az esetben sokkal egyenletesebb képet mutat a rétegvastagság függvényében.

A mérési adatok alapján hõmérséklet- eloszlási térképeket is szerkesztettünk az egyes kamrákra. Az 5. ábrán a csutka- hõmérsékletek eloszlását figyelhetjük meg, ami igencsak vegyes képet mutat. A halmaz 160 cm és 220 cm közötti rétegei lassabban melegedtek fel, mint a többi réteg, míg a legmelegebb réteg a felsõ rétegtõl a 70 cm-es rétegig terjedt. A legalacsonyabb és a legmagasabb halmazon belüli hõmérséklet különbsége elérte az 5 ºC-ot.

A halmazhõmérsékletekbõl szerkesztett térkép a csutkahõmérséklet eloszlásához képest sokkal egyenletesebb képet mutat (6. ábra.). Megfigyelhetõ, hogy a halmaz hõtérképén bizonyos idõpillanatokban rétegvastagságtól függetlenül szinte azonos értékek szerepelnek, de jellemzõen az alsó réteg hõmérséklete akár több ºC-kal is alacsonyabb a halmaz többi részéhez képest.

Az hõ- és anyagtranszport folyamatok részletes vizsgálatához a szárítóközeg, beállítástól függõ, be- és kilépõ keresztmetszeteiben hõmérséklet, relatív páratartalom és légsebesség-értékeit rögzítettük. Ennek kiértékelésével – a 3. és a 4. ábránál alkalmazott módszerrel az adott keresztmetszetekre megszerkeszthetõk a hõmérséklet és a légsebesség eloszlását bemutató diagramok is.

Az elõzõekben példaként bemutatott módszerek és elemzések segítségével a kukorica vetõmag szárítási technológiája mind termodinamikai, mind pedig gazdaságossági szempontok szerint továbbfejleszthetõ és a megadott feltételekre optimálható.

A 7. ábra tanulsága szerint például a szárítás kezdeti szakaszában tipikusnak mondható az anyag lokális visszanedvesedése (kék nyíl). Ennek kiküszöbölésére megfelelõ megoldás lehet a szárítóközeg tömegáramának növelése. A szárítókamrába bevezetett levegõ áramlási irányának megváltoztatását pedig arra az idõpillanatra kell idõzíteni, amikor a szem és a csutka nedvességtartalma azonos értékeket vesz fel (barna nyíl).

A 8. ábra az anyagnedvesség-tartalom és az alkalmazható szárítóközeg hõmérséklet közötti összefüggést mutatja. Ennek ismeretében a minõségi kritériumok megtartása mellett elvégezhetõ a technológia energetikai optimálása is.

Következtetések

A szárítókamrákban – a különbözõ légvezetési megoldások alkalmazhatóságának köszönhetõen – a szárítási folyamat a mindenkori nedvességtartalom függvényében vezérelhetõ.

A csutka és a szemek nedvességtartalmának változása a szárítás folyamán szignifikánsan különbözik. A szemek nedvességtartalma kevésbé mutat inhomogén képet a csövek hasonló tulajdonságához viszonyítva. A legszélsõ száradási rétegben rendszerint homogén nedvességmezõ alakul ki.

A szárítóközeg belépõ oldalához közeli rétegek gyorsabban száradnak, míg az ellenkezõ oldal rétegeinek nedvességtartalom változása minimális. A kamrán belüli hõmérsékletkülönbség nem jelentõs, ugyanakkor az egyes kamrákba belépõ közeg hõmérséklete függ a ventilátorok távolságától.

A szárítási idõ jelentõsen csökkenthetõ, ha célszerûen módosítjuk a ventilációs rendszert, beleértve a be- és kivezetõ keresztmetszetek vezérlését is. A szárítóközeg anyag-nedvességtartalomtól függõ vezérlése komoly energia megtakarítással jár.



A tanulmány a K61480 sz. OTKA pályázat anyagi támogatásával készült.



Dr. Beke János

Szent István Egyetem, Gépészmérnöki Kar,

Folyamatmérnöki Intézet, Gödöllõ