Экспериментальное обоснование параметров стимуляции конвективной сушки зерна СВЧ-излучением

Исследования проводили с целью определения возможности снижения общей энергоемкости процесса конвективной сушки товарного зерна на промышленных установках шахтного и барабанного типов производительностью от 2 до 50 т/ч по готовому продукту за счет применения малых доз микроволновой энергии, действующей на продукт перед засыпкой в сушильную камеру зерносушилок. Эксперименты выполняли в 2024 г. в ФГБОУ ВО «РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева». Объектом исследования служила экспериментальная установка сушки с последовательным действием на продукт микроволнового излучения и конвективной тепловой энергии. Критерием энергоэффективности служило потребление энергии за единицу времени. В качестве продукта использовали семена пшеницы и ржи разной толщиной слоя в лотках «прозрачных» для микроволновой и конвективной тепловой энергии. Лотки располагались на цепном транспортере и перемещались посредством электропривода последовательно через камеру микроволнового нагрева на базе желобкового волновода, в который с двух сторон подавалась СВЧ-энергия от двух магнетронных источников, работающих в импульсном режиме в противофазе. После этого лотки перемещались в камеру конвективного обдува, где на продукт снизу подавался теплый воздух, имитируя режим конвективной сушки на промышленных установках. В первой серии экспериментов продукт массой 3 кг, влажностью 28…32 % и толщиной слоя 4 см помещался только в камеру конвективного обдува, где высушивался до 12 %, что соответствует ГОСТу на хранение зерна. Влажность зерна определялась термогравиметрическим способом. Для определения энергозатрат на сушку была проведена серия экспериментов. В ходе них была установлена мощность калорифера, которая составила 5 кВт. Затем были определены время сушки и энергоемкость процесса, которая составила от 8,5 до 9,5 кВт в час на килограмм испаряемой влаги. В следующей серии экспериментов на аналогичную навеску зерна воздействовали сначала микроволновым излучением на уровне 1…5 % от конвективной тепловой энергии. Затем лоток с продуктом перемещался на транспортере в камеру конвективного обдува, где происходило досушивание до 12 % влажности зерна. На основе построенных зависимостей снижения массы продукта за время сушки рассчитывалась суммарная энергоемкость, которая составила при добавлении 1 % СВЧ-мощности от тепловой в процесс сушки, от 6,8 до 7,8 кВт∙ч/кг по испаренной влаге и при 5 % – от 6,2 до 7,0 кВт∙ч/кг. Таким образом, в среднем снижение энергопотребления составило 19…27 %. Выявленный эффект при добавлении малых доз микроволновой энергии в процесс сушки зерна свидетельствует о перспективности использования маломощного микроволнового излучения на установках промышленной сушки зерна.

СВЧ-нагрев, магнетронный генератор, конвективная сушка, комбинированная сушка, желобковый волновод, сушка зерна