Зерносушилка своими руками

Содержание

Популярная и совсем не научная статья про то, как сделать зерносушилку своими руками. В статье мы будем обсуждать разные вопросы и проблемы создания своей зерносушилки не промышленным способом. Мы не дадим вам чертежи, так как вы должны исходить из наличия материалов и возможностей, которые у вас есть.

Однако, статья даёт почву для размышления по разным вопросам.

Введение

Какой тип зерносушилки выбрать

Вектор движения зерна

Пожалуй, этот вопрос проще обсудить с самого начала. Направление движения зерна в зерносушилке есть двух типов – горизонтальное (как в конвейерных сушилках) и вертикальное (как во всех остальных). 

С нашей точки зрения, гораздо целесообразнее сделать в “домашних” условиях зерносушилку вертикального типа, чем горизонтального. 

Мы так считаем потому, что в зерносушилках вертикального типа зерно перемещается под действием силы тяжести. В горизонтальных сушилках зерна необходим дополнительный механизм (ворошитель, конвейер и т.п.), который будет принудительно перемещать зерно в горизонтальном направлении.

Одной из разновидностей горизонтальных сушилок также есть барабанные зерносушилки. Почему-то, умельцы всех стран СНГ и Китая очень любят делать именно такие сушилки. 

На самом деле, это далеко не лучший выбор. Уж больно много механизмов, которые шумят, потребляют электричество и будут непременно ломаться. Даже среди серийных сушилок, барабанные в основном используются не для зерна, а для сушки других промышленных продуктов. А уж про качество сушки и зерна после этих сушилок, вообще лучше промолчать.

Мобильность

Если вы делаете зерносушилку действительно своими руками и это первая ваша самодельная зерносушилка, мы рекомендуем остановиться на порционном режиме сушки. 

После того, как вы сможете отсушить хотя бы один сезон, у вас появится достаточно опыта для того, чтобы сделать автоматику для поточного режима сушки. Ведь в поточном режиме конечная влажность зерна контролируется скоростью разгрузки зерна из шахты, которая регулируется в зависимости от показаний датчиков температуры отработанного воздуха в вытяжном коробе и/или в зерновой колонне.

Также, для обеспечения круглосуточной беспрерывной работы зерносушилки в поточном режиме, вам понадобится обеспечить непрерывный поток зерна, круглосуточных операторов и дополнительные буферные емкости на случай непогоды, поломки комбайна и т.п.

Порционный режим гораздо более прост с организационной точки зрения. Кроме того, мы никогда не ошибёмся с влажностью. Зерно выгружается только после того, как достигнута нужная нам влажность.

Движение рабочего агента

По рекуперации тепла

Однако, нужно учесть три момента:

1. Поточный процесс. Системы рекуперации тепла предназначены только для работы с поточными зерносушилками. В порционных сушилках процесс сушки и охлаждения зерна разделены на разные этапы, а значит мы не можем для сушки использовать теплый воздух, образовавшийся в процессе охлаждения на более позднем этапе. Если вы делаете порционную зерносушилку, пропустите этот раздел. (Примечание: На самом деле, итальянская компания Ravaro использует дифференцированную систему рециркуляции тепла для порционных сушилок. Но это не совсем то же самое, что рекуперация тепла. Об этой системе мы ещё напишем отдельную статью. Подписывайтесь на наши уведомления в Фейсбуке.)
2. Организация системы рекуперации тепла в поточной зерносушилке колонкового типа – достаточно сложное и неэффективное мероприятие. Ведь в этом случае нам понадобится разделить шахту почти на две части, что уменьшит зону сушки. Другое дело – организовать систему рекуперации тепла в шахтной сушилке. Если вы всё же решили делать зерносушилку смешанного потока, а не поперечного, рекомендуем подробнее ознакомиться с типами систем рекуперации тепла в зерносушилках.
3. Система рекуперации тепла подаёт воздух обратно в зерносушилку, где он разбавляется с горячим воздухом от нашей горелки или теплогенератора. Здесь возникает два важных момента.
   1) Безопасность. Зерновая пыль, которая поступает из зоны охлаждения, при неправильной организации системы рекуперации тепла может загореться. Особенно в случае использования газовой горелки.
   2) Теплообменник (для дизельных и твердотопливных генераторов тепла). Если мы разбавляем горячий воздух холодным, то для получения температуры рабочего агента на входе в зерно, температура воздуха на выходе из теплообменника должна быть намного выше, чем требуемые нам 120°C. Около 200-250°C, в зависимости от соотношения потоков воздуха рекуперации и горячего воздуха. При таких температурах теплообменник типа воздух-воздух скорее всего долго не проработает.

Промежуточные выводы

Итак, по нашему мнению, для самодельной зерносушилки лучше выбрать такой тип: вертикальная порционная стационарная зерносушилка поперечного потока без рекуперации тепла.

• Вертикальная: зерно в нашей зерносушилке будет продвигаться сверху вниз под действием силы тяжести.
• Порционная: сушка зерна будет осуществляться циклами. Загрузка – сушка – охлаждение – разгрузка.
• Стационарная: зерносушилка будет устанавливаться стационарно на ровную твёрдую фиксированную поверхность.
• Без рекуперации тепла: воздух из зоны охлаждения будет выбрасываться наружу, а не подаваться обратно на горелку.
• Поперечного потока: воздух будет проходить сквозь зерно, которое находится между двух перфорированных стенок.

Однако, хотя выше мы писали, что зерносушилки смешанного потока более сложны в изготовлении, мы еще раз выражаем уверенное мнение, что они являются более экономичными, производительными, обеспечивают наибольшую равномерность конечной влажности и более бережно обращаются с зерном, чем зерносушилки поперечного потока. 

Поэтому, если есть возможности, задор, время и золотые руки, то таким фермерам мы бы порекомендовали изготовление самодельной сушилки смешанного потока. Такая сушилка будет принадлежать к типу вертикальных порционных стационарных зерносушилок смешанного потока с или без рекуперации тепла. Сушилка этого типа будет намного более эффективной также и в поточном режиме (если в дальнейшем вы захотите его автоматизировать).

Чертеж зерносушилки

Теоретический расчёт зерносушилки

Почему именно эти элементы важны в зерносушилке? Дело в том, что зерно отдаёт влагу по мере прогревания. Для того, чтобы прогреть зерно, нам нужен постоянный приток тепла. Влага, которая выделяется на поверхности зерна, должна впитываться горячим воздухом, а для того, чтобы вынести влагу из зерновой шахты, нам нужен постоянный отток отработанного воздуха.

Давайте разберем эти элементы подробнее. Почему именно на них мы делаем упор?

Ёмкость зернового бункера (шахты)

Зерну нужно время для того, чтобы нагреться и выпустить из себя влагу. Например, при сушке зерна кукурузы с 28% до 14%, хорошая сбалансированная сушилка будет удалять около 4.0 – 4.5% влаги в час при температуре окружающей среды 15°C, температуре сушки 120°C и относительной влажности окружающей среды до 60%.

Таким образом, ёмкость зерновой шахты напрямую влияет на производительность зерносушилки, которую мы делаем своими руками. И наоборот, по желаемой нами производительности, мы сможем определить ёмкость зерносушилки. Давайте этим и займёмся.

Допустим, мы хотим порционную зерносушилку ёмкостью 10 м3. Как известно, порционные зерносушилки работают циклами, каждый цикл состоит из 4-х этапов:
1) загрузка,
2) сушка,
3) разгрузка,
4) охлаждение.

Скорости загрузки и разгрузки будут зависеть от конвейерных механизмов (норий, конвейеров), которыми будет оснащена ваша сушилка. Нам они неизвестны. Но давайте предположим, что их фактическая производительность будет составлять 15 тонн в час (20 м3 в час при плотности кукурузы 0.75 тонн/м3). Тогда общее время одного цикла составит:

1. Загрузка: 0.5 часа (= 10 м3 / 20 м3/ч)
2. Сушка: 3.11 часа (с учетом того, что удаляем 4.5% влаги в час = (28-14)/4.5)
3. Разгрузка: 0.5 часа (также, как и загрузка, так как осуществляется тем е механизмом = 10 м3 / 20 м3/ч)
4. Охлаждение: зависит от многих факторов, обычно принимается равным 1 часу.

Итого, имеем 5.11 часа на каждый цикл. Это означает, что за сутки мы сможем высушить зерно 24/5.11 = 4.7 раз. Каждый раз по 10 м3. Плотность кукурузы принимается равной 0.75 тонн/м3. Таким образом, суточная производительность нашей гипотетической сушилки составит 4.7 раз х 10 м3 х 0.75 тонн/м3 = 35.2 тонн в сутки.

Итак, зная ёмкость сушилки и другие параметры, мы рассчитали её ориентировочную производительность. Но вам, скорее всего, нужно обратное: рассчитать требуемую ёмкость шахты, зная производительность зерносушилки. Никаких проблем! Просто делаем обратный расчёт. Для вашего удобства, ниже мы сделали калькулятор ёмкости шахты. Введите сюда производительность транспортного оборудования (в тоннах в час), желаемую производительность зерносушилки и процент снятия влажности в час (по кукурузе с 28% до 14%):

Производительность нории/конвейера, тонн в час:

Желаемая производительность зерносушилки, тонн в сутки:

Предполагаемое снятие влажности в час, %:

Расчётная ёмкость бункера ВАШЕЙ зерносушилки, м³: .

В вышеприведенном калькуляторе расчёта ёмкости зерносушилки мы рекомендуем не устанавливать такие агрессивные показатели скорости съема влаги в час, как 4.5%. Как было сказано выше, 4.5% это показатель для тёплой и сухой погоды, который используют некоторые производители для своих расчетов.

Но жизнь не такая радужная. Кроме того, зерносушилка, собранная своими руками, наверняка не сможет быть такой идеально сбалансированной, как заводская европейская сушилка.

Учтите также, что работать вы в основном будете, когда на улице будет +5°C – +10°C, а не +15°C, как указано в нормальных условиях. Поэтому скорость извлечения влаги из кукурузы (и другого зерна) будет меньше. Наша рекомендация: для базовых расчётов рассматривайте удаление 3.0-3.5% влаги в час. Хуже не будет. (Почему так? Потому, что на самом деле всё сложнее).

Поток воздуха

Здесь очень важно, чтобы поток воздуха был точно сбалансирован.

Если поток воздуха будет слишком слабым, то процесс сушки будет очень длительным и неэффективным потому, что зерно не будет хорошо прогреваться, а воздуха может быть недостаточно для эффективного удаления образовавшейся влаги. Такая сушилка вам не нужна.

С другой стороны, если поток воздуха будет слишком сильным, то, во-первых, возможно выдувание зерна и зернового мусора сквозь отверстия перфорации или из шахты, особенно легких и мелких культур, а во-вторых, воздух не будет успевать отдать зерну своё тепло и впитать влагу. В таком случае расход топлива будет расти логарифмически.

Каким же должен быть поток воздуха? Он должен быть таким, чтобы скорость воздуха внутри зерносушилки была достаточно низкой и достаточно высокой одновременно. Поэтому, поток воздуха зависит от ёмкости зерновой шахты.

Наша рекомендация: не менее 1’500-2’000 м³/час на каждый куб ёмкости зернового бункера.

Например, если мы хотим сделать зерносушилку с ёмкостью зоны сушки 10 м³, то поток воздуха через зону сушки должен быть не менее 15.000-20.000 м³/час.

На самом деле, лучше сделать вентилятор с запасом и иметь возможность ограничить поток воздуха. Это можно сделать либо путем установки частотного преобразователя, либо механическими заслонками. Это позволит вам донастроить сушилки во время её работы, если что-то пойдёт не так.

Обращаем внимание, что речь идёт о потоке ГОРЯЧЕГО ВОЗДУХА (рабочего агента). Если сушилка поточная, то у вас должна быть дополнительная зона охлаждения зерна. И через неё нужно пропустить такое же количество воздуха (пропорционально ёмкость зоны охлаждения).

Как же рассчитать вентилятор, чтобы он смог обеспечить нужный нам поток воздуха? А никак. Поток воздуха вентилятора берётся из паспортных данных вентиляторов. Он зависит от давления, которое должен преодолевать воздух, проходя сквозь зерно. Обычно потери давления в сушилке составляют 600-1200 Па. Далее, по диаграмме вентилятора вы сможете определить его ожидаемый воздушный поток. Мы рекомендуем потерю давления в сушилке (в зерне) рассчитывать с запасом, например 1500 Па. Так будет надёжнее с учетом того, что расчет самодельной зерносушилки выполнить практически невозможно.

Мощность источника тепла

Еще один немаловажный вопрос – какой мощности должна быть горелка, теплогенератор, теплообменник или другой источник тепла?

Зная расход воздуха, начальную и конечную температуру, мы можем рассчитать сколько калорий нам нужно для его подогрева.

Если мы возьмем нашу самодельную гипотетическую зерносушилку ёмкостью 10 м³, для которой мы выше уже рассчитали объем воздуха как 15.000-20.000 м³/час, то мы увидим, что для нагрева воздуха указанного количества с температуры -10°C до +120°C (т.е. мы поднимаем температуру на 130°C), нам понадобится энергия в количестве Q = 0,278 х с х G (Tк-Tн), где,

Q – теплота, необходимая для нагревания воздуха в Ватах;
с – удельная теплоёмкость воздуха (принимаем 1.0056 кДж/(кг*С);
G – количество воздуха, проходящего через зерносушилку в кг/ч;
Tн – температура окружающей среды (принимаем экстремальные условия, -10°C);
Tк – температура рабочего агента, т.е. температура горячего воздуха (120°C – сушим кукурузу).

Для преобразования воздуха из м³/ч в кг/ч используем формулу: G = Gv * 1.225.

Получается, что нашей сушилке понадобится горелка или теплогенератор мощностью 0.278 x 1.0056 x 20’000 x 1.225 x (120 – (-10)) = 890’388 Вт

Для преобразования энергии из Ватт в Ккал/ч используем следующую формулу: Qk = Q x 0.85985.

Итак, для нашей зерносушилки вполне хватит горелки мощностью Qk = 890’388 x 0.85985 = 765’600 ккал/час.

Примечание: И мощность вентилятора, и мощность горелки у нас получилась с существенным запасом. Это умышленно и это правильно, учитывая то, что для самодельной зерносушилки вряд ли кто-то сможет сделать полноценный тепловой расчёт.
Однако, и излишний запас мощности горелки мы брать не рекомендуем. Это связано с тем, что модулирующие горелки имеют не только максимальную, но и минимальную мощность. Обычно это 10% от максимальной мощности. Поэтому, если вам придется сушить низкотемпературные культуры (например, подсолнечник на 60°С) в теплое время года (например, когда на улице 25°С), то вам нужно будет подогреть воздух всего лишь на 35°С. Если горелка излишне мощная, а поток воздуха окажется меньше теоретического, это может не получиться.

Разбор видео самодельных сушилок

Полёты мысли рождают крылатые выражения.
А разбор полётов просто крепкие выражения.

Ниже мы приводим несколько видео самодельных зерносушилок и наши комментарии к ним. 

Мы ни в коем случае не хотим обидеть владельцев этих сушилок своими комментариями. Мы просто хотим дать почву для размышления новому поколению мастеров-фермеров, которые собираются сделать сушилку своими руками и помочь им избежать некоторых ошибок, вопросов.

Видео 1 – сушилка поперечного потока

Видео 2 – барабанная сушилка

Видео 3 – горизонтальная сушилка

Хорошо также и то, что фермер совместил зерносушилку с зерносепаратором. На видео можно увидеть одно поперечное сито, которое выполняет функцию очистки зерна от крупных примесей перед их подачей на конвейер.

На видео видно, что по всей длине конвейера идет либо дым, либо пар. Если это пар, это свидетельствует о хорошем балансе количества воздуха и температуры. Если дым, то всё совсем плохо. Но этого мы не узнаем.

Самое большое нарекание к этой сушилке — это слишком высокая скорость продвижения зерна. Даже почти сухое зерно, влажностью 21%, должно продвигаться по такому конвейеру хотя бы полчаса-час, чтобы из него вышла внутренняя влага. Судя по видео, мы оценили скорость около 10-15 минут. За 10-15 минут зерно никак не успеет высохнуть.

Также, из видео непонятно как фермер охлаждает зерно. Понятно, что закладывать на хранение горячее зерно нельзя.

Видео 4 – как нельзя делать

Прежде всего, это невероятная скорость прохождения зерна через трубу. Сколько времени зерно обдувается горячим воздухом? Считанные секунды? Минуту? Тяжело угадать. Но это явно не 2-4 часа, которые нужны для качественной просушки зерна.

Обычно, по такому принципу работают вибрационные горизонтальные сушилки. Они обдувают продукт в течение нескольких минут, но очень высокими температурами (например, 250-300 градусов). При этом продукт находится на вибрационном столе, чтобы воздух через него лучше проходил. Такую технологию еще называют “кипящий слой” или “псевдосжиженный слой”. Однако, нужно помнить, что вибрационные сушилки используются для тех продуктов, где нужно снять только поверхностную влагу (соль, песок, яичная скорлупа и т.п.). Для зерна такая технология непригодна. Зерно должно сушиться на меньших температурах и в течение гораздо более продолжительного времени.

Не повторяйте ошибок этого фермера. Перечитайте еще раз статью выше про скорость извлечения влаги из зерна, поток воздуха и мощность горелки. Не сушите зерно высокими температурами. Оно этого не любит.

Какие еще вопросы к этой сушилке? В комментариях к видео автор видео сам написал, что процесс трудоёмкий (зерно вручную грузится в бункер, который находится на высоте выше человеческого роста). Также, автор пишет, что не решен вопрос охлаждения зерна. Не забывайте, что зерно нужно охлаждать.

И самое главное. Мы уверены, что расход топлива в такой “зерносушилке” будет крайне высоким (в пересчете на тонно–процент). 

Видео 5 – двойное дно в грузовике

Также, обратите внимание что теплый воздух подается в нижнюю часть кузова под фальш-дно, но только с одной стороны. Зерно, которое находится ближе к горелке, будет непременно более сухим, чем зерно, которое находится ближе к бортам и с противоположной стороны. А зерно, которое непосредственно прилегает к бортам, будет вообще сырым, так как борта будут всегда холоднее.

В общем, какой смысл делать самодельную зерносушилку, если в ней нет системы перемешивания? Если нет возможности сделать конструкцию с перемешиванием, лучше вообще не браться за изготовление своей сушилки. Просто купите её. 

Сушилка окупается за 1-2 сезона. Тем более, что компания Финпро Груп продаёт сушилки в лизинг!

Видео 6 – похвально!

Заключение

Остались вопросы? Свяжитесь с нами!