A technológia egyik legfontosabb, termékminőségi szempontból is alapvető mûvelete a szárítás.

Számos szárítótípus létezik, amelynek kiválasztásakor nem lehet figyelmen kívül hagyni a helyi viszonyokat sem (klimatikus jellemzők, növényfajta stb.). Például a kamrás szárítási technológia egyik fő költségnövelő tényezője a szárítási idő, amelynek csökkentésével jelentősen csökkenthető az energia felhasználás, s így a költség is.

Mûszeres vizsgálataink arra irányultak, hogy feltérképeztük, milyen lehetőségek adódnak a kamra-kihasználási tényező javítására. A mérési eredmények alapján technológiai változtatásokat dolgoztunk ki, amelyeket kontrollmérésekkel ellenőriztünk. A technológiai fejlesztésre a kukoricacsövek, mint inhomogén felépítésû elő anyagok szárításkori viselkedése adott lehetőséget.

Megállapítottuk, hogy a csutka és a szemek nedvességtartalmának változása a szárítás folyamán szignifikánsan eltérő jellemzőkkel 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 levegő belépéséhez. A legszélső száradási rétegben rendszerint homogén nedvességmező alakul ki. A kívánt nedvességtartalom ilyen esetekben mintegy háromnapi szárítással érhető el.

A be- és kilépő 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 belépő szárítóközeg átlagolt jellemzői megfelelő adatokkal szolgálnak az adott szárítókamra hőtranszport jellemzőinek kiszámításához.

További jelentős szárítási idő takarítható meg, ha célszerûen módosítjuk a ventilációs rendszert, beleértve a be- és kivezető 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 tényezők (klimatikus jellemzők, növényfajta stb.) befolyását. Külön feladat még a munkaminőségi és a költségtényezők együttes optimálása is. A leggyakrabban alkalmazott kamrás szárítási technológia egyik fő költségnövelő tényezője a szárítási idő, amelynek csökkentésével jelentősen csökkenthető az energia felhasználás, s így a költség is.

A szaporítóanyag legfontosabb értékmérője – a csírázóképesség – valójában a szárítás során véglegesül, ami azt is jelenti, hogy a vízelvonási mûvelet a vetőmag-előállítási 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 elhelyezkedő kamrákban végeztük (1. ábra). A kamrákon belüli légáramlást 3 helyen kialakított szellőztető rácsozattal biztosították. Ezek nyitott és zárt állapotát a szárítási folyamatnak megfelelően változtattuk.

A szárítási folyamat első szakaszában – amikor a szárítandó anyag még nagy nedvességtartalommal rendelkezik – az oldalszellőztetők zárt állapotban vannak, így a részben elhasznált, alacsonyabb hőmérsékletû szárítólevegő az alsó rácson lép be, és a felső rácson lép ki a környezetbe (1.ábra A). A szárítási folyamat második szakaszában, a már alacsonyabb nedvességtartalmú anyag végszárításakor a felső rácsozat kerül lezárásra és a magasabb hőmérsékletû 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 mintavevő akna helyzetét is. Ezek mérete és kamrán belüli elhelyezése biztosította, hogy az eredeti állapotoknak megfelelő légáramlási és száradási viszonyok maradtak a szárítókamrán belül. A méréseink során az egyes rácsok nyitott vagy zárt állapotát adott időközönként feljegyeztük.

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

Az aknák minden mintavevő ablakában kétfajta hőmérsékletet 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 függő be- és kilépési keresztmetszetekben a hőmérsékletmérési pontokon mértük a légsebesség-értékeket is.

A kukorica száradási jellemzőinek meghatározásához 4 óránként, minden akna, minden mintavevő 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 levegő hőmérséklete és nedvességtartalma, a ventilátorok levegőjének sebessége és hőmérséklete, a légelosztó folyosók hőmérséklete 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 ebből az irányból áramlik a szárítóközeg. A szárítás 30. órája körül történik meg a „fordítás”, ami a légvezetés megváltoztatását jelenti a második szakasz beállításainak megfelelően. Ettől a ponttól az alsó réteg nedvességtartalma csak kis mértékben változik, míg a felső réteg nedvességtartalma rohamosan csökkenni kezd.

 

A szem-nedvességtartalom változása (4. ábra) jelentősen eltér a csutkánál tapasztaltaktól. Az egyik feltûnő eltérés a kiindulási nedvességtartalmak különbözősége. A szem nedvességtartalma mintegy 50%-kal alacsonyabb a csutkáénál. Ez az eltérés teljesen nyilvánvaló, hiszen a kukoricacső fő nedvességtároló része a csutka, amelynek egyenes következménye, hogy a nedvesség áramlása a csutka felől 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 hőmérséklet- eloszlási térképeket is szerkesztettünk az egyes kamrákra. Az 5. ábrán a csutka- hőmérsékletek 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 felső rétegtől a 70 cm-es rétegig terjedt. A legalacsonyabb és a legmagasabb halmazon belüli hőmérséklet különbsége elérte az 5 ºC-ot.

A halmazhőmérsékletekből szerkesztett térkép a csutkahőmérséklet eloszlásához képest sokkal egyenletesebb képet mutat (6. ábra.). Megfigyelhető, hogy a halmaz hőtérképén bizonyos időpillanatokban rétegvastagságtól függetlenül szinte azonos értékek szerepelnek, de jellemzően az alsó réteg hőmérséklete akár több ºC-kal is alacsonyabb a halmaz többi részéhez képest.

Az hő- és anyagtranszport folyamatok részletes vizsgálatához a szárítóközeg, beállítástól függő, be- és kilépő keresztmetszeteiben hőmérséklet, relatív páratartalom és légsebesség-értékeit rögzítettük. Ennek kiértékelésével – a 3. és a 4. ábránál alkalmazott módszerrel az adott keresztmetszetekre megszerkeszthetők a hőmérséklet és a légsebesség eloszlását bemutató diagramok is.

Az előzőekben példaként bemutatott módszerek és elemzések segítségével a kukorica vetőmag szárítási technológiája mind termodinamikai, mind pedig gazdaságossági szempontok szerint továbbfejleszthető 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 megfelelő megoldás lehet a szárítóközeg tömegáramának növelése. A szárítókamrába bevezetett levegő áramlási irányának megváltoztatását pedig arra az időpillanatra kell időzíteni, amikor a szem és a csutka nedvességtartalma azonos értékeket vesz fel (barna nyíl).

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

Következtetések

A szárítókamrákban – a különböző légvezetési megoldások alkalmazhatóságának köszönhetően – a szárítási folyamat a mindenkori nedvességtartalom függvényében vezérelhető.

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 legszélső száradási rétegben rendszerint homogén nedvességmező alakul ki.

A szárítóközeg belépő oldalához közeli rétegek gyorsabban száradnak, míg az ellenkező oldal rétegeinek nedvességtartalom változása minimális. A kamrán belüli hőmérsékletkülönbség nem jelentős, ugyanakkor az egyes kamrákba belépő közeg hőmérséklete függ a ventilátorok távolságától.

A szárítási idő jelentősen csökkenthető, ha célszerûen módosítjuk a ventilációs rendszert, beleértve a be- és kivezető keresztmetszetek vezérlését is. A szárítóközeg anyag-nedvességtartalomtól függő 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, Gödöllő