Drying mechanism for rice/nl

Projectgegevens

Locatie	Kingston , Canada
Staat	Ontworpen
OKH-manifest	Download

Dit artikel bevat instructies over hoe u een vaste batch verwarmde luchtdroogbak bouwt van lokale materialen. Voor meer informatie over rijstteelt en geschikte praktijken, zie Rice .

Methoden van drogen

Veld drogen

• Rijst wordt op de velden gedroogd
• Zeer lage relatieve kosten
• Voordelen: Maakt pluimen los voor gemakkelijker dorsen
• Nadelen: Rijst van zeer slechte kwaliteit, kan niet drogen in de regen (bijv. in het natte seizoen) of 's nachts ^[1]

Zon drogen

• Rijst droogt op trottoirs of droogmatten door de warmte van de zon
• Zeer lage relatieve kosten
• Voordelen: Betere kwaliteit dan velddroging, relatief goedkoop
• Nadelen: slechte maalkwaliteit, arbeidsintensief, kan niet drogen bij regen (bijv. regenseizoen) of 's nachts ^[1]

Verwarmde luchtdroging

Vaste beddroger

• Verwarmde lucht stroomt door batch
• Lage relatieve kosten ($150 voor een circulaire batch – kan ook worden beschouwd als een droger in de winkel vanwege de lange droogtijd, zie hieronder – en $1500 voor een vlakbed) ^{[2] [3] [4]}
• Voordelen: Eenvoudig, goedkoop, snel drogend
• Nadelen: Vermindering van de maalopbrengst (door het opnieuw bevochtigen van droge granen), risico op het doden van zaden, arbeidsintensief ^[1]

Recirculerende batch

• Rijst beweegt zich door secties die hem afwisselend drogen en temperen
• Gemiddelde relatieve kosten ($10.000) ^[3]
• Voordelen: Goede opbrengstkwaliteit, grote capaciteit, weinig arbeid voor het mengen, lagere vochtigheidsgradiënt
• Nadelen: Vereist onderhoud en geschoolde arbeiders, verplaatsen van componenten ^[1]

Continue doorstroomdroger

• Rijst en lucht stromen in twee verschillende richtingen
• Hoge relatieve kosten (grootschalige producties)
• Voordelen: Grote capaciteit
• Nadelen: Gecompliceerde mechanismen ^[1]

In de winkel drogen

• Diepbeddroging bij lage temperatuur
• Hoge relatieve kosten (grootschalige producties)
• Voordelen: Energiezuinig, grote bakken, uitstekende graankwaliteit, droogt in opslag
• Nadelen: Zeer lange droogtijd, vereist een bulkverwerkingssysteem, risico op bederf door defecte voeding ^[1]

Aanvullende opmerkingen

Onderzoek naar het verbeteren van het drogen in de zon met zonnecollectoren heeft aangetoond dat de zon niet genoeg kan worden versterkt om de droogtijd voldoende te verlengen om de extra kosten te rechtvaardigen. Ook kunnen zonnecollectoren, net als bij het drogen in de zon, niet worden gebruikt om rijst 's nachts of in de regen te drogen. ^[1]

Economie van het drogen

Er zijn verschillende duidelijke economische voordelen aan het gebruik van mechanische drogers om rijst te drogen. Deze omvatten een hogere marktwaarde van het product van hogere kwaliteit, een veiliger inkomen door verminderde weersrisico's en de mogelijkheid om meer graan te verwerken in een bepaalde hoeveelheid tijd. Bovendien verkopen de meeste markten rijst op gewicht of volume. Drogen vermindert zowel het gewicht als het volume van de rijst. ^[1] Over het algemeen moet, om de kosten van het mechanisch drogen van rijst te rechtvaardigen, de verhoogde winst als gevolg van een hogere rijstkwaliteit opwegen tegen de kosten van het installeren en laten draaien van de machine, evenals het verlies in gewicht of volume van de rijst. Rekening houdend met andere economische overwegingen, waaronder onderhoud, afschrijving en rente, is het erg moeilijk om quitte te spelen over de levensduur van een mechanische droger in kleinschalige operaties.

Flatbed vaste batchdrogers (verwarmde lucht drogende vaste batch flatbeddrogers) zijn de meest commercieel succesvolle mechanische drogers en worden het vaakst gebruikt in kleine tot middelgrote rijstmolens. Hoewel ze misschien niet de beste technische oplossing bieden voor het drogen van rijst, lijken ze de kosten- en winstvereisten goed in evenwicht te brengen. De Vietnamese Flatbeddroger (meer dan 6000 installaties voor een kostprijs van $ 1500) heeft een capaciteit van vier tot tien ton en kan de rijst in zes tot acht uur drogen. De IRRI Flatbeddroger ($ 1000) heeft een capaciteit van één ton en kan de rijst in zes tot acht uur drogen. Volgens de website van IRRI is de droger sinds de jaren 70 duizenden keren geïnstalleerd, maar geeft toe dat het ontwerp erg verouderd is. ^{[3] [1]}

De circulaire batchdrogers (lage temperatuur diepe beddrogers) hebben een bescheiden succes gehad. Voorbeelden hiervan zijn de IRRI zaaddrogers en de Vietnamese Low Cost SRR en SRT drogers. Hoewel ze relatief goedkoop zijn ($100-$150), hebben ze kleine batchgroottes (maximaal één ton) en duurt het één tot twee dagen om de rijst te drogen. ^{[3] [1]}

Als algemene regel geldt dat een droger het vochtgehalte met één procent per uur moet verlagen om als efficiënt te worden beschouwd. Als u bijvoorbeeld het vochtgehalte van uw rijst wilt verlagen van 22% naar 13% (voor een opslagtijd van acht tot twaalf maanden), moet uw droger de rijst in negen uur kunnen drogen. ^[1]

Ontwerp

Het doel van dit ontwerp was om een ​​droger te creëren die de rijstkwaliteit kon behouden tegen lage kapitaal- en bedrijfskosten, wat een redelijk hoge droogtijd opleverde en tegelijkertijd toegankelijk bleef voor kleinschalige verwerking. De vaste batchdroger produceert rijst van goede kwaliteit en heeft een snelle droogtijd, maar heeft hoge kapitaal- en bedrijfskosten. Deze kosten zijn voornamelijk verbonden aan het type materiaal dat wordt gebruikt, brandstof en de complexiteit van de machine (waarvoor geschoolde arbeiders nodig zijn om te repareren). Vanwege het aantal verkochte eenheden van de vaste beddrogers in vergelijking met de ronde batchdrogers, heeft de vaste beddroger duidelijk de voorkeur. Daarom probeerde dit ontwerp de huidige vaste beddroger te optimaliseren door succesvolle kenmerken van de ronde batchdroger te integreren.

Grotere vaste bed batch drogers hebben een capaciteit van 4-10 ton en worden gevoed door grote ovens, terwijl de kleinere ronde batch drogers worden gevoed door kleine kolen-, hout- of rijstkafvuren. Vaste bed batch drogers zijn, vanwege hun grote capaciteit, vaak gemaakt van metaal, terwijl de ronde batch drogers vaak worden gemaakt van goedkopere lokale materialen zoals bakstenen en bamboe. Beide maken gebruik van een metalen gaas om rijst op zijn plaats te houden terwijl warme lucht door de batch kan stromen. Ze gebruiken ook allebei goedkope axiale ventilatoren om lucht door het systeem te stuwen. ^{[5] [6] [7] [4]} De opnieuw ontworpen vaste bed droger is gemaakt van goedkopere lokale materialen, vergelijkbaar met de ronde batch droger. Hij wordt ook gevoed door biomassa te verbranden in de vorm van rijstkaf. ^[8] Dit verlaagt de bedrijfskosten en produceert, samen met het juiste warmteoverdrachtssysteem, een hogere temperatuur dan de ronde batch drogers.

Circulaire batchdrogers drogen de rijst bij een klein temperatuurverschil, terwijl vaste beddrogers de rijst drogen bij een hogere temperatuur (optimaal bij 43 ^o C). Hierdoor kunnen circulaire drogers een veel kleinere vochtigheidsgradiënt hebben. Een hoge vochtigheidsgradiënt in de batch zorgt voor het opnieuw bevochtigen van rijst met een lager vochtgehalte, wat de kwaliteit van de rijst vermindert. Om de vochtigheidsgradiënt in de vaste beddroger te verminderen, mag de rijst niet dieper zijn dan 70 cm. ^{[9] [10]}

Verdamping van water

Rijst drogen wordt gekenmerkt door een ongelijkmatige verdamping van vocht. In de voorverwarmingsperiode wordt het grootste deel van de warmte die aan de rijst wordt geleverd gebruikt om de rijst op te warmen, dus er vindt heel weinig verdamping plaats. Vervolgens, in de periode met constante snelheid, wordt de rijst volledig opgewarmd en verdampt water van het oppervlak van de korrel. Vervolgens, in de periode met dalende snelheid, wordt het vocht van het oppervlak van de korrel bijna volledig verdampt en moet vocht van het binnenste van de korrel zijn weg naar het oppervlak vinden voordat het verdampt. Dit vertraagt ​​de verdampingssnelheid drastisch en zorgt ervoor dat de rijstkorrels verder opwarmen.

Bij het ontwerpen van dit apparaat werd de verdampingssnelheid berekend om de droogtijd voor verschillende ontwerpen te schatten. Er werd aangenomen dat de rijst een constante verdampingssnelheid had. Echter, vanwege de dalende-snelheidsperiode, zorgt deze aanname ervoor dat de berekende droogtijd iets lager is dan zou moeten zijn om het gewenste vochtgehalte te bereiken.

De verdampingssnelheid van water in een groot zwembad wordt gegeven door: ^[11]

g=kAx(1-u){\displaystyle {\text{g=kAx(1-h)}}\,\!}

En

k=(25+19v){\displaystyle {\text{k=(25+19v)}}\,\!}

waar

• g is de hoeveelheid verdampt water in kg/u
• k is de verdampingscoëfficiënt in kg/m2h
• v is de windsnelheid in m/s
• A is het oppervlak m2
• x is de verzadigingsvochtigheid bij de oppervlaktetemperatuur (43 graden Celsius voor optimale droging) in kg water/kg lucht
• h is de relatieve vochtigheid van de omgevingslucht

De gewenste hoeveelheid water die uit de rijst moet worden verwijderd, wordt gegeven door:

d=m(MCo-MC){\displaystyle {\text{d=m(MCo-MC)}}\,\!}

waar

• d is de gewenste hoeveelheid water die uit de rijst moet worden verwijderd in kg
• m is de beginmassa van de rijst
• MCo is het initiële vochtgehalte (meestal tussen 20% en 25%)
• MC is het gewenste vochtgehalte (meestal tussen 9% en 14%)

De totale droogtijd wordt gegeven door:

T=DMCOG{\displaystyle t={\frac {dMCo}{g}}}

waar

• t is de totale droogtijd in uren

Voor het drogen van een ton rijst is de opnieuw ontworpen vastebeddroger van 22% naar 13% vochtgehalte bij de ideale droogtemperatuur van 43 graden Celsius met een kalme bries van 1 m/s bij 60% relatieve vochtigheid ontworpen. De droogtijd voor de 1x3 meter droger bedraagt ​​7 uur.

Warmteverliesanalyse

De volgende afbeelding toont de vergelijkingen en het diagram voor het bepalen van warmteverlies door een pijp van lengte L met binnendiameter r1 en buitendiameter r2 met geleidende warmteoverdrachtscoëfficiënt van k, die een hete vloeistof met temperatuur Tinf1 en convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt van h1 bevat, omgeven door een koude vloeistof met temperatuur Tinf2 en convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt van h2. Ts1 en Ts2 verwijzen naar de oppervlaktetemperaturen van de pijp op respectievelijk de binnen- en buitendiameter. ^[12]

Roestvrij staal AISI 304 heeft een geleidende warmteoverdrachtscoëfficiënt (k) gelijk aan 14,9 W/mK. Staal is goedkoper dan roestvrij staal en zou daarom in het ontwerp worden gebruikt, maar er zal worden aangenomen dat ze een ak-waarde hebben die ongeveer gelijk is. Bij vrije convectie voor gassen ligt de convectiecoëfficiënt (h) gewoonlijk tussen 2 en 25 W/m2K. Bij geforceerde convectie voor gassen ligt de convectiecoëfficiënt gewoonlijk tussen 25 en 250 W/m2K. ^[12] Voor deze toepassing wordt aangenomen dat h1 50 W/m2K is vanwege de lichte forcering van lucht door de pijp veroorzaakt door de ventilator en wordt aangenomen dat h2 5 W/m2K is omdat de pijp zou worden blootgesteld aan kalme winden. Een stalen buis in een omgevingstemperatuur van 30 graden Celsius, die verwarmde lucht bevat met een temperatuur van 525 graden Celsius (uitgaande van een koude biomassabrand) met een binnen- en buitendiameter van respectievelijk 20 cm en 25 cm, zal een warmteverlies ondervinden van 1,7 kW/m bij een buitentemperatuur van 88 graden Celsius.

Om één ton rijst te koelen op 43 graden Celsius, moet lucht met 14 W warmte door de rijst worden geduwd met een 0,7-1,0 W ventilator. ^[1] Zonder informatie over de warmte in Watts die wordt geproduceerd door het biomassavuur, is het moeilijk om te bepalen of de droogtemperatuur het gewenste niveau zal bereiken. De goedkope ronde droogbakken gebruiken echter momenteel een soortgelijk verwarmingssysteem om droogtemperaturen te produceren die net boven de temperatuur van de omgevingslucht liggen. Bovendien heeft de pijp een extra bocht van 90 graden die de lucht kan vertragen, waardoor er meer warmte door de pijp kan ontsnappen. Gezien deze overwegingen zal het systeem waarschijnlijk geen temperatuur produceren die hoger is dan het gewenste niveau. Het drogen van de rijst op een temperatuur hoger dan 43 graden Celsius zou een nadelig effect hebben op de kwaliteit van de rijst. ^[1]

Definitief ontwerp

Let op: DIT ONTWERP IS NIET GETEST

Raadpleeg de IRRI Example Dryers -site om afbeeldingen van de beschreven drogers te bekijken. De eerste afbeelding is van de IRRI STR/SRR-droger en de tweede is van de Vietnamese flatbeddroger. Dit nieuwe ontwerp combineert de hogere graankwaliteit en snelle droogtijd van de flatbeddroger met de goedkope materialen en warmtebron van de circulaire batchdrogers. Regelmatig mengen van het ondiepe bed van de drogende rijst zal helpen de hoge vochtigheidsgradiënt te verminderen die gewoonlijk wordt geassocieerd met flatbeddrogers.

• Voordelen: Door te mengen krijgt de rijst een constantere vochtigheid (waardoor de vochtigheidsgradiënt afneemt), wat de maalkwaliteit verbetert. Door te mengen wordt ook de luchtstroom bevorderd, wat de snelheid over de korrels verhoogt en voorkomt dat de verwarmingskamer te heet wordt (wat de kwaliteit van de rijst drastisch vermindert). Goedkoop en snel drogend.
• Nadelen: Geen vervanging voor een tweefasendroger, temperaturen kunnen boven de ideale 43 graden Celsius uitkomen als er niet vaak genoeg wordt gemengd, arbeidsintensief, nog steeds iets duurder dan een cirkelvormige droger, filter kan wat rook of andere verbrandingsproducten missen waardoor er rokerige rijst ontstaat, stroomvoorziening vereist (in tegenstelling tot drogen in het veld en in de zon)
• Opmerkingen over gebruik: Vul de bovenste droogbak met 50 cm rijst. Dit bereikt de capaciteit van de droger van één ton. Voorzie het brandstofbassin van brandende rijstkaf om een ​​constante warmtebron te behouden.
• Toekomstig werk: De ventilator trekt lucht door het systeem, maar maakt de stroming moeilijk te analyseren. Een CFD en warmteoverdrachtsimulatie zouden aannames en ontwerpvaliditeit testen.

Kosten

• Brandstofbassin, pijp, ventilator en doekfilter - $ 100 (geschat) ^[13]
• Hout - $25 ^[14]
• Draadgaas - $70 ^[15]
• Stenen - $20 (geschat)

Totale geschatte kosten - $215

Benodigde materialen

• Vuurbassin (ongeveer 50 cm diameter en 50 cm hoog) ondersteund door bakstenen (A)
• Stalen leiding tussen 20 cm en 30 cm diameter met 50 cm opening (B)
• Axiale ventilator (0,7-1W) (C)
• Rookfilter (zelfde diameter als aluminium leiding) (D)
• Multiplex (1/2 inch dik) - 2 x 1 m x 0,3 m (E)
• Multiplex (1/2 inch dik) - 2 x 1 m x 0,7 m (F)
• Multiplex (1/2 inch dik) - 2 x 3 m x 0,3 m (G)
• Multiplex (1/2 inch dik) - 2 x 3 m x 0,7 m (H)
• Multiplex (1/2 inch dik) - 8 x 0,3 m x 0,1 m, aan de uiteinden in een hoek van 45 graden gesneden voor versteviging (I)
• Geweven gaas of geperforeerd metaal (openingen niet groter dan 0,05 inch) – 1 mx 3 m (J)
• Extra stenen ter ondersteuning van het gaas (K)

Benodigde hulpmiddelen

• Voeding voor ventilator
• Nagels
• Hamer
• Handzaag
• Meetlint of meterstok
• Decoupeerzaag (optioneel)

Bouwinstructies

1

• Bevestig de onderdelen G en E aan elkaar met behulp van de beugels I
• Gebruik 2 spijkers in elke beugel (in totaal 16 spijkers voor deze stap)
• Sla elke spijker door deel G of E in deel I

2

• Maak een gat in slechts één kant van de droger
• Als u een decoupeerzaag bij de hand hebt, zaag dan een cirkel met een kleine tolerantie ten opzichte van de aluminium leiding.
• Als u geen decoupeerzaag bij de hand hebt, zaagt u met een handzaag een vierkant uit de onderkant van het frame.
• Het gat moet in deel E worden gemaakt

3

• Plaats ventilator C in de droger, dicht bij het gat uit stap 2

4

• Bevestig de gaaslaag aan de bovenkant van het frame
• Gebruik spijkers met een tussenruimte van 10 cm

5

• Herhaal stap 1 met behulp van de onderdelen F, H en de resterende I
• Gebruik 2 spijkers in elke beugel zoals eerder
• Plaats het tweede frame bovenop het gaas zoals afgebeeld

6

• Bevestig aluminium buis B tussen het gat gemaakt in stap 2 en de hulsoven A
• Zorg ervoor dat er een kleine opening overblijft zodat de oven met schil verwijderd en opnieuw gevuld kan worden met brandstof
• Bevestig rookgordijn D in de aluminium buis boven de hulsoven A

7

Eindproduct

Het eindproduct zou eruit moeten zien zoals op de onderstaande foto's.

Referenties

Zie ook

• Rijst

Paginagegevens

Een deel van	Mech425
Trefwoorden	techniek , voedselverwerking , internationale ontwikkeling , landbouw
Auteurs	Jessica Larmer
Licentie	CC-BY-SA-3.0
Organisaties	Koningin Universiteit
Taal	Engels (en)
Verwant	0 subpagina's , 7 pagina's link hier
Invloed	6.664 paginaweergaven ( meer )
Gemaakt	16 maart 2010 door Jessica Larmer
Laatst gewijzigd	29 januari 2024 door Felipe Schenone
Citeer als	Jessica Larmer (2010–2024). "Droogmechanisme voor rijst" . Appropedia . Opgehaald op 29 oktober 2024 .
API-query's	basis , semantisch , html , bestanden , meer