Ягунин Сергей Сергеевич. Повышение эффективности сушилок ядрицы путем оптимизации загрузки и режимов сушки

brief description

Ягунин Сергей Сергеевич. Повышение эффективности сушилок ядрицы путем оптимизации загрузки и режимов сушки : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.01, 05.20.02.- Тамбов; Мичуринск, 2006.- 197 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/3065

61:06-5/3065
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО¬ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ТЕХНИКИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ (ГНУ ВИИТиН)
На правах рукописи

Ягунин Сергей Сергеевич
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУШИЛОК ЯДРИЦЫ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ЗАГРУЗКИ И РЕЖИМОВ СУШКИ
Специальность 05.20.01 — Технологии и средства механизации
сельского хозяйства
Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование
в сельском хозяйстве
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научные руководители: доктор технических наук, профессор Тишанинов Н.П., доктор технических наук Нагорнов С.А.
Тамбов - Мичуринск - 2006

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВА¬НИЙ 8
1Л. Анализ способов сушки 8
1.2. Классификация и анализ средств сушки с конвективным подводом тепла 22
1.3. Анализ исследований процесса конвективной сушки зерна..31
Выводы по главе 41
Цель и задачи исследований 42
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ГРЕЧНЕВОЙ ЯДРИЦЫ 43
2.1. Оценка влияния величины массы продукта в цикле сушки на качество и эффективность процесса 43
2.2. Тепловой анализ процесса сушки ядрицы в сушилках цикли¬ческого типа 51
2.3. Математическое моделирование процесса сушки ядрицы ..61
2.3.1. Анализ тепло- и влагообмена в процессе сушки ядрицы... 61
2.3.2. Анализ кинетики сушки ядрицы 73
Выводы по главе 79
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИС¬СЛЕДОВАНИЙ 81
3.1. Программа экспериментальных исследований 81
3.2. Методика определения физико-механических свойств крупы ядрицы 82
3.3. Методика исследований процесса сушки гречневой крупы
ядрицы 85
3.3.1. Обоснование факторов, диапазонов варьирования и крите¬риев оценки процесса сушки 93
3.4. Методика определения коэффициента диффузии влаги 94
Выводы по главе 100
4. РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕ¬ДОВАНИЙ 101
4.1. Анализ эксплуатационно-технологических и энергетических показателей процесса сушки ядрицы 101
4.1.1. Кинетика температур агента сушки и продуктового
слоя 102
4.1.2. Показатели производительности и энергоемкости процесса 111
4.2. Анализ теплового баланса сушилки ядрицы 117
4.2.1. Анализ теплопотерь с поверхности сушилки и на нагрев металлоконструкции 118
4.2.2. Анализ затрат теплоты на нагрев продукта и выпаривание влаги 124
4.2.3. Анализ структуры энергозатрат на процесс сушки ядрицы 126
4.3. Анализ результатов исследований процесса сушки с четы¬рехрядным калорифером 128
4.4. Результаты исследований массообмена (сушки) гречневой ядрицы 133
4.5. Анализ результатов исследований качества сушки
ядрицы 137
Выводы по главе 140
5.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВА¬НИЙ 143
Выводы по главе 148
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 149
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 151
ПРИЛОЖЕНИЯ 162
ВВЕДЕНИЕ
Одно из ведущих мест в инфраструктуре технических средств послеуборочной обработки зерна на сельскохозяйственных предприятиях и его последующей переработки занимают процессы сушки зерновых культур и их аппаратурное оформление. Основ¬ными требованиями, предъявляемыми к сушилкам, являются: улучшение технологических свойств высушиваемого материала; снижение энергозатрат на проведение процесса сушки посредст¬вом интенсификации этого процесса.
В настоящее время совершенствование сушильного оборудо¬вания находится на новом этапе, обусловленном появлением в сельскохозяйственном производстве различных форм собственно¬сти. Помимо крупных агропромышленных предприятий появилось множество небольших сельскохозяйственных производственных кооперативов, фермеров и мелких частных перерабатывающих предприятий, занимающихся выращиванием или переработкой зерна, а мощная зерносушильная техника сосредоточена в основ-ном на элеваторах и крупных сельскохозяйственных предприяти¬ях. При сдаче на хранение зерновых культур на элеватор к нему предъявляются жесткие требования. Если влажность или засорен¬ность культур выходит за рамки ограничительной кондиции, то та¬кое зерно либо не принимают на хранение, либо поднимают цены за подработку до уровня, достигающего 50% себестоимости произ¬водства зерна, недоступного фермерам и мелким сельскохозяйст¬венным предприятиям.
Вышесказанное обуславливает необходимость обеспечения этих категорий сельскохозяйственных товаропроизводителей ма¬логабаритной, высокоэффективной, энерго- и ресурсосберегающей техникой для сушки зерна.
Однако простым масштабированием (при переходе от суши¬лок большой производительности, установленных на элеваторах, к малым, обеспечивающим потребности указанных категорий сель¬ских товаропроизводителей) эту задачу решить оказалось невоз¬можно. Существующие сушилки в большинстве случаев не только физически, но и морально устарели, поскольку возможности их при существующих ценах на энергоресурсы исчерпаны. Поэтому при переходе от крупногабаритных сушилок к новым, отвечающим современным экономическим и экологическим требованиям, есте¬ственно, возникла проблемная ситуация. Высокая технико¬экономическая эффективность процесса сушки, повышение произ¬водительности труда и улучшение санитарно-гигиенических и эко-логических условий производства возможны только при создании нового типа сушильного оборудования.
Используемое в настоящее время оборудование для сушки зерна наряду с большими габаритными размерами характеризуется высокой энерго - и металлоемкостью при низком качестве высу¬шиваемого зернового материала. Дальнейшее внедрение передо¬вых методов сушки в производство сдерживается недостатками существующего оборудовании.
Таким образом, разработка малогабаритных, высокоэффек¬тивных, энерго - и ресурсосберегающих сушилок для указанной категории сельских товаропроизводителей является весьма акту¬альной задачей, которая предопределила цель исследований: по¬вышение эффективности процесса сушки гречневой ядрицы путем оптимизации режимов работы малогабаритной конвективной су¬шилки периодического (циклического) действия.
Исследования проводились по программе НИР Российской академии сельскохозяйственных наук (задание 01. 02. на
2001.. .2005 гг.) в государственном научном учреждении ВИИТиН.
На защиту выносятся:
-математические модели обоснования компромиссных решений по выбору режимов работы сушилок в мно¬гокритериальном пространстве (производительность, энергоемкость, качество процесса и затраты на тех¬нологическое обслуживание);
- математическое описание теплового баланса суши¬лок циклического действия;
- экспериментальные зависимости производительности сушилок, энергоемкости и качества процесса с кине¬тикой температурных режимов и величиной загрузки сушильной камеры;
- взаимосвязи результативных показателей с исходной температурой продукта, характеристиками калорифера;
- взаимосвязь кинетики температурных режимов суш¬ки и продолжительности протекания процесса с вели¬чиной слоя просушиваемого продукта и его влагосо- держанием.

bibliography

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. В малотоннажных перерабатывающих линиях целесооб¬разно использовать сушилки периодического действия с непод¬вижным разрыхленным состоянием продуктового слоя при конвек¬тивном теплообмене и возможности регулирования температуры сушильного агента.
2. Основным параметром режима работы сушилок цикличе¬ского действия следует считать массу ядрицы (Мя) в цикле сушки, определяющую кинетику температурных режимов (при прочих равных условиях), качество, производительность и энергоемкость процесса, а резервы эффективности их использования должны ба¬зироваться на сравнении возможного повышения производитель¬ности и снижения затрат на технологическое обслуживание с по¬терями от вынужденной пересушки ядрицы при увеличении Мя.
3. Анализ кинетики температурных режимов сушки с ис-пользованием трехрядного калорифера позволил установить, что после времени нагрева т = 0,4...0,5тОТк температура продукта сни¬жается на 12,5... 16%, а в интервале охлаждения падает до 0°С, так как процесс охлаждения протекает по принципу «испарителя - ох¬ладителя».
4. При снижении загрузки сушильной камеры с 63,6 кг до
35,6 кг (в 1,8 раза) продолжительность цикла сушки снижается в 2,14 раза, приращение температур в надрешетной камере снижает¬ся в 3 раза, а период приращения температур - в 1,7 раза, что под¬тверждает возможность повышения производительности и сниже¬ния теплопотерь при уменьшении Мя.
5. Оптимальная производительность сушилки с трехрядным калорифером достигается при Мя = 40...46 кг и составляет 99 кг/ч (по основному времени) и 86 кг/ч (по эксплуатационному). Удель¬ная энергоемкость процесса изменяется в диапазонах 1,68...2,09 кВт-ч/кг выпаренной влаги и 0,187...0,365 кВт-ч/кг высушенной ядрицы. Сушилка с четырехрядным калорифером обеспечивает по¬вышение производительности на 31%, существенное снижение удельной энергоемкости.
6. В структуре теплового баланса средние затраты энергии на нагрев продукта, компенсацию теплопотерь с поверхности и с отработанным сушильным агентом примерно равны и составляют
22,2.. .22,6%, на выпаривание избыточной влаги - 31,5%, на нагрев металлоконструкции сушилки - 8,7%.
7. Тепловой и интегральный КПД сушилок с одним типом калорифера изменялись в исследуемой области незначительно - rjT = 55,2...58%, TJH = 48,5...54,1 %. Разница между этими величинами определяется долей энергии на привод вентилятора, которая в среднем составляет 0,85 кВт-ч за цикл сушки.
8. Качество процесса сушки ядрицы снижается с увеличени¬ем Мя в 3,3 раза и послойно - от нижнего к верхнему в 1,36...2,14 раза, что подтверждает существенность резерва эффективности от снижения вынужденной пересушки ядрицы при уменьшении за¬грузки сушильной камеры в цикле сушки.
9. Годовой экономический эффект от использования сушил¬ки с оптимальными режимами работы и параметрами составляет 196,9 тыс. рублей, когда сушильное оборудование не лимитирует производительность перерабатывающей линии и 268,5 тыс. рублей - при недостатке сушильного оборудования за счет дополнитель¬ного эффекта от увеличения производительности.