Электротехнологическая установка конденсационного типа для сушки лесосеменного сырья с применением термоэлектрического эффекта

• Автор: Алексеев, Вадим Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Анализ современного состояния процесса сушки лесосеменного сырья

1.1 Процесс сушки лесосеменного сырья. Технологические режимы и параметры

1.1.1 Условия и закономерности тепловой сушки

1.2 Способы сушки материалов

1.3 Интенсификация процесса конвективной сушки лесосеменного сырья

Выводы по главе

Глава 2. Математическая модель тепломассообмена и термоэлектриче- ^ ского эффекта

2.1 Термоэлектрический эффект Пельтье

2.1.1 Термоэлектрический модуль
2.1.2 Принцип работы термоэлектрических модулей
2.1.3 Преимущества и недостатки термоэлектрических модулей
2.2 Переходные процессы в термоэлектрическом модуле
2.3 Теплообмен при термоэлектрическом эффекте Пельтье
2.4 Математическая модель взаимосвязанных процессов тепломассообмена и термоэлектрического эффекта Пельтье в установке конденсационного типа
2.4.1 Термоэлектрический нагрев сушильного агента
2.4.2 Тепломассообмен в процессе сушки материалов
2.4.3 Термоэлектрическое охлаждение сушильного агента
2.5 Численное моделирование и экспериментальное исследование процессов в установке
2.5.1 Методика экспериментального исследования
Выводы по главе
Глава 3. Расчет установки конденсационного типа
3.1 Расчет рабочей камеры установки
3.1.1 Материальный баланс рабочей камеры установки
3.1.2 Тепловой баланс рабочей камеры установки
3.1.3 Расчет количества сушильного агента
3.2 Расчет конденсационной камеры установки
3.2.1 Расчет сухого участка конденсационной камеры
3.2.2 Расчет влажного участка конденсационной камеры
3.3 Расчет нагревательной камеры установки
3.4 Технологический режим установки
Выводы по главе
Глава 4. Технико-экономическое обоснование разработанной установки
4.1 Определение капитальных затрат на разрабатываемое оборудование
4.1.1 Определение суммы материальных затрат
4.1.2 Определение обшей суммы трудовых затрат на производство установки
4.1.3 Определение затрат на проектирование установки
4.2 Расчёт исходных технико-экономических показателей
4.3 Расчет интегральных показателей экономической эффективности установки
Выводы по главе
Глава 5. Система автоматического управления установкой
5.1 Функциональный алгоритм системы управления
5.1.1 Функциональный блок «Пуск - Стоп»
5.1.2 Функциональный блок «Регуляторы»
5.1.3 Функциональный блок «Нагреватель»
5.1.4 Функциональный блок «Система охлаждения»
5.1.5 Функциональный блок «Индикация»
Выводы по главе
Заключение
Список использованных источников
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В связи с аномальными погодными условиями и в результате человеческого фактора увеличилось число лесных пожаров. По данным Росстата за последние два десятилетия произошло 563 тыс. возгораний, в результате которых пострадало 27750 тыс. га лесных земель и сгорело 770 млн. м3 лесных пород. В 2012 г. в Российской Федерации утверждена государственная программа «Развитие лесного хозяйства на 2013-2020 годы». Задача программы -разработка комплекса мер по защите и восстановлению лесов.
Одним из этапов лесовосстановления является подготовка лесосеменного сырья, включающая в себя заготовку, переработку, сушку и хранение семян лесных культур.
Сушка - основной технологический процесс по приведению семян в устойчивое при их хранении состояние. Удаление избыточной влаги из 'лесосеменного сырья гарантирует надежную сохранность семян в течение длительного времени. В свою очередь сушка является одним из самых энергоемких процессов, поэтому в условиях постоянного удорожания энергоресурсов проблема энергосбережения в установках, осуществляющих сушку, становится особенно актуальной.
В рыночных условиях следует уделять внимание и качеству конечного продукта. Однако при высоких издержках рассматриваемого процесса не удается избежать низкого качества высушиваемого материала, поскольку зачастую используются морально и физически устаревшие сушильные установки.
Одним из способов, позволяющих существенно снизить эксплуатационные затраты процесса сушки и получить высококачественный продукт, является технология сушки с использованием тепловых насосов. Принцип работы большинства тепловых насосов основан на последовательном осуществлении расширения и сжатия или термохимических процессов поглощения и выделения рабочего тела. Тепловые насосы таких видов содержат электромеханические устройства, подверженные изнашиванию, а также теплообменные аппараты, использующие хладагенты в качестве рабочего тела, что накладывает дополнительные условия при их эксплуатации.

образом, понятие термоэлектрического модуля неотделимо от понятия теплоотвода. Причем отводится как теплота Джоуля, так и теплота, которую выделяет охлаждаемое тело. Таков принцип работы термоэлектрического теплового насоса, перемещающего теплоту от среды с более низкой температурой к среде с более высокой температурой вопреки второму закону термодинамики. Здесь работу совершает электрический ток [19, 65].
Для того чтобы проанализировать принцип работы термоэлектрического модуля необходимо составить тепловой баланс на его сторонах, который зависит от распределения температуры в полупроводниковых ветвях термоэлементов, входящих в него. Если считать, что физические свойства материала ветви термоэлемента не зависят от температуры, то температурное поле полупроводника в стационарном состоянии описывается уравнением [32,45, 54, 59]:
где параметры ветви термоэлемента имеют следующие обозначения: X - теплопроводность, Вт/(м-К); / - сила тока, проходящего по ветви термоэлемента, А; р- удельное электрическое сопротивление, Ом м; .у - сечение ветви, м2.
Рассмотрим случай, когда торцы полупроводника будут поддерживаться при постоянных температурах 7] и Т2 (Т2 > 1), а боковые поверхности адиабатно теплоизолированы. Тогда тепловой поток будет распространяться только по оси х, направленной вдоль длины ветви д. Уравнение (2.6) запишется в виде
Т? + ^7 = 0 (2-7)
4т .у Я
с граничными условиями
Тепловой поток, притекающий к холодному и горячему торцам ветви, определяется следующими соотношениями:

Я/2Т + —^- = 0,
(2.6)
Т(0) = 7;; Т(ё) = Т2.
Уравнение (2.7) с граничными условиями имеет следующее решение:
(2.8)