Обоснование параметров и режимов работы энергосберегающего устройства для тепловой обработки зерна

• Автор: Зозуля, Иван Николаевич
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 230 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Применение процессов тепловой обработки

сельскохозяйственных материалов и их эффективность.

1.2 Анализ способов тепловой обработки зерна.

1.3 Анализ конструкций и классификация средств механизации

тепловой обработки зерна.

1.4 Анализ теоретических и экспериментальных исследований

по тепловой обработке зерна

1.5 Цель работы и задачи исследований

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА И СЕМЯН
2.1 Конструктивнотехнологическая схема устройства для тепловой обработки зерна и физическая сущность его работы.
2.2 Обоснование конструктивнорежимных параметров устройства
для тепловой обработки зерна
2.2.1 Движение материальной точки в устройстве.
2.2.2 Обоснование конструктивных параметров устройства.
2.2.3 Обоснование режимных параметров устройства.
2.2.4 Обоснование теплофизических параметров устройства
2.2.5 Определение подачи вентилятора.
2.2.6 Определение пропускной способности устройства
2.2.7 Затраты энергии на процесс тепловой обработки
в разработанном устройстве .
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
3.1 Программа и методика исследований устройства
для тепловой обработки зерна
3.1.1 Общая методика экспериментальных исследований.
3.1.2 Методика определения размерномассовых характеристик зерна
3.1.3 Методика определения физикомеханических свойств зерна
3.1.4 Методика определения теплофизических свойств зерна.
3.1.5 Методика исследования устройства при обжаривании зерна.
3.1.6 Методика исследования устройства при сушке зерна.
3.1.7 Методика обработки результатов эксперимента
3.2 Результаты определения размерномассовых характеристик зерна
3.3 Результаты исследования физикомеханических свойств зерна
3.4 Результаты исследования теплофизических свойств зерна
3.5 Результаты исследования устройства при обжаривании зерна.
3.6 Результаты исследования устройства при сушке зерна.
3.6.1 Анализ математических моделей с помощью двухмерных сечений
Выводы.
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ И ОЦЕНКА
ЕГО ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
4.1 Программа и методика исследований
4.2 Результаты исследований
4.2.1 Результаты исследований по обжариванию зерна.
4.2.2 Результаты исследований по сушке зерна.
4.3 Экономическая эффективность тепловой обработки зерна
в предлагаемом устройстве
4.3.1 Определение стоимости изготовления устройства для
тепловой обработки зерна.
4.3.2 Определение экономической эффективности внедрения
устройства для тепловой обработки зерна
4.3.2.1 Определение экономической эффективности применения предлагаемого устройства при обжаривании зерна.
4.3.2.2 Определение экономической эффективности применения
предлагаемого устройства при сушке зерна.
Выводы.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


У сушилок, работающих по такому принципу, низкий коэффициент полезного действия (КПД) и значительный расход электрической энергии (0. Вт-ч на I тонну высушенного зерна, или 2,5. Вт-ч на 1 кг испаренной влаги при снижении влажности с % до %) [, ]. При электрическом способе сушка протекает под действием токов высокой частоты (ТВЧ). Этот способ основан на том, что молекулы объекта, помещенного в поле ТВЧ между двумя пластинами (обкладками конденсатора), поляризуются и приводятся в колебательное движение. Последнее сопровождается трением частиц и нагревом материала. Влага, выделившаяся в результате нагрева, испаряется и удаляется вместе с поглотившим ее воздухом. Несмотря на ряд преимуществ (быстрый и равномерный нагрев материала и высокая интенсивность сушки), сушка в поле ТВЧ не находит широкого применения вследствие большого расхода электрической энергии (свыше 3 кВт-ч на 1 кг испаренной влаги) [, 8, 8, 5]. Тепловая сушка на традиционных энергоносителях и в дальнейшем будет преобладать в тех объемах первичной обработки влажного зерна, которые требуют высокого уровня технологичности, автоматизации параметров, их системного обеспечения, полной гарантии получения продукции. Учитывая особые условия обработки и значение этой продукции, применение тепловой сушки имеет оправданный, в том числе и коммерчески прибыльный характер. Главной научно-практической проблемой в тепловой сушке является модернизация и разработка новых сушилок, которые способны максимально обеспечить технологические требования и существенно сократить энергозатраты. Это - более полная отработка потенциала теплоносителя, его стабильный режим, соблюдение экологических норм. Особой задачей является создание теплогенераторов универсального типа с использованием разных видов топлива. Перспективным направлением является разработка калориферных систем, в которых теплоноситель получают путем получения теплоты из нагретой поверхности. Такие системы в последнее время разрабатывают и внедряют ведущие фирмы США, Германии, Франции и других стран. Основные преимущества этих систем - более высокая экономичность и экологичность процесса, а также качество процесса в сравнении с обычной системой, где теплоноситель получают при прямом сжигании топлива. Сублимация - молекулярная сушка в условиях глубокого вакуума. Процесс протекает так, что вначале теплота, необходимая для испарения влаги, отнимается от высушиваемого материала. В результате его температура значительно снижается, а оставшаяся влага замораживается и выходит на поверхность в виде кристалликов льда. В дальнейшем, при подводе теплоты извне, лед, минуя жидкую фазу, превращается в водяные пары. Молекулярная структура материала полностью сохраняется. При сушке сублимацией в период охлаждения и замораживания (первый период) испаряется 5. Сублимацию применяют в тех случаях, когда требуется сохранить первоначальные свойства продукта (объем, цвет, вкус и запах). Резкое снижение гигроскопичности обеспечивает длительное хранение, а почти полное сохранение объема (усадка всего лишь 3. Пропускная способность сушилок низкая, вследствие длительной продолжительности сублимационной сушки, которая колеблется от 8 до ч (в зависимости от режима сушки). Сложность оборудования и относительно высокие удельные затраты энергии на 1 кг испаренной влаги (около 2 кВт-ч/кг) сдерживают ее распространение. Применение комбинированных способов сушки зерна (конвективного в сочетании с контактным, лучевым или электрическим (высокочастотным); радиационного — с высокочастотным и др. Широко применяется комбинированная сушка зерна с периодическим охлаждением или вентилированием, где используется эффект сочетания разных способов сушки. Это дает возможность уменьшить относительные удельные энергозатраты на . Технология включает сначала быструю тепловую сушку зерна во влажном критическом состоянии и его умеренную доработку на последних этапах в режиме энергосбережения. Такая обработка эффективна для зерна, с низкой термостойкостью и способностью к растрескиванию.