Обоснование параметров пневмомеханического шелушителя зерна гречихи на основе моделирования технологического процесса

• Автор: Маланичев, Игорь Вячеславович
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 171 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИИ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Пневмомеханическое шелушение зерна крупяных культур . .

1.1.1 Показатели эффективности процесса шелушения .

1.1.2 Конструктивнотехнологические схемы шелушильных машин

1.1.3 Принцип работы пневмомеханических шелушителей .

1.1.4 Актуальные проблемы теории пневмомеханического шелушения

1.2 Особенности гречихи как предмета шелушения.

1.2.1 Значение гречихи как сырья для переработки.

1.2.2 Физикотехнологические свойства зерна гречихи .

1.3 Методы моделирования газодисперсных потоков .
1.3.1 Уравнения движения газа .
1.3.2 Методы численного моделирования турбулентности .
1.3.3 Уравнения движения дисперсной фазы.
1.4 Методы моделирования процессов деформации и разрушения
1.4.1 Методы механики сплошной среды. Метод конечных элементов
1.4.2 Дискретные сеточные модели.
1.4.3 Бессеточные методы.
1.4.4 Метод дискретных элементов. Методы молекулярной динамики.
1.5 Задачи исследования .
2 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Программа исследований.
2.2 Методика разработки имитационной модели процесса пневмомеханического шелушения
2.3 Методика экспериментальных исследований
2.3.1 Методика исследований зерна гречихи на сжатие калибровочный эксперимент .
2.3.2 Методика экспериментального определения скорости движения и коэффициента восстановления зерна гречихи контрольный эксперимент
2.3.3 Методика определения влажности зерна гречихи .
2.3.4 Методика планирования вычислительных экспериментов .
2.3.5 Методика производственных испытаний
2.4 Средства моделирования и программное обеспечение вычислительных экспериментов .
3 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОГО ШЕЛУШЕНИЯ ЗЕРНА ГРЕЧИХИ
3.1 Математическая модель движения воздушнозерновой смеси
3.2 Теоретические основы модели шелушения зерна гречихи . .
3.3 Компьютерные программы для исследования шелушителя
пневмомеханического типа.
3.4 Структурная схема модели процесса пневмомеханического
шелушения зерна
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ
4.1 Параметры движения воздушнозерновой смеси в бросковом
вентиляторе .
4.1.1 Связь между скоростью зерновых частиц и частотой вращения
4.1.2 Численное моделирование движения воздушнозерновой смеси в бросковом вентиляторе .
4.2 Параметры движения воздушнозерновой смеси в шелушильной камере.
4.3 Исследование процесса взаимодействия зерна с рабочими органами шелушильной установки.
4.3.1 Экспериментальное определение коэффициента восстановления зерна гречихи.
4.3.2 Численное моделирование процесса взаимодействия зерна с рабочими органами шелушильной установки .
4.4 Обоснование параметров и режимов работы пневмомеханических шелушителей на основе вычислительных экспериментов
4.5 Результаты производственных испытаний пневмомеханического шелушителя .
5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
5.1 Техникоэкономическая оценка пневмомеханического шелушителя
5.2 Практические рекомендации.
5.2.1 Рекомендации производству
5.2.2 Рекомендации по расчету шелушителей пневмомеханического типа
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Удаление оболочек производится за счет трения абразивная рабочая поверхность или вследствие их частичного или полного разрушения в результате деформации сжатия и сдвига твердая или эластичная рабочая поверхность, в зависимости от культуры. Такие установки универсальны, применяются для шелушения практически всех видов зерновых культур. Однако, процесс шелушения отличается низкой производительностью, повышение которой достигается увеличением количества рабочих органов устройства, что приводит к росту металлоемкости, энергоемкости и в, конечном счете, стоимости конструкции. Кроме того, процесс требует предварительного разделения зерна на фракции по размерам, многократного пропуска недошелушенных зерен через установку, для отделения шелушенного продукта, сечки, мучки и лузги применяются дополнительно сложные системы рассевов и аспирационных машин. Рабочие органы подвержены быстрому износу, что не только требует их частой замены, но и приводит к засорению продукта шелушения. Таким образом, эффективная работа шелушильношлифовальных и вальцедековых станков возможна только в составе крупных зерноперерабатывающих комплексов с большими объемами производства. В настоящее время промышленностью выпускаются шелушильношлифовальные и вальцедековые станки следующих конструкций рисунок 1. ДШС3 и др. В шелушильных установках ударноинерционного типа зерно освобождается от оболочек в результате разгона лопастным колесом и удара о поверхность рабочего органа. Они универсальны, не требуют предварительной сортировки на фракции, имеют высокую производительность, но степень дробления также высока вследствие больших не подлежащих контролю механических нагрузок на зерно. Снижения выхода дробленой крупы добиваются уменьшением скорости соударения, что требует многократного пропуска недошелушенных зерен через установку. Вследствие этих недостатков установки ударноинерционного типа применяются для шелушения зерна, обладающего плотным малохрупким ядром овес или когда выход цельного ядра не является основной задачей, например, при производстве дробленой крупы, муки, при шелушении зерна масличных культур для выработки масла. В настоящее время промышленностью выпускаются установки ударноинерционного типа следующих конструкций рисунок 1. ШОЗХ, I3, центробежные шелушители ЦШ2, ЦШ3, центробежный шелушитель подсолнечника и др. В шелушителях, использующих немеханический способ воздействия на зерно, в качестве рабочего органа служит прежде всего воздух. Шелушение происходит вследствие взаимодействия зерна со струей сжатого воздуха или вследствие внезапно создаваемого разрежения. Конструкции этого типа находятся на стадии НИР и отличаются высокой энергоемкостью. Совершенствование конструкций шелушильных машин в настоящее время происходит прежде всего за счет оптимизации их взаимодействия с другими составляющими технологического процесса, что выражается в появлении комплексов оборудования или минизаводов. Такие комплексы имеют единую энергосистему, единую систему аспирации, оборудование компактно размещено на ограниченном пространстве или связано общей арматурой, процесс производства максимально механизирован. В качестве примера можно привести линии для выработки гречневой крупы Бриг
2
7
Рисунок 1. Шелушитсли зерна, применяемые в крупяном производстве. Бриг ЗАО ПКФ Экспресс Агро, крупяной комплекс УКР2, линию по производству круп ЛПК ОАО Пензмаш, линию по переработке гречихи ЗБЗМ0 и ТБС2М0 Китай. Процесс шелушения зерна в комплексах оборудования такого типа основан на традиционных принципах со всеми присущими недостатками необходимостью предварительного разделения зерна на фракции по размерам, многократного пропуска недошелушенных зерен через установку, высокой энергоемкостью и стоимостью. Анализ принципиальных недостатков, присущих существующим технологиям и конструкциям шелушителей, и исследования, выполненные в данном направлении в Казанском аграрном университете, позволили разработать метод шелушения, называемый пневмомеханическим , который обладает рядом преимуществ перед другими методами шелушения таблица 1. На рисунке 1. Основу пневмомеханических шелушителей составляют центробежный вентилятор, шелушильная камера и иневмосепаратор.