автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Энергосберегающая технология сушки сельскохозяйственных материалов в озоно-воздушной среде

АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (БелНИИМСХ)

РГб од

1 з ШОН 1995

УДК /631.17+631.563.2+66.047.548/:620.9.Р.04.18

ТРОЦКАЯ Гаисия Павловна

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СУШКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ОЗОНО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного

производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск - 199Б

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (ныне БелНИИМСХ)

Научный консультант - академик Академии аграрных наук

Республики Беларусь и Россельхоз-академии, лауреат государственной премии БССР, доктор технических наук, профессор С.ЕВЕРНЕВ М.М.

Официальные оппоненты - академик Россельхозакадемии,

доктор технических наук, профессор АННСКИН В.И.

чл.-корр.Академии аграрных наук Республики Беларусь, доктор технических наук, профессор ГЕРАСИМОВИЧ Л.С.

чл.-корр.Академии аграрных наук Республики Беларусь, доктор технических наук, профессор ШАГШУНОВ В.А.

Оппонирующая организация - Главное управление научно-технического прогресса Минсельхозпрода Республики Беларусь

Защита состоится _ 1995 г. в {О- ч. на з;

седании совета по защите диссертаций Д 020.46.01 в БелНИИМСХ по адресу 220610, Минск-49, ул.Кнорина,1.

С диссертацией'можно ознакомиться в библиотеке БелНИИМСХ.

•Автореферате, разослан "2.6 " Мая_ 1995 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций

И.И.Пиуновский

ОБЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Сохранность выращенного урожая достигается, в первую очередь, с помощью сушки, которая является единственный надежным способом прекращения активных биохимически* процессов в растительных материалах и их консервирования. В то же время технологии сушки, использугмые в сельском хозяйстве, имеют большую энергоемкость. На сушку зерна и кормов приходится 40....Г0Й энергозатрат, идущих на послеуборочную обработку, или 6...В% всех энергозатрат на производство этих видов продукции. Низкая проито-; дительность сушильных комплексов и недостаточная обеспеченность ими приводят к тому, что из-ча и«1:но1?вр«;М'.'Н!1оп :у"!ки на эернотокдг республики ежегодно теряется, 250... 300 тыс.т зерна или 3,..5% таращенного урожая.

Серийно выпускаемые в СИГ сушилки делают технологический процесс металлоемким (1600...3500 кг на тонну высуииваемого зерна) и имеют высокий удельный расход топлива (9,4...17,2 кг/т ). И к производительность близка к предельны* нопможчосгям и практически не кожет быть увеличс яг» эз гчет игренепкя <ри"ичсских параметров сушки.

Известные метода интенсификации процесса (СВЧ, УВЧ, суика в нагннтном поле, сублимационная и др.) сопоовпждяютсч повышением энергоемкости, отличаются большой сложностью оборудования и треб.ух>т высокой квалификации обслуживающего персонала. По указанным причинам широкое освоение этих технологий в сельском хозяйстве в блмхай-вей перспективе нереально. Замена сутки химическим консервированием юзволяет несколько уменьшить затраты энергоресурсов, но эта техно-югия не может бить использовянт для семенных и продовольственна* 1елей.

Проблема дальнейшего наращивания производства продовольствия и еормов в условиях сокращения энергетических ресурсов требует измс-еания и освоения новых ресурсосберегающих технологий, широкого вов-1ечения в энергетический баланс страны возобновленных источников >нергии, принятия нетрадиционных решений. Поэтому научные исследова-шя, направленные иа разработку эффективны* способов энергосберегающей суоки сельскохозяйственных материалов, актуальны и имеют вах-юе народнохозяйственное значение.

Связь работы с крупными научными программами Работа выполнена » соответствии с Республиканской комплексной программой "Зерно" на 1991-1995 гг., утвержденной Постановлением Совета Министров Белорус :кой ССР от 27.03.1991 с. N 1X4 (работа выполнялась я ЦНИИИЭС.П С

19Э1 по 1994 tr.).

Цель И задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение эффективности процессов сушки растительного сырья путем разработки и освоения энергосберегающих технологий и технических средств для сушки в озоно-воздушной среде. Поставленные цели достигались решением следующих задач:

- раскрыть механизм воздействия озоно-воздушной среди на процесс сушки сельскохозяйственных материалов, их биохимические, микро биологические и агротехнические свойства;

- дать теоретическое обоснование тепло- и масеообмених процессов, происходящих при сушке в озоно-воздушной среде;

- обосновать технологии и разработать технические средства для сувки с использованием озонированного сушильного агента;

- дать энергетическую оценку предлагаемых технологий.

Научная новизна полученных результатов. Впервые раскрыт механизм воздействия сушильного агента с содержанием озона на процесс сушки растительного сырья. Разработана энергосберегающая технология сушки сельскохозяйственных материалов в озоно-воздушной среде.Выявлены наиболее эффективные режимы сушки ?~рна и злаковых трав. Дане теоретическое обоснование тепло- и массообменных процессов. Выявлено влияние" сушки в озоно-воздушной среде на качество зерна и семян. Даны энергетическая, экономическая и экологическая оценки предложенных технологий сушки. Получено два авторских свидетельства не способы сушки и предпосевной обработки семян.

Практическая значимость полученных результатов работы состой* в обосновании технологий и режимов сушки зерна и злаковых трав i озоно-воэдушной среде (напольные сушилки, бункера активного венти' лированип, сушилки периодического и непрерывного действия, контей нерного типа), разработке конструкций озонаторных установок. Пред локенные технологии и средства механизации позволяют интенсифициро вагь процесс сушки с экономией 20...6ОХ материально-энергетически ресурсов при одновременном повышении качественных показателей вису шенного материала) улучшить последующее хранение за счет снижения биохимических процессов и обеззараживающего действия, а также arpo технические качества получаемых семян.

Результаты исследований апробированы в ряде хозяйств: колхоза "Рассвет" Островецкого {1981-1983 гг.) и им.Некрасова Щучинског районов (1988-1990 гг.), совхозах "Малое Можейково" Лидског (1982-1984 гг.) и "Сосновка" Слонимского районов (1991 г.) Гро; ненсксй области; а1зе "Логоза" и к-зс "Чуденичи" Логойского райо»

(1992 г.), БелЗОС Минской области (1993-1994 гг.).

Экономическая значимость полученных результатов. Экономия затрат на супке 1 тонны зерна в оэоно-воздушной среде, составляет: напольные сушилки - 89,12 кг у.т., 44800 руб.; М-819 - 3,75 кг У.Т., 1865 руб.; СЗШ-16 - 6,90 кг у.т., 3468 руб.; контейнерные - 18,0 кг у.т., 8013 руб.; бункера активного вентилирования - 0,98 кг у.т., 492 руб. (цены на 1.11.19Э4 г.).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту. В диссертации проанализированы, научно обоснованы и выносятся на защиту следующие положения:

1. Математические модели, описывающие биохимические, биофизические и теплсмассообменные процессы при сушке растительных материалов в озоно-поздушной среде.

2. Зависимости микробиологических, биохимических и агротехнических характеристик висупиваемого материала от концентрации озона в сумильном агенте, его расхода, скорости сутки, электротехнических характеристик установок; методики оптимизации указанных параметров.

3. Методика энергетической оценки различных способов сушки и основные направления энергосбережения при выполнении технологического процесса.

4. Энергосберегающие технологии и технические средства для сушки растительного енрья .в озоно-воздушной среде.

Личный вклад соискателя заключался в самостоятельном выполнении теоретических разработок, проведении экспериментальных,лабораторных и производственных исследований,обработке полученных результатов. В работе принимали участие Н.М.Севернев, и.А.Глуяенко, Л.Ф.Глущенко, Р.Л.Скоробогатов*, С.И.Карташевич, В.П.Храповицкий.

Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-методическом совещании секций, механизации и электрификации сельского хозяйства Западного отделения ВАСХПИЛ (г.Каунас, 1981 г.), на научных конференциях преподавательского состава (г.Гродно, ГСХИ, 1982-1985, 1987-1990 гг.), на научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов (г.Ленинград-Пушкин, ЛСЛИ, 1984-1986 гг.), Ий совещании секции механизации и электрификации сельского хозгйства отделения ВДС.ЧИИЛ ИЗ РСФСР по вопросам исследований предпосевной и послеуборочной обработки семян сельскохозяйственных культур соучастием представителей институтов (г.Ленинград-Пушкин, НИПТИМЭ<ЗХ НЗ РС?СР, 1984 г.), на научно-технической конференции по механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства и

подготовке инженерных кадров, посвященной 30-летию института (г.Минск, БНМСХ, 1984 г.), на первом Всесоюзном совещании по применении физического и химического мутагенеза в сельском хозяйстве (г.Кишинев, 1987 г.), на научно-практических конференциях (г.Тверь, XII - 1889 г., НШ - 1990 г., KIV - 1991 г., KVI - 1993 г., XVII -1S84 г.) на Международном семинаре "Нетрадиционная энергетика, экология, энергосберегающие технологии" (г.Минск, ИТМО, 1993 г.), на научно-технической конференции "Коделирование сельскохозяйственных процессов н машин" (г.Минск, БйТУ, 1994 г.).

Опубликованность результатов диссертации. Основные результаты диссертации опубликованы в монографии, двух статьях в научных журналах, пяти бюллетенях ЦНТИ, четырнадцати тезисах конференций, двух авторских свидетельствах, методическом указании для студентов.

'Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, шести глав, выводов, списка использованных источников (161 наименование, из них 21 на иностранном языке) и 11 приложений. Изложена на 219 страницах машинописного текста, включая 40 рисунков и 43 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе I "Пути и способы интенсификации процессов сушки сельскохозяйственных материалов" выполнен анализ технологий и технических средств для сушки, химического консервирования и временного хранения, обзор исследований и разработок по теме. Показана необходимость интенсификации процессов и создания новых энергосберегающих технологий сушки сельскохозяйственных материалов, сформулированы проблемы и определены задачи исследований.

Теоретические основы разработки технологий и средств механизации заложены академиками А.А.Ребиндером, А.В.Лыковым, А.Б.Лурье, Г.А.Егоровым, А.С.Гинзбургом, С.Д.Птицмным, Е.Н.Савиной, развиты их учениками и последователями.

Влияние способов сушки и конструкций сушилок на энергоемкость процесса и производительность оборудования изучались Ф.Н.Эрком, И.В.Эахарченко, Г.С.Окунем, А.Г.Чижиковым, Б.Ф.Самочатовым и др.

Исследованию процесса сушки сельскохозяйственных материалов как способа их консервирования посвящены работы В.И.Анискина, В.К.Петрушевичюса и др.

Улучшению качества получаемой продукции много внимания уделили Н.Ф.Бородин, С.Д.Вендило, Е.Д.Козаков и др.

В совершенствование индустриальной технологии сушки трав и кар-■офеля, их механического обезвоживания значительный пклад внесли 1.М.Севернее, В.И.Петрушевичюс, И.И.Пиуновский, К.Ф.ТерпиловскиА | ДР-

Одно из основных направлений снижения затрат энергоресурсов |ри сушке заключается в разработке и освоении малоэнергоемких тех-юлогических процессов взамен существующих.

Отличительной особенность» прогрессивных технологий является (спольэование факторов интенсификации, обеспечивающих оптимальные >ежимы сушки сельскохозяйственных материалов в конкретных природ-ю-климатических условиях при минимуме удельных затрат производС •венных ресурсов (в прямом и овеществленном виде), а также ручного 'руда. Исходя из этого, для повышения эффективности сушки необходи-ю не только совершенствовать конструкции сушилок, но м оптимизиро-1ать режимы процесса и комплексы применяемых машин.

Решение проблемы интенсификации суяки в современных условиях южег быть достигнуто, в первую очередь, путем изменения химического состава сушильного агента.При этом одновременно решаются вопросы >беззараживания, ингибирования биохимических процессов, обеспечения одежного хранения продукции.

Большое разнообразие методов сушки обусловливает разнообразие |рименяемых технологий, малин и оборудования, способов энергоподвода.

Интенсификация суики зерна за счет повышения тепературы и сни-[еиия относительной влажности сушильного агента имеет свой предел. >н практически исчерпан, так как чрезмерный нагрев материала влечет « собой изменение его структуры и начальных свойств. Другой путь штенсификации сушки - воздействие энергетических полей непосредст-«енно на материал. Существующие методы (микроволновой, днэлект-шческий нагрев, нагрев инфракрасными лучами, использование звуко-юй энергии, вакуумная сушка и др.) требуют высоких удельных :апиталовложений и затрат электроэнергии, металлоемкого оборудовала, высокой квалификации обслуживающего персонала. Это заставляет 1эыскивать нетрадиционные энергосберегающие технологии (гелиокод-1ектори, озонированный воздух, замена суоки химическим консервиро-1аннем).

Широко распространена за рубежом (США, Англия, ФРГ, Швеция I др.) консервация влажного зерна. Определенный опыт накоплен и в ювей стране. Однако, несмотря на положительный,технологический эф->ект, химическое консервирование имеет высокую трудоемкость, требу-

er дорогостоящих реагентов и специальных хранилищ, сопровождается накоплением неутидизируемых отходов.

Выполнен обзор разработок по интенсификации процессов сушки на основе применения сушилок непрерывного действия, многократного использования сушильного агента, улучшения его влагоудерживающей способности, создания вакуума или разряжения, использования химически активного сушильного агента, обладающего сорбционными свойствами, превращения конвективной сушки в конвективно-сорбционную. Установлена возможность разработки новых энергосберегающих методов сушки сельскохозяйственных материалов, необходимость изыскания нетрадиционных энергосберегающих технологий (гелиоколлекторы, озонированный воздух и др.

В главе 2 "Теоретические предпосылки к разработке технологий сушки в озоно-воэдушной среде" дан анализ нетрадиционных способов воздействия на связи влаги с материалом и процессы тепломассообмена. В общем случае движущей силой тепло-и массопереноса для коллоидных капиллярно-пористых тел является химический потенциал, а для переноса энергии - термический потенциал. Потенциал переноса создают температура, влагосодержание и давление, а движущие силы - соответствующие градиенты. При иэобарно-изотермическом процессе, каким является сорбция, за потенциал переноса влаги принимают химический потенциал {j,4), понятие которого впервые введено Т.Поляни. Он образуется за счет разности химического состава анатомических частей зерна. Суть термического потенциала заключается в том, что температура нагрева по-разному влияет на одни и те же химические вещества, входящие в состав различных анатомических частей зерна.

В процессе сушки перенос массы и энергии непосредственно зависит от форм связи влаги с материалом растительного происхождения. С учетом характеристик этих связей и свойств материалов определяют пути интенсификации сушки.

a=kxfvlt, O = LfvcT,

гдеО.,(г - расход теплоты и массы вещества, к.Дж/с, кг/с; lim -коэффициенты теплопередачи и масеопередачи, кВт/мгК, кг/ м2ед.дв. силы ; f - поверхность контакта фаз, мг;Vt - разность температур; VC - разность концентраций химических элементов; D - время, с.

Интенсификация заключается в увеличении кинетических коэффициентов, разности потенциалов движущей силы, поверхности контакта фаз при выводе влаги из внутренних слоев. Интенсифицировать процесс выхода внутренней вЛаги можно путем уменьшения размеров высушивав-

мых тел (сжатием), изменения величины и структуры пор, вязкости влаги и разности давлений или увеличения разности температур материала и сушильного агента.

Известными путями интенсификации процесса сушки являются применение радиационно-конвективного и кондуктивного энергоподвода, сушка в электромагнитном постоянном или переменном поле токами высокой частоты, сублимационная, сушка перегреты* паром и др.

Радиационно-коивективная сушка интенсифицирует процесс за счет поглощения тепловых лучей поверхностным слоем материала от дополнительного источника инфракрасного излучения, однако длительное тепловое воздейстие ухудшает технологические свойства материала. * ' •

Кондуктияная сушка интенсифицирует процесс на первом этапе на 1-2 порядка за счет передачи тепла без промежуточных термических сопротивлений, однако нЛ нагретой поверхности целесообразна сушка только тонкого слоя.

На сушку в электромагнитном поле влияют термодинамические движущие силы, а качестве которых рассматриваются результирующие векторы напряженности электрического (Е ) и магнитного (В > полей.

Сушка токами высокой частоты проходит достаточно эффективно, скорость испарения внутри пористого тела во много раз превыиает скорость переноса пара, поэтому градиент давления возникает при Температуре выше 60°С. Однако появляется опасность внутренних трещин в тканях, суика сопровождается большим расходом энергии, требует сложного оборудования и его обслуживания, что удорожает ее в 3-5 раз по cpa»нevчx> с сушкой нагретыми газами.

При суике в переменном магнитном поле интенсификация осуяест-вляется за счет градиента индукции магнитного поля. При этом достигается высокое качество и равномерность сушки.

Интенсификация вакуумной (сублимационной) сушки осуиес.уьуяетсл за счет градиента общего давления.

Сушка перегретым паром интенсифицируется за счет того, что внутри материала не возникает температурного градиента, препятствующего выходу внутренней влаги. Нг-достатком этого способа является то, что высушиваемые материалы претерпевают термические разложение сухого Есвества.

Нее известные способы интенсификации процесса сушки зерна направлены на у в? лучение массопс-реиоса путем увеличения коэффициента диффузии и, по сухи, косят цмэико-меганический характер.

Традиционный способ физического воздействия на материал в процессе т<'Пярзой сушки не- оказывает существенного влияния на хкмичве-

кий потенциал массопереноса и яляется энергоемким и неэффективны» поскольку требует высоких удельных затрат теплоты на единицу испг ренной влаги.

Интенсификация процесса и выбор методов сушки должны основь ваться на понимании того, что зерно - живая биологическая система не просто поглощает влагу, подчиняясь физическим законам, но в т( или иной мере включает ее в биологические процессы, регулируемь ферментами, т.е. ассимилирует.

С целью интенсификации процесса сушки и сохранения качест* высушиваемого материала исследованы различные источники теплоты способы энергоподвода, а также их сочетание. Наиболее распроетрг ненный в практике конвективный способ подвода теплоты неэффектив« из-за больших тепдопотерь (до 70%). Его эффективность можно повь сить. за счет использования в качестве сушильного агента топочнь газов, обладающих сорбционными свойствами. Аналогична ситуация П1 использовании в качестве сушильного агента озонированного воздухе где роль адсорбента выполняет ион кислорода с двумя свободными вг лентностями, образовавшийся в результате распада озона, гидроксил! ный радикал и другие присутствующие ионы. К тому же сам озон хим1 чески активен.

По мнению Г.К.Филоненко, для процесса сушки состав сухого га; не имеет значения в том случае, если газ не образует химических сс единений с водой.

Озон вступает не только в реакцию с водой, но и с самим вые} ииваемым материалом.

Сушка озонированным сушильным агентом не требует высоких те» ператур, а. умеренное повышение температуры для достижения относ» тельной влажности сушильного агента 65& позволяет использовать нет радиционные источники энергии в виде солнечных коллекторов.

Помимо прямого Физико-химического взаимодействия озон индущ рует в растительных объектах четко выраженную реакцию адаптивно! типа.

При использовании озона в составе сушильного агента с конценч рацией 4,7 ... 10,0 мг/м4обеспечивается непосредственное химическое биохимическое воздействие на материал, улучшаются транспорт влаги газов иэ внутренних слоев в процесе сушки.

Теплофизические и биохимические аспекты сушки в озоно-возду« ной среде описаны соответствующими уравнениями, базирующимися 1 законе синтеза:

Щ Г £0$ + 2 8 ^ рАЖ

(1)

Тепловое действие озона в процессе суики, представлено в виде суммарного количества теплоты, выделившейся в результате взаимодействий озона:

а = оР( + аРг + а 9, + о, в, (2)

где 0.р4 - теплота как следствие рекомбинации озона в сушильном агенте; О. р2 - теплота, выделившаяся в результате рекомбинации озона на юверхности материала; Од,- теплота, полученная в результате реакции ;ыхания; О-б - энергия, выделившаяся в виде теплоты в результате вторичного преобразования во внутренних тканях материала.

Суммарная теплота О, , непосредственно нагревающая вксуаивае-«ый материал, существенно влияет на коэффициент диффузии От и учитывается основным уравнением неизотермического переноса влаги

} = а»1_ро (7и - 5\/т),

\neJ3o - плотность сухого вещества зерна;Уи,7Т - градиенты влаго-:одержания и температуры; б - термоградиентный коэффициент, %/"С.

^ I

Ом, = а,и, ,

•деОгПо- коэффициент диффузии влаги при^ температуре 20°С, мг/с; Тэ - температура зерна, "С; К = 1 7 9 И ~ Ч \ ,5 .

Определены величины отдельных составляющих уравнения (2).

= Не.о. I?

ар1 =Ис.о. Кс 0 И10з ,

(6)

■деПс о.- коэффициент распада озона в сушильном агенте, И с.а = = | (Тс.о.^со., Со^З; к с. о- удельная теплота рекомбинации; Ир^ - масса синтезированного озона.

Однако только часть этой теплоты полеэпо используется для наг-ева материала в процесс« сушки (0,р,и):

аР(„ = И Не,а. ке,а. тог ,

(6)

де И - коэффициент полезно исиользуемой теплоты.

Теплота, выделившаяся на поверхности материала, полностью рас-

ходуется на нагрев:

аРг=Ит?urriûj, (7)

где И m - коэффициент распада озона на поверхности; - удельная тепяота рекомбинации.

Теплота, полученная от реакции дыхания, инициируемой озоном;

• 0.9.= rig, ^m03m„, <8>

гдеП^- - доли озона, инициирующая биохимические реакции;^ - удель ная теплота, выделяющаяся при дыхании, кДх/моль, $ £ = $ (ù)i, Т^Соз (Им - масса материала, обрабатываемого озоном.

Теплота, полученная в результате вторичного преобразования во внутренних тканях,

Qft = n&ftGmo3 flirt, (9)

где (lî - доля озона, участвующего во внутренних преобразованиях; ¿8 - удельная теплота внутренних преобразований.

В результате соответствующих преобразований находим, что сум каркая теплота, дополнительно нагревающая материал за счет присутс твия озона:

О = ^2,5С0зЬ(ППс.о по)

гдеСоэ- концентрация озона, кг/м3; L~ расход сушильного агента, н»/ч.

С другой стороны, в эксперименте определяем:

а = тм(То-Тк)Ст,. ( il >

где То - температура'материала в опыте, °С; Тк - температура иатс риала в контроле,"С; См - теплоемкость материала. Такии образом:

(То -т(<) = g»gГТео■+П»)+С0}Шн(г\9Ь

КПи Сги >

VT =

а

т» с tu

(14)

Подставив выражение (14) в выражение (4), получаем новое зна-iemie коэффициента диффузии при сушке в озоно-воэдуиной среде:

amrOmel-^rr^J =OmJ ^ 1 = Qmc

(15)

2 73

ТУПмСт + а' 2 7 3

В соответствии с этим плотность потока влаги при суяке материна (зерна) в оэоио-воздушной среде под влиянием теплового действия >эона составит:

0«

ТзШмСм + Q' 273

J3o(vu+5VTJ

(iß)

Кроме теплового действия в процессе сушки озон оказывает био-имическое и химическое действие на материал. В результате изучения сновных аспектов действия озона разработана структурная схема ме~ анизма его действия на процесс сушки (рис.1), из которой следует ыделить три этапа: I - обработка озоном сушильного агента с изменением влагоудержиоаюиих свойств; II - поверхностное действие на этериал; III - глубокие (биохимические) взаимодействия с материалом. '

I

Улепи ( i

«OftM 1 О j^J 90SV tiW- -Ju** IM« »IM с lw«r*ptUIOM

tlWIiW« Г» -Ф R

м — — — ___.

1-в »тих,: »01»»- I cti»t О | и» с*- ' HU4II 1 ■ ГВМТ

____I

Рис.1. Иехачизм действия дэона в процессе сушки

D

Первый этап характеризуется преобразованием свойств сушильногс агента. Это происходит за счет электросинтеза озона из кислорода воздуха и оэонолиза присутствующей в нем влаги с образованием гид-роксильного радикала -ОН и протона водорода -Н. Одновременно част! озона разлагается на кислород и атомарный кислород -0-. Полученные в результате активные функциональные группы обладают запасом свободной энергии и нейтрализуют действие аналогичных групп в белка) и углеводах, прочно удерживающих влагу, увеличивают влагоудерживаю-щую способность сушильного агента.

Второй этап можно назвать поглотительным или подготовительным, Он характеризуется озонолизом поверхностной влаги и реакцией перви* ного взаимодействия, при которой озон вызывает опосредованную реа! цию адаптивного типа и наблюдается его поглощение в убывающем п< времени количестве. На этом этапе происходит протонирование (протон водорода присоединяется к мембранам материала, создает дополнительный заряд и вызывает структурные модификации—раскрытие устьич-ных клеток, сжатие мембран) и первичные взаимодействия озона с материалом: опосредованная адаптивная реакция, обеззараживание и очистка пор и капилляров.

Третий этап - глубокие биохимические преобразования. На это! этапе осуществляются непосредственные реакции озона с материалом 1 реакция адаптивного типа, наблюдается увеличение температуры матер! ала и ощутимое снижение влажности по сравнению с контролем.

С увелиением концентрации озона в сушильном агенте продолжи тельность поглотительного периода сокращается. Предполагается, чт> поэтапное действие озона существует только в начальный период сушк: неподвижного" слоя зерна и трав, а в дальнейшем четкой границы межд! этапами не наблюдается.

Озон является наиболее технологически доступным и экологическ] приемлемым химическим элементом для получения и применения в про цессах сушки. Он интенсифицирует эти процессы, вызывая биохимичес кую реакцию адаптивного типа, изменение проницаемости клеточНИ мембран и структурные преобразования покровных тканей. В результат сжатия клеточных мембран, изменения форм и ослабления сбязИ влагй материалом создается градиент давления при температуре окружающе среды, что на 75...85®С ниже, чем при обычной тепловой сушке, а са процесс переводится на более низкий энергетический уровень. Коли чество теплоты, затрачиваемой на отрыв молекулы воды в процесс сушки, уменьшается на 20...60?б.

Для инициирования озоном интенсивной транспирации влаги в на

чальний период сушки достаточно 0,5...2,О часоачэбработки. Снижение интенсивности процессов обмена (как внешнего,' так и внутреннего) устойчиво во времени, что приводит к уменьшению потерь массы на протяжении последующего хранения на 60...80%. Снижение интенсивности транспирации происходит постепенно в течение 20...40 ч. Процесс сушки с использованием озона можно сократить, не доводя материал до кондиционной влажности, поскольку в дальнейшем происходит естественное досушивание при сниженном уровне дыхания и без самосогревания. В этом суть энергосберегающей технологии сушки в озоно-воздуи-ной среде.

В гласе 3 представлены методики, установки и результаты экспериментально-теоретических исследований процессов сушки зерна и злл-ковнх трав п оэоно-воздушноя среде.

Техника и методика эксперимента позволяли анализировать состояние сушильного агента на входе в ьысушиваемый материал и на выходе из него. Для определении энергетических параметров сушки использовались установки, позволяющие одновременно проводить сушку контрольного и опытного образцов материала при прочих равных условиях. Сушильный агент при движении к опытному образцу материала проходил через озонатор, установленный в воздуховоде, и под действием электрического разряда изменял свой химико-Физический состав. Установки оснацены контрольно-измерительными приборами, позволяющими контролировать уровни исследуемых технологических факторов, оказывающих наибольшее влияние на процесс, и управлять ими.

Исгледования процесса сушки проводили, контролируя изменение влажности материала методом высушивания до постоянной массы (в соответствии с ГОСТом). Параметр" сушильного агента (расход, температура, относительная влажность) устанавливались на основании показаний приборов, а концентрация озона определялась фотометрическим И йодо-метрическим методами в зависимости от концентрации.

В разработанной методике предусматривались визуальные методы исследования (фотосъемки обычные и под микроскопом).

Исследования тспломассопереноса показали,. что на эффективность процесса сушки оказывает влияние большое количество различных факторов, в том числе сорт зерна, строение скелета зерновки и др.

Исследованиям подвергались овес, ячмень, рожь и пшеница. Режимы сувки обеспечивались параметрами лабораторной установки: температура сушильного агента - 20...24°С, его расход - 1,05. .6800 мэ/ч-т, концентрация озонг. в сушильном агенте - 0,23...8,90 мг/м* Изменение влажности и скорости сушки ржи "Белга" представлено на рис.2.

На всех этапах скорость сушки зерна ь опыте била выше, чем и контроле и постоянно увеличивалась (с 0,20 до 0,53%/ч); ь контроле она изменялась от 0,13 до 0,Э1Х/ч. Продолжительность сушки зерна в опыте до кондиционной влажности составила 46,5 ч, а в контроле 63,0 ч. Наиболее высокая скорость сушки зерна в опыте отмечалась на заключительном этапе, при более прочных связях влаги с' материалом. Средняя скорость сушки ржи в опытс составила 0,32, а в контроле -0,24%/ч.

, о,»

а

\

I

Е » I

i

2 ( 0 / :г

11*1? * * У 1. . Л'

X

- - \ ----- N

и ......... 6 V,

рис 2. Изменение относительной влажности и скорости сушки от ее продолжительности • (озима я рпжь): 1,2 - соот-ш-тстиснно влажность в контроле и в опите; 3,4 скорость сушки в контроле и в опыт«; Т -температура, Ь - расход

сушильного агент:: концентрация озона

С о» -

■ Значительно интенсифицируется сушка злаковых трап озонированным сушильным агентом. При исходной слажности бп,4* продолжительность сушки контрольного образца до влажности 16,0% составила 9 часов, опытного - 6 .часов (рис.3), а скорость сушки - соответственно 7,15 И 10,69%/ч.

Рис.3. Изменение влажности и скорости сушки злаковых трав в озо-но-воздушной среде: У,2 влажность в контроле и в опыте; 3,4 - соответственно скорость суш ки в контроле и опыте

Для исследования процессов сушки ячменя "Фаворит" в озоно-воэ-душной среде был использован математический метод планирования эксперимента (трехфакторный эксперимент).

Динамика сушки злаковых трав изучалась на специальной лабора-

■орной установка с использованием метода латинских квадратов, что ¡оэволяло исследогап. влияние четпрех оснонннх Факторов на пяти ровнях В расчет принимались температура сушильного агента 14. . . 26 °С 1 , расход сушильного агента (0, 027 . . . 0,039 м3 /с), кон-ентрлцни |.чонч (О,32,,.1Ь,30 мг/м3 ), толщина слон материала 10... 30 <:н> . В результате получены графики Функциональных зависи-остей, которые носит синусоидальный характер (рис.4). Указанные авнснмости согласуются с результатами исследований, проведенных ругими учеными по действию озона на растительный материал. Они меют вид 'бегущей волны". это усложняет решение вопроса об опти-альнмх параметрах процесса, хотя абсолютно очевидно, что скорость ушки в озоно-поздушной среде в большей или меньшей степени, '-о сегдл преьыпает скорость сушки в контроле.

'И*чТ[!•!:/> ' , «-/к"*

и а »

ИН| Н'1, fu

Рис.4. Зависимость скорости сушки злаковых трав от параметров и режимов .технологического процесса

Получено уравнение оптимизации сушки злаковых трав в озоновоэ-аиоп ср1де.'

= - 0,52+ 336,8Хг+0,96Хэ + *<,0Х|Х2 +" 3?,6Х2Х->--ЭМгХъ -1638,9X1 -¡-О.ОбХз + 0,02X5 .

Ураниешк* регрессии является значимым и адекватно описывает

'цеес.

;1сол'?лонлна динамика изменения химико-Физических свойств су-ык.ти агента п.процессе сумки зерна. Анализ зависимости относи-

тельной влажности сушильного агента на входе в высушиваемый материал и на выходе из него (рис.5) показал, что присутствие озона увеличивает влагопоглотительные свойства сушильного агента. Разница его относительной влажности на выходе из массы зерна в опыте и в контроле достигала 26%. Это характеризует природу механизма сушки. На первом этапе (20...30 мин) озон вызывает структурные' модификации покровных тканей с закрытием устьиц, "в этот период идет большое поглощение озона материалом и соответственно низка его концентрация в сушильном агенте. Затем, после завершения модификации покровных тканей с открытием устьиц, концентрация озона в сушильном агенте возрастает, что увеличивает его влагопоглотительную способность. При этом поглощение и удерживание влаги озонированным сушильным агентом увеличивается даже в завершающий этап сушки (при более прочных формах связи влаги с материалом). В итоге скорость сушки теоретически может возрасти до 1,46 раза.

Рис.5. Изменение состояния сушильного агента в процессе сушки ээрна: } - относительная влажность на входе; 2,3 - относительная влаж- , ность на выходе соотвествен-но в контроле и в опыте; 4,5,6 - температура окружающего воздуха, неозониро-ванного и озонированного сушильного агента

Ей И ^

г * Г>

Е 1 » !,

г ?

& !

25 . * Ж

¡¡¡Ь

ьроддшпвню.:^ с^щ-и.

Исследования показали, что химический состав сушильного агента в процессе сушки постоянно изменяется за счет количества присутствующего в нем озона. Нарактер этих изменений зависит от исходного состояния высушиваемого материала и его способности вступать в реакцию. Существует взаимосвязь между уровнем концентрации озона в сушильном агенте и интенсивностью процесса сушки.

Интенсификация сучки начинается с момента окончания поглощения озона материалом. Ири Концентрации до 5,76 мг/м1поглощение озона высушиваемым материалом (злаковыми травами) продолжается примерно Э ч (рис.6), а через два часа наблюдается повторная волна поглощения.

На первом этапе поглощения озона не отмечалось увеличения скорости сушки в озоно-воздушной среде, она возрастала, когда поверхность материала полностью прореагировала с озоном и еще больше, когда начиналось повторное поглощение озона, расходуемого на вкут-

ренние биохимические реакции.

____ ; Л. 4--------1— —---

с ■ (1,

с / ^4,"!» •Л/'1-, I

/ 1п.:а ся !

, /

1 Г**"-— ' —

' , 1

1 Ч .

; , , -л1

3 9

Рис.6. Изменение параметров сушки злаковых трав в озоно-воздушной среде с повторным поглощением озона: 1,2 -соответственно влажность в контроле н опыте; 3,4 - концентрация озона на входе и выходе из высушиваемого материала; 1 температура сушильного агента; I, - расход сушильного агента; Со»- концентрация озона; и - толщина « слоя материала

При концентрации озона С,72 мг/м'(рис.7) взаимодействие сушильного агента с поверхностью материала происходит более интенсивно и период насыщения материала озоном сокращается. Интенсификация процесса сушки происходит практически с того момента, когда концентрация озона в сушильном агенте на выходе из материала начинает увеличиваться. Повторного-поглощения озона материалом не наблюдалось.

Рис.7. Изменение параметров сушки злаковых трав в озоно-воэдушной среде без повторного поглощения озона: 1,2 - соот&етстнно влажность в контроле и в опыте; 3,4 - концентрация озона на входе и выходе из высушиваемого материала. Г - температура сушильного агента; Ь -расход сушильного агента; С03 - концентрация озона; Н - толщина слоя материала

1. "

«о,-

5 Н ■ 15 г.

- _

¿Х^ I

6 0 7

Прово 1*мтв»ъш>с?1> еувш<, ч

Отмечена закономерность, что влагопоглотительные свойства су-[ильного агента увеличиваются с уменьшением поглощения озона высу-гиваемым материалом. Лучшие условия сушки для злаковых траз создайся при концентрациях озона свыше- 6,72 мг/мг. При более высокой' окцгнтрации поглотительный период сокращается.

Интенсификация процесса сушки осуществляется-за счет двух раз-ичиих источников теплоти: подводимой с сушильным агентом и виде-ивкейся во внутренних тканях высушиваемого материала за счет раз-ичнкх форм взаимодействия озона.

При повышении температуры в сушильном агенте на 4"С суика зерна в озоно-воядушной среде интенсифицируется на 0,12%/ч, а при сушке без озона - всего на и,С)5%/ч. Следовательно, озон усиливает тепловое действие в 2,4 раза.

Повышение концентрации озона в сушильном агенте до 3,88 мг/м* При тех :*е условиях интенсифицируе- сушку по сравнению с контролем в 3,16 раза.

Степень влияния температурного фактора на процесс сушки в озо-но-воздушной среде представлена графически нп рис.0. Скорость сушки при температуре 20 сС и концентрации озона 8,9 мг/м5составила 1,75*/ч (кр.1). При повышении температуры на 4 "с, но низкой концентрации озона (0,23 мг/м4), скорость сушки увеличилась на 0,07%/ч II составила 1,87Х/ч. Следовательно, в этом случае ускорение сушки произошло не за счет присутствия озона, а повышении температуры су-имжьного агента. Разница скоростей сушки р контроле и у опыте при температуре 20°С (кр.2) составила 0,2%/ч, а при 24"С - 0,37%/ч.

Риг.0. Скорость сушки пччсня г зависимости от температуры сушильного агента при различной концентрации озона: 1 - опыт; ? •■ контроль при Со, г 0,23 мг/м* ; 3,4 - соответственно опыт и контроль при Со^ -3,08 мг/м'

Увеличение концентрации езона до 3,08 кг/и® привело к тому, что разница скоростей сушки в контроле (кр-''J н в оиите (кр.З) при температуре 20ас составила 0,20 Х/ч, а при температуре 24°С - 0,91%/ч.

Следовательно, внешний температурный фактор в присутствии озона в"сушильном агенте интенсифицирует процесс суикн, прячем степень интенсификации зависит от концентрации озона в тушильном агенте. Однако влияние озона на скорость сушки неадекватно его концентрации и косит волнообразный характер. Большее влияние температурный фактор оказывает при более высокой концентрации озона.

С другой стороны, температура высушиваемого материал л в озено-воздуиной среде увеличивается за счет' биохимических реакций во внутренних слоях материала. Например, раот-ца температур контроль-

ного и огштного образцов травы при концентрации озона 1,9 нг/мАвоз-растает синхронно с уменьшением поглощения озона материалом. При минимальном поглощении озона температура резко возрастает: через 3,5 часа от начала сушки прирост температуры составляет 2,5сС, через 4 ч - 7, б "С, чср'?з 5 ч - 8,5РС. Резкое повышение температур совпадает с биохимическим периодом сушки и характеризуется ее высокой скоростью.

■Повышение концентрации'озона в сушильном агенте до 11,52 мг/м* ускоряет процесс сушки с самого начала опыта. Разница температур материала в опыте и в контроле через 1 час от начала сумки .составила 4,5"С, через 1,5 ч - 5,5°С, через 2ч- 6°С.

Скорость г-увки алакпьих трав в оаоно-воэдуишоА среде при концентрациях озона 1,90...11,52 мг/м* составляет соответственно 3,46... 10, 00 а ь контроле - 7,66...8,67Х/Ч.

Рис.9. Интенсивность дыхания зерна (ячмень "Фаворит") в зависимости от продолжительности сушки при различной концентрации озона в сушильном агенте: 1о, 2о, Зо - в опытах соответственно при Со^г 8,90, 3,88, 0 ,23 .мг/м* ; 1к,'2к, Зк - в контроле

и 15

Изменение скорости сушки вызвано тем, что дыхание высушиваемого материала зависит от концентрации озона. Зависимость носит синусоидальный характер (рис.9), который отражает ингибирующее или стимулирующее действие озона на дыхательные процессы. Концентрация озона 0,23 и 3,88 мг/м3вызывает в первый период интенсификацию дыхания, а концентрация 8,90 мг/м®- ингибирование с самого начала сушки. СумИарный расход массы сухого вещества на дыхание у зерна в опыте меньше т.о всех рассматриваемых вариантах.

В главе 4 "Технологические схемы применения озонаторов в су-аильных комплексах" представлены технологии и результаты проверки в производственных условиях сушилок различных типов (периодического и непрерывного действия, контейнерных, бункеров активного вентилирования) с использованием в качестве сушильного агента озонированного воздуха. В основу совершенствования конструкций существующих суши-док применительно к новой технологии положено требование сокращения энергоемкости процесса.'

Разработаны и внедрены различные технологии супки зерна в озо-но-воздушной среде, а также три конструкции озонаторных установок: стационарная (вЩмель"-1), передвижная и блок-приставка к теплогенератору. Все установки выполнены на базе озонатора пластинчатого типа.

Принципиальная технологическая схема сушки зерна в озоно-воз-дунной среде для всех видов сушилок одинакова. Озон получают в генераторах пластинчатого типа методом электросинтеза из кислорода воздуха. Генератор озона располагается до или после вентилятора; если в технологической схеме сушилки предусмотрен подогрев сушильного агента до 45"С, - то перед теплогенератором, в случае болре высокой темпера тури - после него.

Озонирование сушильного агента целесообразно производить при температуре не мше 70°С, при которой обеспечиваются наиболее благоприятные условия электросинтеза озона и его устойчивость.

Для обеспечения заданной концентрации озона в сушильном пгенте производительность озонатора должна соответствовать производительности сумияки по воздуху. Наиболее приемлемым техническим решением является применение модуля теплогенератора с соответствующей ему по производительности н температурному режиму блок-приставкой.

Результаты проведенных исследований подтверждают перспективность и целесообразность использования новой технологии. Так, на контейнерной сушилке (рис.10), в которой в качестве сучильного агента использовался подогретый до 35"с озонированный воздух, удельный расход топлива в опытном варианте был 5,72 кг/т, или 1,1 кг/т а в контрольном 12,57 кг/т, или 2,92 кг/т %.

Г"

Рис.10. Технологическая схема сушки зерна озонированным сушильным агентом на сушилке контейнерного типа: 1 - генератор озона; 2 - теплогенератор; 3 - контейнер; 4 воздушный канал; 5 - разгузочное устройство; 6 - кон-тейнероопрокидыватель.

Глава 5 "Влияние озонированного сушильного агента на качество высушиваемой продукции и ее хранение" посвящена результатам исследований влияния параметров и режимов сушки на основные показатели качества.

Предложенный метод энергосберегающей сушки в озоно-воедушной среде в наибольшей степени препятствует развитию микрофлоры.на све-жеубранных раститетльных материалах.

Эффективность действия озона на биохимические процессы, фито-патогенную микрофлору,агротехнические показатели семенного материала и другие свойства зависит от технологического режима обработки и вида продукции. При концентрациях озона в сушильном агенте 8...10 мг/м3 и выше интенсивность дыхания уменьшается с самого начала воздействия, что предотвращает процесс самосогревания со всеми вытекающими положительными эффектами: повышается сохранность массы сухого вещества, наступает более глубокое состояние покоя в период хранения, При меньших концентрациях в первый период сушки интенсивность поглощения озона возрастает, а затем быстро снижается. Суммарное поглощение кислорода на процесс дыхания высушиваемого материала значительно ниже, чем в контроле. Дейсалие озона как на сам процесс сушки, так и на качественны« показатели высушиваемого матерчала про-

является по-разному. Концентрация озона 0,23 нг/м3 вызывает больший эффект в плане ингибирования, чем более высокая (3,88 мг/м5).

Озон воздействует не только на поверхность, но и на внутренние слои материала. Экспериментально доказано, что интенсификация выхода клеточной влаги в процессе сушки не вызывает необратимых повреждений растительных тканей. Установлено, что длительное воздействие малыми концентрациями озона приводит к меньшим повреждениям тканей обрабатываемого материала, чем кратковременное воздействие большими концентрациями.

Применение оэоно-воздушной смеси в качестве сушильного агента вдияет на состояние микрофлоры на поверхности материала не только за счет снижения влажности, но и за счет обеззараживающего действия озона, которое зависит от его концентрации и температурного режима суаки.

Сохранение и даже улучшение качественных показателей становится возможным при использовании озонированного сушильного агента с концентрацией 8...10 мг/м^, при этом количество Фитопатогенной мик рофлоры снижается в 2,2 раза по сравнению с тепловой сушкой и в I,18 раза по сравнению с еуикой неподогретым воздухом.

Иод влиянием озона, присутствующего в сушильном агенте, отмечается уменьшение количества бактерий и плесневых грибов в зависимости от исходной обсемеиенности и концентрации озона. При концентрациях в...10 мг/м* количество плесневых грибов уменьшается с самогс начала суики (рис.11). Это особенно существенно для зерна с развитыми ободочками (овес) и в первый, наиболее опасный период хранения, что позволяет сохранить качество продукции.

Влияние озона на посевные качества зерна исследовалось на различных видах н сортах при разных технологиях и режимах его обработки. Предпосевная обработка семян озонированным сушильным агентом позволяет увеличить урояапность до 10Х, а в отдельных случаях и боле®.

Озон практически не вызывает некротических изменений тканей растительного материала. Поврежденные покровные ткани и клеточные мембраны имеют свойство восстанавливаться уже через Э...18 часов после окончания обработки. При концентрации О^до 40 мг/м4сбработан-иаЛ продукция не теряет биологической ценности, ее употребление не влечет за собой морфологических и гистологических изменения в организме ЖН10ТННХ и человека.

\ VI» \

\*0 X \ \ \

\\ \ . \ 4 V \

V \ \ \ 1

"V-

Рис.11. Количество плесневых грибов на поверхности черна (овес "Кондр") в зависимости ог продолжительности суоки в озоно-воэдун-ной среде при различной исходной обсемененности и концентрации озона (Т = 24 °С): 1о, 2о, Зо -соответственно при СоЛ0,23, 3,88, 8,90 мг/м ; 1к,2к,3к - в контроле

и 1«

Чроаамнчью«^* ЕЖ1| «

В главе 6 произведен энергетический анализ технологий сутки, в основу которого положено сравнение совокупных материально-энергетических затрат на сушку по новой технологии Эх^ и в базовом варианте Э^б- Их соотношение характеризует эффективность как полных энергозатрат, так и их отдельных составляющих:

Эяи Эн;

Кэ . ' Кэ1 = •

Эгв ЭвЬ

V

Для характеристики прогрессивности научно-технических разработок использовался показатель уровня интенсификации: для полных энергозатрат ^з) 100,

для отдельных составляющих Мэ£ = ( 1 ~ К31) 100, . В качестве базового варианта применяли традиционную технологию сушки и конкретную типовую сушилку с общепринятыми режимами работы, а в качестве нового - ту же сушилку с использованием озонированного сушильного агента.

Исходя из полезного расхода теплоты,

Су п = С^ар ~ ~ С^м , где фср - фактический расход теплоты на 1 кг испаренной иллги-в су-

шилке, рДх/кг;С|/нв - дополнительный расход теплоты на нагрев наружного воздуха, мДж/кг исп.вл.; С).- 1Н - дополнительный расход тепла на нагрев материала в сушилке, мДж/кг исп.вл.

Фактический расход тепла на 1 кг испаренной влаги определялся по формуле

Вт <эГ„

^ = (17)

гдеВг - расход топлива, кг/ч;0^- низшая теплотворная способность топлива (теплосодержание), мДж/кг;^ - количество влаги, испаренной п сушилке, кг,

Расход жидкого топлива и электроэнергии в прямом и овеществленном риде (З^р )

Э,3.р.= Нж.Т. ( +сС*.т.) + НэлЗН (бл1.ЭН. + оСэп. ЭЙ.) ,

где Иж.Т. " количество израсходованного жидкого топлива, кг;^.?/? ¿ц. количество электроэнергии, кВт.ч;6>к,т.|6,эл.эн- соответственно энер готический эквивалент прямых затрат жидкого топлива и электроэнерги! с£ж.Т., сСзл зн. - соответственно энергетический эквивалент овеществлен пых затрат жидкого топлива и электроэнергии.

Одной из наиболее важных составляющих овеществленных затрат является энергоемкость средств механизации, зависящая от металлоемкости сушилок Эп.спи., их производительности и продолжительности эксплуг^тации:

Эп. СУШ. = --Ц-— Е ь V-1 >

«/суш.

где^/суш-- эксплуатационная производительность, т/ч;о££ •• энергетический эквивалент сушилки, мДж/кг металла;И£ - иасса сувилки, кг; 0|г, - годовые отчисления на реновацию к ремонт, годовая

йормативная загрузка сушилки, ч.

В то же время через производительность (У^е»*,) установлена свяэ с исходными параметрами зерна (а^-и'г. ), заданной пропускной способ костью (с1{,) и коэффициентом использования времени смены (Кем).

В результате фактический расход тепла на 1 кг испаренной влаги

С^ср - [Нж.т. ( бж.т. + оСж.т.) + +оСэл.Эй) +

ч-

1

М + кг)'

: МДж/кг -

10г Д Кем Ти£

Дополнительный расход тепла на нагрев наружного воздуха, приведенный к температуре 5''С,

С^ни = I С не (5 - Го) ,

См (б -Т3),

где ^ - температура наружного воздуха , °С; Сне - теплоемкость наружного воздуха, мДж/кг.<С; Ь - удельный расход сухого воздуха на 1 кг испаренной влаги, кг/кг исп.вл.

Дополнительный расход тепла на нагрев материала определяли по

формуле:

¡оо-иог

где Сь^, (¿>£- соответственно начальная и конечная влажность зерна, Т}- начальная температура нагрева зерна,"С; См - теплоемкость материала при влажности <Л>1 , кДж/кгрС.

__ 100-0),

См - Ж Св + Ссм' •

Са,Сс.м - соответственно теплоемкость воздуха и сухого материала, кДж/к Г °С .

Таблица 1

Эффективность сушки ячменя различных зерносушилках с использованием озонированного сушильного агента

Марки зерносушилок

Показатели энергозатрат напольная ¡М-819 СЗШ-161 кон-! тей- | нер-! ная 5 бункера ак-актнвного вентилирования

Толные энергозатраты, мДж/т 2651,4 219,2 412,0 405,0 95,1

Экономия полных энергозатрат: мДх/т 2611,3 109,9 202,8 470,4 28,3

тыс.руб./т 44,8 1,9 3,5 8,0 0.5

Экономия кислорода, кг/т 148,5 7.2 18,3 24,6 1,9

чоэффициент эффективности 0,50 0,66 0.61? 0,4 0.77

вровень интенсификации, % 50 34 33 60 23

Результаты энергетической оценки в производственных условиях сушки зерна в озоно-воздушной среде представлены в табл.1.

Как видно из приведенных в табл.1 данных, уровень интенсификации за счет применения озона увеличивается в большей степени при использовании энергоемких сушилок с малой производительностью (до 60%) . Экономия, выраженная в кг усл.т, составилаот 0,98 до 69,12 н тонну высушенного зерна.

ВЫВОДЫ

1. Высокая знергоемкость процесса сушки обусловлена тем, что Применяемые в настоящее время технологии базируются на технических средствах, разработанных без учета механизма тепломассообмена в растительных материалах. Сельскохозяйственная продукция (зерно, траЕЫ) представляет собой сложные биологические системы, которые не только содержат.влагу, но включают ее в биохимические процессы, регулируемые ферментами. Использование озона в составе сушильного агента обеспечивает непосредственное химическое и биохимическое воздействие на сельскохозяйственный материал, улучшает транспорт влаги из внутренних слоев и тепломассообмен в процессе сушки в целом.

2. Озон интенсифицирует'скорость сушки, вызывая биохимическую реакцию адаптивного типа и структурные преобразования покровных Тканей. В результате протонирования и сжатия клегочнык мембран, изменения форм н ослабления связи влаги с материалом создается гради-; ент давления при температуре на 75...85'С ниже, чем при теплово* сушке. Разработана структурная схема сушки растительного материал; в озоно-воздушной среде которая объясняет механизм действия озона на интенсификацию процесса с биохимических и теллофизических позиций. Получено уравнение теглового действия озона на перенос влаги с учетом основных действующих факторов.

3. Разработаны и изготовлены лабораторные установки, обеспечивающие .синхронное проведение суики контрольного и опытного образцов сельскохозяйственных катерка.чов. Обработка результатов, полученных С помощью полного трехФакгорног» эксперимента г для зерна) и по методу латинских квадратов С для трав), позволила выявить влияние основных технологических Факторов на интенсификацию процесса сушки. Для сушки зерна влажностью ниже 23% следует использовать озоно-воэ-дувну» смесь с концентрацией озона 4,7...10,0 иг/м3 при температуре сутйлыпго агента 22..,40вС и расходе 1000...1500 м3/т.ч. Для суики

рав исходной влажностью до 80% более интенсивное воздействие на атериал обеспечивается при концентрации озона свыше 6,72 мг/м'. нтенсификация процесса сушки наступает с момента уменьшения интен-ивности поглощения озона материалом.

4. Скорость сушки в озоно-воздушной среде зависит от вида сель-кохозяйственных материалов. При этом сушка зерна с более развитыми болонками зерновки интенсифицируется в большей степени, чэм с лотными. Максимальное снижение относительной влажности озимой ржи опыте составляет 0,53%/ч (в контроле - 0,29Х/ч), овса - 0,61*/Ч в контроле - 0,20"£/ч) и происходит в период убывающей скорости ушки в контроле. Скорость сушки зависит также от температурного актора: повышение температуры сушильного агента на 4°С ускоряет роцесс сушки зерна в контроле на 0,05%/ч, а в опыте (при концент-ации озона 0,23 мг/м1) - на 0,12 %/ч. Увеличение концентрации озо-1 до 3,88 мг/м3 при том же повышении температуры интенсифицирует /шку в 3,15 раза.

5. Влагоудерживающая способность сушильного агента зависит от энцентрации озона. По мере уменьшения расходования озона на взаи-эдействие с материалом его влагоудерживающая способность возраста-г. F-зница относительной влажности сушильного агента на выходе из 1териада в контроле и в опыте достигает 26%. Для достижения поло-цельного эффекта по интенсификации сушки необходмо создать и под-?рживать концентрацию озона на уровне не ниже 4,7 мг/м1для зерна, зыше 6,72 мг/м4 для трав (при этом обеспечивается наиболее благоп-1ятный температурный режим электросинтеза - 35...45^', соглаео-tTb производительность озонатора и сушилки по воздуху, правильно »брать место установки генератора озона в технологической схеме и инструкцию озонатора.

6. Сушка в озоно-воздушной среде улучшает качественные показали материала, которые зависят от интенсивности воздействия озона, ж его концентрации свыше 8...10 мг/м* предотвращается процесс са-¡согревания, обеспечивается глубокое состояние покоя в период хра-;ния, обеззараживающее действие (уничтожение фитопатогенной ник->Фиоры и плесневых грибов) и сохранность массы сухого вещества. В жечн^м счете не только достигается более высокое качество получаюй продукции, но в большинстве случае исключается и необходимость ютравливания семян. В совокупности это дает прибавку до Ю...1БХ южая. Обработка растительного материала концентрацией 0_«до 40 Ум5по утверждению медицины не ухудшает егог биологической ценности, ! влечет за собой морфологических и гистологических изменений в

организме животных и человека. Следовательно,озон наиболее приемлем для сушки сельскохозяйственных материалов. При этом он технологичен и экологически безопасен.

7. Результаты исследований использовались в колхозах "Рассвет" Островецкого (1981-1983 гг.) и им.Некрасова Щучинского районов (1988-1990 гг.), совхозах "Малое Можейково"Лидского (1982-1984 гг.) и "Сосноэка" Слонимского районов (1991 г.) Гродненской обл., с-зе "Логоэа" и к-зе "Чуденичи" Логойского района (1992 г.), на Белорусской зональной опытной станции, г.Несвиж Минской обл. (1993-1994 гг.). Проверка в производственных условиях сушилок различных типов подтвердила высокую эффективность сушки в озоно-воз-дуиной среде. Скорость сушки зерна увеличивалась в 1,5-2,0 раза. Экономия прямых энергозатрат в расчете на тонну высушенного зерна на напольной сушилке составила в среднем 2611 МДж (89,12,кг у.т.), на сушилках И-819 и СЗШ-16 - соответственно 110 МДж (3,75 кг у.т.) И 203 МДж (6,90 кг у.т.), контейнерной сушилке - 164...470 МДж (16,0...5,59 кг.у.т.), бункерах активного вентилирования - 28,86 МДл (0,93 кг у.т.).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах (в скобках указаны соавторы):

1. A.c. 1095899 СССР, МКИ ДО.25/08. Способ сушки семян зерновых культур (Н.А.Глущенко, Л.Ф.Глуценко (СССР). - N 3355297/30-15; Заявлено 4.09.81; Опубл. 7.06V84. - Бюлл. N 21. - 8 с.

2. A.c. 1166693 СССР, МКИ Л01С 1/00. Способ предпосевной обработки семян (Н.А.Глущенко, Л.Ф.Глуценко, Р.й.Скоробогатова, Н.И.Сергеев) (СССР). - N 3537324/30-15; Заявлено 19.11.82; Опубл. 15.07.85. - Бюлл. М 26. - 4 с.

3. Сушка зерна в бункерах активного вентилирования // Бюлл. ЦНТИ. - 1981. - N 34-81. - 4 с. (Н.А.Глущенко, Л.f .Гдущенко, A.A.Ворона).

. 4. Тепловой расчет супки зерна с применением озоно-воздушной смеси // Связь науки с практикой - важнейпий фактор повышения эффективности общественного производства / Тез. докл. научно-практич. конф. - Гродно, 1982. - С.85-87 (Н.А.Гдущенко).

5. Некоторые вопросы механизма суики зерна газовой смесью // Роль науки и производства в реализации реиений майского (1952 г.) Пленума ЦК КПСС в выполнении Продовольственной программы области / Тез.докл.обл. межотраслевой научно-практич конф. - Гродно, 1983. -С.58-59 (Н.А.Глущенко, Л.Ф.Глущенко).

в. Ионизация - как фактор повышения всхожести семян / Тез.

л. научно-технич. конф. - Гродно, 1983. - С.22-23 (Н.А.Глущенко, .Нурадов, В.В.Подгайский).

7. Прибор для определения концентрации ионов в ионизированном духе // Бюлл. ЦНТИ. - 1982. - N 15-82. - 4 с.

8. Передвижная электрофизическая установка для сушки и хране-зерна // Бюлл. ЦНТИ. - 1983. - N 83-04. - 4 с. (Н. А.Глущенко,

'.Глущенко, Н.Л.Ермоленко).

9. Влияние электрофизической обработки на дыхание зерна при | хранении // Бюлл. ЦНТИ. - 1983. - N 12. - 3 с. (И.А.Глущенко, '.Глущенко, Е .Д. Бернацкая) .

10. Суш£а зерна с помощью озоно-воздушной смеси // Механизация лектрификация сел. хоз-ва. - 1985. - N 1. - С.36-39.

11. Влияние озона на сушку семенного зерна // Интенсификация ки и производства - необходимое условие успешного выполнения |дово1ьственной программы / Тез.докл. научно-практич. конф. ¡дно, 1985. - С.79-80.

12. Предпосевная обработка семян зерновых культур озонирован-

воздухом //Применение физического и химического мутагенеза в

ьском хозяйстве / Тез.докл. первого Всессюзн.совещ. - Кишинев, 7. - С.185.

13. Интенсификация процесса сушки зерна // Бюлл. ЦНТИ. - Грод-1988. - N 72, 1988. - С.4.

14. Влияние послеуборочно-предпосевной обработки семян озимой I сорта "Белта" озонированным воздухом на структуру урожая и уро-1Ность / Тез. докл. ХХХП научной конф. профессорско-преподава-;ьского состава ГСХИ, посвященной 70-летию образования БССР, »дно, 1988. - С,18.

15. Влияние озона на сушку семенного зерна // Научное обеспе-ше перестройки в ЛПК / Тез.докл.конф. - Калинин, 1989. - С.119.

16. Послеуборочно-предпосевная обработка семян озимой ржи озо-юванным воздухом // Развитие АПК: проблемы, поиски, решения / 1.докл.ХШ научно-практич.конф. ...- Калинин, 1990. - С.178-179.

17. Параметры озонаторных установок для сушки зерна // Соци->но-экономические аспекты и проблемы интенсификации производства >траслях агропромышленного комплекса / Тез.докл.науч.конф. >дно, 1990. - С.37.

18. Требования к конструкции озонатора сельскохозяйственного ¡начения // Проблемы развития АПК "Верхневолжья" / Тез.докл.XXV гчно— практич . конф. - Тверь, 1991. - С. 194 (А.А.Останков).

19. Энергосберегающая сушка сельскохозяйственных продуктов в

озоно-воздушной среде // Вести Академии аграрных наук. - 1993. -1. - 113-11Т с. (Б.А.Храповицкий).

20. Энергосбережение в процессах суики с.-х. материалов / Достижения науки - сельскому хозяйству "Верхневолжья" Тез.докл.XVI научно- практич.конФ. - Тверь, 1993. - С.99 (Л.М.Л1 товский, А.А.Остапков).

21. Моделирование процессов сушки зерна в озоно-воздушной ср« де и оценка энергетических показателей // Моделирование сельскохс эяйственных процессов и машин / Тез.докл.научно- практич.конф. Минск, 1994. - С.54 (М.М.Севернев).

22. Малогабаритные солнечные сушилки сельскохозяйственной пр< дукцни // Аграрная реформа: проблемы, поиски, решения / Тез.до^ XVI научно-практич.конф. - Тверь, 1994. - С.198 (Э.КчСнежк( Л.А.Остапков).

23. Энергосберегающая сушилка зерна на установке контейнерно! типа с использованием озонированного сушильного агента // Аграрн; реформа: проблемы, поиски, решения / Тез.докл.КУП научно-практи1 конФ. - Тверь, 1994. - С.199 (А.Я.Остапков).

24. Экологобеэопасная и энергосберегающая технология сунн сельскохозяйственных продуктов в озоно-воздушной среде // Метод; ческне указания к лабораторной работе. - Минск, 1993. 20 (Д.А.Кольга, А.Б.Лежнев, Л.В.Нисун, Л.Н.Алтоненко, Г.Ф.Назарова).

25. Эмергосберегакзцие технологии в сельскохозяйственном прои водстве. - Минск: Ураджай, 1994. - С.33-36 (М.М.Севернев и др.).

РЕЗЮМЕ

ТРОЦКАЯ Таисия Павловна ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СУШКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ОЗОНО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ

Ключевые слова: энергосбережение, интенсификация, сушка, озон, ерно, травы, биохимия, биофизика, обеззараживание, стимулирование, ехнологии, сушилки, озонаторы, теплогенераторы.

Объект исследований - технологии и технические средства для ушки сельскохозяйственных материалов (зерно, травы).

Цель работы - повышение эффективности процесса сушки растите-ьного сырья путем разработки и освоения энергосберегающих техноло-ий и технических средств с использованием озонированного суииль-ого агента.

Метод исследования и аппаратура. Проводилась одновременая суи-а контрольного и опытного образцов материала на специально разрг-отанных и изготовленных лабораторных установках. Измерялись темпе-атура и относительная влажность•материала и сушильного агента, его асход и концентрация озона. Для измерения использовались психромег-ы, электровлагомеры, ленточные фотометры, ротаметры, анемометры и икроманометры. Применялись методы высушивания, йодомвтрический и ермоэлектрический с непрерывной, записью показаний на ленте осцил-ографа. Планирование экспериментальных исследований осуществлялось : использованием полного многофакторного эксперимента и метода ла-инских квадратов.

Полученные результаты и их новизна. Впервые раскрыт механизм :уики растительного сырья при воздействии на него химически актив-юго элемента - озона. Изучено его влияние на свойства сушильного [гента и высушиваемого материала. Предложен способ энергосберегаю-1ей сушки сельскохозяйственных материалов в оэоно-воздушной среде. >пределены оптимальные параметры и режимы технологического процесса, 'азрабоганы технологии сушки зерна и трав, конструкции озонаторных 'становок для их реализации.

Степень использования результатов. Результаты исследований ап-юбированы в 7 хозяйствах двух областей Республики Беларусь. Налаяно промышленное производство озонаторных блок-приставок к тепло-т "енераторам на заводе "Мозырьсельмаш" для оснащения серийных суши-юк.

Облает«*, применения - послеуборочная обработка сельскохозяйст->енной продукции, требующей длительного хранения в местах ее прОг 1эводства.

Р Э 3 ю И э

ТРОЦКАЯ Talca Паулауна ЗНЕРГАЗБЕРАГАЛЬНАЯ ТЭХНАЛОГТЯ СУШК1 СЕЛЬСКАГАС-ПАДАРЧЫН МАТЭРЫЯЛАУ У АЗОНА-ПАВЕТРАНЫМ АСЯРОДД31

Ключавыя еловы: энергазберажэнне, 1нтэнс1ф1кацыя, сушка, аэон зерне, травы, б1ях1м1я, б1яф1з1ка, абеззаражванне, етымуляванне T3xna»orli, сушылк1, азанатары, цеплагенератары.

Аб'ект даследавання - тэхналогИ i тэхн!чныя сродк1 для сушк сеиьскагаспадарчых матэрыялау (зерне, травы).

Мэта работы - павышэнне эфектыунасц1 -працэсу сушк! сырав1н1 раея1ннага паходханнп иляхам распрацоук1 1 асваення энэргасберага льных тэхкалог1й i тэхн1чных сродкау з выкарыстаннен азанаванаг; сулыльнага агента.

Метад даследавання и апаратура. Праводз1лася адначасовая суш ка кантрольнага 1 доследнага узорау матэрыялау на спецыяльна раепр; цаваных i зробленых лабараторних установках. Вымярал1ся тэмператур, 1 адноснаи в.1льготнасць матэрыяла 1 сушыльнага агента, яго расход ханцэнтрацыя азона. Для внмярэння выкарыстоувал1ся пс!хрометры электрав!дьгацямеры, стужкавыя фатаметры, ратаме-тры, анемометры м1краманометры. Примянял1ся метады высушвання, едаметрычны 1 тэрма-электричны з бесперапынным зап1сам паказанняу на стужку асиылограф! Планаванне экспериментальных даследаванняу ажыццяулялася з выкарыстаннен поунага шматфактарнага эксперимента i метада лац1нск1х квад-ратау.

Атрыначыл buhíkí i 1х нав1зна. Упершыню раскрыты механ1зм суш-к1 сыравЛны расл1княга паходжання при уздзеянн! на яе х1м1чна акты) нага элемента - азона. Зывучаны яго уплы$ на уласц1васц1 сушыльна-га агента i высушваемага матэрыяла. Прапанаваны спосаб энэргасбе-рагальнай сушк! сельскагаспадарчых матэрыялау у азона-паветранш асяроддз1. Вызначаны сптымальныя параметры i рэжымы тэхналаг1чнаг. працэсу. Распрацаваны текналогП суак! зерня 1 трау, канструкцы азанатарних установак длн 1х рэал1зацы1.

Ступень выкарыстання вын1ка!г. Вын1к1 даследаванняу апрабХрава-ны у 7 гаспадарках дзьвух вобласцей Р:-»епубл1к1 Беларусь. Наладжаш лрамысловая вытворчасць азанатарных блок-прыставак да цеплагенера-тарау на 'ааводзе "Мазырсельгасмав" для аснаючэння сярыйных суоылак

Вобласць примянення - пасляуборачная алрацоука сельскагаспа-дарчай прадукцы1, якая патрабуе працяглага захоування у месцак я< Ььтворч-лсц!.

SUMMARY

TROTSKAYA Taisiya Pavlovna ENERGY SAVING TECHNOLOGY OF AGRICULTURAL PRODUCTS DRYING IN OZONE-AIR MEDIUM

Key words: energy saving, Intensification, drying, ozono, Ln, grasses, biochemistry, biophysics, desinfection, stimulation, mology, dryers, ozonizers, heat generators.

The object of Investigation - technology and technical meana of [cultural products drying (grain, grasses).

The purpose of the study - to increase the effectiveneaa of it raw m'aterials drying by the development and putting into prac-; the energy saving technologies and technical means with ozonl-drying agent.

The experimental procedure and apparatus. The simaltaneous ;ng of the control and experimental samples of the materials was •ied out by the specially developed and produced laboratory allations. The materials and the drying agent temperature and itive moisture content were measured, as were their consumption ozone concentration. Psychrometera, electric moisture meters, s photometers, rotameters, anemometers and micromanometers were I fur taking measurements. The methods of drying, lodometry and -moelectric with continuous readings recording at oscillograph ; were used. The experimental design planning was made with the of the full multiple factors experiment and the latin square iod .

The results received and their novelty. The mechanism of plant materials drying under chemically active element - ozone, was i clear for the first time. Jts influence on the properties of drying agent and the material being dried was studied. The ■gy saving method of agricultural materials drying in ozone - air .um was proposed. The technological processes optimum parameters conditions were determined. The technology of grain and grasses :ng, the design of ozonizer Installations for their production i developed.

The degree of the results *'utilization. The results of the sarch were approved at 7 farms of the two regions of the Republic ielarus. The industrial production of ozonizer blocks for heat srators produced by "Mozlrselmash" plant to equip serial dryers realized.

The field of application - the postharvest treatment of agri-:ural products, which need long-ten preservation at the places ;heir production.

traewo k netiotk 22.05.I995r. Ttopns 100 3fikf» * B7

siotwo ha poronpHHTe UHHHM3CX. 220610. Mrhok, Khopkhi»,!.