автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Интенсификация и ресурсосберегающая оптимизация процесса сушки зерна

На правах рукописи

КуватовД&мирМодарисович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗЕРНА

05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург - 1997

Работа выполнена в ГАО "Башкортостанхлебопродукт" Оренбургском государственном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессс

В. Ю. ПОЛИЩУК

Научный консультант: кандидат технических наук, доценп

В. Л. КАСПЕРОВИЧ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, професа

А. П. ДОРОХОВ кандидат технических наук, проф сор В.Н. МЯКИН

Ведущее предприятие: Башкирский научно-исследовательск

институт земледелия и селекции полев культур

Защита состоится " Ь^^оуЛ 1997 г. в" часов на: седании диссертационного совета Д 120.95.01 Оренбургского го! дарственного аграрного университета по адресу: 460795, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбу] ского государственного аграрного университета. Автореферат разослан "¡0 " ^. Ш-Р 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

П.И.Огородник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Совершенствование техники, технологии хранения и переработки зерна должно базироваться на глубо-<ом изучении биологических особенностей отдельных зерновых <ультур, физиологических и биохимических процессов, происходящих в зерне. Эти свойства в большой мере определяются влагой, находящейся в зерне в различном состоянии.

В силу погодно-климатических условий большинства регионов России, возделывающих зерновые культуры, в период уборки /рожая на хранение в некоторые годы поступает до 70% сырого $ерна.

Зерно, которое не отвечает критериям влажности, необходимо немедленно просушить.

Сушка зерна на зерносушилках является основным и самым надежным способом в обеспечении количественной и качественной сохранности зерна - ускоряет послеуборочное дозревание, уничтожает вредителей. При правильной сушке за счет тепловой збработки улучшаются семенные качества.

Процесс сушки зерна изучен недостаточно, некоторые вопросы являются еще спорными или же их разрешение только намечается. Сложность этого вопроса вызывается тем, что зерно как кивой организм требует глубокого изучения его биологических, физиологических особенностей и биохимических процессов, происходящих в нем, так как без этого правильно построить термоди-шмику сушильного процесса невозможно.

Испытания предложенного нами зерносушильного агрегата <устанайской МИС в 1983 году на пшенице, в 1985 году на под-юлнечнике, практическая эксплуатация зерносушилок в различ-шх климатических зонах на всех зерновых культурах, произ-)астающих в Башкортостане, дали результаты, которые превосходят все показатели, известные в мировой практике по затратам хпловой энергии на испарение одного килограмма воды из зерна, термическому КПД установки, влагонапряжению и удельному )асходу электрической энергии, производительности установки на м- рабочего объема.

Данная научная работа выполнена в рамках темы 'Совершенствование биотехнических систем пищевых произ-юдств и кормоприготовления", включенной в тематический план

НИР Оренбургского государственного университета на 1996-20 гг. Номер госрегистрации темы 01960005700.

Цель исследований. Исследование особенностей конве тивной сушки зерна продовольственного назначения на осно использования высоковлажного агента сушки.

Задачи исследования:

- разработать системное обоснование для поиска путей с вершенствования процесса сушки и его параметрического синтез

- изучить распределение влагосодержания единичных зерн вок до и после сушки при различных способах нагрева зерна;

- разработать технологические принципы и конструкции 5 альных сушильных установок;

- на основе создания программного средства установи влияние окружающей среды на параметры эффекта процесса су] ки;

- разработать методику параметрического синтеза процес сушки;

- осуществить производственную проверку результатов ^ следований.

Объект исследований: процесс сушки зерна в шахтных зерг сушилках.

Научная новизна заключается: в формировании системно представления процесса сушки зерна, разработке комплекса пар метров теплотехнологического процесса сушки и установлен закона и параметров распределения влажности отдельных зер^ вок в потоке.

Практическую ценность имеют: технологическая схема суш зерна, методика оптимизации режимов сушки по предложенн схеме.

Реализация результатов. Разработаны способ сушки устройство для его реализации, защищенные а.с. № 1483217 и г тентом РФ № 1287702. Они внедрены на более чем 500 установк для сушки зерна на территории СНГ.

Апробация. Основные положения диссертации доложены Российской научно-технической конференции "Совершенство! ние технологических процессов пищевой промышленности АПК" (Оренбург: ОГУ, 1996); конференции "Сложн (биотехнические) системы" (Оренбург: УрО РАН, 1996); научн практической и методической конференции, посвященной 3 летию Алматинского технологического института (Алматы, 199<

еждународной научно-технической конференции "Концепция азвития и высокие технологии производства и ремонта тран-портных средств в условиях постиндустриальной экономики" Эренбург: ОГУ, 11-14 марта 1997).

На защиту выносятся:

- системное представление процесса сушки зерна, реализо-анное в способе и конструкции для реализации этого способа;

- закономерности распределения влажности единичных зер-овок в потоке зерна;

- математическая модель оптимизации режимов предло-:енного теплотехнологического режима сушки зерна.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 аучных трудов, оформлено 3 отчета Кустанайской МИС об ис-ытаниях зерносушилок, получено 2 авторских свидетельства на зобретения и патент РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, бщих выводов, списка использованной литературы, приложений, абота изложена на 169 машинописных страницах, включая спи-эк литературы из 147 наименований (в том числе 23 на ино-гранных языках), содержит 23 рисунка, 28 таблиц, 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности темы и раткому изложению положений, которые выносятся на защиту.

В первой главе "Современное состояние теории сушки био-огических объектов и анализ существующих процессов зерносу-гения" приведен анализ современных представлений о состоянии функции воды в процессах массообмена в зерне - при увлажне-ии и обезвоживании, которые позволяют сформулировать тех-ологические требования к режимам сушки; описано современное эстояние теории тепломассопереноса в зерне для изотермическо-э и неизотермического режимов сушки; рассмотрена проблема нутренней диффузии влаги в зерне. Кратко изложены особен-ости существующих зерносушилок и режимов сушки. Обоснова-а необходимость системного подхода к совершенствованию теп-отехнологического процесса сушки.

Работами Ребиндера П.А., Дубинина М.М., Липатова С.N Думанского A.B. создано современное учение о формах связи вл ги с влажным материалом. Описанию поведения влаги в зерь теории и практике его сушки посвятили свои исследования Каз ков Е.Д., Кретович B.JI., Соседов Н.И., Трисвятский Л.А., Анде сон Дж., Бейли Дж.Э., Геддес М., Кристиансен K.M., Мильнер \ Померанц Е., КуприцЯ.Н., Лыков A.B., Гинзбург A.C., Люб щиц И.Л., Птицын С.Д., Окунь Г.С., Уколов B.C., Анискин B.I-Резчиков В.А. и другие.

Существует достаточно разработанная для решения практ ческих задач теория сушки пищевых материалов, в том числе зе на, однако до настоящего времени не нашло практического пр менения системное рассмотрение процесса, что не позволило сс дать достаточно мощные и экономичные зерносушилки.

Во второй главе "Системное представление процесса зерн сушения и основные уравнения математической модели сушк обоснованы предпосылки выбора рациональной теплотехнолог ческой схемы сушки и оптимизации параметров этого процесс Обычно процесс, происходящий в зерносушилке, рассматривает как совместное движение материальных и энергетических пот ков, причем приоритет отдается материальным потокам. Это об ясняется тем, что целевая функция системы описывает проце массобмена с окружающей средой.

Можно выделить поток зерна, поток сушильного агента поток влаги, причем эти потоки взаимодействуют между собс являясь носителями потоков энергии. Материальные потоки v рают роль каналов для пропуска потоков энергии и своими пар метрами определяют пропускную способность этих каналов. П этому структурную модель системы можно представить как наб< элементов, связанных энергетическими (тепловыми) потокам Ограничимся только специально организуемыми потоками и будем рассматривать потери тепла, связанные с потерями, в званными теплообменом с окружающей средой.

На рис.1 представлены все возможные варианты организ ции потоков тепла в зерносушилке.

Проведенные нами исследования и опыт эксплуатации зер носушилок показывают, что в условиях установившегося режим сушки предпочтительным является передача тепла по связям 1-8

Рис. 1. Теплотехнологическая структура возможных специально организованных тепловых потоков в зерносушилке.

4-6-10-7-5. При переходном режиме передача тепла осуществляется по связям 1-8-4-6-12, где связи 10-7-5 отсутствуют и добавлена замыкающая контур циркуляции тепла связь 12.

Количество тепла, заключенное в элементах системы и пер. даваемое по связям между ее элементами и с окружающей средо( принято в качестве внутренней характеристики рассматриваемо системы.

Сушка зерна является типичным нестационарным проце< сом, при котором влажность и температура зерна изменяются ь только во времени, но и в пространстве. Поэтому большинств исследователей считают целесообразным описание распространи ния во времени х полей температуры 9 и влажности в диффере! циальной форме.

Нами использовано дифференциальное уравнение теплоп-реноса, осложненного также переносом влаги, в форме, получе! ной Гинзбургом A.C. для высокоинтенсивных процессов сушки

™ = (1)

dr спр dr спррс спррс

где а - коэффициент температуропроводности. м2/с; /•-теплота фазового перехода, кДж/кг; е - критерий фазового превращения; и - удельное влагосодержание, кг/кг; V- оператор Лапласа;

с„ррс - приведенная объемная теплоемкость зерна, кДж/м5-град;

сжРж ~ объемная теплоемкость жидкой фазы, кДж/м3-град;

спРп - объемная теплоемкость пара, кДж/м3-град;

& ж и «9 „ - линейная скорость переноса жидкости и пар;

соответственно.

Выбор лучшего конструктивного решения зерносушил] должен осуществляться на основе тех или иных принципов опт мальности и математических методов поиска оптимума. Выб< лучшего решения осуществляется путем удовлетворения разно: рода ограничениям.

Основной областью, доступной для математических мет дов, является оптимизация варьируемых конструктивных пар метров, то есть параметрический синтез. При этом исследовате. имеет дело с математической моделью, например, зерносушилк описывающей ее структурно-параметрическое состояние с п мощью набора варьируемых проектных параметров и математ

ческой моделью процесса сушки.

Полезные свойства зерносушилки достаточно ясны из анализа литературных источников, поэтому перечень параметров эффекта для этого объекта может быть четко определен.

Следует отметить, что, с одной стороны, качество сушки зависит от характера потребления и перераспределения тепловой энергии, передаваемой высушиваемому зерну сушильным агентом. С другой стороны, и математические модели, описывающие этот технологический процесс, представляют собой сложные системы, описывающие передачу тепловой энергии по связям между элементами и с окружающей средой. Таким образом, подвергаемые параметрическому синтезу математические модели каждой операции технологического процесса сушки должны включать в себя теплофизическую модель материала, параметры эффекта оптимизируемого процесса, а также описывать энергетическое состояние материала в рабочем пространстве аппарата при его сушке.

Для отыскания оптимальной области использован метод рабочих характеристик - один из наиболее удобных методов проведения параметрического синтеза технологических машин и аппаратов.

Метод состоит в том, что разработчик ищет максимум одного из параметров эффекта, например, \vimax. при всех остальных показателях, переведенных в разряд ограничений. Этот метод нашел применение при решении оптимизационных задач переработки сельхозпродукции. Встречающиеся на практике ограничения параметров эффекта имеют вид

\УР<\¥ДР; \Укр<\¥р<\\/тр; \¥р>\Упр. (2)

Доказано, что рабочая поверхность содержит все точки, принадлежащие оптимальной поверхности.

К основным параметрам эффекта зерносушилки можно отнести следующие.

Теплопроизводительность устройств для сгорания топлива ц может служить параметром, характеризующим масштабы процесса сушки в данной зерносушилке.

Способность зерна сохранять после сушки свои продовольственные, семенные и кормовые достоинства характеризуется термоустойчивостью, поэтому параметром, определяющим качество просу шенного зерна, является допустимая температура Отах,

до достижения которой в зерне еще не наступают необратимь изменения.

Зерно обладает значительной влагоинерционностью, то ест при достаточно высокой скорости нагрева медленно отдает влаг Но только при определенных условиях в зерне создаются напр: жения, превышающие предельные значения, что сопровождаете образованием трещин. В качестве критерия трещинообразован} в процессе сушки используют критерий М.В.Кирпичева

(3)

<ХшрсУо

где - плотность потока влаги с поверхности зерна в окр;

жающую среду, кг/м2-ч;

- определяющий размер зерновки, м;

ат - коэффициент диффузии влаги, м2/с;

рс~ плотность сухого вещества зерна, кг/м3;

и0~ начальное влагосодержание зерна, кг/кг.

Степень конструктивного совершенства зерносушилки опр

деляет ее термический КПД //,. выраженный зависимостью

т

где IV- масса испаренной влаги, кг;

г- удельная теплота парообразования, кДж/кг;

£)н р - низшая (рабочая) теплота сгорания топлив

кДж/кг.

Обобщающим параметром эффекта может служить удельн; энергоемкость технологического аппарата. Характеристикой э< фективности использования тепла может быть, на наш взгля расход энергии на килограмм испаренной влаги дк, отнесенной единице рабочего объема зерносушилки V. вычисляемый по фо муле

<5)

При числе параметров эффекта р>5 трудоемкость вычисх ний настолько возрастает, что ставит под сомнение целесообрг ность проведения такого параметрического синтеза. Кроме тог пять наиболее существенных параметров эффекта позволят об* печить доверительную вероятность оптимального решения зада1

араметрического синтеза на уровне 80%, что достаточно для прогнозирования параметров технологического оборудования и тех-юлогических линий.

В третьей главе "Экспериментальное исследование массопе->еноса в потоке зерна и обоснование теплотехнологической схемы ¡ушки" описаны методика и результаты поисковых экспериментов.

Оценена эффективность тепловой сушки на основе определе-шя изменчивости влажности единичных элементов-зерновок. Ис-юльзование величин средних значений влажности зерна не позво-[яет в полной мере оценить эффективность того или иного спосо-5а или режима сушки.

Определение влажности единичных зерен осуществляли ку-юнометрическим методом на установке с автоматическим изме->ением времени титрования, разработанной в МТИППе, а также в /прощенном варианте в лабораторных условиях ОГУ.

Определение влажности средних проб зерна и единичных ¡ерновок осуществляли на специально собранной из серийно вы-тускаемых приборов установке (рис.2), состоящей из:

- системы генерации йода, включающей потенциостат 3 марей П-5827М, работающий в амперостатическом режиме и питаемый от сети переменного тока через источник 4 стабилизирован-юго напряжения С-0,75, рабочий (анод) 5 и вспомогательный катод) 6 платиновые электроды с геометрической поверхностью 1

- системы бипотенциометрической индикации конечной точки титрования (к.т.т.), состоящей из двух платиновых электродов с геометрической поверхностью 2 см2, величина тока поляри-1ации которых от сухого элемента 8 типа 165У регулируется мага-¡ином сопротивлений 9 типа МСР-63 и контролируется микроам-1ерметром 10 типаМ 198;

- системы переключения тока генерации и измерения времени ^итрования, состоящей из блока автоматического титрования 11 тша БАТ-15, осуществляющего переключение тока с эквивалента шектрохимической ячейки 12 на рабочий и вспомогательные шектроды при введении анализируемого экстракта зерна с одно-(ременным включением электронного таймера 13 и обратное пе-)еключение тока с электродов на ее эквивалент при достижении ютенциала, соответствующего к.т.т. с одновременным выключе-шем таймера. 1

|о Цо© С ° ° ° и! О О О || ®®| щ" "1©® г—1 1 ' © и г ® 1 в о о- о о о о

|: ® 9 * I ¡¡о в о о о о] О □ О О 1 о о о о »

1!И О !| О о о о о о 1 ООО о о о |

.13

000000

/14

ш

ООО

п

■220 В

I

7\

"X

13

5

ии

'6

'12

□

х-10

ОО ООО

зг

ы

I—"«в

.11

Рис.2. Схема установки для кулонометрического определения влажности зерна с автоматическим измерением времени титрования.

I-электрохимическая ячейка, 2-магнитная мешалка ММ-ЗМ, 3-потенциостат П-5827М, 4-стабилизатор С-0,75, 5-анод, 6-катод, 7-индикаторные электроды, 8- сухой элемент 165У, 9-магазин сопротивлений МСР-63,10-микроамперметр М198,

II-блок автоматического титрования БАТ-15, 12-эквивалент Э-2, 13-электронный таймер, 14-потенциометр КСП-4,

Для количественной оценки распределения влажности еди-шчных зерновок и установления степени ее близости к нормаль-юму были определены следующие параметры: асимметрия (А) и •ксцесс (Е).

По выборкам в пределах \Уср=соп81 были определены параметры распределения (А и Е), проведена сортировка и группиров-са значений влажности единичных зерновок по группам с опреде-¡ением средних значений (\Уср±0,3%) и частот их появлений внутри саждой выборки с представлением результатов в виде вариацион-шх кривых.

Сушка не только уменьшает интервал варьирования, но и 1риближает распределение влажности единичных зерновок к нормальному закону. Причем, более существенно это происходит при зекомендованном способе сушки. Об этом свидетельствует и сни-кение частот превышения единичными элементами средней влажности зерна.

В результате статистической обработки между влажностью единичных зерновок и их массой был определен достаточно высокий коэффициент корреляции (г = - 0,72), который свидетельствует об обратной их взаимосвязи. Учитывая известные закономерности между линейными размерами зерновок и их массой, был эсуществлен вариант сушки рекомендуемым способом с предварительным отбором из зерновой массы перед сушкой мелкой фракции зерна (проход сита 2,2x20 и сход сита 1,7x20) в количестве до 5%. Полученные данные свидетельствуют о наибольшей эффективности реализации процесса сушки в таком варианте: количество зерновок, превышающее среднее значение влажности, уменьшается до 44,5% , а интенсивность дыхания зерна после сушки составляет 0,04 мг СОз на 100 г с.в. за 24 ч (при традиционном способе - 0,07; рекомендуемым без отбора мелкой фракции - 0,05 мг СОг на 100 г с.в. за 24 ч).

Перед исследованием сушильного процесса по предлагаемому методу были изучены температурные режимы в шахтных зерносушилках.

Первым объектом исследований явилась экспериментальная зерносушилка, созданная на Сибайском элеваторе Башкирской АССР в'1968 году. Исследования проводились на сушке зерна пшеницы. Испытания зерносушилки проводились согласно мето-

дике, утвержденной Государственным Комитетом заготовс СССР.

Показатели качества зерна определялись в соответствии действующими стандартами.

Изучалась температура зерна и ее распределение по толщш зерновой массы по шагу коробов - от подводящего до отвод щего.

Результаты экспериментов показали, что зерно при сунн перегревается, что обусловлено высокой температурой аген' сушки, и это отрицательно сказывается на его качественных пок зателях.

Затем было произведено исследование процесса сушки предварительным нагревом зерна сухим агентом. Огранич! вающими условиями были: исключение рециркуляции зерна предварительном нагреве и повторного использования аген-сушки, отработавшего в цикле предварительного нагрева.

Предварительный нагрев зерна в нагревательной камере I температуры сушки 45°С (при исходной температуре зерна 18-^ °С, влажности 20-22%) был достигнут агентом сушки с температ рой в первой зоне 160-170 °С и во второй 210-215 °С. Измеряла^ температура агента сушки, отработавшего в камере нагрева, п ступающего в подводящие короба первой и второй зон шахт, к торая составила соответственно 120-130 °С и 160-170 °С. Прои водительность сушки повысилась на 30%, расход топлива сокр тился на 10-15%. Но количество клейковины в просушенном зер] снизилось на 4-5%.

Происходил дополнительный нагрев зерна в шахтах и е) температура к концу сушильного процесса доходила до 60-67 °С.

После многократных опытов была снижена температу] агента сушкидюступающего в камеру нагрева в первой зоне } 120-130 °С и во второй до 150-160 °С. При этих температурах зе но в камере нагрева было доведено до температуры 30-32 °С. И мерения температуры агента в подводящих коробах показали, ч-она находится в пределах: в первой зоне 100-115 °С, во второй 120-130 °С.

Прирост производительности зерносушилки составил око.! 25%, количество клейковины, в основном, снижалась в предел; допустимых норм (отдельные образцы показали снижение коли-

[ества клейковины до 3°о), удельный расход топлива сократился [О 15%.

Затем было решено увеличить время пребывания зерна в камере нагрева и соответственно снизить температуру агента на ¡ходе в камеру нагрева. Разработанный нами каскадный нагрева-ель с поперечным пронизыванием агентом сушки зернового по-ока позволил увеличить время пребывания зерна в камере нагре-1а до 15-20 секунд.

Агент сушки на входе в камеру нагрева имел температуру в юрвой зоне 130 °С. во второй 160 °С. Температура предваритель-юго нагрева зерна возросла до 47-50 °С. Прирост производительности сушилки составил, в среднем, около 25° о, а расход топ-шва снизился на 20°о. В большинстве образцов снижение коли-1ества клейковины оставалось в пределах допустимых норм, но 5ыли образцы, где снижение клейковины составляло 3 и более фоцентов.

Выравнивание температур в обеих зонах позволило снизить температуру агента сушки, поступающего в подводящий короб в сонце второй сушильной зоны (она составила 110-115 °С. при температуре агента сушки на входе в камеру нагрева в обоих воз-1уховодах 130°С), но это снизило температуру нагрева зерна до >5-37 °С.

Возникла ситуация, которую невозможно было решить при ханном способе нагрева и конструкции нагревателя, так как повышение температуры агента с целью достижения зерном пре-хельно допустимой температуры в камере нагрева приводило к неравномерному нагреву зерна в шахтах (явление, присущее эбычным шахтным зерносушилкам), снижение же температуры на зходе в камеру предварительного нагрева не обеспечивало требуемого нагрева зерна.

Разрешения возникшего противоречия можно достичь при-иенением для нагрева зерна увлажненного агента сушки при сохранении примерно первоначального теплосодержания. Насыщение влагой сопряжено с затратами тепловой энергии на ее испарение. Энергосбережения можно достичь, насыщая агент сушки влагой, содержащейся в высушиваемой зерновой массе. Предполагаюсь сообщение тепла зерновой массе производить в рециркуляции, постоянно добавляя к сырому нагретому зерну по производи-гельности зерносушилки сырое "холодное" зерно с промежуточным тепломассообменом в надшахтном бункере. Также предпола-

галось, что интенсивная диффузия влаги в нагретом зерне к п верхностным слоям его в тепломассообменнике не приведет время пребывания (2-3 с) зерновой массы в камере предварите! ного нагрева к пересушиванию оболочек зерна.

Экспериментальная зерносушилка была создана на базе V пользовавшейся ранее. Для рециркуляционного предварительно нагрева была смонтирована нория производительностью 175 т/ч

Основным показателем для выбора основных параметр сушильного процесса было решено выбрать температуру пред! рительного нагрева зерна, которая не должна быть выше 50 °С.

Определено, что при установившемся режиме процесса д предварительного нагрева зерна влажностью 21-22° о до 47-50 необходима температура агента сушки на входе в камеру пред! рительного нагрева 115-120 °С, а при влажности зерна 19% нес ходимо 105-110 °С. Визуально обнаружена водяная пленка на г верхности предварительно нагретого зерна, которая предохраня зерно от перегрева в начале зоны сушки. Температура отраб тавшего теплоносителя соответствовала температуре зерна с г стоянной разницей 1...2°С, причем зоне с самой низкой темпе]: турой зерна в шахте соответствует отработавший агент суш^ максимальной относительной влажностью и влагосодержание При высушивании зерна пшеницы ниже влажности 14,0-14,! приводит к постепенному увеличению разности температур ь грева зерна и отработавшего агента сушки.

В четвертой главе "Методика инженерного расчета зерно< шилки и оптимизация параметров агента сушки" разработа аналитическая методика оптимизации конструкции зерносуип ки, реализующей предложенный способ сушки по параметрам з фекта, приведенным во второй главе, включающий определен параметров наружного воздуха и агента сушки, расчет энергет ческих и материальных балансов сушильных, охладительной зо! камеры предварительного нагрева, а также конструктивный р; чет этих зон.

Приведен полнофакторный вычислительный эксперимент определению влияния температуры и относительной влажное окружающего воздуха на параметры процесса сушки.

В качестве критериев оптимизации выбраны: термическ КПД зерносушильной установки, удельный расход условно топлива, удельный расход зерна, расход агента сушки.

Для всех возможных сочетаний температуры и относитель-эй влажности воздуха были рассчитаны параметры сушки зерна шеницы продовольственного назначения применительно к су-[илке ДСП-32от при сжигании жидкого (дизельного) и газооб-азного топлива.

В пятой главе "Определение параметров эффекта процесса /шки при проведении производственных испытаний зерносу-1илки предлагаемой конструкции" описаны результаты эксплуа-зционных испытаний шахтной зерносушилки ДСП-32от с пред-арительным подогревом зерна, которые по предложению автора ыли проведены на Кушнаренковском хлебоприемном предприя-ии Башкирской АССР.

Схема движения зерна при сушке приведена на рис.3.

Средние значения параметров сушки в опытах приведены иже. Производительность сушилки в плановых тоннах при сушке грна пшеницы составила 38,9 т/ч. Количество агента сушки на ходе в камеру предварительного нагрева составило 70000 мэ/ч. 'емпература зерна до сушки-16,2 °С. Температура агента сушки а входе в камеру предварительного нагрева составила 138,3 °С. 'емпература агента сушки на входе в короба зоны сушки соста-ила 85,3 °С. Температура отработанного агента сушки на выходе з отводящих коробов в атмосферу была 49.6 °С. Температура ре-иркулируемого зерна составила 49,3 °С. Температура нагрева ерна на выходе из зоны сушки составила 49,6 °С. Температура ерна после сушки составила 16,0 °С. Влажность просушенного ерна была 15,0°/о. Общий съем влаги по опытам составил 11,2° о.

Содержание сырой клейковины в просушенном зерне пше-ицы незначительно уменьшилось, в среднем на 0,26° о. Группа и арактеристика качества клейковины остались прежними -1, хо-ошая. После сушки состояние зерна осталось здоровым, запах и ,вет нормальные, подгорелых зерен не обнаружено.

Температура охлажденного зерна на зерносушилке ДСП-2от с предварительным нагревом зерна превышала температуру аружного воздуха в среднем на 4,7 °С, что соответствует требо-аниям пункта 1.9 "Инструкции по сушке продовольственного, ормового зерна, маслосемян и эксплуатации зерносушилок" № -3-82.

Удельный расход топлива в расчете на плановую тонну по опытным данным находился в пределах 8,30...8,40 кг/т и составил.

пытании ДСП-32от с предварительным нагревом зерна:

1-распределительное устройство;

2-рассекатель;

3-короба камеры предварительного нагрева;

4-короба сушильных шахт;

5-выпускное устройство камеры предварительного нагрева;

6-рециркуляционная нория.

t среднем 8,33 кг/т (при температуре наружного воздуха 0,6... 13,3 °С и его относительной влажности 64...84°о).

Термический КПД зерносушилки ДСП-32от с предваритель-1ым нагревом и рециркуляцией зерна составил 87,74...88,11%, что :ущественно выше, чем у аналогов.Удельный расход электроэнер-ии на 1 плановую тонну в предлагаемой конструкции составляет ,6 кВт-ч/т и меньше, чем у серийной сушилки ДСП-32от на 1,4 :Вт-ч/т.

В шестой главе "Сравнительный анализ экономической эффективности предлагаемой конструкции зерносушилки" расчет >жидаемой экономической эффективности реконструкции вы-юлнен на базе шахтной зерносушилки ДСП-32от. В расчете не 'чтены стоимости расхода электроэнергии транспортного обору-ювания и зарплата персонала, обслуживающего это оборудована, так как эти затраты неизменны.

Расчет выполнен по условиям приема предприятием высо-;овлажного зерна (не ниже 26° о) в сложившихся к настоящему ¡ремени ценах.

По результатам проведенного экономического расчета ожи-[аемый годовой экономический эффект от внедрения зерносу-иилки предлагаемой конструкции составил 136 млн. 45 тыс. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Анализ современного состояния теории сушки зерна и си-темное представление процесса сушки показывают, что наиболее ффективно совершенствовать данный процесс на теплотехноло-ическом уровне.

2. Рассмотрение энергетических потоков, возникающих в иахтных зерносушилках, позволяет сделать заключение об эффективности использования для предварительного нагрева зерна ушильным агентом, увлажненным влагой, удаленной из высуши-¡аемого зерна.

3. Сформирован комплекс параметров эффекта, включаю-ций теплопроизводительность устройств для сгорания топлива q, 1аксимальную температуру зерна в процессе сушки Gmax, крите->ий трещинообразования в виде критерия Кирпичева Kira, терми-[еский КПД сушилки rjt. расход энергии на килограмм испарен-

ной влаги, отнесенной к единице рабочего объема зерносушилк qk.

4. Разработаны и запатентованы конструкции зерносуцп лок, реализующие способ предварительного подогрева зерна от работанным высоковлажным агентом сушки.

5. Установлено, что разброс влажности единичных зерново после сушки предложенным способом уменьшается по сравненш с традиционным, причем минимальная величина разброса влая ности достигнута после удаления мелкой фракции зерна.

6. Установлено, что температура атмосферного воздуха его относительная влажность в диапазонах, характерных для пс слеуборочного периода, оказывают существенное влияние на ш раметры агента сушки и теплотехнические показатели работ] зерносушилки.

7. Разработана методика оптимизации параметров сушило! реализующих предложенный способ сушки.

8. Установлено, что предлагаемый способ позволяет прос) шивать за один проход зерно без ограничений его первоначал! ной влажности.

9. Производственный эксперимент показал, что эффектш ность процесса сушки по всем технико-экономическим показат< лям для предлагаемого режима превосходит показатели классич« ского способа сушки зерна в шахтных зерносушилках.

10. По результатам проведенного экономического расчет срок окупаемости зерносушилок при их реконструкции для peí лизации предложенного способа составляет менее одного года.

Основные положения диссертации опубликованы в работах

1.Куватов Д.М. Предварительный нагрев зерна как спосо интенсификации процесса сушки// Тезисы докладов Российско научно-технической конференции "Совершенствование технолс гических процессов пищевой промышленности и АПК". - Opei бург:ОГУ-1996.-С. 71-72.

2. Касперович В.Л., Куватов Д.М. Снижение затрат энерги при сушке зерна// Тезисы докладов конференции "Сложнь (биотехнические) системы".- Оренбург: ОГАУ -1996. -С. 65-66.

3. Куватов Д.М., Касперович В.Л. Энергосберегающие те; нологии сушки зерна// Тезисы докладов Российской научнс технической конференции "Совершенствование технологически*

роцессов пищевой промышленности и АПК". - Оренбург: ОГУ -996. -С. 55-58.

4. Касперович В.Л., Куватов Д.М., Полищук В.Ю. Ком-лексный показатель эффективности тепловой сушки// Концепция азвития и высокие технологии производства и ремонта тран-портных средств в условиях постиндустриальной экономики: Те-исы докладов третьей международной научно-технической конвенции/ Оренбургский государственный университет. - Орен-ург: ОГУ-1997.-С. 42-43.

5. Касперович В.Л., Полищук В.Ю., Куватов Д.М. Изменчи-ость влагосодержания единичных зерновок при сушке// Мате-'Иалы научно-практической и методической конференции, по-вященный 30-летию Алматинского технологического института.

Ал маты: -1996. -С. 11.

6. Куватов Д.М., Касперович В.Л., Полищук В.Ю. Оценка ффективности тепловой сушки на основе определения изменчи-ости отдельных элементов// Концепция развития и высокие тех-юлогии производства и ремонта транспортных средств в услови-х постиндустриальной экономики: Тезисы докладов третьей !еждународной научно-технической конференции/ Оренбургский осударственный университет. - Оренбург: ОГУ - 1997. -С. 43-44.

7. Куватов Д.М. Интенсивный и экономичный способ сушки ерна. Деп. в ЦНИИТЭИ Минхлебопродукта СССР. 3.10.88, fe978-x688. Депонированные научные работы. -М.: ВИНИТИ, 989. №2, С. 150.

8. Куватов Д.М., Попов Н.Я. Повышение эффективности •аботы зерносушилок. Экспресс-информация ЦНИИТЭИ Мин-лебопродукта СССР. Серия элеваторная промышленность, ып. 13.-М.: 1988,- 154 с.

9. A.c. № 1287702. Установка для сушки зерна./ Шакиров О.М., Куватов Д.М., Юсупов Т.Я. Б.И., 1987, №4.

10. A.c. № 1483217. Способ сушки зерна и устройство для его •существления./ Куватов Д.М. Б.И., 1989, №20.

11. Патент РФ № 1287702. Установка для сушки зер-ia./Шакиров Ю.М., Куватов Д.М., Юсупов Т.Я. Б.И.,1995, №31.