автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка конвейерной СВЧ-установки для сушки семян подсолнечника с обоснованием ее параметров и режимов работы

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА КОНВЕЙЕРНОЙ СВЧ-УСТАНОВКИ ДЛЯ СУШКИ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА С ОБОСНОВАНИЕМ ЕЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

15 КЮЛ 2015

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2015

005570610

005570610

Работа выполнена на кафедре теоретической и прикладной механики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Масалимов Ильгам Хамбалович

Официальные оппоненты: Чумаков Владимир Геннадьевич, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой тракторов и сельскохозяйственных машин ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т.С. Мальцева»

Павлушин Андрей Александрович, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина», доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и энергетика»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная

агроинженерная академия»

Защита состоится «25» сентября 2015 г. в 10 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета ДМ 220.003.04 при ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ, ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина», ФГБОУ ВПО Казанский ГАУ, по адресу: 420011, г. Казань, ул. Р. Гареева, 62, ауд. 213, Институт механизации и технического сервиса (ИМ и ТС)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ и на сайте http://www.bsau.ru/science/dissertation_council/d4/

Автореферат разослан « / » 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н, профессор

Мударисов Салават Гумерович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В сельском хозяйстве применяются разнообразные сушильные установки. Конструкция установки должна обеспечивать равномерный нагрев и сушку продукта при обеспечении контроля его температуры и влажности.

Проведенный анализ существующих способов, технологий сушки и конструкций для сушки зерна показывает, что данные способы и конструкции имеют ряд недостатков (повышенные затраты на процесс тепловой обработки, высокая металлоемкость, неравномерный нагрев зернового слоя, низкий КПД).

Кроме того, описанные установки для сушки рассчитаны на большую пропускную способность. В условиях небольших крестьянско-фермерских хозяйств сушка малых объемов зерна на таких установках затратна. В России условия таковы, что 50-80 процентов убираемого зерна нужно подвергать сушке. При использовании такого оборудования приходится несколько раз пропускать зерновой материал через установку, что приводит к необоснованным энергозатратам.

Основываясь на это, создание малогабаритной сушильной техники, адаптированной к условиям российского сельхозпроизводителя, является актуальной задачей.

Решением данной задачи является разработка малогабаритных установок, в основу которых заложен принцип сверхвысокочастотного (СВЧ) нагрева, как наиболее безопасный и экологичный способ.

Степень разработанности темы. Анализ существующих теоретических исследований, связанных с изучением особенностей сверхвысокочастотного нагрева и применения его в сельскохозяйственном производстве показал, что они отработаны не окончательно. Вследствие этого, разработка математических моделей процесса сушки семян электромагнитным излучением СВЧ-диапазона и теоретическое обоснование конструктивных параметров разрабатываемых установок, является актуальной задачей.

Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГБОУ ВПО «Башкирский ГАУ» на 2010-2015 гг. «Разработка энергосберегающих, экологически безопасных технологий и технических средств для сушки и сортировки сельскохозяйственных культур» (регистрационный номер 01.201.060414)

Цель исследований. Повышение эффективности сушки семян подсолнечника путем обоснования режимов работы конвейерной СВЧ-установки.

Объект исследований. Технологический процесс сушки семян подсолнечника в конвейерной СВЧ-установке.

Предмет исследований. Технологические параметры процесса СВЧ-обработки семян и конструктивно-режимные параметры установки.

Научная новизна. Разработана математическая модель процесса СВЧ-сушки семян подсолнечника, численная реализация которой позволяет установить рациональный режим сушки с минимальными энергозатратами.

Выявлено влияние основных режимных параметров - мощности СВЧ-излучения, начальной влажности, температуры нагрева семян и времени прохода в зоне СВЧ-нагрева, на кинетику сушки семян подсолнечника.

Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на полезную модель №№ 105726,139803.

Теоретическая и практическая значимость работы. По результатам исследования была разработана конструкция конвейерной СВЧ-установки для сушки подсолнечника. Разработана методика определения рациональных режимов сушки семян подсолнечника для семенных и для технических целей. Применение разработанной установки для сушки семян подсолнечника позволяет получать на выходе продукт с требуемым стандартами качеством и конечной влажностью 7...9 %. Суммарные удельные энергозатраты на испарение влаги из семян при использовании разработанной установки в сравнении с существующими аналогами снижаются в 1,6...1,7 раза.

Использование разработанной установки позволяет получить экономический эффект на 1 тонну высушенных семян в размере 387,15 рубля по сравнению с серийно выпускаемой сушилкой С3-0,3.

Методология и методы исследований. В теоретических исследованиях применены основы тепломассопереноса и теории сушки капиллярно-пористых тел, а также использованы положения и методы классической механики и математики. Экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях проводили на специально изготовленном оборудовании и разработанными частными методиками, а также с использованием теории планирования многофакгорного эксперимента. Полученные данные обрабатывали методами математической статистики с использованием пакетов прикладных программ «Sta-tistica 10.0», «Statu», «Flowvision», «Mathcad 15», и «Microsoft Office Excel 2010».

Публикации. По результатам работы над диссертацией опубликовано 14 печатных работ, в том числе 2 патента на полезную модель и 2 научные статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ. Общий объем опубликованных работ составляет 2,1 п.л., из них автору принадлежит 1 п.л.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков и 11 таблиц. Список литературы включает 125 наименований, в том числе 13 — на иностранных языках.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений и результатов работы обеспечена использованием для анализа экспериментальных данных стандартных пакетов прикладных программ и подтверждена совпадением расчетных и экспериментальных данных.

Основные научные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных международных конференциях: «Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции», (МГУ им. Н.П. Огарева, 2013г.), Всероссийский конкурс на лучшую научную работу для студентов, аспирантов и молодых ученых МСХ РФ (Саратовский ГАУ, 2013г.), «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронежский ГАУ им. императора Петра I, 2013г.), на Всероссийской международной научно-практической конференции в рамках XXIV международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2014» (Башкирский ГАУ, 2014г.).

Результаты работы демонстрировались и были отмечены на выставках и форумах: на XIII Российской агропромышленной выставке «ЗОЛОТАЯ ОСЕНЬ» г.

Москва, 2011г. (золотая медаль), XXIII Международная специализированная выставка «Агрокомплекс-2013», г. Уфа (золотая медаль, диплом I степени).

Разработанная СВЧ-установка конвейерного типа прошла производственные испытания и была внедрена в производство в ООО Агрофирма «Иртюбяк» Кугарчинского района Республики Башкортостан, где она применялась для сушки семян подсолнечника.

Вклад автора в проведенные исследования. Уточнена классификация существующих технологий и средств механизации сушки семян сельскохозяйственных культур, выполнено теоретическое исследование процесса сушки семян подсолнечника электромагнитным излучением СВЧ-диапазона и произведена ее численная реализация, разработана экспериментальная сушильная СВЧ-установка и выполнено теоретическое обоснование ее конструктивных параметров, проведены исследования установки в лабораторных и производственных условиях.

Положения, выносимые на защиту:

- математическое обоснование процесса сушки семян подсолнечника электромагнитным излучением СВЧ-диапазона;

- конструктивное обоснование СВЧ-сушильной установки;

- экспериментальная оценка рациональных режимов сушки и их влияния на показатели качества семян подсолнечника.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность выбранной темы исследований, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» выполнен обзор существующих конструкций для сушки зерна и выявлено несовершенство применяемого оборудования для сушки семян подсолнечника. На основе проведенного анализа литературных источников было определено, что проблема совершенствования технологий и средств механизации остается первостепенной задачей, вследствие этого необходимо дальнейшее изучение процесса сушки зерна, направленное на уменьшение энергозатрат и получение высококачественного готового продукта.

Основные теоретические и экспериментальные исследования, связанные с изучением особенностей высокочастотного и сверхвысокочастотного нагрева были проведены В. Я. Адаменко, JÏ. Я. Ауэрманом, Б.И. Белицким, А. Н. Выше-лесским, Э. И. Гуйго, А. С. Гинзбургом, И. И. Девяткиным, И.А. Роговым, A.B. Лыковым, Н.В. Книппером, В. В. Красниковым, П. Д. Лебедевым, Ю. В. Лейби-ным, Ж. Леконтом, И.В. Лериным, Г.В. Лысовым C.B. Некрутманом, Г.А. Максимовым, А. Ф. Малютиным, А.И. Педенко, A.A. Фогелем. Позднее эти работы были продолжены и углублены Д.А. Будниковым, Д.А. Казарцевым, Е.А. Четвериковым. Большой вклад в теорию сушки внесли такие ученые, как A.A. Пав-лушин и В.Г. Чумаков. Исходя из основных положениий теории тепломассопе-реноса было определено, что для повышения эффективности сушки семян подсолнечника требуется интенсифицировать внутренний и внешний влагоперенос. Преимущественным способом интенсификации внешнего переноса влаги при сушке семян подсолнечника является организация отлежки после СВЧ-нагрева.

С учетом этого необходимо решить следующие задачи исследований:

- разработать экспериментальную конвейерную СВЧ-установку для сушки семян подсолнечника и выполнить теоретическое обоснование ее конструктивных параметров;

- разработать математическую модель процесса сушки семян подсолнечника электромагнитным излучением СВЧ-диапазона и произвести ее численную реализацию;

- провести исследования процесса сушки семян подсолнечника электромагнитным излучением СВЧ-диапазона в лабораторных условиях, определить рациональные параметры и режимы работы установки;

- проверить разработанную установку в производственных условиях, выполнить оценку экономической эффективности на выбранных режимах.

Во второй главе «Теоретическое обоснование конструкции и режимов работы СВЧ-установки для сушки семян подсолнечника» представлена конструкция конвейерной установки для сушки семян подсолнечника электромагнитным излучением СВЧ-диапазона (рисунок 1). А

1 - бункер; 2 - дозирующее устройство; 3 - датчик температуры; 4 — датчик влажности; 5 - зона СВЧ - нагрева; 6 - зона отлежки; 7 - зона охлаждения; 8 -воздухоотводящий канал; 9 - устройство выравнивания высоты материала; 10 — вентилятор; 11 - волновая ловушка; 12,13 — поглощающая нагрузка; 14 - выгрузной канал; 15 - ведущий барабан; 16 - мотор-редуктор; 17 - сетка; 18 - напорный вентилятор; 19 - воздуховод; 20 - конфузор; 21 - блок управления; 22 -ведомый барабан; 23 - устройство регулировки натяжения сетки конвейера; 24 -рама; 25 — корпус; 26 - диффузор; 27 - направляющая

Рисунок 1 - Схема многофункциональной СВЧ-установки для сушки и микроволновой обработки сыпучих материалов (патент № 139803)

Установка работает следующим образом. После загрузки материала в бункер 1 СВЧ-установки установленные датчики 3 и 4 определяют температуру и влажность материала, которые передаются на дисплей блока управления. Полученная информация обрабатывается оператором, который включает необходимый режим работы установки. После включения установки, материал попадает на конвейер и с заданными слоем и скоростью перемещается внутри рабочих камер. В первой камере материал перемещается через зоны СВЧ-нагрева 5, от-

лежки 6 и охлаждения 7. Затем, материал проходит следующие рабочие камеры и через выгрузной канал высыпается в нужную тару или машину.

На основе принятой технологической схемы обоснованы конструктивно-режимные параметры установки. Определены геометрические параметры камер СВЧ-нагрева, отлежки и охлаждения. На основании диапазона частоты вращения приводного барабана п = 0,1...0,7 мин"1 определена производительность установки 2 = 50...350 кг/ч.

Для исследования влияния режима сушки на всхожесть семян была поставлена серия экспериментов (рисунок 2). Статистическая обработка данных позволила получить следующее уравнение регрессии:

V = 96,227 + 0,0221 • 1ПР - 0,00014625 ■ 1ПР Р+0,000004455/'2, (1)

где V - всхожесть семян, %; /ПР - время нагрева семян за один проход, с; Р -мощность СВЧ-излучения, Вт.

Здесь и далее значимость коэффициентов регрессии определялась по критерию Стьюдента, а адекватность математической модели - по критерию Фишера на уровне значимости 0,05.

Ограничивая всхожесть семян на уровне 95% (на 1% ниже максимальной) получаем связь

¡КР (Р) = 'от = (1,227 Ю,00000445 5/^)/(0,00014625 Я-0,0221), (2) которая представлена графически на рисунке 3.

Р, Вт

1пр,С 200 400 600 800

V, %

30 96 96 96 96

45 96 96 95 95

60 96 94 94 81

120 95 91 53 40

180 95 84 52 25

240 95 60 49 7

300 94 49 47 0

0,4 0,6 Р,кВт Рисунок 2 - Режимы сушки Рисунок 3 - Зависимость критического

значения продолжительности прохода //тр от мощности Р

Отсюда следует, что с увеличением мощности Р необходимо уменьшать критическое время нагрева /яр, чтобы не терять качество прорастания. На основании полученных данных (кг (0,2) = 3 мин, 1кр (0,4) ~ 0,85 мин, (0,6) = 0,72 мин, 1кр (0,8) = 0,7 мин. Данная зависимость будет использована в дальнейшем при решении задачи выбора оптимальных значений параметров Р и 1Пр-

Для выбора оптимальных параметров Р и ¡пр, была разработана математическая модель динамики сушки семян. Обозначим через I общее время нагрева данной партии семян в процессе многократного прохода через сушильную установку (без учета отлежки и продувки). Через IV(I) обозначим соответствующее значение влажности в процентах. Математическая модель динамики изменения влажности представляется в виде дифференциального уравнения

dW

— = W'= f( P,tnp,W),

(4)

с начальным условием

Щ'о) = *Г0 ,

где /(р,1ПР ,1Г) = а1+а21ПР+а,Р + а^ + а5 Р1пр + абтпр + а, Р№.

Можно получить аналитическое решение задачи Коши (3), (4) при известных а, (;'= 1...7) как функции параметров Р и ¡пр. Введем обозначения

Ь = а,+а2<пр+агР + а5Р1пр ; И = а, +а^пр + й7/>. (5)

Тогда уравнение (4) примет вид:

+ . (6)

Разделив переменные и проинтегрировав обе части, получаем:

3 '

1

An\b+hW\ = t + C . Постоянную С находим из начального условия:

(7)

(8)

тогда

In

b + hW„

b + hW

= t-t„

Откуда получаем явное решение задачи (3), (4):

w {b + hW^e-^ -Ь

(9) (10)

(П)

Неизвестные параметры а, (/ = 1,...,7) и соответственно buh модели определяются на основе экспериментальных данных.

w,%

30 25 20

1

Р=600 Вт

0 5 иин

О 10 20 30 40 Г,мин

-теоретическая кривая

-о- экспериментальные данные Рисунок 4 - Сравнение динамики изменения теоретических и экспериментальных значений влажности

Выражение (11) использовалось для нахождения оптимальных значений параметров Р и /ПР. В качестве критерия оптимизации были приняты эксплуатационные затраты Г(Р,1ПР). В функцию Р(Р,1ПР) включены два слагаемых. Пер-

вое соответствует затратам, связанным с нагревом семян, их вентилированием и работой транспортеров. Сумма мощностей вентилятора и транспортеров постоянна и обозначается Р0. Мощность СВЧ-нагрева Р является одним из управляющих параметров. Если через С1 обозначить стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, то

Р,(Р.(пр) = Сг(Ро + Р)-'к, (12)

где - общее время нагрева для достижения требуемой конечной влажности \Ук, которое в соответствии с равенством (10) определяется как

1,

tt = —In к h

b + hJV0

(13)

ъ+ишк

где параметры Ь и Л вычисляются по формуле (5).

Второе слагаемое Р2 (р, ¡ПР ) включает в себя затраты на обслуживание установки в течение часа (заработная и арендная плата и др.). Если через С2 обозначить стоимость 1 часа таких затрат, то

^{Р,1ПР)=С2-1к. (14)

В итоге получаем целевую функцию

F{P,tnF)=[C,{P + P0)+C2\~ln

h

b + hW0

b + hWk

(15)

выражающую сумму всех затрат для доведения семян до конечного значения влажности Wk = W(tk).

Для определения минимальных затрат на сушку требуется подобрать такие значения управляющих параметров Р и inr, при которых функция F(P,tnp)принимает наименьшее значение. Параметры Р и (ПР, должны удовлетворять ограничениям:

Р^<Р<Рг, ti<tne<t2, tnp<tKP (16)

Значения Р^,Рг, //, h - являются соответственно наименьшим и наибольшим возможным значениями параметров Р и tnP, а функция t№ (Р) определяется равенством (2).

Задача минимизации функции F(P,tnP) при наличии ограничений (16) решалась средствами пакета «Excel», которые показали, что наименьших затрат потребует режим сушки с мощностью нагрева Р = 800 Вт и продолжительностью каждого прохода tnP = 0,7 мин.

Рассмотрим движение зерновки в конвейерной СВЧ-установке. В первой и второй зоне оно определяется как прямолинейное равномерное, в третьей зерновой слой находится в псевдоожиженном состоянии. Расчет сводится к определению скорости псевдоожижения vno■

Максимальное значение критерия Рейнольдса, при достижении которого начинается псевдоожижение, определяется по уравнению:

Re„0 =Аг /(1400 + 5,22ТЛг) (17)

где Аг - критерий Архимеда.

Ar = g-dl,- {рс -)!{у2т1д -ртзЛ), (18)

где g - ускорение свободного падения, м/с2; с1экя - эквивалентный диаметр семени, м; р„тЛ - плотность воздуха, кг/м3; рс - плотность семени, кг/м3; Утзд - кинематическая вязкость воздуха, м2/с.

Для семян подсолнечника с эквивалентным диаметром с1экв = 0,0034 м критерий Архимеда Аг = 48704.

1 - напорный вентилятор; 2 - криволинейный профиль воздуховода; 3 - сопловая коробка; 4 - сетка конвейера; 5 - сопла; / - зона СВЧ-нагрева, II - зона отлежки, III - зона охлаждения

Рисунок 4 - Схема сушильной установки непрерывного действия

Тогда, определив ЛеЛо по уравнению (20), находим скорость начала псевдоожижения слоя

"по=Кепо Мс '¿Рс, (19)

где цс - динамическая вязкость воздуха, (Н- с/м2 )• 10"5, для Яе/да = 11,94 значение скорости начала псевдоожижения и по =5,3 м/с.

С целью установления скорости воздушного потока на выходе из сопел был проведен расчет в программном комплексе «Р1ошу]5ЮП».

а) 1 - напорный вентилятор; 2 - конфузор; 3 - сопловая коробка; 4 — криволинейный профиль; б) картина распределения векторов скоростей в разработанной системе; Рисунок 5 - Схема системы распределения воздушного потока

В ходе проведенных расчетов были подобраны обороты напорного вентилятора и обоснованы геометрические параметры сопел, обеспечивающие ско-

рость воздушного потока на выходе из сетки равной 5,4 м/с, что удовлетворяет условию получения псевдоожиженного слоя.

В третьей главе «Методика проведения экспериментальных исследований» описаны приемы и методы экспериментальных исследований. Приведены технические характеристики контрольно-измерительных приборов и оборудования, методики определения влияния основных параметров на кинетику и динамику нагрева семян, методики определения физиологического, биохимического состояния и качественныхпоказателей семян после СВЧ-сушки, а также определения удельных затрат при СВЧ-сушке.

Для проведения экспериментальных исследований была разработана лабораторная установка (рисунок 6).

1 — персональный компьютер для обработки данных; 2 - контрольно-измерительная аппаратура; 3 - загрузочный бункер; 4 - блок управления; 5 -измеритель уровня электромагнитного фона; 6 — вытяжная вентиляция; 7 - корпус установки; 8 - мотор-редуктор; 9 - выгрузное устройство; 10 - высушенный материал; 11 - напорные вентиляторы; 12 - исходный материал;

Рисунок 6 - Лабораторная установка для СВЧ-обработки сыпучих материалов

В ходе проведенных исследований применялись одно- и многофакторные методики с использованием пакетов прикладных программ «Excel», «Statu», «Mathcad 15», «Flowvision» и «Statistica 10.0»

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты обработки экспериментальных исследований и обоснования основных режимных параметров.

По графику, представленному на рисунке 7 можно определить, что при сушке на одинаковых режимах при высокой начальной влажности (W = 29,5%) ее снижение очень резкое и превышает максимальный влагосъем, в отличии от двух других графиков с начальной влажностью 25,9 и 18%. На основании этого определен , что для семян с высокой начальной влажностью необходима сушка в мягких режимах, если они предназначаются для семенного материала.

Приведенный на рисунке 8 график показывает, что температура нагрева является одним из важных факторов, оказывающих существенное влияние на процесс сушки. Высокие температуры позволяют значительно интенсифициро-

вать процесс сушки, но в то же время неблагоприятно влияют на посевные и технологические качества семян. В связи с этим для семян, в зависимости от их предназначения, необходимо подбирать соответствующие режимы.

Г, с 30

24 18 12

1 1 У„=25,9%

1 - -

;

\\

\ N

\ \ -« К

>1 Ч

28 24 20 16 12

1 1 « 40°С— = 50°С

т

\

\\ \

V

1

О 8,8 17,6 1,*10с

Рисунок 7 - Кривые сушки семян подсолнечника при различной начальной влажности (/>= 800 Вт, Т- 50°С)

0 8,8 17,6 1*10-с Рисунок 8 - Кривые сушки семян подсолнечника с различной температурой нагрева (Р - 800 Вт, = 29,5%) График, приведенный на рисунке 9, представляет собой описание изменения температуры и влажности при прохождении семян подсолнечника в рабочих зонах установки. При прохождении семян в зоне / СВЧ-нагрева (рисунок 10) происходит значительное повышение температуры. Далее, при прохождении зоны отлежки II, температура повышается не так интенсивно - на 1...1,5°С. Объяснением этому является выравнивание температуры по объему зернового слоя. Кроме того, в данной зоне не происходит снижения влажности из-за интенсивного выделения влаги в межзерновое пространство. В зоне III происходит резкое снижение температуры и влажности за счет продувки семян в псевдоожиженном слое.

т,-с Ц?,% ; 60

Т/С.

О 3,7 7,4 11.1 14,8 18,5 1,*10'с

Рисунок 9 - Изменение влажности по времени

г,»10 с

Рисунок 10 - Зоны сушки: 1 - нагрев семян; II - отлежка; III - обдув.

Анализ данных графиков подтверждает предположение о том, что применение зоны отлежки позволяет существенно интенсифицировать процесс сушки

семян подсолнечника, так как после каждого цикла сушки происходит существенное понижение влажности семян.

Были проведены исследования по влиянию СВЧ-излучения на белковую активность в семенах подсолнечника. Сущность заключается в том, что при воздействии на ферменты предельно допустимой мощности СВЧ или температуры, происходит денатурация белка и образец теряет свою активность. Выявлено, что предельно допустимой температурой нагрева семян для семенных целей является температура в 58...60°С, что подтверждается низкой активностью ферментов в образцах на электрофореграммах изоферментов. Также существенное влияние на всхожесть семян оказывает время воздействия СВЧ-излучения. Высушенные семена подсолнечника были проверены в лабораторных условиях на всхожесть и энергию прорастания.

Определение масличности после СВЧ-сушки показало, что при данном способе сушки масличность семян подсолнечника повышается на 12-13%.

Для определения степени воздействия на эффективность сушки таких параметров, как мощность СВЧ-излучения и темперазура нагрева, были определены удельные затраты теплоты на испарение 1 кг влаги из семян подсолнечника.

Определены уравнения регрессии, характеризующие совместное влияние подводимой мощности СВЧ и начальной влажности семян

О^ = 5376,01 + 30,56 •/„„ +1,38- Р - 240,48 ■ -

(2°)

-0,07 1ПРР-0,04^Пр +5,41-^

Взаимодействие начальной влажности семян и мощности СВЧ и их совместное влияние представлено в виде графического отображения поверхности отклика на рисунке 11 а.

4500 4500 4100 3700 3300 2900 2500

■ > 5000 И <5000 И <4500 ЕЯ < 4000 □ <3500

ШШ < зооо

■ < 2500

Рисунок 11 - Поверхность отклика от совместного влияния температуры нагрева и начальной влажности (а), от совместного влияния мощности СВЧ-излучения и

начальной влажности (б) Определены уравнения регрессии от совместного влияния температуры нагрева и начальной влажности семян подсолнечника.

О. д = 12696,73 - 592,65 ■ Т - 6,24 • УУНТ + 3,52 • ^ +11,63 ■ Г2 (21)

На рисунке 12 представлено двумерное сечение поверхности отклика, которое характеризует удельные затраты теплоты от совместного влияния температуры нагрева и мощности СВЧ-излучения.

По данному рисунку можно определить граничные значения параметров для использования семян для семенных и технических целей. Значения параметров для семян, предназначенных на технические цели следующие: мощность электромагнитного излучения Р = 800 Вт, температура нагрева семян Т= 56...59°С, время СВЧ-нагрева / = 21... 22 мин. Для семян, предназначенных для посева, данные значения таковы: мощность электромагнитного излучения Р = 800 Вт, температура нагрева семян 7=38.. Л()°С, время СВЧ-нагрева ¡ = 26...27 мин.

На основании полученных результатов определено, что оптимальным режимом сушки семян подсолнечника является сушка при мощности СВЧ-излучения Р = 800 Вт при температуре нагрева Т = 40°С, время СВЧ-нагрева I = 26 мин. При этих параметрах сохраняется высокое качество обработанных семян и также минимальны затраты на сушку ((¿у> = 2,61

МДж/кгвлаги).

- для семенного материала;

Рисунок 12- Двумерное сечение поверхности отклика влияния Т и Р на (Зуа

В пятой главе «Экономическая эффективность СВЧ-обработки семян подсолнечника» приведены результаты производственных испытаний установки, проведенные в ООО Агрофирма «Иртюбяк» Кугарчинского района Республики Башкортостан.

Рисунок 13 - Технологическая линия подработки семян подсолнечника

Проведенные испытания показали высокую эффективность и эксплуатационную надежность сушильной установки. Также было отмечено, что имеется ряд преимуществ перед другими методами сушки: возможность круглогодичной эксплуатации, малые габариты, низкие удельные затраты на процесс сушки.

Приведено сравнение технико-экономических показателей эффективности сушки семян подсолнечника в разработанной установке с серийно выпускаемой зерносушилкой С3-0,3. На 1 тонну высушенных семян подсолнечника при использовании разработанной СВЧ-установки экономический эффект составил 387,15 руб., годовой экономический эффект 154879,8 руб. Окупаемость конвейерной СВЧ-установки не превышает 1 год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана конструкция сверхвысокочастотной сушильной установки, которая включает в себя несущую раму, конвейер, зоны СВЧ-нагрева, отлежки и охлаждения, а также системы контроля параметров сушки.

2. Разработана математическая модель, в основе которой лежит исследование влияния мощности Р и времени прохода Iпр на всхожесть семян подсолнечника. В результате решения оптимизационной задачи определены параметры, при которых достигается наибольшая всхожесть семян при минимальных затратах - мощность 800 Вт и время прохода в камере СВЧ-нагрева - 0,7 мин.

Определены геометрические параметры камер СВЧ-нагрева, отлежки и охлаждения. Производительность установки () = 50...350 кг/ч при частоте вращения приводного барабана и = 0,1...0,7 мин"1.

3. Установлено, что для сушки семян, предназначенных на технические цели, мощность электромагнитного излучения должна составлять 800 Вт, температура нагрева-56...59°С, время СВЧ-нагрева-21...22 мин, для семян, предназначенных для посева, мощность электромагнитного излучения - 800 Вт, температура нагрева - 38...40°С, время СВЧ-нагрева - 26...27 мин. Оптимальным режимом работы установки является сушка при мощности СВЧ-излучения 800 Вт, температуре нагрева - 40°С, времени СВЧ-нагрева - 26 мин. При этих параметрах сохраняется качество обработанных семян, а затраты на сушку минимальны

Шуд = 2,61 МДж/кгатаги).

4. Разработанная установка прошла производственные испытания и внедрена в производство в ООО Агрофирма «Иртюбяк» Кугарчинского района Республики Башкортостан.

При использовании разработанной СВЧ-установки на 1 тонну высушенных семян подсолнечника, экономический эффект составил 387,15 руб., годовой экономический эффект — 154879,8 руб.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Файзрахманов, Ш.Ф. Обоснование скорости воздушного потока в сушильной установке непрерывного действия / Масалимов И.Х., Пермяков В.Н., Файзрахманов Ш.Ф. // Вестник Башкирского государственного аграрного университета - 2013. - № 2(26). - С. 98-101.

2. Файзрахманов, Ш.Ф. Физиологическое и биохимическое состояние семян рапса после сушки с применением электромагнитного излучения / Танеев И.Р., Масалимов И.Х., Янбаев Ю.А., Файзрахманов Ш.Ф. // Вестник российской академии сельскохозяйственных наук. - 2013. - №2. - С. 86-87.

16

Патенты

3. Пат. № 105726 Российская Федерация, МПК F26B 17/12 Шахтная сушильная установка сыпучих материалов / Танеев И.Р., Масалимов И.Х., Файз-рахманов Ш.Ф., Сайтов Б.Н., Магазов P.A., Пермяков В.Н.; заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ - 2011105204/06; заявл. 11.02.2011; опубл.

20.06.2011, Бюл. №7 -2 с.

4. Пат. № 139803 Российская Федерация, МПК F26B 17/04 Многофункциональная конвейерная СВЧ-установка для сушки и микроволновой обработки сыпучих материалов / Файзрахманов Ш.Ф., Танеев И.Р., Масалимов И.Х.; заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ - 2013112040/06; заявл. 18.03.2013; опубл. 20.04.2014, Бюл. №11 - 3 с.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференции Опубликовано 10 статей, важнейшими из которых являются:

5. Файзрахманов, Ш.Ф. Выбор конструкции конвейерной сушильной установки / Ш.Ф. Файзрахманов, И.Н. Сайтов // Мат. IV Всеросс. научн.-практ. конф. молодых ученых - Уфа, Башкирский ГАУ, 2011. - С. 141-142.

6. Файзрахманов, Ш.Ф. Разработка многофункциональной установки для микроволновой обработки и сушки сыпучих материалов / Ш.Ф. Файзрахманов, И.Н. Сайтов // Маг. V Всеросс. научн.-практ. конф. молодых ученых «Молодежная наука в АПК: проблемы и перспективы» - Уфа: Башкирский ГАУ, 2012. -С. 101-103.

7. Файзрахманов, Ш.Ф. Расчет и выбор транспортера конвейерной сушильной установки / Ш.Ф. Файзрахманов, И.Р. Танеев // Мат. научн.-практ. конф. в рамках XXIII Международной специализированной выставки «Агро-комплекс-2013». - Уфа, Башкирский ГАУ, 2013. - С. 386-387

8. Файзрахманов, Ш.Ф. Применение СВЧ для сушки сельскохозяйственной продукции / Ш.Ф. Файзрахманов // Мат. IX Международной научн.-практ. конф., поев. 85-летию со дня рожд. С.А. Лапшина - Саранск, МГУ им. Н.П. Огарева, 2013.-С. 369-371.

9. Файзрахманов, Ш.Ф. Определение выходных параметров СВЧ-установки непрерывного действия / Ш.Ф. Файзрахманов, И.Р. Танеев // Мат. II Международной научн.-практ. конф., поев. 100-летию ВГАУ - Воронеж, Воронежский ГАУ, 2013.-С. 173-175.

10. Файзрахманов, Ш.Ф. Исследование изменения температуры семян подсолнечника в рабочих зонах СВЧ-сушильной установки непрерывного действия / Ш.Ф. Файзрахманов, P.C. Глимшин // Мат. Межд. научн.-практ. конф. «Совершенствование конструкции, эксплуатации и технического сервиса автотракторной и сельскохозяйственной техники» - Уфа, Башкирский ГАУ, 2013. - С. 355-358.

11. Файзрахманов, Ш.Ф. Определение режимов сушки семян подсолнечника в СВЧ-установке непрерывного действия / Ш.Ф. Файзрахманов, И.Р. Танеев // Маг. научн.-практ. конф. в рамках XXIV Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2014». - Уфа, Башкирский ГАУ, 2014. - С. 131-134.

Подписано в печать 30.06.2015. Формат бумаги 60*84'/16. Усл. печ. л. 1,0. Бумага офсетная Печать трафаретная. Гарнитура «Тайме». Заказ 363. Тираж 100 экз.

Типография ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» 450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34.