автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Развитие научных основ энергосбережения в процессах сушки пищевого растительного сырья

РГБ ОД

3 - Дсп 1323

На правах рукописи

ШЕВЦОВ Александр Анатольевич

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ СУШКИ ПИЩЕВОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

(теория, техника, способы производства и управления)

Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты

пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

ВОРОНЕЖ -1999

Работа выполнена в Воронежской государственной технологической академии (ВГТА).

Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники

Российской Федерации, доктор технических наук, профессор И.Т. Кретов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Е!П. Кошевой;

доктор технических наук, профессор Ю.В. Красовицкий; доктор технических наук, профессор В.М. Попов

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский

институт пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии (ВНИИТ1П и СПТ, г. Москва)

Защита диссертации состоится «<?/ » октября 1999 г. в ч. на заседании диссертационного совета Д 063.90.01 при Воронежской государственной технологической академии по адресу: 394017, Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные печатью учреждения, просим направлять в адрес Ученого совета академии. . С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан " /в " С6У/ тЯЗрЯ 1999 г.

Ученый секретарь гач-ергзднопншо совеш .-^р^у _

•.ччмоо земшческих наук. профессорЯТ/Ц'^г'^-ф/Ч? В.С. Григорон

ЛОЛ// I. ■-> /. ^л -и

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное состояние пищевой промышленности характеризуется значительным сокращением объемов производства, недостаточным материально-техническим обеспечением пищевых предприятий, разрывом связей в сферах заготовок и поставок. В условиях возрастающего потребления энергии, с одной стороны, и дефицита энергетических ресурсов, с другой, все более остро ставятся вопросы рационального использования энергии, утилизации и рекуперации тепла во всех процессах пищевой технологии, включая сушку.

Для ускорения темпов развития перерабатывающей промышленности необходима разработка новых и совершенствование существующих технологий и оборудования и их реализация в кратчайшие сроки. Несовершенство сушильной техники отражается на качестве выпускаемой продукции, создаст дополнительные технологические затруднения при соблюдении режимов сушки и приводит к увеличению себестоимости продукта.

Решение ключевых вопросов вывода экономики из кризиса неразрывно связано с созданием энерго - и ресурсосберегающих технологий и оборудования, характеризующихся значительной энергоемкостью и длительностью. В большинстве случаев их нельзя признать оптимальными с энергетической точки зрения, достаточно научно обоснованными и максимально соответствующими кинетическим, гидродинамическим и термодинамическим закономерностям процессов.

Цель работы; разработка энергосберегающих технологий и оборудования для сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья при различных методах энергоподвода на основе новых теоретических и экспериментальных данных о кинетике, тепломассообмене, гидродинамике, моделировании с использованием принципов энергосбережения по утилизации и рекуперации вторичных ресурсов.

Задачи исследования: 1, Разработать концепцию моделирования максимально прибыльных технологий сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья, обеспечивающих экономию материальных и энергетических ресурсов. В соответствии с

принципами системного анализа провести декомпозицию целей многофункционального процесса сушки с построением ^дерева цело!!»), определить состав аргументов целевой функции и конкретизировать возможные ее модификации при оптимизации.

2. Разработать научно-теоретические положения о развитии принципов энергосбережения I! на единой методологической основе предложить стратегию многоканального управления процессами сушки и тепловой обработки пищевого сырья, составить программно-логические алгоритмы функционирования систем управления с учетом ограничений по управляемым переменным, обусловленных получением высушенного продукта высокого качества.

3. Используя экспериментально - статистические и аналитические методы исследования конвективной сушки пищевого сырья в неподвижном и подвижном перемешиваемом слое, сушки в кипя-шем слое в срс,<е перегретого пара, методом сброса давления и сублимацией: создать информационное обеспечение для реализации новых способов управления с наименьшими потерями тепла и электроэнергии как в установившихся режимах работы сушилок, так и в условиях случайных возмущений.

4. Разработать принципиально новое сушильное оборудование, способное адаптироваться к оптимальным режимам сушки при значительных колебаниях возмущающих фактороз.

5. Провести производственную апробацию созданных сушильных установок, способов производства и управления, показать их оптимизационные возможности для рационального использования топливно-энергетических ресурсов.

Научная новизна. На основе феноменологического подхода к физическим явлениям разработана концепция моделирования максимально прибыльных технологий сушки и тепловой обработки пищевого сырья. Она представлена совокупностью функции цели (критерия оптимальности), математического описания и системой ограничений, комплексно учитывает компромисс между достижением разных подцелей многофункционального процесса с учетом полезности взаимного соизмерения конечных результатов и их сопоставления с затратами ресурсов всех видов.

Получены и обобщены новые теоретические и экспериментальные данные о гидродинамике, тепломассообмене, кинетике, мо-

делировании процессов сушки и тепловой обработки при различных методах энергоподвода.

Разработаны научно-теоретические основы развития принципов энергосбережения по утилизации и рекуперации вторичных ресурсов при конвективной сушке пищевого сырья в неподвижном и подвижном перемешиваемом слое, сушке в кипящем слое в среде перегретого пара, методом сброса давления и сублимацией.

Разработа: ¡стоды расчета процессов сушки в нестационарных режимах управления технологическими параметрами и создано информационное обеспечение для реализации новых способов управления, обеспечивающих наименьшие потери тепла и электроэнергии как в установившихся режимах работы сушилок, так и в условиях случайных возмущений.

Предложены способы конвективной сушки зернистых продуктов с рециркуляцией отработанного теплоносителя и частичным возвратом сухого продукта на сушку, в том числе с применением тсплонасоснои установки, сушки круп в замкнутом цикле при использовании в качестве теплоносителя перегретого пара, а также способы производства взорванных зерен и сублимированных ферментных препаратов, обеспечивающие экономию энергетических и материальных ресурсов.

Разработаны научные основы проектирования сушильных установок. способных адаптироваться к условиям оптимальных режимов сушки в широком диапазоне изменения случайных факторов.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Предложены новые способы конвективной сушки зернистых продуктов, сушки перегретым паром, способы производства взорванных зерен методом сброса давления и сублимированных ферментных препаратов; разработаны методики инженерных расчетов этих процессов; созданы оборудование и технологии сушки с максимальной реализацией неиспользованных резервов основных принципов энергосбережения.

Способы управления процессами сушки внедрены на Рамон-ском сахарном заводе, на Грязинском пищекомбинате, на Ннжне-кисляйском сахарном заводе, в Семплукской заготконторе Воронежского облпотребсоюза. Барабанная сушилка внедрена на Валуй-ском сахарном заводе.

Предложены конструкции конвективных установок для реализации процесса сушки в подвижном, неподвижном и пересыпающемся слое; комбинированная сушилка с чередованием зон от-лежки и сушки зернистого продукта перегретым паром; установки для полу чения взорванных зерен, сублимационная сушилка для ферментных препаратов.

Экономический эффект от реализации результатов работы составляет 206 тыс. рублен (в ценах 1998 г.)

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международных, научно-технических конференциях (Пловдив - 1989; Краснодар - 1993, 1994, 1997; Могилев - 1995, 1998; Тамбов - 1994; Казань - 1996; Воронеж -1997), всесоюзных конференциях, симпозиумах и семинарах (Воронеж - 19S2, 1987, 1988; Харьков - 1983; Ташкент - 1983; Тамбов - 1984. 19SS; Чебоксары - 1985; Грозный - 1986, 1989; Пущино - 1987, 1990; Москва - 1987, 1988, 1989; Одесса - 1991; Санкт-Петербург - 1991. 1999; Киев - 19'?1), республиканских научно-технических конференциях (Тбилиси - 1982; Воронеж - 1986; Черкассы - 1987; Краснодар -1992).

Исследования выполнены в соответствии с целевой программой создания и развития технологического оборудования для перерабатывающих отраслей АПК в рамках направления «Конверсия оборонных отраслей промышленности», входящего в Федеральную программу структурной перестройки экономики Росс™ на период до 1995 г., с Российской научно-технической программой «Новые интенсивные технологии длг. агропромышленного комплекса России» в интересах ускорения решения продовольственной проблемы на 1991-.1993 гг. и ежегодными планами научно-исследовательской работы кафедры машин и аппаратов пищевых производств BITA.

Публикации, Основные положения диссертации опубликованы в 123 работах, в том числе в трех учебных, пособиях, в монографии; получено 27 авторских свидетельств и 10 патентов на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 422 е., содержит 128 рисунков и 25 таблиц. Список литературы включает 262 наименования, в том числе 46 иностранных. Приложения к диссертации представлены на 73 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении охарактеризовано современное состояние пищевой промышленности России, основные направления в совершенствовании техники и технологии, обоснована актуальность работы, сформулированы ее цели и задачи.

В первой главе приведен детачьный анализ известных принципов энергосбережения в процессах сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья, к основным из которых относятся максимальное использование теплоты отработанного сушильного агента за счет его рециркуляции: применение тепловых насосов для низкотемпературной сушки; использование в качестве теплоносителя перегретого пара: осуществление тепловой обработки продуктов при повышенном давлении или под вакуумом; использование вторичных энергоресурсов; математическое моделирование, обеспечивающее максимальную степень кинетического, гидродинамического и термодинамического соответствия; оптимизация технологических режимов и управление процессами сушки и тепловой обработки, предотвращающие потери теплоты и электроэнергии.

Показано, что. несмотря на сформировавшиеся принципы энергосбережения в процессах сушки, нет однозначного решения в их реализации. Поэтому решение задач энергосбережения при конкретном способе энергоподвода требует индивидуального подхода с учетом специфики каждого вида пищевого продукта.

Во второй главе предложен концептуальный подход к разработке ресурсосберегающих технологий и оборудования для сушки пищевого сырья.

Исходя из известных классификаций объектов и способов сушки установлено, что структура и физико-химические свойства продукта определяют вид теплоносителя, способ теплоподвода, состояние слоя обрабатываемого продукта и др., что позволило обосновать выбор способов сушки (рис. 1).

В результате системного анализа сформулированы основные принципы энергосбережения (рис. 2), их различные комбинации реализованы в каждом из выбранных способов сушки.

Для многоцелевого функционирования характерно не только то, что система имеет несколько подцелей, но и то, что эти подцели

Рис. I. Структурная схема выбора способа сушки пищевых продуктов

взаимосвязаны и образуют единую с точки зрения народнохозяйственных интересов главную цель.

Совокупность всех частных целей системы (ее подцелей) была выражена единой главной целью и формализована в виде целевой функции, чтобы служить критерием для сравнения вариантов в создании энергосберегающих технологий и оборудования. Математическое выражение целевой функции представлено в виде приведенного дохода или средней по времени прибыли, получаемой за высушенный продукт: -

Н(тк)

ЦпгР

ктК

" Рса (т,0)со(т,0)(Тса (т.0) - Т*а ) ^

кэЦэР

Ян г к О

Г" а( г ,0 )РН ( х )

Гк о )Чэ<х ) Выбор оптимального режима сушки с точки зрения критерия (1) достигался на основе математического описания процесса сушки в таком объеме, который позволял исключить из выражения целевой функции переменные величины, выразив их через варьируемые

Механическое обетаоживанне перед сушкой

I (рименение органических растворителей

Общие технологические

Кннсткческкм

Гидродинамическим

К

д- Термодинамическим

0-| Рециркуляция продукта

о-

Увеличениедлииы сушильного тракта

Соответствие закономерностям сушки

(й^Узглкчгкяс чясла ступенек

/

Элективное использование сушилки

';! ■: о -згл!;."'."." ыи никл

Замкнуто:

ЦКлД

0-|Яспол'.?с-3|!"к; яс^сретого пара

Рециркуляция сушильного агента

N

хлсйгепо,'с:шх:г овка

\

'■. сл и с ста ^статоров]—

1 НСУ

Максимальное кспользозанке

онер; ки теплоносителя

-

N

И^сгтем^чеслипипкл

^-{Черсс-шке зс:: олгузак/'

Мкогозонкая сушка

[¡ПО

'кахяйя обработка —

Со юс давления

Созмешние суп;»; сдруги-ми операциями

0~1 Тедлеизашкм

;>пт~

нал:

¡Ж

: С* '.лидки

ОН 'Зччтг.СУЯЛ^НО;

упранлгнке

0~ Птофаммлзг улразлеги;

слкпвчесш оггзй'.гшекяк

Соблюдение нормативов эксплуатации

Ошкмизация и управление

/

и постоянные режимные параметры.

При выборе вариантов решения с использованием различных методов энергоподвода возникала необходимость в конкретизации целевой функции, формализации путей достижения цели за счет сочетания аналитических и экспериментально-статистических методов моделирования процессов сушки и тепловой обработки пищевых продуктов, которые достаточно полно охватывали основные подцели. Этапы системного анализа, их взаимосвязи, учитывающие информационное обеспечение (рис. 3), представляют собой единый процесс последовательного приближения к созданию энергосберегающих технологий.

Третья глава посвящена разработке энергосберегающей технологии сушки солода в неподвижном плотном слое.

Выбор закона изменения температуры Тса и скорости со сушильного агента во времени составляет основную задачу управления сушкой солода. Для ее решения необходима информация о предпочтительности различных сочетаний управляющих воздействий на каждой стадии процесса,

Рассмотрен случай, когда управления были сформированы непосредственно во времени. При этом считалось, что управляющие переменные Тса и со являлись кусочно-постоянными функциями времени. Это позволило рассматривать конвективную сушку солода как процесс, имеющий известные интервалы времени ]0, гД; ]г/, г2[; • }~,n-h г„,[. на которых Тса2. (0:;..,;Тсат а>„, принимали фик-

сированные значения. Выбор Тса на каждом интервале осуществляли в соответсгвии с ограничениями, накладываемыми технологическими требованиями на качество готового солода. Каждой паре значений Ти1„ соi соответствовала кривая сушки стационарного режима управления, определяемая моделью

W UTca,m,x0,W H,y,r)^W 1л

t

-(¡¡t'-n'Cjcxp

10~П

V ®

та(7-1(Г3Р>0\

са

0,04

V У

.(2)

Структура модели (2) по.'учена методом стохастической аппроксимации по экспериментальным данным путем «агрегации, переменных при эмпирических коэффициентах. Модель включает в

Рис. 3. Схема взаимосвязей основных 'л ацои ckicmuoíu апалта проблемы

сзою структуру основные управляющие (скорость и температуру сушильного агента), возмущающие (начальное влагосодержаиие сушильного агента и начальную влажность солода) воздействия, уштызает их влияние на текущую влажность солода как по времени, так и по высоте слоя, а также увлажнение солода I. периоде про-грл-.а за счет конденсации влаги из сушильного агент?-.

Для нормального хода биохимических превращений в высушиваемом солоде необходимо выполнять ограничение

Тс{7,.у)<338-0,313У/С(.г^у). ¿ = (Тт). уе]().Н[, (3)

которое позволяет вести сушку в области стандартных физико-химических свойств продукта, а движение по границе допустимой области термовлажностных условий определяет наиболее интенсивные режимы сушки. Поэтому температура солода прогнозировалась з соответствии с (3), а для выбора температуры сушильного агента использовалось уравнение теплового баланса.

Кусочно-линейная аппроксимация кривых сушки на участке возрастания влажности в периоде прогрева приводит к существенным разрывам производных. Чтобы избежать этого, предложено выбирать температуру сушильного агента Тса/ на первом шаге

дискретизации и момент времени Г;, соответствующий экстремуму кривой сушки, следующим образом:

с1У^(ть7со1щ.Н)

с/г

I рс(Н.О)сср(Н.О)__^

33^-0,313^(г1,Тса1,(о1,Н)

I р^НЩчН) Рс^НЩцМ)

'1\10гМ\с(т}:Гси1ХО1,Н) Ю0ь1Ус(т].Гса1,а!.Н)

Разработан алгоритм построения кривой сушки при програм-.мпрогппном по влажности режиме управления (рис. 4).

(4)

Для прогнозирования Тс по ограничению (3) переменный шаг дискретизации АИ'^ выбирался с учетом форм связи влаги с материалом и необходимых энергозатрат на ее удаление: .для интервала 80...25 % А1Ук = Ю %, в интервале 25...10 % ЛП'к= 5 %н в области мономолекулярной адсорбции - 2 %. Кривая О А В определяет ход сушки на первых двух интервалах при одном переключении кусочно-постоянных управлений. Последующие шаги

построения повторяются до значения 1('с = . Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что максимальное отклонение по абсолютному значению не превышало 7,5 %.

Рис. 4. Алгоритм построения кры;ой сучки солода при программированном но аллжноон режиме управления

Кинетические закономерности процесса сушки солода изучались совместно с жизнедеятельностью амидолитичсских ферментов,

что позволило выдвинуть гипотезу о том, что кривые изменения влажности солода в процессе сушки могут быть представлены суммой экспоненциальной функции и функции колокольного типа:

/(т) = /(т) + = Ае~кт + Вт'пе

„>п

(5)

На рис. 5 приведена экспериментальная кри зая сушки солода М'(т> и ее разложение на две составляющие (кривые 2, 3). Декомпозиция кинетики процесса сушки и ферментации солода позволила описать зависимость активности ферментов от параметров сушки. Результаты сравнения экспериментальных и модельных кривых показали, что максимальная ошибка не превышала 10,3 %.

Рис. 5. Разложение кривой сушки

на составляющие функции: 1 - кривая сушки; 2 - экспонента; 3 -график функции колокольного типа (ггунктирные линии -расчет, сплошные - эксперимент); а - активность, г мальтозы/100 г С В солода

Г, Ч

Предложенный метод моделирования основных закономерностей конвективной сушки солода позволил эффективно решать задачи аппроксимации как кривых кинетики влагоудаления с возможной конденсацией влаги из сушильного агента в периоде прогрева, так и кривых изменения активности ферментов.

Для выбора оптимальных решений при разработке технологических режимов сушки в условиях заданной загрузки солода на газораспределительную решетку частный случай обобщенного показателя (I)сводился к условию

И

и и

Показано, что оперативное изменение скорости сушильного агента по ходу сушки в условиях случайных возмущений обеспечивает экстремум критерия (6), что позволило создать систему автоматической оптимизации процесса сушки солода в высоком слое (а.с. № 1171656). В соответствии с алгоритмом управления температура сушильного агента на входе в слои солода изменялась по расчетному режиму с коррекцией по текущей влажности солода, а скорость сушильного агента на входе в слой устанавливалась из условия минимума теплоэнергетических затрат, приходящихся на единицу испаренной влаги.

На основе оптимального режима сушки предложен подход (рис. 6) к проектированию сушильных установок и их новые конструкции (а.с. № 1101647,1449800, 1486724).

Влажный солод

Отрацатанкьш

/

сушении Л Ц и !]

Рис. 6. Предлагаемый подход к ироектироьаншо огпималыплч со-лодосушилок

Четвертая глава посвящена повышению эффективности сушки зернистого материала в подвижном пересыпающемся слое на цилиндрической поверхности вращающегося барабана.

Экспериментально-статистический анализ процесса сушки зерна пшеницы в барабанной сушилке с профильной канальной насадкой позволил найти оптимальную область изменения режимных параметров по максимальному значению вчагонапряжения объема сушильного барабана при ограничениях на конечную влажность зерна.

Для расчета полей температур и влагосодержаний высушиваемого зернистого слоя по длине барабана использовалось уравнение теплового баланса

с/г (/г

в котором

IV, =1Гр+(1Ги -1Ур)ехр

8М-ИГ'5(Т- 273)5\>2$-

,(7)

(8)

сз(1у, Г)} = ¡548.8(0.42+0,006\У1)^ {<))

0,37

Для решения (7) - (10) заданы начальные условия

Т3(0) = Т'' (11)

Выполнена задача идентификации математической модели (7) - (11) реальному процессу. Она заключалась в том, что расчетные значения температуры нагрева зерна принимались близкими к фактическим только в том случае, если при соответствующих реальному процессу режимных параметрах, показателях состава зерна, начальных параметрах сушильного агента существовало такое значение коэффициента ау, при котором решение (7) - (11) удовлетворяло условию г

Т?ас(т)-Гэ,х" <т) <£ ■ . (12)

Реализован процесс изотермической сушки зерна, когда конструкция сушилки разбивается на изменяющиеся по объему зоны, в каждой из которых поддерживаются его оптимальные параметры (рис. 7).

Рис. 7. Обоснование изотермической сушки зерна в барабанной сушилке

Разработан способ многоканального управления процессом сушки зерна пшеницы во вращающемся барабане с профильной канальной насадкой (а.с. № 1603164), в котором оптимизируемыми показателями являлись влажность зерна и удельные энергозатраты. Непрерывный поиск оптимума достигался за счет оперативной обработки текущей информации, передаваемой датчиками непосредственно с объекта, и последовательной подачи воздействий по пяти каналам управления с учетом накладываемых на них ограничений.

С учетом положительных и отрицатель»их сторон технологических приемов, связанных с организацией диим'енчл рециркудяци-

онных потоков, предложен алгоритм функционирования системы управления сушильной установкой (пат. № 2018077), работающей по схеме с частично замкнутым циклом по отработанному сушильному агенту с одновременной рециркуляцией сухого продукта.

1' пятой главе рассмотрены вопросы моделирования процесса осушения отработанного теплоносителя конвективных сушилок в испарителе теплонасосной сушильной установки (ТНСУ) по схеме с полное 1ыо замкнутым циклом сушильного агента. При этом решались как чисто технологические задачи (осуществление мягких режимов сушки, избежание окисления продукта кислородом воздуха), так н проблемы энергосбережения, бсзотходности и экологической безопасности.

Модель образования «снеговой шубы» в процессе осушения отработанного воздуха за счет конденсации паров влаги на поверхности испарителя рассмотрена в соответствии со схемой рис. 8.

Рис. К. Расчетная схема образования .<спекнн>й шубы» на поверхности ребра испарителя: 1о. I, 1г. - температура соответственно хладагента, «снеговой шубы», ребра испарителя, на границе щепка ребра испарителя -снеговая шуба», вмерзания воды; .V - координата в направлении нормали к ребру испарителя; у - толщина ребра испарителя; ё(т) -толщина (снеговой шубы»

Математическая формулировка задачи сводилась к следующим уравнениям:

для ребра испарителя

dt,

л

с/pj —- = Я i-- при -у <, х й 0, г > 0;

дх2

для «снеговой шубы»

ср-

■ dt

CT

+ при 0<х<д(т), т>0: дх- -

с условиями сопряжения

11 =(0,r)=t(0,r) =tr.

т>0;

Л}

йа

дх

х=0

дх

(14)

(15)

(16)

х=0,т>0

с граничным условием первого рода на неподвижной границе t}(-y. r)-to-const, т>0 (17)

и граничным условием второго рода на подвижной границе д\

=<2,7. (18)

с/-', 1 х=д(г)

Предполагалось, что граница поверхности Sit) нарастающей «снеговой шубы» перемешается so времени, сохраняя при этом подобие, т. е. остается параллельной охлаждающей поверхности испарителя. Для решения данного класса задач построено функциональное преобразование, основанное на введении подвижной системы координат, в которой подвижная граница становится неподвижной.

С учетом начальных условий tq =0,6о = 0 и принятых допущений получено уравнение

1

г = ра — нч в

5 +

ly-{AiB)

лу

In

В 1

-In

pq

В

S +

лг-{AIВ) Äj

In

1 + Ajö

(19)

где А = ВЯу-АЛ]1о, В = -а](1в03~ Рс

Таким образом, предложена математическая модель процесса конденсации влаги из отработанного воздуха в «снеговую шубу» при его осушении в испарителе ТНСУ в виде системы уравнений в частных производных второго порядка с подвижной границей нарастающей во времени снеговой шубы. Решены задачи динамики

образования «снеговой шубы» в зависимости от теплофизическнх параметров влажного воздуха и распределения температурных полей в ребре испарителя и «снеговой шубе». Результаты моделирования (рис. 9) согласуются с экспериментальными данными и лежат в пределах 10 %, что подтверждает возможность использования модели в задачах управления.

О 14 28 42 56 т-Ю'\ч

С помощью математической модели процесса осушения отработанного сушильного агента в испарителе теплового насоса разработаны программно-логические функции системы управления ТНСУ. Ее особенность (пат. № 2117228) заключается в стабилизации влагосодержания сушильного агента на входе в установку путем коррекции режима работы теплового насоса при изменении параметров отработанного теплоносителя, обусловленных воздействием случайных факторов на процесс сушки.

Шестая глава посвящена разработке энергосберегающих технологий сушки пищевого сырья перегретым паром. При исследовании сушки круп перегретым паром атмосферного давления в плотном и кипящем слое определены рациональные параметры процесса, основные гидродинамические и кинетические закономерности, которые использованы при разработке способа управления установкой для сушки зернистых пищевых продуктов (рис. 10).

Отличительной особенностью разработанного способа управления процессом сушки круп в плотном слое являлось регулирование удельной нагрузки материала на газораспределительную решет ку сушилки при максимальном использовании потенциала теплоно-

Рис. 9. Зависимость толщины «снеговой шубы» от времени при различных значениях вла-госо держа кия воздуха х, кг/кг: 1 - 0,01, 2 - 0,015; 3 - 0,020; 4 - 0,025; 5 - 0,030

С)т1шлышя установка (А. с. № 1102806)

(Сулкмаая>ст1Ьо'ш(А- ■-• ä i

Рис. 10. Информационное обеспечение прцеееоз сутки цр оду кг о л к ияотиом к кгашцем слое с »гсзользо я а шьги переч pirro го гщл

сителя, т. с. при выполнении условия

¡1 = +ЦтспЧпТп тт

(20)

рпУа(ЬО + 1)

Управление осуществлялось по экстремальному значению удельной нагрузки продукта на газораспределительную решетку:

- ¡Ф

и,

Чп Тп

(21)

С =--■

ь цэкэлм'

Апробация непрерывного поиска оптимальных значений О' по данному способу управления осуществлена на Грязинском пи-щекомбикате применительно к-сушке гречневой крупы перегретым паром атмосферного давления (табл. \).

Таблица 1

Оптимальные параметры процесса сушки гречневой крупы

Номер " и, Значения коэф- Т 1 Л. т, ч С..

зоны % фициентов к м/с кг/м: р/кг

СУШКИ \ я-103 Ь

34-35 25-27 17-19

5.0 5.3 5,7

0,20 0,15' 0.07

443 433 423

1.6 1,4 1.0

0.125 0,053 0.038

20 18 15

244 165 80

для реализации этого спосооа управления разраоотана жалю-зийная спиральная сушилка, в каждой секции которой величина удельной нагрузки продукта на решетку устанавливалась из условия (20).

Способ сушки продуктов в кипящем слое (пат № 2131103) предусматривает компенсацию колебаний начальной влажности продукта в зависимости от образовавшейся излишней части влаги в контуре рециркуляции и осуществляет управление процессом по удельному показателю: отношению количества испаренной влаги в единицу времени к расходу исходного продукта.

и,

Я = •

' йен

г еых I ~ ^ к

тах.

■ (22)

п <

'п р р

По данным экспериментальных исследований процесса сушки

рисовой крупы зависимость Öиа1 /Gf*p = f(('n),J адекватно аппроксимирована уравнением второй степени в исследуемом интервале значений 125 кг/ч< G вх < кг/ч:

п Р — ■ I j i р

L-^r--A(G?P>*+B(G?)-C. (23)

G

пр

где А, В, С - эмпирические коэффициенты; А, В, С >0.

Из условия экстремума (23) следует оптимальное значение расхода исходной крупы:

(G")* = Bf2A. (24)

ч>

-2 А

Так как г ^ щ-»/G'V _ , i < 0, то в точке экстремума d(Qn , 2

пР

(24) имеет место максимум (рис. 11).

{¿um КГ

с;«х'кг 0,18

0,16 0,14 0,12

Рис. 11. Зависимость

и исп = '

при сушке рисовой крупы в кипящем слое перегретым паром с различными значениями се начальной влажности %: 1 - 28; 2 - 30; 3-31

126 127 128 129 0„",кг/ч

Таким образом, в предлагаемом способе управления одновременно обеспечивается коррекция режима сушки в зависимости от случайных возмущений (начальной влажности к температуры исходного продукта) и непрерывно осуществляется поиск оптимального расхода исходного продукта, соответствующего максимуму удельной производительности сушилки по непарен кой злдге (табл.2).

Таблица 2

Оптимальные параметры процесса сушки рисовой крупы

11'н. ( Циея ) , ех ' т а х О п р ЧХ * (О ) . п р Значения коэффициентов

% кг/кг кг/ч Л-1П3 В С

28

30

31

0,160 0,175 0,182

13(1.00 4.0 1,0400 67.440 129,35 3,6 0.9313 60,058 128,00 3,2 0,8224 52.657

В результате разработана многосекционная комбинированная сушильная установка (а.с. № 1171654), максимально адаптированная к осуществлению предлагаемого способа управления,

В технологии получения взорванных зерен, состоящей из трех последовательных операций: предварительной гидротермичсской обработки (ПГТО), нагревания 'зерен и сброса давления, в качестве теплоносителя использовался перегретый пар под давлением 0,3... 1,6 МПа.

Информационное обеспечение процесса получения взорванных зерен методом сброса давления включало:

- уравнение для определения коэффициента увлажнения круп при ПГТО

п-гг.

1 шч

-Ь-Ю

(25)

- уравнение интенсивности влагоудаления при соросе давле-

ния

АС = I) 1\

-т

ЛсМ).

» "« 1св

(26)

- уравнение для определения темпа сброса давления тсй

(27)

- уравнение для определения коэффициента термомеханического выдавливания жидкой фазы %

_ \Уг - {в(11 - ¡2)\1 - IV„ /100)сс + IVн /100]+т2]

1Уг

- показатель эффективности процесса получения взорванных срен 7/

X =-

(28)

/Ообщ ■ (29)

Полученный продукт имел нежную, хрупкую консистенцию и улучшенные органолептические показатели, более высокое содержание декстринов, меньшее содержание жира, что замедляло его прогоркание и способствовало увеличению сроков хранения.

Для реализации разработанной технологии созданы новые конструкции установок (а.с. № 1606100, 1630762).

Седьмая глава посвящена повышению эффективности сублимационной сушки ферментных препаратов в установках периодического н непрерывного действия.

В качестве объектов сушки использоеаднсь ферментные препараты - ксратинорасщепляющая протеиназа Strcplomyces chromogenes grctecus 0832, получившая название кератиназа, и ину-лаза Aspergillus awamori BKMF-2250, позволяющая получить гид-ролизаты инулина высокого качества.

На поверхности десублиматора во время сушка оседает в виде льда влага из продукта, препятствующая удалению вымороженной влаги и снижающая эффективность теплопередачи.

Предложена математическая модель, описывающая дннамику процесса, позволяющая прогнозировать не только изменение толщины десублимата, но и коэффициента теплообмена во времени. Предполагалось, что теплоперенос осуществляется теплопроводностью преимущественно в направлении нормали к охлаждаемой поверхности десублимации, образующей тонкую стенку охлаждаемого элемента десублиматора. Распределение температуры по толщине стенки ноент линейный характер, причем температура ее охлаждаемой поверхности считается постоянной и равной температуре кипения хладоносителя. Теплофизические свойства десублимата не зависят от температуры, давления пара в десублиматоре и теплоты десублимации и остаются постоянными на протяжении всего технологического цикла.

Рассматривалась тонкая стенка толщиной Н , имеющая температуру 7'*, которая в начальный момент времени помещалась в пространство, заполненное паром при давлении Pg. Пар конденсировался на поверхности десублнмацин-стснки (z - 0). Толщина конденсируемого десублимата h увеличивалась с течением времени г и достигала величины /г" - h(t'). При бесконечно большом времени /*

температура поверхности десублимата стремилась к температуре насыщения фаз -Распределение температур в системе представлено следующим образом:

0<z<h : —-- = a,---; -И < z <0: -L = 0; (30)

dz2 dz2

t = 0: h = 0, 7/ = T *; (31)

t = t" : h = h* . T) - Ts - f(Ts ~T* ); (32)

z = TW=7/. А„, = Л J ; (33)

dz ' az

■ z- -H: Tw -T* ; r = h: = (34)

dz

Для оценки переохлаждения в интервале 0< Pg< 200 Па использовалась зависимость __ Г

4l=-Ljtl<Ii=k' Pg (к' =const). (35)

1 о

Модель (30) - (35) приведена к безразмерному виду, а ее решение операционным методом получено в виде

\l-h'(l-e). i = N +1,

Выражения (36) к (37) отражают динамику температурного напора и позволяют оценить влияние толщины десублимата Л'на коэффициент теплообмена а (рис. 12, 13).

Задача оптимизации • процесса сублимационной сушки ферментных препаратов рассматривалась на основании характеристик, полученных в результате испытаний вакуум-сублимационной сушильной установки периодического действия с максимально возможным учетом неуправляемых факторов. , .4!

в 0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

4У

/ / 1

/

// г^^ и

у

N11 5

4

3

. 2

1

/5

\\у{ л \'\¥ 1

\ /

10 30 50 70 90 Fo

0,1 0,3 0,5 0,7 И'

Рис. 12. Зависимость средней безраз- Рис. 13. Зависимость критерия Нус-мерной избыточной температуры сельта от относительной толщины на поверхности десублимации от десублимата: ггрн различных значе-критерия Фурье при различных ниях Ре: 1- 0,001; 2 - 0,002; 3 - 0,003; значениях Ре: 1-- 0,001; 2 - 0,002; . 4 - 0,004; 5 - 0,005; в = 0.02; К = 30 3 - 0,003; 4 - 0,004; е = 0,02; К = 30

Методология выбора оптимальных решений сублимационной сушки ферментных препаратов при программированном во времени режиме управления параметрами теплоподвода представлена совокупностью критерия оптимальности, математического описания внутренних связей процесса и ограничений:

Ц Б

Я = в Б к

ц л ~

Ц э 'У э

к о Б

шах.

йО I - Ьв I + сС, Б

(38)

N ЭУ в £ - «и Б Н й в Б й 20 . 0 ,94 й и н <. 0 ,98 .

Проанализировано влияние начального влагосодержания фермента на смещение (сдвиг) оптимума (рис. 14) и установлено, что оптимальную загрузку следует выбирать из условия зке-

27

тремума характеристик (N/0^ - [(Оь, и^, эмпирические коэффициенты которых а, Ь, с соответственно определены экспериментально (табл. 3).

А'ДЛ, кВт-ч

кг 2,0 1,8 1,6 1,4

1,2

1,0

/

/2

У

1 \

\ ч )/

г

Рис. 14. Экстремальные характеристики сублимационной сушки инулазы при различных значениях начального влаго-содержания фермента ин, кг/кг: 1 - 0,94; 2 - 0.95; 3 - 0.96; 4 - 0,97; 5 - 0.98

14 16 18 20 О,,кг

Таблица 3

Значения коэффициентов в системе уравнений (38)

а - К)4 Ь с-103

кг/кг кВт-ч/кг кг .

0.94 1,01 19.07 15.00 -0,060 65,18

0,95 1,07 18.88 15.09 -6.060 65,18

0,96 1,47 17.99 15.09 -0,058 65,18

0,97 1.70 16.03 15.09 -0,055 60,00

0.98 2.02 15.02 17.00 -0.060 65,18

На установившийся процесс сублимационной сушки существенное влияние оказывают различного рода возмущающие воздействия как со стороны продукта, обусловленные изменением его состава и начальной влажности, так и со стороны оборудования. Для полной компенсации возмущений предложено перейти с одного уровня управления процессом на другой, более высокого ранга, не меняя формулировки цели оптимизации (пат. № 2006768).

Для управления непрерывным процессом сублимационной сушки следует максимально использовать информацию о ходе сушки и о процессе десублимацйи водяных паров на охлаждающей порочности десублиматора. Оба процесса в равной степени оказыва-

ют влияние на получение продукта высокого качества и экономичность сушки в целом. В этой связи разработан способ управления процессом сушки ферментных- препаратов в непрерывном цикле (пат. №21085230).

Создание установок непрерывного действия тормозится высокой степенью сложности конструкции, их низкой надежностью и трудностями, возникающими при загрузке продукта в вакуумную камеру сублимационной сушилки.

Предложена усовершенствованная сублимационная сушилка непрерывного действия, включающая дополнительные узлы, позволяющие изменять размеры перфорации сетки барабана без разгерметизации корпуса и смены сетки (а. с. № 1553807), а также устройство для ввода жидких ферментных препаратов в вакуумную камеру (пат. № 2053468).

ВЫВОДЫ

1. В соответствии с принципами системного анализа предложен концептуальный подход к разработке ресурсосберегающих технологий и оборудования, заключающийся в выявлении, систематизации и выборе путей достижения экономии теплоэнергетических ресурсов. Выполнены этапы системного анализа:

- обоснован выбор способов сушки по состоянию слоя, виду теплоносителя, методу теплоподвода, величине давления в зоне сушки;

- конкретизирована целевая функция при выборе вариантов решения;

- формализованы пути достижения цели за счет сочетания феноменологических и экспериментально-статистических методов моделирования максимально прибыльных технологий сушки и тепловой обработки пищевых продуктов с уточнением состава аргументов целевой функции при оптимизации и возможных ее модификаций в зависимости от конкретных условий сушки и методов энергоподвода.

2. Проведены экспериментальные и аналитические исследования процессов конвективной сушки лииюяого сырья в неподвижном и подвижном перемешиваемом сдое, сушки « кнпяшем слое пе-

регретым паром, методом сброса давления и сублимацией; разработаны методы расчета и моделирования этих процессов; создано информационное обеспечение для реализации новых способов производства и управления с наименьшими потерями теплоты и электроэнергии как в установившихся режимах работы сушилок, так и в условиях случайных возмущений.

3. Получены новые теоретические данные о развитии основных принципов энергосбережения:

- разработан метод .моделирования кинетики процессов сушки, основанный на «агрегации» переменных при коэффициентах предварительно сформированной структуры математической модели, позволяющий эффективно решать задачи идентификации параметров модели, восстанавливать их оптимальные значения в смысле заданного критерия по информации, получаемой непосредственно с объекта сушки;

- разработан метод расчета процессов сушки в переменном режиме, основанный на специфическом алгоритме «сшивания» кривых кинетики сушки стационарных режимов управления. Метод решает проблему непрерывной оптимальной адаптации модели кинетики влагоудаления к моделируемому процессу сушки в условиях случайных помех и дрейфа технологических параметров в нестационарном режиме управления:

- обоснован способ сушки, одновременно предусматривающий рециркуляцию сушильного агента, предварительный подогрев влажного продукта отработанным теплоносителем и частичный возврат высушенного продукта на сушку, предложена гибкая система выбора кратности рециркуляции по сухой и газовой фазам с учетом кинетических закономерностей процесса при воздействий случайных факторов;

- предложена математическая модель процесса конденсации влаги из влажного воздуха з «снеговую шубу» при его осушении в испарителе теплонасосной сушильной установки в виде системы уравнений в частных производных второго порядка с подвижной границей нарастающей во времени «снеговой шубы»; решены задачи динамики образования «снеговой шубы» в зависимости от теп-:оф;| 'пческих параметров влажного воздуха и распределения температурных полей в ребре испарителя и ('снеговой шубе»;

- в соответствии с блочным принципом исследования отдельно изучены гидродинамические, кинетические, тепло- и массо-обменные закономерности процесса сушки круп перегретым паром атмосферного давления в кипящем слое и процесса получения взорванных зерен с использованием перегретого пара; показана эффективность анализа и синтеза блочного моделирования в решении задач проектирования, оптимизации и управления процессами сушки и тепловой обрп " '1тки пищевых.продуктов в срсде перегретого пара;

- изучен характер влияния колебаний начальной влажности продукта на образование излишней части влаги в контуре рециркуляции при сушке продуктов перегретым паром, предложен метод непрерывного определения избытка влаги в теплоносителе из балансовых соотношений с использованием экспериментальных данных, обоснованы режимы сушки в нестационарных условиях:

- разработана математическая модель динамики процесса де-сублимации при сублимационной сушке ферментных препаратов, позволяющая прогнозировать изменение толщины десублнмата и коэффициента теплообмена во времени, оценивать их взаимное влияние, а также определять момент переключения секций десуб-лиматора на регенерацию по предельно допустимому значению коэффициента теплопередачи на межфазной поверхности десублпма-тора;

- предложен методологический подход к выбору оптимальных решений при сушке и тепловой обработке пищевого сырья при различных методах энергоподвода на основе построения экстремальных характеристик, однозначно связывающих количество удаляемой в единицу времени влаги с удельными теплоэнергетическими затратами;

- предложен метод моделирования кинетики сушки и ферментации капиллярно-пористых материалов, основанный на декомпозиции совместных процессов удаления влаги и изменении по ходу сушки активности амилолитических ферментов; полученные уравнения могут быть использованы в качестве ограничений.

4. Разработаны способы конвективной сушки зернистых продуктов с рециркуляцией по сухой и газовой фазе (пат. № 2018077), в том числе с применением ТНСУ (пат. № 2117228), сушки круп в замкнутом цикле при использовании в качестве теплоносителя пе-

регретого пара (а.с. № 1437658), а также способы производства взорванных зерен (а.с. Л*2 1606100, 1630762) и сублимированных ферментных препаратов (пат. Лг2 2006768, 2108523), обеспечивающие экономию энергетических и материальных ресурсов.

5. На единой методологической основе предложена стратегия многоканального управления процессами сушки и тепловой обработки пищевого сырья, составлены программно-логические алгоритмы функционирования систем управления с учетом ограничений по управляемым переменным, обусловленных получением высушенного продукта высокого качества (а.с. № 1055762. 1070151. 1171656, 1437658, 1451505, 1482937, 1531951, 1537994. 1584887. 1603164, 1710964. пат. Да 2108523, 2112402, 2113132).

6. Разработаны научные подходы к проектированию высокоэффективных сушильных установок (а.с. № 1101647, 1102806. 1171654, 1295173, 1449800," 1469263, 1486724, 1534257, 1537992, 1553807, 1622742, 1657907, 1728606, 1824155, пат. № 2008588. 2053468), способных ■ адаптироваться к условиям оптимальных режимов сушки при воздействии случайных факторов.

7. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования и конструкторские разработки на уровне изобретений и патентов внедрены с учетом экономического и экологического эффектов на пяти предприятиях отрасли:

- на Грязинском пищекомбинате - способ управления процессом сушки круп перегретым паром (а.с. № 1437659) с годовым экономическим эффектом (в ценах-1999 года) 50 тыс. р.;

- на Нижнекисляйском сахарном заводе - способ автоматического регулирования процесса, сушки сахара-песка в барабанной сушилке (а.с. 1603164) с годовым эффектом (в ценах 1999 года) 40 тыс. р.;

- на Рамонском сахарном заводе - способ автоматического управления процессом сушки сьскливичнош жома в барабанной сушилке (а.с. № 1171656) с годовым эффектом (в ценах 1999 года) 30 тыс. р.;

- в Семилукской заготконторе Воронежского облпотребсоюза - способ управления процессом сушки яблок на ленточной сушилке с применением теплового насос« (пат. № 2117228) с годовым эффектом (в ценах 1999 года) 54 тыс. р.;

- на Валуйском сахарном заводе - барабанная сушилка (а.с. № 1449800) с годовым эффектом (в ценах 1999 года) 32 тыс. р.

Общий экономический эффект от внедрения разработок в промышленность составляет 206 тыс. р.

Результаты и рекомендации, полученные на основе проведенных исследований, могут быть использованы при решении задач экономии топливно-энергетических ресурсов, а также при разработке энергосберега>' :иих технологий сушки на предприятиях других отраслей народного хозяйства.

Условные обозначения

а - коэффициент температуропроводности, м2/с; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг-К); В - коэффициент диффузии, м2/с; А с! - диаметр, м; Г - площадь, м2; О - производительность кг/с; удельная нагрузка на газораспределительную рс ;ку. кг/м2; ^ = 9,81 м2/с - ускорение свободного падения; //, Л - высота, м. ,< - относительная толщина десублимата; I, / - энтальпия. кДж/кг; к - коэффициент перевода механической энергии в электрическую. кВт-ч/(Н-м); Ь - длина, м; / - геометрическая характеристика, м; Л* - скорость сушки в периоде постоянной скорости, кг/(кг-с); мощность. кВт; Р -давление. Па; О - количество теплоты, Дж; у - интенсивность потока. кг/(м3-с); <] - плотность теплового потока, Вт/м2; расход топлива. м3/ч; Я, г -радиус, м; К - газовая постоянная. Дж/(кг-К); затраты энергии на 1 кг испаренной влаги, р/кг; г - удельная теплота парообразования, кДж/кг; -площадь, м2; Т. г - температура, К; °С; и, и - влагосодержанис, кг/кг; количество испаренной влаги, кг/ч; У~ объем, м3; объемный расход, м3/с; V, а -скорость, м/с; IV- влажность, %; у,, г - текущая координата; х - влагосодержанис воздуха, кг/кг; Ц - цена, р/кг; а - коэффициент теплообмен;], Вт/(м2-К); А - разность, приращение; 5- толщина тела (слоя), м; е - относительная порозноегь слоя; коэффициент пористости; коэффициент фазового превращения; т] - коэффициент пблезного действия, Л - коэффициент теплопроводности, Вт/(М'К); коэффициент потерь; р„ - корни характеристического уравнения; V - коэффициент кинематической вязкости, м2/с; р -плотность, кг/м3; 0 - относительная температура; г - время, ч; Ф - фактор формы; х ' относительный коэффициент сушки; - степень заполнения барабана.

Безразмерные числа, критерии: Ни = а О/А - критерий Нуссельта; Рг = у/а - критерий Прандгля; Ее = V (1 р'р - критерий Рейнольдса;

Fo = a vV? - критерий Фурье; K = г а р/(Л (Г, - Т)) - критерий Кутателадзе; Ре = h %/(ра) - критерий Пекле.

Индексы: вх - условия входа; п - пар; з - зерно; к - конечное состояние; кр - крупа; н, о - начальное состояние; нас - насыпной; с - солод; йых - условия выхода; а- - насыщенный; опт - оптимальный; сл - слой; крит - критический; экс - экспериментальный; воз - воздух; « - вода; тах-максимальный; min - минимальный; р - равновесная; са - сушильный агент; i - количество интервалов; б - барабан; расч - расчетное; доп - допустимое; пр - продукт; м - материал; ж - жидкость.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

Учебные пособия и монография

1. Практикум по курсу «Технологическое оборудование пищевых производств»: Учеб. пособие / М.Г. Парфенопуло, А.Н. Ост-риков, A.A. Шевцов; Воронеж, технол. ин-т. Воронеж, 1993. 96 с.

2. Практикум по курсу «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств»: Учеб. пособие / А.Н. Остриков, В.Е. Игнатов ,В.Е. Добромиров, A.A. Шевцов; Воронеж, гос. технол. акад. Воронеж, 1997. 192 с.

3. Практикум по курсу «Теория технологического потока»: Учеб. пособие / A.A. Шевцов, С.А. Назаров, Г.И. Мосолов; Воронеж. гос. технол. акад. Воронеж, 1998. 92 с.

4. Энергосберегающие технологии и оборудование для сушки пищевого сырья/ А.Н. Остриков, И.Т. Кретов, A.A. Шевцов, В.Е. Добромиров; Воронеж, гос. технол. акад. Воронеж, 1998. 344 с.

Авторские свидетельства и патенты

5. A.c. 1070150 СССР, МКИ3 С 12 С 17/12. Способ автоматического управления процессом сушки солода/Н.Г. Фомин, A.A. Шевцов (СССР): - is® 3452903/28 - 13; Заявлено 23.04.82; Опубл. 30.01.84, Бюл. № 4 // Открытия. Изобретения. - 1984. - № 4. - С 27.

6. A.c. 1101647 СССР, МКИ3 F 26 В 17/12. Сушилка для сыпучих материалов/ И.Т. Кретов,.В.М. Кравченко, А.Н. Остриков, A.A. Шевцов (СССР). - № 3614455/24 - 06; Заявлено 08.07.83;

Опубл. 07.07.84, Бгол. № 25 // Открытия. Изобретения. - 1984. - № 25.'- С. 99.

7. A.c. 1102806 СССР, МКИ3 С 12 С 1/10. Установка для сушки солода / И.Т. Кретов, В.М. Кравченко, A.A. Шевцов, А.Н. Остриков (СССР). - № 3541203/28-13; Заявлено 13.01.83; Опубл. 15.07.84, Бгол.№ 26 // Открытия, Изобретении. - 1984. - № 26. - С. 86-87.

8. A.c. 1171654 СССР, МКИ" F 26 В 17/10. Сушилка для сыпучих материал! В.М. Кравченко, А.Н. Остриков, A.A. Шевцов (СССР). - №3669219/24-06: Заявлено 30.11.83; Опубл. 07.08.85, Бгол. № 29 // Открытия. Изобретения. - 1985. - Ns 29. - С. 139.

9. A.c. 1171656 СССР. МКИ4 F 26 В 21./06. Способ автоматического управления процессом сушки/ И.Т. Кретов, A.A. Шевцов, В.М. Кравченко. А.Н. Остриков (СССР). - № 3698235/24-06; Заявлено 21.12.83; Опубл. 07.08.85, Бгол. № 29 // Открытия. Изобретения. - 1985. -№29. - С. 139.

10. A.c. 1437658 СССР. МКИ4 F 26 В 21/06. Способ автоматического управления процессом сушки сыпучих материалов/ А.Н. Остриков. A.A. Шевцов, Ю.А. Добросоцкая (СССР). - jYs 4197209/24 - 06; Заявлено 20.02.87; Опубл. 15.11.88, Бгол. № 42 // Открытия. Изобретения. - 1988,- № 42,- С. 163.

11. A.c. 1451505 СССР. МКИ4 F 26 В 25/22. Способ автоматического управлении процессом сушки / И.Т. Кретов, Ю.И. Шишац-кий. ГЛ. Денисов, A.A. Шевцов "(СССР). -Jfe 4225351/24 - 06; Заявлено 12.03.87; Опубл. 15.01.89, Бгол. № 2 // Открытия. Изобретения. - 1989,-№2,-С. 83.

12. A.c. 1486724 СССР, МКИ4 F 26 В 17/10, 17/04. Сушилка для сыпучих материалов/ И.Т. Кретов, Ю.И. Шишацкий, Г.А. Денисов, A.A. Шевцов (СССР). - № 4315461/24 - 06; Заявлено 13.10.87; Опубл. 15.06.89, Бюл. № 22 // Открытия. Изобретения. -1989,-№22.- С. 47.

13. A.c. 1531951 СССР, МКИ4 А 23 L 1/18. Способ автоматического управления процессом получения взорванных зерен/ А.Н. Остриков, В.М. Кравченко, A.A. Шевцов (СССР). - № 4397599 /31 - 13; Заявлено 28.03.88; Опубл. 30.12.89, Бгол. jYs 48//Открытия. Изобретения.-1989,-№ 48,-С. 20-2 Î.

14. A.c. 1553807 СССР, МКИ5 F 26 В 11/04. Сушилка непрерывного действия для термочувствительных материалов / C.B. Ни-

колаенко, С.Т. Антипов, A.A. Шевцов. Г.А. Денисов (СССР). - № 43S7748 / 24 - Об. Заявлено 09.03.88. Опубл. 30.03.90. Бюл. № 12 // Открытия. Изобретения. - 1990,- № 12.- С. 112.

15. A.c. 1584887 СССР, МКИ4 А 23 L 1/10. Способ автоматического управления процессом гидротсрмичсской обработки продмага/ ИТ. Кретов, Г.В. Калашников. A.A. Шевцов, В.М. Кравченко, А.Н. Остриков (СССР). - № 4437211 / 31 -13; Заявлено 07.07.88; Опубл. 15.08.90, Бюл. JN'ü 30// Открытия. Изобретения. -1990,- № 30.- С. 15 - 16.

16. A.c. 1603164 СССР. МКИ5 F 26 В 25/22. Способ автоматического регулирования процесса сушки сыпучих материалов во вращающемся барабане/В ..Я. Валуйский, С.Т. Антипов, A.A. Шевцов. C.B. Николаенко, А.Д. Каланчин, C.B. Шахов (СССР). 4466259/ 24 - 09; Заявлено 26.07.88; Опубл. 30.10.90, Бюл. JS» 40// Открытия. Изобретения. -1990 - № 40. - С. 161.

17. A.c. 1606100 СССР, МКИ5 А 23 L 1/18. Установка для производства взорванных зерен/ А.Н. Остриков, A.A. Шевцов,

B.М. Кравченко (СССР). - № 4612585/31 - 13; Заявлено 05.12.88; Опубл. 15.11.90, Бюл. № 42//Открытия. Изобретения. -1990.- № 42.-

C. 32.

18. A.c. 1630762 СССР, МКИ5 А 23 L 1/18. Установка для получения взорванных зерен/А.Н. Остриков, В.М. Кравченко, A.A. Шевцов (СССР). - №. 4646954/13, Заявлено 07.02.89; Опубл. 28.02.91, Бюл. Л!1 8 // Открытия. Изобретения. - 1991,- № 8,- С. 25.

19. A.c. 1657907 СССР, МКИ5 F 26 В 11/04. Барабанная сушилка / A.A. Шевцов, Г.А. Денисов, В.А. Грачёв (СССР), Ю. Му-зали (Алжир). - № 4638389 / 06, Заявлено 16.01.89; Опубл. 23.06^91, Бюл. 23 // Открытия. Изобретения,- 1991,-№ 23,- С. 46.

20. A.c. 1710964 СССР, МКИ3 F 26 В 25/22. Способ автоматического управления процессом сушки гранулированных материалов во вращающемся барабане ! 10.И. Шишацкнй, A.A. Шевцов, Г.А. Денисов, В.В. Грачев (СССР). - №. 4652092 / 06, Заявлено 13.12.88; Опубл. 07.02.92, Бюл, № 5 // Открытия. Изобретения. -1992.-JVs 8,- С. 34.

21. A.c. 1728606 СССР, МКИ5 F 26 В 17/10. Сушилка кипящего слоя/ A.A. Шевцов, Г.А. Денисов, Ю.И. Шишацкий, И.А. Гри-

банов (СССР). - № 4797755 / Об, Заявлено 02.03.90; Опубл. 23.04.92. Бюл. № 15//Открытия. Изобретения. - 1992,- № 15,- С. 73.

22. Пат. 2006768 РФ. МКИ5 F 26 В 05/06. Способ автоматического управления процессом сушки продукта в сублимационной сушилке / C.B. Николаенко, A.A. Шевцов, C.B. Шахов (РФ). - Ла 4928409/06; Заяг о 19.04.91; Опубл. 30.01.94. Бюл. N° 2 // Открытия. Изобретения. - 1994,- JY« 2. - С. 116.

23. Пат. 2008588 РФ. МКИ5 F 26 В 05/06. Конденсатср-вымо-раживатель для сублимационной сушилки/С.В. Шахов, A.A. Шевцов. Г.И. Мосолов (РФ). - № 4952471/06: Заявлено 28.06.91; Опубл. 28.02.94. Бюл. JYs 4 // Открытия. Изобретения. - 1994. - № 4. - С. 131.

24. Пат. 2018077 РФ. МКИ5 F 26 В 25/22. Способ автоматического управления процессом сушки сыпучего продукта / М.Г. Пар-фенопуло. A.A. Шевцов, C.B. Николаенко, Г.И. Мосолов, C.B. Шахов (РФ). - Да 4941474/06; Заявлено 03.06.91; Опубл. 15.08.94. Бюл. jYü 15 // Открытия. Изобретения. - 1994. - JVa 15. - С. 137.

25. Пат. 2053468 РФ, МКИ6 F 26 В 17/04. Питатсль-грлнуля-тор вакуум-сублимационной сушилки / С.Т. Антипов, A.A. Шевцов, C.B. Шахов, C.B. Николаенко, Г.И. Мосолов (РФ). - № 5028593/06; Заявлено 25.02.92; Опубл. 27.01.96. Бюл. № 3 // Открытия. Изобретения. - 1996.-jYs3.-C. 268.

26. Пат. 2108523 РФ, МКИ6 6 F 26 В 25/22. Способ автоматического регулирования процессом сушки продукта в сублимационной сушилке / A.A. Шевцов, М.Н. Шахова, Ю.Н. Золотарев (РФ). -№ 96100252/06; Заявлено 05.01.96; Опубл. 10.04.98. Бюл. № 10 // Открытия. Изобретения. - 1998. - № 10 .- С. 78.

27. Пат. 2113132 РФ, МКИ6 6А 23 L 1/10, G 05 D 27/00. Способ автоматического управления комбинированным "варочно-сушильным процессом обработки сыпучего продукта / Г.В. Калашников, A.A. Шевцов, А.Г. Тисленко (РФ). - № 96124201/13; Заявлено 24.12.96; Опубл. 20.06.98. Бюл. № 17 // Открытия. Изобретения. -1998. -№ 17.-С. 24.

28. Пат. 2117228 РФ, МКИ0 6А 23 L 1/10, G 05 D 27/00. Способ автоматического управления процессом сушки / И.Т. Кретов, A.A. Шевцов, И.В. Лакомов (РФ). - № 96111571/06; Заявлено

г04.06.96; Опубл. 10.08.98. Бюл. -Ys 22 У/ Открытия. Изобретения. -1998. -№ 17.'-С 28.

29. Пат. 2131103 РФ, MKI-f F 26 В 22/25. Способ автоматического управления процессом сушки/Л.Н. Остриков, A.A. Шевцов, P.A. Володин (РФ). - № 98101408/06; Заявлено 23.01.98; Опубл. 27.05.99. Бюл. Да 2! II Открытия. Изобретения. -1999. 21. -С. 43.

Статьи

30. Оптимизация сушки зерна во вращающемся барабане/

B.Я. Валуйскин, A.A. Шевцов, С.В Шахов., Ю. Музали // Хлебопродукты. - 1990. - № 8. - С. 18 - 21.

31. Кретов И.Т., Шевцов A.A. К оптимизации процесса сушки солода по экономическому показателю//Гидродинамика, тепло- и массообмен в зернистых средах / ИХТИ. Иваново. 1983. - С. 72 - 75.

32. Кретов И.Т., Парфенопуло М.Г., Шевцов A.A. Расчет процесса сушки зерна пшеницы в барабанной сушилке с профильной канальной насадкой//Изв. вузов. Пищевая технология. -1992,- № 12. -

C. 60-62.

33. Кретоз И.Т., Шевцов A.A. Резервы экономии энергозатрат при сушке солода // Пищевая и перерабатывающая промышленность.'- 1986. - Л'2 12. - С. 41 - 42.

34. Кретов И.Т., Сероулов Ю.С.. Шевцов A.A. Расчет процесса су шки солода в высоком слое при переменном режиме // Изв. вузов СССР. Пишсвая технология. - 1987. - № 4. - С. 83 - 87.

35. Кретов И.Т., Шевцов A.A., Сербулов Ю.С. Расчет процесса сушки солода// Изв. Вузов СССР. Пищевая технология. - 1989. -№4.-С. 72 - 74.

36. Кретов ИТ., Фомин Н.Г., Шевцов A.A. Идентификация кинетики процесса сушки и ферментации коллоидных капиллярно-пористых юл /7 Теоретические основы химической технологии.-1989,- Т. XXIII. -С. 684-687.

37. Кретов И.Т., Шевцов A.A. Оптимизация процесса сушки солода методами математического моделирования//Изв. вузов. Пищевая технология.-1994,- № 1-2. - С. 39-42.

38. Кретов И.Т., Шевцс. i А.А Автоматическая оптимизация процесса сушки солода в высоком слое // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1994. - № 5-6. - С. 62 - 65.

38

39. Оптимизация непрерывнодейетвующеи сублимационной сушилки / И.Т. Кретов, C.B. Николаенко, A.A. Шевцов, С.Т. Анти-пов // Холодильная техника. - 1989. - № 9. - С. 33 - 35.

40. Кретов И.Т., Николаенко С. В., Шевцов A.A. Резервы экономии энергозатрат при сублимационной сушке // Изв. вузов СССР. Пищевая технология. - 1989.-№ 6. - С. 66 - 68.

41. Кретов И.Т., Шевцов A.A., Шахов C.B. Алгоритм функционирования системы управления сушильной установкой с рециркуляционными потоками // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1996,-№5-6..- С. 52-55.

42. Реализация оптимальных режимов процесса сублимационной сушки в установках непрерывного действия/ И.Т. Кретов, A.A. Шевцов, C.B. Шахов, C.B. Николаенко// Изв. вузов. Пищевая технология. - 1997. - № 6.-С. 51-53.

43. Кретой И.Т., Шевцов "A.A., Лакомов И.В. Концепция моделирования прибыльных технологий сушки зерна // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук.-1997.-№ 1.-С.51- 54.

44. Кретов И.Т., Шевцов A.A., Лакомов И.В. Программно -логические функции системы управления теплонасосной сушильной установкой // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1998. - N.? 4. -С. 69 - 72.

45. Николаенко Ç.B., Шевцов A.A. Снижение удельных энергозатрат при сублимационной сушке творога // Холодильная техника .- 1993.-№ 5.-С.23 - 24.

46. Остриков А.Н., Шевцов A.A. Оптимизация процесса сушки термолабильных продуктов // Изй. вузов СССР. Пищевая технология.'- 1991,-№ 1-3,-С. 127-129.

47. Остриков А.Н., Шевцов A.A. Обоснование выбора прибыльных технологий сушки с использованием перегретого пара /! Вестник ВГТА. - 1998.-№ 3,- С. 65 - 71.

48. Парфенопуло М.Г., Шевцов A.A. Снижение энергетических потерь при сушке свекловичного жома // Пищевая промышленность. Приложение «Хранение и переработка сельхозсырья». -1993.-№ 2.-С. 10-12.

49. Сербулов Ю.С., Шевцов A.A. Рационально использовать топливно-энергетические ресурсы 11 Пищевая промышленность. -1990. -Л'2 2. - С. 18 - 19.

50. Фомин Н.Г., Болотов Н.А., Шевцов А.А. Зависимость активности солода от параметров сушки // Ферментная и спиртовая промышленность. - 1984. - № 2. - С.'30 - 33.

51. Золотарев Ю.Н., Шевцов А.А. Математическое моделирование динамики процесса десублимации при сублимационной сушке//Химическая промышленность. - 1995,-№ 5-6,- С. 45-48.

52. Шевцов А.А., Тертычная Т.Н. Методология выбора оптимальных решений при сублимационной сушке ферментного препарата инулазы Aspergillus aw amor i 2250 // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 1997,- № 6.- С. 24 - 26.

53. Шевцов А.А., Шахов С.В., Николаенко С.В. Оптимальное управление процессом сублимационной сушки в установках непрерывного действия И Вестник Международной академии холода. -

1998.-№3 -4. - С. 31 -33.

54. Золотарев Ю.Ы., Шевцов А.А. Расчет характеристик нестационарного процесса десублимации при сублимационной сушке //Вестник Международной академии холода. - 1999. -№ 2. - С, 6 - 8.

55. Моделирование процесса конденсации влаги из влажного воздуха в снеговую шубу при его осушении в испарителе теплона-сосной сушильной установки/И.Т. Кретов, А.А. Шевцов, И.О. Павлов, И.В. ЛакомовУ/Вестник Международной академии холода.-

1999.-№2. -С. 13-16.

Подписано в печать 06.09.99 г. Формат 60x90 1/16. Бумага для множительных аппаратов. Офсетная. Усл. печ. л. 2,5. Тираж 100 экз. Заказ 32

Воронежская государственная технологическая академия 394017, Воронеж пр. Революции, 19. Участок оперативной полиграфии ВГТА

Период постоянной скорости сушки имеет характерную особенность: он протекает при температуре насыщения Г, = 373 К и не зависит от температуры теплоносителя. и(т) = и„-Ыт. (6.10)

Первое критическое влагосодержание икрит зависит от технологических параметров процесса и приближенно является линейной функцией скорости сушки икрит=а+ЬК, (6.11) где а и ¿ - эмпирические коэффициенты: для рисовой крупы ¿7 = 0,174 и ¿ = 0,105; для пшеничной - а = 0,196 и Ь = 0,025; для гречневой - а = 0,188 и ¿ = 0,064; для овсяной -¿7 = 0,185 и ¿ = 0,067; для перловой - ¿7 = 0,157 и ¿ = 0,106 (см. табл. П-6.5).

Для расчета скорости сушки в этом периоде была использована корреляционная зависимость [143]:

М = В(Тп-Т,)%с^7н', (6.12) где В ,а, с М, т - эмпирические коэффициенты (табл. 6.1).

Таблица 6.

Значения эмпирических коэффициентов уравнения (6.12)

Крупа Значения эмпирических коэффициентов

В а с • СІ ш

Перловая 1,37 1,40 1,00 -3,20 4,

Рисовая 1,57 1,27 0,60 -2,43 2,

Пшеничная 6,06 1,54 1,04 -2,31 1,

Гречневая 6,57 1,10 1,35 -2,78 3,

Овсяная 0,03 1,50 1,10 -2,37 3, Р т зх/Р ср)

А # / о/ /у к: чс ос

0,4 0,

1,2 1,

А/Окр)

0,0 5 Ь, м

Рис. 6.8. Зависимость степени расширения слоя перловой крупы от числа псевдоожижения при различных высотах слоя, мм: 1 - 25; 2 - 40; 3 - 50; 4

Рис. 6.9. Зависимость величины (Ртах/Ртщ) от высоты псевдоожиженного слоя рисовой крупы при различных удельных нагрузках, Н/м2: 1 - 176; 2 - 259; 3 - 345; 4

СОГЛАСОВАНО"

Проректор по H И Р В< " сударственной ескои академии А.Н. Остриков

1998 г. производственных испытаний способа управления процессом сушки яблок кондиционированным воздухом в ленточной сушилке с применением теплового насоса

Мы, нижеподписавшиеся, представители заготконторы Семилукско-го райпотребсоюза Воронежского ОПС: главный механик Л.Л. Кудрявцев, инженер-технолог Л.Н. Якимова, электрик В.А. Ягодкин и Воронежской государственной технологической академии: доцент кафедры МАПП, к.т.н. A.A. Шевцов, доцент кафедры МАПП, к.т.н. C.B. Шахов, ассистент кафедры "Промышленная энергетика" И.В. Лакомов составили настоящий акт в том, что в сентябре 1998 г были проведены производственные испытания способа управления процессом сушки яблок кондиционированным воздухом в ленточной сушилке с применением теплового насоса (Положительное решение РОСПАТЕНТА по заявке № 96111571/06 на изобретение "Способ автоматического управления процессом сушки" с приоритетом от 4 июня 1996 года). Испытания были проведены на территории заготконторы Семилукского райпотребсоюза на модернизированной промышленной ленточной сушилке Л С 1,2 - 6НК - 01.

Выполненные исследования позволили определить рациональные технологические параметры процесса (скорость сушильного агента 0,4.2,0 м/с, температура сушильного агента 313.353 К, начальное влагосодержа-ние сушильного агента 0,001 .0,020 кг/кг. высота слоя резаных яблок

Утвервдаю

Утверядакг Взктор Воронежского техноловнералїішіі директор 0. ВПО шшо-фЙаш:огольноіі ff^'S'- ПТЯШЙЛЄННОСТІІ

И' ' Е.В

ШЕВ F.И, 1984 Г.

РАСЧЕТ

I „' * 26 (7 октября 1984 Г. экономического эффекта от использования es обре тения по авторскому свидетельству & ІІПІ64? "Сушилка для сыпучих материалов" авторов кретова К.Т», Кравченко В.М., Ос трикова А.Н., Шевцова A.A.

Изобретение относится к устройствам для сушки сыпучих материалов, преимущественно зерна, и может быть использовано в пивоваренной промышленности для сушки солода, коншическик зіМ>ект достигается за счет того, что сушилка содержит расширявшуюся книзу шахзу, последняя выполнена саулен-чатой с образованием в каждой сзупени автонсшой сушильной зоны» причем кащая ступень имеет постоянную по высоте площадь поперечного сечения, а боковые стенки каждой ступени установлены с возможное тью вертикального и горизонтального перемещения, так как выполнены телескопическими и снабжены шарнирными механизмами с винтовым приводом.

Внедрение предлагаемой сушилки по сравнению с вертикальном солодосушилкоіі на Воронежском пивзаводе позволит увеличить производительность на 8-1С$.

Расчет экономической эффективности в сравнении с базовым вариантом произведен по "Методике определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений", утвержденной постановлением ГШ* СССР, Госпланом СССР, AF СССР и ІК по делам изобретений и открытий. В качестве базового варианта принята вертикальная солодосушилка, установленная на Воронежском пивзаводе.

Общее изменение статей затрат на I тонну высушенного солода составит:

Статьи затрат

Вертикальная солод о- Предлагаемая сушилка на Воронеж- сушилка скш пивзаводе

1. Амортизационные отчисления 6,

2. Заработная плата 1,

3. стоимость энергозатрат 0,966 4* Стоимость потерь продукта 0,

Общезаводские и цеховые расходы 7, 9о

Итого : 16,

5,158 0,876 0,831 0,

6,574 13,

Следовательно, внедрение предлагаемой сушилки позволит снизить затраты на сушку I т солода на 16,499 - 13,459 в = Г,040 руб.

Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемой сушилки составит: -[(с, ♦ Ен-к;;-(сг ♦ Ей.к')]-Аг [(224,21 + 1,345) - С221,17 + 3,21725 -= 25 ООО руб.

Канд. техн. наук, доцент Мл. научный сотрудник

Кравченко В.М. Шевцов А.А.