автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Развитие научных основ, создание и реализация методов и средств повышения эффективности конвективной сушки солода в высоком слое

£

<Л/

На правах рукописи

ГАВРИЛЕНКОВ Александр Михайлович

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ, СОЗДАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ СОЛОДА В ВЫСОКОМ СЛОЕ

Специальность 05.18.12- Процессы и аппараты пищевых производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж 1997

- г -

Работа выполнена в Воронежскрой государственной технологической академии.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники I

доктор технических наук, профессор Б.И.Леончик; доктор технических наук, профессор Е.П.Кошевой; доктор технических наук, профессор В.В.Варваров

Ведущая организация: научно-исследовательский институт пиво-

безалкогольной и винодельческой промышленности (г.Москва)

Защита состоится Л^^/^лГ 1997 г. в 14 часов 30 мин на заседании диссертационного Совета Д 063. 90.01 Воронежской государственной технологической академии в конференц-зале по адресу: г.Воронеж, пр.Революции, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГТА. Автореферат разослан марта 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного проф. В.Г.Григоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Одна из основ развития современного общества и роста уровня жизни - повышение эффективности производства. Значительную роль в этом играет научно-технический прогресс, опирающийся на фундаментальные и прикладные исследования.

При изготовлений многих пищевых продуктов, а также для обеспечения сохранности различных видов сырья широко применяется сушка, на которую расходуется большое количество энергии.

Пивоваренный солод принадлежит к сыпучим зернистым продуктам, обрабатываемый на конвективных сушилках. Он выпускается в больших количествах (в России в настоящее время - около 580000 т/год), его производство характеризуется высокими удельными энергозатратами (электроэнергии - 40-70 кВт-ч/т; теплоты 3,0-6,7 ГДж/т). необходимостью модернизации основной части парка солодосушилок (физически изношенных и морально устаревших) и улучшения качества получаемого продукта (определяющего ряд основных показателей пива).

Актуальность исследований по сушке солода обусловлена очевидной целесообразностью повышения ее эффективности при отсутствии необходимого научного обоснования.

Кроме того, солод благодаря своим свойствам может рассматриваться как объект сушки, характерный для большой группы сыпучих пищевых продуктов, что дает возможность расширить область применения полученных результатов.

Работа выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Роспивпрома МПП РСФСР, целевой программой создания и развития технологического оборудования для перерабатывающих отраслей АПК в рамках направления "Конверсия оборонных отраслей промышленности", входящего в Федеральную программу перестройки экономики России до 1995 г.; Российской научно-технической программой "Новые интенсивные технологии, для агропромышленного комплекса России в интересах решения продовольственной проблемы на 1992-1993 гг."; научно-технической программой Госкомвуза РФ "Вуз-Черноземье"; программой научно-исследовательских работ Госкомвуза РФ 1992-1996 гг.; ежегодными планами кафедры машин и аппаратов пищевых производств Воронежской государственной технологической академии (ранее Воронежского тех-

нологического института) за 1964-1996 гг.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка научных основ создания способов и средств повышения эффективности сушки солода в высоком слое (включая снижение энергозатрат) с учетом его специфики, а также их техническая реализация.

Поставленная цель определяет необходимость решения следующих задач.

1. Получить, систематизировать и проанализировать комплексную информацию о физических процессах, протекающих при конвективной сушке высокого слоя солода.

2. Создать математическую модель конвективной сушки высокого слоя солода.

3. Разработать методики синтеза оптимальных динамических режимов сушки объекта с распределенными параметрами для характерных случаев ее реализации. Провести синтез и промышленную апробацию таких режимов для солода.

4. Обосновать и определить рациональные значения основных конструктивно-функциональных параметров средств реализации процесса сушки солода в высоком слое.

5. Дать математическое обоснование управления показателями качества сухого солода с помощью режимов сушки.

6. Предложить способ определения рационального значения начальной высоты слоя высушиваемого солода.

7. Разработать способы и системы автоматического управления работой солодосушилок, обеспечивающие повышение их эффективности.

Научная новизна. Создана математическая модель конвективной сушки высокого слоя солода как объекта с распределенными параметрами, отражающая многостадийное протекание тепломассопереноса.

Разработаны, обоснованы и апробированы методики синтеза оптимальных динамических режимов сушки солода в высоком слое для характерных вариантов проведения процесса.

Предложен способ определения рационального значения начальной высоты слоя высушиваемого солода и получена совокупность» зависимостей, необходимых для его использования.

Дано математическое обоснование управления показателями качества сухого солода с помощью режимов сушки.

Экспериментально получена, систематизирована и проанализирована комплексная информация о физических процессах, протекающих

при конвективной сушке солода в высоком слое, установлена их специфика.

Обоснованы и определены рациональные значения основных конструктивно-функциональных параметров средств реализации процесса сушки солода в высоком слое.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Проведенные экспериментальные и теоретические исследования позволили разработать научно обоснованные предложения по повышению эффективности сушки солода, и оборудования для ее проведения. При этом создана энергосберегающая технология, включающая энергетически оптимальные режимы проведения процесса, создающие также условия получения высоких качественных показателей продукта. Найдено рациональное значение высоты слоя материала (для постоянной удельной нагрузки на сушильную решетку), позволяющее существенно снизить удельный расход теплоты и увеличить удельную производительность установки. Предложено совмещение загрузки и сушки (то есть проведение продесса с возрастающей удельной нагрузкой на сушильную решетку), дающее возможность увеличить примерно на 10 % производительность сушилок и снизить удельные энергозатраты без капитальных влонений. Установлено, что высота слоя солода (без перемешивания) практически не влияет на показатели качества, предусмотренные действующим ГОСТ 29294-92. Рекомендован отказ от перемешивания высокого слоя солода при сушке, что позволяет снизить стоимость сушилок, упростить их конструкцию и эксплуатацию, уменьшить выброс пыли в атмосферу. Предложена рециркуляция дымовых газов при огневом обогреве солодосушилок, снижающая расход топлива, а также тепловые и газовые- выбросы в атмосферу. Созданы новые высокоэффективные конструкции солодосушилок. загрузочных и разгрузочных устройств. Разработаны способы агрегатирования воздушных трактов многозонных сушилок.

Апробация работы.

В промышленность внедрены:

- режимы сушки солода в высоком слое на солодосушилках Ш4-ВСМ-1 и установках производства солода статическим методом (пивзаводы им. Бадаева и Останкинский в Москве, им.. Ст. Разина в Санкт-Петербурге, солодовенный завод в г.Бердичеве - Украина), при этом режимы сушки на установках Ш4-ВСМ-1 рекомендованы в качестве типовых;

- способ сушки с совмещением загрузки и сушки (пивзавод им.Бадаева в Москве), который может внедряться на любых установках с горизонтальными сушильными решетками;

- комплекс мероприятий по повышению эффективности работы солодосушилок на пивзаводе "Воронежский", включающий агрегатирование воздушных трактов двух вертикальных трехъярусных солодосуши-лок и увеличение высоты слоя продукта в каждой из них;

- рециркуляция дымовых газов при огневом обогреве калориферов солодосушилок (пивзавод им. Ст.Разина в Санкт-Петербурге);

- совершенствование конструкции серийно выпускаемой солодо-сушилки U14-BCM-1.

При непосредственном участии автора созданы рабочий проект и режимы работы горизонтальной солодосушилки производительностью 20 т/сут. по сухому солоду. Они приняты государственным Институтом по проектированию предприятий пищевой промышленности N2 "Гипро-пищпром-2" для использования в проекте реконструкции солодовенного цеха пиво-безалкогольного комбината "Курский".Это повысит его мощность с 40000 до 48000 г солода в год.

Разработанные под руководством и при личном участии автора методики теплового и аэродинамического расчета солодосушилок использованы Московским конструкторским бюро научно-производственного объединения напитков и минеральных вод (в настоящее время фирма "Москон") при проектировании установок для сушки солода.

Экономический эффект от внедрения в промышленность результатов исследований составляет около 2,7 млн.р. в год в ценах 1990 г.

Разработанные конструкции солодосушилок, их агрегатов, загрузочных и разгрузочных устройств, способ сушки солода, а также способ и система автоматического управления работой солодушилок защищены 17 авторскими свидетельствами.

Результаты исследований доложены и обсуждены на .20 научных и научно-практических конференциях, симпозиумах, семинарах и др., а также на заседаниях Всесоюзного коллоквиума "Процессы и аппараты пищевых производств" и ежегодных отчетных научных конференциях Воронежского технологического института (ныне Воронежской государственной технологической академии - ВГТА).

Материалы, полученные в ходе выполнения данной работы, используются .в ВГТА при чтении лекций и выполнении курсовых и дипломных проектов студентами специальности 170600 - "Машины и аппа-

раты пищевых производств".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 100 работ, в том числе две монографии, три обзора, 77 статей и тезисов научных докладов, 17 авторских свидетельств и 1 патент.

Структура и обьем работы. Диссертация включает введение, пять глав, общие выводы, список литературы и приложения. .Работа содержит 352 страницы основного текста, 56 рисунков, 29 таблиц. 325 литературных источников и приложения на 77 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ СУМКИ ПИВОВАРЕННОГО СОЛОДА И ПРОБЛЕМЫ ИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Солод представляет собой предварительно замоченные и пророненные в специальных условиях (с целью ферментативных изменений) зерна ячменя с несколькими корешками, в дальнейшем подвергнутые сушке для получения дополнительных качественных изменений и длительного хранения.

Широкий диапазон изменения влагосодержания материала, механизм влагоудаления и прогрева, а также ряд теплофизических и физико-механических характеристик солода позволяют рассматривать его сушку как достаточно типичный случай этого процесса. Поэтому приемы его математического описания и синтеза оптимальных режимов могут использоваться при решении аналогичных задач для других продуктов.

В первой главе диссертации проанализировано состояние технологии сушки солода и применяемых для этого установок как единой производственной системы. Отмечено, что эксплуатируемые в настоящее время различные промышленные солодосушилки имеют недостаточно высокие технико-экономические показатели, меняющиеся в весьма широких пределах, в зависимости от типа установки и присущих ему режимов работы и высоты слоя продукта.

Отсутствуют четкие критерии оценки предусмотренных технологическими инструкциями режимов сушки. Они не регламентируют скорости воздуха и высоты слоя солода, оказывающих несомненно большое влияние на эффективность процесса.

Солодосушилки отличаются количеством зон, конструкциями заг-

рузочных и разгрузочных устройств, высотой слоя продукта и др. Использованные в них функционально-конструктивные решения не имеют достаточного научного обоснования.

Системный анализ собранной информации позволил выявить комплекс компонентов поставленной цели, обусловленные ими ключевые задачи, а также определить рациональные средства и методы их решения.

2.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОЙ СУШИ ВЫСОКОГО СЛОЯ СОЛОДА

Анализ выполненных ранее работ по теплообмену потока со слоем частиц - объектом с распределенными параметрами - показал, что имеющиеся математические методы описания этого процесса в их первоначальной форме не применимы в рассматриваемом случае, так как не учитывают влияния сопряженного переноса массы. Исследования по прогреву материала при сушке обычно проводились на объектах с сосредоточенными параметрами и не отражали динамики процесса в объекте с распределенными параметрами. Поэтому решалась задача выбора способа математического описания прогрева высокого слоя солода при сушке. Наиболее рациональным было признано сочетание скорости перемещения изотермических сечений (с применением критерия гидродинамической гомохронности) и метода идентификации.

С учетом трудности аналитического описания процессов конвективного тепломассообмена в слое зернистого материала, представлялось целесообразным применить комплексный метод исследования -экспериментально-аналитический, основывая его на системном подходе к решению проблемы.

Исследования Р.Шленка, Г.Леберле, В.И.Попова. В.Е.Балашова и др. по сушке солода проведены со слоем малой высоты, поэтому полученные ими результаты не раскрыли динамики процесса и особенностей его протекания в высоком слое материала.

Исходя из того, что высокий слой солода - объект с распределенными параметрами, моделирование сушки которого с помощью отдельных частиц или "элементарного" слоя методически недостаточно обоснованно, исследования были проведены нами на фрагменте слоя натурной высоты (1,2 м), помещавшемся в сушильную камеру диаметром 0,4 м. (Последний выбран с учетом пристенного эффекта). Сушка

проводилась с помощью нагретого воздуха, продувавшегося снизу сквозь слой солода. Опытная установка была оснащена необходимыми измерительными приборами, средствами контроля и регулирования расхода воздуха, системой автоматического управления его температурой и влагосодержанием.

Принятая методика измерений и соответствующее расположение датчиков позволили в результате каждого опыта получать: совокупность следующих данных: о кинетике влагоудаления для ряда горизонтальных сечений слоя и поле влагосодержания солода по высоте слоя в различные моменты времени, о кинетике нагрева материала для ряда тех же сечений слоя и поле температуры слоя по высоте для тех же моментов сремени, а также величины статического давления воздуха и усадки солода по высоте слоя в различные моменты времени сушки.

Первичные экспериментальные данные представляли собой значения влагосодержания материала в 10-12 точках по высоте слоя, полученные с постоянным шагом по времени (1 ч), и значения температуры воздуха и материала в тех же точках слоя, также полученные с постоянным по времени шагом, равным 1 мин. В связи с нестационарностью процесса они интерпретировались как кривые сушки для ряда сечений слоя, поля влагосодержания слоя в различные моменты времени, кривые прогрева для тех же сечений слоя и температурные поля в различные моменты времени.

Их анализ позволил получить качественную характеристику протекания сушки в слое, выявить ее закономерности и специфику.

На температурном поле слоя (рис.1) четко выражена зона прогрева. Ее высота увеличивается с ростом скорости воздуха и снижается с увеличением его начальной температуры, во всех случаях оставаясь существенно меньше высоты слоя. С течением времени зона прогрева перемещается в направлении движения сушильного агента. Скорости перемещения ее границ пропорциональны скорости воздуха, при этом значения коэффициента пропорциональности меняются с течением времени и возрастают с увеличением температуры воздуха.

Кривые прогрева (рис.2) имеют два четко выраженных этапа: первый - от начальной температуры материала до температуры мокрого термометра Ьга, второй - от Ьга до температуры воздуха на входе в слой. Между ними существует интервал времени с температурой, равной Длительность этого интервала зависит от координаты

рассматриваемого поперечного сечения и соизмерима со временем прогрева от tm до tn(0), и превышает его в несколько раз в верхних сечениях слоя. Продолжительность первого этапа пренебрежимо мала.

Использование критерия гидродинамической гомохронности основано на установленной пропорциональности скоростей воздуха и скоростей перемещения изотермических сечений в слое.'Благодаря этому осуществлена свертка части экспериментальных зависимостей, получены обобщенные кривые относительной интенсивности движения этих сечений. Для описания динамики полей температуры в высоком слое материала нами предложен комплекс Y={Ho/E)

Y=(0,136tv2-l, 976т?+7,252) ■ 1СГ2, т„=тД0, т0=1 ч. (1)

Влияние массопереноса на перенос теплоты учитывается величиной Е и составляющей (1УД, затрачиваемой на испарение влаги.

Нами установлено, что при прогреве высушиваемого слоя солода величина меняется с течением времени вследствие снижения вла-госодержания материала на передней границе зоны прогрева.

Таким образом, на основании экспериментальной зависимости (1) определяется длительность периода пребывания солода при температуре мокрого термометра, предшествующего собственно прогреву. Для описания последнего в результате сопоставления возможных вариантов выбран метод идентификации, основанный на статистическом анализе временных рядов. Его достоинством является адаптивная итерационная подгонка модели, начиная с ее простейшего вида.

В соответствии с требованиями метода проведена серия опытов со случайными значениями температуры и скорости воздуха на входе в слой. Так как процедуры идентификации разработаны для стационарных процессов, при представлении прогрева в необходимой форме нами использован переход к первым разностям экспериментальных данных tz. Анализ их временных рядов показал, что описание прогрева при двух регулируемых входных величинах предпочтительно с помощью модели вида

tz= Yt (B)tz(0,+Ye(B)wz(0)= (B)t(0Hz.a) +

+бг"! (B)w8 (B)Vf(o) (Z-b) +NZi (2)

После выполнения всех вычислительных процедур окончательно подогнанная модель передаточная функция - шум имела вид 0,223+ 0,288В -0,061+0,01В

tz = --- WZ(01 + --- t, / о > + а, , (3)

1+0, 082В-0, 4В2 2(0) 1-0, 46В-0, 2Вг г<0>

где а, - "белый" шум.

К достоинствам полученных зависимостей следует отнести их аддитивный характер. Это особенно удобно при расчете кинетики процесса с переменными по времени входными режимами. Такой подход может применяться в аналогичных случаях для любых других сыпучих материалов.

Учитывая отмеченную ранее специфику протекания прогрева высушиваемого высокого слоя солода, для определения его температуры мы предложили методику, в которой сочетается определение длительности периода с по скорости перемещения изотермического сечения с этой температурой

(4)

и расчет протекания собственно прогрева по уравнению (3).

При этом учитывается влияние массопереноса на перенос теплоты. так как базируется на результатах обработки экспериментальных данных, полученных в условиях совместного протекания прогрева и влагоудаления.

Значение влагоудаления и зависимостей, описывающих его кинетику, в рассматриваемом случае очевидно. Для солода соответствующие данные получены в ранее выполненных работах Р.Шленка, В.И.Попова, В.Е.Балашова, И.А.Елагиной, В.А.Потрошкова и др. Однако их исследования были проведены на образцах с высотой слоя до 0, 2 м и поэтому не отразили особенностей протекания процесса в высоком слое и его динамики.

Нами экспериментально установлено, что активный влагообмен происходит в ограниченной части слоя, имеющей значительную высоту и размытые границы (рис.3). Длительность сушки связана с высотой слоя и скоростью воздуха линейными зависимостями, параметры которых определяются температурой подводимого воздуха. Для динамики поля влагосодержания солода характерно смещение изоконцентрацион-ннх сечений с течением времени в направлении движения сушильного агента. Выявлена специфика влагоудаления в высоком слое солода: в его сечениях на высоте более 0, 65 м в определенных условиях возможны периоды сохранения постоянного влагосодержания материала, а также его увеличения вследствие конденсации части влаги из агента сушки (рис.4).

Эти особенности протекания процесса послужили основой выбора

вида зависимости для его математической модели и инженерных расчетов.

В общем случае сушка может протекать в трех различных по характеру периодах, наличие которых определяется условиями проведения процесса. Исходя из этого для описания кинетики влагообмена мы предложили уравнение

Эи Э*

— = -Ш(17-икр)-К(и-ир)Н(икр1-и) + 0 л- Н(<р-1). (5)

ст

где Н - функция Хевисайда Н(х); х>0, Н=1; х<0, Н=0, при этом х - аргумент функции, р - коэффициент увлажнения материала.

Таким образом учитывается дискретно-стабильный характер сушки. При этом третье слагаемое описывает увлажнение материала в результате частичной конденсации влаги из сушильного агента, охлаждающегося ниже ^ в верхней части слоя, нагреваемой от начальной температуры до 1т. Однако необходимость определения икр1 и получения соотвествующих зависимостей осложняют использование (6), особенно при переменных значениях управляющих режимных параметров.

Поэтому для расчета времени сушки солода нами было признано целесообразным применить скорости перемещения в слое изоконцент-рационных поверхностей, учитывается установленный линейный характер его зависимости от высоты слоя. Длительность процесса может определяться по уравнению

(6)

Из полученной зависимости следует, что после высушивания нижнего сечения слоя производительность сушилки не зависит, от его общей высоты. Это позволяет сделать важный для практики вывод -производительность противоточной солодосушилки непрерывного действия не зависит от высоты слоя.

Значения г0 и \/т определяются режимом сушки; г0 может быть найдено любым из известных методов расчета, например, использующим коэффициент сушки К.

Ут= 1,193 - 0.962(0.ОП„(0)) - 1.848* - 2,218ц +

+ 0, 980(0, 01^(5) )г + 0,173иг + 4, 5061Ш, М/Ч. (7)

Нами найдены зависимости эффективных значений К для слоя в целом от его высоты, температуры и скорости воздуха. При этом отмечено, что ни одна интегральная кривая сушки не описывалась од-

ной экспоненгой.

Для ускоренного определения текущей влажности солода нами получено эмпирическое уравнение, вид которого был выбран на основе стохастического представления о диффузии молекул влаги из материала

И-Ир 1

а0_Ьт+сЬ

М0 -\1Р

1 1

е- 1/г ^ = _[1+ егГс — ( а0+Ьх+с1л)], (8)

2л -«> \/г

где а=сопз1', Ь=с№+р, с=Ки/+5, 1т=(Н+50) • 0,001.

Значения а, а, ■)(, б зависят от температуры воздуха. Так, например, для температурного режима ВНИИППа а=0,685; сс=0,900; Р=-0,089; "И), 222; 5=0,116.

Учитывая выявленные особенности протекания процесса в высоком слое солода, мы предложили математическую модель для общего случая конвективной сушки зернистых материалов Эи

— = - - ^П - кш - и0)Н(| Ь2 - 1;м|) +

дг

ы

+ (3— Н(Ф - 1) (9)

"о! - "цВ

^ = 1 -вмВ-^.В"

шог - ш12 В

1 - б,?В - 5??Вг

(10)

г=0. и=и0;

2=0.

г=гк, и--ик;

2=гк • Ц = ^п (0 ) '

и0 '■и^р, гк >г0.

Для устранения отмеченных ранее затруднений уравнение (5) заменено на (9), исходя из взаимосвязи прогрева и влагоудаления и учитывая, что расчет температуры слоя необходим в любом случае, а его реализация проще, чем определение икр1. При этом (10) описывает кинетику прогрева материала в периоде падающей скорости сушки. Применение (9) также дает преимущества при создании систем автоматического управления процессом.

Снижение влагосодержания солода вызывает усадку слоя по высоте. Знание ее величины необходимо при конструировании сушилок, а также в ряде других случаев. Полученные ранее зависимости относились к слою малой высоты и создавали трудности.при расчете, так как связывали искомую величину с влагосодержанием материала. Для определения усадки высокого слоя солода ДН(в м) нами получено расчетное уравнение, отражающее роль условий сушки ДН = (О, 267Н0 4 0,15- 10-Нп(о) + 0,016м - 0,0014)х х [1- ехр{- 0,386Н0~°'5 - 0,176Н0 + 0,47-10"21П(0) -- О,307и + + 0.384)2}], (11)

где ДН - усадка слоя по высоте, м.

Полученный результат неизбежно содержит стохастический шум, обусловленный действием случайных факторов (колебаниями длины ростков, размеров зерен, плотности их укладки в слое и др.).

Учитывая важную роль аэродинамического сопротивления слоя материала при конвективной сушке и отсутствие в литературе расчетных зависимостей, необходимых для его определения при высоком слое солода, нами проведены соответствующие исследования. Установлено, что перепад статического давления воздуха в слое практически прямо пропорционален его высоте, связан степенной зависимостью со скоростью потока и снижается во время сушки. Последнее указывает на возможность спонтанного изменения расхода воздуха (и теплота) с течением времени.

Для расчета аэродинамического сопротивления слоя ДР в соло-досушилках получены эмпирические формулы. Так например, максимальное (начальное) значение ДР (в Па) в одноярусной установке определяется по уравнению

ДР = 2042НИ1 ■ 53 (12)

при 0<г<0,34; 0, 2<«<1, 17 м/с; 0,15<Н<1, 05 м; 40«п(0) <85°С.

Научное обоснование и оптимизация способов и средств провет дения сушки солода, повышение их эффективности невозможны без учета влияния, оказываемого на качество получаемого продукта этими формирующими его воздействиями.

Изучению протекающих биохимических процессов, стойкости ферментов посвящены многочисленные работы. Общепринятые технологические ограничения на режим сушки солода предусматривают, что температура зерна не должна превышать предельно допустимых величин, возрастающих при снижении влагосодержания материала.

Нами решалась задача получения зависимостей основных показателей качества солода от режима сушки и высоты слоя. В результате статистического анализа и обработки опытных данных для них найдены соответствующие уравнения, например, для экстрактивности Е Е=75.71+0. 68ш-0, 04^(0, , (13)

при 0,2<иС1,17 м/с; 40а„, 0, <85° С; 0.05<Н<1, 05 м.

Их рассмотрение показало, что невозможен режим сушки, одновременно обеспечивающий лучшие (с точки зрения технологических требований к солоду) значения всех показателей. Они не зависят от Н и при определении оптимальной высоты слоя солода в данных условиях не являются критериями оценки. С помощью полученных зависимостей также.решается задача управления качеством получаемого продукта - определяются условия, необходимые для достижения заданных величин его показателей.

При переменных по времени режимах сушки регрессионные зависимости могут использоваться для приближенных оценок с постадий-ной разбивкой процесса и привлечением дополнительной неформализованной информации.

Для оценки качества солода при динамических режимах, а также для оперативного управления им во время сушки предложено использовать математический аппарат теории распознавания образов, базирующийся на алгебре логики.

Результаты выполненных исследований являются основой для разработки оптимальных методов и средств проведения данной технологической операции.

3.ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ОТЫСКАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ СОЛОДА В ВЫСОКОЙ СЛОЕ

Оптимизация режимов конвективной периодической сушки солода в высоком слое является динамической многофакторной задачей на объекте с распределенными параметрами. Критерий оптимальности при этом не определяется однозначно, так как эффективность процесса характеризуется-рядом показателей (производительность, энергозатраты, качество продукта и т.д.). Он выбирается в зависимости от поставленных целей и условий, для которых решается задача, и влияет на выбор используемых при этом методов.

Нами рассмотрен наиболее характерный для практики случай:

производительность установки известна, время сушки задано неравенством, начальная высота слоя известна и постоянна. Полученные решения могут использоваться в дальнейшем, например, для определения оптимальных значений высоты слоя, времени сушки и др.

Диапазон варьирования температуры воздуха на входе в слой исходя из технологических требований к сухому солоду был принят равным 40-85 0 С. Скорость воздуха на входе в слой менялась от 0,2 до 1,1 м/с, исходя из возможности обычно используемых на производстве вентиляторов, а также имеющейся научно-технической информации. По литературным данным высота продуваемого слоя солода в сушилках различных типов составляла от 0.3 до 1,2 м, достигая 2,5 м. Поэтому предварительно проведена оценка ее рациональной величины Нр. Для нахождения Нр, исходя из весомости компонентов эффективности процесса, нами предложено применять относительный термический коэффициент полезного действия слоя

А^сл ( 0 ) ~ Цх пт0= —- = 7-—— (14)

"Ьс л (шах) Ч> ( 0 ) Ц

Величина Пто по СУ™ близка к применявшемуся И.Л.Любошицем коэффициенту использования сушильного потенциала в реальной сушилке, особенно если учесть полученное Д.М.Левиным соотношение между снижением температуры воздуха и увеличением его влагосодер-жания при сушке. Поэтому т(Т0 оценивает также степень совершенства проведения влагоудаления, а принятая в (14) форма записи представляется предпочтительной, так как основывается на простом и надежном приборном обеспечении измерения используемых величин.

Определение значений п™ проводилось на основе полученных экспериментально кривых изменения температуры воздуха для различных сечений слоя и режимов сушки.

В связи с нестационарностью тепловлагообмена использовались средневзвешенные по времени величины Т1Т0 для каждого из значений высоты слоя при различных режимах сушки. Анализ полученных зависимостей (рис.5) показал, что наиболее интенсивное увеличение цТо происходит в интервале от 0 до 0,55-0,70 м, являющихся тем самым ее минимальным рациональным значением.

Учитывая ряд дополнительных факторов, в том числе и характер взаимосвязи производительности, энергозатрат и основных показателей качества солода с высотой слоя, значение Нр было принято рав-

ним 1,05-1,2 м.

Анализ литературных источников не выявил для поставленных нами оптимизационных задач методов решения, соответствующих их специфике, причем для некоторых из них отсутствует общая теоретическая база. Это привело к необходимости разработок методики оптимизации для характерных случаев проведения процесса с использованием существующего математического аппарата.

В качестве критериев оптимизации исходя из общепринятых технико-экономических показателей сушки могут быть приняты суммарная стоимость энергозатрат на сушку, ее себестоимость, показатели качества и др.

Нами разработана методика оптимизации режимов, заданных ступенчатыми функциями. Они реализуются в многозонных установках непрерывного действия, а также могут рассматриваться как аппроксимация любых законов, определяющих режимы сушки, упрощая их синтез и получение исходных экспериментальных данных.

Приняв в качестве критерия оптимизации стоимость удельных

энергозатрат на сушку, представили его в виде функционала р

К(»2Л2С0))= |[М2г2(0)+к2№2г-5№. (15)

о

на множестве вектор-функций [иСг^Иг)], компоненты которых удовлетворяют требованиям кинетики сушки

\Н2,Х,№2Дг(0))12 = о^0, (16)

Ш(2,хл;2.12(0))12 = р=Мк, (17)

ОШр, (18)

технологии и возможностям реализации искомого режима

0<5<\'2 <Е, (19)

о<ба2(0)<е. (20)

Функции \ч(г) и Ш) имеют соответственно П! и п2 скачков.

Рассматривая (15) после соответствующих преобразований, установим. что наименьшее значение функционала следует искать на функциях со скачком при г=0 или г=р, т. е. среди функций, постоянных на отрезке [О.р]. Этот вывод весьма важен, так как позволяет для любого заданного интервала изменения режимных параметров на-

ходить их единичные постоянные оптимальные значения.

При этом может использоваться, например, метод неопределенных множителей Лагранжа.

Полученные результаты справедливы и при критериях более сложной структуры при условии, что описывающий их функционал в классе ступенчатых функций порождает непрерывную по совокупности переменных функцию, линейную относительно переменных гх,ъг.....

Так как высокий слой солода является объектом с распределенными параметрами, то при .синтезе оптимальных динамических режимов его сушки из фрагментов постоянных режимов возникают проблемы учета влияния различий соответствующих им полей влагосодержания и температуры материала, а также выбор места определения характерной величины влагосодержания солода.

Для количественной оценки влияния различия полей влаги и температуры нами рассматривались автокорреляционные функции этих величин по высоте слоя.

Инерция поля влаги существенно больше, чем поля температуры, поэтому определяющим является затухание автокорреляции влагосодержания материала

К(в)=Ск/С0> СК= ^ (и1-иср)(и1+3-иср). (21)

Во всех случаях отмечалось быстрое затухание этих коэффициентов. Взаимное влияние влагосодержаний материала в различных сечениях слоя сказывалось на расстоянии не более 0,4 м.

Технологические требования регламентируют наибольшее допустимое влагосодержание солода, поэтому в качестве характерного места его определения используется верхнее сечение слоя.

Полученные выводы являются компонентом технологического обоснования синтеза оптимальных динамических режимов из фрагментов постоянных.

Для синтеза оптимальных динамических режимов сушки, в соответствии с технологическими требованиями включающих несколько диапазонов изменения температуры солода, предложено использовать методику, основанную на теории планирования эксперимента. При этом динамический режим аппроксимировался ступенчатой функцией. Для ее получения время сушки делилось на равные интервалы, в центре каждого из которых значения температуры и скорости воздуха

на входе в слой рассматривались как независимые переменные.

Справедливость этой интерпретации очевидна для входных - параметров. Однако для вычленения влияния режима сушки к началу каждого его изменения необходимо учитывать возможное воздействие других факторов - влагосодержания и температуры материала (в рассматриваемом характерном сечении слоя) и различных их полей. Для оценки такого влияния нами предложено использовать зависимости автокорреляционных коэффициентов для значений температуры и влагосодержания материала от времени сушки и высоты слоя. При этом время, в течение которого сказывается воздействие начальной величины данного фактора, определялось как время затухания соответствующей автокорреляции. Оно должно быть меньше интервала времени при варьировании независимых переменных.

Затем проводились соответствующим образом планируемые эксперименты, выходньм параметром которых являлся критерий оптимизации. например, стоимость удельных энергозатрат на сушку и т. д.

Однако эта методика обладает значительной трудоемкостью. Поэтому областью ее предпочтительного применения является оптимизация одного параметра (например, скорости воздуха при регламентированной температуре сушки), а также режимов работы установок непрерывного действия с 2-3 зонами сушки.

Ее применение к решаемой задаче привело бы к приближенной аппроксимации искомого режима. Поэтому была разработана методика оптимизации, более рациональная в данных условиях.

Сравнительный анализ методов решения оптимизационных задач выявил целесообразность использования динамического программирования. Его применение теоретически обосновано для оптимизации дискретных и дискретно-непрерывных систем и приводимых к ним многостадийных процессов при условии аддитивности критериев оптимизации отдельных дискретных оптимизируемых элементов. Он может применяться для непрерывных процессов, если они рассматриваются как дискретные с достаточно большим количеством стадий.

К преимуществам динамического программирования относится возможность применения любых форм задания связей между входными и выходными параметрами.

При разбивке сушки на отдельные стадии оптимизация ее динамического режима может рассматриваться как комбинаторная задача выбора управления на каждой стадии процесса из конечного набора

управлений. Для ее решения нами разработана следующая методика. На плоскости с координатами м-2 и нанесенной сеткой отыскивалась оптимальная кривая сушки, аппроксимируемая ломаной функцией с вершинами в узлах сетки. При этом координаты начальной и конечной точек кривой заданы, а реализующий ее режим сушки должен обеспечить минимум выбранного критерия N-1

Н= I гк (22)

1=1

1

г3 = ^зРз^Л* АШ;,2'53 — Цт)Л2 (233)

Чв

Процедура оптимизации проводилась в соответствии с принципом

оптимальности Беллмана. При этом считалось, что она возможна при

г,>0, то есть V). „ > „ . Обратные переходы го,. „ < ис „

к, -К>21 , + 1

не рассматривались как противоречащие поставленной -цели (им было

присвоено г= со).

Если известна аналитическая зависимость влагосодержания материала от параметров подаваемого сушильного агента, то для нахождения величин гкд может использоваться метод Лагранжа отыскания условного экстремума. Значения гкз рассчитываются также- непосредственно по экспериментальным данным, полученным при различных режимах сушки и возможных переходах, кончающихся в рассматриваемом узле координатной сетки. В качестве оптимального для данной стадии процесса принимался режим, обеспечивающий гт1п. При этом определялся также и соответствующий участок ломаной, аппроксимирующей кривую сушки.

Для получения требуемых качественных показателей сухого солода проводился предварительный анализ используемых экспериментальных данных и отсев режимов, при которых требуемые соотношения влагосодержания и температуры солода не соблюдались в каком-либо горизонтальном сечении слоя.

Ранее отмечалось, что спецификой сушки высокого слоя солода является наличие в начале процесса периода постоянного или увеличивающегося влагосодержания материала в верхней части слоя. Так как для него рассмотренная методика непригодна, нами была разработана специальная процедура, основанная на использовании полученной В.И.Кулаковым зависимости длительности этой части процесса от условий его проведения.

По этой же методике благодаря ее универсальности могут разрабатываться режимы работы для других типов установок, материалов и критериев оптимизации.

Проведена оптимизация обогрева многозонной сушилки непрерывного действия с промежуточным подогревом воздуха, базирующаяся на аппарате теории графов. • Он позволил выполнить на рациональной системной основе процесс получения математической модели объекта, снизивший трудоемкость решения. В результате получено оптимальное распределение теплоты по зонам сушилки. Предложенный подход может применяться и для других типов установок, например, широко распространенных конвейерных (безотносительно к обрабатываемому материалу) .

Решена задача оптимального управления процессом прогрева слоя солода с целью снижения энергозатрат. При этом использована разработанная нами методика расчета температуры высушиваемого материала, основанная на идентификации с помощью анализа временных рядов.

При системном подходе к проведению оптимизации режимов сушки стала возможна постановка следующей, более сложной и важной народнохозяйственной задачи - повышения качества получаемой продукции при одновременном снижении удельных энергозатрат. Анализ зависимостей качественных показателей сухого солода от режима сушки указал на целесообразность проведения многокритериальной оптимизации. При этом рассматривалась система уравнений, описывающих показатели качества и стоимость удельных энергозатрат на сушку в зависимости от температуры и скорости воздуха (для удобства расчетов с достаточной точностью аппроксимированных как линейные). В этих условиях задача свелась к многокритериальной задаче линейного программирования. Ее решение - область "нехудших" режимов, конфликтовавших между собой по различным показателям - множество Парето. Оно представляло собой ломаную, являющуюся частью границы допустимой области изменения входных параметров.

При принятом диапазоне их изменения для решаемой задачи множества Парето - отрезок прямой, описываемый уравнением

^(о, =71-11*. (24)

Левый конец этого отрезка соответствует режимам с меньшими энергозатратами при худшем качестве, правый - противоположным. Точки, не принадлежащие выделенной прямой, обладают худшими пока-

зателями качества и большими энергозатратами. Конкретизация режима производится при рассмотрении дополнительных ограничений на его реализацию.

4. НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ С0Л0Д0СУШИЛ0К

Значительный практический интерес представляет определение оптимального количества зон сушильной установки. От него зависят ее стоимость, габаритные размеры, удельный расход электроэнергии, качество получаемого солода (опосредованно через реализуемый режим) и др. Этот вопрос до настоящего времени не решался. Он может рассматриваться как одно- и многокритериальная оптимизационная задача. В первом случае для получения эффективного технического решения» должен использоваться комплексный критерий. Но при этом возникаюг значительные трудности, связанные с получением его количественной зависимости от числа зон сушки. Поэтому нами разработана методика двухуровневой оптимизации с использованием множеств Парето. В соответствии с ней на первом иерархическом уровне рассматривается связь каждого из принятых единичных критериев с оптимизируемым фактором и делается вывод о рациональном направлении его изменения. При этом установлено, что число зон должно быть минимальным, необходимым для реализации оптимального по энергозатратам и качеству солода режима сушки. На втором уровне решалась задача разработки оптимального режима. При этом установлено. что количество его участков должно быть наименьшим. Оно определяется минимально необходимым числом значений температуры подводимого сушильного агента, обеспечивающим получение требуемого качества высушенного продукта. Применение этой методики к со-лодосушилкам с противоточным движением воздуха и материала показало, . что они должны иметь одну зону сушки. Скорость движения в них продукта по модулю должна быть равна скорости перемещения в слое изоконцентрационного сечения с требуемым влагосодержанием солода. Отсушку рационально проводить в специальной камере.

Для широко распространенных многозонных перекрестно-противо-точных солодосушилок важен выбор взаимной ориентации потока агента сушки и продукта. Установлена целесообразность подачи воздуха с одной и той же стороны слоя во всех зонах сушки в отличие от

используемого в настоящее время зигзагообразного. (При этом исходили из отсутствия влияния высоты слоя на показатели качества солода, взаимосвязей допустимой температуры его нагрева с влагосо-держанием и удельными энергозатратами).

В настоящее время в качестве одного из компонентов режима работы сушилок солода рассматривается его перемешивание ("ворошение"). Нами выполнен системный анализ процессов, происходящих при этой операции, включавший экспериментальные исследования. В результате установлено, что ворошение не ускоряет сушку; вертикальное перемешивание частиц в высоком слое приводит либо к ухудшению их качественных показателей, либо требует замедления повышения температуры, следствием которого является снижение производительности и рост удельных затрат теплоты. Механическое разрыхление солода снижает его аэродинамическое сопротивление, обеспечивая экономию электроэнергии на привод вентиляторов. Ее величина зависит от конструкции рабочих органов, которые не должны перемешивать продукт.

Таким образом комплексно решаются вопросы оптимизации режима и конструкции солодосушилки.

Неотъемлемыми элементами солодосушилок являются загрузочные и разгрузочные устройства, оказывающие влияние на удельные затраты теплоты и электроэнергии, производительность и габариты установок, качество получаемого солода. Их конструкции должны соответствовать специфике продукта и процесса. Загрузочные устройства должны обеспечить создание слоя с равномерной структурой при минимальном повреждении корешков и зерен солода. Заполнение горизонтальных сушильных решеток должно проводиться послойно по всей их площади.

К разгрузочным устройствам помимо общих требований к продукции машиностроения предъявляются дополнительные специальные - защищенность приводов и узлов трения от нагрева агентом сушки и воздействия пыли при работе, обеспечение небольшой высоты подси-тового пространства и т.д.

Работа солодосушилок сопровождается загрязнениями окружающей среды выбросами теплоты, газов и пыли.

Тепловое и газовое загрязнения атмосферы при работе солодосушилок прямо пропорциональны удельному расходу энергии на сушку, поэтому повышение эффективности работы солодосушилок путем внед-

рения предлагаемых энергосберегающих мероприятий (увеличение высоты слоя продукта, использование оптимальных по энергозатратам динамических режимов сушки) имеет благоприятный экологический эффект.

Отказ от ворошения солода уменьшает выбросы пыли в атмосферу.

Использование рециркуляции дымовых газов при огневом обогреве калориферов солодосушилок снижает тепловые и газовые выбросы в атмосферу.

Утилизацию теплоты отработавшего воздуха целесообразно проводить путем агрегатирования воздушных трактов двух и более солодосушилок.

Предложен рациональный способ применения солнечной энергии при сушке солода - с помощью устанавливаемых на стенах здания со-лодосушилки стационарных гелиоколлекторов для низкотемпературного подогрева воздуха (дополнительного или основного).

5. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Реализацией результатов исследований являлось использование научного обоснования способов и средств проведения сушки солода в высоком слое для снижения энергозатрат, повышения производительности сушилок и улучшения качества солода. Она включала разработку и промышленную апробацию способа и режимов сушки, создание эффективных функциональных схем солодосушилок, их агрегатирования, а также способов и систем их автоматического управления.

Предложен способ работы солодосушилки периодического действия, предусматривающий проведение сушки с увеличением высоты слоя солода в начале процесса, что позволяет совместить загрузку и активную сушку и в итоге повысить примерно на 10 % производи -тельность установки без капитальных затрат.Способ защищен авторским свидетельством 1770691 и внедрен на пивзаводе им.Бадаева (г. Москва).

Получены оптимальные 'динамические режимы сушки солода, обеспечивающие снижение удельных энергозатрат. Режимы-внедрены на Бердичевском солодовенном заводе (Украина), пиво-безалкогольном комбинате им. Ст. Разина (г.Санкт-Петербург), а также приняты к внедрению на пиво-безалкогольном комбинате "Курский" при проведе-

нии реконструкций солодовенного цеха.

Разработаны варианты эффективных функциональных схем солодосушилок, защищенные авторскими свидетельствами 605825, 733338, 1062253, 1588749.

Предложены схемы агрегатирования воздушных трактов вертикальных трех- и горизонтальных двухъярусных солодосушилок, защищенные авторскими свидетельствами 962294, 1751183. Установка по А.с.962294 внедрена на пивзаводе "Воронежский" (рис.6).

Разработанная система рециркуляции дымовых газов при огневом обогреве калориферов, позволяющая экономить около 10-15% теплоты, внедрена на пиво-безалкогольном комбинате им.Ст.Разина (г.Санкт-Петербург).

Предложенные способы и системы автоматического управления процессом сушки солода, учитывающие его специфику, позволяют повысить качество получаемого продукта, снизить удельные энергозатраты. Эти способы и системы защищены авторскими свидетельствами 1055762, 1361172, 1430400.

Разработанные и внедренные способ периодической сушки солода, динамические режимы сушки солода в высоком слое, комплекс мероприятий по повышению эффективности вертикальной солодосушилки на пиво-безалкогольном комбинате "Воронежский", (включающий агрегатирование двух вертикальных трехъярусных сушилок, увеличение суммарной высоты продуваемого слоя и превращение решетки подвяли-вания в дополнительную зону сушки с высоким слоем солода), совершенствование конструкции серийно выпускаемой солодосушилки Ш4-ВСМ-1, рециркуляция дымовых газов при обогреве огневых калориферов вертикальных солодосушилок, позволили получить суммарный расчетный экономический эффект в размере около 2,7 млн. р. в год (в ценах 1990 г. )

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Выполненная работа является законченным научным трудом, в котором на основании проведенных автором исследований и разработок осуществлено решение научной проблемы,имеющей важное народно-хозяйственное значение.При этом получены научные обоснования определения технологических и конструктивных параметров сушильных установок, вносящие существенный вклад в ускорение научно-техни-

ческого прогресса.

Теоретические и экспериментальные исследования конвективной сушки солода в высокой слое,а также промышленная апробация их результатов позволяют повысить эффективность этой энергоемкой производственной операции благодаря использованию оптимальных режимов сушки и оптимальной высоты слоя, обеспечивающих снижение удельных энергозатрат и улучшение качества готового продукта при одновременном повышении удельной производительности установок, а также путем создания новых теоретически обоснованных конструкций сушильных установок. Полученные методики оптимизации динамических режимов сушки высокого слоя солода (объекта с распределенными параметрами) могут использоваться при решении других аналогичных задач.

Результаты проведенной работы позволили сделать следующие выводы.

1. Разработанная математическая модель конвективной сушки высокого слоя солода как объекта с распределенными параметрами отражает многостадийное протекание тепломассопереноса в реальных производственных условиях, а также взаимосвязь режимов сушки с аэродинамическим сопротивлением и усадкой слоя продукта и основными показателями его качества.

2. Созданные научно обоснованные и апробированные методики синтеза оптимальных динамических режимов сушки солода позволяют получать такие режимы для широкого класса объектов с распределенными параметрами при различных вариантах проведения процесса и критериях его оценки.

3. Полученная методика определения рационального значения начальной высоты слоя солода позволяет находить ее величину, обеспечивающую высокую эффективность использования теплоты при сушке.

4. Обеспечена возможность целенаправленного управления основными показателями качества продукта, благодаря установленной их взаимосвязи с режимами сушки и высотой слоя солода.

5. Предложенная методика нахождения рациональных значений основных функциональных параметров средств реализации процесса сушки солода в высоком слое позволила решить вопросы о количестве зон в солодосушилке, взаимном направлении потока воздуха и слоя продукта в установках с их перекрестно-противоточным взаимодейс-

твием.

6. Экспериментально установленные особенности протекания конвективной сушки солода в высоком слое являются основой математического моделирования и рациональных режимов проведения процесса.

7. Разработанные методики и средства проведения экспериментального исследования конвективной сушки солода в высоком слое могут быть использованы для других объектов с распределенными параметрами.

8. Проведенные экспериментально-теоретические исследования явились основой разработки ряда рекомендаций и практических мероприятий, позволяющих повысить эффективность сушки солода в высоком слое:

- способа периодической сушки солода (а.с.1770691), предусматривающего увеличение высоты слоя в начальный период проведения операции, что дает возможность без капитальных вложений увеличить производительность существующих и вновь проектируемых установок на 10 %;

- агрегатирования воздушных трактов солодосушилок (а.с.962294, 1751183), снижающего удельные энергозатраты на сушку;

- отказа от установки ворошителей на сушилках, удешевляющего их и повышающего надежность;

- новых способов и систем автоматического управления процес- • сом сушки солода (а.с.1095762,1361172,1430400), позволяющих повысить качество получаемого продукта;

-новых конструкций солодосушилок (а.с.605825, 783338, 1062253, 1588749,1768629), обладающих повышенной эффективностью и надежностью;

- выбора рационального количества зон сушки и направления потока воздуха относительно слоя солода, снижающего стоимость установки и удельные энергозатраты;

- предотвращения спонтанного изменения расхода воздуха при сушке с целью уменьшения удельных энергозатрат.

9. Предложенные мероприятия по повышению эффективности работы солодосушилок снижают загрязнение атмосферы.

10. Внедрение разработанных предложений по повышению эффективности работы солодосушилок позволяет получить годовой экономический эффект в размере 2,7 млн.р.(в ценах 1990 г.).

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Н0' - модифицированный критерий гидродинамической гомохроннос-ти. Н0' = V/v:

V - скорость перемещения в слое соответствующего сечения м/с; Е - сушильный потенциал воздуха на входе в слой (безразмерный)

E=(TC-Tm)/T0; У - комплекс, Y=Cnv/(AmQyiB);

Cnv - объемная теплоемкость агента сушки, кДж/(м3-град); Ат - коэффициент,учитывающий взаимное влияние массо- и теплопе-реноса;

ЦуД - удельный расход теплоты на прогрев слоя и испарение влаги,

кДк/м3; 5t. Wt - коэффициенты; a,b - параметр запаздывания; У! (В) - передаточная функция;

tz(0).wz(<n _ соответсвенно температура и скорость воздуха на

входе в слой; В - оператор сдвига назад {например Nz - шум системы;

z0, ?,с-время высушивания до заданного влаго с о держания соответственно нижнего сечения слбя и его части до рассматриваем мого поперечного сечения, соответственно; Vm - скорость перемещения в слое изоконцентрационной поверхности с заданным влагосодержанием солода; hi - высота рассматриваемого сечения в слое;

wu ~ коэффициенты, определяемые по опытным данным; tp -относительная влажность агента сушки в слое; р - коэффициент увлажнения материала; zk - длительность высушивания слоя; tz - текущее значение температуры слоя; х - влагосодержание воздуха на входе в слой; kj,k2 - коэффициенты, связывающие режимы сушки соответственно

со стоимостью тепловой и электрической энергии; р - длительность сушки, заданная, максимальная; ш,б,Е,б,8 - константы.

Цг, Цэ - цены соответственно тепловой и электрической энергии; Ив - КПД вентилятора; Az - рассматриваемый интервал времени; R - суммарная стоимость энергозатрат, р/т.

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

Монографии и обзоры

1. Гавриленков A.M. и др.Сушка солода и ее интенсификация/А. М. Гавриленков, А.П.Макаров, В.К.Предтеченский - М.: Пищевая пром-сть, 1975 г.-232 е.: Рецензия Erdesz К., Dorne! J., Drying of Malt and Intensification of the Drying Operation by Gavrllenkov A.M. and Predtechenskly V.K.//Drying Technology. -1990. - V.8, N4. - P.p. 885-887: Book Review.

2. Гавриленков A.M. и др. Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов в пиво-безалкогольной промышленности /A.M. Гавриленков, И. А. Ананин, И.Г. Лернер - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983.- 120с.

3. Гавриленков A.M. и др. Опыт совершенствования конструкций и

ежимов работы солодосушилок /A.M.Гавриленков, В.И.Кулаков, .В.Виноградова и др.//Сер.22.Пивоваренная и безалкогольная пром-сть: Обзорн.информ./ЦНИИТЗИгащепром,- М., 1986.- Вып. 6,-28с.

4. Гавриленков A.M., Кулаков В.И. Механизация выгрузки солода в пневматических солодовнях.//Сер.22. "Пивоваренная и безалкогольная пром-сть":Обзорн.информ./ЦНИИТЭИпищепром. - М.. 1984. -Вып. 6,- 23с.

Авторские свидетельства

5. A.c. 605825 СССР, МКИ3 С12С 1/04, F26B 17/12. Солодосушил-ка./A.M.Гавриленков,В.И.Кулаков (СССР).- N2 111554/28- 13; Заявлено 25. 02. 75; Опубл. 05. 05.78, Бюл. N17. - С. 66-67

6. A.c. 962294 СССР, МКИ3 С12С 1/10. Установка для сушки солода. /Е.В.Образцов, A.M.Гавриленков. И.Т.КретоЕ (СССР).-N3261128/28-13; Заявлено И. 03.81; Опубл. 30. 09.82, Бюл.N36.-С. 115.

7. A.c. 1055762 СССР, МКИ3 С12С 1/04. Способ автоматического управления процессом сушки солода./И.Т.Кретов,Н.Г.Фомин, A.M.Гавриленков,А. А. Шевцов (СССР), N3406867/28-13;Заявлено 05. 03. 82; Опубл. 23.11.83, Бюл. N43.- С. 83.

8. А.с.1062253 СССР.МКИ3 С12С 1/06. Установка для сушки солода. /А. М. Гавриленков, В. И. Кулаков (СССР).N3343034/28-13; Заявлено И. 09. 81; Опубл. 23. 12.83, Бюл. N47,- С. 113-114.

9. A.c. 1430400 СССР,МКИ3 С12С 1/04. Система автоматического управления процессом сушки солода./С. М.Габович, С. М.Петров, A.M. Гавриленков, Э.В. Виноградова (СССР).- N4168848/31-13;Заявлено 29. 12.86; Опубл. 15.10. 88, Бюл. N38. - С. 94.

10. A.c. 1631068 СССР, МКИ3 С12С 1/10. Устройство для загрузки солода в сушильную камеру. /Ю. С. Эктов, А. И. Гавриленков, В.И.Кулаков, В.М. Абарышев.В. В. Малютин.В. А. Уланов (СССР). N4610528/13; Заявлено 30. И. 88; Опубл. 28. 02.91; Бюл. N8. -С. 71.

11. A.c. 1751183 СССР, МКИ3 С12С. Агрегат для сушки солода. /А. М. Гавриленков, В. И. Кулаков. А. Ф. Алешников, Г. М. Никаноров, Б.А.Семенов (СССР).N 4837932/13;Заявлено 12.06.90; Опубл. 30.07.92, БЮЛ. N28. - С.

12. A.c. 1770691 СССР.МКИ3 F26B 3/06, С12С 1/10. Способ периодической сушки пивоваренного солода./А.М.Гавриленков, В.И.Кулаков, Э.В.Виноградова, В.М.Абарышев, В.В.Малютин. В.А.Уланов (СССР). N4718241/13; Заявлено 11.07.89; Опубл. 23.10.92, Бюл. N39,- С. 126.

Статьи, тезисы докладов на научных конференциях

13. Попов В.И., Гавриленков A.M. Исследование процесса сушки соложеного ячменя в плотном слое.//Тр. /Науч.конф."Теория и техника сушки зерна", Москва, 15-17 апреля 1969 г. - М. 1970. -С.174- 180.

14. Чирко М. С. и др. Математическая модель конвективной сушки влажного зернистого материала в плотном слое./М.С.Чирко, В.И. Кулаков, А.М. Гавриленков и др.//Инженерно-физический журнал,- 1983,- Т.45,N6,- С.1023.

15. РаскинВ.Г.. Виноградова Э.В., Гавриленков А.М. Построение математической модели прогрева слоя солода при сушке.//Известия вузов СССР. Пищевая технология,- 1978,- N4,- С.127-132.

16. Гавриленков A.M. и др. Идентификация и оценка адекватности математической модели процесса сушки плотного слоя коллоидных

капиллярно-пористых тел. /A.M.Гавриленков, Э.В.Виноградова,

B.Г.Раскин, Н.Г.Фомин .//Геор.основы хим. технологии. - 1981.-Т. 15, N3,- С.344-348.

17. Математическая модель конвективного тепло- и массообмена в слое зернистого материала при сушке./А.М.Гавриленков, М.С.Чирко, Э.В.Виноградова, В.Г.Раскин //Тез.докл.третьей Всесоюз.науч.конф."Современные машины и аппараты химических производств "Химтехника - 83", г.Ташкент,1983.- Ташкент. 1983. Часть III. Надежность химической аппаратуры. Сушильные аппараты и адсорберы.- С.110-111.

18. Эктов Ю.С.,Гавриленков A.M. Оптимизация режима периодической конвективной сушки.//Теор.основы хим.технологии.- 1990.-Т. 24, N6,- С. 755-759.

19. Гавриленков A.M., Пустыльник Е.И. Эмпирическое описание с помощью интеграла вероятности сушки солода в слое.//Изв. вузов СССР. Пищевая технология,- 1971.- N1,- С.136-138.

20. Кулаков В.И., Гавриленков A.M. Влияние высоты слоя на удельные показатели одноярусных солодосуишлок.//Ферментная и спиртовая пром-сть.- 1982.-N3.- С.24-25.

21. Гавриленков A.M., Раскин В.Г. Оптимизация динамических режимов сушки.//Изв. вузов СССР. Пищевая технология.- 1977,- N3.-

C. 107-110.

22. Гавриленков A.M., Кулаков В.И., Раскин В.Г. Планирование экспериментов при разработке оптимальных динамических режимов нестационарных процессов сушки.//Тез. докл.Всесоюз.науч. -тех. конф. "Интенсификация процессов сушки и использование для этих целей новой техники", (Автоматизация сушильных установок), г. Калинин, май 1977.- Москва, 1977,- С.74-76.

23. Гавриленков A.M. Исследование конвективной сушки сыпучих материалов в плотном слое.//Тез.докл. Междунар.конф.по сушке (секция 8) 2-го Междунар.форума по тепло- и массообмену, г.Киев, 25-29 мая 1992 г. - Киев, 1992. - С.49-50.

24. Голикова Н.В. и др. Влияние параметров сушки на качество готового солода. /Н. В. Голикова, М.С.Чирко, А.М.Гавриленков и

. др.//Изв.вузов СССР. Пищевая технология.- 1984.- N1. С.68-70.

25. Габович С.М., Гавриленков A.M., Приходай В.А. Адаптация математической модели процесса сушки солода.//Тез.докл.Восьмой Всероссийской конф. 'Математические методы в химии (ММХ-8)", г.Тула, 1993 г. - Тула, 1993. - С. 145.

26. Раскин В.Г., Гавриленков A.M., Яновский Л.П. Учет ненаблюдаемой динамики качества продукта при оптимизации режимов сушки. //Тез.докл.Республ.науч.-техн.конф."Разработка прогрессивных способов сушки различных материалов и изделий на основе достижений теории тепло- и массообмена".г. Черкасы 7-9 сентября 1987.ВыпЛ.новое в теории тепло- и массообмена в процессах сушки,- Киев, 1987,- С.60.

27. Гавриленков A.M. Определение рационального количества зон в солодосушилке непрерывного действия.//Тез.докл.V Всесоюзн.научи, конф. "Механика сыпучих материалов", г.Одесса, 17-19 сентября 1991 г. - Одесса, 1991. - С. 184.

28. Гавриленков A.M. и др. Комплексная технико-экономическая оценка режимов сушки пивоваренного солода/A.M.Гавриленков, А.Г.Волков, В.С.Леонов и др.//Сер."Пивоваренная и безалкогольная пром-сть":Научн.-тех.реф.сб./ЦНИИТЭИпищепром. - М., 1976. - Вып. 5,- С. 25-29.

-ы■

ал 2? То

Рис.1. Температурное поле слоя солода при сушке длительностью, ч: о-0,24; •-1,0; V -3,0; Д -5,0; П-7,0: Л -9,0;еэ -11,0; о -13,0; а-19,0

Рис.З. Поле влагосодержания солода при сушке длительностью, ч: О-0, V-!, О-2, Д-3, в -4, а-5, о -в, V -7, а -8, в _э, А -10, о -II, П -12, О -13

кРивые прогрева солода в слое в сечениях на высоте, м: 3-0,25: 4-0,35; 5^0,45; 6-0,55: 7-0,65; 81о,75; Э-0,85; 10-0,95; П-1,05; <гисо=65°С, -мг =0,ё и/с

о:\ ел до со к*

Рис.4. Кривые сушки солода в слое в сечениях на высоте, м: о -0,05; ^-0,15; о -0,25; л -0,35; о -0,45; О-0,55; о-0,65; Р-0,75; • -0,85

Рис.5. Зависимость относительного термического КПД слоя при сушке от высоты слоя солода,т^=50иС]*-цз"

=0,22 м/с,о4Г=0,48 м/с

Ц Щ I

за

Рис.6. Схема вертикальной солодос; шилки, модернизированной на пивза воде "Воронежский" по а.с.962294: 1-здание; 2,14-вентилягоры; З-тоа на; 4-огневой калорифер; 5-7-зонн сушки; 8,11,13-шберы; 9-решетка подвяливания; 10-загрузчик; 12-ко, 'лектор