автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства органо-минеральных удобрений путем разработки сушилки и обоснования ее конструктивно-технологических параметров

На правах рукописи

КУРИЛОВ СЕРГЕИ ВАЛЕРЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПУТЁМ РАЗРАБОТКИ СУШИЛКИ И ОБОСНОВАНИЯ ЕЁ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003490829

Чебоксары - 2009

003490829

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия».

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Волхонов Михаил Станиславович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Савиных Пётр Алексеевич

доктор технических наук, профессор Андрианов Николай Михайлович

Ведущая организация ГНУ Северо-Западный научно-

исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (ГНУ СЗНИИМЭСХ)

Защита состоится 26 февраля 2010 года в 13 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 220.070.01 при ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 428000, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 29, ауд. 222.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия», а также на сайте академии по адресу: уу\у\у.асас!ету21 ,ги в разделе «Новости» 13 января 2010 г.

Автореферат разослан «//» 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент

Алатырев С.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Применение удобрений является одним из основных условий интенсификации сельскохозяйственного производства. Внесение удобрений несет за собой повышение плодородия почвы. По данным американских специалистов, даже истощенные, холодные, «мертвые» почвы можно привести в плодородное состояние путем систематического внесения биогумуса в течение 4 лет из расчета 3 т/га.

По данным компании «ЭкоОрганика» с 1991 года положение с плодородием почв в Российской Федерации стремительно ухудшается. Применение минеральных удобрений снизилось в 10 раз, а в отдельных зонах РФ - в 20...30 раз, органических удобрений - в 3,6 раза. За последние 11 лет отмечено уменьшение содержания гумуса в среднем по России на 0,4%. Снижение этого показателя только на 0,1% приводит при прочих равных природно-экономических условиях к уменьшению урожайности зерна на 0,8... 1 ц с 1 га.

При выборе видов и форм удобрений, установлении норм и способов их внесения обязательно учитывают содержание подвижных питательных веществ в почвах. При совместном внесении органических и минеральных удобрений проявляется синергетический эффект их воздействия на растения.

Среди множества видов удобрений в последнее время выделяется отдельный вид - гуматизированные органо-минеральные удобрения (ГОМУ). Эффективность их применения доказана рядом опытов. Наибольшую эффективность от использования гранулированных ГОМУ можно получить при нанесении лигногу-мата на поверхность гранул минерального удобрения. По данным компании ООО НПО «РЭТ» средняя прибавка урожая зерновых в этом случае составляет до 10,7 ц/га.

В процессе производства гранулированных ГОМУ при размещении лигно-гумата на поверхности гранул возникает необходимость их сушки. При сушке гранул в плотном слое они между собой слипаются, поэтому возникает необходимость в разработке нового сушильного оборудования для его производства.

Цель исследования. Разработка и обоснование конструктивно-технологических параметров аэрожёлобной сушилки гранулированного удобрения со слипающимися компонентами.

Объект исследования. Технологический процесс сушки гранул минерального удобрения с нанесённым слоем лигногумата на их поверхность.

Предмет исследования. Выявление закономерностей влияния конструктивных и технологических параметров аэрожёлобной установки с винтовым шнеком на технологический процесс сушки гранулированных минеральных удобрений с нанесённым слоем лигногумата.

Гипотеза исследования. Если использовать для сушки гранул ГОМУ аэрожёлоб, то это позволит увеличить надёжность и эффективность технологии их производства.

Методы исследования. В исследовании использованы методы математической статистики, теории эксперимента, оригинальная авторская частная методика определения усилия, необходимого для разрушения связей, возникающих между гранулами ГОМУ во время сушки. Использование указанных методов основыва-

лось на применении современных технических средств и измерительных приборов. Экспериментальные методы исследования реализованы на физических моделях, натурном образце сушилки и в условиях производства. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики в среде специализированного пакета по статистическому анализу и обработке данных STATGRAPHICS Plus для Windows. Физико-технологические свойства гранулированных ГОМУ и показатели их качества определялись в соответствии с существующими государственными стандартами и техническими условиями на их производство.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО Костромской ГСХА «Совершенствование технологии производства органо-минеральных удобрений путём обоснования и разработки смесителя-сушилки» и в соответствии с техническим заданием ООО НПО «РЭТ» на разработку аэрожёлобной сушилки для сушки гранулированных ГОМУ.

Научную новизну работы составляют:

- теоретическая зависимость производительности сушильного короба от перепада температуры агента сушки и его расхода; выражение, позволяющее оценить условие самоочищения винтового шнека; выражение, позволяющее определить площадь контакта гранул от их размеров и концентрации вводимого лигногумата; формула общей площади контакта слипшейся массы гранул для оценки и экспериментального определения усилия разрушения слипшихся гранул; формула для определения температуры агента сушки на грузонесущей перегородке в зависимости от длины сушильного короба и количества теплоты, подводимой для нагрева воздуха;

- режимы и конструктивные параметры сушилки;

- созданная и испытанная в производственных условиях сушилка.

Научная новизна технологической схемы сушилки подтверждена положительным решением ФИПС о выдаче патента на изобретение за № 2008131142/06(038800) от 06.08.2009 г.

Достоверность основных положений выводов подтверждена результатами экспериментальных исследований процесса сушки гранулированного органо-минерального удобрения после введения раствора лигногумата с использованием стандартных методик теории активного планирования эксперимента, компьютерных программ «Excel» и «StatGraphics Plus»; положительными результатами производственных испытаний разработанной сушилки, а также результатами исследований ФГУ ГСАС «Костромская».

Практическая ценность и реализация результатов исследования заключается в обосновании совокупности научных положений по созданию сушилки гранулированных удобрений при нанесении жидкого слипающегося компонента; в создании опытного образца сушилки САУ-1, установленной в ЗАО «Шувапово» Костромской области.

Результаты диссертационной работы нашли также применение в учебном процессе ФГОУ ВПО Костромской ГСХА и ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА при чтении лекций, выполнении курсовых работ и дипломных проектов студентов, обучающихся по специальности 110303 и 110304.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях - межвузовской, состоявшейся в 2005 г. в ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, всероссийской в 2008 г. в ФГОУ ВПО Чувашская ГСХА и международных состоявшихся в 2005...2009 гг. в ФГОУ ВПО Костромская ГСХА.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, получено положительное решение ФИПС РФ о выдаче патента на изобретение за № 2008131142/06(038800) от 06.08.2009 г.

На защиту выносятся:

- технологическая схема сушилки гранулированных ГОМУ;

- теоретические предпосылки к определению производительности сушильного короба в зависимости от его геометрических размеров и основных технологических параметров агента сушки;

- теоретические предпосылки к определению закономерности изменения удельной энергии нагревателя сушильного агента при его постановке внутрь воздухораспределительного канала аэрожёлоба;

- методика определения усилия, необходимого для разрушения связей, возникающих между гранулами ГОМУ во время сушки, и результаты лабораторных исследований;

- результаты лабораторных исследований по определению физико-технологических свойств: аэродинамического сопротивления слоя и напряжения разрушения слипшихся гранул ГОМУ;

- результаты производственных исследований определения оптимального режима работы разработанной сушилки;

- технико-экономическое обоснование применения сушилки аэрожё-лобного типа с установленным внутри шнеком для производства гранулированных ГОМУ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и приложений. При общем объеме 191 страниц содержит 151 страницу основного текста, 51 рисунок, 9 таблиц, 19 приложений. Список использованных источников включает 126 наименований. В приложениях приведены: техническое задание на разработку аэрожёлобной сушилки; данные экспериментальных исследований; протокол испытаний ФГУ ГСАС «Костромская»; документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое изложение состояния исследуемой проблемы, ее актуальность, сущность выполненной работы, цель и основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние проблемы, цель и задачи исследования»

представлен обзор существующих удобрений, перечислены их физико-

механические и технологические свойства, произведён анализ патентной информации, известных технических решений сушки материалов.

Вопросами разработки технологий и технических средств для приготовления органо-минеральных удобрений занимались В.Н. Афанасьев, Ю.И. Вахромеев, B.C. Виноградова, Ю.В. Иванов, Н.Г. Ковалев, В.П. Коваленко, Г.Е. Листопад, Г.И. Личман, Ю.Ф. Малаков, Н.М. Марченко, Н.З. Милащенко, Б.А. Нефедов, П.Д. Попов, С.Д. Сметнев, Е.П. Харламов, И.С. Шатилов, В.А. Шмонин и др.

Большое значение для совершенствования технологии и технических средств сушки имеют работы следующих авторов: И.Ф. Бородин, Р.Н. Волик, А.П. Гержой, A.C. Гордеев, Н.И. Денисов, Г.П. Ерошенко, Е.М. Зимин, A.A. Кругляк, Г.С. Окунь, С.Д. Птицын, В.А. Резчикова, В.А. Сакун, Р.В. Ткачев, А.Г. Чижиков и др.

Научной основой разработки и совершенствования конструктивно-технологических параметров аэрожелобных устройств сушки, охлаждения и перемещения материалов являются труды П.В. Блохина, Б.И. Броунштейна, М.Р. Вайсмана, М.С. Волхонова, И.Я. Грубияна, Л.В. Дианова, Е.А. Дмитрука, Е.М. Зимина, Ф.Г. Зуева, C.B. Иванова, B.C. Крутова, В.И. Левченко, H.A. Лоткова, И.П. Малевича, А.И. Матвеева, С.А. Подоплелова, С.А. Полозова, НЛ Сычугова, ОМТодэс, В.С.Уколова, Н.П. Черняева и др.

Проведённый анализ существующих технологий указал на два способа добавления лигногумата к минеральному удобрению. При первом способе лигногу-мат добавляется «вплав» минерального удобрения. При втором способе лигногу-мат наносится на гранулы минерального удобрения в виде оболочки. В России различные предприятия, например, ОАО «Фосфорит», ОАО «Акрон», ОАО «Буй-ский химический завод» и др. уже освоили технологии выпуска ТОМУ при расположении лигногумата «вплаве». Однако ГОМУ, полученное вторым способом, оказывает большее положительное влияние на урожайность. Это доказано рядом опытов, проведённых компанией НПО «РЭТ», которая занимается производством гранулированных ГОМУ, приготовленных по второму способу. Как показывает практика, в процессе производства данным способом гранулы ГОМУ слипаются при их сушке в плотном слое, образуя монолит. Анализ существующего сушильного оборудования показал, что известные конструкции сушилок не позволяют эффективно удалить влагу с поверхности гранул ГОМУ при их производстве, требуется разработать специальную сушильную установку с высокой степенью надёжности выполнения технологического процесса.

Проведённый обзор работ по тематике диссертации позволил сформулировать цель исследования и определить задачи для её достижения:

1) изучить особенности сушки гранул минеральных удобрений с нанесённым на их поверхность лигногуматом;

2) разработать и обосновать технологическую схему сушилки органо-минеральных удобрений (лигногумат на поверхности);

3) обосновать основные конструктивно-технологические параметры сушилки;

4) изготовить опытный образец сушилки, определить оптимальный режим её работы и внедрить её в производство;

5) провести анализ экономической эффективности использования разработанной сушилки.

Во втором разделе «Теоретическое исследование процесса сушки гранулированных ГОМУ» рассмотрены особенности сушки ГОМУ при нанесении лигногумата на поверхность гранул, выведена расчётная зависимость для определения площади их контакта в массиве, обоснованы основные конструктивно-технологические параметры сушилки.

Основным технологическим параметром сушилки является её производительность. Определим её зависимость от конструктивно-технологических параметров аэрожёлоба.

Производительность сушилки \Уид,т:1ч, определится по формуле:

0)

1ИД

где тгв - масса влажного материала, т; Тт - экспозиция сушки в «идеальном процессе», ч.

Экспозиция сушки определяется по зависимости:

р

Т = (2)

Ш Nлc ' (2)

где Евл = Мм ■ г - количество тепловой энергии, требующееся для испарения влаги, Дж; ЫАС =£>лс ■ рАС -слс -(гАСН -тАСК) - тепловая мощность сушильного агента, Вт; Мш = тгв -(а)н -ш^)/(100~сок) - количество влаги, удаляемой с поверхности материала, кг; г = 2501,4 .е~')т'"г - удельная теплота испарения (парообразования) воды при различной температуре и давлении, кДж/кг; МАС = ■ рАС • сАС •(тАСН -тАСК\, (Он, озк - соответственно исходная и конечная

влажность гранул ГОМУ, %; 1,,г - начальная температура гранул, К; QAC - расход агента сушки, м3/ч; рАС - плотность агента сушки, кг/м3; сАС - теплоёмкость агента сушки, Дж/(кг-К); тАСН и гАСК - соответственно температура сушильного

агента до и после выхода из слоя гранул, К.

Расход агента сушки ()лс будет зависеть от скорости воздушного потока в щелях вогнутой грузонесущей перегородки аэрожёлоба ишц, от их площади и шага /щш, а также от длины аэрожёлоба Ьх.

С учётом этого выражения (1) и (2) примут следующий вид:

-о,оо1

'"•» 1ПП.....'ига -е

Тид = 2501,4 -----(3)

'ивпщ ' Ьж 'Рас 'сас 'V асн *аск)

и производительность сушилки определиться как:

^вд =

2501,4.

100-«^

-0,001ГДГ

(4)

0.54 0.38 0.4 0,42 0,44 0,4«

Расход шщуха, м-' с

0,48 0,5

-*-Вермя сутки -«-Производительность Рисунок 1 - График зависимости времени сушки и производительности сушильного короба от расхода воздуха

_ 4.5 5 4

Л3.5 ' Щ * 3

; I»

У .5 С' 1) С? г 1

| I 0.5 а £ о

а-

5

10 15 20 25 30 35 Начальная температура гранул ГОМУ, "С

-♦"Производительность -»-Время сушки

Рисунок 2 - График зависимости времени сушки и производительности сушильного короба от начальной температуры гранул минерального удобрения с нанесённым на них жидким лнгногуматом

Аэрожёлоб обеспечивает высокую подачу воздуха в слой материала, тем самым обеспечивается высокая производительность и низкая металлоёмкость сушилки. Расход агента сушки имеет прямопропорцио-нальную зависимость с производительностью сушильного короба и временем сушки (рис. 1). Разница температур воздуха на входе и выходе из аэрожёлоба, начальная влажность гранул ГОМУ также оказывают значительное влияние на производительность сушильного короба и время сушки. Предварительный подогрев гранул ГОМУ не оказывает существенного влияния на производительность сушилки (рис. 2).

Кроме воздушного потока смещение гранул в сушильном коробе обеспечивает шнек, поэтому производительность аэрожёлоба по сушке должна быть согласована с производительностью шнека, расположенного внутри него, которую можно рассчитать по известной зависимости:

■У-Гуд-С'

(5)

где £)„, - диаметр шнека, м; 1Ш - шаг навивки шнека, м; пш - частота вращения шнека, об./мин; цг - расчётный коэффициент, зависящий от вида перемещаемого груза; у уд ~ удельная плотность материала, т/м3; С - поправочный коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера.

Приравняв правые части формул (4) и (5) и выразив полученное выражение через шаг навивки винта шнека 1Ш, получим зависимость:

г,,, =-

Зщ ' Увпщ

' ^ж ' Рас ' слс ' (глся тл

2501,4

100-азу.

-.(6)

-15 - л- - Ощ -пш-ц) -ущ-С

Определим условие самоочищения винта шнека.

Рассмотрим движение точки по отношению к подвижной системе отсчёта, вращающейся вместе со шнеком сушильного короба (рис. 3).

Движение гранулы по шнеку будет иметь место в том случае, если сумма силы трения гранулы по винту шнека и силы прилипания гранулы к винту шнека будут меньше силы, сдвигающей гранулу вниз. Иными словами:

{ё<Р > /общ > <7)

где <р - угол наклона винта шнека к горизонту, tg(p = 2■Dш /(ш; /общ = / + Р"сл 8'со$<р) - общий коэффициент трения; f - коэффициент трения гранул удобрения по стали; - сила прилипания гранулы к поверхности винта, Н; т - масса гранулы, кг.

С учётом вышеизложенного выражение (7) примет вид:

2-А,

2-Р

^ ' п

N

а

V) « / 4 / I \ / ОД О-Ач / 1 \/

(8)

Подставив в формулу (8) значения диаметра шнека и его шаг можно, проверить возможность движения гранул по шнеку.

Проанализировав природу слипания, мы предположили, что её величина зависит от площади контакта гранул и концентрации лигногумата. При теоретическом определении площади контакта гранул нами приняты следующие допущения: гранулы имеют форму шара; лигногумат жидкий и распределяется по поверхности гранулы равномерно; сила поверхностного натяжения раствора лигногумата отсутствует; гранулы не деформируются; лигногумат полностью растворён в воде.

По нашему мнению, площадь контакта гранул находится в секущей плоскости (рис. 4, а), проведённой по касательной к точке соприкосновения гранул, с на-

Ргр - сила трения гранул по винту шнека, Н; ^Г-7 ~~ си;1а прилипания гранул к поверхности винта шнека, Н; mg - вес гранулы, Н; N - реакция опорной поверхности, Н; 3 - скорость движения гранул по поверхности винта шнека, м/с; 0;;/ - диаметр шнека, м; ?н/ - шаг навивки шнека, м; (р - угол наклона винта шнека к горизонту

Рисунок 3 - Схема сил, действующих на гранул)' ГОМУ, при движении по винту шнека

несённым на них раствором лигногумата перпендикулярно радиусу, проведённому к точке касания гранул минерального удобрения.

б)

п,

1 - гранулы минерального удобрения; 2 - оболочка раствора лигногумата; 3 - плоскость сечения места контакта двух гранул; I - действительное сопряжение плёнок жидкого лигногумата при контакте двух гранул минерального удобрения; II — принятое сопряжение плёнок жидкого лигногумата при контакте двух гранул минерального удобрения

Рисунок 4 - Схема для определения диаметра площади контакта двух гранул минерального удобрения с нанесённым на них жидким лигногуматом

а) — схема слипания гранул ГОМУ; б) - схема гранулы ГОМУ

Сечение площади контакта при этом, очевидно, будет иметь форму окружности с диаметром йк.

Так как присутствует сила поверхностного натяжения в жидком лигногума-те, то переход плёнки с одной гранулы на другую будет происходить по радиусу, который определить сложно. Поэтому, для расчётов с достаточной точностью можно принять форму перехода без учёта силы поверхностного натяжения.

Радиус гранулы ГОМУ будет определяться в зависимости от среднеарифметической величины радиуса гранул минерального удобрения Кгр, объёма минеральных удобрений Гш„ и количества раствора лигногумата Уг_рл. Радиус гранулы ГОМУ определится как

Рассмотрим гранулу минерального удобрения, на которую нанесён жидкий лигногумат (рис. 4, б). Отсечённая часть раствора лигногумата представляет собой сегмент шара. Площадь основания данного сегмента, которая является также площадью контакта двух гранул, будет находиться по выражению:

где ушн - насыпная плотность минерального удобрения, кг/м3; тшн - масса гранул минерального удобрения, кг.

(9)

(10)

Определим площадь контакта трёх гранул минерального удобрения с нанесённым на них раствором лигногумата (рис. 5). Проведя через точки контакта гранул минерального удобрения плоскости перпендикулярные радиусам, проведённым к точкам контакта, и спроецировав все три сечения на одной плоскости, получим схему контакта гранул минерального удобрения с нанесённым на них жидким лигногуматом (рис. 5, Б-Б).

Б-Б разбёрнуто

1 - гранулы минеральных удобрений с нанесённым на них раствором жидкого лигногумата; 2 — оболочка раствора жидкого лигногумата; 3 — плоскость сечения места контакта гранул минерального удобрения

Рисунок 5 - Расчётная схема для определения площади контакта гранул с нанесённым па них жидким раствором лигногумата

Расчётная зависимость для определения площади контакта для п-го количества гранул массива будет выглядеть следующим образом:

3 Ур-РА рЭ р

----+ кГР -кг

п

4гг л

(П)

Усилие разрушения слипшихся гранул в процессе сушки определено нами в результате проведения лабораторных исследований.

Определим условие равномерного распределения температуры агента сушки по длине аэрожёлоба.

Известно, что для уменьшения тепловых потерь при сушке, источник нагрева тепломассоносителя необходимо располагать по возможности ближе к зоне сушки. Поэтому при использовании аэродинамических установок для подсушки и сушки материала, нагревательные элементы целесообразно располагать внутри воздухораспределительного канала.

Рассмотрим сечение потока воздуха толщиной <1х, находящегося от начала аэрожёлоба на расстоянии х (рис. 6).

Баланс расхода и теплоты воздуха в этом сечении будет определяться в соответствии со схемой, приведённой на рис. 7.

с/0, Н0, , (ра - параметры агента сушки на входе в сушильный короб; , Н1, , (р1 -параметры агента сушки после прохождения слоя гранул ГОМУ; Уас - расход агента сушки, м3/ч; дас - удельная подводимая энергия, кДж/с; 1¥2 - соответственно производительность по влажным и сухим гранулам ГОМУ, т/ч; (Он, Фк - соответственно начальная и конечная влажность гранул ГОМУ,%; Ти, Тк - соответственно начальная и конечная температура гранул ГОМУ, °С; 1 - канал для подвода нагретого воздуха; 2 -перфорированная вогнутая грузонесущая перегородка; 3 - гранулы ГОМУ.

Рисунок 6 - Схема воздухоподводящего канала аэрожёлоба

Баланс теплоты для этого сечения будет определяться по зависимости: „ 1-х

1-Х

'с1

/

= У,

'-■Р^-{т-То)-сАС+д{х)<±с =

+ У„

Л* (т,с1Т т , •у Рас у + — -Тъ\-Слс +

+ Ч1(х)±с, (12)

где ц^ (х)с!х - потери теплоты через стенки.

Преобразовав и упростив выраже-

Улс ■ I - хЦ - вектор расхода воздуха на ние (12), окончательно получим:

расстоянии х, м3/с; УАС ■ сЫЦ - вектор расхода воздуха через решётку аэрожёлоба на участке длиной ск, м3/с; д(х) - вектор подводимой теплоты, Дж/с;

1-х I

Рас-ЛТ'САС =

Шск-д^хЩ. (13) Проинтегрировав выражение (13)

■1-(х + с1х)/1 - вектор расхода воздуха 0т Г0 до Т получим следующую зави

после прохождения участка сЬс, м3/с.

Рисунок 7 - Баланс расхода воздуха в сечении к расчёту

О УАС\1-Х)-РАС-С.

-<1х.

(14)

с 350

0.5

Длина I

1.8

< шицьною короо;

-♦■-Температура во^луха при

Температура воздуха прп линейном изменении ц Температура возд> ч прп параболическом шменешш

Рисунок 8 - Распределения температуры сушильного агента по длине аэрожёлоба

Распределение температуры сушильного агента по длине аэрожёлоба в зависимости от закона, по которому изменяется количество теплоты, подводимое для нагрева воздуха, показано на рис. 8.

Анализ рис. 8 показывает, что при параболическом законе подвода энергии теплота будет распределяться более равномерно по длине аэрожёлоба.

В третьем разделе «Программа и методика исследований» представлено описание лабораторных и производственной установок, приведены методики экспериментальной проверки теоретических положений и оптимизации технологических параметров сушилки.

Программа исследований включала:

1) определение силы разрушения слипшихся гранул ГОМУ в процессе сушки;

2) разработку и изготовление опытного образца аэрожёлобной сушилки с расположенным внутри шнеком;

3) проведение экспериментальных исследований сушки гранул ГОМУ в аэрожёлобной сушилке;

4) проведение технико-экономической оценки сушки гранул ГОМУ с использованием разработанной аэрожёлобной сушилки.

Опыт для определения усилия разрушения гранул проводили на лабораторной установке, выполненной по схеме, представленной на рис. 9. В ходе опыта изменяли количество слипшихся пар гранул и концентрацию лигногумата на поверхности. Трением качения гранул по поверхности пренебрегали.

Усилие для разрушения слипшихся гранул определяли по формуле:

^РАЗР ~ ^СДВ (15)

Силу трения матрицы определяли опытным путём.

^сдв ~ с|,ла' необходимая для сдвига матрицы, Н; F7V> -сила трения матрицы по поверхности, Н; 1 - гранулы ГОМУ; 2 - матрица Рисунок 9 - Схема для определения силы разрушения слипшихсягранул ГОМУ стей проводили по критерию Фишера.

Лабораторные исследования проводились путём постановки многофакторного эксперимента.

Результаты исследований обрабатывались на ПК методом вариационной статистики, регрессионного и корреляционного анализа. Оценку адекватности экспериментальных зависимо-

1 — циклон; 2 - вентилятор; 3 - мягкая вставка; 4 - нагревательный элемент (тэ-ны); 5 - загрузочный бункер; б - заслонка; 7 - зонт системы вытяжки; 8 - шнек; 9 - выгрузное устройство; 10 - канал для подвода подогретого воздуха; 11-корпус аэрожёлоба; 12 - вогнутая перфорированная грузонесушая перегородка; 13 - подшипниковые опоры; 14 - выгрузная заслонка циклона; 15 - тройник для обмена воздуха; 16 - грузонесущий канал

Рисунок 10 - Схема лабораторной установки

На основании проведённых теоретических и лабораторных исследований был изготовлен опытный образец аэрожёлобной сушилки.

В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований»

приведены результаты экспериментальных исследований и их анализ.

Проведённый двухфакторный регрессионный анализ по определению влияния высоты слоя гранул ГОМУ к, мм, и расхода воздуха <2ЛС, м3/с, на потери давления в слое гранул ГОМУ позволил получить математическую модель в раскодированном виде:

Р = -2091,69 -144,783 ■ А + 8585,1 • +17,4352 • /г2 - 6362,13 • д]с. (16)

Из рис. 11 очевидно, что для перемещения гранул минерального удобрения по аэрожёлобу потребуется большее давление агента сушки, чем для зерновых колосовых культур (при толщине слоя 10 см для перемещения гранул удобрения требуется давление в 13,2 раза больше, чем для перемещения пшеницы).

Теоретически было доказано, что на величину усилия, предназначенного для разрушения связей гранулированных ГОМУ, влияет концентрация лигногума-та на поверхности гранул и площадь контакта гранул между собой.

Для прогнозирования изменения усилия разрушения в зависимости от концентрации лигногу-мата на поверхности гранул кт1ги, %, и площади контакта гранул между собой мм2, был проведён многофакторный регрессионный анализ. В результате получена математическая модель определения усилия разрушения слипшихся гранул в раскодированном виде:

ГГЛЗР = 0,223 + 0,484 • кшт + 0,055 ■ ^, Н, (17)

Наибольшее влияние (86,4%) на усилие разрушения гранул ГОМУ оказывает площадь контакта гранул. Для уменьшения данной силы необходимо применение способа сушки во взвешенном слое и внешнего побудителя, который бы исключил пребывание гранул в неподвижном состоянии. Зная усилие разрушения слипшихся гранул, а также определив их площадь контакта по выражению (11),

800

116

О О, 1)5 0.1 0.1? 0.2 0.25 из 0,35 0.4 0.45 0.5 0.55 Расход вочязха. м'/с

-♦-Пшеница -«-Гранулы минерального удобрения

Рисунок 11 — Зависимость потерь давления от расхода агента сушки и высоты слоя гранул ГОМУ

были определены напряжения разрушения слипшихся гранул ГОМУ: при концентрации 0,1% лигногумата на поверхности гранул напряжение разрушения составляет 0,043...0,045 МПа, при концентрации 0,2% -0,048...0,053 МПа, при концентрации 0,3% 0,057...0,Об МПа, при концентрации 0,4% -0,065...0,067 МПа.

Для определения рациональных режимов работы аэродинамической установки бал реализован трехуровневый почти рота-табельный план второго порядка Бокса-Бенкина. В ходе регрессионного анализа были получены математические модели

0,5

в

о

5

3 0,2

'0.1 4

|

! | ...

^ РАЗР 0.223 ^0,48№ЛНГН!Ю,05 8* яг м-

________1 ^ ж * Лг^

9 1

3 4 5 6 7 Площадь контакта гранул 8, мм-

Концентрация-0,1 % ~ "«■"Концентрация - 0.3% ~

-Концентрация- 0.2% -Концентрация - 0,4%

Рисунок 12 - График зависимости усилия разрушения гра- ^суш ~ /(б ао'ас кси),

нул ГОМУ от площади контакта и концентрации Ууд =/(Яас^ас ^си ) лигногумата

Задача решалась графоаналитическим методом (рис. 13).

Руководствуясь требованиями к конструкциям и параметрам технических

--—-—средств для сушки

—--—.. " сыпучих и малосы-

^ . _ пучих материалов, ю 15.7 ... 840 Г ——-/ ■ ■ . .по которым расход

С Ц 740 г } \ тепла на испарение

5 Г - / 1" - - £ ¡? '' , I ~ влаги, приведён-

С и,7 "и Л\.".у _ , ' . -- ный к стандартным

С „-)4и : /■-■■ --Ч.;/.' : " - . ^ условиям, не дол-

^ 9,7 ^ 440 : /___* жен превышать

^ 7,7 340 : Г^^^ГТ^ХТ " 1 5 мДж/кг исп.вл.,

ч 1 ' к установлено. что £ 5.7 , - Д2 " - '

к сушилка оудет ра-

и,2 0,6 ( -1 ботать с наимень-

V шими энергозатра-

Риеунок 13 -Двумерные сечения поверхностей отклика тами при расходе

производительности и удельных энергозатрат сушилки агента сушки, по-

даваемого вентилятором внутрь воздухораспределительного канала сушильного короба <2ЛС = 0,73 м3/с, температуре агента сушки на входе в воздухораспредели тельный канал су-

шильного короба ¡АС = 70 °С и коэффициенте смены отработавшего воздуха ксм= 0,6.

В пятом разделе «Экономическая эффективность использования аэрожёлобной сушилки гранулированных ГОМУ» приводятся экономические расчёты, подтверждающие эффективность применения аэрожёлобной сушилки.

Оценка эффективности применения технологии проведена по двум методикам: с помощью энергетического анализа и в соответствие с методикой определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники, а также с использованием стандарта отрасли ОСТ 10 2.18-2001 - «Методы экономической оценки».

При применении гранулированных ГОМУ возникают дополнительные производственные затраты на приобретение лигногумата и установки для нанесения его на поверхность гранул минерального удобрения и сушки, а также оплату труда обслуживающего персонала и прочие затраты. Расчёты велись исходя из нормативного использования оборудования для приготовления и разбрасывания минеральных удобрений.

Изменение годового эффекта от применения удобрения, полученного с использованием разработанной аэрожёлобной сушилки в зависимости от концентрации лигногумата на поверхности гранул ГОМУ, представлено на рис. 14.

В результате произведённых расчётов, годовой экономический эффект при производстве ГОМУ (лигногумат на поверхности гранул) с использованием разработанной сушилки достигает 51,98 руб./т или 242,75 руб./га. Срок окупаемости капитальных вложений составит 1,03 года, годовая экономия энергии составит: 18,45 МДж/га.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Установлено, что известные конструкции сушилок не позволяют надёжно и эффективно осуществлять технологический процесс сушки при производстве гранул ГОМУ (лигногумат на поверхности).

2. Определена аэродинамическая характеристика слоя гранул ГОМУ (4.1) (лигногумат на поверхности). Выявлено, что перемещение слоя гранул в воз-

кипценф.пшя лигногумата ня поверхности 1р.шул

гому; "о

~+~Годорпй эффект р\'б 'т Годовой эффект, руб'тл

Рисунок 14 - Изменение годового эффекта в зависимости от концентрации лигногумата на поверхности гранул

душном потоке аэрожёлоба нецелесообразно, т.к. аэродинамическое сопротивление слоя гранул ГОМУ высокое.

3. Теоретически выведена зависимость (11) для определения площади контакта гранул в массиве удобрений, по которой происходит слипание гранул в процессе сушки нанесённого на них жидкого лигногумата. Экспериментально определено влияние концентрации лигногумата -11,1% и площади контакта гранул -86,4% на величину разрушения слипшихся гранул.

4. Экспериментальным путём определено напряжение разрушения слипшихся гранул ГОМУ. При концентрации 0,1% лигногумата на поверхности гранул напряжение разрушения составляет 0,043...0,045 МПа, при концентрации 0,2% - 0,048...0,053 МПа, при концентрации 0,3% - 0,057...0,06 МПа, при концентрации 0,4% - 0,065...0,067 МПа.

5. Теоретически определена закономерность (14) изменения удельной энергии нагревателя сушильного агента при его постановке внутрь воздухораспределительного канала, обеспечивающая равномерность температурного поля сушильного короба.

6. Обоснованы конструктивно-технологические параметры аэрожёлоб-ного сушильного короба: длина аэрожёлоба -2 м; радиус вогнутой жалюзийной грузнонесущей перегородки - 150 мм; шаг щелей - 50 мм, угол наклона воздухораспределительного канала аэрожёлоба к горизонту - 4°; диаметр шнека - 290 мм; шаг навивки шнека - 150 мм.

7. Разработана сушильная установка непрерывного действия САУ-1 (решение ФИПС о выдаче патента за № 2008131142/06(038800)), обеспечивающая надёжность технологического процесса производства гранулированных ГОМУ и внедрена в ЗАО «Шувалово» Костромской области производительностью 0,8 т/ч (в физических тоннах).

8. Определён оптимальный режим работы сушилки: расход агента сушки, подаваемого вентилятором внутрь воздухораспределительного канала сушильного короба Qac = 0,73 м3/с; температура агента сушки на входе в воздухораспределительный канал сушильного короба tM. =70 °С; коэффициент смены отработавшего воздуха кш =0,6. При этом её производительность составляет 1,1 т%/ч при общих удельных энергозатратах 5,14 МДж/кг исп. вл.

9. Внесение в почву ГОМУ с концентрацией лигногумата 0,5%, приготовленных с использованием разработанной сушилки, позволяет получить годовой экономический эффект 242,75 руб./га и 51,98 руб./т готовой продукции, годовую экономию энергии 18,45 МДж/га.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в 12 работах, основные из них следующие:

1. Курилов, C.B. Пути повышения эффективности применения удобрений [Текст] / O.A. Гладков, М.С. Волхонов, C.B. Курилов //Актуальные проблемы механизации сельского хозяйства : материалы юбилейной научно-практической конференции «Высшему агроинженерному образованию в Удмуртии - 50 лет» -Ижевск, 2005.-С. 171...175.

2. Курилов, C.B. Повышение эффективности применения удобрений [Текст] / O.A. Гладков, М.С. Волхонов, C.B. Курилов //Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе : материалы 57-й международной научно-практической конференции : в 5 т. Т 5. - Кострома : КГСХА, 2006. - 130 с. - С. 67.. .69.

3. Курилов, C.B. Методика проведения лабораторных исследований процесса сушки гранулированных органоминеральных удобрений (лигногумат на поверхности) [Текст] / М.С. Волхонов, C.B. Курилов //Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе: материалы 58-й международной научно-практической конференции : в 3 т. Т 3. - Кострома : КГСХА, 2007. - 194 с. - С. 65.. .67.

4. Курилов, C.B. Усовершенствованная технологическая схема лабораторной установки для сушки гуматизированных органоминеральных удобрений [Текст] / М.С. Волхонов, C.B. Курилов //Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе: материалы 59-й международной научно-практической конференции : в 5 т. Т 4. - Кострома : КГСХА, 2007. - 194 с. - С. 76...78.

5. Курилов, C.B. Сопоставимость результатов термодинамического расчёта производительности, КПД различного типа сушилок с их фактическими параметрами [Текст] / М.С. Волхонов, С.А. Полозов, C.B. Курилов, О.В. Малышев //Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе : материалы 59-й международной научно-практической конференции : в 5 т. Т 4. - Кострома : КГСХА, 2007. - 194 с. - С. 78...80.

6. Курилов, C.B. Оценка эффективности применения сушильной техники, выпускаемой в Российской Федерации [Текст] / М.С. Волхонов, С.А. Полозов, C.B. Курилов, О.В. Малышев //Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе : материалы 59-й международной научно-практической конференции :• в 5 т. Т 4. - Кострома : КГСХА, 2007. - 194 с. - С. 81 ...84.

7. Курилов, C.B. Теоретическое обоснование продолжительности процесса сушилки при производстве гранулированных органо-минеральных удобрений [Текст] / М.С. Волхонов, C.B. Курилов, О.В. Малышев //Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства. - Чебоксары : ЧГСХА, 2008. - 483 с. - С. 217...219.

8. Курилов, C.B. Результаты теоретических и лабораторных исследований экспозиции сушки гранулированных органо-минеральных удобрений [Текст] / C.B. Курилов, М.С. Волхонов, С.А. Полозов, О.В. Малышев //Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе : материалы 60-й международной научно-практической конференции : в 3 т. - Кострома : КГСХА, 2009. - С. 51... 53.

9. Курилов, C.B. Теоретические аспекты получения гранулированных гуматизированных органо-минеральных удобрений [Текст] Г М.С. Волхонов, C.B. Курилов, С.А. Полозов //Вестник Московского государственного агроинже-нерного университета им. В.П. Горячкин. - 2009. -№ 2. - С. 27...30.

10. Установка для сушки материалов (уведомление ФИПС о положительном решении о выдаче патента на изобретение от 06.08.2009 по заявке №2008131142/06 (038800) / М.С. Волхонов, С.А.Полозов, C.B. Курилов, О.В. Малышев: заявлено 25.07.2008 г.).

11. Курилов, C.B. Исследование конструктивно-технологических параметров сушилки [Текст] /М.С. Волхонов, C.B. Курилов //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. -№ 8. - С. 9... 10.

12. Курилов, C.B. Определение усилия, необходимого для разрушения связей гранулированных гуматизированных органо-минеральных удобрений при их производстве (лигногумат на поверхности) [Текст] / М.С. Волхонов, C.B. Курилов //Вестник Московского государственного агроинженерного университета им. В.П. Горячкин. - 2009. -КеЗ.-С. 17... 18.

© Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия" 156530, Костромская обл., Костромской район, пос. Каравае во, уч. городок, КГСХА Лицензия на издательскую деятельность ЛР №021292. Выдана 18/06/98

Компьютерный набор. Подписано в печать 25/12/2009. Заказ №238. Формат 84x60/16. Тираж 100 экз. Усл. пен. л. 1,2. Бумага офсетная. Отпечатано 25/12/2009.

Отпечатано с готовых оригинал-макетов в академической типографии на цифровом дубликаторе. Качество соответствует предоставленным оригиналам.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Агротехнические свойства удобрений и их значение для развития растений.

1.2. Основные физико-механические и технологические свойства твердых минеральных удобрений.

1.3. Обзор технологий приготовления органо-минеральных удобрений.

1.4. Способы сушки материалов.

1.5. Анализ существующих сушилок гранул минеральных удобрений.

1.6. Цель и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ТОМУ.

2.1. Обоснование основных конструктивно технологических параметров сушилки.

2.2. Теоретические предпосылки к определению усилия разрушения слипшихся гранул ГОМУ в процессе сушки.

2.2.1. Определение площади контакта гранул ГОМУ.

2.2.2. Определение площади контакта п-го числа гранул.

2.3. Теоретические предпосылки к определению распределения теплоты по длине аэрожёлоба.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Программа исследования.

3.2. Методика исследования.

3.2.1. Описание экспериментальных и производственной установок.

3.2.2. Измерительные приборы.

3.2.3. Методика проведения поисковых исследований использования аэрожёлоба с плоской чешуйчатой перегородкой для сушки гранул ГОМУ.

3.2.4. Методика планирования эксперимента по определению влияния основных конструктивных и технологических параметров аэрожёлоба на процесс сушки.

3.2.5. Методика исследования влияния расхода воздуха, поступающего в сушильный короб, температуры сушильного агента, коэффициента смены агента сушки на производительность сушильной установки и удельные энергозатраты.

3.2.6. Методика определения экономической эффективности усовершенствованной технологии сушки ГОМУ.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Определение аэродинамического сопротивления слоя гранул ГОМУ.

4.2. Исследование влияния концентрации лигногумата на поверхности гранул и площади контакта на усилие, необходимое для разрушения связей гранулированных ГОМУ.

4.3. Определение изменения влажности гранул минерального удобрения с нанесённым на них раствором лигногумата в процессе сушки.

4.4. Исследования влияния расхода воздуха, поступающего в сушильный короб, температуры сушильного агента и коэффициента смены воздуха на производительность установки и удельный расход энергии.

4.4.1. Исследования влияния расхода воздуха, поступающего в сушильный короб, температуры сушильного агента и коэффициента смены воздуха на производительность установки.

4.4.2. Исследования влияния расхода воздуха, поступающего в сушильный короб, температуры сушильного агента и коэффициента смены воздуха на удельные энергозатраты.

4.5. Определение области рационального сочетания параметров сушилки аэрожёлобного типа с установленным внутри шнеком.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЭРОЖЁЛОБНОЙ СУШИЛКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ТОМУ.

5.1. Экономическая эффективность применения аэрожёлобной сушилки при сушке гранулированных ГОМУ.

5.2. Энергетический анализ эффективности применения аэрожёлобной сушилки при сушке гранулированных ГОМУ.

Актуальность темы. Применение удобрений является одним из основных условий интенсификации сельского хозяйства. Внесение удобрений несет за собой повышение плодородия почвы. По данным американских специалистов, даже истощенные, холодные, «мертвые» почвы можно привести в плодородное состояние путем систематического внесения биогумуса в течение 4 лет из расчета 3 т/га [100].

С 1991 года положение с плодородием почв в Российской Федерации стремительно ухудшается. Применение минеральных удобрений снизилось в 10 раз, а в отдельных зонах РФ - в 20.30 раз, органических удобрений - в 3,6 раза. За последние 11 лет отмечено уменьшение содержания гумуса в среднем по России на 0,4%. Снижение этого показателя только на 0,1% приводит при прочих равных природно-экономических условиях к уменьшению урожайности зерна на 0,8. 1 ц с 1 га [104].

При выборе видов и форм удобрений, установлении норм и способов их внесения обязательно учитывают содержание подвижных питательных веществ в почвах. При совместном внесении органических и минеральных удобрений проявляется синергетический эффект их воздействия на растения.

Среди множества видов удобрений в последнее время выделяется отдельный вид - гуматизированные органо-минеральные удобрения (ГОМУ). Эффективность их применения доказана рядом опытов. Наибольшую эффективность от использования гранулированных ГОМУ можно получить при нанесении лигногумата на поверхность гранул минерального удобрения. По данным компании ООО НПО «РЭТ» средняя прибавка урожая зерновых в этом случае составляет до 10,7 ц/га.

В процессе производства гранулированных ГОМУ при размещении лигногумата на поверхности гранул возникает необходимость их сушки. В процессе сушки гранулы ГОМУ слипаются между собой. При сушке гранул в плотном слое они между собой слипаются, поэтому возникает необходимость в разработке нового сушильного оборудования для его производства.

Цель исследования. Разработка и обоснование конструктивно-технологических параметров аэрожёлобной сушилки гранулированного удобрения со слипающимися компонентами.

Объект исследования. Технологический процесс сушки гранул минерального удобрения с нанесённым слоем лигногумата на их поверхность.

Предмет исследования. Выявление закономерностей влияния конструктивных и технологических параметров аэрожёлобной установки с винтовым шнеком на технологический процесс сушки гранулированных минеральных удобрений с нанесённым слоем лигногумата.

Гипотеза исследования. Если использовать для сушки гранул ГОМУ аэрожёлоб, то это позволит увеличить надёжность и эффективность технологии их производства.

Методы исследования. В исследовании использованы методы математической статистики, теории эксперимента, оригинальная авторская частная методика определения усилия, необходимого для разрушения связей, возникающих между гранулами ГОМУ во время сушки. Использование указанных методов основывалось на применении современных технических средств и измерительных приборов. Экспериментальные методы исследования реализованы на физических моделях, натурном образце сушилки и в условиях производства. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики в среде специализированного пакета по статистическому анализу и обработке данных STATGRAPHICS Plus для Windows. Физико-технологические свойства гранулированных ГОМУ и показатели их качества определялись в соответствии с существующими государственными стандартами и техническими условиями на их производство.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО Костромская ГСХА «Совершенствование технологии производства органо-минеральных удобрений путём обоснования и разработки смесителя-сушилки» и в соответствии с техническим заданием ООО НПО «РЭТ» на разработку аэрожёлобной сушилки для сушки гранулированных ГОМУ.

Научную новизну составляют:

- теоретическая зависимость производительности сушильного короба от перепада температуры агента сушки и его расхода; выражение, позволяющее оценить условие самоочищения винтового шнека; выражение, позволяющее определить площадь контакта гранул от его размеров и концентрации вводимого лигногумата; формула общей площади контакта слипшейся массы гранул для оценки и экспериментального определения усилия разрушения слипшихся гранул; формула для определения температуры агента сушки на грузонесущей перегородке в зависимости от длины сушильного короба и количества теплоты, подводимой для нагрева воздуха;

- режимы и конструктивные параметры сушилки;

- созданная и испытанная в производственных условиях сушилка.

Научная новизна технологической схемы сушилки подтверждена положительным решением ФИПС о выдаче патента на изобретение за № 2008131142/06(038800) от 06.08.2009 г.

Достоверность основных положений выводов подтверждена результатами экспериментальных исследований процесса сушки гранулированного органо-минерального удобрения после введения раствора лигногумата с использованием стандартных методик теории активного планирования эксперимента, компьютерных программ «Excel» и «StatGraphcs Plus»; положительными результатами производственных испытаний разработанной сушилки, а таюке результатами исследований ФГУ ГС АС «Костромская».

Практическая ценность и реализация результатов исследования заключается в обосновании совокупности научных положений по созданию сушилки гранулированных удобрений при нанесении жидкого слипающегося компонента; в создании опытного образца сушилки САУ-1, установленной в ЗАО «Шувалово» Костромской области.

Результаты диссертационной работы нашли также применение в учебном процессе ФГОУ ВПО Костромской ГСХА и ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА при чтении лекций, выполнении курсовых работ и дипломных проектов студентов, обучающихся по специальности 110303 и 110304.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях -межвузовской, состоявшейся в 2005 г. в ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, всероссийской в 2008 г. в ФГОУ ВПО Чувашская ГСХА и международных состоявшихся в 2005.2009 гг. ФГОУ ВПО Костромская ГСХА.

На защиту выносятся:

- технологическая схема сушилки гранулированных ГОМУ;

- теоретические предпосылки к определению производительности сушильного короба в зависимости от его геометрических размеров и основных технологических параметров агента сушки;

- теоретические предпосылки к определению закономерности изменения удельной энергии нагревателя сушильного агента при его постановке внутрь воздухораспределительного канала аэрожёлоба;

- методика определения усилия, необходимого для разрушения связей, возникающих между гранулами ГОМУ во время сушки, и результаты лабораторных исследований;

- результаты лабораторных исследований по определению физико-технологических свойств: аэродинамического сопротивления слоя и напряжения разрушения слипшихся гранул ГОМУ;

- результаты производственных исследований определения оптимального режима работы разработанной сушилки;

- технико-экономическое обоснование применения сушилки аэрожёлобного типа с установленным внутри шнеком для производства гранулированных ГОМУ.

Автор пользуется возможностью выразить глубокую признательность научному руководителю доктору техн. наук, доценту М.С. Волхонову, всем сотрудникам и аспирантам кафедры «Сельскохозяйственные машины» ФГОУ ВПО Костромская ГСХА, за оказанную помощь и содействие при выполнении этой работы. физические, химические, физико-химические свойства, водный и воздушный режим [105].

Рисунок 1.1— Классификация удобрений

Исключительно важно противоэрозийное значение удобрений. Они способствуют ускоренному появлению всходов, защищающих почвы от водной и ветровой эрозии. Удобрения улучшают развитие надземной вегетативной массы растений. Под влиянием удобрений лучше развивается корневая система растений, связывающая почву.

Однако у органических удобрений существует и ряд недостатков: - в виду небольшой концентрации веществ для полного их восполнения требуется большое количество органического удобрения;

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что известные конструкции сушилок не позволяют надёжно и эффективно осуществлять технологический процесс сушки при производстве гранул ГОМУ (лигногумат на поверхности).

2. Определена аэродинамическая характеристика слоя гранул ГОМУ (4.1) (лигногумат на поверхности). Выявлено, что перемещение слоя гранул в воздушном потоке аэрожёлоба нецелесообразно, т.к. аэродинамическое сопротивление слоя гранул ГОМУ высокое.

3. Теоретически выведена зависимость (2.37) для определения площади контакта гранул в массиве удобрений, по которой происходит слипание гранул в процессе сушки нанесённого на них жидкого лигногумата. Экспериментально определено влияние концентрации лигногумата -11,1% и площади контакта гранул - 86,4% на величину разрушения слипшихся гранул.

4. Экспериментальным путём определено напряжение разрушения слипшихся гранул ГОМУ. При концентрации 0,1% лигногумата на поверхности гранул напряжение разрушения составляет 0,043.0,045 МПа, при концентрации 0,2% - 0,048.0,053 МПа, при концентрации 0,3% - 0,057.0,06 МПа, при концентрации 0,4% -0,065.0,067 МПа.

5. Теоретически определена закономерность (2.46) изменения удельной энергии нагревателя сушильного агента при его постановке внутрь воздухораспределительного канала, обеспечивающая равномерность температурного поля сушильного короба.

6. Обоснованы конструктивно-технологические параметры аэрожёлобного сушильного короба: длина аэрожёлоба -2 м; радиус вогнутой жалюзийной грузнонесущей перегородки - 150 мм; шаг щелей

-50 мм, угол наклона воздухораспределительного канала аэрожёлоба к горизонту - 4°; диаметр шнека - 290 мм; шаг навивки шнека - 150 мм.

7. Разработана сушильная установка непрерывного действия САУ-1 (решение ФИПС о выдаче патента за №2008131142/06(038800», обеспечивающая надёжность технологического процесса производства гранулированных ГОМУ и внедрена в ЗАО «Шувалово» Костромской области производительностью 0,8 т/ч (в физических тоннах).

8. Определён оптимальный режим работы сушилки: расход агента сушки, подаваемого вентилятором внутрь воздухораспределительного канала сушильного короба QAC = 0,73 м3/с; температура агента сушки на входе в воздухораспределительный канал сушильного короба tAC = 70 °С; коэффициент смены отработавшего воздуха ксм =0,6. При этом её производительность составляет 1,1 т-%/ч при удельных энергозатратах 5,14 МДж/кг исп. вл.

9. Внесение в почву ГОМУ с концентрацией лигногумата 0,5%, приготовленных с использованием разработанной сушилки, позволяет получить годовой экономический эффект 242,75 руб./га и 51,98 руб./т готовой продукции, годовую экономию энергии 18,45 МДж/га.

1. A.C. 519585 СССР, МКЛ F 26 В 17/12. Сушилка для комкующихся материалов Текст. /И.Л. Щукин, A.B. Воробей, Е.З. Заблоцкий, В.В. Городельский, М.Н. Рассоха /СССР / -№1931518/06; Заявлено 15.06.73; Опубл. 30.06.76, Бюл. №24. -2с.: ил.

2. A.C. 585381 СССР, МКЛ F 26 В 17/10. Установка для сушки дисперсных материалов в кипящем слое Текст. /A.A. Аудзявичюс /СССР / №2347528/24-06; Заявлено 12.04.76; Опубл. 25.12.77, Бюл. №47. — Зс.: ил.

3. A.C. 590564 СССР МКИ F 26 В 3/06. Способ сушки термочувствительных материалов Текст. /В.И. Жидко, В.И. Алейников /СССР/. №2197257/24 - 06; Заявлено 09.12.75; Опубл. 16.02.78. Бюл. № 4. -4с.: ил.

4. A.C. 568824 СССР, кл. F 26 В 17/26.

5. A.C. 731232 СССР МКЛ F 26 В 11/04. Установка для сушки гранулированных материалов Текст. /P.M. Сарумов, А.П. Глыбин, А.И. Дементьев, Б.С. Боршев и A.B. Чечеткин /СССР /. №2528685/2406; Заявлено 03.10.77; Опубл. 30.04.80, Бюл. №16. - Зс.

6. A.C. 731237 СССР, МКЛ F 26 В 17/26. Установка для сушки и термообработки сыпучих материалов в виброкипящем слое Текст. /A.C. Зелепуга, П.С. Лапцевич /СССР / №2666763/24-06; Заявлено 26.09.78; Опубл. 30.04.80, Бюл. №16. - Зс.: ил.

7. A.C. 723329 СССР МКИ F 26 В 3/08. Способ сушки сельскохозяйственных продуктов Текст. /A.B. Голубкович, А.Г. Чижиков, Л.С. Ударов /СССР /- № 2659734 /24-06; Заявлено 21.08.78; Опубл. 25.03.80, Бюл. № 11. -4с.: ил. 5.

8. A.C. 967284 СССР, МКЛ F 26 В 17/12. Сушилка для комкующихся материалов Текст. /Золтан Оноди, Шандор Микола,

9. Ференц Фаркаш и Иштван Ковач /СССР / №2668700/24-06; Заявлено 04.10.78; Опубл. 15.10.82, Бюл. №38. - Зс.: ил.

10. Агрономия : Учебник для вузов Текст. / Муха В.Д., ред. — М.: Колос, 2001. 504 е.: ил. — (Учебники и учеб.пособия для студентов вузов). - ISBN 5-10-003552-8: 80-00.

11. Азин Л.А., Лихачева Е.И., Савин Ю.А. Эффективность предпосевной обработки кондиционных семян в зерносушилках. Текст. /Селекция, семеноводство, интенсификация производства семян на Урале.: Сб.науч.тр. Перм. СХИ, 1989. - с. 8. 13.

12. Актуальные вопросы послеуборочной обработки и хранения зерна. Текст. /В.В. Шевцов, И.Э. Мильман, A.B. Тихомиров, Ю.В. Есаков. //Перспективы использования конвейерных сушилок.: Сб. науч. тр. ВИМ.-М., 1973-с. 105. 106.

13. Александров М.П. Подъёмно-транспортные машины Текст. Учебник для машиностроительных техникумов. 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1984. - 336 с. ил.

14. Алябьев Е.В. Прогрессивные способы и средства механизации для хранения и переработки кормового зерна Текст. — М.: ВНИИТЭИагропром, 1989. 60 е., ил.

15. Анискин В.И. Консервация влажного зерна Текст. М.: Колос, 1968.-286 с.

16. Анискин В.И. Создание перспективной сельскохозяйственной техники с обеспечением ее экологичности Текст. Инженерная экология, №5. 1995. с. 20-38.

17. Ануфриев А.Ф. Научное исследование. Курсовые, дипломные и диссертационные работы Текст. М.: Ось-89, 2002. - 112 с.

18. Баум А.Е., Резчиков В.А. Сушка зерна. Текст. М.: Колос, 1983.-222 с.

19. Бекасов А.Г., Денисов Н.И. Руководство по сушке зернаТекст. -М.: Заготиздат, 1952. 392 с.

20. Блохин П.В. Эффективность охлаждения зерна пшеницы на аэрогравитационном транспортере Текст. //Теория и техника сушки зерна.: Сб науч. тр. ВНИИЗ. -М., 1970.-Вып. 70.-с. 209.216.

21. Бурков А.И. Наймушин М.И. Исследование бункерной сушилки СБ-2 Текст. //Сельскохозяйственная наука северо-востока европейской части России. Том 4.: Сб. науч. тр. НИИСХ Северо-Востока. Киров, 1995. - с. 89.94.

22. Бурков А.И., Сычугов Н.П. Зерноочистительные машины. Конструкция, исследования, расчет и испытания Текст. Киров: НИИСХ Северо - Востока. - 2000. - 261 с.

23. Васильев В.А., Филипова Н.В. Справочник по органическим удобрениям Текст. 2-е изд., переб. И доп. - М.: Росагропромиздат, 1988.-255 е.: ил.

24. Вальднер Н.К. Методика испытаний сушильных установок сельскохозяйственного назначения Текст. М.: ВИСХОМ. - 1970. -190 с.

25. Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий Текст. /A.B. Панченко, A.M. Дзядзио, A.C. Кеммер и др. — М.: Колос, 1974.-400 с.

26. Влага в зерне Текст. /A.C. Гинзбург, В.П. Дубровский, Е.Д. Казаков и др. М.: Колос. - 1969. - 224 с.

27. Волосевич Н. П., Дружинин A.B. Машины для послеуборочной обработки зерна Текст. Уч. пос., Саратов, 1993. 83с., ил.

28. Гержой А.П., Самочетов В.Ф. Зерносушение и зерносушилки Текст. М.: Колос, 1967. - 255 е., ил.

29. ГОСТ 23729-82 Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки Текст. М.: ЦНИИТЭИ, 1989. - 9 с.

30. Денисов В.И. Технико-экономические расчеты в энергетике: Методы экономического сравнения вариантов Текст. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 216 е., ил.

31. Долгачева B.C. Растениеводство Текст. Учеб. пособие для вузов / В. С. Долгачева. М: Академия, 1999. - 368 е.: ил. - (Высшее образование). - ISBN 5-7695-0354-4.

32. Емцев В.Т. Микробиология Текст. Учебник для вузов / В. Т. Емцев, Е. Н. Мишустин. 4-е изд, перераб. и доп. - M : КолосС, 1993. - 383 е.: ил. — (Учебники и учеб. пособия для студентов вузов). — ISBN 510-002771-1 : 800-00.

33. Жидко В.И., Резчиков В. А., Уколов B.C. Зерносушение и зерносушилки Текст. М.: Колос, 1982. -239 с.

34. Забродский С.С. Гидродинамика и теплообмен в цсевдоожиженном и кипящем слое Текст. М.: Ленинград Государственное энергетическое издательство, 1963. -488 с.

35. Захарченко И.В. Послеуборочная обработка семян в Нечерноземной зоне Текст. М.: Россельхозиздат, 1983. - 263 е., ил.

36. Зимин Е.М. Использование приёмных отделений для аэрации поступившего от комбайнов семенного зерна Текст. /Селекция и семеноводство, 1984. №10.

37. Казаков Е.Д., Попова Н.В., Хорошайлов Н.Г. Особенности сублимационнй сушки семян ржи Текст. //труды ВНИИЗ, вып 97. М.: 1981.-е. 41.48.

38. Карпов Б. А. Технология послеуборочной обработки и хранения зерна Текст. М.: Агропромиздат, 1987. - 288с.: ил.

39. Кленин Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины Текст. Учебник для вузов / Н. И. Кленин, В. Г. Егоров. — М: КолосС, 2004. 464 е.: ил. - (Учебники и учеб. пособия для студентов сред. спец. учеб. заведений). - ISBN 5-9532-0035-8 : 264-00.

40. Колесов Л.В., Гущинский А.Г., Александров A.B. и др. Интенсификация процесса сушки в шахтных зерносушилках Текст. /Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1996. - №5. - с. 18.20.

41. Комышник Л.Д., Журавлев А.П., Тарабаев Б.К. Принцип псевдоожижения слоя зерна и перспективы его практического применения в зерносушении Текст. /Труды ВНИИЗ, вып. 97. М.: 1981. -с. 11.15.

42. Кошурников A.B., Кошурников Д.А., Кыров A.A. Анализ технологических процессов, выполняемых сельскохозяйственными машинами с помощью ЭВМ Текст. Ч 2. Пермская с.-х. академия. Перьм, 1998.-381 с.

43. Лебедев В.Б. Обработка и хранение семян Текст. М.: Колос. - 1983.-203 с.

44. Лурье А.Б., Еникеев В.Г. К методике моделирования сельскохозяйственных агрегатов и их систем регулирования при случайном характере входных возмущений Текст. / Записки ЛСХИ,1978. т. 108. Л., - с. 5. .11.

45. Лурье А.Б., Нагорский И.С., Озеров В.Г. и др. Моделирование сельскохозяйственных агрегатов и их систем управления Текст. /Под ред. А.Б. Лурье Л.: Колос. Ленингр. отд-ние,1979.-312с., ил.

46. Лурье А.Б., Громбчевский A.A. Расчет и конструирование сельскохозяйственных машин Текст. Л.: "Машиностроение" Ленингр. отд-ние, 1977. -528с., ил.

47. Малаков Ю.Ф. Органические удобрения, эффективное применение . в экологическом земледелии Текст. /Под ред. В.Г. Еникеева. С-Пб: изд-во СПбГАУ, 2000. -205с.

48. Мельников C.B., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов Текст. -Л.: Колос, 1980.- 168 с.

49. Меновщиков Ю.А., Порсева Н.И., Порсев Е.Г. Перспективы развития техники для сушки зерна Текст. /Сб. науч. тр. /Сибирский НИИМЭСХ, 1988.-с. 4. 12.

50. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники Текст. /A.B. Шпилько,

51. B.И. Драгайцев, П.Ф. Тулапин и др. М.: Министерство сельского хозяйства и продовольствия Р.Ф. - 1998 ч.2 (нормативно-справочный материал) - 244 с.

52. Методические рекомендации по выбору и эффективному использованию зерносушильного оборудования Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. - 140 е.

53. Механизация послеуборочной обработки зерна Текст.: Справочник /B.C. Желтов, Г.Н. Павлихин, В.М. Соловьев М.: Колос, 1973г.-254 с.

54. Минеральные удобрения Текст. Пер. с нем. Н.С. Корогодова М61 и Т.П. Шульцева. -М., Колос, 1975. -400 е., ил.

55. Обручникова Л.П. Система удобрений и качество продукции Текст. / Л. П. Обручникова, П. А. Солдатов, Г. Н. Максимова // Мат. 52-й н.- практ. конф. / КГСХА.- 2001.- Актуальные проблемы науки в АПК.-Т.1. -С.24.

56. Окунь Г.С., Чижиков А.Г. Тенденции развития технологий и технических средств сушки зерна Текст. М., 1987. - 56 с.

57. Олоничев B.B. Высокочастотная сушка семян бобовых трав Текст. Автореферат дис. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. — Челябинск, 1985-24с.

58. Павлова М.Д. Практикум по агрометеорологии Текст. JI.: Гидрометеоиздат, 1984. - 184 с.

59. Павловский Г.Т., Птицын С.Д. Очистка, сушка и активное вентилирование зерна Текст. — М.: Высшая школа, 1972.-256 с., ил.

60. Предварительный нагрев зерна как способ интенсификации процесса сушки Текст. /В.А. Резчиков, В.П. Дубровский, О.Н. Каткова, и др. /Теория и техника сушки зерна.: Сб науч. тр. ВНИИЗ. М., 1970. -Вып. 70.-с. 126. 135.

61. Проектирование и расчёт подъёмно-транспортирующих машин сельскохозяйственного назначения Текст. /М.Н. Ерохин, A.B. Карп, H.A. Выскребенцев и удр-; Под ред. М.Н. Ерохина иИ

62. A.B. Карпа. М.: Колос, 1999. - 228 е.: ил. - (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).

63. Проектирование механических передач Текст. Учебно-справочное пособие для ВТУЗов /С.А. Чернавский, Г.А. Снесарев, Б.С. Козинцов и др. 6-е изд. переаб. и доп. - М.: «Альянс», 2008.

64. Птицын С.Д. Зерносушилки Текст. 2-е изд. испр. и доп. — М.: Машиностроение, 1968. - 214 е., ил.

65. Птицын С.Д. Зерносушилки: Технологические основы, тепловой расчет и конструкция Текст. — М.: Машиностроение, 1966.-211 е., ил.

66. Птицын С.Д. Современная техника сушки зерна Текст. -Брянск, 1967.-238 с.

67. Рагулин М.С. Очистка, сушка и хранение семян трав Текст. М.: Россельхозиздат, 1980. - 160 с.

68. Репин А.Н. Сушка и хранение семян Текст. М.: Сельхозгиз, 1957 - 175 е., ил.

69. Сакун В.А. Сушка и активное вентилирование зерна и зелёных кормов Текст. М.: Колос, 1974 - 216с.

70. Самочетов В.Ф., Джорогян Г.А. Зерносушение Текст. — М.: Колос, 1970.

71. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины Текст. / Г.Е. Листопад, Т.К. Демидов, Б.Д. Зонов и др.: Под общ. ред. Г.Е. Листопада. М.: Агропромиздат, 1986. — 688 е., ил. - (Учебники и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).

72. Состояние и перспективы развития средств механизации сушки зерна Текст. /Г.А. Ровный, Н.К. Вальднер, Ю.Л. Фрюгер, И.И. Зверев. М.: ЦНИИТЭИтракторсельхозмаш, 1973. - 80 с.

73. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины Текст. Учеб. пособие для машиностроительных вузов. — 3-е изд., пераб. М.: Машиностроение, 1983. -487 е., ил.

74. Справочник агрохимика Текст. М.: Россельхозиздат, 1976.-350 с.

75. Статистика Текст. /А.П. Зинченко, В.К. Горкавый, Е.А. Гуртовник и др.; под ред. А.П. Зинченко. М.: Финансы и статистика, 1982. -271 е., ил.

76. Сушка зерна Текст. /К.И. Куценко, В.И. Атаназевич, В.И. Пешкова, С.И. Кириченко. //Актуальные вопросы послеуборочной обработки и хранения зерна: Сб. науч. тр. ВИМ. М., 1973 — с. 117.118.

77. Сычугов Н.П. Вентиляторы Текст. Киров: Вятка. 2000. - 228 с.

78. Типовые нормы выработки и расхода топлива на механизированные работы по внесению удобрений Текст. Справочник. М : Росагропромиздат, 1989. - 191 с.

79. Удобрения, их свойства и способы использования Текст. /Под ред. Д.А. Кренькова. М.: Колос, 1982. - 415 с.

80. Уколов B.C. Сушка семян в камерных сушилках с реверсивной подачей воздуха Текст. //Теория и техника сушки зерна.: Сб науч. тр. ВНИИЗ.-М., 1970.-Вып. 70.-с. 181. 195.

81. Федоренко И.Я., Лобанов В. И. Об одном способе формирования псевдоожиженного слоя Текст. //Механизация технологических процессов в сел. хоз-ве и перерабатывающей промышленности: Сб. науч. тр. АГАУ. Барнаул, 1997. с. 29.31.

82. Физико-механические свойства растений, почв, удобрений Текст. Методы исследования, приборы, характеристики. М.: Колос, 1970. - 423 с. - (Для работников науч.-исслед. и опытно-констр. организаций).

83. Фирсов И.П. Технология растениеводства Текст. Учебник /И. П. Фирсов, А. М. Соловьев, М. Ф. Трифонова. М.: КолосС, 2004. -472 с. - (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений). - ISBN 5-9532-0190-7 : 311-00.

84. Шибаев П.Н., Карпов Б.А. Активное вентилирование семян Текст. 2-е изд., доп. - М.: Россельхозиздат, 1969. - 111 е., ил.

85. Ягодин Б.А. Агрохимия Текст. Учебник для вузов / Б. А. Ягодин, Ю. П. Жуков, В. И. Кобзаренко. М: Колос, 2002. - 584 е.: ил. - (Учебники и учеб. пособия для студентов вузов). - ISBN 5-10003588-9.