автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Сушка хмеля в электромагнитном поле высокой частоты

На правах рукописи

ЗАЙЦЕВ ГЕОРГИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

•УДК 633.791:631.365.55

СУШСА ХМЕЛЯ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Специальность 05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание учгной степени кандидата технических наук

Москва 1996

»Г Б ОД

1 5 ДНК

Работа выполнена в Московском государственном агроинженерном университете им. В. П. Горячкина. Экспериментальная часть работы выполнена в лаборатории электротехнологии Цивильского сельскохозяйственного техникума Чувашской Республики.

Научные руководители:

заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор 1С.П.ЛЕБЕДЕВ1:

заслуженный деятель науки и техники РФ. доктор технических наук, профессор В. И. ТАРУШКИН

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В. Н. РАССТРИГИН;

кандидат технических наук, доцент В.М.БОГОЯВЛЕНСКИЙ.

Ведущее предприятие -

Научно-исследовательский и проектно-тех-нологический институт хмелеводства (НИП-ТИХ. г.Цивильск ЧР)

Защита состоится "9" декабря 1996 г. в 13 час. на заседании диссертационного совета К 120.12.02 Московского государственного агроинженерного университета им. В. П. Горячкина. 127550, г.Москва, ул.Тимирязевская, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАУ.

Автореферат разослан "5" ноября 199В г.

Ученый секретарь диссертационного созета.

кандидат техн. наук, профессор А.П.ФомеккоЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время большое значение придается увеличению производства хмеля - ценнейшей технической культуры и незаменимого растительного сырья для многих отраслей народного хозяйства и до сих пор не имеющего себе аналогов. Хмель возделывается в 25 странах мира, и его производство, непрерывно растет. По производству хмеля наша страна занимает 7 место в мире. Основным поставщиком этого ценнейшего сырья в России является Чувашская Республика, на долю которой приходится 84% валового сбора и более 50% всей площади, занятой этой культурой в Российской Федерации.

Хмель используется в пивоваренной, пищевой, фармацевтической, парфюмерной, лакокрасочной промышленности и в медицине. Ежегодная потребность хмеля только для производства пива составляет 5000 тонн при среднегодовом его производстве 3500 тонн. На закупку недостающего его количества за рубежом ежегодно затрачивается около 100 млрд. рублей. Поэтому, придавая большое значение производству хмеля, правительство Российской Федерации приняло Федеральную целевую программу "Хмель России" на 1996-2000 годы. В этой программе особое внимание уделяется послеуборочной обработке и переработке хмеля, повышению качества и выпуску конкурентоспособной продукции. Самым ответственным технологическим процессом послеуборочной обработки хмеля является сушка, нарушение которого приводит к такому ухудшению качества товарного хмеля, исправить которое невозможно.

В практике хмелеводства известны следующие способы искусственной сушки хмеля: сублимационный, обезвоженным воздухом, с помощью солнечных лучей, влажным воздухом, инфракрасными лучами, дымовыми газами, нагретым воздухом и другие. Наибольшее распространение у нас в стране и за рубежом получили хмелесушилки, основанные на конвективном способе сушки. Сушка хмеля конвективным способом затруднительна, в связи с уменьшением влагопоглотитель-ной способности атмосферного воздуха в осенний период. При эток увеличивается продолжительность сушки и снижается качество, а таюке создаются благоприятные условия для развития микрофлоры к появления очагов плесени в хмеле, .споры которых сохраняются даже после сушки нагретым до 65° С воздухом.

Только от несовершенства хмелесушилок и нарушения технологи!: сушки ежегодно от 13 до 55% первосортного хмеля переходит во вто-

рой сорт и от 0,7 до 16Ж - в третий сорт. Таким образом, в республике остро стоит проблема сушки хмеля и разработки технических средств для ее осуществления. Решить эту проблему можно только применением принципиально новой технологии. Такие технологии и технические средства можно создавать, используя энергию электромагнитного поля высокой частоты (ЭМПВЧ). Именно ЭМПВЧ, обладая такими специфическими свойствами, как генерирование тепла в каждой элементарной частице материала, избирательность нагрева и способность точного дозирования, расчленения на различные био-тропные параметры (интенсивность, градиент, вектор, частота, экспозиция) позволяет с высокой точностью управлять процессом сушки.

Несмотря на широкие возможности применения ЭМПВЧ во многих отраслях народного хозяйства с достаточной экономической эффективностью, этот способ не нашел пока широкого применения в сельскохозяйственном производстве. Это объясняется прежде всего отсутствием научно обоснованных принципов построения высокоэффективных технологий и универсальных высокочастотных установок сельскохозяйственного назначения. Поэтому научные исследования, направленные на разработку эффективных способов и технических средств, обеспечивающих интенсивную технологию сушки свежеубран-ного хмеля, актуальны и имеют большое народнохозяйственное значение. Решению этой проблемы и посвящена диссертация.

Исследования автора в указанном направлении были начаты в 1979 году. Они проводились в соответствии с планами НИР Челябинского государственного агроинженерного университета и Московского государственного агроинженерного университета им. В. П.Горячкина в рамках государственной программы комплексного развития хмелеводства на 1991-1995 годы и Федеральной целевой программы "Хмель России" на 1996-2000 годы.

Цель и задачи исследований. Разработка теоретических положений, методов и технических средств, обеспечивающих интенсивную технологию сушки свеяеубранного хмеля с использованием энергии электромагнитного поля высокой частоты, реализация результатов теоретических исследований в конструкциях хмелесушилки и доведение всего цикла работ до внедрения в производство. Для достижения этой цели поставлены следующие научные задачи:

- экспериментально определить электрофизические параметры шишек хмеля и математически описать их функциональные зависимости

от частоты электромагнитного поля, температуры и влажности;

- изучить картины распределения электрического и температурного полей в шишке и массе хмеля при различных частотах и математически описать кинетику процессов нагрева и сушки хмеля в ЭМПВЧ, с учетом неоднородности шишки, неравномерности слоя хмеля и нелинейности параметров сушки;

- разработать экспериментально-производственную- высокочастотную сушильную установку малой мощности, обеспечивающую эффективные технологические режимы сушки свежеубранного хмеля, на базе которой предложить конструктивно-технологическую схему производственной высокочастотной хмелесушилки;

- определить эффективные энергетические параметры процесса сушки свежеубранного хмеля и разработать методику согласования, коррекции физико-технических и технологических параметров высокочастотной хмелесушилки;

- провести лабораторно-производственные испытания высокочастотной установки для сушки свежеубранного хмеля, оценку экономической эффективности результатов исследования.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлено с позиции системного подхода, при этом использованы теории электромагнитного поля, электрических цепей, диэлектрических потерь, теплопроводности, методы физического и математического моделирования, биохимического анализа и математической статистики. Необходимые расчеты выполнены на ЭВМ. для этого разработано математическое и программное обеспечение.

Предмет исследования. Процесс влаговыделения из биообьекта (шишек хмеля) посредством воздействия на него электромагнитного поля (ЭМП) в диапазоне частот 5...40 МГц при сохранении качества товарной продукции.

.. Научная новизна. В результате теоретических и экспериментальных исследований получены частотные и температурные зависимости электрофизических параметров хмеля при различной влажности;, математические модели распределения электрического и температурного полей в шишке хмеля при различной влажности и частоты электромагнитного поля; аналитические выражения, устанавливающие взаимосвязь между энергетическими характеристиками ЭМП, электрофизическими параметрами хмеля и конструктивно-технологическими параметрами хмелесушилки, позволяющие выявить эффективные технологи-

ческие режимы и конструктивные размеры хмелесушилки. •

Техническая новизна заключается в разработке высокоэффективного метода и технического устройства по сушке свежеубранного хмеля в электромагнитном поле высокой частоты, новизна и полезность которых подтверждена авторским свидетельством на изобретение N 1220605.

Достоверность основных выводов и теоретических положений обеспечивалась использованием в работе современной измерительной и вычислительной техники, подтвердилась экспериментальной проверкой в лабораторных условиях и эффективностью предложенной установки в производственных условиях, а также положительными результатами биохимических анализов образцов высушенного хмеля, проведенных в лаборатории биохимии Научно-исследовательского и проект-но-технологического института хмелеводства (г. ГЩвильск). (

Практическая ценность данной работы состоит в разработке:'

- высокоэффективной технологии сушки свежеубранного хмеля в электромагнитном поле высокой частоты, обеспечивающей снижение потерь альфа-кислоты на 10%, сокращение продолжительности сушки в 10 раз, уменьшение удельного расхода энергии на один килограмм испаряемой влаги в 2,6 раза по сравнению с существующими хмелесу-шилками;

- оригинальной конструкции высокочастотной установки малой мощности и конструктивно-технологической схемы производственной хмелесушилки для сушки свежеубранного хмеля, отвечающей технологическим. экономическим и экологическим требованиям, создающей условия для широкой автоматизации технологического процесса;

- методики согласования, коррекции физико-технических и технологических параметров высокочастотной хмелесушилки;

- номограмм, позволяющих с достаточной точностью согласовывать и корректировать режимные параметры высокочастотной хмелесушилки;

- методики проектирования высокочастотной хмелесушилки;

- программного обеспечения для ЭВМ, реализующего системный подход при согласовании физико-технических и технологических параметров высокочастотной хмелесушилки.

Сведения о практическом использовании научных результатов. Разработанная технология высокочастотной сушки свежеубранного хмеля апробирована в совхозе "Родина" Козловского района в 1981

году, в совхозе им. 25 партсъезда Урмарского района в 1986 году и в учебно-производственном хозяйстве Цивильского сельскохозяйственного техникума Чувашской Республики (1980-1996 гг.). Проект-но-конструкторская документация на ВЧ-хмелесушилку производительностью 250 кг/ч по сырому хмелю передана экспериментальному заводу "Цивильскхмельмаш" (г.Цивильск). Экспериментально-производственная вч-установка для сушки свежеубранцого хмеля используется по прямому назначению ежегодно во время уборочных работ, для сушки образцов шишек хмеля при проведении биохимических анализов, а также в качестве учебного оборудования в лаборатории электротехнологии Цивильского сельскохозяйственного техникума 4P.

На защиту выносятся:

- высокоэффективная экологически чистая, конкурентоспособная технология сушки свежеубранного хмеля в электромагнитном поле высокой частоты и конструктивно-технологическая схема высокочастотной хмелесушилки. обеспечивающая эффективные режимы сушки при сохранении качества товарного хмеля;

- электрофизические параметры хмеля и математические модели их функциональной зависимости от частоты электромагнитного поля, температуры и влажности;

- математические модели распределения электрического и температурного полей в шишке хмеля при различных частотах, позволяющие описать кинетику процессов нагрева и сушки хмеля, в ЭМПВЧ;

- номограммы; методика согласования, коррекции физико-технических и технологических параметров высокочастотной хмелесушилки и методика ее проектирования.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях про-фессорско-преподаватеьского состава, научных работников и аспирантов ЧИМЭСХ (ЧГАУ) (г.Челябинск, 1981 - 1982 гг.); ЧСХИ (ЧГСХА) (г.Чебоксары, 1981 г.); во Всероссийской научно-производственной конференции "Гигиена, ветсанитария и экология животноводства" (г.Чебоксары, 1994 г.); на заседании технического совета Министерства сельского хозяйства и продовольствия Чувашской Республики (г.Чебоксары, 1994 г.). Диссертационная работа обсуждена и одобрена: на Ученом совете Научно-исследовательского и проектно-тех-нологического института хмелеводства (г.Цивильск. 1996 г.); научной конференции профессорско-преподавательского состава ЧГАУ

(г.Чебоксары, 1996 г.); объединенном заседании кафедр МГАУ (г.Москва. 1996 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 7 опубликованных работах, в том числе в описании к авторскому свидетельству на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из ведения. пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 185 страницах машинописного текста, включает 41 рис. и 8 таблиц, список литературы из 140 наименований, б том числе 3 на иностранных языках. Приложения содержат таблицы, иллюстрации, справки и выписки из протоколов заседаний, результаты экспериментальных исследований, программы для расчетов на ЭВМ, математические расчеты, изложены на 96 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ^ ; ;.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы научная проблема и пути ее решения, основные положения, выносимые на защиту, цель и основные задачи, которые решены в работе; изложены научная и техническая новизна, практическая ценность результатов работы.

В первой главе приведены области использовавания и народнохозяйственное значение хмеля, краткий анализ существующих способов и технических средств для сушки свежеубранного хмеля и представлена классификация хмелесушилок. Исходя из технологических особенностей сушки свежеубранного хмеля обоснована необходимость совершенствования имеющихся и разработки принципиально новых методов и технических средств для сушки свежеубранного хмеля, обеспечивающих интенсивную технологию сушки при сохранении качества товарной продукции. На основе анализа литературных источников по сушке влажных материалов показано, что одним из перспективных направлений в решении этой проблемы является использование электромагнитной энергии высокой частоты.

Современный уровень развития высокочастотной электротермии опирается на разработанные отечественными учеными теоретические положения. Они изложены в монографиях и трудах: И.Ф.Бородина. Н.Л.Брицына. В.П. Вологдина, В.В.Воронцова, А.Н.Вышелесского. С.В.Вендина. Н.П.Глуханова, Г.Ф.Головина, И.Т.Демидовой, К.А.Ди-

дебулидзе, А.В.Донского, Б.Я.Жуховицкого, Ф.Я.Изакова, Н.В.Книп-пера, В.Н.Кудина, Б.Р.Лазаренко, С.П.Лебедева, А.В.Лыкова,

B. А. Матисона. А. В.Некрутмана, А.В. Нетушил. Г.В.Новиковой,

C.И.Петручени, И.А.Рогова, А.Е.Слухоцкого, П.А.Старчеус, П.П.Тарутина, С.И.Ушаковой, И.Г.Федоровой, Н.Е.Федорова, Р.Л.Филиппова, А.А.Фогеля. М.Л.Фрумкина. Н.В.Цугленка, Н.Д.Черняева, А.Н.Шамова и др. .

Авторы показали принципиальную возможность и эффективность использования высокочастотной электротермии в разных отраслях народного хозяйства. Широкое применение высокочастотной электротермии в сельскохозяйственном производстве сдерживается отсутствием технических средств и технологий, а также научно обоснованных принципов построения высокоэффективных технологий и универсальных высокочастотных установок сельскохозяйственного назначения.

Во второй главе представлена методика исследования электрофизических свойств хмеля. Приведены результаты исследования частотных и температурных зависимостей электрофизических параметров хмеля при различной влажности (12;17,5;45;80 %) в диапазоне частот 1... 50 МГц. Для характеристики шишек хмеля с точки зрения способности их поглощать энергию электромагнитного поля, а также для определения зависимостей распределения мощности и напряженности электрического поля в биообьекте, для обоснованного выбора частоты f электромагнитного поля пользовались относительной диэлектрической проницаемостью е , тангенсом угла потерь tgö. удельным активным сопротивлением р шишек хмеля. Эти зависимости определялись экспериментально по общеизвестной методике с помощью измерителей добротности Е4-4, Е9-5А,' Е4-11 и представлены в виде математических уравнений. Для свежеубранного хмеля эти уравнения имеют следующий вид:

Е = 39.04(0,70/f2 - 3.66 10"2/f + 0,9i)(9,89 1СГ10Т2 +

+6,74 10"3Т + 0,71), (1)

tg6 = 0,49(0,531nf2 - 1.931nf + 2,26)(6,63 10"7T2 +

+ 1,28 10'2Т +0,44). (2)

Показательным для всех кривых/ характеризующих тангенс угла потерь шишек хмеля, является наличие максимумов, наступающих при частотах 16 и 42 МГц, причем значение максимума tg6 при частоте 16 МГц выше, чем при 42 МГц.

В третьей главе приводятся элементы теории диэлектрических потерь и методика определения электрического и температурного полей в шишке и массе хмеля. При этом масса хмеля рассматривается как система со сложной структурой взаимодействия с ЭМПВЧ, в результате которого внутри обьема развиваются соответствующие электрические и температурные поля, вызывающие изменения первоначальных параметров объекта.

Выявлены факторы, влияющие на процесс взаимодействия обьекта с ЭМПВЧ и равномерность распределения электрического и температурного полей в шишке и массе хмеля. Получены аналитические зависимости, описывающие характер распределения электрического поля и температуры нагрева обьекта. Приведен порядок расчета напряженности электрического поля и температуры нагрева с учетом электрофизических параметров обьекта при различных» частотах ЭМП. определена напряженность электрического поля в каждом слое 'рассматриваемого многослойного материала. Выведено уравнение, описывающее, зависимость напряженности электрического поля в поперечном сечении шишки хмеля от частоты ЭМП. Определена мощность, выделяющаяся в единице обьема к-го слоя, а также скорость нагрева этого слоя. Представлены блок-схема и программа расчета на ЭВМ напряженности электрического поля, скорости нагрева к-го слоя шишки хмеля.

Значения напряженности электрического поля в слое хмеля, находящейся в однородном поле, определяли из выражения

где 3=1,2... .к... .п; с!к - толщина к-го слоя обьекта в процентах относительно общего диаметра поперечного сечения шишки хмеля; е к- диэлектрическая проницаемость к-го слоя. Чтобы определить реальную величину напряженности электрического поля (В/см) в любом к-ом слое, необходимо значения Ек умножить на 1005? и разделить на общий диаметр поперечного сечения шишки хмеля в сантиметрах.

Картина распределения электрического поля в поперечном сечении шишки хмеля в зависимости от частоты ЭМП описывается уравнением.

Е = 90.49 (1.07 10-14Ш + 1) (1.9Ш2 + 7.35/(1 - 0,22). В/%. (4)

(3)

- и -

где Г - частота ЭМП, МГц,' а - топографическое расположение слоя по сечению шишки, %.

Скорость нагрева к-го элемента структуры шишки хмеля в зависимости от частоты электромагнитного поля описывается следующим уравнением:

дТ/д1к = (0,55 Ю"10. Е ж . • П I • Же* • К к)~Ч90.49х х(1,07 10~14• 1пГ + 1И1.91/б2 + 7,35/(1 - 0, 22)]*, °С/с, (5)

где с к; tgбк; ск; к, - электрофизические параметры к-го элемента шишки; ц, - термический КПД системы.

Основным параметром, влияющим на интенсивность высокочастотного нагрева, является напряженность электрического .поля. Для определения напряженности электрического поля в массе хмеля последняя рассматривалась как двухслойный диэлектрик, состоящий из слоя шишек хмеля и воздушного промежутка.

Выделены три группы факторов, влияющих на равномерность распределения напряженности электрического поля в массе хмеля, связанные с неравномерностью толщины слоя хмеля, нелинейностью параметров обьекта сушки, геометрическими размерами рабочего конденсатора и частоты ЭМП.

Представлено математическое выражение, описывающее изменение толщины слоя (усадку хмеля) в процессе сушки:

(!„ = 0.343/(1 - И) (1 + 3.45И). м, (6)

где V) - относительная влажность хмеля.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие теоретические положения процесса высокочастотной сушки хмеля; методика проектирования и конструктивно-технологическая схема производственной ВЧ-хмелесушилки, удовлетворяющая технологическим требованиям; номограммы и методика' согласования., коррекции физико-технических и технологических параметров; общая схема расчета и аналитические формулы к нему, позволяющие с достаточной точностью определить "режимные параметры ВЧ-хмелесушилки.

Исследования проводились на экспериментально-производственной установке малой мощности, состоящей из высокочастотного гене-

затора ЛГД1 или ВЧД2-1,6/40, колебательной мощностью, соответственно 1 кВт и 1,6 кВт, с частотой колебания 27 МГц и 40 МГц и рушильной камеры, представляющей три яруса горизонтальных сетчатых транспортеров, над которыми установлены высокопотенциальные электроды, образующие с сетчатыми транспортерами рабочие конденсаторы. В ходе лабораторно-производственных экспериментов были исследованы кинетика процессов нагрева и сушки свежеубранного хмеля и энергетические показатели установки. Кривые кинетики процесса сушки свежеубранного хмеля цри различных режимах приведены

Рис.1. Кривые кинетики процесса сушки свежеубранного хмеля в ВЧ-хмелесушилке при частоте 27 МГц

Вентиляция слоя хмеля атмосферным воздухом в первый период сушки замедляет скорость нагрева и сушки. Однако во второй половине периода сушка происходит интенсивнее, сокращая общее время сушки в 10 раз по сравнению с конвективным способом. С увеличением первоначальной толщины слоя хмеля на процесс .сушки начинает оказывать влияние усадка хмеля. В результате чего происходит уплотнение слоя хмеля и ухудшение его аэродинамических свойств, а также уменьшение напряженности электрического поля в материале вследствие увеличения воздушного промежутка.

Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что лучшее качество сушки свежеубранного хмеля обеспечивается при проведении ее в три этапа и частоте 27 МГц. На верхнем транспор-

тере происходит первый этап сушки. Здесь свежеубранные шишки хмеля влажностью 76. ..82 % нагреваются до температуры 31.. .34°С.При напряженности электрического поля 5... 7 кВ/м. Первый этап сушки соответствует периоду постоянной скорости сушки хмеля и завершается при влажности 70...75 55, т.е. происходит удаление поверхностной и свободной влаги. Второй этап сушки хмеля протекает на среднем транспортере при температуре нагрева 37.. .46° С и напряжённости электрического поля 10... 20 кВ/м, где происходит удаление физико-химической связанной влаги. В конце среднего транспортера влажность хмеля уменьшится до 27.. .29%. На нижнем транспортере температура нагрева хмеля достигает 65. ..75 °С, а напряженность электрического поля - 20...30 кВ/м.. Процесс сушки на этом " этапе завершается, при -этом влажность хмеля составляет 8... 955. .

В соответствии с научными задачами и на основании экспериментально-теоретических исследований процесса ВЧ сушки хмеля, разработана конструктивно-технологическая схема высокочастотной хмелесушшш (рис.2).

Рис. 2. Конструктивно-технологическая схема ВЧ-хмелесушилки: 1 - воздуховод, 2- питающий транспортер, 3 - высокопотенциальные электроды, 4,10 - вентиляторы, 5 - увлажнитель. 6 - сушильная камера, 7 - камера увлажнения, 8 - горизонтальный сетчатый транспортер. 9 - ВЧ-генератор.

При конвейерном способе сушки в рабочий конденсатор непрерывно поступает свежеубранный хмель, что приводит к медленному нарастанию температуры нагрева на входе и снижению ее на выходе из рабочего конденсатора.

Сушка хмеля в три этапа на трех, поярусно расположенных сетчатых транспортерах, позволила: уменьшить влияние усадки хмеля; устранить уплотнение слоя хмеля за счет перемещения его с одного транспортера на другой; сохранить возможность чередования цикла нагрева с циклом охлаждения; распределить мощность высокочастотного генератора в соответствии с изменением удельной мощности в процессе сушки; увеличить толщину слоя на каждом из последующих

с500 400 300 200 ЮО 50 РУЛвй; 2520 15 10

Рис.3. Номограмма для согласования режимных параметров ВЧ-хмелесушилки

транспортеров за счет уменьшения их скорости движения в соответствии с уменьшением электрофизических параметров хмеля; увеличить время и температуру нагрева на последующих этапах сушки; уменьшить площадь распределения воздуха под сетчатыми транспортерами и длину сушильной камеры. Исследования показали, что удельная производительность ВЧ-хмелесушилки, в зависимости от начальной и конечной влажности хмеля, составляет 2, 6. ..2.9 кг/ч свежеубранного хмеля или 2,1...2,4 кг/ч испаренной воды на 1 кВт колебательной мощности. Согласование технологических, энергетических параметров ВЧ-хмелесушилки в пространстве ограниченного числа факторов влажности (Щ. температуры (Т). насыпной плотности массы хмеля ( К ), удельной теплоемкости (С), напряженности электрического поля (Е). напряжения (II) и теплоты-расходуемой на испарение влаги (й), длины электрода рабочего конденсатора (1) эффективно решена с помощью номограммы (рис.3), которая позволяет определить, корректировать значения напряжения (и) на электродах рабочего конденсатора. скорости движений транспортеров (v). время сушки Ц) в зависимости от заданного режима.

Результаты сравнительных биохимических анализов образцов, высушенных в высокочастотной и существующей (ПХБ 750 К) хмелесу-шилках, подтверждают снижение потерь альфа-кислоты на 10% при сохранении органолептических свойств хмеля.

В пятой главе представлена оценка экономической эффективности применения высокочастотной хмелесушилки. Определены перспективные направления совершенствования и развития высокочастотных хмелесушилок. Разработаны защитные мероприятия при эксплуатации ВЧ-хмелесушилки.

Экономическая эффективность ВЧ-хмелесушилки рассчитана по утвержденной методике. В качестве аналога использовали конвективную хмелесушилку непрерывного действия ПХБ-750К чешского производства. Годовой экономический эффект от использования ВЧ-хмеле-сушилки составляет 14 млн.руб. по ценам апреля 1995 года.

ВЫВОДЫ

1. Основываясь на принципе генерирования тепла в каждой элементарной частице материала, находящегося в электромагнитном поле высокой частоты, разработана высокоэффективная, экологически чис-

тая технология сушки свежеубранного хмеля, которая от существующих технологий и способов, основанных на использовании конвективного тепла, обеспечивает сохранение качества товарного хмеля и автоматизацию процесса сушки, положительно влияющих на снижение энергетических и эксплуатационных затрат.

2. Впервые определены электрофизические параметры хмеля: диэлектрическая проницаемость, тангенс угла потерь и удельное сопротивление в диапазоне частот. 1...50 МГц при различной влажности (12: 17,5; 45; 80%) и температуре 25...60°С, позволившие установить соответствующие частотные, температурные зависимости, и вывести их аналитические выражения, построить номограммы для согла- ! сования и коррекции физико-технических и технологических параметров процесса сушки и разработать методику определения электрического и температурного полей в шишке и массе хмеля. Использование полученных аналитических выражений, разработакных методик и но- | мограмм позволяет определить наиболее эффективные режимы процесса ' сушки (частоту и напряженность электрического поля, экспозицию) [ свежеубранного хмеля в электромагнитном поле высокой частоты. |

3. Установлено, что основными факторами, влияющими на рас- ? пределение электрического и температурного полей в шишке и слое хмеля являются: линейные размеры рабочего конденсатора, "частота и мощность электромагнитного поля, неоднородность структуры шишки, неравномерность слоя и нелинейность параметров хмеля. Изменения электрофизических параметров хмеля, а также изменение воздушного зазора в процессе сушки за счет усадки слоя хмеля приводят к перераспределению напряженности электрического поля и необходимости проведения поэтапной сушки. Полученные математические выражения позволяют определить напряженность электрического поля, температуру и скорость нагрева отдельных элементов структуры шишки хмеля

при разных частотах.

4. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана конструктивно-технологическая схема ВЧ-хмелесушилки, отличительной особенностью которой является поэтапное снятие влаги из шишек хмеля,, находящихся под воздействием электромагнитного поля высокой частоты в трех поярусно расположенных рабочих конденсаторах. Первый этап сушки происходит при напряженности электрического поля 5... 7 кВ/м и температуре нагре-

ва 31...34°С, второй - при напряженности 10...20 кВ/м и температуре нагрева 37...46°С, третий - при напряженности 20...30 кВ/м и температуре 65...75°С. Такая технологическая схема обеспечивает мягкую, непрерывную и равномерную сушку свежеубранного хмеля с начальной влажностью 75... 82%, чередование цикла охлаждения с циклом нагрева, устраняет влияние усадки и -уплотнение слоя хмеля в процессе сушки.

5. Установлено, что при воздействии электромагнитного поля высокой частоты (13,56; 27,12 и 40,68 МГц) интенсивность влаговы-деления из шишек хмеля возрастает в 10 раз, при сохранении ценных для пивоварения качеств, чего невозможно достичь существующими методами сушки.

6. Разработанная экспериментально-производственная установка для сушки свежеубранного хмеля прошла производственные испытания в совхозах "Родина" Козловского района, им. 25 партсъезда Урмарс-кого района и в учебно-производственном хозяйстве Цивильского сельскохозяйственного техникума Чувашской Республики. Результаты испытаний полностью подтвердили правильность теоретических и экспериментальных данных по созданию промышленной ВЧ-хмелесушилки.

7. Разработанная высокоэффективная технология сушки свежеубранного хмеля в электромагнитном поле высокой частоты и устройство. ее реализующее в масштабах Чувашской Республики позволяет решить проблему сушки хмеля, при этом снизить энергозатраты в 2,6 раза, улучшить качество хмеля путем увеличения выхода минимально гарантированного содержания альфа-кислоты на 10% в сравнении с существующими технологиями сушки конвективным методом.

Основные положения диссертации изложены в работах:

1. А.с.N 1220605 (СССР). Установка для сушки сельскохозяйственных продуктов (Г.В.Зайцев, К.П.Майоров. П.В.Зайцев)//Бюл.изобр.-N 12. 1986.

2. Зайцев Г. В., Новикова Г. В., Новиков В. В. Установка для предпосевного воздействия ЭМПВЧ на семена овощных культур/ йнформ. листок N 9-83. - Красноярск, 1983.

3. Зайцев Г. В. Технологическая' линия высокочастотной сушки свеже-

убранного хмеля/ Информ. листок N 255-95. - Чебоксары, 1995.

4. Зайцев Г.В., Новикова Г. В., Новикова В. В. Устройство для регулирования напряженности электромагнитного поля,- Деп. рукопись N 511 ВС-85Деп.// Механизация и электрификация с.-х., 1986,

N 2. - С. 62.

5. Зайцев Г.В., Цугленок Н.В., Новикова Г.В. Исследование напряженности электромагнитного поля// Электрификация сельскохозяйственного производства Сб. научн. тр. СО ВАСХНИЛ. - Новосибирск, 1983, С. 75-77.

6. Зайцев Г. В., Новикова Г. В. Оптимизация процесса воздействия ЭМПВЧ на семена овощных культур// Тр. ЧИМЭСХ, 1981 г. Вып. 2,

7. Зайцев Г.В., Новикова Г.В. Устройство для ВЧ-обработки хмеля // Тезисы докл. науч. конф. "Наука с.-х. производству",- Красноярск: КрасГАУ, 1995.

Подписано в печать Ol.10.96г. Заказ N 35 Тираж 100 экз. Формат 60x84.: 1/16. Обьем 1 п. л.