Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Матвеев Дмитрий Олегович. Повышение эффективности и качества процесса сушки зерна с использованием виброциркуляционных аппаратов : Дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 : Тамбов, 2003 167 c. РГБ ОД, 61:04-5/492-7

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ 11

  1. Основные особенности зерна как объекта сушки 11

  2. Методы сушки зерна и их аппаратурное оформление 13

  3. Факторы, влияющие на скорость сушки зерновых культур 21

  4. Поведение тел, свободно размещенных в виброкипящем слое 24

  5. Применение вибрационного воздействия

для интенсификации процессов тепломассопереноса 26

1.6. Выводы, цель и задачи исследования 32

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ВИБРОЦИРКУЛЯЦИОННЫХ АППАРАТОВ 34

2.1. Модель, описывающая динамику виброциркуляционного слоя 34

  1. Перемещение теплоносителя по винтовому перфорированному лотку 35

  2. Истечение частиц теплоносителя через

отверстия лотков 47

  1. Движение теплоносителя с верхнего лотка на дно ванны 52

  2. Движение высушиваемых материалов в слое 58

2.2. Материальный и тепловой балансы процесса сушки 62

Глава 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ 65

  1. Программа исследований 65

  2. Описание экспериментальной установки 65

  3. Методики экспериментальных исследований 72

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ АНАЛИЗ 83

  1. Результаты исследований процессов виброперемещения материалов по винтовым лоткам ванны аппарата 83

  2. Результаты исследований структуры виброциркуляционного слоя 85

  3. Результаты исследований теплообмена между виброциркуляционным слоем и погруженной в него поверхностью 91

  4. Результаты исследований массообмена (сушки)

зерновых культур 100

  1. Исследование закономерностей изменения показателя энергоемкости процесса сушки 108

  2. Анализ и обобщение результатов исследований 115

Глава 5. ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ВИБРОЦИРКУЛЯЦИОННЫХ АППАРАТОВ 122

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 128

ЛИТЕРАТУРА 130

ПРИЛОЖЕНИЯ 145

Введение к работе:

Развитие и повышение эффективности использования оборудования для послеуборочной обработки зерновых материалов относятся к наиболее важным задачам агропромышленного производства.

Один из основных негативных факторов состояния современного сельскохозяйственного производства - высокая энергоемкость конечной продукции, которая в 2...3 раза превышает аналогичные показатели развитых стран [125].

Отсюда завышенные затраты на топливно-энергетические ресурсы, высокая себестоимость продукции растениеводства и животноводства, их низкая конкурентная способность на мировом рынке.

На величину удельных расходов энергоносителей значительное влияние оказывают расходы энергии на тепловые процессы, важнейшим из которых является сушка зернового материала [10, 32, 65, 67, 69, 108,146].

Производство и заготовка зерновых культур, товаропроизводителями различных форм собственности, неразрывно связано с необходимостью постоянного совершенствования техники и технологии сушки. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, природно-климатическими и погодными условиями большинства зернопроизводящих районов России. Даже при сухой погоде во время уборки урожая средняя влажность зерна, в большинстве зернопроизводящих районов, составляет 15 % и более, что не позволяет хранить такое зерно в хозяйствах без предварительной термической обработки. Ежегодно свыше 80 % убранных с полей зерновых культур подвергают сушке [38].

При использовании существующих установок, на сушку зерна приходится от 85 до 97 % общих затрат энергии на его обработку [10, 70, 106, 108]. В целом по стране на сушку расходуется около 12 % используемого топлива.

Во-вторых, благодаря соблюдению современной технологии при сушке зернового материала и ее своевременности, удается не только повысить стойкость зерна при хранении, но и существенно улучшить его продовольственные

5 и семенные достоинства. Она не только обеспечивает сохранность зерна и снижение потерь убранного урожая, но и оказывает положительное влияние на выход и качество продукции при переработке зерна в муку и крупу [38]. Ввиду особой важности технологии сушки в процессе послеуборочной обработки зернового материала развитию сушильной техники во все времена отводили важнейшее место и придавали огромное значение.

Создание высокопроизводительного сушильного оборудования стало возможным благодаря широким научным исследованиям, проводимым в этой сфере. К настоящему времени подробно изучены такие проблемы, как представления о роли влаги в зерне и о свойствах зерна как объекта сушки, разработаны учения о формах связи влаги с зерном и теоретические основы зерносу-шения [133].

Огромный вклад в развитие теории сушки внесли такие отечественные ученые, как А.В. Лыков, Г.К. Филоненко, И.М. Федоров, А.С. Гинзбург, П.Д. Лебедев, а также зарубежные ученые О. Кришер, В. Мальтри, Э. Петке, Б. Шнайдер и многие другие.

Большое значение для совершенства технологии и технических средств сушки имеют многочисленные работы отечественных ученых: А.П. Гержоя, В.Ф. Самочетова, A.M. Уварова, В.А. Резчикова и других (ВНИИЗ), Н.И. Денисова, И.П. Кащеева, Н.В. Кармана и других (ЦНИИПЗП), С.Д. Птицына, В.И. Анискина, Г.С. Окуня, Ф.Т. Гоголева (ВИМ), а также А.Г. Чижикова, М.Е. Сбродова, Ю.Л. Фрегера, Р.Н. Волика, В.А. Сакуна, Г.П. Ерошенко, И.Ф. Бородина, Р.В. Ткачева, Е.М. Зимина, B.C. Крутова, А.А. Кругляка.

Вопросом влияния режимов сушки на качество зерна и параметров этого процесса занимались В.И. Анискин, Б.А. Карпов, Ульрих Н.Н. и другие. Проблему повышения эффективности процесса сушки исследовали Я.С. Киселев, Н.П. Козьмин, В.Л. Кретович, Л.А. Тривятский, В.П. Удилов и другие.

В дореформенные годы основное внимание исследователей и конструкторов зерносушилок было направлено на создание стационарных установок вы-

сокой производительности (от 20 до 100 тонн в час и более). Однако, несмотря на огромные успехи в области технологии сушки зерна и проектирования соответствующего оборудования, потребность сельского хозяйства в установках для сушки зерновых культур удовлетворить полностью так и не удалось [1, 139].

Более того, оборудование для термообработки зерновых культур, применяемое на элеваторах и в хозяйствах, не отвечало достаточно полно основным требованиям, предъявляемым к данным установкам. Оно не обеспечивало требуемой равномерности сушки зерна, имело большие массу и габариты, расход теплоты с уходящими газами достигал значительной величины, что в свою очередь приводило к снижению эффективности сушильного оборудования (низкому тепловому коэффициенту полезного действия).

В настоящее время эволюция сушильного оборудования находится на новом этапе, обусловленном появлением в сельскохозяйственном производстве различных форм собственности. Помимо крупных агропромышленных предприятий появилось множество небольших сельскохозяйственных производственных кооперативов, фермеров и мелких частных перерабатывающих предприятий, занимающихся выращиванием или переработкой зерновых культур, а мощная зерносушильная техника сосредоточена в основном на элеваторах и крупных сельскохозяйственных предприятиях.

При сдаче на хранение зерновых культур на элеватор к нему предъявляются жесткие требования. Если влажность зерновых культур выходит за рамки ограничительной кондиции, то такое зерно либо вообще не принимают на хранение, либо поднимают цены до уровня, недоступного фермерам и мелким сельскохозяйственным предприятиям.

При длительном хранении за год элеватор забирает до 52 % урожая [110], что нереально для указанной категории товаропроизводителей из-за ограниченных объемов последнего. Отсюда традиционная сдача зерна на элеваторы для хранения большинству мелких и средних хозяйств экономически не выгодна ввиду связанных с этим существенных материальных расходов.

В условиях рыночных отношений, таким хозяйствам экономически целесообразно хранить полученное зерно непосредственно в своих хозяйствах и осуществлять торговлю им в наиболее благоприятное с точки зрения ценовой политики время. Например, в США около 75 % сушильной техники непосредственно сосредоточено на фермах.

Фермеры предпочитают сами сушить влажное зерно, получая от этого дополнительный доход за счет снижения транспортных расходов и затрат труда. В настоящее время и в нашей стране начинает просматриваться тенденция обработки всего валового сбора урожая непосредственно в хозяйствах [108].

Поэтому возникла одна из наиболее актуальных задач - обеспечение этих категорий товаропроизводителей малогабаритной, относительно менее производительной, универсальной, высокоэффективной, энерго- и ресурсосберегающей техникой для сушки сельхозпродукции.

Повышение эффективности использования сушильного оборудования непосредственно связано с увеличением интенсивности сушки, как одного из главных факторов сокращения удельных энергетических затрат и улучшения технико-экономических показателей его работы.

Одним из основных требований, предъявляемых к сушилкам зерновых культур, является, во-первых, улучшение технологических свойств высушиваемого материала, во-вторых, снижение энергозатрат на проведение процесса сушки. Перечисленными требованиями в основном определяется себестоимость процесса сушки зерновых культур.

Большинство известных способов интенсификации тепломассопереноса в существующем сушильном оборудовании уже не позволяют значительно повысить эффективность этих установок при условии сохранения его качества [2, 35, 76]. Поэтому поиск путей интенсификации процесса сушки при сохранении качества зерна являются актуальным направлением исследований.

В ходе проведения поиска оптимального варианта сушильной техники установлено, что сушку зернового материала наиболее целесообразно прово-

8 дить в виброциркуляционном аппарате в непрерывном режиме. Циркуляция

мелкозернистых частиц теплоносителя осуществляется за счет колебаний. При этом частицы теплоносителя непрерывно перемещаются снизу вверх по винтовым перфорированным лоткам вертикально установленной ванны аппарата, доходят до верхнего лотка и по специальному устройству ссыпаются на дно ванны, откуда вновь поступают на нижний лоток и процесс повторяется.

Частицы совершают сложное движение, перемещаясь снизу вверх по перфорированным лоткам и, одновременно с этим, из вышерасположенных лотков через перфорацию непрерывно истекают на нижерасположенные лотки в виде установившегося потока. Эти движения частиц взаимосвязаны между собой и при определенных соотношениях скоростей между ними обеспечивают устойчивую во времени и пространстве структуру виброциркуляционного слоя.

Таким образом, в винтовой ванне аппарата циркулируют только частицы теплоносителя, а высушиваемые зерновые культуры непрерывно подаются на нижний лоток, передвигаются снизу вверх по винтовым лоткам при постоянном воздействии на их наружную поверхность частиц теплоносителя и выходят с верхнего лотка в приемный бункер. Применение такого слоя в качестве теплоносителя имеет существенные преимущества перед известными средами. Основные из них - компактность и высокий термический КПД оборудования, перемещение высушиваемых материалов осуществляется непосредственно виброциркуляционным слоем, существенная интенсификация процессов тепло- и массопереноса, небольшие потери тепла в окружающую среду, возможность встраивания виброциркуляционных аппаратов в непрерывные поточные линии. При этом затраты энергии минимальны, что весьма актуально в условиях энергетического кризиса.

Целью работы является повышение эффективности процесса сушки зерновых материалов путем оптимизации режимов работы малогабаритных виброциркуляционных аппаратов.

Для достижения указанной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

исследовать закономерности формирования, расширения и порозности виброциркуляционного слоя теплоносителя в зависимости от конструктивно-режимных параметров аппарата и размерных характеристик слоя;

исследовать закономерности теплоотдачи от движущегося тела с концентрированной энергией к виброциркуляционному слою теплоносителя в зависимости от конструктивно-режимных параметров аппарата и размерных характеристик слоя;

исследовать массообмен между виброциркуляционным слоем и зерновками;

исследовать закономерности изменения энергоемкости процесса сушки зерна в зависимости от конструктивно-режимных параметров виброциркуляционного аппарата;

разработать методику инженерного расчета малогабаритных виброциркуляционных аппаратов для сушки зерна.

Научная новизна.

установлены закономерности изменения порозности и расширения виброциркуляционного слоя теплоносителя в зависимости от конструктивно-режимных параметров аппарата и размерных характеристик слоя;

исследованы закономерности теплоотдачи от движущегося тела с концентрированной энергией к виброциркуляционному слою теплоносителя в зависимости от конструктивно-режимных параметров аппарата и размерных характеристик слоя;

установлена принципиальная возможность и подтверждена эффективность использования виброциркуляционных аппаратов для сушки зерна.

Практическая ценность состоит в разработке способа сушки зерновых культур в виброциркуляционном аппарате, обеспечивающего интенсификацию тепломассопереноса при сохранении качества продукта. Разработана конст-

10 рукция малогабаритного виброциркуляционного аппарата для сушки зерновых

культур и методика его расчета на основе полученных экспериментальных данных.

Реализация результатов работы. Теоретические и экспериментальные исследования могут быть использованы при разработке малогабаритного виброциркуляционного аппарата. Разработанный виброциркуляционный аппарат для термообработки зерновых культур внедрен в производственном кооперативе им. Коминтерна (Мичуринский район Тамбовской области).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ряде международных научно-технических конференциях: «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» (Санкт-Петербург-Пушкин, 2002 г. и 2003 г.); XI международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России - проблемы развития машинных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции» (Москва, 2002 г.); III международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, 2003 г.).

На защиту выносятся: перечисленные выше результаты, имеющие новизну и практическую ценность.

Подобные работы
Земцев Андрей Михайлович
Повышение эффективности работы дождевальных машин и установок с использованием дождевального аппарата турбинного типа
Вологжанин Виктор Николаевич
Повышение эффективности использования зерноуборочного комплекса путем энергосбережения и обеспечения качества технологических процессов в условиях Кировской области
Бричагина Анастасия Александровна
Повышение эффективности работы высевающего аппарата зерновой сеялки
Макаровская Зоя Вячеславовна
Технологические основы повышения эффективности работы доильных аппаратов
Васильев Сергей Александрович
Повышение эффективности работы селекционной сеялки с ленточно-дисковым высевающим аппаратом
Галкин Алексей Васильевич
Повышение эффективности льноуборочного комбайна путем совершенствования гребневого очесывающе-транспортирующего аппарата
Сухопаров Алексей Иванович
Повышение эффективности уборки зерновых культур повышенной влажности путем применения комбайнов, оснащенных молотильным аппаратом с зубовыми бичами
Белокобыльский Виталий Александрович
Повышение эффективности процесса обрезки корнеплодов сахарной свеклы за счет совершенствования конструкции ботвосрезающего аппарата
Астапов Сергей Юрьевич
Повышение эффективности смешивания в мобильном раздатчике-смесителе за счет совершенствования шнекового аппарата
Лапин Василий Анатольевич
Повышение эффективности работы однобрусных ротационных косилок путем оптимизации параметров механизма подвески режущего аппарата

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net