НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР

“ІНСТИТУТ МЕХАНІЗАЦІЇ ТА ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА”

Кирницький Станіслав Ролландович

УДК 633.001.4

РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧОГО ПРОЦЕСУ СУШІННЯ НАСІННЯ КУКУРУДЗИ В УСТАНОВЦІ ПРОТИТЕЧІЄВОГО ТИПУ

05.05.11 – “Машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Глеваха - 2004

Дисертацією є рукопис:

Робота виконана в лабораторії післязбиральної обробки зерна Національного наукового центру “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” (ННЦ ІМЕСГ).

Науковий керівник - | доктор технічних наук,

старший науковий співробітник

Котов Борис Іванович,

Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”,

завідувач лабораторії післязбиральної обробки зерна.

Офіційні опоненти: | заслужений винахідник України,

доктор технічних наук, професор

Гарькавий Анатолій Дмитрович,

Вінницький державний агроуніверситет,

завідувач кафедри експлуатації МТП і ремонту машин

кандидат технічних наук, доцент

Панченко Михайло Іванович,

Національний аграрний університет,

доцент кафедри тракторів і автомобілів.

Провідна установа: | Кіровоградський державний технічний університет, Міністерство освіти і науки України (м. Кіровоград)

Захист відбудеться “ 16 ” червня 2004 р. о 13-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 27.358.01 в ННЦ “ІМЕСГ” за адресою: 08631, с.м.т. Глеваха, Васильківського району, Київської області, вул. Вокзальна, 11, ННЦ “ІМЕСГ”, кімн. 614.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці ННЦ “ІМЕСГ” за адресою:

08631, с.м.т. Глеваха, Васильківського району, Київської області, ННЦ “ІМЕСГ”. вул. Вокзальна, 11, кімн. 102.

Автореферат розісланий “ 13 ” травня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради |

Адамчук В.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Необхідність і своєчасність штучного сушіння зерна кукурудзи викликана підвищеною післязбиральною вологістю. До 80% усієї кукурудзи, що поступає на хлібоприймальні підприємства або на токи господарств, має вологість 35-40%. За таких умов кукурудза в зерні і качанах відноситься до нестійких в зберіганні культур. Тому забезпечення стійкого збереження і стабілізація якості насіння може бути досягнута тільки своєчасним, якісним і інтенсивним сушінням.

Теплове сушіння кукурудзи в качанах, яке традиційно реалізується в існуючих камерних зерносушарках, є дуже складним і енергонасиченим процесом. Витрати енергії при цьому в 4-5 разів перевищують затрати енергії в зерносушарках безперервної дії, а можливість підвищення продуктивності і економічності (за рахунок усунення технічної недосконалості і технологічних заходів) практично вичерпана.

Подальше підвищення економічності і продуктивності обмежене самим принципом їх дії – періодичністю роботи сушильних камер і неможливістю забезпечити систематично-послідовний рух повітря більш як в 2-3 камерах. Саме цей недолік не дає можливості більше повного використання сушильного агента протягом всього процесу сушіння і підвищення його температури за “прогресивним режимом”, який забезпечує відповідність поточної вологості температурі нагрівання зерна.

Значного скорочення витрат енергії і втрат якості зерна з одночасною інтенсифікацією процесу вологовидалення можна досягти застосуванням сушарок безперервної дії у протитечієвому режимі. Завдяки протитечії сушильний агент, що подається в сушарку, спочатку контактує з кукурудзою низької вологості (13-15%), і його температура може бути підвищена. При цьому забезпечується високий ступінь відпрацювання сушильного агента, інтенсифікація сушіння, продуктивність сушарки і знижуються питомі витрати енергії.

Створення і впровадження протитечієвих зерносушарок стримується відсутністю даних про сушіння качанів кукурудзи в рухомому шарі, за умов шару значної висоти; методів моделювання і розрахунку процесу, параметрів установки та вихідних даних про закономірності сушіння і властивості матеріалу.

В зв’язку з цим пошук раціональної форми організації процесу сушіння, визначення енергозберігаючих режимів і обґрунтування параметрів сушарки для качанів кукурудзи є актуальною і своєчасною науково-технічною проблемою.

Зв’язок з науковими програмами, планами, темами і відповідність паспорту спеціальності. робота виконувалась відповідно до планів науково-дослідних робіт ННЦ “ІМЕСГ”, які спрямовані на вирішення проблеми післязбиральної обробки зерна відповідно до державного науково-технічного проекту 02.04. “Розробити науково-технічні основи підвищення ефективності післязбиральної обробки і зберігання насіння та обґрунтувати ресурсозберігаючі процеси і низьковитратні, багатофункціональні агрегати і комплекси машин для доробки зерна в господарствах” (реєстр. № 2000230) та “Програми впровадження енергоощадного обладнання для переробки сільськогосподарської сировини в місцях виробництва на основі модулів для сушки” (затвердженої Міністерством сільського господарства України та Державним комітетом харчової промисловості України 28.05.91 р.).

Мета роботи. Метою роботи є підвищення технологічної і енергетичної ефективності сушіння насіння кукурудзи шляхом використання протитечієвої схеми організації процесу і раціональних режимів сушіння.

Основні задачі досліджень сформульовані так:

1. Визначити фізико-механічні і теплофізичні властивості шару качанів кукурудзи нових гібридів як об’єкта сушіння.

2. Визначити закономірності сушіння качанів кукурудзи в рухомому і нерухомому шарі.

3. Розробити математичну модель процесу протитечієвого сушіння і визначити аналітичні залежності для обгрунтування параметрів процесу.

4. Визначити вплив на кінетику процесу сушіння параметрів сушильного агента і властивостей качанів кукурудзи.

5. Визначити раціональні режими сушіння кукурудзи в качанах і параметри сушильного обладнання.

6. Розробити технічні засоби для сушіння кукурудзи в качанах і провести виробничу перевірку запропонованих технологічних і технічних рішень та впровадити результати досліджень у виробництво.

Об’єкт досліджень: качани кукурудзи, процеси сушіння і нагрівання шару качанів кукурудзи в режимі протитечії, експериментальне обладнання для сушіння качанів кукурудзи.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження, проведені з використанням загальних положень теорії тепло- і масообміну, теорії сушіння, математичного аналізу і моделювання, положень методології про конкурентоздатність сільськогосподарської техніки і машин. Дослідження проводились на спеціально виготовлених лабораторних установках. При експериментальних дослідженнях використовувались методи математичного планування експериментів, а отримані дані оброблялись методами

регресивного аналізу з використанням ПЕОМ. Використані методи перевірки отриманих результатів випробувань при описі параметрів протитечієвого сушіння рухомого шару качанів.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у проведенні комплексного системного аналізу процесів сушіння качанів кукурудзи в рухомому шарі, що дає можливість порівнювати різні варіанти реалізації процесу. При вирішенні поставлених задач одержано нові наукові положення:

1. Отримано математичну модель, що характеризує зв’язок теплофізичних властивостей матеріалу з режимними параметрами процесу сушіння кукурудзи і придатна для використання при вирішенні задач обґрунтування раціональних режимів сушіння і визначення теплової та технологічної ефективності сушіння.

2. Одержані аналітичні (теоретичні) рівняння розподілу вологовмісту і температури качанів в рухомому шарі по висоті сушильної зони, які враховують властивості матеріалу і режимні параметри процесу та можуть бути використаня для обгрунтування технологічних і теплоенергетичних показників сушарки.

3. Теоретично досліджено залежність якісних показників процесу (нагрів качанів) від зміни чинників, які впливають на енергоспоживання кукурудзосушарки.

4. Експериментально досліджено і визначено вплив параметрів матеріалу (качанів) і режимів на крайову експозицію термообробітку матеріалу і її кількісну оцінку.

5. Методом планування експерименту отримано адекватну регресійну модель залежності величин швидкості сушки L, Vф від параметрів процесу і властивостей матеріалу.

6. Теоретично обґрунтовані та експериментально визначені режими сушки та конструктивні параметри протитечієвої сушарки для качанів кукурудзи.

Практичне значення отриманих результатів. Обґрунтовано технологію протитечієвого сушіння качанів кукурудзи, і на її основі розроблена схема сушильної установки безперервної дії. Розроблено методику інженерних розрахунків зерносушарки протитечієвого типу. Обґрунтовані раціональні конструктивні і режимні параметри кукурудзосушарки, створено і впроваджено дослідний зразок зерносушарки протитечієвого типу, запропоновані технічні засоби для реконструкції зерносушарки ЗСШ-16 для сушіння кукурудзи за схемою протитечії.

Особистий внесок здобувача полягає в:

- огляді існуючих технологій і технічних засобів сушіння насіннєвої кукурудзи;

- теоретичному обґрунтуванні ефективності і доцільності використання протитечієвого сушіння качанів кукурудзи;

- проведенні аналітичного аналізу процесу сушіння і розробці математичної моделі;

- експериментальних дослідженнях процесу сушіння кукурудзи і визначенні властивостей матеріалу;

- розробці методики розрахунку кукурудзосушарки;

- проведенні виробничої перевірки дослідного зразка кукурудзосушарки і його техніко-економічному обґрунтуванні.

В цілому дольова участь здобувача у проведені теоретичних та експериментальних досліджень і отриманні наукових даних складає 80%.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались і обговорювались на засіданнях науково-технічної ради Міністерства сільського господарства і продовольства України, міжвузівських конференціях: на 2-ій Міжнародній науково - практичній конференції "Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки" (м. Кіровоград, 1999 р.), на Міжнародній науково-практичній конференції “Аграрна наука і освіта на початку третього тисячоліття” (Львів, 2001 р.), на ІІ Міжнародній науково - практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Луцьк, 2001 р.), на Міжнародній науково-практичній конференції “Еколого-економічні проблеми розвитку АПК” (м. Львів, 2002 р.), на міжвузівській науково-практичній конференції Кримського держагроуніверситету "Проблеми АПК в роботах ученых Крыма" (м. Сімферополь, 2002 р.), на Міжнародній науково - практичній конференції "Науково-технічні засади розробки, випробування і прогнозування перспективної сільськогосподарської техніки і технологій" (с.м.т. Дослідницьке, 2003 р).

Публікації. Основні наукові положення дисертації та результати досліджень опубліковані у 24 роботах, 12 у збірниках наукових праць і 12 в інших публікаціях (у фахових виданнях 12 публікацій).

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 210 найменувань вітчизняних та іноземних авторів і 6 додатків. Обсяг дисертації складає 188 сторінок основного тексту, 72 рисунки, 21 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі досліджень, визначено предмет та методи досліджень, окреслено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів досліджень.

У першому розділі “Стан питання та завдання досліджень” наведено короткий огляд технологій, технічних засобів і результатів досліджень за темою, вказано на можливі напрямки технологічного і енергетичного вдосконалення процесу сушіння кукурудзи в качанах.

Загальні теоретичні і практичні основи сушіння зерна кукурудзи базуються на фундаментальних наукових працях О.В. Ликова, А.С. Гінзбурга, А.А. Долінського, М.О. Гришина, В.І. Алейнікова, А.М. Кашуріна, Л.А. Орлова, В.І. Аніськіна, О. Кришера, В.С. Уколова, Г.Н. Станкевича, С.Д. Птіцина, А.Д. Гарькавого, Б.І. Котова, В.І. Жидко, В.А. Резчикова, В.Д. Дідуха, М.І. Панченко та інших.

Наукові основи і практичні методи удосконалення способів і технічних засобів сушіння кукурудзи знайшли розвиток в роботах Д.М. Репіна, М.Я. Кирпи, В.І. Атаназевича, М. Голіка, О.В. Науменка та інших.

Проведений аналіз показує, що існуючі методи і технічні засоби сушіння качанів кукурудзи в камерних сушарках малоефективні, енергоємні і

потребують значних капіталовкладень, а можливості їх енергетичного і технологічного вдосконалення майже вичерпані. Застосування сушарок безперервної дії з протитечійним рухом зерна і сушильного агента дозволяє найбільш просто і ефективно реалізувати прогресивні режими сушіння зерна (збільшення крайової температури при зменшенні його вологості) і значно підвищити продуктивність процесу та зменшити питомі витрати енергії.

Проте використання цього типу сушарок для кукурудзи стримується недостатньою вивченістю технологічних показників процесу і конструкцій сушарок.

В другому розділі “Теоретичні дослідження процесу сушіння качанів кукурудзи в рухомому шарі”, виходячи з основних положень теорії сушіння на основі аналізу теплового і матеріального балансів зерна і сушильного агента, запропонована математична модель конвективного сушіння качанів кукурудзи в рухомому шарі сушарки безперервної дії.

З аналізу матеріальних потоків в рухомому шарі зерна і кінетики сушіння (що описується рівнянням О.В. Ликова) отримано рівняння розподілу вологовмісту качанів в рухомому шарі вздовж сушильної камери:

(1)

де U0, Uк – початковий і кінцевий вологовміст качанів, %;

Кс - коефіцієнт сушіння, 1/год;

х - координата повздовжнього переміщення шару, м;

Vф - швидкість переміщення зони сушіння, м/год.

Остання величина Vф визначається як відношення швидкості сушіння до градієнта вологовмісту за висотою сушарки.

Розглянув процес сушіння качанів, як тепловий процес, при якому приймаючи інтенсивність видалення вологи пропорційна градієнту вологовмісту, сформульована математична модель конвективного сушіння качанів у вигляді системи диференційних рівнянь:

; (2)

; (3)

. (4)

де , , , , ,

сп, ср, Lс.а. – густина, кг/м3; питома теплоємність, Дж/(кг оК) та витрати сушильного агента, м3/год;

G, G,, сз – продуктивність по вологому і сухому матеріалу, кг/год; питома теплоємність зерна, Дж/(кг оК);

б, у– коефіцієнт теплообміну, Вт/(м2 оК); питома поверхня теплообміну, м2;

r – питома теплота пароутворення, Дж/кг;

t, ик – температура сушильного агента, оК та качанів, оК;

U – вологовміст качанів кукурудзи, кг/кг;

h – поточна координата (висота), м.

У рівняннях (3)-(4) верхній знак відноситься до режиму протитечії, а ніжній до прямотечії. Розв’язок системи рівнянь (2)-(4) за граничних умов процесу протитечієвого руху матеріалу і сушильного агента , , дає можливість отримати рівняння для визначення розподілу температур сушильного агента і качанів та їх вологовмісту за висотою сушильної камери:

(5)

(6)

(7)

де

; .

використання залежностей (5)-(7) дає можливість визначити значення основних параметрів процесу сушіння: температури сушильного агента, вологовмісту і температури качанів на протязі всього процесу і прогнозувати її можливе підвищення вище крайового рівня, в залежності від факторів, які характеризують процес сушіння і параметри установки.

Адекватність моделі реальному процесу визначена порівнянням теоретичних і експериментальних даних розподілу температури сушильного агента і зерна качанів кукурудзи за висотою камери.

Характер розподілу основних показників процесу за висотою камери в залежності від режиму проведення процесу показано на рис. 1 і 2.

Числовим аналізом математичної моделі доведена перевага сушіння качанів кукурудзи за схемою протитечії; показано, що максимальне значення температури нагріву качана відповідає значенню вологості качана близькому до кондиційного, тобто повністю реалізуються принципи прогресивного режиму сушіння.

На основі аналізу кривих нагріву качанів і залежності крайової температури від вологості качанів (отримані за експериментальними даними) одержано вираз, який характеризує залежність крайової температури нагрівання зерна качанів від параметрів процесу сушіння.

(8)

де Fp - площа поперечного перерізу сушильної камери, м;

ск - насипна щільність качанів, кг/м3;

W0 - початкова вологість качанів, %.

Рис.1. Розподіл вологовмісту качанів по висоті шару при сушінні в режимі протитечії:

1 - t = 40оС; 2 - t =45оС; 3 - t=50оС. | Рис.2. Розподіл температури теплоносія t(h) і качанів (h) по висоті шару при сушінні в режимі протитечії.

Технологічна ефективність оцінювалась коефіцієнтом завантаженості сушарки, який визначається як відношення фактичної кількості видаленої вологи до максимально можливої. На рис. 3 наведена залежність коефіцієнта завантаженості сушарки від відносної ефективності сушіння.

Аналізом встановлено, що у всьому діапазоні досліджених параметрів процесу сушіння і сировини коефіцієнт завантаженості для протитечієвої схеми проведення процесу нижчий на 6-27% від цього показника в режимі прямотечієвої схеми, що вказує на технологічні переваги протитечієвого сушіння (випарна здатність підвищується на 6-27%), причому при зменшенні вологості качанів, або інтенсивності зневоднення коефіцієнт завантаженості зменшується.

Теплоенергетична ефективність оцінювалась показником

(9)

де t1, t2 - температура сушильного агента на вході в камеру і на виході з неї, оС;

d1, d2 - вологовміст сушильного агента на вході і виході камери, г/кг.

а)

б)

рис.3 Залежність коефіцієнта завантаженості сушарки від відносної

інтенсивності сушіння і коефіцієнта сушіння для режиму:

а) прямотечії і б) протитечії

1 – f = 0,2; 2 – f =0,5; 3 – f = 0,8.

На рис. 4 представлені значення корисних витрати енергії на випаровування вологи в режимі протитечії в залежності від температури і витрат сушильного агента.

Рис.4. Корисні витрати енергії на випаровування вологи в залежності від температури і витрат сушильного агента в режимі протитечії:

qt(L) (1 – t0 = 40°; 2 – t0 = 45°; 3 – t0 = 50°); qe(L) (4 – t0 = 40°; 5 – t0 = 45°; 6 – t0 = 50°).

Аналізом впливу показників процесу на питомі витрати встановлено, що в режимі протитечієвого сушіння питомі витрати енергії зменшуються в 2,2-2,4 рази і в діапазоні зміни параметрів процесу t = 40-50°C, L = 1-1,6 кг/c мають значення 3-6 МДж/кг вологи (без урахування втрат теплоти в навколишнє середовище).

У третьому розділі “ПРОГРАМА І МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ” викладена програма досліджень, описані прилади, дослідні установки і методи проведення експериментальних досліджень.

Програмою досліджень передбачалось визначення фізико-механічних, гігроскопічних і теплофізичних властивостей кукурудзи в качанах, як об’єкта висушування, встановлення закономірностей процесу сушіння качанів кукурудзи в щільному нерухомому шарі шляхом фільтрації сушильного агента з такими параметрами: температура 40-50?С, швидкість на вході в шар 0,5-1,5м/с; (для сушіння використовувалась кукурудза з вологістю
качанів 20-28% і їх довжиною 0,198-0,21 м) визначення розподілу вологовмісту качанів і температури сушильного агента за висотою шару; дослідження режимів сушіння качанів в рухомому шарі за схемою протитечії; виявлення основних закономірностей видалення вологи і їх кількісна оцінка.

Для проведення експериментів, окрім стандартного вимірювального обладнання використовувались спеціально виготовлені лабораторні установки. Дослідження протитечієвого сушіння качанів проводили на дослідному зразку модуля кукурудзосушарки (рис.5). висота робочої частини камери становила 2,5 м, площа поперечного перерізу 1м2.

Рис.5. Дослідний зразок сушильної установки для дослідження процесу сушіння качанів кукурудзи у протитечії:

1 - пульт керування; 2 - вентилятор; 3 - електрокалорифер СФОРЦ-40; 4 - перехідник; 5 – 6 – термометри; 7-шибера; 8-анемометр; 9-калорифер КСК № 6; 10 – насос 1,5 К 6; 11- завантажувальний бункер; 12 - сушильні камери у вигляді блоку касет; 13- вивантажувальний бункер.

З метою визначення раціональних параметрів і режимів роботи сушарки використано стандартні математично-статистичні методи планування і обробки результатів повнофакторного експерименту. Експериментальні дослідження проводились для трьох значень вологості качанів: 20, 24, 28%, при їх середніх розмірах 0,198, 0,204 і 0,210 м, при зміні температури сушильного агента в межах 40, 45, 50?С і його швидкості 0,5, 1,0, 1,5 м/с. Всі досліди проведені в трикратній повторності.

В четвертому розділі “результати експериментальних досліджень” наведено основні результати експериментального визначення щільності і насипної ваги качанів в залежності від вологості, коефіцієнтів тертя, рівноважного вологовмісту качанів в шарі (ізотерми десорбції), питомої теплоємності, теплопровідності і температуропровідності качанів.

Кінетика сушіння качанів (в середньому за об’єктом) може бути описана рівняннями:

перший період (10)

другий період (11)

Для кількісної оцінки і порівняльного аналізу режимів сушіння качанів в протитечієвій сушарці проведена статистична обробка даних методом множинного кореляційного аналізу і отримані залежності основних показників процесу від початкової вологості (W0), %; розміру качанів (lк), м; температури (t), оС і швидкості сушильного агента (v), м/с на вході в камеру.

Отримані рівняння регресії, які дозволяють визначити показники, що найповніше характеризують процес сушіння качанів кукурудзи, а саме:

- швидкість переміщення зони сушіння

(12)

- коефіцієнт противотечієвого сушіння

(13)

- загальна експозиція сушіння (тривалість перебування качанів в сушильній камері)

(14)

- стала фронту сушіння (висота зони сушіння)

(15)

- коефіцієнт сушіння качанів в елементарному шарі

(16)

Отримані рівняння адекватно відображають процес протитечієвого сушіння качанів кукурудзи в межах змінних факторів:

Аналіз отриманих рівнянь (12), (13) і (14) показує, що основними складовими величинами, які впливають на технологічну і енергетичну ефективність (продуктивність і питомі витрати енергії) є температура сушильного агента і його швидкість на вході в камеру (або питомі витрати). Із збільшенням температури і швидкості сушильного агента зменшується тривалість перебування качанів в камері, необхідна для досягнення кондиційної вологості і тим самим зростає продуктивність сушарки, що визначається співвідношенням , (де Мз - маса зерна в сушильній камері, кг).

На основі рівнянь (12) – (13) побудовані для протитечієвого руху поверхні відгуку швидкості переміщення зони сушіння (рис. 7), коефіцієнта сушіння (рис. 8) від параметрів процесу (t, V) і параметрів матеріалу, що сушиться (W0, lк).

а) б)

Рис. 6. Залежність швидкості переміщення фронту сушіння при протитечієвому русі агента та матеріалу від параметрів: а) сушильного агента (v,м/с і toC) та б) матеріалу (WП, % та l, м).

а) б)

Рис. 7. Залежність коефіцієнта сушіння при протитечієвому русі агента та матеріалу від параметрів: а) сушильного агента (v,м/с і toC) та б) матеріалу (WП, % та l, м).

Аналіз поверхонь відгуку показує, що режимом сушіння, який забезпечує максимальну продуктивність сушильної установки (модуля) (0,063 кг/с) є температура сушильного агента 50?С при його питомих витратах 24 м3/кг качанів. Уточнена продуктивність на 10% менша за визначену теоретично, що може бути пояснено частковим зволоженням верхнього шару качанів за умов більш низької початкової температури качанів.

Величина відношення коефіцієнта сушіння до швидкості переміщення зони сушіння (яке практично визначає висоту сушильної камери) залежить тільки від початкової вологості качанів і в досліджених межах змінюється від 1,2 до 1,46 м-1, що цілком відповідає припущенням, зробленим в теоретичних дослідженнях. Враховуючи, що продуктивність сушарки зростає при збільшенні температури сушильного агента, а теплоенергетична ефективність при цьому майже не змінюється, (за рахунок збільшення випарної здатності сушарки) використання протитечієвої схеми проведення процесу дозволяє рекомендувати збільшення температури сушильного агента згідно (8) до 55-57є? без небезпеки зменшення життєздатності зерна.

Проведені досліди при заначеній температурі і питомих витратах сушильного агента підтвердили можливість підвищення продуктивності сушарки без зниження якості насіння (життєздатність складає 94%, польова схожість – 88-92%). Порівняння продуктивності сушарки визначеної експериментально і теоретично показало, що розбіжність не перевищує 10%, що припустимо.

В п’ятому розділі “ПРАКТИЧНА РЕАЛІЗАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ” наведено інженерну методику розрахунку основних конструктивних і режимних параметрів протитечієвої зерносушарки. Отримані дані, за якими розраховано і побудовано дослідні зразки сушарок безперервної дії. Основні показники процесу сушіння, отримані при випробуваннях викладено в табл. 1.

Таблиця 1. Основні техніко-економічні показники сушарок

Показник | Одиниця виміру | Сушарки, що порівнюються

протитечієва | камерна

(з площею3 м2) | модуль

Продуктивність | кг/год | 2340 | 694 | 130

Початкова вологість | % | 28,1 | 29,05 | 28,0

Кінцева вологість | % | 14,1 | 13,1 | 14,2

Температура сушильного агента | С | 48-55 | 40-45 | 48-55 | Витрати сушильного агента | м3/год | 72900 | 73600 | 5400 | Витрати палива | кг/год | 82,57 | 64,61 | 4,67 | Витрати ел. енергії | кВт год/т | 0,035 | 0,062 | 0,056 | Питомі витрати енергії | МДж/кг | 9,225 | 15,381 | 10,1

Випробування показали, що сушарка є працездатною, має можливість гнучкого управління режимами сушіння і забезпечує нормативну якість сушіння.

Наведено раціональні параметри сушарки і режимів проведення процесу: об’єм сушильної камери 27 м3, висота сушильної камери 3 м, пропускна здатність 2240 кг/год волого матеріалу, температура сушильного агента 55-60є? (в залежності від вологості), питомі витрати сушильного агента 14700 м3/т.

Розрахунок економічної ефективності використання протитечієвого сушіння насіннєвої кукурудзи свідчить про доцільність його використання в господарствах і подальшого вдосконалення сушильного обладнання.

Використання сушарки забезпечує проведення своєчасного сушіння, що дозволяє зменшити втрати зернової продукції, питомі витрати теплової і електричної енергії, стабілізувати якісні показники насіння кукурудзи. Економічний ефект від впровадження системи сушіння насіння кукурудзи складає 124000 грн за сезон на одну сушарку.

На основі проведених досліджень розроблена і впроваджена модернізована шахтна сушарка (на базі СЗШ-16А), яка реалізує протитечієвий режим сушіння зерна кукурудзи.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз результатів досліджень відомих технологій і технічних засобів свідчить, що найбільш поширені камерні сушарки, продуктивність яких обмежена самим принципом дії (періодичність), практично досягли межі вдосконалення. Перспективи подальшої інтенсифікації сушіння кукурудзи в качанах і енергозбереження вимагають пошуку нових техніко-технологічних рішень.

2. Значного підвищення продуктивності і зниження витрат енергії можна досягти шляхом використання протитечієвої схеми організації сушильного процесу. Реалізація протитечієвого сушіння качанів кукурудзи у щільному шарі дозволяє зменшити затрати енергії на 25-30% в порівнянні з традиційним способом сушіння і найбільш ефективно реалізувати “прогресивний” режим сушіння – безперервне підвищення температури при зниженні вологості качанів, що позитивно впливає на якість насіння та дозволяє досягти максимального відпрацювання сушильного агента.

3. Вперше на основі теоретичного аналізу, визначено основні закономірності сушіння качанів кукурудзи за схемою протитечієвого руху; отримані аналітичні вирази, що описують розподіл температури і вологовмісту качанів за висотою сушильної камери і зміни температури сушильного агента в залежності від параметрів процесу, властивостей матеріалу і умов руху. Встановлено протилежний характер температурних кривих: в протитечієвому режимі качани набувають максимальної температури при вологості на 10-12% нижчої, ніж у прямотечії або нерухомому шарі, що дозволяє підвищити значення крайової температури нагріву качанів на 4-50С і відповідно температуру сушильного агента на 8-100С.

4.Теоретично обґрунтована і кількісно оцінена залежність випарної здатності сушарки від температури качанів. Встановлено, що збільшення температури сушильного агента на 5-100С від рекомендованих значень (460С) за умов не зменшення життєздатності насіння кукурудзи і відповідності крайової температури нагріву качанів значенню вологовмісту 0,18-0,2 кг/кг с.р. приводить до збільшення випарної здатності сушарки на 18-24,1% (за умов дослідів від 0,01 до 0,0135 кг/с).

5. Встановлено, що показники енергетичної ефективності для протитечієвого сушіння качанів кукурудзи в 1,8-2 рази перевищують аналогічні показники для режиму прямотечії. Питомі витрати енергії на випаровування вологи “теоретичної” сушарки не залежать від режимів проведення процесу (t=40-500С, L= 1,0-1,8 м3/с) і знаходяться в межах 4,5-6,6 Мдж/кг, що в 1,9-2,1 рази меньше за прямоток.

6. В результаті експериментальних досліджень протитечієвої та камерної сушарки встановлені фактичні витрати палива, які становлять 9,2-9,8 МДж/кг вип. вол., що на 40% нижче витрат в камерній сушарці. Найбільш ефективне видалення вологи з качанів кукурудзи досягається при температурі сушильного агента 50-550С при його питомих витратах, що забезпечують його швидкість на вході в шар в межах 1,4-1,5 м/с.

7. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що за умов реалізації раціональних режимів сушіння величина зони сушіння становить L=0,35-052 м, а значення швидкості переміщення фронту сушіння знаходиться в межах Vф=0,089-0,107 м/год, що дало можливість визначити експозицію часу перебування зерна в зоні максимальної температури нагріву =3,9-4,86 год.

8. Результати порівняльних випробувань запропонованої протитечієвої кукурудзосушарки підтвердили високу ефективність розробки. Питома продуктивність (на 1 м3 площі) при рівнозначній вологості зерна в 5 разів перевищує аналітичний показник існуючих камерних сушарок, а питомі витрати енергії знижено на 32-39 % відносно камерних сушарок

За рахунок підвищення питомої продуктивності, зниження витрат палива, кількісних і якісних втрат насіння та питомої капіталоємності досягнуто річного економічного ефекту в 124000 грн за сезон на одну сушарку.

Основні публікації за темою роботи.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

Кирницький С.Р. Розробка та дослідження енергозберігаючого процесу сушіння насіння кукурудзи в установці протитечієвого типу. – рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 0.5.05.11. - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”, Глеваха, 2003.

Дисертація присвячена вирішенню задач підвищення технологічної і енергетичної ефективності сушіння насіннєвої кукурудзи. Для підвищення інтенсивності сушіння і зменшення питомих витрат пального запропоновано протитечієвий спосіб сушіння качанів у щільному шарі.

В роботі наведені результати теоретичних досліджень основних закономірностей сушіння качанів кукурудзи за схемою протитечії; сформульовані математичні моделі дозволили визначити основні параметри процесу сушіння: розподіл температури і вологості качанів та температури сушильного агента за висотою сушарки; визначити питомі витрати енергії в залежності від режимів проведення процесу.

Експериментально визначені теплофізичні і фізико-механічні властивості шару качанів, коефіцієнти сушіння і загальна експозиція зневоднення качанів.

За результатами досліджень розроблені і випробувані дослідні зразки сушильних установок.

Економічний ефект від впровадження протитечієвої сушарки складає 124000 грн за сезон на одну сушарку.

Ключові слова: насіння кукурудзи (качани кукурудзи), сушіння, нагрівання, сушарка, питомі витрати енергії.

Аннотация.

Кирницкий С.Р. Разработка и исследование энергосберегающего процесса сушки семян кукурузы в установках противоточного типа.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства – Национальный научный центр “Институт механизации и электрификации сельского хозяйства”, Глеваха, 2003 г.

Диссертация включает постановку решения задач повышения технологической и энергетической эффективности сушки семенной кукурузы. Для повышения интенсивности сушки и уменьшения удельных затрат топлива предлагается противоточный способ сушки початков в плотном слое.

В работе приведены результаты теоретических исследований основных закономерностей сушки початков кукурузы по схеме противотока; сформулированы математические модели, которые позволили определить основні параметри процесса сушки: распределение температуры, влажности початков и температуры сушильного агента по высоте сушильной установки; определить удельные затраты энергии в зависимости от режимов ведения процесса.

Экспериментально определены теплофизические и физико-механические свойства слоя початков кукурузы, скорость перемещения зоны сушки и общая экспозиция обезвоживания початков.

По результатам исследования разработаны и опробованы опытные образцы сушильных установок.

Экономический эффект от внедрения противоточной кукурузосушилки составляет 124 тыс. грн за один сезон на одну сушильную установку.

Ключевые слова: семена кукурузы (початки кукурузы), сушка, нагревание, сушилка, удельный расход энергии.

ABSTRACT

S.R.Kyrnyts’kyi. Development and investigation of an energy-saving process of drying of maize seeds in plants of countercurrent type. Manuscript.

A thesis submitted for a candidate of technical sciences degree according to the profession 05.05.11. – Machines and means of mechanization for agricultural production. – National scientific centre “Institute for agricultural engineering and electrification”, Glevakha, 2003.

The thesis includes the problems statement to be solved for raising technological and energy efficiency of drying of seed maize. To increase the intensity of drying and decrease the specific fuel consumption, the countercurrent practice of drying of maize ears in a dense layer is offered.

The results of theoretical investigations of main mechanisms of drying of maize ears on the basis of a scheme of countercurrent are given. Mathematical models were developed which allowed having determined distributions of main parameters of this process of drying: the temperature and moisture of maize ears, the temperature of a drying agent across the height of a drying plant, and specific energy consumptions depending on operating conditions of this process.

The thermal and mechanical properties of the layer of maize ears, the speed of movement of the zone of drying, coefficients of drying, and the general exposure of ears dehydration were evaluated experimentally.

Prototypes of drying plants were worked out and tested using the results of these investigations .

The economic return connected with commercialization of the countercurrent maize drier is 124000 gryvnias.

Key words: maize seeds (maize ears), drying, heating, drier, specific energy consumption.