ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
луганський національний АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФЕСЕНКО АНДРІЙ ВІКТОРОВИЧ
УДК 631.365:633.1:65.011.46(043.3)
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕХНОЛОГІЧНОГО
ПРОЦЕСУ СУШКИ ЗЕРНОВИХ КУЛЬТУР
05.05.11 – Машини і засоби механізаціі сільськогосподарського
виробництва
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Луганськ – 2006
Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано в Луганському національному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України.
Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент,
ЧЕКАНОВКІН Олексій Олексійович,
Луганський національний аграрний університет,
доцент кафедри опору матеріалів і теоретичної механіки
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор,
академік Інженерної академії,
ГРАЧОВА Луїза Іванівна,
Південний філіал “Кримський агротехнологічний
університет Національного аграрного університету
Міністерства аграрної політики України,
професор кафедри технології молока та обладнання
переробних підприємств
кандидат технічних наук, доцент,
СТРУЧАЄВ Микола Іванович,
Таврійська державна агротехнологічна академія,
доцент кафедри гідравліки і теплотехніки
Провідна установа: Харківський національний технічний університет ім. П.М. Василенка Міністерства аграрної політики України
Захист відбудеться “11” травня 2006 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 29.841.01 у Луганському національному аграрному університеті за адресою: 91008, м. Луганськ – 8, ЛНАУ, корпус факультету механізації сільського господарства, аудиторія 1М-214.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Луганського національного аграрного університету за адресою: 91008, м. Луганськ – 8, ЛНАУ.
Автореферат розісланий “10” квітня 2006 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
кандидат технічних наук, доцент __________________________ Коваль В.Я.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Зерно є основним продуктом сільського господарства. Із зерна виробляють важливі продукти харчування: муку, крупу, хлібні і макаронні вироби. Зерно необхідне для успішного розвитку тваринництва і птахівництва, що пов'язане із збільшенням виробництва м'яса, молока, масла та інших продуктів. Зернові культури служать сировиною для отримання крохмалю, патоки, спирту і інших продуктів. Однак успішне розрішення зернової проблеми неможливе без значного поліпшення якості зерна. Отримання зерна, що відповідає вимогам світових стандартів – одна з найважливіших задач всіх працівників агропромислового комплексу. Збирання врожаю в задані терміни і його післязбиральна обробка, зокрема сушка, роблять значний вплив на якість зерна.
На сучасному етапі, в умовах ринкової економіки на Україні з виникненням фермерських і орендних підприємств, виникли нові вимоги до техніки, яка використовується для післязбиральної обробки, і зокрема, сушки зернових та олійних культур. Та техніка, яка використовувалася в колгоспах і радгоспах, не влаштовує фермерів через свою велику продуктивність і уніфікацію. У зв'язку з цим виникла проблема по виконанню всього комплексу зерновиробництва, зокрема сушки зерна. Адже в країні піддається сушці близько 20…35 % всього зерна, а в деякі роки досягає 50…70 %, особливо на півночі і заході України сушка зерна є гострою необхідністю.
Існуючі зерносушарки працюють неефективно, якість сушки низька. Вони громіздкі, металоємні, енергоємні, складні в обслуговуванні і ремонті і відрізняються високою вартістю.
Тому розробка нових методів сушки зернових і олійних культур, створення невеликих зерносушарок, і зокрема сушарки з псевдозрідженим шаром, відмінної від відомих високою ефективністю і швидкістю сушки, простотою пристрою і експлуатації, якістю роботи і гнучкістю управління технологічним процесом сушки, є актуальною задачею, рішенню якої присвячена дана робота. При посівах зернових і соняшнику у фермерському господарстві від 100 до 300 га наявність такої сушарки сприятиме підвищенню ефективності технологічного процесу післязбиральної обробки зерна. Зерносушарка пропонованого типу може також ефективно використовуватися на зернопереробних підприємствах.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною напряму наукових досліджень кафедри опору матеріалів і теоретичної механіки Луганського національного аграрного університету по темам: “Фізико-механічні основи і вдосконалення технологічного процесу післязбиральної переробки насіння” і “Комплексна механізація виробничих процесів в АПК” (№ Державної реєстрації 0104U005400).
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності процесу сушки зернових культур шляхом розробки конструкції і визначення раціональних параметрів і режимів роботи сушаркики з псевдозрідженим шаром.
Для досягнення поставленої мети в роботі було визначено такі завдання:
- провести критичний аналіз існуючих способів і засобів сушки зернових культур і класифікувати їх, обґрунтувати перспективну конструктивно-технологічну схему зерносушарки;
- теоретично обґрунтувати раціональні параметри процесу сушки у псевдозрідженому шарі і конструктивно-технологічні параметри зерносушарки;
- розробити методику та експериментально підтвердити відповідність теоретично обґрунтованих конструктивно-технологічних параметрів зерносушарки з псевдозрідженим шаром;
- розробити методику інженерного розрахунку зерносушарки з псевдозрідженим шаром;
- довести економічну доцільність використання на виробництві розробленої зерносушарки.
Об'єкт дослідження – технологічний процес сушки зерна в псевдозрідженому шарі на базі зерносушарки з періодичною подачею теплоносія.
Предмет дослідження – встановлення закономірностей в технологічному процесі сушки зернових і олійних культур, теоретичне і експериментальне обгрунтування раціональних параметрів сушарки з псевдозрідженим шаром.
Методи досліджень. Теоретичні дослідження базуються на методах теорії сушки, теорії тепломасообміну, математичного моделювання технологічних процесів і проводилися з використанням основних положень вищої математики, а експериментальні дослідження – згідно існуючих методик і галузевих стандартів в лабораторних умовах на розробленій експериментальній установці з використанням планування експерименту багаточинника і застосуванням методів статистичної обробки результатів досліджень.
Наукова новизна одержаних результатів. Найважливіші результати дослідження, що характеризують наукову новизну і виносяться на захист, полягають у наступному:
- вперше розроблено найбільш повну класифікацію способів і засобів для сушки зернових культур;
- вперше одержано математичну модель процесу сушки зернового матеріалу в псевдозрідженому стані з переривчастою подачею теплоносія, яка дозволяє визначити раціональні конструкторські та технологічні параметри нової зерносушарки;
- визначено вплив чинників, які впливають на ефективність технологічного процесу сушки і характеризують якісні і кількісні показники роботи сушарки з псевдозрідженим шаром;
- вперше встановлено експериментальні залежності конструкторських і технологічних параметрів сушарки запропонованого типу на ефективність технологічного процесу сушки.
Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці конструкції і обгрунтуванні параметрів зерносушарки з псевдозрідженим шаром, яка дозволяє підвищити якість сушки зернових і олійних культур, розробки методики інженерного розрахунку даної сушарки.
На основі результатів проведених теоретичних та експериментальних досліджень спроектована, виготовлена і перевірена у виробничих умовах дослідно-промисловий зразок зерносушарки з сушкою в киплячому шарі у ННД Агрокомплексі ЛНАУ.
Особистий внесок дисертанта. У дослідженнях по темі дисертаційної роботи здобувачем самостійно одержані наступні результати: проведено аналіз існуючих способів і технічних засобів для сушки зернового матеріалу, встановлені перспективні напрями підвищення ефективності даного технологічного процесу; теоретично досліджено процес сушки в псевдозрідженому шарі з метою отримання аналітичних залежностей для розрахунку конструкторських, технологічних та енергетичних параметрів сушарки і на основі цього дослідження визначені теоретичні значення показників сушки і продуктивності сушарки, а також раціональні технологічні і конструкторські параметри сушарки; проведено експериментальні дослідження процесу сушки з переривчастою подачею сушильного агенту, на основі яких визначено раціональні параметри та режими роботи сушарки; встановлено методику інженерного розрахунку сушарки з псевдозрідженим шаром та розроблено рекомендації для використання сушарки у виробництві; проведений техніко-економічний аналіз зерносушарок і розрахунок економічної ефективності розробленої сушарки з псевдозрідженим шаром.
Апробація результатів досліджень. Результати наукових досліджень докладалися на щорічних наукових конференціях Луганського національного аграрного університету (2003 – 2006 рр.); науково-практичної конференції “Енерго- і екологозберігаючи технології – в сільськогосподарське виробництво” (м. Сімферополь – 2004), IV Міжнародної науково-практичної конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (м. Харків – 2005).
Повністю дисертаційну роботу було заслухано на розширенному засіданні кафедр механізації виробничих процесів у тваринництві та опору матеріалів і теоретичної механіки Луганського національного аграрного університету (м. Луганськ, 2006 р.).
Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 5 статей (3 одноосібно). Всі статті опубліковані у виданнях, затверджених “Переліком ВАК…” по технічних науках, подана заявка на деклараційний патент України на корисну модель.
Об'єм і структура дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джелел та додатків. Основний зміст дисертаційної роботи висловлений на 170 сторінках друкарського тексту, робота містить 51 рисунок, 8 таблиць, 6 додатків. Перелік посилань містить 162 назви, з них 2 на іноземній мові.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об’єкт, предмет, методи досліджень і задачі, які розв’язуються в роботі, подано наукову новизну й практичне значення отри манних результатів. Наведено інформацію щодо апробації, структури та обсягу роботи.
У першому розділі Сучасний стан питання сушки зерна. Мета і задачі досліджень” доведено необхідність виконання післязбиральної обробки зернових культур, наведено огляд літератури та аналіз способів і засобів сушки зерна, запропоновано найбільш повну їх класифікацію. Виконано техніко-економічний аналіз деяких промислових сушарок (табл. 1).
Таблиця 1
Результати техніко-економічного аналізу серійних сушарок
ПОКАЗНИКИЗЕРНОСУШАРКИДСП-32ОТ | А1-ДСП-50 | SP-102 | М-851 | М-810 | СВ-20 | Продуктивність, т/год32 | 50 | 6,67 | 8,2 | 2,2 | 20 | Зняття вологи, % | 6 | 6 | 4 | 4 | 4 | 6 | Витрати рідкого палива, кг/год457 | 360 | 32 | 32 | 270 | 100 | Витрати електроенергії, кВт.-год. | 125 | 110 | 15,5 | 24 | 7,5 | 78 | Маса установки, кг | 39800 | 45000 | - | - | - | 14000 | Ціна | 56400 $ | 63250 $ | 33750 € | 30750 € | 17250 € | 19750 $ | Питомі витрати палива, кг/1% на 1 т зерна | 2,38 | 1,2 | 0,05 | 0,043 | 1,275 | 0,83 | Питомі витрати електроенергії, кВт.-год/1% на 1 т зерна | 0,65 | 0,37 | 0,024 | 0,032 | 0,83 | 0,65 | Собівартість сушки (1% вологи на 1 т зерна), грн. | 647,4 | 463,4 | 3443,0 | 2552,0 | 5333,9 | 361,7 |
Загальні теоретичні і практичні основи сушки зерна базуються на фундаментальних наукових працях О.В. Ликова, В.І. Жидко, А.С. Гінзбурга, А.А. Долінського, Л.А. Орлова, О. Кришера, Б.І. Котова, О.І. Шаповаленко, В.Д. Дідуха, В.А. Резчикова, С.Д. Птіцина, Г.К. Філоненко та інших.
Аналіз способів і режимів сушіння зерна показав, що найбільше розповсюдження отримали сушарки з конвективним способом підведення теплоти: шахтного, колонкового типу, також бункерні установки. Встановлено, що наявні режими сушки в установках періодичної і безперервної дії не забезпечують потрібної якості сушіння і відповідних норм витрат енергії; сушарки характеризуються низьким термічним К.К.Д. і підвищеною питомою матеріалоємністю. Але можливості інтенсифікації процесів сушіння і зниження енерговитрат далеко не вичерпані. Визначено основні напрямки підвищення технологічної та енергетичної ефективності сушіння.
У зв’язку з цим нами запропоновано концепцію підвищення ефективності технологічного процесу сушки зерна шляхом розробки і впровадження сушарки з псевдозрідженим шаром.
У другому розділі “Теоретичні дослідження процесу сушки зерна у псевдозрідженому шарі з переривчастою подачею теплоносія” на основі аналізу основної теорії сушіння і заходів підвищення ефективності процесу сушки нами запропоновано схему процесу сушіння у псевдо зрідженому шарі з переривчастою подачею сушильного агенту (рис. 1) і розроблена конструктивно-технологічна схема зерносушарки (рис. 2).
Рис.1. Функціонально-параметрична схема роботи пропонуємої зерносушарки: 1 – нагрів повітря; 2 – підведення сушильного агента до зерна.
Рис. 2. Конструктивно-технологічна схема сушарки:
1 – підстава; 2 – вентилятор; 3 – теплогенератор; 4 – напірна камера; 5 – газорозподільний механізм; 6 – секції газорозподільного механізму; 7 – заслінки; 8 – газорозподільні грати; 9 – камера сушки; 10 – бункер для вологого матеріалу; 11 – випускне вікно; 12 – рециркуляційний канал; 13 – ланцюговий привід.
На основі теплового і матеріального балансів зерна і сушильного агенту, запропонована математична модель конвективної сушки зерна у псевдозрідженому шарі у вигляді системи диференціальних рівнянь:
, (1)
, (2)
, (3)
, (4)
де , - густина зерна і сушильного агенту;
, - питома теплоємність зерна і сушильного агенту;
- порозність зернового шару;
- питома теплота пароутворювання;
, - вологість і температура зерна;
, - температура і вологовміст сушильного агенту;
- ефективний коефіцієнт теплопровідності шару у горизонтальному напрямку;
- швидкість рушу зернового шару уздовж апарату;
- координата по довжині апарату;
- тривалість сушіння;
- рівноважна вологість зерна;
- коефіцієнт сушки.
Система, що складається з рівнянь (1-4) описує процес сушки зерна в псевдозрідженому шарі з переривистою подачею теплоносія. З причини більшої кількості змінних аналітичне рішення такої системи рівнянь утруднене. Тому для вирішення використовуємо ступінчастий метод розрахунку, який заснований на послідовному (у часі і в просторі) розрахунку процесу сушки. Для вирішення одержаної системи диференціальних рівнянь складений додаток в інструментальному середовищі розробці Borland Delphi 7. За результатами розрахунків побудовані залежності вологості і нагріву зерна в процесі сушки, температури і вологовміста сушильного агенту (мал. 3-6).
Рис. 3. Зміна температури зерна вздовж камери сушки при температурі теплоносія t = 60 °С в залежності від тривалості продування однієї секції.
Рис. 4. Зміна вологості зерна вздовж камери сушки при температурі теплоносія t = 60 °С в залежності від тривалості продування однієї секції.
Рис. 5. Зміна температури сушильного агенту на виході із зернового шару вздовж камери сушки при температурі теплоносія t = 60 °С в залежності від тривалості продування однієї секції.
Рис. 6. Зміна вологовмісту сушильного агенту на виході із зернового шару вздовж камери сушки при температурі теплоносія t = 60 °С в залежності від тривалості продування однієї секції.
Швидкості переміщення зернового шару вздовж камери сушки (рис. 7) визначається з рівняння живих сил:
, (5)
де - довжина секції;
- швидкість руху зернового шару;
- маса зерна, яка знаходиться на секції довжиною ;
- сила, діюча у напрямку руху зернового шару:
, (6)
де - прискорення вільного падіння;
- кут нахилу камери сушки.
З врахуванням коефіцієнту циклічності швидкість визначається за наступним виразом
, (7)
де - тривалість відкриття однієї секції;
- кількість секцій камери сушіння;
- коефіцієнт, враховуючій відношення роботи зовнішніх сил і сил внутрішнього тертя;
- коефіцієнт тертя зерна о стінки камери сушки.
Рис. 7. Схема секції зерносушарки до розрахунку продуктивності по матеріалу:
1 – камера сушки; 2 – газорозподільна решітка; 3 – повітряний канал; 4 – заслінка; 5 – секції повітряного каналу.
Продуктивність сушарки визначається за наступним рівнянням:
, (8)
де - питома вага зерна;
- ширина шару матеріала;
- высота шару матеріала.
У третьому розділі Програма і методика експериментальних досліджень викладена програма досліджень, описані прилади, лабораторні та експериментальні установки і методи проведення експериментальних досліджень, методи обробки експериментальних досліджень.
Програмою досліджень передбачалось визначити кінетичні залежності сушіння і нагрівання зерна в шарі і оцінити вплив параметрів сушильного агенту (вологовмісту, температури і швидкості), матеріалу (початкова вологість) і параметрів технологічного процесу (тривалості подачі сушильного агенту, кількості секцій сушильної камери) в широких діапазонах зміни їх значень.
При проведенні лабораторних досліджень особливу увагу було приділено визначенню вологості зерна. Для цього був виготовлений електричний експрес-вологомір (рис.8), погрішність вимірювання якого не перевищувала 1 %.
Експериментальні дослідження проводили виконуючи п’яти і трьох факторні експерименти. Виробничі дослідження процесу сушки зерна проводили на діючому експериментально-дослідному зразку зерносушарки.
а) б)
Рис. 8. Загальний вигляд (а) і принципова електрична схема (б) вологоміра.
Для проведення експериментів, окрім стандартного вимірювального обладнання використовувалась спеціально виготовлена лабораторна установка (рис. 9).
а) б)
Рис. 9. Схема (а) і загальний вигляд (б) лабораторної установки:
1 – камера сушки; 2 – газорозподільне решето; 3 – газорозподільна камера; 4 – заслінка; 5 – вентилятор; 6 – електричний калорифер.
У четвертому розділі Результати експериментальних досліджень наведено дані аналізу визначених закономірностей сушіння зерна в псевдозрідженному шарі з переривчастою подачею сушильного агенту.
Результати експериментів оброблені на ПК в програмній середі Mathcad і пакета програм Statistica 6.0 for Windows для ПЭВМ. Після розрахунку коефіцієнтів кореляційних залежностей сполучені наступні рівняння регресії:
- експозиція сушки
(9)
Характеристика адекватності рівняння: R2 = 0,987; F = 20,877; р = 1,89·10-3.
- нагріву зерна
(10)
Характеристика адекватності рівняння: R2 = 0,994; F = 44,641;
р = 3,03·10-4.
Аналіз рівнянь регресії (графічне зображення яких представлено на рис. 10 та 11) показав, що експозиція сушки зменшується з ростом температури сушильного агенту і найменше значення знаходиться при найменшій кількості секції. Однак стосовно температури зерна у процесі сушки із залежностей видно, що вона зростає з підняттям температури сушильного агенту і найменші значення має при кількості секцій 12…16. Тому була складена програма, за допомогою якої провели оптимізацію рівнянь (9) і (10). При цьому розраховувалися швидкість сушки і продуктивність сушарки. Розрахунки показали, що найбільша швидкість сушки спостерігається при температурі сушильного агенту 60 єС і знаходиться у інтервалі 6…10 кількості секцій. Стосовно продуктивності, то вона має екстремум з урахуванням швидкості сушки при кількості секцій 14. Таким чином, раціональні параметри, при яких спостерігається найбільша продуктивність сушарки з урахуванням мінімальних питомих витрат, складають: температура агенту сушки 60 єС, кількість секцій 14 і тривалість продування однієї секції 27 с. На основі значень цих показників спроектована і виготовлена зерносушарка.
Рис. 10. Криві експозиції сушки в залежності від кількості секцій і тривалості продування при температурах агенту сушки 31, 43 и 55 єС: 1 – 31 єC, 10 с; 2 – 31 єC, 30 с; 3 – 31 єC, 50 с; 4 – 43 єC, 10 с; 5 – 43 єC, 30 с; 6 – 43 єC, 50 с; 7 – 55 єC, 10 с; 8 – 55 єC, 30 с; 9 – 55 єC, 50 с.
Рис. 11. Криві нагріву зерна в залежності від кількості секцій і тривалості продування при температурах агенту сушки 31, 43 и 55 єС: 1 – 31 єC, 10 с; 2 – 31 єC, 30 с; 3 – 31 єC, 50 с; 4 – 43 єC, 10 с; 5 – 43 єC, 30 с; 6 – 43 єC, 50 с; 7 – 55 єC, 10 с; 8 – 55 єC, 30 с; 9 – 55 єC, 50 с.
Лабораторні випробування позволили виявити кінетичні залежності процесу сушки (рис. 12), за якими можна визначити необхідну тривалість процесу сушки в залежності від початкової вологості зерна.
Рис. 12. Залежності вологості зерна () и нагріву зерна () від тривалості сушки.
Також визначалась продуктивність сушарки (рис.13).
Рис. 13. Криві пропускної здатності сушарки в залежності від кута нахилу камери сушки.
Дослідження показали, що пропускна спроможність сушарки залежить від кута нахилу камери сушки і циклічності роботи газорозподільного механізму. Виходячи з проведених теоретичних досліджень ми також перевірили вплив тривалості продування секції на працездатність сушарки. Як виявилося, за 20…30 секунд відкриття заслінки зерновий матеріал практично повністю переміщається по газорозподільному решету і застосування більшої тривалості продування приводить до простою секції, а отже, до зниження продуктивності сушарки в цілому.
В п’ятому розділі “Впровадження результатів розробки у виробництво. Техніко-економічна ефективність” наведено інженерну методику розрахунку основних конструктивних і режимних параметрів зерносушарки. Отримані дані, за якими розраховано і побудовано дослідний зразок сушарки безпреревної дії (рис. 14). Основні показники процесу сушіння, отримані при випробуваннях, викладено в табл.2.
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.
Рис. 14. Загальний вигляд зерносушарки.
Таблиця 2
Основні техніко-економічні показники сушарок
Показник | Одиниця
виміру | Сушарки, що порівнюються
ДСП-32ОТ | СЗПЖ-8 | Розроблена
Продуктивність | кг/год | 32000 | 8000 | 2000
Початкова вологість | % | 20 | 20 | 20
Кінцева вологість | % | 14 | 14 | 14
Температура сушильного агенту | єС | 120 | 80 | 60
Експозиція сушки | хв. | 52 | 31 | 12
Витрати сушильного агента | м3/год | 122600 | 26000 | 3600
Витрати палива | кг/год | 457 | 97,6 | -
Витрати електроенергії | кВт год/т | 125 | 32 | 100,4
Питомі витрати енергії | МДж/кг | 9,225 | 15,381 | 6,354
Використання сушарки забезпечує проведення своєчасного сушіння, що дозволяє зменшити втрати зернової продукції, питомі витрати теплової і електричної енергії, стабілізувати якісні показники зерна. Економічний ефект від впровадження по результатам проведених випробувань сушарки з псевдозрідженим шаром по відношенню до шахтної сушарки ЗСПЖ-8 склав 11606,4 грн. на рік або 22,32 грн. на одну тону зерна, а до шахтної зерносушарки ДСП-32ОТ - 12818 грн. на рік або 24,65 грн. на тону зерна.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Встановлено шляхом порівнювального аналізу існуючих способів сушки що найбільш ефективним, та найменш енерговитратним є процес сушки у псевдозрідженому шарі.
2. Створена узагальнена класифікація способів сушки і зерносушарок, та на її основі запропонована нова конструктивно-технологічна схема зерносушарки з псевдозрідженим шаром.
3. Розроблено математичну модель процесу сушки у псевдозрідженому шарі з переривчастою подачею сушильного агенту, та теоретично обґрунтовані раціональні параметри запропонованої зерносушарки.
4. Експериментально досліджено технологічний процес сушки зерна в псевдозрідженому шарі і отримано залежності експозиції сушки, нагріву зерна.
5. За результатами експериментальних досліджень встановлено наступні конструктивно-технологічні параметри зерносушарки :
- необхідне співвідношення часу продування до тривалості відстою зерна дорівнює 13;
- температура сушильного агенту 60 єС і тривалість продування однієї секції 27 с.
6. Доведена роботоздатність виготовленої зерносушарки промислового типу шляхом випробувань в умовах виробництва, раціональна продуктивність якої при зниженні вологи зерна з 20 до 14 % складає 1,5…2,0 т/год.
7. Розроблена методика інженерного розрахунку зерносушарки запропонованого типу, яка дозволяє розрахувати промислові зерносушарки будь-якої продуктивності
8. Доведено, що впровадження запропонованої зерносушарки у виробництво дасть річний економічний ефект 11606,4 грн. в порівнянні з сушаркою ЗСПЖ-8, а строк окупності складає 2,38 року.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ
1. Фесенко А.В., Чекановкин А.А. Экспериментальное исследование и разработка математической модели сушки зерна в псевдоожиженном слое // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. – Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2003. – №31(43). – С. 204208.
2. Фесенко А.В. Оптимизация технологических и конструктивных параметров зерносушилки в псевдоожиженном слое // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. –Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2004. – №42(54). – С. 150153.
3. Чекановкин А.А., Фесенко А.В. Аналитическое исследование процесса сушки зерна в псевдоожиженном слое // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. –Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2005. – №49(72). – С. 215–218.
4. Фесенко А.В. Теоретическое исследование процесса сушки зерна в псевдоожиженном слое с прерывистой подачей теплоносителя // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка. – Харків, 2005. – Вип. 40. – С. 157–161.
5. Фесенко А.В. Исследование газораспределительного механизма зерносушилки с псевдоожиженным слоем // Сборник научных работ Крымского государственного аграрного университета. Машины и способы механизации сельского хозяйства. – Симферополь, 2005. – Вып. 84. – С. 52–56.
АНОТАЦІЯ
Фесенко А.В. Підвищення ефективності технологічного процесу сушки зернових культур. – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Луганський національний аграрний університет, Луганськ, 2006.
Дисертація присвячена питанням підвищення технологічної і енергетичної ефективності процесу сушки зернових культур.
На підставі проведеного критичного аналізу способів сушки, конструкцій існуючих зерносушарок і робіт вчених, присвячених цій проблемі, доведена необхідність вдосконалення технології сушки і розробки сушарки з псевдозрідженим шаром, дозволяючої понизити питомі витрати енергії на сушку і підвищити якість висушуваного матеріалу за рахунок застосування ступінчастого підведення теплоносія до висушуваного матеріалу.
На основі аналізу існуючих сушарок розроблена конструктивно-технологічна схема сушарки з киплячим шаром. Проведений теоретичний аналіз процесу сушки з переривистою подачею теплоносія, в результаті якого одержана математична модель процесу сушки, а також математичні залежності, що характеризують технологічний процес роботи сушарки і дозволяють теоретично визначити основні конструкторсько-технологічні параметри сушарки.
Виконана оптимізація основних конструкторсько-технологічних параметрів сушарки з киплячим шаром.
На підставі проведених досліджень розроблений експериментально-промисловий зразок сушарки з киплячим шаром, перевірка роботи якої в лабораторних і виробничих умовах показала її працездатність і ефективність.
Ключові слова: технологічний процес, сушка, псевдозріджений шар, киплячий шар, сушильний агент, сушарка, зерно.
АННОТАЦИЯ
Фесенко А.В. Повышение эффективности технологического процесса сушки зерновых культур. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Луганский национальный аграрный университет, Луганск, 2006.
Диссертация посвящена вопросам повышения технологической и энергетической эффективности процесса сушки зерновых культур.
На основании проведенного критического анализа способов сушки, конструкций существующих зерносушилок и работ ученых, посвященных этой проблеме, доказана необходимость совершенствования технологии сушки и разработки сушилки с псевдоожиженным слоем, позволяющей снизить удельные затраты энергии на сушку и повысить качество высушиваемого материала за счет применения ступенчатого подвода теплоносителя к высушиваемому материалу.
На основе установленных перспективных направлений повышения эффективности технологического процесса сушки, и анализа существующих сушилок разработана конструктивно-технологическая схема сушилки с псевдоожиженным слоем. Проведен теоретический анализ процесса сушки с прерывистой подачей теплоносителя, в результате которого получена математическая модель процесса сушки, воплощенная с помощью разработанной программы на ПЭВМ, а также математические зависимости, характеризующие технологический процесс работы сушилки и позволяющие теоретически определить основные конструкторско-технологические параметры сушилки.
С целью подтверждения результатов теоретических исследований проведены экспериментальные исследования по оптимизации процесса сушки зерна в псевдоожиженном слое. Получены регрессионные зависимости, на основании которых построены поверхности отклика и их двумерные сечения, анализ которых позволяет установить рациональные параметры процесса, и способствует оптимизации конструкции зерносушилки
Выполнена оптимизация основных конструкторско-технологических параметров сушилки с кипящим слоем. Определены рациональные значения температуры сушильного агента, количества секций камеры сушки и продолжительности продувания одной секции.
На основании проведенных исследований разработан экспериментально-промышленный образец сушилки с кипящим слоем, проверка работы которой в лабораторных и производственных условиях показала ее работоспособность и экономическую эффективность.
Представлена методология инженерного расчета сушилок с псевдоожиженным слоем сельскохозяйственного назначения.
Ключевые слова: технологический процесс, сушка, псевдоожиженный слой, кипящий слой, сушильный агент, сушилка, зерно.
THE SUMMARY
A.V. Fesenko. The increase of technological process efficiency of grain crops drying. - the Manuscript.
Thesis for a candidate's of technical science degree on speciality 05.05.11 - machines and means of farm production mechanization. Lugansk national agrarian university, Lugansk, 2006.
The paper is devoted to the problems of increasing grain crops drying process efficiency.
On the basis of critical analysis conducted as to the drying methods, available grain dryers and scientific studies, devoted to this problem, the necessity to improve drying technology and to develop a dryer with a pseudoliquid layer was stated; that will result power costs and increase the drying quality due to applying step by step heat supplier to drying material.
Constructive and technological scheme of a dryer with a boiling layer was developed on the basis of available (existing) dryers. Theoretical analysis of drying process with intermittent heat supply was conducted resulted in mathematical model of drying process mathematical dependences characterizing technological process of dryer work that allows to determine theoretically the basic constructive and technological parameters of a dryer.
Optimization of basic constructive technological parameters of a dryer with a boiling layer is (conducted) done.
the experimental and industrial sample of a dryer with a boiling layer was made on the basis of conducted investigations and studies and it was tested under laboratory and industrial conditions showing its operating abilities and efficiency.
Key words: technological process, drying, pseudo-liquid layer, a boiling layer, the drying agent, a dryer, grain.
Підписано до друку 04.04.2006 р. Формат 60841/16.
Папір офс. Гарнітура “Таймс”.
Друк офс. Ум. друк. арк. 1,2. Тираж 100 прим. Зам. 26
Видавництво ЛНАУ
Адреса: 91008 Луганськ-8, Національний аграрний університет,
тел. 96-75-84
