Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Сохранность выращенного урожая достигается, в первую очередь,, с помощью сушки, которая является единственным надежным способом прекращения активных биохимических процессов в растительных материалах и их консервирования. 3 то же время технологии сушки, используемые в сельском хозяйстве, имеют большую энергоемкость. На сушку зерна и кормов приходится 40...50% энергозатрат, идущих на послеуборочную обработку, или 6...8% всех энергозатрат на производство этих видов продукции. Низкая производительность сушильных комплексов и недостаточная обеспеченность ими приводят к тому, что из-за несвоевременной сушки на зернотоках республики ежегодно теряется 250.. .300 тыс. т зерна.
Серийно выпускаемые в СНГ сушилки делают технологический процесс металлоемким (1600..3500 кг на тонну высушиваемого зерна) и имеют высокий удельный расход топлива (9,4... 17,2 кг усл. т/т). Их производительность близка к предельным возможностям и практически не может быть увеличена за счет изменения физических параметров сушки.
Известные методы интенсификации процесса (СВЧ, УВЧ, сушка в магнитном поле, сублимационная и др.) сопровождаются повышением энергоемкости, отличаются большой сложностью оборудования и требуют высокой квалификации обслуживающего персонала. По указанным причинам широкое освоение этих технологий в сельском хозяйстве в ближайшей перспективе нереально. Замена сушки химическим консервированием позволяет несколько уменьшить затраты энергоресурсов, но эта технология не может быть использована для семенных и продовольственных целей.
Проблема дальнейшего наращивания производства продовольствия и кормов в условиях сокращения энергетических ресурсов требует изыскания и освоения новых ресурсосберегающих технологий, широкого вовлечения в энергетический баланс страны возобновленных источников энергии. Поэтому научные исследования, направленные на разработку эффективных способов энергосберегающей сушки сельскохозяйственных материалов, актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение.
Связь работы с крупными научными программами. Работа выполнена в соответствии с комплексной союзной программой «Зерно» по теме № 5 «Создать и внедрить в опытно-производственных условиях высокоурожайные сорта, устойчивые к основным вредителям и болезням, усовершенствовать технологии возделывания, уборки и семеноводства зерновых культур на промышленной основе, обеспечивающие получение 60.-.70 центнеров зерна с гектара, экономию материально-энергетических ресурсов на 75...80% прироста урожая» (задание № 07 «Разработать прогрессивные энергосберегающие технологии возделывания, уборки и послеуборочной обработки зерна зернобобовых и крупяных культур, обеспечивающие получение урожайности зернобобовых 22...40 и гречихи 20...25 ц/га при затратах труда на производство продукции не более 1 чел.-ч», которое выполнялось на кафедре механизации сельскохозяйственного производства Гродненского СХИ с 1986 по 1990 гг.); Республиканской комплексной программой «Зерно» на 1991-1995 гг., утвержденной Постановлением Совета Министров Белорусской ССР от 27.03.1991 г. № 114 (работа выполнялась в Ц1-1ИИМЭСХ с 1991 по 1994 гг.).
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение эффективности процессов сушки растительного сырья путем разработки и освоения энергосберегающих технологий и технических средств для электроактивироваиных процессов. Поставленные цели достигались решением следующих задач:
- дать теоретическое обоснование тепло- и массообменных процессов, происходящих при электроактивировании процессов сушки;
- предложить гипотезу механизма воздействия озоно-воздушиой среды на процесс сушки растительных материалов, их биохимические, микробиологиче-ские и агротехнические свойства;
- обосновать технологи» и разработать технические средства для сушки с использованием электроактивированного сушильного агента;
- дать энергетическую, экономическую и экологическую оценку предлагаемых технологий.
Научная новизна полученных результатов. Впервые предложен способ энергосберегающей сушки сельскохозяйственных материалов электроакгиви-рованным сушильным агентом. Выдвинута гипотеза механизма воздействия сушильного агента с содержанием озона на процесс сушки растительного сырья. Выявлены наиболее эффективные режимы сушки зерна и злаковых трав. Дано теоретическое обоснование тепло- и массообменных процессов. Обоснована гипотеза механизма действия озона на процесс сушки. Выявлено влияние сушки в озоно-воздушиой среде на качество зерна и семян. Даны энергетическая, экономическая и экологическая оценки предложенных технологий сушки.
Практическая значимость полученных результатов работы состоит в обосновании технологий и режимов сушки зерна и злаковых трав электроактивированным сушильным агентом (на напольных сушилках, бункерах активного вентилирования, сушилках зерна периодического и непрерывного действия, контейнерного типа), разработке конструкций озонаторных установок (стационарная, передвижная и блок-приставка к теплогенераторам или вентиляторам). Предложенные технологии и средства механизации позволяют интенсифицировать процесс сушки с экономией 20...60% материально-энергетических ресурсов при одновременном улучшении качественных показателей высушенного материала, улучшить последующее хранение за счет снижения биохимических процессов и обеззараживающего действия (снижение количества микроорганизмов и плесневых грибов на поверхности материала, а также фнтопато-генной микрофлоры), улучшить агротехнические качества получаемых семян.
Результаты исследований апробированы в ряде хозяйств: колхозах «Рассвет» Островецкого (1981-1983 гг.) и им. Некрасова Щучинского районов (1988-1990 гг.), совхозах «Малое Можейково» Лидского (1982-1984 гг.) и «Со-сновка» Слонимского районов (1991 г.) Гродненской области; с-зе «Логоза» и к-зе «Чуденичи» Логойского района (1992 г.), БелЗОС Минской области (1993-1994 гг.), в колхозах «Призыв» и «Коммунар» Крупского р-на (1996-1997 гг.).
Экономическая значимость полученных результатов. Экономия затрат на сушке 1 тонны зерна в озоно-воздуишой среде, выраженная в тоннах условного топлива и ценах на 1.07.98 г., составляет: напольные сушилки - 43,54 кг у.т., 3,71 USD; М-819 - 3,75 кг у.т., 0,49 USD; СЗШ-16 - 6,90 кг у.т., 0,53 USD; контейнерные- 16,0 кг у.т., 1,17 USD; бункера активного вентилирования -0,98 кг у.т., 0,07 USD.
Основные положения диссертации, выносимые на зашиту. В диссертации проанализированы, научно обоснованы и выносятся на защиту следующие положения:
1. Математические модели, описывающие биохимические, биофизические и теиломассообменные процессы при сушке растительных материалов.
2. Гипотеза механизма воздействия озоно-воздушной среды на процесс сушки растительных материалов.
3. Зависимости микробиологических, биохимических и агротехнических характеристик высушиваемого материала от концентрации озона в сушильном агенте, его расхода, скорости сушки, электротехнических характеристик установок; методики оптимизации указанных параметров.
4. Методика энергетической, экономической и экологической оценки различных способов сушки и основные направления энергосбережения при выполнении технологического процесса.
5. Энергосберегающие технологии и технические средства для электроактивированной сушки растительного сырья в озоно-воздушной среде.
Личный вклад соискателя заключался в самостоятельном выполнении теоретических разработок, проведении экспериментальных лабораторных и производственных исследований, обработке полученных результатов. В работе принимали участие М.М.Севернев, Н.А.Глущенко, Л.Ф.Глущенко, Р.А.Скоробогатова, С.М.Карташсвич, В.П.Храповицкий.
Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-методическом совещании секции механизации и электрификации сельского хозяйства Западного отделения ВАСХНИЛ (г.Каунас, 1981 г.), на восьми научных конференциях преподавательского состава (г.Гродно, ГСХИ, 1982-1985, 1987-1990 гг.), на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов (г.Ленинград-Пушкин, ЛСХИ, 1984-1985 гг.), на совещании секции механизации и электрификации сельского хозяйства отделения ВАСХНИЛ НЗ РСФСР по вопросам исследований предпосевной и послеуборочной обработки семян сельскохозяйственных культур с участием представителей институ-тов(г.Ленинград-Пушкин, НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, 1984 г.), на научно-технической конференции по механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства и подготовке инженерных кадров, посвященной 30-летию института (г.Минск, БИМСХ, 1984 г.), на первом Всесоюзном совещании по применению физического и химического мутагенеза в сельском хозяйстве (г.Кишинев, 1987 г.), на пяти научно-практических конференциях (г.Тверь, XII - 1989 г., ХШ - 1990 г., XiV - 199І г., XVI - 1993 г.. XVII -1994 г.), на Международном семинаре «Нетрадиционная энергетика, экология, энергосберегающие технологии» (г.Минск, ИТМО, 1993 г.), на научно-технической конференции «Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин» (г.Минск, БАТУ, 1994 г.), на научно-практической конференции, посвященной 50-летию факультета механизации сельского хозяйства (г.Горки, БСХА, 1997 г.), на Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию БслНИИМСХ (г.Минск, 1997 г.), на I Международной конференции по использованию нетрадиционной энергии в сельском хозяйстве (г.Варшава, 1997 г.), на научно-производственной конференции «Роль адаптивной интенсификации земледелия в повышении эффективности аграрного производства» (г.Жодино, БелНИИЗК, 1998 г.), на Международной научно-технической конференции «Моделирование и прогнозирование аграрных энергосберегающих процессов и технологий» (г.Минск, БАТУ, 1998 г.), на Международной научно-технической конференции (г.Москва, ВИЭСХ, 1998 г.), на Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию академика СИ.Назарова (г.Горки, БСХА, 1998 г.).
Опубликованиость результатов диссертации. Основные результаты диссертации опубликованы в моноірафии, шеста статьях в научных журналах, трех статьях в сборниках научных трудов, шести докладах международных конференций, в 1 главе книги по энергосбережению, пяти бюллетенях ЦНТИ, четырнадцати тезисах конференций, двух авторских свидетельствах, методическом указании для студентов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, шести глав, выводов, списка использованных источников (161 наименование, из них 21 на иностранном языке) и 14 приложений. Изложена на 256 страницах машинописного текста, включая 38 рисунков и 43 таблицы.
