Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние теории и техники сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей 8
1.1. Пшеничные зародыши как объект сушки 8
1.2. Ржаные отруби как объект сушки 12
1.3. Современное состояние процессов и техники обработки диетических зерновых продуктов питания 14
1.4. Существующие физические и математические модели процесса сушки пшеничных зародышей 31
1.5. Отражатели теплового потока 36
Выводы по главе 40
Глава 2. Экспериментальное исследование процесса сушки зародышевых хлопьев пшеницы и ржаных отрубей с использованием ик-изл учения 41
2.1. Экспериментальный стенд для исследования процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей инфракрасным излучением 41
2.2. Методика экспериментальных исследований процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей при ИК-излучении 46
2.3 Анализ экспериментальных данных процесса сушки пшеничных зародышей при ИК-излучении 51
2.4 Анализ экспериментальных данных процесса сушки ржаных отрубей при ИК-излучении 57
2.6 Анализ экспериментальных данных процесса сушки возвратного пшеничного хлеба при ИК-излучении 64
Выводы по главе 75
Глава 3. Аналитическое исследование внутреннего тепло-и массопереноса при инфракрасном нагреве пшеничных зародышей 77
3.1. Аналитическое решение дифференциальных уравнений тепло- и влагопереноса при инфракрасном нагреве пшеничных зародышей 77
3.2 Моделирование тепло- и влагопереноса при инфракрасном нагреве пшеничных зародышей 81
Выводы по главе 83
Глава 4. Экспериментальные исследования процесса ик-сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей на промышленной установке 84
4.1.. Исследование процесса равномерности инфракрасной сушки пшеничных зародышей на промышленной установке в зависимости от конструкции отражателей 84
4.2. Исследование температурного поля инфракрасной нагревательной системы для сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей 87
Выводы по главе 90
Глава 5. Методика инженерного расчёта установки инфракрасной сушки пшеничных зародышей 91
Выводы по главе 95
Глава 6. Расчёт экономической эффективности 96
Выводы по главе 101
Основные выводы и результаты работы 102
Список использованной литературы
- Современное состояние процессов и техники обработки диетических зерновых продуктов питания
- Методика экспериментальных исследований процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей при ИК-излучении
- Моделирование тепло- и влагопереноса при инфракрасном нагреве пшеничных зародышей
- Исследование температурного поля инфракрасной нагревательной системы для сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей
Введение к работе
Актуальность работы. На мукомольных заводах при переработке зерна в муку образуются побочные продукты: отруби, зародыши, мучка. Отделяемые зародыши используются нерационально в качестве отрубей. Их широко применяют в комбикормовой, косметической, пекарной, кондитерской промышленностях. Использование пшеничных зародышей в качестве диетического, лечебно- профилактического питания актуально из-за высокого содержания в них группы витаминов, микроэлементов, а главное, полиненасыщенных жирных кислот.
При взаимодействии с кислородом воздуха происходит окисление полиненасыщенных жирных кислот под действием фермента липазы и липоксигеназы, следовательно, изменяются органолептические показатели пшеничных зародышей, такие, как вкус и запах. Также в процессе хранения повышается микрофлора из-за большого влагосодержания продукта.
Основная ценность отрубей - в высоком содержании пищевых волокон. Именно недостаток в рационе клетчатки приводит к дисбактериозу и является одной из причин заболеваний кишечника. Отруби помогают отрегулировать его работу, улучшить микрофлору, вывести из организма излишки холестерина, снизить содержание сахара в крови при сахарном диабете.
Ржаные отруби, как и пшеничные зародыши, не стойки при хранении из-за высокого количества микроорганизмов. Для снижения активности ферментного комплекса и сохранения органолептических показателей пшеничных зародышей и ржаных отрубей необходимо проводить тепловую обработку, снижая влагосодержание продукта до 6 кг/кг.
В настоящее время сушка пшеничных зародышей осуществляется в вакуум- сублимационных установках. Она сопряжена со значительными затратами электроэнергии, металлоёмкая и дорогостоящая. Сушка пшеничных зародышей осуществляется и в конвективных установках с осциллирующим режимом, которая связана с длительным временем обработки продукта.
Математических моделей, особенно взаимосвязанных тепломассообменных процессов термической обработки пшеничных зародышей, недостаточно. Актуальным является математическое моделирование процесса сушки пшеничных зародышей, учитывающее особенности теплоподвода при использовании инфракрасного нагрева.
Работа проводилась в соответствии с тематическим планом НИР СПбГУНиПТ по теме НИР кафедры «Техника мясных и молочных производств» «Развитие научных основ и совершенствование оборудования мясных, молочных и других пищевых производств» (№ гос. регистрации 01.2007.035504).
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является разработка теоретических и практических основ интенсивного объемного влагоудаления из пшеничных зародышей и ржаных отрубей инфракрасным излучением длиной волны 1,5-3,0 мкм.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
изучение основных характеристик пшеничных зародышей и ржаных отрубей как объектов сушки;
изучение механизма и основных закономерностей процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей;
создание экспериментального стенда для исследования процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей ИК- излучением;
экспериментальное исследование кинетики процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей при инфракрасном излучении длиной волны 1,5-3,0 мкм в зависимости от плотности теплового потока ИК-излучения, высоты слоя пшеничных зародышей и ржаных отрубей , расстояния от ИК- излучателя с функциональной керамической оболочкой до слоя продукта;
анализ влияния основных параметров на эффективность сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей инфракрасным излучением длиной волны 1,5-3,0 мкм;
разработка математической модели процесса сушки инфракрасным излучением пшеничных зародышей и ржаных отрубей в виде аналитических решений соответствующих краевых задач совместного тепло- и массопереноса;
экспериментальное исследование температурного поля инфракрасной нагревательной системы;
экспериментальное исследование равномерности инфракрасной сушки пшеничных зародышей по влагосодержанию и температуре поверхностного слоя на промышленной установке в зависимости от конструкции отражателей;
разработка способа инфракрасной сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей;
разработка и методика инженерного расчёта конструкции сушилки производительностью 150 кг/ч по исходному сырью;
оценка экономической эффективности предлагаемой конструкции;
проведение апробации предполагаемого способа сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей в производственных условиях.
Научная новизна. Выявлены кинетические закономерности процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей на тефлоновой ленте инфракрасным излучением длиной волны 1,5-3,0 мкм в зависимости от плотности теплового потока ИК-излучения, высоты слоя пшеничных зародышей и ржаных отрубей, расстояния от ИК-излучателя с функциональной керамической оболочкой до слоя продукта.
Установлены пределы изменения температур нагрева пшеничных зародышей и ржаных отрубей при инфракрасной сушке.
Разработана математическая модель сушки пшеничных зародышей в слое с использованием инфракрасного излучения в виде аналитического решения системы совместного тепло- и массопереноса, дающая возможность прогнозировать значения температуры и влагосодержания в пшеничных зародышах и ржаных отрубях, время, необходимое для получения искомых конечных значений температуры и влагосодержания, интенсивность тепловой обработки.
Определены рациональные технологические параметры процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей инфракрасным излучением длиной волны 1,5-3,0 мкм.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработана установка для сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей инфракрасным излучением. На основе теоретических и экспериментальных исследований
разработана конструкция малогабаритной сушилки для пшеничных зародышей и отрубей ржаных при ИК-излучении длиной волны 1,5-3,0 мкм.
Разработаны совместно с кафедрой ТМиМП института Холода и Биотехнологий НИУ ИТМО и ФГУП "ФНПЦ «Прибор» (г. Москва) от 23 марта 2012 года исходные требования и техническое задание на установку для сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей.
Новизна технических решений подтверждена положительным решением на выдачу патента РФ № 2012109982 Установка для сушки растительного сырья. Подана 15.03.2012. Выд. 02.04.2013.
Основные положения работы, выносимые на защиту: экспериментальное исследование кинетики процесса сушки инфракрасным излучением пшеничных зародышей и ржаных отрубей длиной волны 1,5-3,0 мкм; анализ влияния основных параметров на эффективность сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей инфракрасным излучением; исследование кинетических закономерностей процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей в виде уравнений регрессии; разработка математической модели процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей инфракрасным излучением в виде аналитического решения соответствующей задачи совместного тепло- и массопереноса; исследование температурного поля инфракрасной нагревательной системы; исследование равномерности инфракрасной сушки пшеничных зародышей по влагосодержанию и температуре поверхностных слоев на промышленной установке в зависимости от конструкции отражателей; разработка и методика инженерного расчёта конструкции сушилки производительностью 150 кг/ч по исходному сырью.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции: Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья (Краснодар 2012 г.), VII Международной научно-практической конференции: Современное состояние естественных и технических наук (Москва 2012г.), Международной научно-технической конференции «Адаптация ведущих технологических процессов к пищевым машинным технологиям» (Воронеж 2012 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 9 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено положительное решение на выдачу патента на изобретение Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 95 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 19 таблиц. Список литературы включает 90 наименований. Приложения к диссертации представлены на 12 страницах.
Современное состояние процессов и техники обработки диетических зерновых продуктов питания
Расщепление витаминной составляющей пшеничного зародыша ощутима при повышении температуры сушки выше 100 С. [4, 31] Насыпная плотность пшеничных зародышей составляет 300-500 кг/м3 [31, 32]. Благодаря такому богатому содержанию пшеничные зародыши представляют высокую питательную ценность. Полиненасыщенные жирные кислоты, которые содержатся в большом количестве в пшеничных зародышах, способствуют выведению из организма холестерина, предупреждая и ослабляя атеросклероз, а также оказывают благотворное влияние на стенки кровеносных сосудов - повышают их эластичность. В связи с этим во многих странах уделяют повышенное внимание рацинальному использованию пшеничных зародышей. Пшеничные зародыши применяются при производстве диетических продуктов питания. Они используются в качестве добавки для обогащения пищевых продуктов витаминами, микроэлементами и другими биологически важными веществами.
Однако хранение зародышей затруднено в связи с тем, что вследствие гидролиза и окисления жиров, и прежде всего ненасыщенных жирных кислот (прогоркание) они приобретают неприятный вкус и запах. Хранение их с влажностью выше 13% в течение недели приводит к интенсификации микробиологических процессов [29]. Через 2 мес. хранения численность микрофлоры увеличивается в 10—300 раз в зависимости от условий хранения[29, 30]. Для уменьшения микробиологической обсемененности и снижения влажности пшеничные зародышевые хлопья сушат. При этом биологически активные вещества должны сохраняться. После термообработки продолжительность хранения значительно возрастает. 1.2. Ржаные отруби как объект сушки
Отруби — побочный продукт мукомольного производства, представляет собой твердую оболочку зерна. Рекомендуется в качестве дополнительного источника пищевых волоки и кальция. Употребление в сутки 65 г продукта обеспечивает 100% суточной потребности в пищевых волокнах. Питательность отрубей зависит от содержания мучнистых частиц (чем меньше муки и больше оболочек, тем ниже питательность).
Химический состав ржаных отрубей в среднем (%) [40, 41, 42, 87]: воды 14,8; белков 15,5; жиров 3,2; клетчатки 8,4; безазотистых экстрактивных веществ 53,2; золы 4,9. В 100 кг отрубей — 71-78 кормовых единиц и 12,5- 13 кг перевариваемого белка. Основная ценность отрубей - в высоком содержании пищевых волокон [40, 41]. Именно недостаток в рационе клетчатки приводит к дисбактериозу и является одной из причин заболеваний кишечника. Отруби помогают отрегулировать его работу, улучшить микрофлору, вывести из организма излишки холестерина, снизить содержание сахара в крови при сахарном диабете. Природная клетчатка - это сочетание пищевых волокон, которые не перевариваются ферментами желудочно-кишечного тракта человека, но успешно ферментируются и участвуют в питании микрофлоры в толстом кишечнике. Комплексное воздействие на систему пищеварения заключается в усилении перистальтики (механическое раздражение стенок желудка и кишечника при набухании), улучшении желчеотделения и секреции ферментов. Набухание волокон начинается уже в желудке: раздражая нервные окончания желудка, волокна создают иллюзию сытости, уменьшают аппетит.
В отруби перешло свыше половины зародыша (51,1%), а вместе с ним и отрубянистыми слоями большинство таких ценных для питания человека веществ, как минеральные вещества (74,2%), липиды (62,3%) и, наконец, заметная часть общего белка (27,8%). Из минеральных веществ особый интерес представляют кальций и магний, а также фитиновый фосфор [41, 87]. Насыпная плотность ржаных отрубей составляет 220-320 кг/м3 [32]. Пищевые ржаные отруби неустойчивы при хранении. Хранение их с влажностью выше 13% в течение недели приводит к интенсификации микробиологических процессов. Через 2 мес. хранения численность микрофлоры увеличивается в 10—300 раз в зависимости от условий хранения [29, 85, 86]. Одновременно наблюдается значительное нарастание кислотного числа жира: с 15—19 до 127 мг на 1 г жира. Разработаны следующие оптимальные режимы и сроки хранения. Свежевыработанные отруби при температуре 20— 30 С можно хранить сроком до недели, а при температуре около 10 С— до двух недель. После термообработки продолжительность хранения значительно возрастает.
Анализ и систематизация научно-технической и патентной литературы по развитию сушильной техники в России и зарубежом позволили определить основные тенденции развития техники и процессов тепловой обработки пшеничных зародышей [4, 5, 17, 21, 24, 26, 31, 36, 38, 39, 45, 54, 56, 58, 60, 61, 72, 81]. Исследования последних лет направлены на совершенствование методов сушки, обеспечивающих высокую интенсивность процесса при максимальном сохранении пищевой ценности и вкусовых достоинств продукта. Конвективная сушка. Автор [4] проводил исследования сушки пшеничных зародышей в барабанной сушилке при температуре 130 С. Сушильный агрегат состоит из топки, сушильной камеры (барабана) и вентиляционного устройства. Продукт поступает в барабан через загрузочную камеру и удаляется из него через выгрузочную камеру Сушильный барабан устанавливают с углом наклона к горизонту 3—4. Частота вращения барабаня 1,5—9 мин-1. Наклон барабана и его вращение обеспечивают движение материала под действием силы тяжести от загрузочной камеры к выгрузочной. Преимущество барабанных сушилок — возможность сушки продуктов при высоких температурах нагретых газов (700 —800 С) и значительной крупности исходного материала до 250 мм. Авторы [59] разработали барабанную вакуумную сушилку термолабильных продуктов с двустадийным индуктивным нагревом.
Методика экспериментальных исследований процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей при ИК-излучении
Для исследования процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей был разработан экспериментальный стенд, рисунок 2.1.
В сушильной камере (2) установлены инфракрасные излучатели (4). В качестве генераторов ИК-излучения применены линейные кварцевые излучатели диаметром 0.012 м с функциональной керамической оболочкой. Излучатели токосъемными втулками установлены в цанговых зажимах электропитания, смонтированных на диэлектрических параллельных опорах. Каждый излучатель устанавливается в фокусе параболического отражателя (1). ИК-излучатели (4) установлены сверху относительно тефлоновой ленты (3). ИК-излучатели (4) и тефлоновая лента (3) могут перемещаться с помощью направляющих в вертикальном направлении. На тефлоновую ленту (3) помещаются пшеничные зародыши или ржаные отруби. Перемещение тефлоновой ленты (3) позволяет регулировать расстояние между инфракрасными излучателями (4) и тефлоновой лентой (3).
Для регулировки плотности потока, падающего на пшеничные зародыши или ржаные отруби, меняются значения сопротивления нихромовой спирали ИК-излучателя.
Для измерения напряжения на клеммах ИК-излучателей (4) в диапазоне 210-220В используется вольтметр.
Для снятия температурных полей в слое продукта используются хромель-алюмелевые ТХА 9419-23 термопары градуировки ХА94 с диаметром проволоки 6-Ю"4 м (8). Перед каждой серией опытов термопары градуируются в диапазоне 0-300С. Погрешность измерения температуры не превышает ±1.5С в диапазоне 0-300С, ГОСТ Р 8.585 - 2001. Измерение температуры поверхности облучаемого материала производится при помощи дистанционного неконтактного инфракрасного термометра Raytek MimTemp МТ6 (6). Термометр данной модификации специально разработан для применения в пищевой промышленности. Технические характеристики неконтактного инфракрасного термометра Raytek MiniTemp МТ6 представлены в таблице 2.1.
Измерение плотности теплового потока осуществлялось при помощи термоэлектрических датчиков плотности теплового потока ДТП 0924-Р-О-П-50-50-Ж-О(7). Технические характеристики датчиков плотности теплового потока ДТП 0924-Р-О-П-50-50-Ж-О приведены в таблице 2.2.
Габаритные размеры, мм 50x50x5 Измеритель температуры многоканальный ИТ-2 (8) предназначен для автоматического измерения и регистрации температуры (С), а также плотности теплового потока (Вт/м2) по 16 каналам при помощи подключаемых к прибору датчиков плотности теплового потока ДТП 0924-Р-О-П-50-50-Ж-О (7) и хромель-алюмелевых ТХА 9419-23 (ХА94) термопар (6) с последующей передачей данных на персональный компьютер (ПК) (9) по интерфейсу RS-232(10). Результаты измерения (в мВ, Вт/м2 или С) записываются в файл и выводятся на монитор ПК в виде таблицы. Измеритель температуры ИТ-2 (8) в комплекте с датчиками плотности теплового потока (7) и ТХА (ХА94) термопарами используется в качестве устройства автоматизированного сбора и обработки информации. В измерителе температуры многоканальном ИТ-2 (8) предусмотрена функция термокомпенсации каждого канала измерения температуры, т.е. осуществляется учет погрешности от изменения комнатной температуры окружающей среды. Технические характеристики измерителя температуры многоканального ИТ-2 представлены в таблице 2.3.
Убыль массы пшеничных зародышей и ржаных отрубей в процессе сушки измеряется устройством автоматического взвешивания, разработанного на базе электронных аналитических весов GF-600. Технические характеристики электронных аналитических весов GF-600 приведены в таблице 2.4.
Методика экспериментальных исследований процесса сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей при инфракрасном излучении.
Пшеничные зародыши (с влагосодержанием 12 кг/кг) и ржаные отруби (с влагосодержанием 13 кг/кг) равномерно распределяли на тефлоновой ленте слоем от 5 до 10 мм в сушильной камере и при заданных параметрах подвергали инфракрасному облучению сверху. Расстояние между ИК-излучателями составляло 60 мм.
Температуру поверхности слоя продукта, находящегося в сушильной камере установки, измеряли неконтактным инфракрасным термометром Raytek MiniTemp МТ6. Температуру центра слоя пшеничных зародышей или ржаных отрубей и на подложке определяли с помощью термопар, помещая их в слой пшеничных зародышей или ржаных отрубей и на подложку.
Продолжительность инфракрасной обработки при заданной плотности теплового потока инфракрасного (ИК) излучения определяется временем достижения заданого влагосодержания 6 кг/кг и температуры на поверхности слоя обрабатываемого материала, не превышающей температуры, при которой происходит денатурация белка и разрушение витаминов. Температура не должна превышать 70 С.
Основными факторами, в наибольшей степени влияющими на время процесса сушки при инфракрасном излучении и качественный состав пшеничных зародышей и ржаных отрубей, являются: высота слоя обрабатываемого материала, плотность теплового потока ИК-излучения, расстояние от ИК-излучателя до слоя пшеничных зародышей и ржаных отрубей. Для проведения экспериментальных исследований [11] были выбраны значения уровней каждого фактора, с учетом диапазонов технологических параметров предварительных экспериментов.
Моделирование тепло- и влагопереноса при инфракрасном нагреве пшеничных зародышей
При конструировании установки для сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей необходимо создать равномерный поток инфракрасного излучения от ИК-источника с выделенной длиной волны по всей поверхности продукта, находящегося на тефлоновой траспортёрной ленте. Иначе при равном времени обработки инфракрасным излучением продукта, находящегося на тефлоновой ленте, появляется разброс влаго содержания готового продукта на выходе из установки.
Изготовлена и установлена на производстве установка для инфракрасной сушки пшеничных зародышей производительностью 75 кг/ч. Установка состоит из транспортёра с тефлоновой лентой шириной 500 мм и длиной 3000 мм, узлов загрузки и выгрузки, вентиляции, щита управления с частотным преобразователем, нагревательного блока, состоящего из двух секций с ИК-излучателями.
Отражатели из нержавеющей стали расположены вдоль установки, на оси каждого расположены ИК-излучатели. В качестве генераторов ИК-излучения применены линейные кварцевые излучатели диаметром 0,012 м с функциональной керамической оболочкой. Каждый излучатель устанавливается в фокусе полукруглого отражателя.
На ширине 500 мм промышленной установки располагали полукруглые отражатели теплового потока с ИК-излучателями с разными радиусами закругления. Соответственно, радиус закругления отражателя 30 мм, расстояние по ширине — 60 мм (рисунок 4.1); радиус — 35 мм, расстояние — 70 мм (рисунок 4.2); радиус — 40 мм, расстояние — 80 мм (рисунок 4.3). Горизонтальная направляющая с двух сторон во всех случаях 20 мм. Расстояние от слоя продукта до отражателя из данных статей [ ] составляет 50 мм.
Измерение температуры на поверхности материала проводились при помощи дистанционного неконтактного инфракрасного термометра Raytek Minitemp МТ 6. Для измерения влагосодержания продукта использовался анализатор влажности ЭЛВИЗ-2.
Зависимость изменения температуры на поверхности слоя пшеничных зародышей от радиуса полукруглого отражателя на выходе из установки (форма и геометрические размеры указана на рисунках 4.1, 4.2, 4.3) На графиках (рисунки 4.4, 4.5) показаны эмпирические зависимости изменения влагосодержания пшеничных зародышей при инфракрасной сушке на выходе из промышленной установки в зависимости от формы отражателей. Из графиков видно, что при установке отражателей с радиусом закругления 30 мм и 35 мм, распределение влагосодержания готового продукта на выходе из установки по ширине ленты неравномерно, при этом наблюдается перепад значений на краю тефлоновой ленты от 6,2 кг/кг до 6,4 кг/кг, превышая требуемое конечное значение 6 кг/кг, соответственно меняется температура пшеничных зародышей от 63 С до 58 С.
При проектировании аппаратов с инфракрасным излучением необходимым условием получения высушенных ржаных отрубей и пшеничных зародышей до заданного влагосодержания 6 кг/кг является равномерность нагрева их поверхностей. Равномерность нагрева зависит от условий облучения ржаных отрубей и пшеничных зародышей в рабочих камерах инфракрасных аппаратов. В общем случае имеют место три основных случая облучения: направленным от инфракрасного излучателя, зеркальным от отражателя и отражением объектов ИК-нагрева [20, 72].
В данной главе исследовано распределение температурного поля в поперечном и продольном направлениях от инфракрасного линейного кварцевого излучателя с функциональной керамической оболочкой, расположенного в центре радиуса 0,05 м полукруглого отражателя из полированной нержавеющей стали [13].
Исследования проводились на промышленной инфракрасной установке в цеху по производству сухих пшеничных зародышей и ржаных отрубей, конструкторская документация которой была разработана совместно с кафедрой ТМиМП института Холода и Биотехнологий НИУ ИТМО и ФГУП "ФНПЦ «Прибор» (г. Москва) от 23 марта 2012 года.
Установка состоит из транспортёра с тефлоновой лентой шириной 0,5 м и длиной 3,0 м, узлов загрузки и выгрузки, вентиляции, щита управления с частотным преобразователем, нагревательного блока, состоящего из двух секций с ИК-излучателями.
Полукруглые отражатели из полированной нержавеющей стали расположены вдоль установки, на оси каждого расположены ИК-излучатели. В качестве генераторов ИК-излучения применены линейные кварцевые излучатели диаметром 0,012 м с функциональной керамической оболочкой. Каждый излучатель устанавливается в центре радиуса полукруглого отражателя.
Для снятия температурных полей вокруг ИК-источника использовались хромель-алюмелевые ТХА 9419-23 термопары градуировки ХА94, с диаметром проволоки 2,5- Ю м совместно с многоканальным измерителем теплопроводности ИТ-2 в комплекте с преобразователями плотности теплового потока. Результаты измерения (в мВ, Вт/м2 или С) записывались в файл и выводились на монитор ПК в виде таблицы.
Термопары расположены на краю отражателя (см. рисунок 4.6) —""— Термопары расположены под ИК-нагревателем (см. рисунок 4.6) ——" Термопары расположены по центру радиуса отражателя (см. рисунок 4.6) Рисунок 4.7. -График зависимости температурного поля инфакрасной нагревательной системы при плотностях теплового потока 5,26 кВт/м2 (кривые 1.1, 1.2, 1.3,) и 4,8 кВт/м2 (кривые 2.1, 2.2,2.3), расстояния от ИК-излучателя до точки измерения при расположениях термопар на краю отражателя (кривые 1.3 и 2.3), по центру радиуса отражателя (кривые 1.2 и 2.3), под ИК-излучателем (кривые 1.1 и 2.1).
Анализ полученных данных показывает, что абсолютно равномерное температурное поле лучистого потока получить очень трудно. Наблюдается неравномерность температурного поля инфракрасной системы в сушильной камере по высоте от ИК-излучателя до слоя продукта и ширине отражателя. Разброс температуры теплового поля на поверхности объекта сушки от центра и до края отражателя составляет 6-7 С.
Выводы по главе. Для инфракрасной сушки зародышей пшеничных на тефлоновой ленте промышленной установки разработан полукруглый отражатель с радиусом закругления 40 мм, обеспечивающий равномерность распределения вл аго содержания готового продукта по всей ширине ленты не более 6 кг/кг. Исследовано температурное поле инфракрасной нагревательной системы по высоте от ИК-излучателя до слоя продукта и ширине отражателя теплового потока.
Исследование температурного поля инфракрасной нагревательной системы для сушки пшеничных зародышей и ржаных отрубей
Длительность инфракрасной обработки пшеничных зародышей под нагревательными блоками с ИК-излучателями с керамической функциональной оболочкой принимаем 80 % времени пребывания продукта на транспортёрной ленте, 20 % времени уходит на загрузку и выгрузку продукта.
Высоту слоя пшеничных зародышей на тефлоновой ленте определяется из уравнения (5.1). объём продукта на транспортёрной ленте, м ; р - насыпная плотность зародышей зерна пшеницы, кг/м3; hci - высота слоя продукта на транспортёрной ленте, м; Ш - ширина транспортёрной ленты, м. Отражатели с ИК-излучателями располагаются вдоль транспортёрной ленты. Задаваясь часовой производительностью аппарата, шириной транспортёрной ленты, зная насыпную плотность, время сушки, плотность теплового потока и высоту слоя продукта из уравнения (5.1), определяем длину транспортёра, добавляя 1/5 длины для узлов загрузки и выгрузки продукта и скорость движения транспортёра.
Произведен расчёта установки для инфракрасной сушки пшеничных зародышей производительностью 150 кг/ч.
Установка состоит из следующих узлов: бункера питателя, образующего толщину слоя обрабатываемого зернового сырья не более 15 мм, ленточного транспортёра длиной 3,8 м и шириной ленты 1 м, привода ленточного транспортёра мощностью 0,75 кВт, трёх блоков излучателей над транспортёром, число ИК-излучателей в каждом блоке 8 шт. с общей мощностью ИК-излучателей 10,5 кВт. Скорость движения транспортёрной ленты равна 18-20 мм/с.
Подана заявка на патент РФ "Установка для инфракрасной сушки насыпного растительного сырья", на которую получено положительное решение. Технической задачей, на решение которой направлено данной изобретение, является интенсификация процесса удаления влаги из плотного зернового материала при обеспечении заданного его качества и сохранении пищевой ценности.
Требуемый технический результат достигается тем, что в установке для сушки насыпного растительного сырья (рисунок 5.2), содержащей камеру из отражающего материала, где установлен двухуровневый транспортёр с кантователем между ними, над несущей лентой которых распределены под экраном инфракрасные излучатели, устройства для загрузки и выгрузки обрабатываемого материала и вентилятор в нижнем объеме камеры, согласно изобретению, кантователь выполнен в форме клина, расположенного на высоте от тефлоновой ленты транспортёра, равной 1\3 - 1\2 толщины слоя обрабатываемого материала, продольно разделяющего лоток перегрузки, каждый ручеёк которого оснащён шиберной заслонкой, смонтированной над нижним транспортёром, с превышением в 2-3 раза второго просвета по ходу его движения относительно первого просвета, при этом инфракрасные излучатели с длиной волны 1,5-3,0 мкм установлены над тефлоновой лентой транспортёра на высоте 50-80 мм для обработки слоя пшеничных зародышей высотой 10-20 мм, причём плотность теплового потока инфракрасного излучателя на нижнем ярусе камеры установлена на 20 % ниже, чем на верхнем.
Размещение клина на выходе транспортёра верхнего уровня на заданной высоте от его несущей ленты обеспечивает пропорциональное продольное деление потока обрабатываемого материала на две части заданной толщины, которые автономно подаются по разным ручьям лотка перегрузки.
Составлены исходные требования и техническое задание на разработку конструкторской документации установки для сушки производительность 150 кг/ч по исходному продукту.
Подана заявка на патент РФ, получено положительное решение на выдачу патента РФ № 2012109982 Установка для сушки растительного сырья. Подана 15.03.2012. Выд. 02.04.2013. ГЛАВА 6. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
PI и P2- доли отчислений от балансовой стоимости на полное восстановление (реновацию) базового и нового видов техники (рассчитываются как величины, обратные срокам службы, определяемым с учетом их морального износа), доли единицы; (И1-И2)-Ен(К2- К1)Р2+Ен - экономия потребителя на текущих издержках эксплуатации и отчисления от сопутствующих капитальных вложений за весь срок службы нового вида техники по сравнению с базовым, руб.;
К1 и К2- сопутствующие капитальные вложения потребителя (капитальные вложения без учета стоимости базового и нового видов техники) при их использовании в расчете на объем продукции (работы), производимой с помощью нового вида техники, руб.;
С1 и С2- себестоимость единицы при использовании базового и нового видов техники в расчете на объем продукции (работы), производимой с помощью нового вида техники; в этих издержках учитывается только часть амортизации, предназначенная на капитальный ремонт техники, то есть без учета средств на их реновацию (при сроке службы более одного года), а также амортизационные отчисления по сопутствующим капитальным вложениям; при этом текущие издержки определяются не по полной себестоимости продукции, а без учета общецеховых, общезаводских и внепроизводственных расходов, то есть по изменению только прямых затрат и расходов по содержанию и эксплуатации оборудования, руб.;
