Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ процессов получения брикетированного жома по современной технологической схеме 12
1.1. Общие сведения 12
1.2. Характеристика жома как кормового продукта 13
1.3. Анализ современного состояния оборудования для получения кормовых брикетов из жома 16
1.3.1. Прессы для отжатия жома 16
1.3.2. Установки для сушки жома 19
1.3.3. Прессы для брикетирования сушеного жома 24
1.4. Современное состояние теории и практики получения брикетированного жома 29
1.5. Постановка задачи исследований 42
1.6. Выводы по первой главе 43
Глава 2. Разработка теоретических основ процесса термоме ханического брикетирования 45
2.1. Связь влаги с материалом (жомом) 45
2.2. Исследование механизма тепло- и массопереноса при термомеханическом брикетировании жома 48
2.3. К теории образования брикетов в процессе термомеханического брикетирования жома 53
2.4. Теоретический анализ процесса образования брикета из свежего свекловичного жома 55
2.4.1. Принятая модель и расчетная схема брикетируемого слоя 57
2.4.2. Распределение вертикальных напряжений в слое жома в плоской задаче 66
2.4,3. Степень контактности стружинок в слое жома в любом сечении брикета 73
2.5. Выводы по второй главе 77
Глава 3. Разработка методики экспериментальных исследований 80
3.1. Материалы, подвергающиеся термомеханическому брикетированию 80
3.2. Экспериментальная оснастка, приборы и оборудование 81
3.2.1. Работа установки 85
3.3. Перечень и методы измерения параметров процесса 86
3.4. Методика исследования парогазового давления внутри слоя жома 91
3.5. Методика исследования давления термомеханического брикетирования 93
3.6. Методика расчета расхода тепла на удаление влаги термомеханическим, брикетированием 93
3.7. Планирование эксперимента 96
3.7.1. Матрица планирования эксперимента 96
3.7.2. Статистический анализ результатов эксперимента 98
3.7.3. Проверка адекватности модели 100
3.7.4. Оценка значимости коэффициента регрессии с 101
3.8. Выводы по третьей главе 102
Глава 4. Исследование процесса термомеханического брикетирования жома. полученные результаты 103
4.1. Изменение влажности жома 103
4.2. Исследование парогазового давления и температуры внутри слоя жома 107
4.3. Зависимость содержания СВ от продолжительности термомеханического брикетирования 112
4.4. Изменение степени уменьшения толщины слоя в зависимости от приложения внешнего давления с 114
4.5. Скорость термомеханического брикетирования жома 118
4.6. Зависимость давления от начальной влажности и температуры жома 121
4.7. Зависимость толщины слоя брикетированного жома от давления и времени брикетирования 124
4.7.1. Определение удельной работы термомеханического брикетирования 127
4.8. Расчет расхода тепла на получение брикети рованного жома 132
4.8.1. Напряжение фильтрующей поверхности по удаляемой влаге 139
4.9. Статистический анализ результатов эксперимента 139
4.9.1. Проверка адекватности модели 142
4.9.2. Оценка значимости коэффициентов регрессии . 144
4.9.3. Анализ уравнений регрессии 146
4.10. Дополнительные исследования 148
4.10.1. Гигроскопичность и равновесная влажность сбрикетированного жома 149
4.10.2. Выход готовой продукции из единицы объема свежего жома 149
4.10.3. Влагопоглощаемость брикетов жома 152
4.10.4. Теплоемкость жома 153
4.10.5. Подготовка брикетов к скармливанию скоту 154
4.11. Выводы по четвертой главе 157
Глава 5. Разработка методики расчета нового пресса непрерывного действия для термомеханического брикетирования жома 159
5.1. Состав нового опытно-промышленного пресса АІ-ППР для термомеханического брикетирования жома 159
5.2. Расчет основных параметров пресса АІ-ППР 162
5.2.1. Определение среднего давления на барабан в его центре 163
5.2.2. Расчет спирали пресса 167
5.3. Определение мощности приводного двигателя пресса 172
5.4. Расчет производительности пресса АІ-ППР 175
5.5. Расход пара на термомеханическое брикетирование жома в прессе АІ-ППР непрерывного действия 176
5.6. Выводы по пятой главе 178
Выводы 179
Список использованной литературы 181
Приложения 187
- Анализ современного состояния оборудования для получения кормовых брикетов из жома
- Исследование механизма тепло- и массопереноса при термомеханическом брикетировании жома
- Методика расчета расхода тепла на удаление влаги термомеханическим, брикетированием
- Зависимость содержания СВ от продолжительности термомеханического брикетирования
Введение к работе
Директивами ХХУІ съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства на I98I-I985 гг. перед сельским хозяйством поставлена задача увеличить среднегодовое производство сахарной свеклы до 103 млн.т [і] . В результате переработки этого объема сахарной свеклы на сахарных заводах образуется более 80 млн.т свежего свекловичного жома, являющегося хорошим кормом для всех половозрастных групп сельскохозяйственных животных.
Однако свекловичный жом не может рационально скармливаться животным в течение всего годового периода из-за трудностей его хранения. Это обусловлено тем, что жом образуется с большим содержанием влаги (94%) в сухом веществе, что не позволяет сохранить его длительное время в обычных условиях. В результате хранения ежегодные потери жома достигают до 30-32 млн.т.
Как у нас, так и за рубежом для более рационального хранения и использования в течение длительного периода жом отжимают, сушат, а затем брикетируют. Но поскольку расход топлива на сушку жома прямо пропорционален количеству испаряемой влаги, то в этом же размере достигается экономия топлива при помощи предварительного отжатия воды из жома.
Для сушки всего образуемого жома на сахарных заводах, при условии, что он будет отжат предварительно до содержания 16% СВ, потребовалось бы более 7,0 млн.т условного топлива. Это сдерживает заводы в производстве сушеного жома.
В настоящее время на сахарных заводах СССР установлено 259 сушильных установок барабанного типа производительностью 50-100 т сушеного жома в сутки. На этих установках в 1982 г. было высушено всего лишь 487 тыс.т жома, в том числе брикетированного 102 тыс.т, хотя реальные возможности этих установок составляют 1425-2850 тыс.т сушеного жома в год.
Мощность сушильных установок используется всего лишь на 17-35%.
Брикетирование сушеного жома в настоящее время сдерживается не только из-за больших затрат топливной энергии на его сушку и низкой эксплуатационной надежности прессового оборудования, но также из-за отсутствия более экономичных способов получения брикетов.
Дальнейшее совершенствование конструкций прессов для отжа-тия жома, конструкций сушильных агрегатов и машин для брикетирования (гранулирования) жома традиционной конструкции технически сложно и экономически малоэффективно.
На наш взгляд получение брикетированного жома по современной технологии с народнохозяйственной точки зрения не оправдывает себя. Об этом свидетельствует не только отставание производства брикетированного жома на сахарных заводах, но и расчетные данные, которые показали, что поставка потребителям жома в брикетированном виде может быть оправдана при условии его доставки на расстояние не менее 1300 км по железной дороге [4J .
Если сохранить весь жом, образуемый на сахарных заводах страны, то животноводство может получить дополнительно более 13,4 млн.т кормовых единиц, что составляет более 3% из общего количества кормов, предусмотренного произвести в 1985 г. Новые дополнительные кормовые ресурсы позволят значительно увеличить производство мяса в стране.
Учитывая вышесказанное, впервые в мировой практике была поставлена задача создания нового способа брикетирования жома. Сущность нового способа брикетирования жома заключается в одновременном воздействии на влажный слой жома давлением и температурой во времени. Все существующие процессы отжатия, сушки и брикетирования, осуществляющиеся в отдельных единицах оборудования, объединены в единый процесс, названный "процесс термомеханического брикетирования", осуществляющийся в единой установке (прессе), названной "пресс для термомеханического брикетирования".
Все исследования, как в теоретическом, так и в практическом плане, основаны на опытах, впервые проведенных в производственных условиях на реальном материале. Для проведения опытов впервые была разработана и изготовлена установка периодического действия марки АІ-ІВД.
Авторским свидетельством № 694537, кл. CI3C 3/00, А23К 1/20, 1979 г. закреплен приоритет на новый способ получения брикетированного корма для животных из растительных материалов (свекловичного жома).
Авторским свидетельством № 922143, кл. CI3C 3/02, ВЗОВ 9/28, 1980 г. закреплен приоритет на новый пресс непрерывного действия для брикетирования влажных материалов растительного происхождения, признанного как важнейшая разработка, обеспечивающий положительный эффект около 1,5 млн.руб. Учитывая, что одновременно с выходом влаги из слоя жома с повышенным содержанием сахара или непосредственно из слоя свекловичной стружки удаляется и сахар, авторским свидетельством № 1009098, кл. СІЗД 1/02, 1982 г. закреплен приоритет также на новый способ получения сока из сахарной свеклы.
Работа сообщалась на научной конференции по "Интенсификации производственных процессов" проведенной во МТИППе 26.03.82 г., на секциях НТО ВНИЭКИПродмаш и УкрНИИПродмаш. Имеются публикации.
Данная работа соответствует решениям ХХУІ съезда КПСС, Майского и Ноябрьского Пленумов ЦК КПСС 1982 г., постановлению Совета Министров СССР № 612 от 30 июня 1981 г. "Об усилении работы по экономии и рациональному использованию сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов" и постановлению Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР от 28 августа 1983 г. и0 мерах по ускорению научно-технического прогресса в народном хозяйстве".
Анализ современного состояния оборудования для получения кормовых брикетов из жома
Б связи с получением свекловичного жома в широком смысле этого слова в 1866-1868 гг. после внедрения диффузионного способа высолаживания свекловичной стружки по Роберту, возникла и необходимость его отжатия. К этому времени следует отнести и появление первых прессов для отжатия жома.
В конце Х1Х-го и начале ХХ-го столетия на зарубежных сахарных заводах и на заводах России начали применяться прессы со шнековым прессующим органом системы Бромберга и дисковые прессы системы Зельвинг-Ланге и Давенпорт [l2J. В настоящее время сахарные заводы нашей страны оснащены исключительно прессами со шнековыми рабочими органами.
Были попытки [б J создания и целого ряда ленточных прессов для отжатия свекловичного жома в тонком слое, в частности был разработан, изготовлен и испытан экспериментальный пресс РЗ-КПВ, который не оправдал ожидаемые результаты. Таким образом, сахарные заводы до настоящего времени оснащались прессами для отжатия свекловичного жома после диффузии, которые по виду рабочих (отжимающих) органов могут быть разделены на дисковые, ленточные и шнековые (см. рис. 3).
Независимо от вида прессов для отжатия жома и их конструктивных особенностей достичь в производственных условиях содержание СВ в отжатом жоме выше 18-20% не представляется возможным даже при воздействии на слой жома давлением в пределах 98,0.10 - 394,0.10 Па [з] . Установлено, что изменение давления отжатия жома в указанных пределах не влияет на эффект отжатия влаги.
Известно [IEJ, что при повышении температуры отжимаемого жома до 50С производительность прессов увеличивается, потребление энергии уменьшается и содержание СВ в отжатом жоме возрастает. Однако и в этом случае повысить содержание СВ в отжатом жоме выше 22-25% не удается. Рабочий орган дисковых и ленточных прессов схематично изображен на рис. 3"а". Как видно из рисунка, в обоих видах прессов слой жома сжимается в одном направлении при одностороннем или двустороннем сжатии, в зависимости от выбранной конструкции пресса. Рабочий орган шнекового пресса изображен на рис. 3 "б". Преимуществом прессов с дисковым и ленточным рабочим органом является отсутствие перетирания жома и соответственно этому уменьшение потери СВ в жомопрессовой воде.
Для увеличения процента выхода влаги из свежего свекловичного жома при его отжатии, проводились исследования [47, 53] , связанные с добавлением в свежий свекловичный жом перед его от-жатием хлористого кальция (CaCtz) и сульфата алюминия (A(S04V Однако степень отжатия жома после добавления указанных элементов может быть увеличена всего лишь на 2-3%, что в производственных условиях при отжатии жома среднего качества содержание СВ в отжатом жоме не превышает 22,5%. Характеристика прессов, используемых для отжатия свежего свекловичного жома в нашей стране и за рубежом дана в приложении I.
Во всех шнековых прессах наблюдается большое перетирание жома в пульпу и унос СВ с жомопрессовой водой. Максимальная длина частиц пульпы не превышает в среднем 0,8-1,0 см. Количество этих частиц после глубокого отжатия содержится в жоме не более 25-30%, остальная часть падает на кусочки размером менее 0,8 см [4J . Отжатый жом в шнековом прессе изображен на рис. 4. В смежных отраслях промышленности для отжатия влаги из различных материалов применяются аналогичные прессы, не имеющие принципиально новых конструктивных отличий.
Установлено, что самым лучшим способом консервирования жома является его хранение в сушеном виде. Сушеный жом хранится весьма продолжительное, время без какого-либо существенного изменения его питательных достоинств и без потерь.
Первые жомосушилки в России появились в 1898 г. [4 J , ко торые затем очень быстро распространились на большинстве сахарных заводов.
Используемые в сахарной промышленности сушилки можно разделить на контактные, в которых обогрев жома производится насыщенным водяным паром через стенку, и конвективные (газовые), в которых тепло передается жому при непосредственном соприкосновении с нагретым топочным газом.
Из контактных сушилок для сушки жома, используемых в основном за рубежом, известны системы Шпербера и Рассмуса, которые имеют малую производительность и большую энергоемкость. Жом, высушенный в паровых сушилках, очень высокого качества и охотно поедается животными. В сахарной промышленности нашей страны наибольшее распространение получили барабанные сушилки. Основные характеристики барабанных сушилок для сушки жома, выпускаемых различными фирмами, даны в приложении 2. В качестве типовой сушилки барабанного типа для сушки жома принята сушилка марки ТІ-ПСРІ2, изготовляемая Бердичев-ским машзаводом. Все же основной парк составляют сушилки устаревших моделей. Из них наибольшее распространение имеют сушилки системы Бютнера [12 J и "Буккау-Вольф" [14 J . Что касается башенных сушилок, то известна сушилка системы Гюйяра [l2j . На рис. 5 "а", "б", "в" представлены схемы рабочих органов сушилок с указанием направления движения теплоносителей. Так, на рис. 5 "а" изображена схема башенной сушилки, работающей на отходящих газах от котельных, на рис. 5 "би схематично изображена паровая сушилка, а на рис. 5 "вп - барабанная, работающая на высокотемпературных газах, отходящих от топок, входящих в состав сушильной установки. В последние годы во Франции используется установка для сушки жома тоннельного типа, работающая на низких температурах с рециркуляцией теплоносителя. Расход тепла при этом составляет 1932 Дж/кг испаренной влаги. Однако эта установка характеризуется очень низкой производительностью [55 J . Сушка жома в барабанных сушилках происходит при параллельном токе газов и жома. Температура газов составляет 900-1000С. Скорость газов при выходе из барабана составляет 2-3 м в секунду. Этот поток газов увлекает за собой все мелкие частички, в результате чего загрязняется окружающая среда [_33J . Температура газов на выходе составляет 95-130С. Температура жома на выходе из барабана - Ю0С, а содержание влаги 8-12%. В сушильных барабанах имеют место большие потери жома от сгорания мелких частиц (6-10%), что резко сказывается на питательных свойствах сушеного жома, причем оказывается, что наиболее интенсивному изменению подвергаются безазотистые экстрактивные вещества, то есть главным образом сахар, пентозаны и пектиновые вещества.
Исследование механизма тепло- и массопереноса при термомеханическом брикетировании жома
Термомеханическое брикетирование жома представляет собой контактный нагрев капиллярно-пористого слоя, расположенного между двумя греющими плоскостями, нижняя из которых является проницаемой. Следовательно, имеется одномерный тепловой поток при критерии ЪI - - и критерии фазового превращения "р. - - I. При температуре слоя выше Ю0С общее давление пара Р на границе раздела становится больше барометрического давления (PQ{j Р ). В результате на поверхности слоя жома возникает молярный (конвективный) перенос пара, плотность потока которого пропорциональна градиенту общего давления v PQg и образовавшихся сквозных направленных каналов в слое жома.
Экспериментальным путем установлено,, что релаксация градиента общего давления пара v PQg происходит по системе образующихся сквозных направленных каналов, но благодаря наличию гидравлического сопротивления слоя и стремлению жидкости к парообразованию уже в начальный период процесса, распределение давления по толщине слоя жома не линейно. Избыточное давление на выходе (нижняя поверхность) релаксируется и обращается в нуль. В остальных зонах, по мере удаления от нижней поверхности, оно за счет частичной релаксации не может быть больше, чем гидравлическое сопротивление участка определенной толщины. На расстоянии равном приблизительно три четвертых толщины слоя жома сопротивление максимально, чему соответствует и максимальное давление пара (см. рис. 22, кривые 3, 4).
Наряду с градиентом общего давления пара V PQ(j в слое жома за счет температурного напора а. и внешнего давления Р возникает градиент температуры vt , а за счет внутрислойного гидравлического давления Pg - градиент влажности v W. Поток влаги Qm » переносимой под действием этих градиентов, можно представить как сумму частных потоков: влагопроводности Qmv » термовлагопроводности qmt » молярного потока q mp :
По существу уравнение (2-І) отображает основной закон массопереноса в капиллярно-пористых материалах, выведенный Лыковым М.В., имеющий следующий вид гДе Qm " количество влаги, перемещающейся внутри материала в единицу времени через единицу поверхности, называемое плотностью потока массы, кг/м .ч; a, , - коэффициент потенциалопроводности, являющийся аналогом коэффициента температуропроводности, иг/ч; Х - плотность сухого материала, кг/м ; vLL- градиент влаго-содержания, УГ ; О- коэффициент термовлагопроводности, град"1; 71 - градиент температуры, град/м; а - коэффициент молярного переноса влаги за счет градиента давления или коэффициента фильтрации, кг/м.с.Па; vP - градиент давления, НДг. По данным Красникова В.В., Лыкова А.В. и др., при интенсивном нагреве и сушке пористых тел молярный перенос доминирует над остальными двумя видами переноса. На этом основании можем предположить, что процесс удаления влаги при термомеханическом брикетировании описывается последним членом уравнения (2-2), то есть: Если в основное уравнение Фурье для переноса тепла подставить q m из уравнения (2-2), то получим суммарный тепловой поток для случая теплопередачи, осложненной массообменом: где І. 3mu , Iі CImt , LlQmp - энтальпия частных потоков массы, возникающих при наличии потенциалов и, Ї и Р; /) - коэффициент теплопроводности. Однако теплофизические константы от » 6 , А для влажных материалов в области температур выше Ю0С неизвестны, поэтому приведенные уравнения переноса можно применять лишь для общего анализа процесса термомеханического брикетирования. В процессе нагрева слоя жома осуществляется внутренний и внешний тепломассоперенос. Перемещение тепла и влаги внутри слоя относится к внутреннему переносу,, а выход свободной влаги и испарение связанной в окружающую среду к внешнему массообмену, или переносу. Для внутреннего переноса характерно движение тепла и влаги по толщине слоя. Одновременно с началом контакта нагревательного элемента с верхней поверхностью слоя жома возникает тепловой поток под действием градиента vt , направленный к центру слоя. Градиент влажности в начале переноса равен нулю, а в конце переноса увеличивается. Поток массы qm под действием термовлагопроводности направлен от нижнего слоя к греющей поверхности и, следовательно, тормозит прогреву слоя жома. Возникающий в пограничном слое градиент общего давления v PQg порождает сплошной (молярный) поток Qrnp Измеряемый градиент v P0g для данных условий относительно мал, так как проницаемость слоя жома в направлении дренажа достаточна для быстрой релаксации давления. Если пренебречь степенью понижения парциального давления пара, то можно принять давление пара в пограничном слое равным давлению насыщенного пара при температуре нагревательного элемента, например, при tu а » 170С Р„ „ « 7,9.105 Па. По-видимому это значение Н.Э. П. 11. давления бывает кратковременным. К концу внутреннего переноса, по мере подсыхания верхнего слоя, контактирующего с нагревательным элементом и углубления зоны парообразования, градиент v Р00-снижается. Но так как слой жома уменьшается, он продолжает оказывать влияние на процесс. Из рассмотренного можно заключить, что основными факторами, ускоряющими прогрев слоя жома, являются градиенты температуры VI и общего давления пара v P0g, имеющие одинаковое направление.
Методика расчета расхода тепла на удаление влаги термомеханическим, брикетированием
Принципиальная схема термомеханического брикетирования жома изображена на рис. 20. По этой схеме строят диаграмму для определения удельного давления термомеханического брикетирования жома, по которой затем рассчитывают удельную работу, затраченную на уплотнение жома. В процессе брикетирования прогретым элементом 3 воздействуют на слой жома I давлением Р, при этом начальная толщина Hj слоя изменяется до конечной толщины Нг . По мере перемещения элемента 3 слой жома уплотняется за счет выжимания из него влаги и воздуха, а также за счет пластической деформации стружинок.
Давление Р изменяется в пределах от Р=0 до Р= F Pj (Pj - удельное давление в конце брикетирования, Па; F - площадь нагреваемого элемента, УГ). С перемещением нагреваемого элемента 3 в пределах Hj-Hg изменяется и удельное давление по кривой АВ.
Давление брикетирования определяют как частное от деления общего давления Р на площадь слоя жома в Па.
Согласно схеме (см. рис. 20) в произвольно выбранном масштабе строят диаграмму термомеханического брикетирования жома. По вертикальной оси откладывают значение давления, а по горизонтальной - изменение толщины. Методика расчета расхода тепла на удаление влаги термомеханическим брикетированием
Экспериментальным путем установлено, что на каждое изменение состояния продукта при термомеханическом брикетировании его (см. раздел 4.2) затрачивается определенное количество тепла, которое может быть рассчитано по следующему тепловому балансу: где GJ - общий расход тепла на термомеханическое брикетирование; Qj - количество тепла, необходимое для нагрева продукта до времени удаления свободной влаги; Q2 - количество тепла, необходимое для нагрева продукта при выходе свободной влаги; Qs - количество тепла, необходимое для удаления влаги в виде пара; Q - количество тепла, затраченное на перегрев брикета; Q$ - потери тепла в окружающую среду.
Количество тепла, необходимое для нагрева продукта до времени удаления свободной влаги определяют по уравнению: где с - теплоемкость продукта, загружаемого в пресс, Дж/кг.К; ГЛ. - масса продукта, загружаемого в пресс, кг; д\- изменение температуры продукта до времени удаления свободной влаги, грд.
Количество тепла, необходимое для нагрева продукта при выходе влаги в виде капельно-жидкостного потока определяют по формуле: где сj - теплоемкость продукта после его нагрева, Дж/кг.К; т - средняя масса продукта, находящегося в прессе, после его нагрева, кг; йТ - изменение температуры продукта во время удаления свободной влаги, грд.
Количество тепла, необходимое для удаления влаги в виде пара определяют зависимостью: где Ґ - теплота парообразования, Дж/кг; ПТ g - масса воды, удаляемой из слоя продукта в виде пара, кг.
После удаления части влаги в виде капельно-жидкостного потока слой продукта начинает перегреваться и к концу выхода влаги в виде пара приобретает температуру греющего элемента. Затраты тепла на перегрев слоя продукта рассчитывают по формуле: где eg - теплоемкость продукта, Дж/кг.К; GsP - масса брикета с влажностью, близкой к равновесной, кг; dt" - изменение температуры продукта, грд. Для математического описания нового способа термомеханического брикетирования свежего свекловичного жома используют статистический метод, то есть метод планирования эксперимента.
Поскольку известные методы [б] планирования эксперимента не могут быть непосредственно использованы для математической обработки данных, полученных при исследовании нового способа термомеханического брикетирования жома, в данном разделе изложена методика, по которой обрабатывают результаты опытов, проведенных в производственных условиях.
Поскольку в наших экспериментах фигурируют четыре фактора, построена матрица планирования полного факторного эксперимента, как показано в таблице 3.
Зависимость содержания СВ от продолжительности термомеханического брикетирования
Для определения начальной толщины слоя жома при термомеханическом брикетировании необходимо знать, как зависит содержание СВ от продолжительности воздействия на слой внешним давлением Р. На рис. 23 показана зависимость содержания СВ в слое жома от продолжительности термомеханического брикетирования. Из рисунка видно, что содержание СВ в слое жома зависит не только от продолжительности брикетирования, но и от начальной влажности слоя жома и температуры его нагревания. С увеличением начальной толщины слоя и понижением температуры продолжительность термомеханического брикетирования уменьшается. Так, при начальной толщине слоя жома 15 мм (кривая I) и температуре 160С немногим более, чем за 6 минут, конечное содержание СВ в брикете, достигающем объемной массы, равной 950 кг/мг, составляет 98%, в то время как при увеличении начальной толщины слоя жома до 60 мм (кривая 6), а температуры до 180С продолжительность термомеханического брикетирования увеличивается почти в три раза при конечном содержании СВ в брикете менее 83%. Толщина слоя жома является основным технологическим параметром, который существенно влияет как на продолжительность термомеханического брикетирования, так и на конечное содержание СВ в брикете жома.
Оптимальной начальной толщиной слоя жома и температуры является соответственно 25-30 мм и 150-180С. При этих режимах в течение 9-12 минут конечное содержание СВ в брикете, достигающем объемной массы 900-950 кг составит 95-98%,
Для оценки изменения толщины слоя жома нами был использован в данном случае показатель, названный степенью уменьшения толщины слоя КуТ (4-І). Эта оценка является более удобной, чей выражение оценки через соответствующие объемы жома [35] , поскольку слой сжимается в одном направлении и имеет простую конфигурацию, то есть одинаковые продольные размеры, легко поддающиеся определению.
Величина 1СТ правильно отображает относительный эффект уплотнения слоя жома в процессе термомеханического брикетирования. Однако необходимо отметить, что конечная толщина слоя жома Hg при прочих равных условиях зависит от качества жома, плотности слоя жома в начальный период и продолжительности затвердения слоя и может лежать в пределах 0,7-1,5 мм при начальной толщине слоя жома 30-32 мм
Поддержание совершенно одинаковой плотности слоя жома по всей его поверхности в начале брикетирования не является обязательным условием, поскольку уже при сравнительно малых внешних усилиях (0-15,0.10 Па), составляющих небольшую часть требуемого конечного давления, различия, возникающие вследствие неодинаковой плотности по всей поверхности слоя жома постепенно исчезают.
Изменение степени уменьшения толщины КуТ слоя в зависимости от приложения внешнего давления при термомеханическом брикетировании показано на рис. 24. Из рисунка следует, что изменение толщины слоя жома зависит от скорости выхода влаги и приложенного внешнего давления Р. В этом случае кривая хорошо согласуется с графиком, изображенном на рис. 21, кривая которого показывает наличие трех стадий процесса термомеханического брикетирования жома.
Кривая, изображенная на рис. 24, наглядно характеризует весь процесс брикетирования. Так, на участке 0-1 кривой коэффициент уменьшения толщины Ky.j увеличивается незначительно за счет прогрева слоя и его структурного уплотнения. Давление при этом также незначительно и в течение нескольких секунд оно вырастает до 3,0.10 Па. На участке 1-2 кривой при постепенном нарастании давления до 98,0.104 Па удаляется максимальное количество влаги, а стружинки жома достигают максимальной пластичности. По мере выхода влаги коэффициент К увеличивается по линейной зависимости,
В конце участка 1-2 содержание влаги приближается к равновесной и дальнейшее увеличение коэффициента К происходит в основном за счет пластической деформации до затвердения слоя (участок 2-3). На последнем участке при незначительном нарастании давления коэффициент КуТ может значительно увеличиваться.
Одновременно с этим коэффициент трения между элементарными частицами повышается в связи с тем, что по мере удаления влаги из жома расстояние между частицами СВ жома уменьшается, уменьшается и толщина слоя влаги между ними, в результате чего пектины, клетчатка и гемицеллюлоза затвердевают из-за ощущения недостатка воды для пластификации последних. Слой жома достигает критической плотности.
В отличие от брикетирования предварительно высушенных материалов растительного происхождения, критическая плотность брикета при термомеханическом брикетировании обусловлена тем, что степень уменьшения толщины слоя жома стабилизируется и перестает зависеть от возможных колебаний величины внешнего давления; степень неравноплотности слоя жома резко уменьшается; увеличивается способность стружинок жома "течь" под воздействием на влажный жом внешним давлением и температурой, то есть слой жома перераспределяется, что снижает требования к равномерности слоя при его поступлении в пресс; полностью ликвидируется упругая деформация за счет полного удаления воздуха, уменьшается трение между элементарными частицами, брикеты получают однородность без каких-либо трещин и неровностей.
Нами установлено, что максимально приблизить брикеты к критической плотности при давлении, не превышающем 127,5.10 Па в течение 9-12 минут при начальной толщине слоя 30-32 мм, возможно при максимальной начальной влажности жома 75-94%. По-видимому вывести строгое выражение, охватывающее всю совокупность причин сжатия слоя жома не представляется возможным. Приближенные выражения кривых, характеризующих процесс термомеханического брикетирования, могут быть даны раздичными путями.
