Введение к работе
Актуальность работы. Российское пивоварение сегодня - одно из самых высокорентабельных и эффективных производств. Сейчас в России около 750 пивоваренных предприятий, из них 324 составляют крупные и средние предприятия, на долю которых приходится 90 % общего объема производства пива. Увеличение выпуска пива осуществляется за счет увеличения производства основного вида сырья для его изготовления - солода. Так в 2000 году производство солода в России составило 357 тыс. тонн, в 2005 - 1100 тыс. тонн, а в 2010 ожидается 1500 тыс. тонн. Наряду с современной задачей увеличения выпуска солода остаются актуальными задачи повышения технико-экономических показателей солодовенного производства.
Важное значение в производстве солода имеет процесс его сушки, характеризующийся значительной энергоемкостью. Эксплуатируемые в настоящее время солодосушилки зачастую не используют теплоту сбрасываемых (отработанных) потоков сушильного агента, а их рециркуляционные системы для обеспечения низкотемпературной сушки солода не способны в полной мере обеспечить проведение режимов сушки с регулированием температуры и относительной влажности воздуха. Такие режимы могут быть обеспечены только при использовании тепловых насосных устройств (ТНУ), которые в последние годы в технике сушки находят все более широкое применение.
Вопросы экономного использования топливно-энергетических ресурсов при сушке солода всегда оставались в центре внимания специалистов. Значительный вклад в технику, теорию и технологию сушки солода внесли такие ученые как Попов В.И., Кретов И.Т., Балашов В.Е., Мальцев П.М, Гавриленков A.M., Кашурин А.Н., Домарецкий В.А., Kuenze V., Pensel S., Narziss L. и др.
Представляется, что комплексное решение задач повышения производительности и технико-экономических показателей обеспечит более высокий уровень эффективности производства солода на основе математического моделирования, оптимизации и управления процессом его сушки в переменных режимах с применением ТНУ.
Работа проводилась в соответствии с тематическим планом НИР Воронежской государственной технологической академии по научному направлению кафедры технологии хранения и переработки зерна «Интенсификация технологических процессов зерноперерабатывающих предприятий» (№ гос. регистрации 01.200.1 16821).
Цель диссертационной работы: разработка и научное обеспечение способа сушки солода кондиционированным воздухом в переменном режиме, обеспечивающего экономию теплоэнергетических ресурсов за
счет максимальной рекуперации и утилизации теплоты отработанного сушильного агента.
В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследования:
Провести экспериментальные исследования кинетики процесса сушки солода кондиционированным воздухом.
Решить задачу аппроксимации кривых сушки солода в стационарном режиме с учетом периодов прогрева, постоянной и убывающей скорости сушки.
Разработать математическую модель процесса сушки солода в переменном режиме.
Выполнить идентификацию параметров математической модели по экспериментальным данным.
Сформулировать и решить задачу оптимизации процесса сушки солода по технико-экономическому показателю.
Разработать способ сушки солода в подвижном слое с применением двухступенчатой теплонасосной установки и составить алгоритм управления для его осуществления.
Разработать конструкцию сушилки для реализации переменных режимов процесса сушки солода.
Провести апробацию предлагаемого способа сушки солода в производственных условиях.
Научная новизна. Экспериментально-статическими методами исследования разработана эмпирическая модель кинетики сушки солода в стационарном режиме. Решена задача идентификации параметров модели по экспериментальным данным. Обоснована область допустимых термо-влажностных условий в процессе сушки солода. Разработана математическая модель процесса сушки солода в переменном режиме. Сформулирована и решена задача оптимизации процесса сушки в двухступенчатой теплонасосной установке.
Практическая ценность. Определены оптимальные переменные режимы сушки солода кондиционированным воздухом, которые позволяют вести процесс с минимальными теплоэнергетическими затратами при получении солода высокого качества. Разработан способ сушки солода с применением двухступенчатой теплонасосной установки (Патент РФ № 2276763) и составлен алгоритм управления для его осуществления. Предложена оригинальная конструкция солодосушилки (Патент РФ №2287751).
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены па научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2004 по 2006 гг.); па межрегиональной
конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань, 2004 г.); на международной конференции «Наука на рубеже тысячелетий» (Тамбов, 2004 г.); на заочной электронной конференции «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (Кисловодск, 2005 г.).
Результаты работы демонстрировались на международной выставке «Центрафомаш» (Воронеж, 2003 г.), на выставке «Кадры и инновации для пищевой и химической промышленности» (Воронеж, 2005 г.) и были отмечены дипломами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, два патента Российской Федерации на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунков и 7 таблиц. Список литературы включает 120 наименований. Приложения к диссертации представлены на 17 страницах.
