Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние теории, техники и технологии сушки плодов шиповника и боярышника 9
1.1. Комплексная оценка плодов шиповника и боярышника как объектов исследования 9
1.2. Краткий обзор техники сушки плодов шиповника и боярышника 15
1.3. Анализ основных закономерностей при сушке зернистых материалов в плотном пересыпающемся слое 33
1.4. Анализ литературного обзора и задачи исследования 41
Глава 2. Исследование плодов шиповника и боярышника как объекта сушки 44
2.1. Исследование фрикционных свойств плодов шиповника и боярышника 44
2.2. Исследование форм связи влаги в плодах шиповника и боярышника методом термического анализа 46
2.3. Определение теплофизических характеристик плодов шиповника и боярышника 51
Глава 3. Математическое моделирование процесса сушки шиповника в плотном пересыпающемся слое 56
3.1. Исследование характера движения плодов шиповника 56
3.2. Задание формы транспортирующего органа 58
3.3. Математическая модель тепло- и массопереноса процесса сушки плодов шиповника в плотном пересыпающемся слое 59
3.4. Программная реализация модели 63
3.5. Распределение температуры и влажности плодов по длине конвейера 65
3.6. Оптимизация процесса перемешивания плодов
3.6.1. Влияние толщины слоя шиповника .70
3.6.2. Влияние скорости транспортирующей ленты
3.6.3. Влияние расстояния между первым и вторым роликами углубления ленты 72
3.6.4. Влияние длины углубления ленты 73
3.6.5. Влияние высоты углубления ленты 74
3.6.6. Влияние жесткости плода. 75
3.6.7. Влияние коэффициента трения плода 76
Глава 4. Исследование гидродинамики и кинетики процесса сушки плодов шиповника и боярышника 79
4.1. Экспериментальная установка и методика проведения исследований .79
4.2. Исследование кинетики процесса сушки плодов шиповника и боярышника 83
4.3. Разработка и обоснование выбора комбинированных режимов сушки плодов боярышника и шиповника 89
Глава 5. Комплексная оценка качества плодов шиповника и боярышника 92
5.1 Определение антиоксидантной активности плодов шиповника и боярышника 92
5.2. Определение химического состава шиповника и боярышника 97
5.3. Исследование безопасности плодов шиповника и боярышника 102
Глава 6. Разработка конструкций аппаратов для сушки плодов шиповника и боярышника 103
6.1. Разработка конструкций аппаратов для сушки плодов шиповника и боярышника 103
6.1.1. Разработка сушилки с гибкой перфорированной лентой 108
6.1.2. Разработка конструкции ленточной сушилки
6.2. Эксергетический анализ процесса сушки плодов в конвективной сушилке 115
6.3. Расчет ожидаемого экономического эффекта от использования сушилки для боярышника и шиповника 125
6.3.1. Расчет капиталовложений 126
6.3.2. Расчет эксплуатационных затрат 128
6.3.3. Экономия текущих затрат при реализации проекта 130
6.3.4. Расчет экономических показателей 131
Основные выводы и результаты 133
Литература 13
- Анализ основных закономерностей при сушке зернистых материалов в плотном пересыпающемся слое
- Исследование форм связи влаги в плодах шиповника и боярышника методом термического анализа
- Математическая модель тепло- и массопереноса процесса сушки плодов шиповника в плотном пересыпающемся слое
- Разработка и обоснование выбора комбинированных режимов сушки плодов боярышника и шиповника
Введение к работе
Актуальность работы. Плоды шиповника и боярышника являются источником витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон и других жизненно важных нутриентов, важных для нормального обеспечения обменных процессов.
В настоящее время потребность во фруктах и ягодах, необходимая для обеспечения населения Российской Федерации, оценивается в 11 млн. тонн, а среднегодовой сбор в стране составляет менее 4 млн. тонн или 36 % от потребности.
По данным экспертов россиянин потребляет примерно 34 кг фруктов при рекомендуемой норме около 100 кг в год. Российский рынок фруктов характеризуется устойчивой тенденцией к росту. Темпы увеличения объема рынка составляют примерно 15 % в год, преимущественно рост рынка осуществляется за счет увеличения импортных поставок фруктов. Сушеные плоды шиповника и боярышника входят в состав компотов, микстур, ликеров, соусов, джемов и других видов продуктов. Потребительские свойства сушеных плодов формируются в процессе сушки. Они обусловлены существенными изменениями состава сырья, происходящими в результате биохимических реакций. При производстве сушеных плодов шиповника и боярышника очень важно соблюдать параметры, которые способствуют прохождению биохимических процессов, направленных на создание продукта с высокими пищевыми достоинствами.
В настоящее время сушка плодов шиповника и боярышника осуществляется на ленточных сушилках. Она сопряжена со значительными энергозатратами и невысоким качеством готового продукта, поэтому необходима разработка новых сушильных установок и технологий.
Теоретические основы тепломассообмена в процессах сушки пищевого растительного сырья и их аппаратурное оформление отражены в работах А.В. Лыкова, А.С. Гинзбурга, Б.С. Сажина, СП. Рудобашты и др.
Работа проводилась в соответствии с планом НИР кафедры процессов и аппаратов химических и пищевых производств (ПАХПП) ВГУИТ на 2011-2015 гг. «Разработка новых и совер-
шенствование энергосберегающих технологических процессов и аппаратов в химических и пищевых производствах» (№ гос. регистрации 01.130.2.12440).
Цель диссертационной работы: научное обеспечение и разработка способа сушки плодов боярышника и шиповника в плотном пересыпающемся слое для увеличения эффективности процесса при высоком качестве готовой продукции.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
-
Изучение плодов боярышника и шиповника как объекта исследования; определение структурно-механических и теллофи-зических характеристик плодов боярышника и шиповника.
-
Изучение клнетики процесса термолиза плодов боярышника и шиповника методом термического анализа; выявление температурных зон, соответствующих испарению влаги с различной энергией связи и термическому разложению белково-углеводного комплекса.
-
Изучение основных кинетических закономерностей сушки плодов боярышника и шиповника в плотном пересыпающемся слое при стационарных и комбинированных режимах.
-
Определение рациональных технологических параметров процесса сушки плодов боярышника и шиповника в плотном пересыпающемся слое при комбинированных режимах.
-
Комплексная оценка качества плодов боярышника и шиповника, высушенных по предлагаемой технологии.
-
Разработка математической модели процесса сушки плодов боярышника и шиповника в плотном пересыпающемся слое.
-
Разработка конструкций сушилок дпя производства сушеных плодов боярышника и шиповника. Энергетическая оценка тепловой эффективности предлагаемых конструкций сушилок.
Научная новизна. Определен характер изменения коэффициентов внешнего и внутреннего трения плодов шиповника и боярышника при движении в плотном пересыпающемся слое в зависимости от влажности.
Выявлены температурные зоны, соответствующие испарению влаги с различной формой связи и термическому разложению белково-углеводного комплекса.
Установлены кинетические закономерности процесса сушки плодов боярышника и шиповника в плотном пересыпающемся слое при стационарных и комбинированных режимах.
Обоснована целесообразность использования комбинированных режимов для сушки плодов боярышника и шиповника в плотном пересыпающемся слое в соответствии с формой связи
удаляемой влаги.
Получена математическая модель процесса сушки плодов боярышника и шиповника в плотном пересыпающемся слое, позволяющая рассчитать среднеобъемные значения влажности и
температуры плодов.
Составлена компьютерная программа для определения режимов движения плодов шиповника для четырех форм гибкой перфорированной ленты. Выявлены рациональные конструктивные параметры ленты и режимы функционирования, обеспечивающие гарантированное перемешивание плодов.
Практическая ценность. Разработаны рациональные технологические параметры процесса сушки плодов шиповника и боярышника при комбинированном режиме сушки. Предложены оригинальные конструкции сушилок для сушки плодов боярышника и шиповника в плотном пересыпающемся слое.
Проведено комплексное исследование показателей качества плодов боярышника и шиповника, высушенных в плотном пересыпающемся слое при комбинированных режимах. Установлено, что плоды боярышника и шиповника обладают хорошими потребительскими свойствами и имеют высокую пищевую и биологическую ценности. Новизна технических решений защищена 2 патентами РФ, получено 1 свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ.
Апробация работы. Основные результаты исследовании докладывались и обсуждались: на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2009 по 2010 гг.); международной научно-практической конференции «Образование, наука, практика: инновационный аспект» (Пенза, 2008)- Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и'молодых ученых (Воронеж, 2009); Всероссийской научной конференции «Повышение качества и безопасности пищевых
продуктов» (Махачкала, 2010); четвертой Международной научно-практической конференции «Современные энергосберггаюшие технологии - СЭТТ-2011» (Москва, 2011); международной научно-технической конференции «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» (Воронеж, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в т. ч. 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, получено 2 патента РФ и 1 свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка и 21 таблицу. Список литературы включает 123 наименования, в том числе 21 -на иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 73 страницах.
Анализ основных закономерностей при сушке зернистых материалов в плотном пересыпающемся слое
В уравнениях (1.2) - (1.7) приняты следующие обозначения: т - время, с; х - координата по длине сушилки, м; г - координата вдоль радиуса зерна, м; w - скорость движения материале в аппарате, м/с; V - скорость сушильного агента на входе а зерновую массу, м/с; ап - коэффициент диффузии влаги, м /с; tc - температура сушильного агента, С; с - теплоемкость зерновой массы, кДж/(кг-К); г - удельная теплота парообразования, кДж/кг; А - эмпирический коэффициент теплообмена, кДж/(м3-К); В - эмпирический коэффициент массообмена, B = J3, /3 - коэффициент массоотдачи, кг/[м -с. (кг/м )]; Гх -плотность зернового слоя, кг/м3; щ, в0 - соответственно начальное распределение влагосодержания, кг/кг и температуры. К, зернового слоя по длине сушилки, м - влагосодержание зернового слоя на входе в сушилку; р, R - индексы соответствующие равновесному влагосодержанию и влагосодержанию на поверхности зерна.
Система (1.2)-(1.7) описывает процесс сушки при продольном перемещении продукта и перекрестном движении агента сушки через слой зерновой массы.
Данная система уравнений является упрощенной (не учитываются температурные градиенты, термодиффузия, распределенность источника теплоты в самой частице), но она достаточно сложна для аналитического исследования (в силу нелинейности) и может быть решена лишь приближенными вычислительными методами.
Чайкин А.Н., исследуя процесс сушки красного стручкового перца, получил следующие критериальные уравнения: - для определения коэффициента теплообмена в периоде постоянной скорости сушки Nu = 0,0032 Re0 1-(Tc/TMf-(й/U кр) 6. (1.8) - для определения коэффициента влагообмена в периоде постоянной ско рости сушки Nu = 0,058 Де0 71 Рг ъъ Gu0 13. (1.9) - для определения коэффициента теплообмена в периоде убывающей скорости сушки Nu = 0,003-Re0 6-(Tc/TMf-6-(U/UKpfA. (1.10) - для определения коэффициента влагообмена Nu=0,062Re 6Pr 33Gu0 2. (1.11) Уравнения (1.8 - 1.11) справедливы для интервала изменения чисел Рейнольдса Re, = 476...1025 (У = 0,5...2,0 м/с), Рг = 0,12...0,16; Gu = 0,24...0,504. Среднеквадратичное отклонение опытных точек не превышало ±11,9%. Чередник А.И. получил уравнение для определения пропускной способности G сушилки с синусоидальным транспортирующим органом при продувке плотного пересыпающегося слоя вареных круп воздушным потоком [2,3] (A + h)2 kya0(l-%)Fvvmp G = —f ; Л -ЪРнаа (1.12) 2[lJla0Fv(l- Z )-ksV\ S где A - амплитуда «бегущей волны», м; h - высота слоя продукта на гребне волны, м; г - радиус кривизны гребня волны, м; в- угол естественного откоса крупы, град.; щ - угла наклона ленты на передней гребне волны, град.; а2 -угол наклона на заднем гребне волны, град.; vmp - скорость движения "бегущей волны", м/с; S - шаг «бегущей волны», м; В - ширина транспортирующей ленты, м; рнас - насыпная плотность продукта, кг/м ; кг - гидродинамический коэффициент кг, рассчитывался по уравнению
J ctg в-ctgax)(ctga2-ctgax) г ctga2 + ctg0 Однако уравнение (1.12) не учитывает влияние воздушного потока, продувающего плотный пересыпающийся слой. Вместе с тем установлено, что поток теплоносителя оказывает существенное влияние на его перемещение.
Зуев И.А. решил уравнение теплопроводности с подвижными границами применительно к процессу сушки кубиков (с размером сторон от 5 до 8 мм) топинамбура сорта «Скороспелка» при комбинированных гидродинамических режимах
При этом были приняты следующие допущения: частицы топинамбура рассматриваем в виде параллелепипеда; интенсивность процесса теплообмена описываем законом Ньютона-Рихмана: =a(T(M,t\MeSc); геометрическая форма высушиваемого продукта постоянна, теплофизические и массообмен-ные параметры усреднены; начальное распределение температуры и влагосо-держания по объему высушиваемого продукта постоянны, коэффициент теплообмена с окружающей средой к является постоянной величиной на всех гранях параллелепипеда к-кх = к2 = къ.
Для решения задачи теплопроводности с учетом теплоты на иепарение влаги был использован численный метод, основанный на локально-одномерной схеме. Сравнительный анализ показал хорошую сходимость: отклонения расчетных от экспериментальных данных не превысило 12,6 %. Система (1.14)-(1.16) имеет следующее аналитическое решение:
Программа расчета задачи теплопроводности для параллелепипеда (1.14) с начальным условием (1.15) и граничными условиями третьего рода (1.16) была решена в среде математического пакета MathCAD. При этом наблюдается значительное расхождение расчетных и экспериментальных данных.
Складчикова Ю.В. для процесса сушки частиц белых кореньев пастернака, петрушки и сельдерея решала дифференциальные уравнения для случая, когда перенос влаги в твердой фазе осуществлялся помимо массопроводности еще и термодиффузией, а перенос теплоты в рассматриваемой частице обусловлен фазовыми превращениями при сушке (сток теплоты на испарение где qpo действующий в данной точке сток теплоты, Вт/м ; q - удель дт ная теплота фазового превращения q = є гс, {є - критерий фазового превращения, e = Dx/(Dx+D2) - соотношение потоков парообразной фазы (индекс 1) и жидкой фазы (индекс 2); гс - удельная теплота парообразования, кДж/кг; с - удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг-К); ро - плотность высушиваемого продукта, кг/м ; Я - коэффициент теплопроводности сухого продукта, Вт/(м-К), (а = Л/ср0), а - коэффициент температуропроводности, м2/с; к - коэффициент массопроводности, м2/с; 6T=(Au/At)q относи тельный коэффициент термодиффузии влажного материала, кг вл./(кг. сух. вещ.-К).
Исследование форм связи влаги в плодах шиповника и боярышника методом термического анализа
Состояние каждого плода і определяется четырьмя переменными: декартовыми координатами его центра (х[, уд и двумя составляющими скорости (vxj, Vyi). Взаимодействие плодов между собой принято вязкоупругим, что позволяет учитывать основные механические свойства шиповника. Расчет сил, действующих на плоды, производится следующим образом. Некоторый плод / испытывает силовое воздействие со стороны каждого из окружающих его плодов/. F,=f)(Fey+FeB), (3.1) j=i где Fyy и F\ - силы упругого и вязкого взаимодействия плодов г и у; N3 - общее количество плодов в модели.
При расчете сил для каждой пары плодов предварительно вычисляется расстояние Гу между их центрами S\(x\, у1) и SJ(XJ, у$ (рис. 3.2):
Если два плода находятся на расстоянии большем диаметра плода ry dn, то плоды считаются невзаимодействующими. Если же плоды перекрываются, то возникает упругая сила отталкивания плодов
Для расчета і ц выбрана общепринятая прямо пропорциональная зависимость вязкой силы от скорости движущегося плода, при этом введен дополнительный коэффициент (Гц - (4 + dm)), характеризующий взаимное проникновение плодов друг в друга Кч=кт(ГЦ ""(Л + dm ))(Vxi - Vxj У (3.5) F kjr -(dn + d„ ))(vyi -vyj); (3.6) где Vxi, Vyi и Vxj, Vyj - декартовы составляющие скоростей г-го nj-ro плода; кв - коэффициент демпфирования. В соответствии со вторым законом Ньютона запишем уравнения движения г-го плода [5] = Y(Fi+n c reHisx kv{vx{-v)-, (3.7) at 7=1 Л2,. N3 где mn - масса плода; г - время; g - ускорение свободного падения; Сп_л и ку - коэффициенты жесткости и вязкости вязкоупругого взаимодействия г-го плода с транспортирующей лентой; гвні - расстояние взаимного внедрения г -го плода и ленты; 5ХІ и syi - декартовы составляющие вектора единичной длины, указывающего направление действия силы на г-й плод со стороны транспортирующей ленты; vXi и vyi - декартовы составляющие вектора скорости г-го плода; V - скорость движения транспортирующей ленты.
В ходе компьютерного эксперимента плоды могут двигаться внутри прямоугольника размерами Lx х LY. В начале компьютерного эксперимента плоды располагаются случайным образом над лентой и с началом компьютерного эксперимента начинают оседать на ленту, образуя случайную упаковку.
Транспортирующая лента приобретает форму «бегущей волны» за счет одинаковых роликов диаметром Dp, расположенных поочередно над и под лентой на расстоянии Ъ\г, Ь\Ъ и т. д. друг от друга. В реальности транспортирующая лента состоит из соединенных между собой стержней, поэтому в двумерной модели стержни представляются в виде кругов. В модели необходимо воспроизвести сложное движение стержней по определенной «волнообразной» (типа «бегущей волны») траектории (рис. 3.3).
Так как в данном исследовании необходимо определить оптимальную форму ленты, траектория движения стержней имеет большое количество параметров. В частности, форма транспортирующей ленты задается координатами роликов транспортера (хь уи х2, уг, —) и диаметрами роликов Dp. при моделировании в большинстве компьютерных экспериментов представляли ленту из четырех или пяти впадин и выступов «бегущей волны» одинаковой формы (соответственно 9 или И роликов). При этом форма «бегущей волны» задается взаимным положением трех роликов, то есть параметрами Ьп, Ьхъ и hu (рис. 3.3). Каждый стержень в процессе своего движения перемещается либо по прямолинейному участку транспортера (задается уравне 59 нием прямой), либо по дуге окружности (задается уравнением окружности). Задача составления уравнений прямолинейных и дугообразных участков, а также стыковки участков является очень сложной для аналитического решения, поэтому при моделировании применен метод полного перебора для поиска точек стыковки прямолинейных и дугообразных участков.
В модели сушки шиповника необходимо воспроизвести движение потока теплоносителя (нагретого воздуха), его теплофизические свойства и способность к поглощению испаряемой из плодов шиповника влаги. Для того чтобы учесть сложную геометрию сушильной установки, а также сразу перейти к конечно-разностному решению задачи тепломассопереноса, теплоноситель представляется элементами круговой формы. Элементы появляются ниже конвейера в определенной ординате (у = - 0,5 м) и распределяются случайным образом вдоль ленты с помощью генератора случайных чисел с равномерным законом распределения. С течением времени элементы теплоносителя движутся вертикально вверх с постоянной скоростью (vx = 0; vy = 1 м/с). При этом каждый элемент / характеризуется двумя параметрами: температурой Тті и влажностью WTi. Значения этих параметров изменяются по мере прохождения теплоносителя через слой шиповника, расположенный на транспортирующей ленте.
В разрабатываемой модели необходимо учитывать, что сушка шиповника является сложным процессом, включающим внутренний и внешний тепломассообмен, механическое движение большого количества плодов и взаимодействие их друг с другом, движение транспортирующей ленты и взаимодействие ее с плодами.
Математическая модель тепло- и массопереноса процесса сушки плодов шиповника в плотном пересыпающемся слое
На четырех опорах с обеих сторон корпуса 11 сушилки крепятся верхние и нижние направляющие, в которых выполнены продольные пазы, предназначенные для перемещения в них опорных стоек 5. На одном конце стоек 5 изготовлена резьба. Положение опорных стоек 5 в направляющих фиксируется с помощью гаек.
Опорные стойки 5 за счет резьбы на одном конце имеют возможность перемещаться не только по продольным пазам верхних и нижних направляющих, но и в вертикальной плоскости с последующей фиксацией гайками. На противоположном конце опорной стойки 5 имеется отверстие, в которое устанавливается ось с подшипником качения.
Гибкая перфорированная лента 6 приводится в движение от регулируемого привода 8. Боковые края гибкой перфорированной ленты 6 контактируют с подшипниками качения опорных стоек 5, придавая ей при этом форму «бегущей волны». Амплитуда «бегущей волны» ленты 6 регулируется за счет вертикального перемещения стоек 5, а шаг «бегущей волны» - перемещением опорных стоек 5 по продольным пазам верхних и нижних направляющих.
Расстояния между опорными стойками 5 сделаны изменяющимися (за счет их перемещения по продольным пазам в направляющих с одновременной их жесткой фиксацией гайками. Все это позволяет быстро и оперативно производить переналадку работы сушилки для регулирования параметров (шага и амплитуды) «бегущей волны» ленты 6, учитывая различные свойства высушиваемого продукта (начальную влажность, гранулометрический состав, адгезионные и другие физико-химические свойства).
Конструкция сушилки позволяет изменять соответственно амплитуду и шаг «бегущей волны». Ослабляя гайки и перемещая опорные стойки 5 по шаг «бегущей волны» ленты 6, а, изменяя их вертикальное положение, можно регулировать величину амплитуды «бегущей волны» ленты 6.
Амплитуда и шаг «бегущей волны» подбираются таким образом, чтобы предотвратить оголение участков на гребне «бегущей волны» ленты 6 при перемещении высушиваемого материала. Положение материала на ленте 6 зависит от угла естественного откоса материала, который, в свою очередь, определяется главным образом влажностью материала.
Методика проведения эксперимента такова. В загрузочный бункер 4 подают влажный материал. Включается регулируемый привод ротационного дозатора 3, и влажный продукт поступает в сушилку на поверхность гибкой перфорированной ленты 6.
Регулируемый привод позволяет обеспечить заданный темп подачи материала на ленту 6. Одновременно включают регулируемый привод 8, который с помощью двух барабанов 2 приводит в движение ленту 6. Опорные стойки 5 жестко закреплены с помощью гаек в продольных пазах направляющих.
Подшипники опорных стоек 5 взаимодействуют с краями гибкой перфорированной ленты 6 и придают им форму «бегущей волны» (рис. 4.2).
Теплоноситель, нагнетаемый вентилятором 13, подается в калорифер 12, нагревается там и Теплоноситель, нагнетаемый вентилятором 13, подается в калорифер 12, нагревается там и через патрубок и три конических диффузора 10 поступает в корпус 11 сушилки, где пронизывает гибкую перфорированную ленту 6 и слой материала на ней, высушивает его и удаляется из сушилки через патрубок 7. Продукт, находящийся на «бегущей волны» гибкой перфорированной ленты 6, непрерывно пересыпается, что придает дополнительную турбулизацию слою материала, предотвращая его комкование и способствуя разбиванию образующихся конгломератов высушиваемого материала. Режим подвода теплоносителя в различные секции сушилки с постоянным нагревом в калорифере 12 и периодичным включением и выключением ТЭНов 14 и 15 позволяет выбрать рациональные гидродинамические режимы сушки с учетом изменения влагосодержания материала. Высушенный материал, равномерно пересыпаясь и перемешиваясь при этом, постепенно перемещается по ленте 6 к наклонному лотку 9 для выгрузки высушенного продукта из сушилки. В состав установки входят также средства измерения и регулирования: система автоматического регулирования температуры, состоящая из исполнительного механизма, регулятора и датчика температуры.
Нагрев воздуха осуществлялся в постоянно работающем калорифере 12, состоящем 6 ТЭНов, режим работы которых зависит от интенсивности нагрева. ТЭНы 14 и 15, установленные на второй и третьей секции, имеют возможность автоматического включения и выключения в зависимости от заданного температурного диапазона. Калорифер 12 и патрубок для подвода сушильного агента с целью уменьшения тепловых потерь были изолированы.
Поток воздуха в рабочую камеру сушилки непрерывно подавался вентилятором 13. Требуемая скорость теплоносителя устанавливалась при помощи шибера и измерялась анемометром. Для измерения гидравлического сопротивления слоя плодов применялся микроманометр.
Влажность продукта в течение процесса сушки определяли методом отбора проб как в различных сечениях по длине аппарата, так и в одном сечении через определенный промежуток времени. Опыты проводились с плодами шиповника и боярышника. Для интенсификации процесса сушки за счет увеличения поверхности испарения влаги плоды шиповника разрезались пополам, а плоды боярышника - на четыре части. Процесс сушки плодов шиповника и боярышника в плотном пересыпавшемся слое исследовался при следующих режимных параметрах; скорость теплоносителя - 0,25-2,8 м/с, его температура- 313-363 К; удельная нагрузка -q = 0,63-4,40 кг/м2; амплитуда волны транспортирующей ленты -А = 75-200 мм, угол наклона ленты на переднем гребне волны - а\ = 12-39.
Разработка и обоснование выбора комбинированных режимов сушки плодов боярышника и шиповника
В двух боковых стенках корпуса 1 сушилки выполнены два параллельных горизонтальных паза: верхний 10 и нижний 11, в которые входят ползуны 20 и пластины 29 с возможностью возвратно-поступательного движения в горизонтальной плоскости (рис. 6.2, в и рис. 6.2, г). Ползуны 20 с противоположной стороны имеют оси 24, на которые смонтированы зубчатые колеса 25, контактирующие с зубчатой рейкой 26. На наружных вертикальных стенках пазов 10 и 11 в центральной части выполнены продольные прорези, в которые входят оси 24. Зубчатые колеса 25 приводятся во вращение приводом (на рис. 6.2 не показан) и могут перемещаться по рейкам 26 в горизонтальной плоскости.
Второе устройство представляет собой две соосно установленные серповидные направляющие 14, которые контактируют с краями гибкой перфорированной ленты 15, образуя впадину «бегущей волны». В центральной части серповидных направляющих 14 имеются оси 22 с ползунами 23 и пластинами 29, которые имеют возможность возвратно-поступательного движения в верхнем горизонтальном пазу 10. Ползуны 23 с противоположной стороны имеют оси 22, на которые смонтированы зубчатые колеса 28, контактирующие с зубчатой рейкой 26. Зубчатые колеса 28 приводятся во вращение приводом (на рис. 6.2 не показан) и могут перемещаться по рейкам 26 в горизонтальной плоскости. Таким образом, серповидные направляющие 14 имеют возможность перемещаться в горизонтальной плоскости для регулирования шага «бегущей волны» (рис. 6.2, в).
На наружных вертикальных стенках пазов 10 и 11 прикреплены гибкие резиновые прокладки 27, которые в центральной части имеют продольные прорези для прохождения осей 22 и 24. Назначение гибких резиновых прокладок 27 и пластин 29 заключается в предотвращении прохождения тепло 112 носителя и, следовательно, для лучшей герметизации сушилки.
Гибкая перфорированная лента 15 приводится в движение приводом, который установлен на приводном барабане 17. Лента 15 огибает натяжной барабан 16 и приводной барабан 17, который в свою очередь соединен с приводом. Натяжной барабан 16 имеет возможность перемещения в горизонтальной плоскости вдоль направляющих 18 для компенсации изменения дли-ны ленты 15 при установке заданного профиля ленты за счет перемещения в вертикальной плоскости щтока 8 пневмоцилиндра 9 и перемещения серповидных направляющих 14, которые имеют возможность возвратно-поступательного движения в верхнем горизонтальном пазу 10.
Рабочая верхняя ветвь ленты 15, контактируя с серповидными направляющими 14, образует «бегущую волну» (рис. 6.2, в).
Над и под гибкой перфорированной лентой 15 установлены гибкие перегородки 6, образуя секции для перекрестного движения теплоносителя. Патрубок 12 для входа теплоносителя расположен в последней секции су-шилки под лентой 15. Патрубок 5 для выхода отработанного теплоносителя расположен над лентой 15 в первой секцией сушилки. Сушилка (рис. 6.2) работает следующим образом.
Перед началом работы сущилки с помощью механизма образования «бегущей волны» формируется заданный профиль «бегущей волны» ленты 15. С этой целью вначале с помощью пневмоцилиндров 9 устанавливается заданная высота щтоков 8. При этом горизонтальные оси 21 с подщипниками 7 контактируют с гибким перфорированным лентой 15, образуя разные по высоте выступы (амплитуду) «бегущей волны». После этого зубчатые колеса 25 приводятся во вращение приводом (на рис. 6.2 не показан) и, двигаясь по рейкам 26 в горизонтальной плоскости, синхронно перемещают ползуны 20 по пазам 10 и 11, устанавливая заданное расстояние (длина «бегущей волны» по выступам) между первыми устройствами механизма образования «бегущей волны» (рис. 6.2, г). Затем зубчатые колеса 28 приводятся во вращение приводом и, двига из ясь по рейкам 26 в горизонтальной плоскости, перемещают ползуны 23 по верхнему горизонтальному пазу 10, устанавливая заданное расстояние (длина «бегущей волны» по впадинам) между вторыми устройствами механизма об-разования «бегущей волны». Таким образом, серповидные направляющие 14, контактируя с краями ленты 15, перемещаются в горизонтальной плоскости, образуя впадины «бегущей волны» с заданной длиной «бегущей волны».
Таким образом, рабочая верхняя ветвь ленты 15, контактируя с первы-ми и вторыми устройствами механизма образования «бегущей волны», приобретает форму, близкую к форме «бегущей волны».
Для пояснения необходимости образования формы «бегущей волны» обратимся к рис. 6.2, б. Величина вертикального перемещения штоков 8 пневмоцилиндров 9 определяет величину амплитуды «бегущей волны» ленты 15 в месте ее контакта с подшипниками 7, установленных на горизонтальных осях 21. Изменение расстояния (длины «бегущей волны» по выступам и впадинам) между соответственно первыми и вторыми устройствами меха-низма образования «бегущей волны» позволяет установить заданный шаг «бегущей волны» ленты 15. При этом величина шага и амплитуды «бегущей волны» ленты 15 формируется в зависимости от физико-механических свойств высушиваемого продукта (угла естественного откоса, адгезии, состояния поверхности, гранулометрического состава и т. д.). По мере высушивания обрабатываемого продукта будут меняться его физико-механические свойства (угол естественного откоса, адгезия, гранулометрический состав и т. д.). Для обеспечения его равномерного пересыпания необходимо установить заданные параметры (шаг и амплитуду) «бегущей волны», которые определяются углом естественного откоса. После установки требуемых параметров «бегущей волны» ленты 15 положение ползунов 20 и 23, а также пневмоцилиндров 9 жестко фиксируются, обеспечивая при этом достаточное натяжение ленты 15. Одновременно натяжной барабан 16 перемещается в горизонтальной плоскости вдоль направляющих 18 для компенсации изменения длины ленты 15.
