Теплонасосные сушильные установки для предприятий агропромышленного комплекса (теория и техника) Чайченец, Николай Семенович

Введение к работе

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Решение проблемы продовольствия предусматривает разработку для предприятий агропромышленного комплекса (АПК) таких важных народнохозяйственных задач как повышение качества пищевых и сельскохозяйственных продуктов, усовершенствование существующих и создание новых технологий их переработки и хранения, экономия топливно-энергетических ресурсов, охрана окружаю -щей среды. Задача повышения энергетической эффективности сушильных установок может быть успешно решена, в частности, путем применения тепловых насосов (ТН), позволяющих создавать рациональ -ные схемы использования энергии, утилизировать вторичные энергоресурсы, применять нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Использование ТН для подготовки сушильного агента взамен традиционных установок, где его нагревание осуществляется за счет смешения с продуктами сгорания дизельного топлива в специальных камерах, позволяет значительно повысить качество высушенного продукта и исключить загрязнение воздушного бассейна. Кроме того , ТН создают возможность осуществлять в одной и той же теплонасос-ной сушильной установке (ТНСУ) нагревание и охлаждение различных технологических потоков, что особенно важно для современных хо -зяйств АПК, которые являются потребителями большого количества теплоты и холода в процессах сушки и охлаждения высушенного продукта. Для широкого внедрения ТНСУ необходимо обосновать целесообразность их использования для обезвоживания пищевых и сельскохозяйственных продуктов, разработать научно-обоснованные методы расчета и проектирования ТНСУ.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с координационными планами бывшего министерства хлебопродуктов СССР (№ МХП -ХСР-85) и министерства народного образования КазССР (решение за-

седания научно-координационного Совета по реализации Продовольственной программы страны Минвуза КазССР от 18.12.84 г.).

ЦЕЛЫ) РАБОТЫ ЯВЛЯЕТСЯ: развить термодинамические основы рас -чета теплонасосных сушильных установок и разработать методику их теплового расчета, предложить методы повышения энергетической эффективности ТНСУ, создать и исследовать высокоэффективные тепло -насосные сушильные установки, предложить режимы работы ТНСУ при сушке некоторых пищевых и сельскохозяйственных продуктов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:

1. На основе стратегии системно-структурного анализа вскрыта взаимосвязь явлений, происходящих в ТНСУ; установлена структура факторов, определяющих энергетическую эффективность ТНСУ, и показаны пути синтеза оригинальных схем высокоэффективных ТНСУ; раз -работана классификация таких установок; установлена структура связей между отдельными физическими явлениями, происходящими в ТНСУ; разработаны математические модели ТНСУ, с их использованием получены зависимости, позволяющие рассчитывать продолжительность сушки пищевых и сельскохозяйственных продуктов в плотном и кипя -щем слое, а также определять тепловые нагрузки на теплообменные аппараты ТНСУ, мощностные характеристики компрессора ТН и коэф -фициент преобразования энергии.

2. При развитии термодинамических основ расчета теплонасосных сушильных установок получены соотношения, позволяющие определять параметры технологических потоков (температуру, энтальпию, влаго-содержание) и энергетические характеристики (мощность компрессора и коэффициент преобразования энергии ) ТНСУ. Разработана методика определения термодинамической эффективности ТНСУ на основе эксер-гетического анализа.

3. На основе установленной структуры факторов, определяющих

энергетическую эффективность ТНСУ, обоснованы методы повышения энергетических характеристик установок, на основе которых разработаны высокоэффективные ТНСУ одноцелевого (используемые только для сушки продуктов) и комплексного (позволяющие производить нагревание сушильного агента и охлаждение технологических потоков) назначения .

4. Составлены экономико-математические модели ТНСУ,с их использованием разработаны научно-обоснованные методы оптимального проектирования ТНСУ с применением ЭВМ; предложены методы управления ТНСУ.

5. Научно обоснованы рациональные температурные режимы работы ТНСУ при сушке некоторых пищевых и сельскохозяйственных продук -тов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ В ПРО -ВД1ШЕНН0СТИ. Практическую ценность диссертационной работы пред -ставляют:

1. Методики теплового и технико-экономического расчета ТНСУ.

2. Новые схемы ТНСУ одноцелевого и комплексного назначения , особенностью которых является: максимальная утилизация вторичных энергоресурсов, использование нетрадиционных возобновляемых ис -точников энергии, применение тепловых труб для предварительного нагревания высушиваемого продукта, экологическая чистота. Эффективные ТНСУ для сушки риса-зерна и кукурузы на Чардаринском хлебоприемном предприятии, для сушки казеина на маслосырбазе Кокче-тавского облмолобъединения, для сушки каракуля на Чимкентском каракулевом заводе, комплексная теплонасосная система для тепло- и хладоснабжения Чимкентского пивоваренного завода.

3. Новые перспективные технологии переработки и хранения пищевых и сельскохозяйственных продуктов на основе применения ТНСУ комплексного назначения; рациональные режимы работы ТНСУ при су-

шке этих продуктов; эмпирические зависимости для расчета продол -асительности сушки пищевых и сельскохозяйственных продуктов.

4. Рекомендации по использованию разработанных ТНСУ в зависимости от требуемых режимных параметров сушки, климатических ус -ловий и используемых источников энергии.

5. Рекомендации по выбору рационального рабочего вещества теплового насоса.

6. Комплекс соотношений для определения термодинамических и расходных характеристик сушильного агента и рабочего вещества , алгоритмы расчета основных технологических параметров ТНСУ на ЭВМ.

Результаты работы используются при выполнении научно-исследовательских разработок по решению народнохозяйственных задач, связанных с проблемой продовольствия и в соответствии с координационными планами бывшего Министерства хлебопродуктов СССР и Минвуза КазССР по повышению эффективности функционирования современных хозяйств АІЖ.

Предложенные методы оптимального проектирования использованы при расчете ТНСУ для сушки риса-зерна и кукурузы, внедрение которых на хлебоприемных предприятиях Казахстана позволит получить годовой экономический эффект свыше 400 тыс.рублей. Разработана ТНСУ для обезвоживания каракуля для Чимкентского каракулевого завода, внедрение которой на этом заводе позволит получить экономический эффект около 100 тыс.рублей. Спроектирована и принята к внедрению ТНСУ для сушки и охлаждения казеина производительностью 150 кг/ч, экономический эффект от внедрения одной установки на маслосырбазе Кокчетавского облмолобъединения составит около 13 тыс.рублей. Спроектирована комплексная тешіонасосная система для тепло- и хладоснабжения Чимкентского пивоваренного завода, экономический эффект от внедрения которой составит около 100 тыс.руб -

лей в год.

Разработанные алгоритмы и программы расчетов элементов ТНСУ внедрены на предприятии п/я A-75II.

Некоторые результаты работы приведены в учебниках по проектированию сушильных установок, а также в методических пособиях для ВУЗов.

Разработанные методы расчетов ТНСУ и созданные модели установок внедрены в учебный процесс при подготовке инженеров по специальности 16.03 в Казахском химико-технологическом институте.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты работы доложены на координационном Совете Министерства хлебопродуктов СССР в 1983-1984 г.г., на научно-техническом Совете управления элеваторной промышленности Министерства хлебопродуктов КазССР в 1984 г., на международной конференции "Современные сушильные установки" в г.Карл-Маркс-Штадте в 1985 г., на Всесоюзном коллоквиуме "Процессы и аппараты пищевых производств" в 1985 г., на научном семинаре кафедры "Процессы и аппараты пищевых производств" МТИППа (г. Москва) в 1987 г., на Всесоюзном семинаре "Моделирование тепло -массообменных процессов в сельском хозяйстве и управление ими (МИИСП, г.Москва) в 1990 г., на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава КазХТИ (г.Чимкент) в 1982-1989 г.г., на всесоюзных научных конференциях: "Повышение эффективности машин и аппаратов в основной химии" г.Сумы в 1986 г., "Пути интенсификации производства и применения искусствен -ного холода в отраслях агропромышленного комплекса, торговле и на транспорте" г.Ленинград в 1986 г., г.Кишинев в 1987 г., г. Одесса в 1989 г., "Современные машины и аппараты "Химтехника -88" г.Чимкент в 1988 г., на всесоюзном совещании передового опыта зерносушения в г.Москве в 1987 г., на республиканской науч -но-практической конференции "Проблемы комплексной автоматизации

и механизации производства агропромышленного комплекса" г.Кустанай в 1988 г. Разработанные установки экспонировались на выставке "Наука-86" в г. Алма-Ате в 1S86 г., на ВДЖ КазССР в 1988 г. (удостоена диплома второй степени ) .

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 55 работ, в том числе брошюра; принята к изданию монография.

СТРУКТУРА И ОБЪЕЛ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов, списка использованной литературы из 376 наименований и приложений. Работа изложена на 462 страницах ( в т.ч. 95 страниц приложений ), содержит 123 рисунка и 22 таблицы.

1. Научную классификацию теплонасосяых сушильных установок.

2. Методы повышения энергетической эффективности теллонасосных сушильных установок.

3. Математические модели ТНСУ.

4. Оригинальные схемы ТНСУ одноцелевого и комплексного назначения; обобщенные результаты их исследования; методические рекомендации по использованию разработанных ТНСУ в зависимости от требуемых режимных параметров сушки, климатических условий и применяемых источников энергии.

5. Методы оптимального проектирования ТНСУ с использованием ЭВМ; результаты технико-экономических исследований разработанных установок; методы управления ТНСУ; рекомендации по выбору рационального рабочего вещества теплового насоса.

6. Зависимости для расчета основных термодинамических параметров сушильного агента, а также соотношения для определения энергетических -характеристик ТНСУ;..методики, теплового расчета и определении термодинамической эффективности ТНСУ на основе

использования эксергетического анализа.

7. Результаты исследований разработанных установок, подтверждаю -щие целесообразность их широкомасштабного внедрения в проиыш -ленность. Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, лауреату премии Со -вета Министров СССР, доктору технических наук, профессору А.С. Гинзбургу за ценные указания и советы, способствовавшие выполнению работы.