Введение к работе
Актуальность работы обуславливается необходимостью проведения активной энергосберегающей политики, в том числе и в технологии такого энергоемкого теплотехнологического процесса как сушка.
Анализ наиболее значимых работ в области энергосбережения при тепловой сушке показывает, что ряд принципиальных для энергетической оптимизации процессов сушки и сушильных установок вопросов остаются к настоящему времени малоизученными. К ним, с нашей точки зрения, относятся: влияние неравномерности тепломассообмена в пространстве и во времени в рабочих камерах сушильных установок на продолжительность процесса; отсутствие аналитических и численных методов анализа влияния неравномерности кинетики сушки на энергоемкость установок, оценка потенциала энергосбережения за счет снижения неравномерности кинетики сушки в зависимости от изменения режимно-конструктивных параметров конкретных сушильных установок и ряд других сторон проблемы тепловой сушки.
Есть теоретические основания полагать, что отказ от учета только неравномерности начального распределения параметров сушильного агента в конвективных сушильных установках приводит к завышению на 20-50% непроизводительных энергозатрат, на 10-40% - капитальных затрат.
Снижение неравномерности сушки за счет дополнительного локального энергоиодвода в определенных случаях позволяет' получить энергосберегающий эффект. В рамках настоящей работы осуществляется исследование отмеченных выше вопросов и установление количественных зависимостей энергосберегающего эффекта для решения практических задач.
Цель работы: Выявление возможностей совершенствования сушильных установок периодического действия при неравномерности пространственного распределения параметров рабочих сред, разработка методик, алгоритмов и программных продуктов для расчета влияния конструктивных решений и технологических операций на эффект энергосбережения.
Научная новизна: Параметрическими исследованиями доказана энергетическая эффективность снижения неравномерности сушки путем наложения на профиль поля конвективного потока регламентированного поля потока радиационного излучения.
Математическое описание кинетики сушки, разработанное на базе модели десорбции влаги, впервые адаптировано к периодической сушке в фильтрующемся слое дисперсных и волокнистых материалов с неравномерным распределением параметров сушки по нирине и толщине слоя в сушильной камере.
Исследовано влияние на динамику, кинетику сушки и энергосберегающий эффект частных приемов снижения кинетической неравномерности: регламентированного подвода к сушимому материалу инфракрасной энергии, выравнивания неравномерности энергоподвода за счет реверсии, одно- и многократного перемешивания слоя; получены зависимости для количественной оценки энергосберегающего эффекта и рекомендации по оптимальным условиям реализации приемов энергосбережения.
С помощью современной термоанемометрической аппаратуры диагностированы модельные варианты конструктивного исполнения сушильных камер периодического действия, установлены качественные и количественные закономерности изменения неравномерности профиля скорости сушильного агента в наиболее распространенных и оригинальных вариантах конструктивного оформления периодических сушилок.
Автор защищает:
метод расчета полей влаюсодержания в слое сушимого материала в фильтрационных сушильных установках периодического действия со смешанным конвективно-радиационным теплоподводом;
обнаруженные закономерности массопереноса в слое сушимого материала при фильтрационной сушке при смешанном энергоподводе;
предложенные способы оценки энергосберегающего эффекта при проведении различных мероприятий, направленных на снижение неравномерности скорости сушки;
результаты экспериментальных исследований полей скорости сушильного агента в фильтрационных сушильных установках периодического действия с различным подводом сушильного агента;
полученные аналитические зависимости степени черноты влажного материала от влагосодержания.
Практическая ценность работы: Создана программа расчета полей влаюсодержания материала и сушильного агента с учетом совместного радиационно-конвективного подвода теши, позволяющая при проектировании минимизировать энергозатраты на сушку. Расчетным путем показано, что в конвективных камерных сушилках периодического
. S-
лсйстпня применение ИК-излучателей для выравнивания неравномерности подводимого конвективного теплового потока приводит не только к сокращению времени сушки, но и к сокращению энергозатрат на единицу готовой продукции.
На основании проведенных экспериментов на модельных образцах определены уровни неравномерности конвективного теплового потока. Показано, что уровни неравномерности скорости в сушильной камере таковы, что энергосбережение путем установки ИК-иэлучателсй имеет смысл.
Создана методика, позволяющая оптимизировать расстановку ИК-излучателей в фильтрационной сушилке периодического действия, в том числе с учетом падающей солнечной энергии на боковую стенку.
Апробация работы: Результаты работы были доложены и обсуждены на Второй международной научно-технической конференции "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики" (г Москва, 3-5 октября 1995г.), па 3-м Минском международном форуме "Гсиломассообмен-ММФ-96"(20-24 мая 1996г.) и на Международной научной конференции "Рациональные пути использования вторичных ресурсов АПК" (г. Краснодар. 23-26 сентября 1997г.).
Публикации: Научные положения, выводы и рекомендации изложены в 5 опубликованных работах.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, состоящего из 111 наименований. Общий объем составляет 176 страниц, в том числе 118 страниц текста, 47 рисунков.
