Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в различных отраслях промышленности весьма актуальна проблема сушки термолабильных материалов. Во многих случаях организацию технологических процессов сушки осуществляют путем использования сушильных установок, потребляющих низкопотенциальное тепло, источником которого являются терморадиационные теплообменники ( в том числе коллекторы солнечной энерпш).
. Для отдельных видов термолабильньгх материалов ( таких как лекарственные травы и препараты, листовой табак, некоторые виды биотехнолопіческих объектов и т.д. ) необходимо осуществить высушивание в мягком режиме, без непосредственного воздействия излучения. Это вызвано тем. что при непосредственном воздействии излучения нарушается структура материала и в большинстве случаев теряются многие полезные свойства продукта. Поэтому перспективным является метод сушки нагретым до температур порядка 30 -*- 50 С воздухом.
Индивидуальные биологические особенности рассмотренных выше материалов как объектов '' сушки предполагают в ряде случаев желательность организации процесса сушки ив нолевых условиях, и как следствие - возможность легкой транспортировки элементов энерготечнологической установки. Следовательно, разработка высокоэффективных энерготехнологических систем, включающих источник низкопотенциального тепла и сушильную установку для тонких материалов требует проведения теоретпческігх, экспериментальных и конструктивных разработок терморадиационных воздушных преобразователей лучистой энерпш, обладаьэщтгх простотой в изготовлении и эксплуатации, дешевизной, компактностью, транспортабельностью и достаточной эффективностью.
Анализ научно - технических публикаций на эту тему показал, что в настоящее время отсутствует достаточно простая и эффективная методика расчета процессов сушки термолабильных материалов. Отсутствуют работы, позволяющие выбором режимов тепловой обработки управлять качеством и химическим составом высушенного материала. Крайне мало публикации посвящено обобщению кинетики и динамики процессов сушки сельскохозяйственной продукции с использованием энергии потока лучистой энерпш. Эти сведения необходимы для выбора рациональных
режимов сушки при проектировании новых сушилок, а также при проведении научно - исследовательских разработок.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать заключение, что решение проблемы разработки оптимальной конструкции и исследования теплотехнических, оптических и других характеристик терморадиационных воздушных теплообменников с приемлемыми технико -экономическими параметрами, предназначенных для получения низкопотенциального тепла для сушки термолабильных материалов имеет важное теоретическое и практическое значение.
Цель и задачи работы. Целью работы являлось изучение особенностей процессов сушки термолабильных материалов в воздушно -конвективных установках с использованием іранспортаоельното гєрморадиашіониого теплообменника из полимерных материалов в качестве источника низкопотенциального тегша. Данная цель достигается решением комплекса взаимосвязанных задач, а именно :
-
Осуществить выбор материалов для монтажа воздушного терморадиационного теплообменника и исследовать их оптические и теплофизические характеристики.
-
Разработать технологию и изготовить ряд опытных образцов терморадиационных теплообменников из полимерных материалов.
-
Создать лабораторный стенд, включающий генератор потока лучистой энергии для испытаний предложенных конструкций теплообменников и провести эти испытания.
-
Провести эксперименты и выполнить анализ экспериментальных данных, полученных в результате лабораторных испытаний опытных образцов воздушных теплообменников.
-
Разработать математическую модель процессов поглощения излучения в канале термораднацпонного теплообменника из полимерных материалов и оценить эффективность этого теплообменника.
-
Осуществить расчет процесса сушки тонкого термолабильного материала с помощью тепла, полученного в терморадиационном теплообменнике для двух схем, моделирующих сушку продувкой через тонкий слой высушиваемого материала при постоянных параметрах воздуха и конвейерную сушку в режиме прямотока при переменных параметрах воздуха Для последнего случая с целью замыкания системы уравнений тепломассообмена, описывающей процесс сушки, получить дифференциальные уравнения для расчета
изменения параметров влажного воздуха в процессе сушки. Сравнить эффективность сушки с использованием указанных схем,
7) Обобщить результаты исследований и выдать практические рекомендации.
Научная новизна полученных в диссертации результатов состоит в юм. чю автором подтверждена возможность использования полимерных материалов для изготовления недорогих, но в го же время достаточно эффективных транспортабельных терморадиадионных преобразователен .лучистой энергии полостного типа с канатом круглого сечения. Изучены особенности поглощения излучения прозрачной и черной непрозрачной поверхностями теплообменника. Разработана математическая модель процессов поглощения лучистой энергии лучевоспрннимающнмн поверхностями теплообменника и оценена его эффективность. Предложена методика расчета процесса сушки тонкого термолабильного материала с использованием низкопотенштатьного тепла, базирующаяся на классическом подходе к проблеме и позволяющая свести привлекаемую эмпирическую информацию к минимуму.
Достоверность полученных опытных данных подтверждается наде;югой методикой измерения, тщательным учетом систематических погрешностей эксперимента, горнровкой измерительных узлов установки перед опытами, незначительным разбросом опытных данных, а также совпадением результатов, полученных до и после реконсі рукции измерительных узлов, предпринятой с целью повышения надежности измерений. Достоверность результатов расчета подтверждается обоснованностью положенных в основу расчетов исходных предпосылок.
Практическая ценность. Разработаны и изготовлены действующие макетные образцы дешевых транспортабельных терморадиационных теплообменников, которые отличаются хорошими теплотехническими и зксштуатацнонныш! характеристиками. Использование таких теплообменников в воздушно - конвективных установках позволяет частично вытеснить из этих установок дорогостоящие и металлоемкие конструкции преобразователей лучистой энергии. Полученные экспериментальные данные, математическая модель, методика расчета и практические рекомендации могут быть использованы при проектировании энерготехнологических установок для сушки тонких термолабпльных материалов с использованием терморадиационных теплообменников.
Апробация работы. Результаты, полученные в ходе выполнения данной работы, докладывались на научно - технических конференциях и
конференциях профессорско - преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МГТА в 1992 - 1997 г.г.
Публикации. По вопросам, связанным с диссертацией опубликовано 3 печатные работы.
Структура и обьем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, списка основных принятых обозначений, трех глав, выводов, приложения, списка литературы ( 95 наименований ). Обьем диссертации -148 страниц, в том числе 30 рисунков и 20 таблиц.
