Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Свойства зерновой массы как объекта сушки 10
1.2 Способы сушки зерна 14
1.3 Сушка зерна при различных состояниях зернового слоя 16
1.4 Классификация зерносушилок 19
1.5 Пути интенсификации сушки зерна 23
1.6 Зерносушилки со спирально-винтовыми транспортирующими рабочими органами 26
1.7 Основные параметры сушки 30
Выводы, цель и задачи исследований 32
2 Теоретическое исследование контактной сушки в мобильной зерносушке со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом 34
2.1 Движение материальной точки в мобильной зерносушилке 35
2.2 Качественный анализ процесса транспортирования частицы материала в мобильной зерносушилке со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом 41
2.2.1 Исследование угла наклона сушильной камеры мобильной зерносушилки к горизонту и угла подъема винтовой линии спирально-винтового транспортирующего рабочего органа 43
2.3 Производительность мобильной зерносушилки 46
2.4 Методы расчёта кинетики сушки
2.4.1 Уравнения кинетики влагообмена при сушке 47
2.4.2 Закономерности кинетики влагообмена при сушке 51
2.4.3 Уравнения скорости сушки 53
2.4.4 Расчёт длительности сушки 55
2.4.5 Основное уравнение кинетики сушки 57
2.5 Распределение температурного поля в мобильной зерносушилке 61
2.6 Краевая задача с подвижной границей для полей температуры 64
2.7 Энергозатраты сушки зерна 65
Выводы 68
3 Программа и методика экспериментальных исследований 69
3.1 Программа исследований 69
3.2 Общая методика проведения исследований 71
3.3 Методика экспериментальных исследований
3.3.1 Методика определения влажности зерна 71
3.3.2 Методика определения всхожести зерна 73
3.3.3 Методика определения коэффициента осевого отставания и коэффициента заполнения сушильной камеры мобильной зерносушилки 76
3.4 Планирование проведения экспериментов 77
3.4.1 Выбор факторов, оказывающих влияние на изменение целевой функции.. 78
3.4.2 Выбор уровней варьирования факторами
3.5 Определение статистической значимости данных 83
3.6 Реализация плана эксперимента 85
3.7 Контрольно-измерительные приборы и методика сбора первичной информации 87
3.8 Исследуемый материал 90
Выводы 91
4 Результаты экспериментальных исследований 92
4.1 Исследование способа движения отдельной зерновки в потоке и определение влияния угла наклона сушильной камеры к горизонту и частоты вращения рабочего органа на коэффициент заполнения и коэффициент осевого отставания 92
4.2 Определение производительности мобильной зерносушилки 96 4.3 Результаты основного опыта 98
4.3.1 Зависимость влагосъёма от времени сушки при различной температуре греющей поверхности и различной начальной влажности зерна 101
4.3.2 Зависимость удельных затрат энергии от времени сушки, температуры греющей поверхности и начальной влажности зерна 105
4.3.3 Исследование степени влияния различных температур греющей поверхности в зонах нагрева и сушки 107
4.3.4 Анализ двумерных сечений 108
Выводы ПО
5 Результаты производственных исследований и экономическая оценка эффективности применения предлагаемой мобильной зерносушилки 112
5.1 Условия функционирования мобильной зерносушилки со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом 112
5.2 Результаты экспериментальных исследований сушки зерна в мобильной зерносушилке 113
5.3 Эффективность исследований
5.3.1 Определение стоимости изготовления мобильной зерносушилки 115
5.3.2 Определение эффективности внедрения мобильной зерносушилки 119
Выводы 123
Общие выводы 125
Литература
- Пути интенсификации сушки зерна
- Исследование угла наклона сушильной камеры мобильной зерносушилки к горизонту и угла подъема винтовой линии спирально-винтового транспортирующего рабочего органа
- Методика экспериментальных исследований
- Зависимость удельных затрат энергии от времени сушки, температуры греющей поверхности и начальной влажности зерна
Введение к работе
Актуальность темы. Природно-климатические условия нашей страны таковы, что 50...80% выращенного урожая требуют сушки до закладки на хранение. Влажное зерно не может безопасно храниться. В связи с этим встаёт проблема сохранения выращенного урожая зерновых культур.
Промышленность выпускает целый ряд зерносушилок, отличающихся по способу сушки, конструкции сушильной камеры, режиму сушки, состоянию зернового слоя и многим другим конструктивным и технологическим признакам. Однако существующие в настоящее время зерносушилки обладают рядом недостатков: большая энергоёмкость и металлоёмкость, дороговизна, невозможность сушить материал в небольших объёмах. Большинство перечисленных недостатков отсутствуют в зерносушилках со спирально-винтовыми транспортирующими рабочими органами, позволяющие интенсифицировать сушку зерна.
В связи с вышесказанным, разработка мобильных зерносушилок с малой энергоёмкостью контактной сушки зерна, является актуальной, нужной и практически значимой задачей для агропромышленного комплекса РФ.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго- и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства» (№ ГР 01.20.0600147).
Цель исследований. Снижение энергоёмкости контактной сушки зерна с обоснованием конструктивно-режимных параметров мобильной зерносушилки.
Объект исследования. Технологический процесс контактной сушки зерна в мобильной зерносушилке со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом.
Предмет исследования. Закономерности, условия и режимы сушки зерна в мобильной зерносушилке со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом.
Методика исследований. Теоретические исследования выполнялись с использованием основных законов и методов классической механики и математики. Предложенная мобильная зерносушилка исследовалась в лабораторных и производственных условиях в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ и разработанными частными методиками. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПЭВМ с использованием программ Ansys, Statistica 6.0, Mathcad 11.0a. Достоверность результатов работы подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведением сравнительных исследований зерносушилки в производственных условиях.
Научная новизна. Конструктивно-технологическая схема и конструкция мобильной зерносушилки; оптимальные значения конструктивно-режимных параметров мобильной зерносушилки со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом; аналитические зависимости по определению производительности, потребной мощности мобильной зерносушилки со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом; распределение температурного поля в сушильной камере мобильной зерносушилке.
Научная новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2297582 “Устройство для сушки зерна”.
Практическая ценность и реализация исследований. Разработанная мобильная зерносушилка обеспечивает уменьшение приведённых затрат на 60% по сравнению с К-878 и может применяться при сушке, тепловой обработке, стерилизации и переработке зерна. Использование предложенной зерносушилки позволяет улучшить сохранность зерна, его посевные, хлебопекарные и кормовые качества. Мобильная зерносушилка прошла производственную проверку в учебно-опытном хозяйстве ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на международных научно-практических конференциях «Молодые учёные в XXI веке» (Ижевская ГСХА, 2004 г.), «Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы» (Ульяновская ГСХА, 2005 г.), «Молодёжь и наука XXI века» (Ульяновская ГСХА, 2006-2007 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах, в том числе 1 без соавторов, 2 в изданиях, указанных в «Перечне…ВАК» и 1 в описании патента на изобретение. Общий объём опубликованных работ составляет 2,2 п.л., из них автору принадлежит 1,2 п.л.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературных источников и приложения. Работа изложена на 141 с., содержит 43 ил., 4 табл., 20 с. приложения. Список литературы включает 160 наименований, в том числе 8 на иностранных языках.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
-
Аналитические зависимости по определению производительности, потребной мощности мобильной зерносушилки со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом, угла наклона сушильной камеры, частоты вращения спирально-винтового транспортирующего рабочего органа, времени сушки, температуры греющей поверхности в мобильной зерносушилке.
-
Функциональные зависимости энергоёмкости от конструктивно-режимных параметров мобильной зерносушилки.
-
Конструктивно-технологическая схема и конструкция мобильной зерносушилки контактного типа со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом.
-
Оптимальные значения конструктивно-режимных параметров мобильной зерносушилки.
Пути интенсификации сушки зерна
Испарение влаги с поверхности зерна происходит при любой его температуре [160]. Однако необходимым условием испарения является разница в давлении пара: в зерне оно должно быть выше, чем в окружающей среде. При этом поверхность зерна высыхает, и в зерне возникает градиент влаги, вызывающий перемещение ее от центра к периферии. Скорость испарения зависит от скорости движения воздуха, омывающего зерно [84]. У влажного и сырого зерна испаренная с поверхности влага пополняется за счет влаги, поступающей из внутренних слоев зерна. Испарение при этом происходит довольно легко за счет непрерывности капилляров. По мере подсушивания зерна часть капилляров сужается, а иногда совсем исчезает, что затрудняет перемещение влаги из внутренних слоев к поверхности [144].
При повышении температуры зерна продвижение влаги ускоряется, так как вязкость воды при этом уменьшается [158]. Однако при слишком высокой температуре теплоносителя влага из внутренних слоев зерна не успевает продвигаться к поверхности, что приводит к спеканию оболочки зерна (так называемый закал зерна), происходит деформация клеток, разрыв тканей зародыша, появление внутренних и внешних трещин [78]. Вот поэтому во время сушки важно не только удалять влагу с поверхности зерна, но и содействовать равномерному ее выводу из внутренних слоев.
Зерно по своей природе и структуре представляет сложную систему, формы связи влаги в которой различны: механическая, физико-химическая, химическая [27, 62, 93].
Механическая - наименее прочная связь влаги с зерном. Механически связана с зерном влага смачивания, то есть влага, покрывающая поверхность зерна, и капиллярная [74]. Капиллярная влага заполняет капилляры в результате непосредственного соприкосновения зерна с водой или путем сорбции (поглощения) пара из влажного воздуха. Механически связанная влага называется свободной водой. Физико-химическая и химическая связи влаги с зерном прочнее механи ческой. Физико-химически и химически связанная влага называется связанной водой [99]. Так как в зерне всегда имеется влага, то общая его масса [73] складывается из массы сухого вещества и массы воды M = MCB+W,кг, (1.1) где Мсв - масса сухого вещества зерна, кг; W - масса воды в зерне, кг. Наличие влаги в материале характеризуется влажностью, которую выражают в процентном отношении: масса влаги к общей массе зерна (относительная влажность) или к массе сухого вещества зерна (абсолютная влажность) [99] 100w 0/ ,л оч 100w 0/ ,л -ч w=To(HV%- (L3) где wc - абсолютная влажность, %; w - относительная влажность, %. В теории сушки влажность материала относят к массе сухого вещества. В практике зерносушения влажность рассчитывают по отношению к массе влажного зерна.
Для сушки зерна важны его теплофизические и физические свойства: теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость, скважистость, удельная поверхность, сыпучесть, скорость витания зерна [33, 75, 147].
Теплота в зерновой массе распространяется двумя способами: от зерна к зерну при их соприкосновении - теплопроводность зерна и перемещением воздуха в межзерновых пространствах - конвекция [11]. Зерно имеет низкую теплопроводность.
Температуропроводность - скорость нагревания зерновой массы - зависит от теплопроводности и также невелика [142]. Таким образом, зерновая масса характеризуется большой тепловой инерцией, изменение температуры зерна в средних слоях насыпи происходит очень медленно.
Процессы тепло-влагообмена между зерном и агентом сушки осуществляются через поверхность зерна. В связи с этим большое значение оказывает его удельная поверхность - отношение поверхности всех зерен, содержащихся в одном килограмме, к объему этой зерновой массы [79]. Процесс сушки протекает быстрее при увеличении удельной поверхности зерна, следовательно, чем мельче зерно, тем интенсивнее оно высушивается.
Важно знать сыпучесть зерновой массы [73], так как ее учитывают при выборе размеров, форм, углов наклона различных узлов зерносушилок (коробов, самотечных труб, выпускных устройств, жалюзийных решеток и др.).
Для практических целей имеет значение и такой показатель, как угол трения [23, 143], то есть минимальный угол, при котором зерно начинает перемещаться по какой-либо поверхности.
Под объемным весом понимают массу единицы объема. Объемный вес семян изменяется в зависимости от влажности зерновой массы, ее засоренности и других факторов. Влажность оказывает существенное влияние и на величину удельного веса зерна [81]. Многими исследователями установлено, что с увеличением влажности (до определенного значения) объемный вес семян большинства культур уменьшается [11, 19, 23, 24]. Значительное уменьшение объемного веса с увеличением влажности зерна наблюдается у таких культур, как пшеница, ячмень. С изменением объемного веса меняется пористость зерновой массы.
Учитывая то, что зерно - живой организм, важно знать его термоустойчивость, т. е. максимально допустимую температуру нагрева, при которой сохраняется качество зерна в соответствии с его назначением [99]. В процессе сушки зерно может снизить жизнеспособность или товарно-продовольственные качества.
Нагрев зерна по-разному влияет на содержащиеся в нем органические вещества (белки, углеводы, жиры, ферменты, витамины). Более устойчивы к нагреву углеводы и жиры. При влажности зерна 14% они выдерживают нагрев до 60...65 С [140]. При более высокой влажности или температуре начинается процесс декстринизации крахмала, приводящий к ухудшению цвета муки и разложению жиров, в результате чего происходит повышение кислотного числа жира.
Белковые вещества более чувствительны к нагреву. Изменения связаны со сложными биохимическими преобразованиями белкового комплекса зерна, приводящими к денатурации белков, потере ими способности поглощать воду [93]. Снижение посевных свойств семенного зерна, уменьшение выхода и ухудшение качества клейковины, снижение хлебопекарных достоинств продовольственного зерна, снижение активности ферментов вызваны в первую очередь денатурацией белков. Следует иметь в виду то, что белки зародыша более чувствительны к нагреву, чем белки эндосперма [101]. Поэтому семенное зерно обычно нагревают до 40 С, в то время как зерно продовольственного назначения выдерживает нагрев до 50 С [34, 62, 143].
Свойства зерна как объекта сушки должны всегда учитываться в во время сушки и при выборе конструкции зерносушилки, так как при неправильном ведении процесса сушки в зерне кроме биохимических реакций могут произойти структурно-механические изменения: уплотнение или разрыв оболочек, растрескивание ядра, запаривание и др.
Исследование угла наклона сушильной камеры мобильной зерносушилки к горизонту и угла подъема винтовой линии спирально-винтового транспортирующего рабочего органа
Во время сушки свойства семян должны быть не только сохранены, но и улучшены. Этой целью и определяется выбор способа сушки, конструкции сушильной установки и режима ее работы. Неправильный выбор способа или режима сушки может привести к нарушению процессов жизнедеятельности и порче зерна [125]. Правильно выбранный режим сушки обеспечивает не только сохранение жизнеспособности зерна, но и улучшение его семенных и продовольственных показателей.
Основными параметрами, которыми обычно характеризуется сушка, являются [27, 55, 62, 99]: температура теплоносителя, подаваемого в сушильную камеру; температура максимального нагрева зерна в процессе сушки; время пребывания зерна в нагретом состоянии (экспозиция сушки), определяемое процентом съема влаги.
Температура нагрева зерна зависит от температуры теплоносителя и экспозиции сушки. Предельная температура нагрева зерна зависит не только от культуры и назначения зерна, но и от влажности зерна, от конструкции зерносушилки, от технологии сушки [56]. Увеличение температуры сушильного агента можно осуществлять лишь в пределах установленных агротехническими требованиями на сушку в зависимости от вида и назначения обрабатываемой в зерносушилке культуры. Наряду с увеличением температуры увеличение расхода агента сушки также имеет свои отрицательные стороны. Как отмечается в работе [83], это, прежде всего, связано с повышением энергоемкости процесса сушки зерна.
Вторым параметром, влияющим на качество зерна при сушке, является температура агента сушки. Величина температуры агента сушки зависит от продолжительности воздействия на зерно, которая в свою очередь зависит от технологии сушки, от культуры и назначения зерна. Температура нагрева зерна и температура агента сушки взаимосвязаны [57], т.е. при сушке поддерживается такая температура агента, при которой достигается необходимый нагрев зерна. В свою очередь эти основные параметры зависят [14, 27, 143]: - от рода зерна (семена разных культур обладают различной термоустойчивостью); - от целевого назначения (предельная температура нагрева семенного зерна в зерносушилках всех типов ниже, чем продовольственного, так макси мальный нагрев семян пшеницы, ржи, ячменя, подсолнечника, гречихи, проса, овса не должен превышать 40 С, при температуре агента сушки - 70 С, а при сушке бобовых культур и риса нагрев семян не должен превышать 35 С, при температуре агента сушки - 60 С); - от исходной влажности зерна (чем выше влажность, тем меньше должна быть температура теплоносителя и зерна, так сухие семена различных культур влажностью около 3% можно без ущерба для всхожести нагревать до температуры 110 - 120 С и выдерживать, в течение 20 мин., а сырые и влажные семена теряют свою всхожесть уже при нагреве до 50 С); - от конструкции зерносушилки (температура теплоносителя в шахтных и зерносушилках при сушке зерна может достигать 150 С, барабанных - 250 С, камерных - 50.. .70 С, рециркуляционных - 350 С); - от физиологического состояния зерна. Оболочки свежеубранных зерен, так же, как и эндосперм, и зародыш еще недостаточно отвердели, и влагапроводящая способность их понижена. В связи с этим термоустойчивость такого зерна снижается по сравнению с термостойкостью зерна, прошедшего послеуборочное дозревание [23]. Чтобы сохранить качество свежеубранного зерна, его сушат при мягких режимах, применяя пониженные температуры теплоносителя (меньше на 20...30 С). Более мягким должен быть режим сушки проросших, морозобойных семян.
Следует помнить, что успех зерносушения зависит не только от соблюдения, оптимальных параметров сушки, но и от состояния зерносушилок и правильности их эксплуатации. Существенное значение имеет и подготовка зерна к сушке, и соблюдение определенных правил ведения технологического процесса. Выводы, цель и задачи исследований Сушка зернового вороха представляет собой сложный технологический процесс, эффективность проведения которого должна быть полностью обоснована не только с технической точки зрения, но и с экономической, что особенно актуально в условиях рыночных отношений.
Существующие зерносушилки обладают рядом недостатков: большая энергоёмкость и металлоёмкость, дороговизна, невозможность сушить материал в небольших объёмах.
Для интенсификации сушки, повышения равномерности нагрева необходима тепловая обработка зерна в тонком слое, толщина которого мало отличается от среднего диаметра зерна.
Большинство таких недостатков отсутствуют в сушилках со спирально-винтовыми транспортирующими рабочими органами, в которых возможно получение тонкого слоя. Такие сушилки позволяют интенсифицировать процесс сушки зерна.
Отсюда вытекает актуальность проблемы разработки теоретических и практических основ совершенствования, а также создания новых эффективных технических средств и технологий на основе спирально-винтовых транспортирующих рабочих органов и использования их в различных сельскохозяйственных процессах.
Анализ научных исследований эксплуатации зерносушилок со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом показывает, что одним из перспективных способов решения проблемы повышения эффективности сушки зерна в таких зерносушилках является применения в устройстве теплоизоляционного кожуха, совмещения операции сушки с операцией охлаждения в одном устройстве, работы зерносушилки по противоточной схеме движения зерна и воздуха, использования теплоты отбираемой у охлаждаемого зерна на сушку.
Целью исследования является снижение энергоёмкости контактной сушки зерна с обоснованием конструктивно-режимных параметров мобильной зерносушилки. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Разработать перспективную конструктивно-технологическую схему мобильной зерносушилки контактного типа со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом, обеспечивающую снижение энергоёмкости сушки. 2. Провести теоретические исследования контактной сушки зерна в мобильной зерносушилке со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом. 3. Изготовить опытный образец мобильной зерносушилки и экспериментально исследовать оптимальные значения конструктивно-режимных параметров. 4. Провести опытно-производственную проверку мобильной зерносушилки и выполнить её технико-экономическую оценку.
Методика экспериментальных исследований
Путем дифференцирования по времени уравнений (2.36), (2.37) кинетики сушки для двух частей второго периода можно получить выражения для скорости сушки. Уравнение скорости сушки в первой части второго периода после простых преобразований примет вид )= XJ{MKn-M)-Y. (2.41) Уравнение скорости сушки во второй части второго периода примет вид =-2,3z2Y(M-Mp). (2.42)
Уравнения (2.41) и (2.42) справедливы при изменении М в диапазонах, соответствующих каждой из частей второго периода. Таким образом, скорость сушки в каждой части второго периода, определенная по предложенному методу, представляется линейной функцией влагосодержания, т. е. действительная кривая скорости сушки во второй период заменяется ломаной прямой. Такой подход является вторым приближением, развивающим широко известный метод А. В. Лыкова, согласно которому в первом приближении принимается, что скорость сушки во второй период уменьшается в зависимости от влагосодержания по линейному закону [96]. Для контактной сушки уравнение (2.42) упрощается, и принимают вид ( dM\ Р- = -2,3XlYM. (2.43) Используем для рассмотрения так называемую относительную скорость сушки, определяемую выражением :Y = l-. (2.44) Ndr v } dM Y = dr Выражения для относительной скорости сушки каждой части второго периода могут быть получены из (2.41) и (2.42) %=2,3z1(Mm-M)-l,rter-wm, (2.45) Y; = 2,3z2 (М-Мр), г/кг- мин. (2.46) Таким образом, относительная скорость сушки в 1-й и 2-й части второго периода зависит только от текущего, критического и равновесного влагосодер-жаний и не зависит от режима сушки. Величина относительной скорости сушки при данном М, как следует из обобщенной кривой сушки M-YT численно равна тангенсу угла наклона кривой в точке с М к оси Yr, т. е., что весьма существенно, Y находится непосредственно из обобщенной кривой сушки r= = tg(M,Yz) = f(M). (2.47) Следовательно, величина Y не зависит от режима сушки и для конкретного материала при данном методе сушки является лишь функцией влагосодержа-ния. Данное заключение представляет собой следствие, вытекающее из метода обобщения кривых сушки, которое совпадает с выводами Г. К. Филоненко относительно приведенной скорости сушки [145]. Метод Г. К. Филоненко вытекает непосредственно из предложенного метода обобщения кривых сушки.
Скорость сушки в любой момент второго периода можно определить по величине Y в первый период для любого режима сушки и величине Y для данного влагосодержания (или времени сушки) по формуле
Изучение сушки и обработка опытных данных, основанные на обобщенных кривых сушки и скорости сушки, позволяют перейти от единичного конкретного опыта к количественным результатам множества случаев, отвечающих различным режимам сушки, без проведения дополнительных экспериментов. Это сокращает время и средства, необходимые для опытного исследования процесса сушки данного материала. Кроме того, предлагаемый анализ процесса сушки и методы обобщения опытных данных могут быть использованы и при изучении динамики сушки, в частности при анализе полей влагосодержания [87]. 2.4.4 Расчёт длительности сушки
Общая длительность процесса сушки тд (без учета периода прогрева) состоит из длительностей сушки в первом периоде TIt в 1-й т, и 2-й г2 частях второго периода [87] тд=тІ+тї + т2, мин. (2.49) Разрешив уравнения (2.27) - (2.29) относительно т и воспользовавшись соотношениями (2.32) и (2.33), получим выражения для расчета длительностей сушки в каждой части процесса. Длительность сушки в первый период равна rt = Мн Мт , мин, (2.50) длительность сушки в 1-й части второго периода 1 , МКР]-МР , слл Wx&TCFt u (2-51) длительность сушки во 2-й части второго периода 1 . МКР2 -МР ґп -0ч Г2= у1г1 мГ мин- (г52) Согласно (2.49) общая длительность процесса ТД у Мн Мк"+ґеж +ґшж гш- (2-53) При отсутствии первого периода в (2.53) вместо Y входит максимальная скорость сушки, а Мкп заменяется на Мн. Если Мр можно приближённо принять равным нулю, то расчётное уравнение упрощается (,, „ 1 , Мге, 1 . м. ТД у - Ig +flg «ж (2.54) Л\ 1V±KP2 Л 2 1V1K J Данный метод расчета длительности сушки обладает высокой точностью. По сравнению с методами А. В. Лыкова и Г. К. Филоненко в предложенном методе нахождение входящих в формулу величин и расчет по ней упростились. Величины МКР1 и МКР2І Х\ и Xi находятся непосредственно из обобщенной кривой сушки в полулогарифмических координатах. Множитель, стоящий в скобках в формуле (2.54), постоянен для конкретного материала при неизменных Мн и Мк и не зависит от режима сушки. Следовательно, величина тд обратно пропорциональна скорости сушки в первый период
При использовании предлагаемого метода расчета длительности сушки отпадает необходимость как в построении кривой скорости сушки, так и в определении приведенного критического влагосодержания, проведении многих опытов по сушке при различных режимах и построении зависимости для определения относительного коэффициента сушки %. Метод позволяет по одной опытной кривой сушки вычислить длительность сушки при любом режиме, если известна величина Y.
Для расчета длительности сушки возможно использование следующего метода, который основан на непосредственном использовании обобщенной кривой сушки в координатах М, Ут и выражения (2.40), определяющего величину (YT)W через Мн. Найдя из обобщенной кривой сушки по заданной величине М величину (YT)W и разделив ее на скорость сушки в первый период, соответствующую требуемому режиму сушки, находим время сушки т = 2ік5мин. (2.55) Это время соответствует сушке определенным методом конкретного материала от начального влагосодержания Мн, при котором строилась обобщенная кривая сушки, до заданного влагосодержания М.
Эта величина, легко находимая из обобщенной кривой сушки, позволяет произвести расчет тд, не определяя величин Zi и Z2 Изучение кинетики сушки позволило полностью описать второй период процесса и определить все его количественные характеристики. По основным параметрам процесса из обобщенной кривой кинетики сушки находится ее длительность, а из обобщенной кривой скорости сушки величина скорости сушки в любой момент процесса. Зная тд и dM/dr можно наметить такой режим сушки, при котором длительность сушки и затраты энергии будут минимальными, а качество высушенного материала высоким.
Зависимость удельных затрат энергии от времени сушки, температуры греющей поверхности и начальной влажности зерна
Выходными параметрами являются производительность мобильной зерносушилки (yj), потребляемая ей мощность (у2), удельная энергоемкость сушки зерна (уз), всхожесть зерна (у4). На основании исследований проведенных многими авторами [12, 14, 19, 23, 30, 55, 57, 76, 96, 99, 120], а также с учетом результатов собственных теоретических исследований сушки зерна и технологических процессов, протекающих в зерносушилках, выбираем из вышеперечисленных управляемые факторы. Оптимальный угол подъёма винтовой линии спирально-винтового транспортирующего рабочего органа х14 определён в пункте 2.2.2. Шаг спирально-винтового транспортирующего рабочего органа хіз зависит от угла подъёма винтовой линии. Диаметр сердечника Хю рекомендуется в пределах 0,8... 1,0 от шага винтовой линии. Диаметр кожуха хц и диаметр проволоки спирали xj2 находятся в тесной взаимосвязи с диаметром сердечника хю и вида материала. По этим причинам факторы хм, хц, xj2, х]3 и х\4 исключаем из числа контролируемых и управляемых.
На основании [76] выбрана оптимальная скорость движения воздуха в мобильной зерносушилке, в связи с чем фактор х6 исключается.
Из анализа исследований сушки зерна вытекает, что одним из наиболее значимых и малоизученных среди контролируемых и управляемых факторов является начальная влажность зерна х5. Время сушки xj тесно взаимосвязано с частотой вращения спирально-винтового транспортирующего рабочего органа х поэтому в качестве контролируемого и управляемого принимаем время сушки xi
Факторы х8, Х9, х15 являются взаимосвязанными. Размеры поперечного сечения загрузочного бункера и выгрузного окна должны обеспечивать требуемую производительность. Поэтому перечисленные факторы тоже исключаем.
Температуры греющей поверхности в зоне нагрева х2, зоне сушки х3 и зоне охлаждения х4 являются взаимосвязанными. В связи с тем, что температура поверхности в зоне охлаждения не может регулироваться, и полностью зависит от температуры греющей поверхности в зоне сушки, принимаем в качестве контролируемых и управляемых факторы х2 и х3.
Таким образом, априорное исследование факторов, влияющих на выходные параметры сушки зерна в предложенной мобильной зерносушилке, позволяет выделить из 15 лишь 4 управляемых фактора: время сушки т- фактор л;/, начальную влажность зерна W - фактор х5, температуру греющей поверхности в зоне нагрева и зоне сушки tj, t2 факторы - х2 и х3.
При сравнительном исследовании зерносушилок в одной климатической зоне трудно обеспечить одинаковые условия опытов для определения производительности, тем более при исследовании в различных зонах страны. Показатели энергетической оценки, как правило, выражают удельными величинами.
Используют различные показатели, характеризующие интенсивность технологического процесса сушки зерна - продолжительность (время) сушки, съем влаги в единицу времени, производительность сушилки и т.д. Эти показатели непосредственно или косвенно определяют скорость сушки; кроме того, они необходимы для расчета удельных энергетических затрат. Основную часть энергетических затрат составляют затраты теплоты на осуществление сушки, поэтому в качестве параметра оптимизации приняты удельные затраты энергии на 1 кг испарённой влаги МДж/кг.
Для осуществления эксперимента предварительно нужно определить граничные условия вышеуказанных влияющих факторов, локализирующие область его проведения.
Минимальное значение времени сушки ограничено необходимостью обеспечения достаточного влагосъёма. Максимальная величина ограничена величиной производительности устройства. Верхний и нижний пределы температуры греющей поверхности ограничены испарением влаги и повреждением зерновки. При низкой температуре греющей поверхности не будет происходить сушка зерна, а при высокой - происходит травмирование зерновки.
Начальная влажность будет варьироваться в пределах, которые возможны в Среднем Поволжье.
На основании выполненных ранее выполненных исследований сушки зерна, поисковых опытов, а также исходя из конструктивных соображений, нами выбраны пределы варьирования основных независимых факторов сушки, представленные в таблице 3.1.
Проведение многофакторного эксперимента с математической обработкой результатов включает в себя: выбор параметра оптимизации, выбор факторов, определение математической модели процесса, составление матрицы эксперимента, определение уравнений регрессии, обработку результатов экспери мента, проверку адекватности уравнений регрессии, оценку значимости коэффициентов, обсуждение результатов эксперимента [4].
Коэффициент вариации является относительным показателем изменчивости. Использование коэффициента вариации имеет смысл при изучении вариации признака, принимающего только положительные значения.
Изменчивость принято считать незначительной, если коэффициент вариации не превышает 10%; средней, если Гвыше 10%, но менее 20%, и значительной, если коэффициент вариации более 20%.
