Введение к работе
Актуальность темы. В связи с сезонностью зернового производства в нашей стране возникает необходимость хранения запасов зерна для их использования на различные нужды в течение года и более. Многовековой опыт показывает, что сохранение человеком зерновых запасов – большое и сложное дело. В связи со снижением объемов заготовок зерна и зерновых продуктов, особенно остро стоит проблема обеспечения сохранности зерна в период первичной переработки и хранения.
Потери зерна при хранении могут свести на нет все достижения сельскохозяйственного производства, направленные на повышение урожайности зерновых культур и рост валовых сборов зерна, обесценить труд, затраченный на выращивание и уборку урожая.
Одной из главных этапов в послеуборочной обработке зерна является сушка.
Основная задача сушки – довести влажность материала до кондиционной. В результате своевременной и правильно проведённой сушки зерна ускоряется процесс его послеуборочного созревания, улучшаются лёжкость при хранении, другие семенные свойства и технологические характеристики.
Необходимость сушки зерна требует контроля его влажности непосредственно в технологическом потоке. Контроль и регулирование процесса сушки зерна практически не автоматизирован из-за отсутствия эффективных приборов контроля влажности зерновых продуктов в технологическом потоке. В связи с изложенным, тема исследования является актуальной.
Цель и задачи работы
Целью работы является разработка неравновесного гигротермического метода и реализация на его основе системы контроля влажности зерна в технологическом процессе сушки.
В соответствии с целью были поставлены и решались следующие задачи:
- анализ условий контроля влажности зерновых продуктов в процессе сушки с целью определения требований к разрабатываемому методу;
- анализ существующих методов и приборов измерения влажности;
- экспериментальная проверка гипотезы о существовании зависимости температуры и влажности сушильного агента и их градиентов по времени на выходе из сушильной камеры от влажности зерна при неравновесных процессах тепло- и влагопереноса;
- теоретическое исследование составляющих методической погрешности гигротермического метода контроля влажности зерна в процессе его сушки и разработка методов их снижения;
- разработка метода контроля влажности в технологическом процессе сушки зерна при неравновесных процессах тепло- и влагопереноса;
- разработка экспериментальной установки и методики экспериментальных исследований;
- экспериментальные исследования гигротермического метода контроля влажности зерна для случая неравновесных процессов тепло- и влагопереноса;
- разработка и испытания системы автоматического контроля влажности зерна непосредственно в процессе сушки.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Определены основные требования к методу контроля влажности в условиях неравновесных процессов тепло- и влагопереноса в зерновых культурах при их сушке.
2. Выявлены составляющие методической погрешности гигротермического метода контроля влажности зерна в процессе его сушки.
Они составляют:
- по внутреннему теплопереносу в зерне 6% (отн.);
- по внутреннему влагопереносу в зерне 8% (отн.);
- по неоднородности зерна по влажности - незначимо;
- по неравномерности температурного и влажностного поля сушильного агента в шахте сушильной камеры 5% (отн.).
3. Предложены структурные, алгоритмические и статистические методы снижения составляющих методической погрешности, которые использованы при разработке метода контроля влажности в технологическом процессе сушки зерна, позволяющего контролировать интегральную влажность всего объема зерна в сушильной камере в условиях неравновесных процессов на основе гигротермического метода.
4. На специально разработанной экспериментальной сушильной установке экспериментально исследована основная зависимость гигротермического метода измерения влажности зерна для различных типов и сортов; методами планирования эксперимента выявлено совместное влияние на результат измерения влажности таких параметров как исходная влажность, тип зерна и температура сушильного агента и показана инвариантность метода к различным видам зерновых культур.
Практическая значимость. Результаты исследований характеристик процесса контроля влажности при сушке зерна, методики экспериментальных исследований и предложенные подходы могут быть использованы при разработке приборов контроля влажности для других материалов и технологических процессов.
Разработанная система автоматического контроля влажности зерна в потоке зерносушилки защищена Патентом РФ на полезную модель № 104296 и зарегистрирована в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10.05.11.
Применение разработанной системы, направленной на повышение точности измерений интегральной влажности зерна по всему объему сушильной камеры зерносушилки позволит обеспечить, как показали испытания и внедрение на Бакалинском ОАО «ХПП - Бакалы» сохранность зерна, при снижении материальных затрат за счет экономии топлива, снижения потерь зерна и повышения его качества. Оценка экономической эффективности от использования системы составила 1,5 млн. руб. в год.
Апробация работы: доклад на V Всероссийской научно-методической конференции (с международным участием) «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике-2009», доклад на Международной научно-практической конференции «Роль классических университетов в формировании инновационной среды регионов-2009», доклад на Х республиканской научно-практической конференции «Информатизация образовательного пространства: опыт, проблемы, перспективы-2009», проект «Система контроля влажности зерновых культур в потоке сушки», представленный на Республиканском Фестивале творческой молодежи г. Мелеуз (диплом I степени, 2010), доклад на VI Всероссийской научно-методической конференции (с международным участием) «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике-2010», доклад на VII Всероссийской научно-методической конференции (с международным участием) «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике-2011».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в т.ч. 1 патент РФ на полезную модель, одна статья в научно-производственном журнале «Пищевая промышленность», одна статья в научно-техническом журнале «Измерительная техника», рекомендованных ВАК России.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Содержит 124 страницы машинописного текста, 21 рисунок, 8 таблиц, список литературы, включающий 134 наименования и 10 приложений.
