CC BY
36
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕЛИОВАКУУМНОЙ СУШКИ В АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ
УДК 662.997
Карима Норкулова,
доктор технических наук, профессор, проректор, Жасур Сафаров,
кандидат технических наук, заведующий кафедрой, Шахноза Султанова, старший преподователь, Машъал Маматкулов,
младший научный сотрудник,
Ташкентский государственный технический университет имени Абу Райхана Беруни
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕЛИОВАКУУМНОЙ СУШКИ В АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ
<ХХХ><Х>0<>0<>0<>«<><>0<>0<>0<>0<><><><^^
Рассматривается способ гелиосушки, позволяющий обезвоживать продукцию при вакууме с помощью инфракрасных лучей. Существующие системы вакуум-сушки требуют применения специального вакуум-насоса, потребляющею электроэнергию и воду для охлаждения. Предлагаемая схема одновременно - новый тип вакуумного насоса, работающего только за счет солнечной энергии. Представлена интегральная схема нового принципа, работающая в циклическом режиме сушки с гелиовакуумным насосом.
S u m m a r y
In the article the method of drying gelio allowing dehydrate products at low vacuum with the help of infrared rays. The existing system of vacuum drying require the use of special vacuum pump, electricity consumption and water for cooling. The proposed scheme at the same time - a new type of vacuum pump, operating only by solar energy. It presents a new principle of integrated circuit operating in cyclic mode with gelio-drying vacuum pump.
Ключевые слова: сушка, гелиовакуум-насос, энергия, автоколебания.
Keywords: drying, gelio vacuum pump, energy oscillations.
Известно, что использование гелиоэнергии позволяет обходиться без потребления электроэнергии. Но температура сушки при использовании солнечных лучей не высокая. Длительность процесса сушки влияет на качество конечного продукта. Но для процессов сушки существует особенность - это возможность сушить при относительно низких температурах, составляющих порядка 50-60 0С [1-2].
Солнечное излучение можно также использовать для энергообеспечения различных технологических процессов, таких как опреснение минерализованных вод, сушка сельскохозяйственных продуктов, выращивание растений в теплицах и др. [3-7].
Использование вакуума для сушки позволяет снижать температуру кипении внутри вакуум-камеры и тем самым достигать эффективного объемного мелкого испарения влаги из обезвоживаемого объекта. Но для того чтобы достигать даже этих температур и вакуума трудно технически предложить решение, так как
если в условиях вакуум-передачи тепла оно конвективное, то в вакууме его нет.
В условиях вакуума хороший эффект дает инфракрасное облучение обезвоживаемых объектов. Как получить инфракрасные облучения, где излучатель достигает температуры 250-300 0С? С помощью теплоносителя воды это невозможно, так как пришлось бы иметь дело с высоким давлением водных паров. Поэтому выбираем в качестве теплоносителя масло, парафин и т.д.
Повышение температуры теплоносителя реализуем с помощью параболических концентраторов, где в фокусе параболы имеется двухслойная труба по подобию китайских нагревательных труб. Эти трубы внутри имеют масло, а второй слой - разряженный воздушный слой с низкой теплопроводностью и высокой оптической проницаемостью.
Предлагаем следующую интегральную схему сушки с гелиовакуумным насосом (рис.).
ю
/
12
1,2- резервуары;
3 - трубы для теплоносителя;
4 - гелионагреватель;
5 - грузы, плавающие в воде;
6,7 - клапаны, связанные с грузом;
8 - бароконденсатор;
9 - вакуум-сушильная камера;
10 - стабилизатор;
11 - трубы для сифона;
12 - дистиллированная вода.
Рис. Основная технологическая схема сушки с гелиовакуумным насосом
№ 5/2015
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ
Системы водоснабжения заполняют резервуар 1. Открываем краники, имеющиеся в трубках 3, и горячий поток масла, проходя через металлические трубки, находящиеся внутри резервуара 1, резко перегревает верхний слой воды. Вода, превращенная в пар, увеличивает давление в верхних частях резервуара до 2 атм при температуре пара 120 0С.
Объем воды, которая испарилась при данных физических условиях, превышает свой первоначальный объем в 800 раз. Поскольку горячая вода верхнего слоя менее плотная, чем нижележащего, то конвективный теплообмен в данном процессе исключается. Но вода имеет также теплопроводность, хотя и низкую, поэтому происходит частичная теплопотеря за счет нагрева верхней части воды, который обозначим как Ду если полный объем резервуара V.
В результате повышения давления происходит подъем воды по трубке 11, вода заполоняет резервуар 2. В процессе подъема воды клапан 6 закрывается за счет тяжести груза. При достижении заданного уровня воды клапан может открываться. В резервуаре 2 после заполнения водой наступает такой момент, когда груз становится тяжелее за счет отсутствия архимедовой силы в первом резервуаре, так как в этот момент груз становится частично висячим. Итак, происходит опрокидывание, и резервуар 1 заново заполняется водой. Для того чтобы разница давлений между резервуарами осталась равной 1 атм, в этот момент выпускается пар из клапана 6.
Внутри резервуара давление становится равным атмосферному. Снижение давления в резервуаре 1 позволяет его заполнять до прежнего уровня за счет стабилизатора уровня воды, работающего по принципу автопоилки для птиц. Эта вода в количестве Ду равном потерянной воде, испаряемой резервуаром 1.
Итак, система 1-12 создает вакуум с давлением -0,9 атм в камере 9 периодическим образом, учитывая эффект автоколебательного резонанса. Клапан 7, открывается, когда вакуум образуется в резервуаре 2. Роль груза для струнок 6 и 7 аналогична функции груза 5 и струнки 6. Теперь рассмотрим систему 4 и 9. Нагретое масло поступает в камеру 9, далее, с помощью разветвленных сетей более мелких трубочек, излучает ИК-вол-ны внутри камеры 9. Облученный объект 4 нагревается, влага испаряется при условиях вакуума.
Система 12 - это выход дистиллята, конденсирующегося внутри барометрического конденсатора 12. Заметим, что дистиллят может содержать эфирные масла.
Период автоколебаний зависит, в основном, от двух факторов - времени заполнения (то есть времени опрокидывания) и времени образования паров воды. Он также зависит от конструкции теплообменника, диаметра труб теплоносителя, температуры теплоносителя, диаметра опрокидывающей трубки.
Еще одним отличительным преимуществом данной конструкции является то, что всегда после подъема остается остаточная вода, причем нагретая, и при более длительной эксплуатации нагревается весь объем примерно до 100 0С, время образования паров резко сокращается, кроме того, по мере работы насоса, увеличивается его КПД.
Сделаем расчет для клапана 7, где груз открывает клапан когда достигает максимального натяжения. Давление на клапан при образовании разряжения будет Р=1-2 атм, в то же время внешнее давление остается 1 атм. Отсюда вывод, клапан 7 должен быть заперт при силе 1 атм^ до уровня 2 атм^, где
S - площадь, занимаемая клапаном 7. Если пружина такая, что с помощью нее клапан отрывается лишь при силе F<1 атм, то необходимо чтобы сила сняти груза была больше 1 атм, что соответствует дополнительной силе, равной плотности воды, умноженной на подводную часть объема висящего груза:
ратм . £ < рвода . уеруз ^
глатм ° — -
10 "Н/м1
м
S<
угруз
М
где V11'5'3 - потопляемая часть груза.
Аналогично верно, что система 2 выполняется и для клапана 6. Для увеличения эффективности часть конденсата от барометрического конденсатора направим в емкость 10. В результате многоцилиндрических работ в рабочих камерах остаются лишь дистиллированная вода и эфирные масла от обезвоживаемого объекта. Кроме того, система исключает химические вещества, а также применение электричества, что особенно себя оправдывает в курортных и заповедных зонах.
Таким образом, получена принципиально новая конструкция, позволяющая работать без приближения электроэнергии, вакуум-насоса и применения керамического излучателя ИК-волн. Простота схемы позволяет легко осуществлять ремонтные работы и обеспечивает длительную эксплуатацию этого оборудования.
Литература
1. Климов С.В. Конструктивно-технологическая схема и оптимизация параметров гелиосушилки для досушивания травы принудительным вентилированием: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 1991. 16 с.
2. Норкулова К.Т., Сафаров Ж.Э., Жумаев Б.М. Способ сушки с сохранением биологически активных веществ в составе плодов шиповника / VIII Московский Международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития». М., 2015. С. 435-436.
3. Искандаров З.С., Рахматов О., Саломов М.Н., Ахмедов Ш.К., Рашидов А.С. Двухкамерная солнечно-топливная сушильная установка для сельскохозяйственных продуктов // Гелиотехника. Ташкент. 2011. № 1. С. 30-33.
4. Узаков Г.Н., Вардияшвили А.Б. Влияние интенсивности солнечного излучения на усушку продуктов в плодоовощехрани-лищах // Гелиотехника. Ташкент. 2011. № 1. С. 33-38.
5. Авезов Р.Р., Барский-Зорин М.А., Васильева И.М. и др. Системы солнечного тепло- и хладоснабжения. М.: Стройиздат, 1990. 328 с.
6. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М.: Энергоатомиздат, 1991. 208 с.
7. Маматкулов М.М., Абдурахманова З.А., Султанова Ш.А., Косимов Б.Ш. Применение многокаскадного гидровакуумного насоса для сушки сельскохозяйственных продуктов // Вестник ТашГТУ. 2014. № 4. С. 165-169.
Международный сельскохозяйственный журнал
