CC BY
25
Г рп{^\Хі-\)сп{ и7, г,-Г) ТпіЛ~
х(365 - 2,88 ) +
ау(гі-Хі-1) 1
йуТ
+
Рп(Щп)сп(№,п) №(Ті—і)
100
100 ' /Ъ(^Т|')с'п(иКт2}
л І іт Ач .л ■ ■ I
+
100
Рп(^;гг-,)|
где теплоемкость и насыпная плотность зерна пшеницы [5, 6] определялись соответственно по формулам:
<ШЩ =
0,42 +0.064 Г - 1548. 0.37
МУЛ и/кю
Рп(Щ = 1388 - 3.2 ,
Достижение оценки (12) обеспечивалось ментолом последовательных приближений, по резуль-Рп(У£;,Ті) Сп( ЩтіУ татам которого среднее значение коэффициента теплообмена в процессе сушки зерна пшеницы оказалось равным 115 кДж/с* м3- К.
Для систематических расчетов процесса сушки зерна пшеницы во вращающемся барабане с профильной канальной насадкой разработана программа численного счета среднеинтегральных температур нагрева и средней влажности зерна пшеницы по длине сушильного барабана на ЭВМ ЕС-1022. Экспериментальная проверка предлагаемого метода расчета показала удовлетворительное схождение результатов, что не дает основания для опровержения выдвинутых упрощающих допущений при выполнении вычислений. Максимальное отклонение расчетных кривых от экспериментальных не превышает по абсолютному значению 8,4%.
(8)
(9)
(10)
Для решения (8) с учетом (3), (9), (10) заданы начальные условия:
МО) = ¥н , 7.(0) = П
(II)
В результате машинного эксперимента на ЭВМ ЕС-1022 было найдено среднее значение
объемного коэффициента теплообмена (Ху . Значение СХ\/ подбиралось таким образом, чтобы расчетные значения температуры нагрева зерна Трпасч соответствовали экспериментальным Т^ксп'. При этом выполнялась задача идентификации математической модели (3-11) реальному процессу, которая заключалась в том, что расчетные значения температуры нагрева зерна соответствовали фактическим только в том случае, если при соответствующих реальному процессу режимных параметрах, показателях состава зерна, начальных параметрах сушильного агента существовало такое значение коэффициента (Ху, при котором решение (3-11) удовлетворяло условию:
I Пасч(г) ~ ТпКСП{х)\ <Е.
(12)
ВЫВОД
Предложен метод расчета полей влагосодержа-ний и среднеинтегральных температур нагрева зерна пшеницы в барабанной сушилке с профильной канальной насадкой, основанный на использовании эмпирического уравнения кинетики влагоудаления и уравнения теплового баланса для слоя зерна, рассматриваемого в дифференциальной форме относительно времени.
ЛИТЕРАТУРА
1. Установки для сушки пищевых продуктов: Справочник / М.А. Гришин, В.И. Атаназевич, Ю.Г. Семенов. — М.: Агропромиздат, 1989. — 215 с.
2. Антипов С. Т.. В а л у й с к и й В.Я., К р е т о в И. Т. Барабанный сушильный агрегат с поперечной подачей теплоносителя: Информ. листок. — Воронеж, ЦНТИ.
— 1982. — № 353—83.
3. Л ь в о в с к и й Е. Н. Статические методы построения эмпирических формул. — М.: Высшая школа. 1989. — 268 с.
4. М у з а л и Ю. Совершенствование процесса сушки зерна пшеницы в барабанном агрегате с профильной канальной насадкой: Автореф. дис. ...канд. техн. наук. — Воронеж, ВТИ. 1990. — 24 с.
5. Г и н з б у р г А. С. Основы теории и техники сушки пищевых производств. — М.: Пищевая пром-сть, 1973.
— 528 с.
6. Е г о р о в Г. А. Влияние влажности на плотность пшеничной зерновки // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1959. — № 5. — С. 17—19.
где
£ — некоторое положительное число, определяющее точность вычислений.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 12.!0.92‘
664.723.047.37.001.24
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗЕРНА И ОТХОДОВ В ПАРОВЫХ СУШИЛКАХ
В.Д. КАМИНСКИЙ. С Т. ТАСТАНБЕКОВ Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М.В. Ломоносова
^ ЧШВКЩ технологии производства гречневой крупы в отходах содержится Ъ,0—&,№/о нормального легковесного зерна, которое после сушки можно выделить на концентраторе (сепа_ раторе) и возвратить на переработку в крупу. В этом случае важно исключить перегрев зерна в
смеси с отходами, улучшить его технологические свойства ал'й щя&аенчч?. едра
шелушении. Помимо этого сушка отходов позволяет оставшуюся после выделения нормального зерна смесь использовать как компонент для получения различных видов комбикормов
ЗеоіІ
прел
ша$
ЩИІМ
бунь
шах-
расп
цирі
па]>
тор,
кало
тую
те и
парс]
сына
См ^
наї і
ПОД )і
агент
проді
клю1;)
занг^
В крупяной промышленности отсутствуют устройства для сушки отходов после моечных машин [1, 2]. Наиболее экономично использовать с этой целью паровые сушилки, внеся некоторые конструкторские изменения и определив режимы сушки.
В известных конструкциях паровых сушилок ВС-10-49М [3, 4] осуществляется контактный способ сушки зерна от нагретых труб, в которых циркулирует пар под давлением до 0,3 МПа, при этом отработавший пар и теплый воздух не используются на технологические цели и выбрасываются в атмосферу. Теплообменная поверхность нагрева паровой сушилки 45,0 м^, что требует значительного расхода металла на ее изготовление при низкой эффективности сушки.
Цель нашей работы — перевод паровых сушилок на комбинированный кондуктивно-конвек-тивный способ сушки и выбор ее оптимальных условий, обеспечивающих улучшение технологических свойств зерна и интенсификацию процесса при минимальной теплообменной поверхности.
Предложена конструкция паровой сушилки.
I
2 '
Зерно или отходы загружаются в бункер 1, где предварительно подогреваются в нижнеи части шахты 8 отработавшим агентом сушки, подводящимся через короба 2. Подогретый продукт из бункера 1 непрерывно поступает в вертикальную шахту 4 с горизонтально 3 и вертикально 16 расположенными паровыми трубами, в которых циркулирует пар под давлением. Отработавший пар через паропровод 6 сбрасывается в конденсатор 9, откудз^пароконденсатная смесь подается в калорифер 10, что позволяет использовать скрытую теплоту пара на нагрев калорифера. По высоте шахты 4 установлен коллектор / для отсоса паров влаги, испаряющейся из продукта, и засасывания окружающего воздуха через жалюзи 5. Смесь паров влаги и воздуха вентилятором 11 нагнетается в калорифер 10 для дополнительного подогрева и увеличения сушильного потенциала агента сушки. По мере движения в шахте 4 из продЖта удаляется поверхностная влага. Для заключительного удаления влаги, более прочносвязанной с "материалом, используется
конвективный подвод агента сушки в нижней части шахты 8, позволяющий интенсифицировать процесс и довести продукт на выходе из сушилки до кондиционной влажности. При этом за счет утилизации отработавшей теплоты пара значительно — на 22—33% — снижается расход тепловой энергии. Необходимо добавить, что в предлагаемой конструкции паровой сушилки в 3—4 раза уменьшена поверхность нагрева и соответственно ее металлоемкость. Сушка отходов после гидросепарирования зерна гречихи в моечной машине оценивается производительностью сушилки (скорость сушки) N, коэффициентом цельности ядра Ц, влажностью материала на выходе W, которые определяются температурой Q^ исходной влажностью отходов WH, температурой агента сушки tca, площадью поверхности нагрева Fm, температурой поверхности нагрева паровых труб tm, а также длительностью сушки X.
Для установления качественных и количественных связей между параметрами процесса использовали несимметричный насыщенный квадратичный план Рехтшафнера [5], который является оптимальным для данной размерности К = 6, представляет собой подмножество ПФЭЗК и имеет удовлетворительные статистические характеристики.
Для составления многофакторного плана экс • периментов необходимо прежде всего на основании априорной информации о процессе, а также предварительных опытов определить пределы и интервал варьирования факторов в, WH, tca, tm, Fm X (табл. 1).
Таблица /
№ lac 0и 4 m Aw Aw* N. %/ мин П. кДж/ кг *
1 - - - - - - 0,49 2,6 77
2 - + + + + + 0,2 5,79 78
3 + - + + + + 0,15 3,88 67
4 + + - + + + 0,15 5,51 78
5 + + + - + + 0,15 10,2 64
6 + + + + - + 0,19 4,91 70
7 + + + + + - 0,10 5,51 78
8 + + - - - 0,29 3,15 70
9 - - + - - 0.30 3,31 67
10 + - - + - - 0,24 3,6 76
11 + - - - + - 0.23 4,21 49
12 + - - - - + 0,19 3,8 71
13 - + + - - - 0,34 2,37 62
14 - + - + - 0,23 4,36 89
15 - + - - + - 0,30 3,87 63
16 - + - - - + 0,40 2,38 72
17 - - + + - - 0,41 2,57 70
18 - + - + - 0,33 2,62 69
19 + - - + 0,40 3,93 70
20 - - - + + - 0.30 3,97 68
21 - “• - + - + 0.40 2,57 70
22 - -: + + 0,20 3,97 69
23 - 0 0 0 0 0 0.25 3,32 66
24 0 - 0 0 0 0 0.20 3,34 64
25 0 0 - 0 0 0 0,26 3,24 78
26 0 0 0 - 0 0 0,21 3,85 62
27 0 0 0 0 - 0 0.21 4.16 65
28 0 0 0 0 0 - 0,27 3,26 63
29 0 0 0 0 0 0 0,27 3,26 63
В связи с тем, что после гидросепарирования влага в зерне и отходах является поверхностной, предусмотрено две стадии: первая — подсушивание агентом сушки с температурой tn только конвективным способом, вторая — конвективно-кондуктивная сушка при температурах агента сушки tca, паровых труб tm и площади поверхности паровых труб Fm Для установления оптимального соотношения времени сушки конвективным и конвективно-кондуктивным способами в план экспериментов введена безразмерная переменная:
Д W-
wH - w і
WH - WK ’
(1)
где №н, Wк — начальная и конечная влажность отходов, %;
1Х;1 — влажность, изменяющаяся в процессе сушки (текущая), %, а также безразмер ные значения изменения влажности в процессе сушки:
№1 - Гк
A Wx
wH - wK
(2)
Уровень in, С tca> ^ С F„ 2 AW AW
Верхний (-1) 100 100 140 30-103 0.7 1
Нижний (+1) 60 30 30 10-103 0.1 0
Средний (0) 80 65 85 20-103 0,4 0.5
Шаг варьирования 20 35 55 10-103 0.3 0.5
Для оптимизации процесса сушки отходов в паровой сушилке в качестве критерия выбираем приведенные затраты Я процесса сушки:
П
9?
N
(6)
Определение коэффициентов значимости в уравнении регрессии проведено для уравнения вида:
* ЦпЛсаЛт,Рт,Ш,№Х), (3)
описывающего кинетику процесса сушки отходов в паровой сушилке.
Таблииа 2
В результате экспериментов, проведенных по плану варьирования интервалов (табл. 2), и обработки экспериментальных данных на ЭВМ по специальной программе получены следующие уравнения регрессии:
Л' = 0,269 — 0,058 Л', — 0,024 Х2 —0.022 Х4 —
— 0,006 Хз — 0,048 *5 — 0,015 Х6 + 0,043 X? -—0,04X^—0,032X1—0,007X1 + 0,016X1 +
+ 0,016*1X2 + 0,001Х1Хз + 0,003X1X4 +
+ 0,015X1X5-0,007X1X6—0,01 Х2Х3-
— 0,021X2X4 + 0,012 Х2Х5 + 0,024ХгХб +
+ 0,005 Х3Х4 + 0,006 ХзХб + 0,009X4X5 +
+ 0,022 Х4Х6— 0,012X5X6 ; (4)
Ц = 66,17 —1,75 XI + 1,86X2— 1,23Х3 + +3,79X4 —1,80X5— 0,21Хв + 2,19X1—3,22 Х§+ + 13 57Х§— 7,15Х| + 0,64 Х§— 2,34 X? +
+ 0.82 Х1Х2 + 0,77 XIХ3 + 1,22X1X4—
— 1,54 Х1Х5 + 0,60Х1Хб— 1,57 Х2Х3+
+ 3,42X2X4— 0,90 Х2Х5— 0,21 Х2Х6 — —0,79 Х3Х4 +3,12 Х3Х5— 0,17ХзХ6 +
+ 1,06 Х4Х5—1,81 Х4Ль + 1.93X5X6. (5)
где N — производительность сушилки, кг/ч;
Q3 — общие затраты теплоты на процесс сушки, кДж/ч.
При использовании этого критерия поверхность отклика описывается уравнением:
/7 = 3,175 + 0,2064Xi + 0,366Х2 + 0,3915Х4 + +0,4036 Х5+ 0,1368X6—0,1833X1 + 0,3015X1+ +0,5994Х§ — 0,05613XiX2— 0,03933XiX3-—0,0488XiX4 —0,0859 Х1Х5— 0,0736XiX6 + + 0,04596 Х2Х5 + 0,4615 Х2Х4 +
+ 0,1494X2X5— 0,1058Х2Х6— 0,1863 Х3Х5 + + 0,2559 ХзХб + 0,06918 Х4Х5— 0,166Х4Хб. (7)
На ЭВМ «OPTIMUM* разработана программа, обеспечивающая поиск оптимальных условий проведения процесса сушки методом половинного деления. В результате расчета на ЭВМ ЕС-10-22 получены оптимальные параметры процесса сушки по производительности работы сушилки: t„ = 100°С; ^ = 30°С; tm = 140“ С; Fm = 15,7 м2, обеспечивающие минимальные затраты энергии. На основании анализа коэффициентов уравнения регрессии (7) можно сделать вывод, что основными факторами, влияющими на критерий оптимизации, являются: граница перехода от первой стадии ко второй Ди^ а также tmi tca и tn.
Оптимальные условия процесса сушки по критерию коэффициента цельности ядра:
t„ = 60°С; tca = 34°С; tm = 140“С; Fm = 11,5 м2-Паровую сушилку описанной конструкции серийно выпускает Одесское малое государственное предприятие «Элае».
ВЫВОДЫ
1. Предложенный тип сушилки за счет утилизации теплоты отработавшего пара и комбинированного кондуктивно-конвективного способа сушки позволяет снизить металлоемкость в 2—3 раза в сравнении с существующей модификацией ВС-10-49М.
2. Разработана программа определения оптимальных условий сушки зерна и отходов по производительности работы паровой сушилки при минимальных энергетических затратах и по приведенным затратам процесса сушки.
3. Оптимальные условия процесса сушки по критерию коэффициента цельности ядра определяются параметрами:
tn - 60°С; ^ = 34°С; tn = 140°С; Fm - 11,5 м2-
ЛИТЕРАТУРА
1. Каминский В. Д., Остапчук Н.В. Производство крупы. — К.: Урожай, 1992. — 58 с.
2. Каминский В.Д.. Шатохин В.В. Новая технология гидросепарирования зерна гречихи // Хлебопродукты.
— 1990. — № 3. — С. 39—41.
3. Г р и н б е р г Е. Н, Производство крупы. — М.: Агропромиздат, 1986. — 89 с.
4. Мельников Е. М. Основы крупяного производства.
— М.: Агропромиздат, 1988. — 187 с.
5. Налимов В. В.. Голикова Т.И. Логические основы планирования экспериментов. — М.: Металлургия, 1980. — 152 с.
Кафедра процессов и аппаратов
пищевых производств Поступила 10.11.92
таї
те}
леі
дав
леі|
noj
ле^
устI ван тер
НИ)
нос
npj
зац
тра
C0KI
жи
ски
про
чае-
пос,
ных
экст
но
варі
завк
цесс
ние
пои
ВКЛ(
обог
ЦИЮ
ppeiv
экст;
слез
МЫ I
цель дени ДЄЛ5 ПОСЛІ де ВС
с
акаде
тута
НЫ 3
теста
этого
ВИСК(
КОНД]
ре or метрі после труда
J
