CC BY
229
664.723:633.11
РАСЧЕТ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ В БАРАБАННОЙ СУШИЛКЕ С ПРОФИЛЬНОЙ КАНАЛЬНОЙ НАСАДКОЙ
И.Т. КРЕТОВ. М.Г. ПАРФЕНОПУЛО, А Л. ШЕВЦОВ Воронежский технологический институт
В настоящее время для сушки зерна широкое распространение получили барабанные зерносушилки с различными конструкциями внутренних насадок [1]. Они достаточно просты в изготовлении. надежны в эксплуатации, обладают высокими технико-экономическими показателями. Однако недостаточное развитие общей теории для описания процессов тепло- и массообмена и отсутствие экспериментальной информации о ходе сушки в аппаратах такого типа существенно сдерживают проектирование новых высокоэффективных барабанных агрегатов и их внедрение в производство.
В данной работе предлагается метод расчета полей влагосодержаний и среднеинтегральных температур нагрева зерна пшеницы в барабанной сушилке с профильной канальной насадкой.
Экспериментальное изучение кинетических закономерностей процесса сушки осуществляли на опытной барабанной сушилке [2], профиль насадки которой показан на рис. 1. Основное
И**. И
достоинство сушилки заключается в рациональном использовании потенциала сушильного агента, так как он подается только в те щели насадки, над которыми находится слой зерна. В качестве сушильного агента использовался подогретый воздух, параметры которого варьировались в следующих пределах: температура Т = 313—333 К, скорость движения V = 2,0—4,0 м/с. Гидродинамическое сопротивление продуваемого слоя в зависимости от начальной влажности зерна изменялось от 0,45 до 3,47 кПа, а процесс проте-
кал в режиме «фильтрации», т.е. практически отсутствовал унос частиц с отходящим сушильным агентом. Частота вращения барабана поддерживалась постоянной п = 1 об/мин. Рациональные режимы сушки получены для степени заполнения барабана зерном = 25—35%.
Опыты проводились с зерном пшеницы продовольственного назначения сорта Мироновская с нормальной клейковиной. Перед сушкой зерно предварительно замачивалось и увлажнялось до достижения величины начальной влажности Гн = 28—30% к общей массе продукта.
Из обработки экспериментальных данных следует, что при сушке зерна пшеницы отсутствует период постоянной скорости сушки, весь процесс протекает в периоде падающей скорости сушки. Экспериментальные кривые сушки и полученные методом графического дифференцирования кривые скорости сушки, представленные на рис. 2, свидетельствуют о наличии только второго периода.
Я
(9
6
10
(в
ГГ
<3
/1
I
У
к
¥
1 \
Л Ч в л
\\ V <
У/
/ А 3 ^1
Ш
{*
А*
13
а
Й*
я*
Рис. 2. Экспериментальные кривые сушки и кривые скорости сушки зерна пшеницы:
Т = 423 К: 4 - 3,5; Ё
и. м/с: / - 2: 2 = 0.3: 'А' = 22°/;
- 2.5: 3 - 3.0:
Экспериментальные кривые сушки носят экспоненциальный характер и к концу сушки асим-
птотически приближаются к установившемуся значению равновесной влажности Шр_ Поэтому в качестве аппроксимирующей функции было использовано уравнение А.В.Лыкова для второго периода сушки:
(1)
Эмпирическая модель кинетики сушки зерна пшеницы была представлена в следующем виде:
(2)
где К, т, п и р — параметры модели, Г — время.
Для определения параметров модели К, т, п, р был использован метод средних [3], который позволил при сравнительно несложных вычислениях обеспечить достаточно высокую степень со-йтветствия модели (2) экспериментальным данным. Параметры К, т, п и р оказались равными: К = -8,22 * 10-15, т = 5, п = 2, р = -2, причем каждый из них определяет степень влияния Т, и и § на величину а формула (2) принимает вид:
ехр [-8,22-10~15 (Г-273)5 «2 Г2 т]
(3)
Адекватность модели (3) реальному процессу проверена по ^ - критерию [4].
С учетом требований разработки технологических режимов сушки зерна пшеницы во вращающемся барабане с профильной канальной насадкой были проанализированы соотношения между температурой зерна и его влажностью в процессе сушки при различных значениях скорости и температуры сушильного агента, степени заполнения барабана зерном для вертикальных сечений, расположенных по длине сушилки на разных расстояниях от загрузочной воронки. Для этого по опытным данным, представленным в виде кривых сушки - Дй и прогрева Тп = /(г), были
построены температурные кривые, представляющие собой зависимость температуры зерна пшеницы от его влажности Тп = /(№0. Следует заметить, что значения температуры нагрева зер на являются в известной мере условными, так как в опытах нами фактически измерялась не температура отдельных зерен, а температура зерновой массы или слоя. На рис. 3 показана область допустимых технологических свойств зерна пшеницы, определяемая зависимостью Тп = /(и7). Движение по границе этой области определяет наиболее интенсивные температурные режимы, которые могут применяться без ущерба для качества высушиваемого зерна. При обработке температурных кривых функциональная зависимость, однозначно связывающая допустимую температуру нагрева зерна с его влажностью, была представлена уравнением прямой:
т0-Ч Ш
.(4)'
где Т0 = 365 и <? = 2,^5 - эмпирические коэффи
циенты.
Формула (4) справедлива в интервале значений XV£Е [10, ЗС].
Для расчета средних температур нагрева зерна пшеницы использовалось уравнение теплового баланса:
4 рп (Г,г) с (Г,г) Тп (Жг)]
ёх
—ССу \ Т Тп X
гй {Щт)/100 • р,і (Жг)]
Ея
(5)
где рп( IФ,т) — насыпная плотность зерна, кг/м3; (Ху — объемный коэффициент теплообмена, кДж/с ■ м3 • К; г — удельная теплота испарения, кДж/кг; Сл(У7,т) — теплоемкость зерна, кДж/кг - К. При интегрировании уравнения (5) задавался постоянный шаг дискретизации процесса по времени А Г и весь процесс сушки разбивался на / = (1,Л0 интервалов:
1
Гі /
Г/~~1 т,—
аь'
Ті — Ті-
Ті
- / Тйх -
дх
ССу
ск ■■
Г/
Ті
I Тп(№,т)ёт+
Ті—1
+
г 1,:
■— /
I - Ті-1 т
Цу(г)/100 ■ рп(УР,т) (к
ск.
(6)
Считая, что температура зернг на бесконечно малом интервале времени не изменяется, т.е.
'п I — 1
Ті
--. / Тп(\Щ ск, (7)
—I
и прогнозируя температуру нагрева зерна на каж^ дом последующем интервале времени с помощью ограничения (4), уравнение (6) после интегрирования и необходимых преобразований приведено к виду:
Рис. 3
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(Щт'і) 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 , ТЛО) = П
(II)
В результате машинного эксперимента на ЭВМ ЕС-1022 было найдено среднее значение
объемного коэффициента теплообмена (Ху . Значение (Ху 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
шаЯ'
ЩИМ
бунь
шах-
расп
цирі
па]>
тор,
кало
тую
те и
парс]
сына
См ^
наї і
ПОД )і
агент
проді
клю1;)
занг^
