CC BY
68
УДК 631.365.25:633.853.494
ТЕПЛООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ
КОМБИКОРМОВ
В.И. Сыроватка, академик РАН, заведующий отделом
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: [email protected]
Аннотация. Высокотемпературная обработка (200-5000С) эффективно применяется в течение последних 100 лет во многих отраслях народного хозяйства. Целесообразно использовать наработки передовых отраслей в сельском хозяйстве, в технологии производства комбикормов, где высокотемпературная обработка повышает их питательную ценность и обеззараживание. На базе теоретических и практических достижений теплотехники и термодинамики пытаемся обосновать методы расчета удельных затрат энергии и оптимальных параметров реакторов для обработки комбикормов. Уделено внимание анализу второй зоны диаграммы Р,Т перегретого пара, где при температуре 300-3740С, давлении 12-21МПа, экспозиции 30-60 с возможно получить высокие результаты тепловой обработки комбикормов, фуражного зерна, сои и рапса. Представлены апробированные и наиболее доступные математические зависимости для расчета теплоты в устойчивых режимах и фазовых переходах. Показаны особенности конвективного теплообмена в двухфазовых потоках. По результатам анализа тепловых процессов предложена линия производства вспученного фуражного зерна. Вспученное зерно кукурузы эффективно применяется в свиноводстве для различных половозрастных групп. Предложена простая технология. В приемный бункер, заполненный зерном, подается из реактора отработанный пар при температуре 120-1500С и в течение 15-20 мин. зерно обрабатывается паром, затем увлажненное и подогретое зерно перегружается в реактор, где при температуре в области критической точки обрабатывается 30-60 с и выгружается в камеру разгрузки. Влага, содержащаяся в зерне, и нагретая в реакторе до 300-3700С при атмосферном давлении мгновенно испаряется и за счет перепада давления взрывается. Зерно разрыхляется и увеличивается в объеме в 3-5 раз. Важно и то, что линии нормализации, экструдирования и гранулирования, которые сейчас используются в комбикормовых цехах, заменяются одной поточной линией -высокотемпературной обработки фуражного зерна или комбикормов.
Ключевые слова: теплопередача, температурный градиент, теплопроводимость, закон Ньютона-Рих-мана, конвективный теплообмен, двухфазные потоки, псевдоожиженный слой, фазовые переходы.
В основу процессов теплопереноса поло- актора, м3; Т - температура теплоносителя,
жен основной кинетический закон, согласно К. Для установившегося процесса количе-
которому скорость теплопередачи (um) прямо ство теплоты, передаваемой в единицу вре-
пропорциональна движущей силе и обратно мени, на основе уравнения (1.1) находят по
пропорциональна термическому сопротив- формуле
лению, [1] при этом Q = km- Atc ■ F , (1.2)
u = = (1 i) где km - средний для теплового процесса
m Ft Rm' коэффициент теплопередачи, характеризу-
где Q - количество передаваемой тепло- ющий скорость процесса теплопередачи,
ты, Дж/с=Вт; F - поверхность теплопереда- km = 1/Rm.
чи, м2; т - продолжительность процесса, с; Зависимость (1.2) называют основным
АГс - средняя разность температур между кинетическим уравнением процесса тепло-
теплоносителями, К; Rm - термическое со- передачи.
противление процессу теплопередачи. Тепловая нагрузка в процессах тепло-
Rm = — - значения механического эквива- передачи В основе пр°цесс°в обмена теп-
т лотой между горячим и холодным теплоно-лента, которые экспериментально вычислил
сителем лежит закон сохранения энергии,
Майер, представлены в таблице, где P - ра-
2 согласно которому энергия не исчезает, а пе-
бочее давление, кг/м2; V - рабочий объем ре- ~ ,
' ' ^ ^ реходит из одной формы в другую, и следо-
вательно, тепловой поток от горячего теплоносителя передается потоку холодного теплоносителя и возмещает тепловые потери в процессе.
Передача теплоты от нагретых тел к холодным происходит в результате разности температур, при этом, согласно закону сохранения энергии, количество переданной теплоты пропорционально массе теплоносителя, его теплоемкости и разности температУР:
д = М-с-АТ , (1.3)
где Q - количество передаваемой теплоты в единицу времени (мощность теплового потока), Дж/с = Вт; М - массовый расход теплоносителя, кг/с; с - удельная теплоемкость теплоносителя - количество теплоты, необходимое для повышения температуры одного килограмма вещества на один градус, Дж/(кгК); ДГ - изменение температуры теплоносителя на участке теплопереноса, К.
Мерой накопленного запаса теплоты в единице массы теплоносителя является энтальпия - теплосодержание, измеряемое в Дж/кг.
Температурное поле, температурный градиент. В основу процессов переноса энергии в пространстве (и теплоты как разновидности энергии) положены атомно-мо-лекулярная теория строения вещества и законы термодинамики [2].
С точки зрения современной физики перенос теплоты в пространстве (или через объем вещества) представляет собой молекулярный перенос посредством движения молекул, атомов и электронов и называется теплопроводностью. Энергия движения молекул передается в пространстве самопроизвольно в форме лучистой энергии в направлении от большей температуры к меньшей. Следовательно, в пространстве формируется определенное температурное поле как функция пространства и времени Т=^х, у, z, т).
При переносе теплоты в трехмерном пространстве можно выделить изотермические поверхности (поверхности с одинаковой температурой). Для характеристики темпа изменения температуры в пространстве по направлению к изотермическим поверхно-
стям используется понятие температурного градиента.
Температурным градиентом называют отношение изменения температуры между изотермическими поверхностями к расстоянию между ними (Ди), измеренному по нормали, при этом
¿Й,© = £ = (14)
Температурный градиент можно выразить в направлении соответствующих осей координат трехмерного пространства, соответственно, получим:
йТ йТ йТ
дгайТх = ——, дгайТу = ——, дгайТ2 = ——
Ил Цу Ц/
Тепловой поток возникает только при условии, что температурный градиент не равен нулю, при этом тепловой поток направлен от большей температуры к меньшей - в сторону понижения температуры. В то же время положительный вектор температурного градиента направлен противоположно тепловому потоку.
Температурный градиент в наибольшей мере изменяется по нормали к изотермическим поверхностям. Для установившегося (стационарного) теплового процесса ^ТНт) = =0, для нестационарного (неустановившегося) теплового процесса ^Т^т)ф0 .
Коэффициент теплопроводности. Количество теплоты, передаваемой от теплоносителя через единицу поверхности теплопередачи в единицу времени, называют удельным тепловым потоком qm
^ = Ят, (1.5)
Закон Фурье. Изучая теплопроводность в твердых телах, французский физик Фурье установил зависимость между удельным тепловым потоком и температурным градиентом, при этом найдено
Чт = -Л' дгайТ = -Л (£), (1.6)
где X - коэффициент пропорциональности, названный коэффициентом теплопроводности.
Знак минус в уравнении (1.6) показывает, что тепловой поток и температурный градиент направлены в противоположные стороны.
Приравняв уравнения (1.5) и (1.6) и решив их совместно относительно количества теплоты, передаваемого теплопроводностью, получим
О = (1.7)
Уравнение (1.7) в математической форме выражает закон Фурье - закон переноса теплоты теплопроводностью.
Согласно закону Фурье, количество теплоты, передаваемой теплопроводностью, прямо пропорционально температурному градиенту, площади поверхности теплопередачи и времени.
Записывая уравнение (1.7) применительно к однородной твердой пластине толщиной 3, в которой теплота распространяется теплопроводностью от нагретой стенки к холодной, получим зависимость (V
Q = Л-
-tx)
Ft,
(1.8)
где X - коэффициент теплопроводности; U , /х температуры нагретой и холодной противоположных поверхностей стенки соответственно; S - толщина стенки; F - площадь поверхности стенки; т - время.
Решив уравнение (1.8) относительно коэффициента теплопроводности и подставив размерность входящих величин, получили
, Q^S Дж ■ м 1 Г Вт 1
л = 7-ч-= —^- = - , (1.9)
(t-t) ■ F ■ т Ym2cK\ Lm К v у
Коэффициент теплопроводности показывает, какое количество теплоты передается теплопроводностью в единицу времени через слой вещества толщиной 1 м с поверхностью теплопередачи 1 м2 при разности температур на поверхности стенок в один градус.
Таким образом, коэффициент теплопроводности относится к теплофизическим константам вещества и характеризует теплопро-водящие свойства материала или среды в определенном диапазоне температур.
Перенос теплоты теплопроводностью иногда в литературе называют кондуктив-ным переносом от английского «thermal conduction».
Способы конвективного переноса теплоты в однофазовых потоках. Наиболее распространенным способом переноса теплоты в природе и в промышленных аппара-
тах и установках является конвективный теплообмен, происходящий в ядре потока и вблизи разделяющей стенки, возникающий в результате контакта, перемешивания и перемещения в пространстве макрообъемов теплоносителя. Конвективный теплообмен -итоговый процесс переноса теплоты в результате совместного и одновременного действия теплопроводности и конвекции в перемещающейся среде теплоносителя.
Если движение потоков теплоносителя относительно стенки протекает самопроизвольно, под влиянием разности температур и, как следствие, разности плотностей среды и действия гравитационных сил, то такое движение получило название естественной (свободной) конвекции.
Если движение потоков среды вызвано использованием внешних сил (действием давления, перемешивающих устройств, насосов и др.), то такое движение и происходящий при этом теплообмен называют вынужденной (принудительной) конвекцией.
Конвективный перенос теплоты из ядра потока теплоносителя к стенке (для горячего теплоносителя) или от нагретой стенки в ядро потока холодного теплоносителя называется теплоотдачей.
Закон Ньютона-Рихмана. Основным закон о м конвективного переноса теплоты является закон Ньютона-Рихмана [3], согласно которому количество теплоты, передаваемое в единицу времени конвекцией, прямо пропорционально площади поверхности теплообмена и разности температур между ядром потока и стенкой (для горячего теплоносителя) или между стенкой и ядром потока (для холодного теплоносителя), при этом
Q = аг (гг - гст) ■ (:2.0)
где аг - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи горячего теплоносителя; tг, Ът - температуры ядра потока горячего теплоносителя и стенки соответственно.
Решив уравнение (2.0) относительно коэффициента теплоотдачи, получили
аг =
-(Рг tern) ■ F-
Вт т2 ■ К
(2.1)
В данном случае коэффициент теплоотдачи для горячего теплоносителя показывает, какое количество теплоты передается в единицу времени конвекцией из ядра потока теплоносителя к стенке площадью 1 м2 при разности температур между средой и стенкой в 1 градус.
Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена. Как отмечалось, конвективный теплообмен в движущемся потоке теплоносителя происходит за счет одновременного действия механизмов переноса теплоты теплопроводностью и конвекцией. Процесс распространения теплоты в сплошной среде посредством теплопроводности и локальное изменение температуры в элементе неподвижной среды описываются уравнением Фурье (1.7). При конвективном теплообмене элемент объема потока теплоносителя перемещается из одной точки пространства в другую с определенной скоростью, при этом необходимо учитывать полное изменение температуры элемента как за счет теплопроводности среды, так и за счет его конвективного перемещения. Количество передаваемой теплоты и полное изменение температуры в элементе объема теплоносителя при его перемещении в пространстве с определенной скоростью учитывают дифференциальным уравнением, при этом получено (2.2)
dQk = р-с + + ^^йУ- йт,
где (д^ дх), (Й ду), (^ д£) - градиент температуры в направлении соответствующей оси координат; Wx, ^у, - векторы скорости потока в направлении соответствующих осей координат, р - плотность теплоносителя, кг/м3 .
Количество теплоты, передаваемой теплопроводностью в элементе объема неподвижной среды, определяется дифференциальным уравнением теплопроводности, при этом
= Я—2 + ^ + (23)
Общее количество теплоты, передаваемой теплопроводностью и конвекцией в элементарный объем теплоносителя, приводит к изменению температуры в этом элементе объема и равно
dQ = dQm + dQk = йУ - р - с - — - йх (2.4)
Зависимость (2.4) является математическим описанием модели распределения температуры в движущемся потоке теплоносителя одновременно теплопроводностью и конвекцией и называется дифференциальным уравнением конвективного теплообмена в движущейся среде - уравнением Фурье-Кирхгофа.
Коэффициент теплоотдачи изменяется в широких пределах в зависимости от агрегатного состояния, физико-химических свойств теплоносителя и режима течения потока. В связи с этим при расчетах теплообменного оборудования чрезвычайно важно уметь выбрать правильно вид используемого теплоносителя и пространство, в которое его следует направить с целью повышения значений коэффициентов теплоотдачи, а также использовать для этих целей методы интенсификации теплообмена.
Чтобы можно было оценить скорость конвективного теплообмена, ниже в таблице приведены ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи в теплообменниках промышленных установок при конденсации и испарении теплоносителей.
Проблема расчетов теплообменных процессов в двухфазных потоках является чрезвычайно актуальной и весьма сложной, поэтому ниже представлены рекомендации, используемые в практических расчетах теп-лообменного оборудования. Некоторые характеристики двухфазных потоков. В двухфазном потоке обычно различают дисперсионную среду - внешнюю однородную фазу, в которой равномерно распределены частицы или капли другой дисперсной - внутренней фазы.
В зависимости от агрегатного состояния и относительного содержания фаз в потоке различают такие двухфазные системы: газ -взвешенные твердые частицы; газ - взвешенные капли жидкости; жидкость со взвешенными твердыми частицами; жидкость с включениями капель другой нерастворимой жидкости, а также другие неоднородные двух- и многофазные системы.
Таблица 1. Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи при конденсации и кипении теплоносителей
Вид теплоотдачи, Коэффициент теплоотдачи
теплоноситель а, Вт/(м2-К)
Конденсация насыщен-
ных паров на трубах
Водяной пар 5000-15000
Аммиак 2500-5000
Бензол 1200-2000
Метанол 2500-3500
Этанол 1800-2500
Органические жидкости 800-3000
Кипение жидкостей в
большом объеме
Вода 600-10000
Аммиак 2000-5000
Метанол 850-4300
п-бутанол 1100-1500
Этанол 700-3500
Толуол 500-2500
Примером сложного тепло- и массооб-менного взаимодействия в системе газ -твердые частицы являются псевдоожижен-ные и пневмотранспортные системы, используемые для проведения процессов сушки зернистых материалов.
Средняя относительная объемная концентрация дисперсной фазы в двухфазном потоке равна
ту = ^ = ^^ = т^ , (2.5)
^ср ^срРдф ^дф
где тУ, т - относительная объемная и массовая концентрация дисперсной фазы в дисперсионной среде соответственно; Удф, Уср - объемные расходы дисперсной фазы и дисперсионной среды соответственно, м3/с; Одф, Оср - массовые расходы дисперсной фазы и дисперсионной среды соответственно, кг/с; рдф, рср - истинная плотность дисперсной фазы и дисперсионной среды соответственно, кг/м3.
В практических расчетах удобнее использовать значение объемной доли дисперсной фазы в 1 м3 двухфазного потока, при этом
дф
^дф+^ср
(2.6)
Объемная доля дисперсионной (внешней) среды соответственно определяется по зависимости
" =1 -Удф , (2.7)
£ =
Уср
^Дф+^ср
Средняя (кажущаяся) плотность однородного двухфазного потока в таких условиях определяется по зависимости
Рп = Рср£ + Рдф(1 -£), (2.8)
Для двухфазных потоков газ - твердое вещество - величину е называют порозно-стью потока, и эта величина служит удобной характеристикой для оценки транспортирующих свойств потока и характеристик взаимодействия несущей среды с дисперсной фазой.
Так, при порозностях слоя е=0,36-0,44 дисперсная (твердая) фаза представляет собой практически неподвижный зернистый слой, в котором дисперсионная среда движется с малой скоростью в каналах зернистого слоя в режиме фильтрации, соответственно, такое течение среды с гидродинамических позиций рассматривают как внутреннее течение газа (жидкости) в каналах сложной формы в стесненных условиях.
В монодисперсном слое сферических частиц эквивалентный диаметр каналов, в которых движется дисперсионная среда, определяют по зависимости [1]
йэк = 0,66йче/(1 - е) (2.9)
где ёч - диаметр частиц дисперсной фазы, мм; е - порозность слоя.
При увеличении скорости течения дисперсионной среды соответственно увеличивается порозность слоя, меняется характер течения среды в каналах зернистого слоя, уменьшается объемная доля дисперсной фазы в единице объема слоя. Так, при порозно-стях зернистого слоя е=0,75 эквивалентный диаметр каналов почти в 2 раза превышает диаметр частиц, при этом поток дисперсионной среды с гидродинамических позиций практически обтекает частицы в условиях внешней задачи. Таким образом, течение дисперсионной среды в зернистом слое при порозностях е=0,5-0,75 следует рассматривать как движение потока в уплотненном продуваемом слое с фиксированной или переменной поверхностью взаимодействия. Течение потока среды в зернистом слое при порозностях е=0,75-0,90 соответствует режиму образования расширенного взвешенного слоя, в котором дисперсная фаза нахо-
дится в виде взвеси твердых частиц, взаимодействующих с потоком в условиях внешнего обтекания поверхности частиц (внешняя задача гидродинамики). При порозностях взвешенного слоя е>0,9 движение потока протекает в режиме пневмо- или гидротранспорта дисперсной фазы.
Для расчета коэффициентов теплоотдачи при движении газа в плотном неподвижном или движущемся продуваемом слое рекомендованы такие критериальные уравнения: -при 20 < Яесл < 200 Ыисл = 0,106Яесл (3.0) -при Яесл > 200 Nucn = 0,61 fíe067 (з.1) где Явсл - критерий (число) Рейнольдса, RecM=wd4p/e^-, Шел - критерий (число) Нус-сельта, ~Ыысл=айч/Хг; w - фиктивная (отнесенная к сечению пустого аппарата) скорость газа, м/с; d4 - средний диаметр частиц в слое; е - порозность слоя; /л - динамическая вязкость газа, м2/с; а - коэффициент теплоотдачи от газа к частицам, ккал/(м2-ч-град); Хг -теплопроводность газа, Вт/(м-К).
Формулы (3.0)-(3.1) с погрешностью ±30% применяют при противоточной, прямоточной и перекрестной продувке слоя газом.
Максимальные значения коэффициента теплоотдачи от газа к неподвижному зернистому слою зерен, достигнутые в диапазоне чисел 30< Ar <1,35-105, обобщены критериальным уравнением
Numax = 0,86Аг°,2 (3.2)
где Ar - критерий (число) Архимеда для частиц, Ar=d3gpчpг/л2.
Теплообмен в псевдоожиженном (взвешенном) слое частиц. При восходящем течении потока через зернистый слой, расположенный на решетке, по мере увеличения скорости потока возрастают подъемная сила потока среды и гидравлическое сопротивление слоя.
Наконец, при определенной скорости потока среды - первой критической скорости, наступает момент, когда подъемная сила потока становится равной весу слоя частиц, т.е. Ар-F = тд = ^Рнё = Рч(1 - Ю^сл^ (3.3) где рн, Рч - насыпная и истинная плотность слоя частиц соответственно; е - порозность зернистого слоя; F - площадь попе-
речного сечения аппарата; V - объем зернистого слоя; к - высота зернистого слоя.
Уравнение (3.3) описывает условие перехода продуваемого восходящим потоком газа зернистого слоя в псевдоожиженное состояние. Особенностью псевдоожиженного слоя является то, что сопротивление его остается практически постоянным во всем диапазоне его существования, несмотря на то, что по мере увеличения скорости потока газа увеличиваются объем, высота и пороз-н ость зернистого слоя.
В режиме раз витого псевдоожижения по-розность зернистого слоя изменяется в интервале 0,55< е <0,75, при порозностях 0,75< е <0,9 слой является взвешенным. Устойчивый псевдоожиженный слой функционирует до второй критической скорости - скорости витания частиц, при которой из слоя начинают выноситься отдельные частицы, обычно режим уноса частиц наступает при пороз-ностях слоя е>0,9, при этом из слоя уносятся в первую очередь мелкие частицы и частицы неправильной формы. При порозностях 0,95< е <0,98 твердые частицы перемещаются во взвесенесущем потоке в режиме пневмотранспорта.
Так как в псевдоожиженных системах частицы перемещаются относительно друг друга, то обычно толщина пограничного подслоя уменьшается, что объясняет заметное повышение коэффициента теплоотдачи в псевдоожиженных слоях, особенно для мелких частиц.
Фазовые переходы. Во многих агрегатах теплоэнергетических и других промышленных установок применяемые в качестве теплоносителей и рабочих тел вещества находятся в таких состояниях, что свойства их невозможно описать, исходя из концепции идеального газа.
Более того, при осуществлении рабочих процессов эти вещества могут изменять свое агрегатное состояние, переходя, например, из жидкого состояния в газообразное и наоборот. Наличие таких фазовых переходов является одной из существеннейших черт, отличающих свойства реальных веществ от идеального газа.
При постоянном внешнем давлении переход вещества из одной фазы в другую происходит при вполне определенной неизменной температуре, так что для каждого вещества существует своя, присущая только ему, однозначная зависимость между давлением и температурой, при которой осуществляется каждый из фазовых переходов. Графическое изображение этих зависимостей в координатах р,Т представляет собой фазовую р,Т диаграмму [3]. Пример такой диаграммы для диоксида углерода СО2 приведен на рис. 1.
С02
Линия плавлени Твёрдое тело
Рис. 1. Фазовая p,T диаграмма для CO2
Линия СубЛИМЙЦИ!
Линия насыщения Т,т.
Подобный вид диаграммы имеют большинство веществ. Вместе с тем, существуют вещества (вода, висмут), у которых линия плавления в этой диаграмме имеет отрицательный наклон, т.е. у воды температура плавления с увеличением давления уменьшается (рис. 2). Такие вещества называются аномальными. Во время фазового перехода равновесно сосуществуют две фазы. Доля вновь образующейся фазы постепенно изменяется от 0 до 1.
Рис. 2. Фазовая p,T диаграмма для Н2О
Жидкость
Изложенные выше зависимости использованы для тепловых расчетов при разработке реактора и линии микронизации фуражного зерна [4,5,6,7].
Работа линии производства вспученного фуражного зерна осуществляется следующим образом (рис. 3). Фуражное зерно поступает в приемный бункер 1, куда в испаритель 3, имеющий форму трубчатых колец (верхнего 4 и нижнего 5), через радиальные отверстия диаметром 3 мм в верхнем и 4 мм в нижнем кольцах, поступает по вытяжной системе 14 под напором центробежного вентилятора 15 из приемной камеры разгрузки 11 отработанный пар, температура которого 120-150°С, при этом ограждающие щитки верхний 6 и нижний 7, расположенные над кольцами 4 и 5 вдоль окружности на расстоянии 30 мм от них, способствуют беспрепятственному выходу пара из всех радиальных отверстий, предотвращая их забивание зерном. Пар инжектирует через отверстия и, омывая каждое зерно, проходит через весь слой, конденсируется и увлажняет всю массу фуражного зерна.
Время увлажнения фуражного зерна зависит от вместимости приемного бункера 1 и производительности установки для производства вспученного фуражного зерна 9, куда оно поступает из приемного бункера 1 через устройство для загрузки 8, установки для производства фуражного зерна 9, проходит тепловую обработку и далее посредством устройства для выгрузки 10 той же установки, попадает в приемную камеру разгрузки 11, в которой происходит вспучивание фуражного зерна за счет резкого перепада давления и температуры, при этом установленные в приемной камере разгрузки 11 регулируемая заслонка 13 регулирует отводимый поток пара и воздуха, а тканая сетка 12 не позволяет частицам хлопьев попасть с потоком пара и воздуха в вытяжную систему 14.
Далее вспученное фуражное зерно поступает для охлаждения в охладитель16, перемещается ленточным конвейером 19, охлаждается потоком поступающего атмосферного воздуха, регулируемого регулировочной заслонкой 18, который отсасывает центробежный вентилятор 17, направляется на выгрузку к направляющему щитку 21, где тканой сеткой 20 предотвращается попадание его в центробежный вентилятор 17.
Рис. 3. Линия производства вспученного фуражного зерна: 1 - приемный бункер, 2 - отводная труба, 3 - испаритель, 4 - верхнее трубчатое кольцо, 5 - нижнее трубчатое кольцо, 6 - верхний ограждающий щиток, 7 - нижний ограждающий щиток, 8 - устройство для загрузки, 9 - установка для производства вспученного зерна, 10 - устройство для выгрузки, 11 - приемная камера разгрузки, 12 - тканая сетка, 13 - заслонка, 14 - вытяжная система, 15 - центробежный вентилятор вытяжной системы,
16 - охладитель, 17 - центробежный вентилятор охладителя, 18 - регулировочная заслонка, 19 - ленточный конвейер, 20 - тканая сетка ленточного конвейера, 21 - направляющий щиток
Выводы.
1. Представлена методология расчета теплообменных процессов, которая позволяет оценить целесообразность различных технологических способов тепловой обработки комбикормов и определить рациональные пути совершенствования принимаемых решений.
2. По результатам анализа тепловых расчетов и применяемых технологий обработки комбикормов предложена линия производства вспученного фуражного зерна, которое эффективно используется в свиноводстве взамен нормализации, экстру-дирования и гранулирования. При этом снижается удельная энергоемкость и металлоемкость; получены патенты.
Литература:
1. Врагов А.П. Теплообменные процессы и оборудование химических нефтеперерабатывающих производств. Сумы, 2005.
2. Александров А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. М., 2004.
3. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейдеин А.Е. Техническая термодинамика. М.,1974.
4. Пат. РФ 2425598. Реактор баротермической обработки концентрированных кормов / Сыроватка В.И. и др. Заяв. 28.12.09; Опубл. 10.08.11
5. Пат. РФ 2429729. Способ загрузки и выгрузки реактора для баротермической обработки концентрированных кормов / Сыроватка В.И. и др. Заяв. 11.03.10
6. Пат. РФ 2429730. Линия баротермической обработки комбикормов / Сыроватка В.И. и др. 3аяв.11.03.10
7. Пат. РФ 2518726. Способ производства вспученного фуражного зерна / Сыроватка В.И. и др. Заяв. 15.06.12; Опубл. 10.06.14
8. Рекомендации по заготовке и использованию высоковлажного фуражного зерна / Сыроватка В.И., Иванов Ю.А., Кононов В.П. и др. М., 2006.
9. Сыроватка В.И. Машинные технологии приготовления комбикормов в хозяйствах. М., 2010.
Literatura:
1. Vragov A.P. Teploobmennye processy i oborudovanie himicheskih neftepererabatyvayushchih proizvodstv. Sumy, 2005.
2. Aleksandrov A.A. Termodinamicheskie osnovy ciklov teploehnergeticheskih ustanovok. M., 2004.
3. Kirillin V.A., Sychev V.V., SHejdein A.E. Tekhniches-kaya termodinamika. M.,1974.
4. Pat. RF 2425598. Reaktor barotermicheskoj obrabotki koncentrirovannyh kormov / Syrovatka V.I. i dr. Zayav. 28.12.09; Opubl. 10.08.11
5. Pat. RF 2429729. Sposob zagruzki i vygruzki reaktora dlya barotermicheskoj obrabotki koncentrirovannyh kormov / Syrovatka V.I. i dr. Zayav. 11.03.10
6. Pat. RF 2429730. Liniya barotermicheskoj obrabotki kombikormov / Syrovatka V.I. i dr. Zayav.11.03.10
7. Pat. RF 2518726. Sposob proizvodstva vspuchennogo furazhnogo zerna / Syrovatka V.I. i dr. Zayav. 15.06.12; Opubl. 10.06.14
8. Rekomendacii po zagotovke i ispol'zovaniyu vysoko-vlazhnogo furazhnogo zerna / Syrovatka V.I., Ivanov YU.A., Kononov V.P. i dr. M., 2006.
9. Syrovatka V.I. Mashinnye tekhnologii prigotovleniya kombikormov v hozyajstvah. M., 2010.
HEAT TRANSFER PROCESSES AT THE COMBINED FEED PRODUCING V.I. Syrovatka, RAN academician, department head All-Russian research institute of animal husbandry mechanization
Abstract. High-temperature treatment (200-500 is effectively used during the last 100 years in many sectors of the national economy. It is advisable to use the achievements of leading branches in agriculture, of combined feed productivity technology, where the high-temperature processing increases their nutritional value and disinfection. On the thermal engineering and thermodynamics theoretical and practical achievements' basis let's try to justify the calculation's methods of specific energy consumption and optimal reactors' parameters of combined feed treatment. The attention is paid to the the diagram P,T second zone of the superheated steam's analysis, where at 300-374^ temperature, 12-21 MPa pressure, 30-60 sec exposure it is possible to obtain good results of combined feed heat treatment , forage grain, soybean and rapeseed. The most adaptable and proven mathematical dependences of heat calculation in sustainable regimes and phase transitions are presented. The particularity of convective heat transfer in two-phased flows are shown. According to the thermal processes analysis the line of expanded forage grains' producing is proposed. Expanded corn grain is effectively used in pig breeding for different age and sex groups. The simple technology is proposed. A reception hopper filled with grain is gone an exhausted steam from the reactor at 120-150 ^ temperature and within 15-20 minutes the grain is processed with steam, then heated and moisturized grain is reloaded into the reactor, where at a temperature in region of the critical point is processed from 30 till 60 sec and is unloaded into the unload chamber. The moisture of the grain, and heated one in the reactor till 300-370^ at atmospheric pressure it evaporates immediately and due to the differential pressure is exploded. The grain is loosened and increased in volume in 35 times. It is important as well that the line of normalizing, extruding and granulating, which now are used in combined feed shops, are replaced by a single product's line - of the forage grains or combined feed high temperature processing one.
Keywords: heat transfer, temperature gradient, thermal conductivity, Newton's-Richman law, convective heat transfer, two-phased flows, pseudo fluidized layer, phase transitions.
