Научная статья на тему 'ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО КОПЧЕНИЯ МЕЛКОКУСКОВЫХ РЫБОПРОДУКТОВ В ПЕРЕСЫПАЮЩЕМСЯ СЛОЕ'

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО КОПЧЕНИЯ МЕЛКОКУСКОВЫХ РЫБОПРОДУКТОВ В ПЕРЕСЫПАЮЩЕМСЯ СЛОЕ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
35
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ КОПЧЕНИЕ / РЫБОПРОДУКТЫ / ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Шубкин С. Ю., Бунеев С. С., Елецких С. В., Сухарев И. Н.

Представлена методика эксергетического анализа энерготехнологической системы электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое. Показаны функциональные зависимости, позволяющие осуществить учет качества энергетического потенциала, обладающего способностью превратиться в полезную работу. Руководствуясь рабочими режимными параметрами функционирования электрокоптильноп установки, тепловых, материальных, энергетических и сторонних потоков энергии, произведен термодинамический анализ эффективности указанной энерготехнологической системы. Произведенный расчет и наглядная интерпретация эксергетического баланса в виде диаграммы Грассмана-Шаргута потоков и потерь эксергии позволили качественно оценить весь комплекс потерь эксергии в элементах установки электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое в результате протекающих в ней как обратимых, так и необратимых процессов тепло- и массообмена. Установлено, что значение эксергетического КПД составило 4,7 %, что на 1,8 % выше, чем при использовании технологии-прототипа. Это свидетельствует о повышении степени термодинамического совершенства энерготехнологической линии электростатического копчения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Шубкин С. Ю., Бунеев С. С., Елецких С. В., Сухарев И. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THERMODYNAMIC EVALUATION OF THE EFFICIENCY OF THE PROCESS OF ELECTROSTATIC SMOKING OF SMALL-SCALE FISH PRODUCTS IN AN INTERSTITIAL LAYER

The article presents a method of exergetic analysis of the energy-technological system of electrostatic smoking of small-scale fish products in an interstitial layer. Functional dependences are shown that allow taking into account the quality of the energy potential, which has the ability to turn into useful work. Guided by the operating operating parameters of the functioning of the electric boiler plant, thermal, material, energy and third-party energy flows, a thermodynamic analysis of the efficiency of the specified energy technology system was performed. The calculation and visual interpretation of the exergetic balance in the form of a Grassman-Shargut diagram of flows and exergy losses made it possible to qualitatively assess the entire complex of exergy losses in the elements of the electrostatic smoking plant of small-scale fish products in the interstitial layer, as a result of both reversible and irreversible heat and mass transfer processes occurring in it. It was found that the value of the exergetic efficiency was 4,7%, which is 1,8% higher than when using the prototype technology. This indicates an increase in the degree of thermodynamic perfection of the energy-technological line of electrostatic smoking.

Текст научной работы на тему «ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО КОПЧЕНИЯ МЕЛКОКУСКОВЫХ РЫБОПРОДУКТОВ В ПЕРЕСЫПАЮЩЕМСЯ СЛОЕ»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 66-971 DOI 10.24412/2311-6447-2021-4-168-179

Термодинамическая одеика эффективности процесса электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое

Thermodynamic evaluation of the efficiency of the process of electrostatic smoking of small-scale fish products

in an interstitial layer

Доцент С.Ю. Шубкин, доцент С.С. Бунеев, доцент С.В. Елецких (Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина) кафедра технологических процессов в машиностроении и агроинженерии, тел. +7-906-686-87-51 E-mail: [email protected]

доцент И.Н. Сухарев

(Воронежский государственный университет инженерных технологий) кафедра управления качеством и технологии водных биоресурсов, тел. +7-908-139-80-67

Associate Professor S.Yu. Shubkin, Associate Professor S.S. Buneev, Associate Professor S.V. Yeletskikh

(Yelets State University named after I.A. Bunin) chair of Technological Processes in Mechanical Engineering and Agroengineering, tel. +7-906-686-87-51 E-mail: [email protected]

Associate Professor I.N. Sukharev (Voronezh State University of Engineering Technologies) chair of Quality Management and Technology of Aquatic Bioresources, tel. +7-908-139-80-67

Реферат. Представлена методика эксергетичеекого анализа энерготехнологической системы электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое. Показаны функциональные зависимости, позволяющие осуществить учет качества энергетического потенциала, обладающего способностью превратиться в полезную работу. Руководствуясь рабочими режимными параметрами функционирования электрокоптильной установки, тепловых, материальных, энергетических и сторонних потоков энергии, произведен термодинамический анализ эффективности указанной энерготехнологической системы. Произведенный расчет и наглядная интерпретация эксергетичеекого баланса в виде диаграммы Грассмана-Шаргута потоков и потерь эксергии позволили качественно оценить весь комплекс потерь эксергии в элементах установки электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое в результате протекающих в ней как обратимых, так и необратимых процессов тепло- и массообмена. Установлено, что значение эксергетичеекого КПД составило 4,7 %, что на 1,8 % выше, чем при использовании технологии-прототипа. Это свидетельствует о повышении степени термодинамического совершенства энерготехнологической линии электростатического копчения.

Summary. The article presents a method of exergetic analysis of the energy-technological system of electrostatic smoking of small-scale fish products in an interstitial layer. Functional dependences are shown that allow taking into account the quality of the energy potential, which has the ability to turn into useful work. Guided by the operating operating parameters of the functioning of the electric boiler plant, thermal, material, energy and third-party energy flows, a thermodynamic analysis of the efficiency of the specified energy technology system was performed. The calculation and visual interpretation of the exergetic balance in the form of a Grassman-Shargut diagram of flows and exergy losses made it possible to qualitatively assess the entire complex of exergy losses in the elements of the electrostatic smoking plant of small-scale fish products in the interstitial layer, as a result of both reversible and irreversible heat and mass transfer processes occurring in it. It was found that the value of the exergetic efficiency was 4,7%, which is 1,8% higher than when using the prototype technology. This indicates an increase in the degree of thermodynamic perfection of the energy-technological line of electrostatic smoking.

Ключевые слова: электростатическое копчение, рыбопродукты, эксергетический анализ.

Keywords: electrostatic smoking, fish products, exergetic analysis.

В современной прикладной термодинамике применяются два подхода к исследованию энергетических превращений в технических системах [1, 2, 3]. Первый подход связан с различными методами анализа прямых и обратных циклов. Эти методы детально разработаны и широко используются [6, 9]. Они позволяют на базе первого и второго начал термодинамики найти связи между внешними энергетическими потоками (количеством теплоты и работы) и параметрами системы, а также между некоторыми внутренними параметрами [2, 6]. Посредством анализа энергетического баланса системы, в которой совершается

© С.Ю. Шубкин, С.С. Бунеев, C.B. Елецких, И.Н. Сухарев, 2021

анализируемый цикл, можно вычислить характеризующие его коэффициенты (термический КПД, холодильный или тепловой коэффициенты, коэффициент трансформации и т. д.) и сопоставить их с коэффициентами соответствующих идеальных циклов [2, 5, 6]. Второй подход опирается на использование термодинамических потенциалов для анализа процессов превращения энергии в различных системах [5, 6]. Надлежащим образом выбранные термодинамические потенциалы обладают чрезвычайно важным свойством - определять значение работы (как механической, так и любого другого вида, например, электрической) в тех или иных условиях [10]. Применяя это фундаментальное свойство потенциалов, можно оценить работоспособность потоков вещества и энергии в любой точке рассматриваемой системы, независимо от ее вида, структуры и сложности [1, 2, 3]. Это же свойство потенциалов позволяет определить все необходимые для последующего анализа термодинамические характеристики системы и любой ее части на основе общей, логически последовательной методики [8, 15].

Проводя оценку уровня использования энергетических ресурсов, можно определить возможные направления повышения энергетической эффективности технологических схем. Для этих целей служит эксергетический метод термодинамического анализа [1, 2, 3, 10], который является наиболее перспективным методом оценки термодинамического совершенства энерготехнологических систем. Данный метод находит применение при анализе процессов, которые протекают как при повышенных температурах, так и с использованием холодильных агрегатов. Для понятий эк-сергии и энергии характерное следующее отличие: энергию определяют фундаментальные свойства материи, а эксергию характеризует применимость энергии в данных условиях окружающей среды [13, 15].

Особое внимание исследователей в последнее время привлекают возможности использования эксергии для решения технико-экономических задач. К ним относятся, прежде всего, оптимизационные расчеты, основанные на зависимостях, включающих одновременно как термодинамические, так и экономические показатели [5,6, 7]. Важное место в этой области занимает распределение расходов энергии или топлива между получаемыми продуктами в комплексных производствах. Эксергетический метод позволяет также наиболее обоснованно проводить определение технического уровня различных видов оборудования по энергетическим, весовым и другим показателям [2, б, 7].

Основной задачей эксергетического анализа является определение степени термодинамического совершенства системы на основе второго закона термодинамики, а также выявление «узких мест» технологии, на которых сосредоточены основные потери эксергии, имеющие потенциал энергосбережения [1, 5, 13].

Цель исследования - провести оценку термодинамического совершенства энерготехнологической системы электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое путем эксергетического анализа.

Исследования проводились в 2018-2021 гг. на базе кафедры машин и аппаратов пищевых производств Воронежского государственного университета инженерных технологий и агропромышленного института Елецкого государственного университета им. И.А. Бунина в научно-исследовательских лабораториях по изучению процессов и аппаратов пищевых производств, а также электрофизических методов обработки пищевых сред.

Электростатическому копчению подвергали мелконарезанное мясо толстолобика в виде соломки толщиной не более 5 мм, длиной не более 80 мм, влажностью 3035 %. Готовый продукт, фасованный в пленочные пакеты без вакуума, хранили при температуре от 0 до 2 °С в сухом, чистом, хорошо вентилируемом помещении при относительной влажности воздуха 70-80 %. Срок хранения - не более 9 сут. с даты изготовления [4]. Подавляли микрофлору фенольными и кислотными компонентами коптильного дыма, что приводит к существенному продлению сроков хранения готового изделия, варьировались при этом параметры естественных реакций старения, порчи [4, 14].

Для проведения исследований процесса электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое использовали экспериментальную установку (рис. 1), сведения о конструктивном исполнении которой, ее технических характеристиках и рациональных режимных параметрах подробно изложены в [14].

Путем экспериментально-статистического метода были найдены оптимальные параметры копчения в электростатическом поле, позволяющие получить готовый продукт высокого качества при заданных параметрах [12]. Температурный диапазон в дымогенераторе - 430-600 К; напряженность электростатического поля -35-95 кВ/м; частота вращения камеры - 1,5-12 мин1; температура коптильной смеси - 290-320 К; скорость коптильной смеси - 0,15-1,6 м/с; относительная влажность - 50-90 %.

Рис. 1. Внешний и внутренний вид установки электростатического копчения барабанного

типа

Отр)6оШ|Ш лычоаотшная снесъ

Отит лрдсснис

Копченый пропп

Рис. 2. Теплотехнологическая система электростатического копчения мелкокусковых

рыбопродуктов в пересыпающемся слое: ^ - сыпучие вешества;

жидкости;---> - гаЗЫ;---- „Ы коптро^ noeepxnocmeü; 1 - Ко„-

тыльная камера; 2 - дымогенератор; 3 - ротационный насос; 4 - фильтр; 5 - камера смешивания; б - камера ионизации с коронирующими электродами; 7 - поддувало; 8 - коллектор; 9- конденсатор; 10 - рециркулирующий насос; 11 - загрузочное устройство; 12 - термоэлемент; 13 - устройство для отвода отработанной дымовоздушной смеси; 14 - канальные насадки; 15 - продольные каналы; 16 - поперечная перегородка; 17 - поворотное устройство; 18 - перфорированный лист; 19 - перфорированная коническая труба; 20 - разгрузочная камера; 21 - бункер. Контрольные поверхности: I - дымогенератор; II - подготовка дымовоздушной смеси; III - зона подсушки; IV - зона копчения; V - регенерация дымовоздушной смеси

При выполнении эксергетичеекого анализа руководствовались рекомендациями [2, 8, 9, 151, согласно которым теплотехнологическая система электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое (рис. 2) условно отделена от окружающей среды замкнутой контрольной поверхностью, а внутри неё с учетом теплообменных процессов выделен ряд контрольных поверхностей:

I - дымогенератор;

II - подготовка дымовоздушной смеси;

III - зона подсушки продукта;

IV - зона копчения продукта;

V - регенерация дымовоздушной смеси.

ЛЛЯ 'J

конденсатора N=0,1 кВТ] § i!

Электроэнергия для ["привода насоса N=0.IkBt

1*3

Я

=\s I

Н |

• г5 • •

I >< I

j V регенерация j I дымовоздушной |

•смеси

~ ———

3 "

Отработанная дымовоздушная смесь

|—ГпГ

Конденсат

Ü

Г™ ¿-I я

'I Iii

Ii

LV

"Л I

Г"

I Исходный (*

Зона подсушки | "Рмукт

И—,

8.

Г"

^|Дымогенератор| -|

I---

—С* „j зона

I - I___

мотор-редуктора \=0.15кВт

>_____I

копчення | Копчёный i продукт ------1 6 кг/ч '

8.18 11 = 'I I-----------

£|§ 1—иц

с : I

1 1-Г----^ Подготовка

' Дымовоздушная ^ дымовоздушной I смесь (Шкг/ч 313К| смеси г—>{_

I----------

II

Зола В| §■ I

Рис. 3. Схема обмена потоками между контрольными поверхностями теплотехноло-гической системы электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов

к ---К,

__1П1 и л I¿э _ тп^гллгт/' ^г _

в пересыпающемся слое: ->

газы; - электроэнергия;

I-V- номера контрольных поверхностей

сыпучие веществ; - жидкости;

- границы контрольных поверхностей,

На рис. 3 представлена блок-схема обмена анализируемой установки для электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое тепловыми, материальными и энергетическими потоками с внешней средой и внутри системы между контрольными поверхностями.

Эксергетическим параметром анализируемой установки для электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое является эк-сергетическая мощность, учитывающая как энергию материальных, энергетических и тепловых потоков, так и расход вещества в потоке. В контрольных поверхностях системы электростатического копчения эксергетическая мощность уменьшается с течением времени, что обусловлено явлением диссипации тепловой энергии.

где - суммарная эксергия подводимых к контрольной поверхности материаль-

ных и энергетических потоков;

- суммарная эксергия отводимых от контрольной поверхности полезных материальных и энергетических потоков;

£0=Т<гЛ5- сумма эксергетнческнх потерь (уравнение Гюи-Стодолы).

Соотношение (1) для рассматриваемой теплотехнологической системы приведено в следующем виде:

А-; + Евш + е;. + X а;э = ь*. + е/у + х ое

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1

где слагаемые этих уравнений - эксергия (кДж):

к

- древесных опилок ;

Еш

- исходного продукта ;

~ К

- хладоносителеи ;

- суммарной подводимои электроэнергии ;

Е".

- копчёного продукта ;

- внутренние эксергетические потери ;

- внешние эксергетические потери

В соотношении (2) отражено изменение эксергии теплотехнологической системы электростатического копчения за счет ввода исходного сырья, древесных опилок, хладоносителя, подвода электроэнергии к термоэлементу, высоковольтному генератору и приводам оборудования; необратимых изменений структурно-механических свойств продукта, сопряженных с затратами электроэнергии на приводы технологического оборудования; покрытия потерь от необратимости процессов теплообмена в процессе сжигания опилок и теплообмена между дымовоздушной смесью; электромеханических потерь; компенсации потерь, обусловленных действием окружающей среды.

Эксергия вводимого в систему внешних потоков исходного сырья для копчения и древесных опилок, находящегося в термодинамическом равновесии с окружающей средой, равна нулю.

В процессе нагрева сырья, получения и регенерации дымовоздушной смеси в технологическом оборудовании их химическая эксергия постоянна, т.к. его состав в процессе переработки не претерпевает изменений [5, 6]. Поэтому учитывается только его удельная термическая эксергия, определяемая в соответствии с уравнением Гюи-Стодолы:

где е, во, /г, ко, Б, >Ьо - удельная термическая эксергия, кДж/кг; удельная энтальпия, кДж/кг; энтропия, кДж/(кг-К) потока при данных параметрах процесса и в состоянии равновесия с окружающей средой.

Данные по теплофизическим свойствам дымовоздушной смеси, хладоносителя, конденсата, сырья и продуктов взяты из справочной литературы [8, 9, 15].

Исследовали влияние на систему внутренних U и внешних Z> эксергетических потерь. В суммарное количество внутренних эксергетических потерь входят потери от конечной разности температур в результате теплообмена между сырьем, сырьем и вспомогательными потоками (нагретые или охлажденные вода и воздух); электромеханические, возникающие при необратимом изменении структурно-механических свойств продукта, и гидравлические потери, обусловленные внезапным увеличением удельного объема дымовоздушной смеси при её поступлении в коптильную камеру, ионизатор и т.д.

Потери, обусловленные конечной разностью температур между потоками, определяли по формуле:

, .то г\пю —

/.' = () -Т.,

>

где Q"10 - количество теплоты, переданное от одного потока к другому, кДж;

Те

- среднее значение фактора Карно для двух взаимодействующих потоков.

Фактор Карно или эксергетическая температурная функция равна термическому КПД цикла Карно между температурами контрольной поверхности и условно принятой окружающей среды:

Те={Та,-Т0)1Тт

I

где Ткп - температура теплоносителя внутри контрольной поверхности, К.

Эксергетические потери вследствие падения давления дымовоздушной смеси при её подаче в контрольную поверхность определяли по формуле:

Т

U =g-AH-TJ2L

^ ПХ

J

где Тех - температура воздуха на входе в контрольную поверхность, К; АНг - гидравлические потери, м.

По формуле Дарси-Вейсбаха [1, 3, 10, 15] найдены гидравлические потери при входе теплоносителя в контрольную поверхность:

,2

АН

' ' 2g

где Vex - средняя скорость прохождения воздуха по сечению подводящего трубопровода, м/с; £ - коэффициент сопротивления, определяемый отношением внутреннего объема оборудования, рассматриваемого в качестве контрольной поверхности, к поперечному сечению входного отверстия.

Электромеханические потери эксергии тождественны мощности приводов технологического оборудования, используемого в процессе обработки сырья и промежуточных продуктов.

Внешние потери Z> связаны с условиями сопряжения системы с окружающей средой. Они обусловлены различием температур дымовоздушной смеси и окружающей среды, несовершенством теплоизоляции оборудования.

Потери эксергии в окружающую среду, обусловленные несовершенством теплоизоляции, были найдены по формуле:

I

где Qus - суммарные потери тепла в окружающую среду через контрольную поверхность, кДж; 1е - фактор Карно.

Эксергетические потери копчёного продукта при его выгрузке из оборудования при достижении термодинамического равновесия с окружающей средой были вычислены по следующей формуле:

Ое=Ою-ге

где Оиз - суммарные потери тепла в окружающую среду через контрольную поверхность, кДж; те - фактор Карно.

Эксергетические потери копчёного продукта при его выгрузке из оборудования при достижении термодинамического равновесия с окружающей средой были вычислены по следующей формуле:

т

^р^Кр-^р-То'сЛп-^

пр

9

с

где Нпр, Тпр - энтальпия, кДж/кг, и температура, К, готового продукта; - средняя удельная теплоемкость продукта между его текущим состоянием в момент выгрузки и в состоянии термодинамического равновесия с окружающей средой, кДж/(кг-К).

Оценку термодинамического совершенства теплотехнологической системы электростатического копчения проводили по формуле:

/ п т

Уе:

¿=1 <=| 7=1

пэкс =-

и ё<

1=1 1=1

>

I п

2>/

где к- суммарная удельная эксергия копчёного продукта, кДж/кг; 1 - суммарная затраченная удельная эксергия (подведенная в систему извне), кДж/кг;

т

- суммарные эксергетические потери, кДж/кг. На основе расчета по формулам (3-7), потоков эксергии, внутренних и внешних эксергетических потерь был составлен эксергетический баланс теплотехнологической системы (табл. 2). Графически эксергетический баланс выполнен в виде диаграммы Грассмана-Шаргута (рис. 4). Обозначение потоков на рис. 4 дано в табл. 1.

Таблица 1

Обозначения потоков на диаграмме Грассмана-Шаргута исследуемой линии

По зи ци я на ди агр ам ме Наименование потока Контро поверх отдающая льная ность прини-мающа я

1 Исходный продукт - III

2 Подкопченый продукт III IV

3 Копчёный продукт IV -

4 Опилки древесные - I

5 Дымовоздушная смесь исходная I II

6 Дымовоздушная смесь ионизированная (в зону копчения) II IV

7 Дымовоздушная смесь ионизированная (в зону подсушки) II III

8 Дымовоздушная смесь отработанная (из зоны подсушки) III -

9 Дымовоздушная смесь отработанная (из зоны копчения) IV -

Окончание табл. 1

По зи ци я на ДИ агр ам ме Наименование потока Контрольная поверхность

отдающая прини-мающа я

10 Дымовоздушная смесь отработанная (объединенный поток) - V

11 Дымовоздушная смесь рециркулируюгцая V II

12 Хладоноситель - V

13 Электроэнергия для термоэлемента - I

14 Электроэнергия для высоковольтного генератора - II

15 Электроэнергия для привода насоса - II

16 Электроэнергия для привода мотор-редуктора - IV

17 Электроэнергия для привода конденсатора - V

18 Электроэнергия для привода насоса - V

Таблица 2

Эксергетический баланс линии установки для электростатического копчения

№ п/п Наименование контрольной поверхности Абсолютная эксергетическая мощность Е, кДж/ч Относительная эксергетическая мощность, %

1 2 3 4

1 ДЫМОГЕНЕРАТОР

Приход

1 Опилки древесные 0,0 0,0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2 Электроэнергия для термоэлемента 3600,0 33,9

Суммарная эксергия, подводимая к контрольной поверхности 3600,0 33,9

Расход

3 Внутренние эксергетические потери 2868,3 27,0

4 Внешние эксергетические потери 626,7 5,9

Суммарная эксергия, отводимая от контрольной поверхности 3495,0 32,9

II ПОГОТОВКА ДЫМОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Приход

1 Электроэнергия для привода ротационного насоса 220,0 2,1

2 Электроэнергия для высоковольтного генератора 5366,0 50,6

Суммарная эксергия, подводимая к контрольной поверхности 5586,0 52,6

Расход

3 Внутренние эксергетические потерн 4479,7 42,2

4 Внешние эксергетические потери 653,4 6,2

Суммарная эксергия, отводимая от контрольной поверхности 5133,1 48,4

Ш ЗОНА ПОДСУШКИ

Приход

1 Исходный продукт 0,0 0,0

Суммарная эксергия, подводимая к контрольной поверхности 0,0 0,0

Расход

2 Внутренние эксергетические потери 55,4 0,5

3 Внешние эксергетические потери 0,0 0,0

Суммарная эксергия, отводимая от контрольной поверхности 55,4 0,5

IV ЗОНА КОПЧЕНИЯ

Окончание табл. 2

№ п/п Наименование контрольной поверхности Абсолютная эксергетическая мощность Е, кДж/ч Относительная эксергетическая мощность, %

1 2 3 4

Приход

1 Электроэнергия для привода мотор-редуктора 540,0 5,1

Суммарная эксергия, подводимая к контрольной поверхности 540,0 5,1

Расход

4 Копчёный продукт 501,3 4,7

5 Внутренние эксергетические потери 434,1 4,1

6 Внешние эксергетические потери 88,1 0,8

Суммарная эксергия, отводимая от контрольной поверхности 1023,5 9,6

V РЕГЕНЕРАЦИЯ ДЫМОВОЗДУШНОИ СМЕСИ

Приход

1 Электроэнергия для конденсатора 360,0 3,4

2 Электроэнергия для привода рециркуляционного насоса 360,0 3,4

3 Хладоноситель 164,6 1,6

Суммарная эксергия, подводимая к контрольной поверхности 884,6 8,3

Расход

4 Внутренние эксергетические потери 841,5 7,9

5 Внешние эксергетические потери 62,1 0,6

Суммарная эксергия, отводимая от контрольной ¡поверхности 903,6 8,5

Общий подвод 10610,6 100

Общий отвод 10610,6 100

е;=зз.9%

Рис. 3. Диаграмма Грассмана-Шаргута для исследуемой технологии: 1-У - номера контрольных поверхностей

В ходе исследования рассмотрены потоки эксергии в линии установки для электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое. Выявлено, что электромеханические потери эксергии тождественны мощности приводов технологического оборудования, используемого в процессе обработки сырья и промежуточных продуктов. Внешние потери эксергии связаны с условиями сопряжения системы с окружающей средой. Они обусловлены различием температур дымовоздушной смеси и окружающей среды, несовершенством теплоизоляции оборудования.

В результате проведенной термодинамической оценки эффективности процесса электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое методом эксергетического анализа выявлено, что значение эксергетического КПД, полученного по формуле (10), составило 4,7 %, что на 1,8 % выше, чем при использовании технологии-прототипа [11]. Это свидетельствует о повышении степени термодинамического совершенства теплотехнологической линии электростатического копчения.

Данный эффект достигается за счет:

- уменьшения количества дымовоздушных выбросов;

- интенсификации процесса копчения из-за осаждения коптильных компонентов на продукт в электростатическом поле;

- обеспечения равномерного распределения коптильных веществ по всему слою продукта из-за увеличения полезного объема камеры и применения эффекта режима постоянного перемешивания;

- сокращения затрат на электроэнергию.

1. Антипов С.Т. Эксергетический анализ концентрирующей вымораживающей установки / С.Т. Антипов, В.Ю. Овсянников, Я.И. Кондратьева, A.A. Корчинский // Вестник Международной академии холода. - 2017. - № 2. - С. 78-83.

2. Бородовицын А.М., Дранников A.B. Эксергетический анализ процесса сушки свекловичного жома перегретым паром пониженного давления //В сборнике: Инженерия перспективного продовольственного машиностроения на основе современных технологий. - Материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 90-летию ФГБОУ ВО «ВГУИТ» и памяти Н.Г. Славянова - создателя технологии электродуговой сварки. - Воронеж, 2020. - С. 81-82.

3. Добромиров В.Е. Эксергетический анализ вакуум-сублимационной установки / В.Е. Добромиров, C.B. Шахов, Т.И. Некрылова, С.А. Бокадаров / / Вестник Международной академии холода. - 2011. - № 4. - С. 46-48.

4. Журавлев А. В. Комплексный анализ эффективности хранения копченых рыбопродуктов, полученных в установке барабанного типа с наложением электростатического поля / А. В. Журавлев, С. В. Шахов, И. Н. Сухарев, С. Ю. Шубкин // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2021.

№ 1. - С. 166-180.

5. Кульнева Н.Г., Журавлёв М.В., Муравьёв A.C. Эксергетический анализ эффективности способа подготовки свекловичной стружки к экстрагированию / / Сахар. - 2019. - № 7. - С. 44-50.

6. Ларионов Н.М. Эксергетический анализ системы кондиционирования воздуха чистых помещений / / Наука и образование в глобальных процессах. - 2020. -№ 1 (7). - С. 21-25.

7. Малибеков A.A. Конструктивные особенности установки для обезвоживания мелкодисперсных сыпучих продуктов в активном гидродинамическом режиме и ее эксергетический анализ / A.A. Малибеков, C.B. Шахов, И.А. Глотова, П.В. Груздов / / Научное обозрение. Педагогические науки. - 2019. - № 3-4. - С. 66-70.

ЛИТЕРАТУРА

8. Михеев П.Ю., Таиаиаев А.В. Методика эксергетического анализа жизненных циклов энергетических объектов / / Научно-технически с ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. - 2012. - № 1-2 (147). - С. 70-77.

9. Морозюк Т.В. Новый этап в развитии эксергетического анализа / / Холодильная техника и технология. - 2014. - Т. 50. - № 4. - С. 13-17.

10. Остриков А.Н. Эксергетический анализ технологии получения биодизельного топлива из рапсового масла / А.Н. Остриков, А.А. Шевцов, Т.Н. Тертычная, Н.А. Сердюкова / / Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2020. - Т. 82. - № 1 (83). - С. 252-261.

11. Поручиков Д. В. Установка для посола и термообработки мясного сырья / Д.В. Поручиков, О. В. Михайлова, А. А. Белов / / Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. - 2013. - № 2(78). - С. 106109.

12. Сухарев И.Н. Исследование процесса электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое / И.Н. Сухарев, С.Ю. Шубкин, Елецких С.В., М.А. Родионова // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2019. - № 3 (29). - С. 127-134.

13. Шадрина Е.М., Углов А.С. Эксергетический анализ процесса ректификации бинарной смеси / / Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2011. - Т. 54. - № 8. -С. 102-104.

14. Шубкин С. Ю. Совершенствование процесса электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном / С. Ю. Шубкин, С. В. Шахов, И. Н. Сухарев / / Елец: Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина. - 2019. - 159 с.

15. Юшкова Е.А. Эксергетический метод анализа теплоэнергетических систем //В сборнике: Достижения вузовской науки. Сборник материалов XXX Международной научно-практической конференции. - 2017. - С. 82-86.

REFERENCE

1. Antipov S.T. Eksergeticheskiy analiz kontsentriruyushchey vymorazhivayush-chey ustanovki, S.T. Antipov, V.Yu. Ovsyannikov, Ya.I. Kondrat'eva, A.A. Korchinskiy, Vestnik Mezhdunarodnoy akademii kholoda, [Exergetic analysis of the concentrating freezing plant], 2017, No 2, pp. 78-83 (Russian).

2. Borodovitsyn A.M., Drannikov A.V. Eksergeticheskiy analiz protsessa sushki sveklovichnogo zhoma peregretym parom ponizhennogo davleniya, V sbornike: Inzhener-iya perspektivnogo prodovol'stvennogo mashinostroeniya na osnove sovremennykh tekhnologiy, Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii, posvyash-chennoy 90-letiyu FGBOU VO «VGUIT» i pamyati N.G. Slavyanova - sozdatelya tekhnologii elektrodugovoy svarki, Voronezh, [Exergetic analysis of the process of drying beet pulp with superheated steam of reduced pressure], 2020, pp. 81-82 (Russian).

3. Dobromirov V.E. Eksergeticheskiy analiz vakuum-sublimatsionnoy ustanovki, V.E. Dobromirov, S.V. Shakhov, T.I. Nekrylova, S.A. Bokadarov, Vestnik Mezhdunarodnoy akademii kholoda, [Exergetic analysis of vacuum sublimation plant], 2011, No 4, pp. 46-48 (Russian).

4. Zhuravlev A. V. Kompleksnyy analiz effektivnosti khraneniya kopchenykh ry-boproduktov, poluchennykh v ustanovke barabannogo tipa s nalozheniem elektrostat-icheskogo polya, A.V. Zhuravlev, S.V. Shakhov, I.N. Sukharev, S.Yu. Shubkin, Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya, [Comprehensive analysis of the storage efficiency of smoked fish products obtained in a drum-type installation with the imposition of an electrostatic field], 2021, No 1, pp. 166-180 (Russian).

5. Kul'neva N.G., Zhuravlev M.V., Murav'ev A.S. Eksergeticheskiy analiz effek-tivnosti sposoba podgotovki sveklovichnoy struzhki к ekstragirovaniyu, Sakhar, [Exergetic analysis of the effectiveness of the method of preparing beet chips for extraction], 2019, No 7, pp. 44-50 (Russian).

6. Larionov N.M. Eksergeticheskiy analiz sistemy konditsionirovaniya vozdukha chistykh pomeshcheniy, Nauka i obrazovanie v global'nykh protsessakh, [Exergetic analysis of the clean room air conditioning system], 2020, No 1 (7), pp. 21-25 (Russian).

7. Malibekov A.A. Konstruktivnye osobennosti ustanovki dlya obezvozhivaniya melkodispersnykh sypuchikh produktov v aktivnom gidrodinamicheskom rezhime i ее eksergeticheskiy analiz, A.A. Malibekov, S.V. Shakhov, I.A. Glotova, P.V. Gruzdov, Nauchnoe obozrenie, Pedagogicheskie nauki, [Design features of the plant for dewatering fine bulk products in active hydrodynamic mode and its exergetic analysis], 2019, No 34, pp. 66-70 (Russian).

8. Mikheev P.Yu., Tananaev A.V. Metodika eksergeticheskogo analiza zhiznennykh tsiklov energeticheskikh ob"ektov, Nauchno-tekhnicheskie vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta, [Methodology of exergetic analysis of the life cycles of energy objects], 2012, No 1-2 (147), pp. 70-77 (Russian).

9. Morozyuk T.V. Novyy etap v razvitii eksergeticheskogo analiza, Kholodil'naya tekhnika i tekhnologiya, [A new stage in the development of exergetic analysis], 2014, T. 50, No 4, pp. 13-17 (Russian).

10. Ostrikov A.N. Eksergeticheskiy analiz tekhnologii polucheniya biodizel'nogo topliva iz rapsovogo masla, A.N. Ostrikov, A.A. Shevtsov, T.N. Tertychnaya, N.A. Serdyu-kova, Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernykh tekhnologiy, [Exergetic analysis of biodiesel production technology from rapeseed oil], 2020, T. 82, No 1 (83), pp. 252-261 (Russian).

11. Poruchikov D. V. Ustanovka dlya posola i termoobrabotki myasnogo syr'ya, D.V. Poruchikov, О. V. Mikhaylova, A. A. Belov, Vestnik Chuvashskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. I.Ya. Yakovleva, [Installation for salting and heat treatment of meat raw materials], 2013, No 2(78), pp. 106-109 (Russian).

12. Sukharev I.N. Issledovanie protsessa elektrostaticheskogo kopcheniya melko-kuskovykh rybo-produktov v peresypayushchemsya sloe, I.N. Sukharev, S.Yu. Shubkin, Eletskikh S.V., M.A. Rodionova, Tekhnologii pishchevoy i pererabatyvayushchev promyshlennosti APK - produkty zdorovogo pitaniya, [Investigation of the process of electrostatic smoking of small-scale fish products in an interstitial layer], 2019, No 3 (29), pp. 127-134 (Russian).

13. Shadrina E.M., Uglov A.S. Eksergeticheskiy analiz protsessa rektifikatsii bi-narnoy smesi, Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Seriya: Khimiya i khimich-eskaya tekhnologiya, [Exergetic analysis of the binary mixture rectification process], 2011, T. 54, No 8, pp. 102-104 (Russian).

14. Shubkin S. Yu. Sovershenstvovanie protsessa elektrostaticheskogo kopcheniya ryboproduktov v apparate s vrashchayushchimsya barabanom, S. Yu. Shubkin, S. V. Shakhov, I. N. Sukharev, Elets: Eletskiy gosudarstvennyy universitet im. I.A. Bunina, [Improvement of the process of electrostatic smoking of fish products in an apparatus with a rotating drum], 2019, 159 p (Russian).

15. Yushkova E.A. Eksergeticheskiy metod analiza teploenergeticheskikh system, V sbornike: Dostizheniya vuzovskoy nauki. Sbornik materialov XXX Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, [Exergetic method of analysis of thermal power systems], 2017, pp. 82-86 (Russian).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.