WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

ЮРОВА ИРИНА СЕРГЕЕВНА

РАЗРАБОТКА И НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

СПОСОБА СУШКИ СЕМЯН РАСТОРОПШИ

В ВИХРЕВОЙ КАМЕРЕ С СВЧ ЭНЕРГОПОДВОДОМ

05.18.12 Процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Воронеж – 2012

Работа выполнена ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВПО «ВГУИТ).

Научный руководитель Кретов Иван Тихонович

заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

(ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

университет инженерных технологий»)

Официальные оппоненты – Шевцов Александр Анатольевич

заслуженный изобретатель РФ,

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой,

(ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

университет инженерных технологий»)

Попов Виктор Михайлович

заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой

(ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная

лесотехническая академия»)

Ведущая организация –  ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный аграрный университет

имени Императора Петра I»

Защита диссертации состоится 24 мая 2012 года в 11 часов 30 минут на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.01 при Воронежском государственном университете инженерных технологий по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета инженерных технологий.

Автореферат размещен на сайте http://vak2.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» www.vsuet.ru

Автореферат разослан 23 апреля 2012 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций

на соискание ученой степени кандидата наук,

на соискание ученой степени доктора наук

Д 212.035.01,

доктор технических наук, профессор                 Калашников Г.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность работы. В последние годы в сельском хозяйстве России все более широкое распространение получают культуры, которые обладают большим потенциалом использования в пищевой и комбикормовой промышленности. Одной из таких культур является расторопша пятнистая.

Семена расторопши имеют уникальный состав: около 200 различных биохимических соединений. Муку из семян расторопши используют в качестве суррогата кофе и в производстве лечебно-профилактических хлебобулочных и кондитерских изделий. Масло из семян расторопши употребляется в качестве салатных растительных масел. Экстракт из семян расторопши входит в состав безалкогольных напитков. Шрот и жмых  из семян расторопши используется в качестве высокобелкового растительного корма.

В России сегодня не выпускается специального оборудования, предназначенного для послеуборочной переработки семян расторопши, а используемая для сушки зерна отечественная техника, не совсем пригодна для расторопши. Это связано с тем, что, во-первых, в процессе обезвоживания необходимо обеспечить достаточно низкую конечную влажность высушиваемого продукта (5…6 %), а, во-вторых, сохранить его полезные вещества в полном объеме, что накладывает дополнительные ограничения на режимы сушки. Кроме того, актуальной задачей современного производства является решение проблем энергосбережения и интенсификация технологических процессов.

Исследованию вышеперечисленных проблем посвящены труды отечественных ученых А.В. Лыкова, А.С. Гинзбурга, В.И. Муштаева, И.Т. Кретова, С.Т. Антипова, Б.С. Сажина, и др.

При рассмотрении основных направлений совершенствования процесса сушки дисперсных продуктов, нами был сделан вывод о том, что качественная и эффективная сушка семян расторопши может быть реализована только при использовании, во-первых, механизма объемного энерговыделения, а, во-вторых, с использованием активных гидродинамических режимов, существующих в аппаратах с закрученным потоком теплоносителя.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры машин и аппаратов пищевых производств ВГУИТ на 2011-2015 гг. «Адаптация пищевых машинных технологий к тепло- и массообменным процессам на основе диагностики техники и технологии пищевых производств» (№ госрегистрации 01201253880), и в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (Государственный контракт № П2608 «Разработка ресурсосберегающей техники и технологии сушки сельскохозяйственных дисперсных продуктов во взвешенно-закрученном потоке теплоносителя»).

Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы является исследование процесса сушки семян расторопши в вихревой камере с использованием СВЧ - энергоподвода и совершенствование на этой основе процесса и оборудования для его осуществления.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

– экспериментальное исследование свойств семян расторопши как объекта сушки;

– исследование кинетики процесса сушки расторопши в вихревой камере с СВЧ - энергоподводом;

– исследование и оценка основных факторов, оказывающих наибольшее влияние на процесс сушки;

– статистическое определение рациональных режимов работы экспериментальной сушильной установки;

– проведение сравнительной качественной оценки семян расторопши, высушенных в СВЧ - сушилке;

– разработка математического описания процесса движения дисперсного материала в кольцевом канале вихревой камеры;

– термодинамический анализ процесса сушки семян расторопши в вихревой камере с СВЧ - энергоподводом;

– разработка высокоинтенсивной сушильной установки с закрученными потоками теплоносителя для сушки полидисперсных материалов в поле СВЧ;

– разработка линии комплексной переработки семян расторопши;

– проведение промышленных испытаний процесса сушки семян расторопши в вихревой сушилке с СВЧ – энергоподводом.

Научная новизна. Развиты и дополнены теоретические положения, вносящие вклад в представления об изучаемом процессе сушки семян расторопши в вихревой камере с СВЧ-энергоподводом, расширяющие границы применимости полученных результатов.

Впервые, с использованием существующих экспериментальных методов, исследовано влияние влажности и температуры на физико-механические, структурно-сорбционные, теплофизические и электрофизические свойства семян расторопши, а также предложены математические уравнения, адекватно описывающие полученные экспериментальные зависимости.

Обоснован выбор технологических режимов проведения процесса сушки семян расторопши с использованием механизмов объемного энерговыделения, изучены механизм и основные кинетические закономерности процесса сушки семян расторопши в вихревой камере с СВЧ - энергоподводом, установлено влияние различных факторов на кинетику процесса сушки, проведена теоретическая оптимизация экспериментальной сушильной установки, выявлены рациональные интервалы изменения параметров процесса.

Выполнен сравнительный анализ органолептических, физико-химических показателей, а также химического, витаминного состава и антиоксидантной активности семян расторопши, высушенных комбинированным способом в вихревой камере с СВЧ - энергоподводом и традиционным конвективным способом.

Проведен термодинамический анализ эффективности процесса сушки семян расторопши в вихревой камере с СВЧ - энергоподводом.

Предложено математическое описание процесса движения дисперсного материала в кольцевом канале вихревой камеры, устанавливающее связь между высотой кольцевого канала и минимальным расходом теплоносителя и определяющее момент уноса частицы из камеры после высушивания ее в электромагнитном поле СВЧ.

Практическая значимость работы. Разработан новый способ сушки семян расторопши в вихревой камере с СВЧ-энергоподводом.

На основании комплекса исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях, показана целесообразность применения вихревой камеры с СВЧ - энергоподводом для сушки семян расторопши.

Разработана оригинальная конструкция высокоинтенсивной сушильной установки с закрученными потоками теплоносителя и СВЧ - энергоподводом.

Разработана линия комплексной переработки семян расторопши.

Новизна технических решений подтверждена патентами РФ 2425311, 2444689.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежском государственном университете инженерных технологий (с 2005 по 2012 гг.).

Результаты работы экспонировались на Международных постоянно действующих выставках в г. Воронеж, и были отмечены 3 дипломами.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе, 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 2 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 192 страницах машинописного текста, содержит 101 рисунок и 15 таблиц. Список литературы включает 167 наименований.





СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, обозначены проблемные моменты в процессе переработки расторопши в России, охарактеризованы решаемые в работе задачи, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований.

В первой главе систематизированы данные об объекте исследования: сельскохозяйственной культуре расторопша пятнистая, ее химическом и витаминном составе, направлениях использования продуктов из семян расторопши в народном хозяйстве РФ, технологиях ее переработки. Проанализированы современное состояние техники сушки зерновых материалов, при этом выявлены основные ее недостатки применительно к сушке семян расторопши и основные возможности совершенствования  и интенсификации процесса сушки дисперсных продуктов и создания высокоэффективного сушильного оборудования. Проведен обзор и анализ современных способов и аппаратов для сушки дисперстных материалов с использованием вихревых камер. Рассмотрено взаимодействие микроволновых электромагнитных полей с пищевыми продуктами.

На основании проведенного анализа обоснован выбор объекта исследования, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, определены методы решения поставленных проблем.

Во второй главе представлены экспериментальные данные, характеризующие свойства семян расторопши как объекта сушки (физико-механические, структурно-сорбционные, теплофизические и электрофизические), необходимые для научного обоснования рациональных методов обработки и оптимальных режимов процесса, инженерного расчета процесса и аппаратов, а также создания современных систем автоматического регулирования, и описание методов их определения.

Исследования физико-механических характеристик показали, что с увеличением влажности семян расторопши от 5 до 32 % истинная плотность семян снижается от 1140 до 1052 кг/м3, эквивалентный диаметр семени увеличивается с 3,4 до 3,8 мм, статический угол естественного откоса увеличивается с 27 до 38о, коэффициенты трения семян расторопши о фторопластовые поверхности увеличивались: коэффициент трения покоя – с 0,37 до 0,49, коэффициент трения движения – с 0,35 до 0,47.

Полученные изотермы десорбции семян расторопши имеют вид, характерный для изотерм капиллярно-пористых коллоидных тел. Изотермы представляют собой S-образные плавные кривые без наличия сингулярных точек, что указывает на отсутствие резко выраженных переходов между отдельными стадиями связывания влаги с материалом.  Основная часть влаги в семенах расторопши, которая удаляется при сушке (Wк = 4,7...7,0 %), является осмотически связанной и капиллярной.

Рис. 1. Зависимость коэффициента температуропроводности семян расторопши от влажности и температуры

Рис. 2. Зависимость коэффициента теплопроводности семян расторопши от влажности и температуры

Рис. 3. Зависимость удельной теплоемкости семян расторопши от влажности и температуры

Методами нестационарного потока теплоты исследованы теплофизические характеристики семян расторопши (рис. 1 - 3) в интервале влажности 5…30 % и температуре исследуемого образца 293…353 К. Получены эмпирические уравнения, отражающие связь теплофизических характеристик семян расторопши с его температурой и влажностью (1)-(3). На всем интервале влажности и температуры величины возрастают: α = 3,06…11,810-8 м2/с, λ = 0,011…0,337 Вт/(м·К), с = 0,28…2,8 кДж/(кг·К).

(1)

               (2)

       (3)

Коэффициент диэлектрических потерь семян расторопши был определен методом сравнения. Зависимость в зависимости от влажности и температуры представлена на рис. 4 - 6. Установлено, что коэффициент диэлектрических потерь семян расторопши с ростом их влажности от 5 до 30 % увеличивается в интервале значений 0,7...6,8, в то же время уменьшаясь с ростом температуры семян.

Рис. 4. Зависимость изменения коэффициента диэлектрических потерь расторопши от влажности Wс:

1 – Т =293 К, 2 – Т =323 К,

3 – Т=353 К

Рис. 5. Зависимость изменения коэффициента диэлектрических потерь расторопши от температуры Т:

1 – Wc = 25 %,

2– Wc=20 %, 3– Wc = 15 %

Рис. 6. Зависимость изменения коэффициента диэлектрических потерь расторопши при частоте ЭМП f =2450 МГц от влажности Wс и температуры Т

Зависимость коэффициента диэлектрических потерь семян расторопши от их влажности и температуры определяется уравнением (4):

               (4)

В третьей главе представлено описание экспериментальной установки, методика проведения экспериментальных исследований, приведены результаты исследований по определению кинетики сушки семян расторопши в вихревой камере с СВЧ – энергоподводом с использованием математических методов планирования эксперимента, найдены рациональные режимы процесса СВЧ – сушки семян расторопши, представлены результаты сравнительного анализа качества семян расторопши, высушенных только конвективным способом и комбинированным способом с использованием конвективного и СВЧ-энергоподводов.

Для исследования влияния режимных параметров на процесс сушки семян расторопши разработана экспериментальная установка, основными компонентами которой являются: электродвигатель, приводящий в движение крыльчатку вентилятора, калорифер с оребренными воздушными ТЭНами для подогрева теплоносителя, бункер загрузки, вихревая сушильная камера, снабженная СВЧ – излучателем, осадительный циклон, пульт управления. Особую роль в вихревой камере играют направляющие вставки. Они закреплены таким образом, чтобы сформировать устойчивый вращающийся кольцевой слой высушиваемых частиц материала и исключить возможность их накопления в зоне максимального сопротивления движению частиц и  отделять высушенные частицы от основного вращающегося кольцевого слоя и направлять их в центральную зону вихревой сушильной камеры.

Для обоснования режима сушки семян расторопши и исследования влияния параметров процесса на качество готового продукта было выполнено центральное композиционное униформ-ротатабельное планирование эксперимента и выбран полный факторный эксперимент 23, что позволило одновременно варьировать все факторы и получать количественные оценки эффектов их взаимодействия.

В качестве основных факторов, влияющих на процесс сушки, для исследования были выбраны следующие: начальная влажность семян расторопши Wс, %, температура теплоносителя Т, К, СВЧ - мощность Р, Вт. Выбор интервалов изменения факторов обусловлен технологическими условиями процесса сушки семян расторопши и конструктивными характеристиками сушильной установки. Все изучаемые факторы были совместимы и некоррелированы между собой, а пределы их изменения были следующими: 16  Wc  28 %, 338  Т  368 К, 350 Р 700 Вт.

Рациональный интервал скоростей потока теплоносителя на входе в вихревую камеру был определен в ходе проведения предварительных испытаний экспериментальной установки и составил 35…40 м/с. При такой скорости потока теплоносителя обеспечивалось достаточно большое значение величины удерживающей способности вихревой камеры (до 1,5 кг) и равномерное устойчивое вращение слоя продукта, близкое к режиму идеального перемешивания.

Исследование кинетики процесса сушки позволило выявить следующее. Повышение начальной влажности семян увеличивает скорость сушки (рис. 7). Это связано с избытком поверхностной влаги, причем изменяется не только скорость первого, но и последующих периодов сушки, что объясняется влиянием свободной влаги на усадку и изменение капиллярной структуры материала.

Кроме того, начальная влажность семян расторопши влияет на соотношения периодов постоянной и убывающей скоростей сушки: с ростом влажности увеличивается величина критического влагосодержания и увеличивается доля периода убывающей скорости сушки.

Отмеченная закономерность объясняется различной связью влаги с белками и углеводами семян. Гигроскопичность белкового комплекса семян выше, чем гигроскопичность углеводов, а скорость сушки белков ниже. В семенах с высокой начальной влажностью количество более прочно связанной влаги больше. И хотя скорость сушки в начале процесса довольно велика из-за удаления влаги связанной с углеводами, первый период быстро заканчивается, и дальнейший характер протекания процесса определяется сушкой белкового комплекса. Поскольку сушка белка происходит с меньшей скоростью, наступает период убывающей скорости сушки.

Анализ температурных кривых (рис. 8) показал, что увеличение начальной влажности приводит к увеличению температуры материала. Это связано с увеличением коэффициента диэлектрических потерь с повышением влажности.

Влияние температуры теплоносителя на кинетику сушки представлено на рис. 9. Как видно их графиков, температура теплоносителя  является одним из наиболее существенных факторов, влияющим на скорость сушки семян, так как оказывает влияние на соотношения периодов постоянной и убывающей скоростей сушки.

С повышением температуры теплоносителя происходит снижение критического влагосодержания. Это можно объяснить интенсификацией внутренней диффузии влаги при возрастании температуры теплоносителя. Кроме того, происходит увеличение доли связанной влаги, испарение которой происходит в первый период сушки.

Из графиков видно, что наибольшая часть влаги удаляется в период постоянной скорости сушки, так как семена расторопши содержат большое количество осмотической и адсорбционно-связанной влаги. Наличие периода постоянной скорости сушки говорит о том, что интенсивность диффузии влаги превышает интенсивность влагообмена.

Из анализа температурных кривых, представленных на рис. 10 следует, что применение низких температур теплоносителя обеспечивает большую равномерность теплового воздействия в течение всего процесса. Заметим, что чрезмерное увеличение температуры теплоносителя совместно с использованием СВЧ - энергоподвода может привести к возникновению объемного напряженного состояния внутри материала, связанного с неравномерным распределением влаги, образованием трещин и разрушением структуры семян.

Подводимая СВЧ - мощность оказывает влияние на кинетику сушки подобно температуре теплоносителя (рис. 11), однако в меньшей степени, чем температура теплоносителя влияет время достижения критического влагосодержания. Соотношения периодов постоянной и убывающей скоростей сушки определяются только формами связи влаги с материалом.

Следует отметить, что повышение СВЧ - мощности позволяет в значительной степени интенсифицировать процесс, особенно в периоде убывающей скорости сушки. Несмотря на то, что с понижением влажности расторопши происходит уменьшение коэффициента диэлектрических потерь, что в свою очередь приводит к снижению количества теплоты, генерируемой в продукте, однако согласно закону Джоуля - Ленца эффективность преобразования энергии переменного электромагнитного поля (ЭМП) в теплоту пропорциональна квадрату напряженности ЭМП, поэтому увеличение подводимой СВЧ - мощности способствует увеличению КПД процесса трансформации СВЧ - энергии. Однако, чрезмерное увеличение подводимой СВЧ -мощности может привести к возникновению большого градиента влагосодержания, и, как следствие, образованию трещин и нарушению структуры семян.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс СВЧ - сушки семян расторопши в вихревой камере под влиянием исследуемых факторов:

(5)

(6)

Выбор критериев оценки обусловлен их наибольшей значимостью для процесса сушки. Так y1 – удельные энергозатраты на килограмм испаренной влаги – определяют энергоемкость процесса и являются одним из важных показателей, оценивающий его энергетическую эффективность, (кВт·ч)/кгвл; y2 – напряжение объема сушильной камеры по испаренной влаге – определяет производительность процесса, и напрямую связана с его скоростью, кгвл/(м3·ч).

а

б

в

Рис. 13. Номограммы для определения удельных энергозатрат у1 и напряжения объема сушильной камеры по испаренной влаге у2:

а) при Р = 525 Вт; б) при Т = 353 К; в) при Wс = 22 %

Анализ уравнений регрессии (5), (6) позволил выделить факторы, оказывающие наибольшее влияние на процесс сушки. Так и на удельные энергозатраты и на напряжение сушильной камеры по испаренной влаге наибольшее влияние оказывает мощность подводимого СВЧ - излучения. Наименьшее влияние: на удельные энергозатраты – температура теплоносителя, на напряжение сушильной камеры по испаренной влаге – начальная влажность высушиваемого продукта.

По регрессионным моделям (5), (6) были построены инженерные номограммы для определения режимных параметров процесса (рис. 13), а также поставлена и решена задача оптимизации, которая была сформулирована следующим образом: найти такие режимы работы сушильной установки, которые бы в широком диапазоне изменения входных параметров обеспечивали минимум удельных энергозатрат на испарение из продукта одного килограмма влаги и максимальное напряжение объема сушильной камеры по испаренной влаге. Поиск рациональных режимов процесса показал, что для выходных параметров в качестве рациональных должны быть приняты следующие интервалы значений: начальная влажность семян расторопши 20,28...28,0 %; температура теплоносителя на входе в сушильную камеру 342,8...353 К; мощность подводимого СВЧ – излучения 528...700 Вт.

Проведен сравнительный анализ качественных показателей семян расторопши, высушенных на экспериментальной установке конвективным способом, а также в сочетании с СВЧ – энергоподводом. Значения параметров процесса сушки были выбраны на основании проведенных экспериментальных исследований и составляли:

– при конвективной сушке Wс = 22 %; T = 353 К;

– при комбинированной сушке с СВЧ – энергоподводом: Wс = 22 %; T = 353 К; P = 700 Вт.

В результате проведенных исследований установлено, что семена расторопши, высушенные в вихревой камере с применением СВЧ – энергоподвода, не ухудшили своих потребительскими свойств и сохранили высокую пищевую и энергетическую ценность.

В четвертой главе представлено математическое описание процесса движения дисперсных частиц в кольцевом канале вихревой камеры и результаты моделирования движения твердой дисперсной частицы в криволинейном канале. На рис. 14 представлена расчетная схема движения частиц в кольцевом канале вихревой камеры.

Вращение частиц влажного материала в течение основного времени сушки происходит в пристенной зоне вихревой сушильной камеры, ограниченной направляющими вставками, позволяющими обеспечить локальное увеличение скорости потока в начале процесса, застойных зон в камере и увеличить ее удерживающую способность.

Затем более легкие подсушенные частицы смещаются к внутренней поверхности кольцевого канала, через окна между направляющими вставками выходят в центральную зону вихревой сушильной камеры, где продолжают вращение до полного высушивания и уноса через отводной патрубок.

Минимальная (критическая) скорость теплоносителя, при которой происходит транспортирование твердых частиц в кольцевом канале, без осаждения частиц в нем, определяется выражением:

       (7)

Из выражения (7) следует, что минимальная скорость потока теплоносителя кр., обеспечивающая устойчивое движение частиц в режиме пневмотранспорта по каналу, уменьшается с уменьшением ширины канала 1. С другой стороны, уменьшение величины 1 приводит к увеличению гидравлического сопротивления кольцевого канала и уменьшению расхода газа V1 в нем.

Существует оптимальное значение величины 1, обеспечивающее устойчивое движение потока частиц при минимальном общем расходе теплоносителя V, для нахождения которого по формуле (7) определяется критическая скорость газа, обеспечивающая движение дисперсного потока в канале, затем с использованием критериальных уравнений определяются расходы воздуха в криволинейном канале и окне.

Математическое описание, обеспечивающее оптимизацию процесса движения частиц по каналу по ширине канала, реализовано в среде Mathcad-15.

На рисунке 15 представлена зависимость общего расхода воздуха V от ширины канала 1 и различных значениях ширины окна 2.

Влияние коэффициента взвеси m, диаметра частиц dэ, на оптимальные значения ширины канала 1 проявляется слабо (рис. 16 – 17).

При моделировании движения твердой дисперсной частицы в криволинейном канале, траектория ее движения будет определяться силой, действующей на частицу со стороны воздушного потока, центробежной силой инерции, а также условиями отражения частицы при соударении со стенками канала.

Уравнение движения частицы в проекциях на координаты оси имеет вид:

               (11)

               (12)

Начальные условия (для тангенциального ввода): wx(0) = wx, wy(0) = 0.

Отражение частицы при ударе о стенку канала полагаем зеркальным. В результате она теряет часть своей кинетической энергии за счет трения ее о стенки канала.

Условия отражения частицы при ударе о стенку имеют вид: wx' = 1wx, wy' = 1wy.

Аналитическое решение задачи не представляется возможным из-за ее нелинейности. Поэтому задача была решена численно с использованием явной схемы в виде:

               (13)

               (14)

Координаты x, y положения частицы определяются интегрированием выражений для проекций скорости:

               (15)

В соответствии с представленной моделью разработана программа расчета процесса движения частицы в среде Mathcad-15. Для удобства анализа результаты моделирования представляются в графической форме.

На рис. 18 представлены зависимости проекций вектора скорости частицы wx, wy от времени . Величина wx скачком изменяется при каждом соударении частицы со стенкой, величина wy изменяет направление на противоположное, модуль скорости wy при каждом ударе о стенку уменьшается.

На рис. 19 представлена траектория движения частицы в криволинейном канале. Из графика видно, что со временем частица приближается к внутренней стенке, все больше отдаляясь от наружной стенки канала.

а

б

Рис. 18. Зависимость проекций вектора скорости частицы (а), (б) от времени

Рис. 19. Траектория движения частицы в криволинейном канале

Сравнение реальных значений с расчётными кривыми позволили сделать вывод, что отклонении от теоретических исследований составляют не более 12 %.

В пятой главе осуществлен термодинамический анализ энерготехнологической схемы процесса сушки семян расторопши в вихревой камере с СВЧ-энергоподводом и дано описание предложенных на основе проведенных исследований перспективных разработок.

Рис. 20. Диаграмма эксергетического анализа процесса сушки семян расторопши в вихревой камере с СВЧ-энергоподводом

Термодинамический анализ энерготехнологической схемы процесса сушки семян расторопши в вихревой камере с СВЧ-энергоподводом выполнен на базе энергетичекого и эксергетического методов с графической интерпретацией результатов в виде диаграмма (рис. 20), позволившей наглядно определить тепловые потоки и потери в термодинамической системе установки для сушки семян расторопши и наметить наиболее эффективные пути уменьшения затрат при одновременном повышении технологических показателей.

На основании результатов исследования разработана линия комплексной переработки семян расторопши и перспективная оригинальная высокоинтенсивная конструкция сушильной установки (рис. 21), использующая принцип закрученного потока теплоносителя в сочетании с СВЧ - энергоподводом, которая является прототипом экспериментальной установки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Исследованы физико-механические характеристики семян расторопши: истинная плотность семян, эквивалентный диаметр семени, статический угол естественного откоса, коэффициенты трения семян расторопши о фторопластовые поверхности в интервале влажности от 5 до 32 %.

2. Построены изотермы десорбции семян расторопши, которые позволяют определить энергетические формы связи влаги с материалом и равновесную влажность, необходимую для выбора режима хранения семян.

3. Определены теплофизические характеристики семян расторопши: удельная теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, в интервалах влажности 5…30 % и температуры 293…353 К.

4. Исследована зависимость коэффициента диэлектрических потерь семян расторопши от их влажности в интервале 5…30 % и температуры в интервале 293…353 К.

5. Изучены механизм и основные кинетические закономерности процесса сушки семян расторопши, в результате чего обоснован выбор технологических режимов проведения процесса сушки семян расторопши в вихревой камере с использованием СВЧ – энергоподвода: начальная влажность семян 20,28...28,0 %, температура теплоносителя 343...353 К и подводимая СВЧ - мощность 528...700 Вт.

6. Выполнен комплексный анализ показателей качества, в результате которого установлено, что семена расторопши, высушенные с применением СВЧ – энергоподвода, не ухудшили своих потребительских свойств и сохранили высокую пищевую и энергетическую ценность.

7. Предложено математическое описание процесса движения дисперсного материала в кольцевом канале вихревой камеры, устанавливающее связь между высотой кольцевого канала и минимальным расходом теплоносителя и определяющее момент уноса частицы из камеры после высушивания ее в электромагнитном поле СВЧ.

8. Проведен термодинамический анализ эффективности процесса сушки семян расторопши в вихревой камере с СВЧ-энергоподводом, который позволил вскрыть резервы разработанной установки и наметить направления совершенствования конструкций и способов семян расторопши.

9. Разработана линия комплексной переработки семян расторопши, способ сушки и оригинальная конструкция высокоинтенсивной сушильной установки с закрученными потоками теплоносителя и СВЧ – энергоподводом, проведены промышленные испытания.

Условные обозначения

с – удельная теплоемкость, Дж/(кг К); P – удельная мощность, Вт/м3; Т – температура теплоносителя, К; Wс – влажность по сухим веществам, %; – коэффициент температуропроводности, м2/с; "– коэффициент диэлектрических потерь; – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К); 1 - ширина кольцевого канала, м; dэ- эквивалентный диаметр частиц, м; - плотность частиц, кг/м3; 0 - плотность теплоносителя, кг/м3; m - коэффициент взвеси, равный отношению массового расхода твердых частиц к массовому расходу теплоносителя; R0 -  внутренний радиус канала, м; кр - минимальная скорость теплоносителя, м/с; - коэффициент аэродинамического сопротивления частицы; wx, wy- проекции скорости частицы на оси x и y.

Основные положения диссертации

опубликованы в следующих работах

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Автоматическое управление процессом сушки дисперсных материалов в сушильной установке с закрученным потоком теплоносителя и СВЧ-энергоподводом [Текст] / А. В. Журавлев, Д. А. Казарцев, Е. С. Бунин, И. С. Юрова // Научно - теоретический журнал «Вестник Воронежской государственной технологической академии», Сер. : Процессы и аппараты пищевых производств. - 2010. – № 2. - С. 76-80.

2. Проблема переработки семян расторопши в России [Текст] / А. В. Журавлев, И. Т. Кретов, Д. А. Казарцев, И. С. Юрова // Научно - теоретический журнал Финансы. Экономика. Стратегия. - 2010. - № 6. - С. 43-46.

3. Статистический анализ процесса сушки семян рапса закрученным потоком теплоносителя и СВЧ-энергоподводом [Текст] / С. Т. Антипов, Д. А. Казарцев, А. В. Журавлев, Е. С. Бунин, И. С. Юрова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - № 12. - С. 63-65.

Патенты

4. Пат. 2425311 Российская Федерация, МПК7 F 26 B 17/10. Вихревая сушильная камера для сушки дисперсного материала в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом [Текст] / Антипов С. Т., Казарцев Д. А., Бунин Е. С., Баранов А. Ю., Юрова И. С., Журавлев А. В.; заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. технол. акад. – № 2010115946/06; заявл. 21.04.2010; опубл. 27.07.2011, Бюл. № 21. – С. 2

5. Пат. 2444689 Российская Федерация, МПК7 F 26 В 25/22. Способ автоматического управления процессом сушки пищевых продуктов в ленточной сушилке с использованием конвективного и СВЧ-энергоподвода [Текст] / Антипов С. Т., Казарцев Д. А., Журавлев А. В., Калинина Т. В., Юрова И. С., Емельянов А. Б.; заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. технол. акад. - № 2010135851/06; заявл. 26.08.2010; опубл. 10.03.2012, Бюл. № 7. – С.1.

Статьи и тезисы

6. Юрова, И. С. Семена расторопши-перспективы переработки [Текст] / И. С. Юрова // Материалы XLVIII отчетной научной конференции за 2009 год: В 3 ч. Ч. 2 / Воронеж. гос. технол. акад.– Воронеж : ВГТА, 2010. - С. 61.

7. Кретов, И. Т. Оптимизация процесса сушки семян расторопши в закрученном потоке теплоносителя [Текст] / И. Т. Кретов, И. С. Юрова // Материалы XL отчетной научной конференции за 2011 год: В 3 ч. Ч. 2 / Воронеж. гос. универ. инж. технол. – Воронеж : ВГУИТ, 2012. С. - 77.

Подписано в печать __.__.2012 г. Формат 60 х 84 1/16

Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ № ___.

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

(ФГБОУ ВПО «ВГУИТ»)

Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ»

Адрес университета и отдела полиграфии:

394036, г. Воронеж, пр. Революции, 19






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.