Комбіновані способи сушіння зернових продуктів
Вантажиться...
Дата
2017
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
ОНАХТ
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 – Процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв.
Дисертаційна робота присвячена дослідженню комбінованих методів сушіння дисперсних зернових продуктів, розробці сушильної установки на базі РТС, методів її розрахунку.
Визначено недоліки існуючих конвективних зерносушарок: невисокий ККД (до 40%); малий питомий вологоз'йом; нерівномірність сушіння; високі витрати сушильного агента, високі енерговитрати. Запропоновано методи вирішення проблем сушіння - використання комбінованих технологій сушки, рекуператорів теплоти, термосифонів, теплових труб в технологіях сушіння, утилізації теплоти відхідних газів зерносушильних установок. Для оцінки запропонованих схемних рішень на основі аналітичних і експериментальних досліджень розроблені конструкції експериментальних установок: комбінована сушарка з РТС і комбінована сушарка з
НВЧ. Як об'єкти обробки обрані крупнодисперсні і дрібнодисперсні харчові матеріали - зернові. Експериментальні дослідження кінетики сушіння проведені на наступних продуктах: пшениця, кукурудза, варений горох, просо, амарант. Розроблено методики експериментальних досліджень процесів гідродинаміки, тепло- масообміну в розроблених сушарках.
Аналітичні й експериментальні дослідження підтвердили, що зерносушарка забезпечує екологічно чисте сушіння зерна при підвищеній енергетичній ефективності. Встановлено, що на швидкість сушіння в зерносушарці впливає температура поверхні модуля, частота обертів РТС. Отримано математичний опис кінетики сушіння, модель у числах подібності для визначення питомих енерговитрат на сушіння, тривалості сушіння. Розроблено інженерну методику й комп'ютерну програму для розрахунку сушильної установки. Проведено комп'ютерне моделювання процесу сушіння в зерносушарці. Розроблено проект науково-технічної документації на зерносушарку.
Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - Процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. Диссертационная работа посвящена исследованию комбинированных методов сушки дисперсных продуктов, разработке сушильной установки, на базе вращающегося термосифона (ВТС), методов еѐ расчета. Анализ рынка зерносушильной техники показывает, что в Украине на долю шахтных сушилок приходится более 80% действующих установок с производительностью от 2 до 50 т/ч. Удельные энергозатраты таких сушилок 4…5 МДж/кг. Сушильные технологии Украины потребляют в 2,5...3 раза больше необходимой для превращения влаги в пар энергии. Необходима разработка энергоэффективных зерносушильных установок. Определены недостатки существующих конвективных зерносушилок: невысокий КПД (до 40%); малый удельный съем влаги; неравномерность сушки; высокие расходы сушильного агента, высокие энергозатраты. Предложены методы решения проблем сушки – использование комбинированных технологий сушки, рекуператоров теплоты, термосифонов, тепловых труб в технологиях сушки, утилизации теплоты уходящих газов зерносушильных установок. Для оценки предложенных схемных решений на основе аналитических и экспериментальных исследований разработаны конструкции экспериментальных установок: комбинированная сушилка с ВТС и комбинированная сушилка с СВЧ. В качестве объектов обработки выбраны крупнодисперсные и мелкодисперсные пищевые материалы - зерновые. Экспериментальные исследования кинетики сушки проведены на следующих продуктах: пшеница, кукуруза, варёный горох, просо, амарант. Разработаны методики экспериментальных исследований процессов гидродинамики, тепло- массообмена в разработанных сушилках. Проведенные расчеты для всего диапазона исследований показали, что итоговая погрешность проведенных экспериментов не превышает 20% для доверительного интервала вероятности =0,95. На основе принципов метода анализа размерностей разработаны модели процессов тепло- массообмена, позволяющие обобщить базу экспериментальных данных и разработать алгоритмы расчета комбинированной сушилки с СВЧ. Исследована кинетика сушки дисперсных зерновых продуктов в установке с использованием комбинации фильтрационной сушки с СВЧ нагревом. Установлено влияние продолжительности продувки и воздействия СВЧ поля на температуру продукта и скорость сушки. Так увеличение продолжительности продувки слоя пшеницы в 3 раза приводит к уменьшению температуры продукта в среднем на 10 ˚С. Для пшеницы: увеличение продолжительности продувки в 2 раза приводит к увеличению скорости сушки в 1,2 раза. Для кукурузы: увеличение продолжительности воздействия СВЧ на 5 с приводит к увеличению скорости сушки в 1,8 раза. На основе аналитических, экспериментальных исследований и результатов компьютерного моделирования разработана конструкция и методы расчета сушилки с ВТС. На основе принципов метода анализа размерностей разработаны модели процессов тепло- массообмена, позволяющие обобщить базу экспериментальных данных и разработать алгоритмы расчета сушилки на базе ВТС. Исследована кинетика сушки дисперсных пищевых продуктов в установке с ВТС. Установлено влияние температуры поверхности конденсатора ВТС на степень нагрева зерна пшеницы, амаранта в аппарате при постоянной частоте вращения ВТС. Для пшеницы: при увеличении температуры конденсатора ВТС в 1,5 раза температура пшеницы изменяется в 1,5 раза. Для амаранта: при увеличении температуры конденсатора ВТС в 1,2 раза температура зерна изменяется в 1,2 раза. Определено влияние режимных параметров на скорость сушки в аппарате с ВТС для пшеницы составляет 0,5 %/мин, для вареного гороха 0,36 %/мин, для амаранта 0,6 %/мин. Влияние на скорость сушки оказывает изменение температуры поверхности и частоты вращения конденсатора ВТС. Влажность зерна в серии опытов снижается в среднем на 10 %, что соответствует стандартным зерносушилкам. Скорость сушки просо в аппарате с ВТС составляет около 0,004 %/с. Для сравнения проведены эксперименты по сушке просо в конвективной сушилке при одинаковой температуре продукта (60 ˚С). Скорость сушки просо в конвективной сушилке составляет около 0,002 %/с, что в 2 раза ниже скорости сушки в аппарате с ВТС. Анализ полученных вариационных кривых для варёного гороха (рис. 10), показывает, что продукт после сушки в аппарате с ВТС содержит больший процент тонких фракций (в среднем на 3 %), что удовлетворяет технологические потребности производства. Существенное влияние на коэффициент массоотдачи имеет частота вращения и температура поверхности ВТС. Изменение температуры поверхности ВТС в 1,4 раза приводит к росту коэффициента массоотдачи в 1,8 раз (рис. 14). Что связано с влиянием температуры поверхности ВТС на температуру зерновки и, как следствие, с ростом парциального давления пара над продуктом. Изменение частоты оборотов ВТС в 2 раза приводит к росту коэффициента массоотдачи в 1,6 раз (рис. 14). Что объясняется обновлением контакта фаз, повышением активной поверхности влагоотдачи, за счет перемешивания объема продукта. База экспериментальных данных по кинетике сушки пшеницы в сушилке с ВТС удовлетворительно обобщается критериальным уравнением (5). С погрешностью не более 20 % уравнение позволяет рассчитать коэффициент массоотдачи β в пределах 1,2 103 ≤ PeT ≤ 1,3 104 , и параметрического комплекса 2,1≤ TП/TЗ ≤ 3. Анализ тепловых балансов сушилок показывает, что если считать полезной энергию, которая затрачивается на испарение влаги, энергетический КПД конвективной сушилки составляет 40%, а разработанной сушилки с ВТС 70%. Результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования показывают, что энергозатраты сушилки с ВТС 3,8…4 МДж/кг, что ниже, чем у существующих конвективных сушилок. Энергозатраты сушилки с СВЧ 2,9…3,3 МДж/кг. Разработан проект сушилки с ВТС производительностью 0,12 кг/с для сушки варѐного гороха на предприятии ПАО «Enni Foods». Применение аппарата с ВТС в качестве и сушилки и плющителя даѐт существенное снижение энергозатрат технологической линии — с 4,6 до 1 МДж/(кг продукции). Срок окупаемости сушилки составляет 4 сезона.
Processes and Equipments of Food, Microbiological and Pharmaceutical Productions. The dissertation is devoted to the reasearch of combined methods of grain drying and development of the dryer on the basis of the RTS and the methods of its calculation. Defects of existing convective grain dryers are defined: low efficiency (up to 40%); low specific moisture release; uneven drying; high costs of drying agent, high energy costs. The methods for solving drying problems are proposed - the use of combined drying technologies, heat recuperators, thermosyphons, heat pipes in drying technologies, utilization of the heat of exhaust gases from grain dryers. To evaluate the proposed circuit solutions based on analytical and experimental studies, designs of experimental instalations have been developed: a combined dryer with rotating thermosyphon and a combined microwave dryer. Large-dispersed and fine-dispersed food materials - cereals were chosen as treatment objects. Experimental studies of the kinetics of drying were carried out on the following products: wheat, maize, boiled peas, millet, amaranth. Methods for experimental studies of the processes of hydrodynamics, heat-mass transfer in developed dryers have been developed. Analytical and experimental studies confirmed that the grain dryer delivers ecologicaly clean grain drying with high energy efficiency. It was found that the rate of drying in the dryer affects the temperature of the module surface, the amount of grain and RTS rate of turn-over. The mathematical description of the kinetics of drying was developed to similarity numbers engineering method and computer program for calculating the dryer. A computer simulation of the drying process in grain dryer was calculated. The project of scientific and technical documentation of the dryer was developed.
Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - Процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. Диссертационная работа посвящена исследованию комбинированных методов сушки дисперсных продуктов, разработке сушильной установки, на базе вращающегося термосифона (ВТС), методов еѐ расчета. Анализ рынка зерносушильной техники показывает, что в Украине на долю шахтных сушилок приходится более 80% действующих установок с производительностью от 2 до 50 т/ч. Удельные энергозатраты таких сушилок 4…5 МДж/кг. Сушильные технологии Украины потребляют в 2,5...3 раза больше необходимой для превращения влаги в пар энергии. Необходима разработка энергоэффективных зерносушильных установок. Определены недостатки существующих конвективных зерносушилок: невысокий КПД (до 40%); малый удельный съем влаги; неравномерность сушки; высокие расходы сушильного агента, высокие энергозатраты. Предложены методы решения проблем сушки – использование комбинированных технологий сушки, рекуператоров теплоты, термосифонов, тепловых труб в технологиях сушки, утилизации теплоты уходящих газов зерносушильных установок. Для оценки предложенных схемных решений на основе аналитических и экспериментальных исследований разработаны конструкции экспериментальных установок: комбинированная сушилка с ВТС и комбинированная сушилка с СВЧ. В качестве объектов обработки выбраны крупнодисперсные и мелкодисперсные пищевые материалы - зерновые. Экспериментальные исследования кинетики сушки проведены на следующих продуктах: пшеница, кукуруза, варёный горох, просо, амарант. Разработаны методики экспериментальных исследований процессов гидродинамики, тепло- массообмена в разработанных сушилках. Проведенные расчеты для всего диапазона исследований показали, что итоговая погрешность проведенных экспериментов не превышает 20% для доверительного интервала вероятности =0,95. На основе принципов метода анализа размерностей разработаны модели процессов тепло- массообмена, позволяющие обобщить базу экспериментальных данных и разработать алгоритмы расчета комбинированной сушилки с СВЧ. Исследована кинетика сушки дисперсных зерновых продуктов в установке с использованием комбинации фильтрационной сушки с СВЧ нагревом. Установлено влияние продолжительности продувки и воздействия СВЧ поля на температуру продукта и скорость сушки. Так увеличение продолжительности продувки слоя пшеницы в 3 раза приводит к уменьшению температуры продукта в среднем на 10 ˚С. Для пшеницы: увеличение продолжительности продувки в 2 раза приводит к увеличению скорости сушки в 1,2 раза. Для кукурузы: увеличение продолжительности воздействия СВЧ на 5 с приводит к увеличению скорости сушки в 1,8 раза. На основе аналитических, экспериментальных исследований и результатов компьютерного моделирования разработана конструкция и методы расчета сушилки с ВТС. На основе принципов метода анализа размерностей разработаны модели процессов тепло- массообмена, позволяющие обобщить базу экспериментальных данных и разработать алгоритмы расчета сушилки на базе ВТС. Исследована кинетика сушки дисперсных пищевых продуктов в установке с ВТС. Установлено влияние температуры поверхности конденсатора ВТС на степень нагрева зерна пшеницы, амаранта в аппарате при постоянной частоте вращения ВТС. Для пшеницы: при увеличении температуры конденсатора ВТС в 1,5 раза температура пшеницы изменяется в 1,5 раза. Для амаранта: при увеличении температуры конденсатора ВТС в 1,2 раза температура зерна изменяется в 1,2 раза. Определено влияние режимных параметров на скорость сушки в аппарате с ВТС для пшеницы составляет 0,5 %/мин, для вареного гороха 0,36 %/мин, для амаранта 0,6 %/мин. Влияние на скорость сушки оказывает изменение температуры поверхности и частоты вращения конденсатора ВТС. Влажность зерна в серии опытов снижается в среднем на 10 %, что соответствует стандартным зерносушилкам. Скорость сушки просо в аппарате с ВТС составляет около 0,004 %/с. Для сравнения проведены эксперименты по сушке просо в конвективной сушилке при одинаковой температуре продукта (60 ˚С). Скорость сушки просо в конвективной сушилке составляет около 0,002 %/с, что в 2 раза ниже скорости сушки в аппарате с ВТС. Анализ полученных вариационных кривых для варёного гороха (рис. 10), показывает, что продукт после сушки в аппарате с ВТС содержит больший процент тонких фракций (в среднем на 3 %), что удовлетворяет технологические потребности производства. Существенное влияние на коэффициент массоотдачи имеет частота вращения и температура поверхности ВТС. Изменение температуры поверхности ВТС в 1,4 раза приводит к росту коэффициента массоотдачи в 1,8 раз (рис. 14). Что связано с влиянием температуры поверхности ВТС на температуру зерновки и, как следствие, с ростом парциального давления пара над продуктом. Изменение частоты оборотов ВТС в 2 раза приводит к росту коэффициента массоотдачи в 1,6 раз (рис. 14). Что объясняется обновлением контакта фаз, повышением активной поверхности влагоотдачи, за счет перемешивания объема продукта. База экспериментальных данных по кинетике сушки пшеницы в сушилке с ВТС удовлетворительно обобщается критериальным уравнением (5). С погрешностью не более 20 % уравнение позволяет рассчитать коэффициент массоотдачи β в пределах 1,2 103 ≤ PeT ≤ 1,3 104 , и параметрического комплекса 2,1≤ TП/TЗ ≤ 3. Анализ тепловых балансов сушилок показывает, что если считать полезной энергию, которая затрачивается на испарение влаги, энергетический КПД конвективной сушилки составляет 40%, а разработанной сушилки с ВТС 70%. Результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования показывают, что энергозатраты сушилки с ВТС 3,8…4 МДж/кг, что ниже, чем у существующих конвективных сушилок. Энергозатраты сушилки с СВЧ 2,9…3,3 МДж/кг. Разработан проект сушилки с ВТС производительностью 0,12 кг/с для сушки варѐного гороха на предприятии ПАО «Enni Foods». Применение аппарата с ВТС в качестве и сушилки и плющителя даѐт существенное снижение энергозатрат технологической линии — с 4,6 до 1 МДж/(кг продукции). Срок окупаемости сушилки составляет 4 сезона.
Processes and Equipments of Food, Microbiological and Pharmaceutical Productions. The dissertation is devoted to the reasearch of combined methods of grain drying and development of the dryer on the basis of the RTS and the methods of its calculation. Defects of existing convective grain dryers are defined: low efficiency (up to 40%); low specific moisture release; uneven drying; high costs of drying agent, high energy costs. The methods for solving drying problems are proposed - the use of combined drying technologies, heat recuperators, thermosyphons, heat pipes in drying technologies, utilization of the heat of exhaust gases from grain dryers. To evaluate the proposed circuit solutions based on analytical and experimental studies, designs of experimental instalations have been developed: a combined dryer with rotating thermosyphon and a combined microwave dryer. Large-dispersed and fine-dispersed food materials - cereals were chosen as treatment objects. Experimental studies of the kinetics of drying were carried out on the following products: wheat, maize, boiled peas, millet, amaranth. Methods for experimental studies of the processes of hydrodynamics, heat-mass transfer in developed dryers have been developed. Analytical and experimental studies confirmed that the grain dryer delivers ecologicaly clean grain drying with high energy efficiency. It was found that the rate of drying in the dryer affects the temperature of the module surface, the amount of grain and RTS rate of turn-over. The mathematical description of the kinetics of drying was developed to similarity numbers engineering method and computer program for calculating the dryer. A computer simulation of the drying process in grain dryer was calculated. The project of scientific and technical documentation of the dryer was developed.
Опис
Воскресенська, О. В.
Комбіновані способи сушіння зернових продуктів [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.18.12 "Процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв" / Воскресенська Олена Володимирівна ; наук. кер. І. В. Безбах ; Одес. нац. акад. харч. технологій. – Одеса : ОНАХТ, 2017. – 22 с. : табл., рис.
Ключові слова
комбіноване сушіння, зерносушарка, коефіцієнт масовіддачі, термосифон, комбинированная сушка, зерносушилка, коэффициент массоотдачи, drying, grain dryer, the mass-transfer coefficient, thermo-siphon