cушка (зміст)

______________________Вінницький національний технічний університет_____________________

(повне найменування вищого навчального закладу)

_____________Факультет будівництва, теплоенергетики та газопостачання_________________

(повне найменування інституту, назва факультету (відділення))

___________________________Кафедра теплогазопостачання і вентиляції_______________________________

(повна назва кафедри)

Пояснювальна записка

до магістерської кваліфікаційної роботи

___________________________ магістр___________________________

(освітньо-кваліфікаційний рівень)

на тему: «Моделювання теплових та динамічних процесів вібраційної установки для сушіння сипучих органічних матеріалів»

08-12.МКР.001.00.000 ПЗ

Виконав: магістрант 2 курсу, групи ТГ-14м спеціальності 8.06010107 Теплогазопостачання______

_______________і вентиляція___________

(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)

Кутняк М.М.

______________________________________________________________

(прізвище та ініціали)

Керівник ________Коц І.В.______________

(прізвище та ініціали)

Рецензент_____________________________

(прізвище та ініціали)

Вінниця – 2015 року

6

ВСТУП Актуальність теми. Збільшення обсягів виробництва в харчовій і

переробній промисловості на фоні подорожчання енергоресурсів викликає потребу в розробці перспективних енерго- й ресурсозберігаючих технологій та устаткування. Найбільші енерговитрати в цих галузях припадають на тепло- й масообмінні процеси, зокрема на процес сушіння.

Існуючі зерносушарки працюють неефективно, якість сушки низька. Вони громіздкі, металоємні, енергоємні, складні в обслуговуванні і ремонті і відрізняються високою вартістю.

Таким чином, актуальність даної роботи полягає у підвищенні ефективності сушіння сипучих органічних матеріалів шляхом подальшого розвитку і вдосконалення конструктивних рішень складових вузлів сушильних агрегатів, вибору та обґрунтування раціональних режимів їх роботи, що сприятиме отриманню якісної вихідної продукції.

Зв’язок роботи з іншими джерелами. Дослідження, результати яких включенні до даної роботи, пов’язані напрямками наукової діяльності НДЛ гідродинаміки ВНТУ, а саме із розробкою і дослідженням вібротранспортуючих та інших пристроїв з гідрота пневмоприводом, теплових камер, теплогенеруючого обладнання та сушильних агрегатів.

Мета роботи полягає в підвищенні ефективності процесу сушіння сипучих матеріалів органічного походження у віброкиплячому шарі, шляхом обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів подачі і підготовки сушильного агента, вибору раціональних режимів здійснення тепломасообмінних процесів при сушінні сировини з врахуванням впливу вібраційних коливань і потоку повітря.

Задачі роботи:

провести аналіз існуючих способів і засобів сушіння зернових культур і класифікувати їх, обгрунтувати перспективну конструктивно-технологічну схему зерносушарки;

теоретично обгрунтувати раціональні параметри процесу сушіння в псевдозрідженому шарі і синтезувати нове конструктивне і рішення сушильного устаткування;

виконати математичне моделювання робочих процесів у запропонованій сушильній установці;

розробити методику визначення конструктивно-технологічних параметрів зерносушарки з псевдозрідженим шаром;

розробити методику інженерного розрахунку зерносушарки з псевдозрідженим шаром;

7

довести економічну доцільність використання у виробництві розробленої зерносушарки.

Об’єкт дослідження - тепло- і масообмінні процеси в сушильному устаткуванні.

Предмет дослідження полягає у встановленні закономірностей в технологічному процесі сушіння зернових культур, теоретичному обгрунтуванні раціональних параметрів сушарки з псевдозрідженим шаром.

Ідея роботи полягає в додатковому врахуванні вібраційних коливань і властивостей матеріалу при визначенні швидкості сушіння.

Методи дослідження. Основні закони механіки твердого тіла,механіки рідин і газів, термодинаміки, теорії автоматичного керування, теорії моделювання та системного аналізу, чисельні методи розв’язання систем диференційних та алгебраїчних рівнянь, методи постановки та обробки результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів

теоретично обгрунтовано перспективну конструктивно-технологічну схему зерносушарки та раціональні параметри процесу сушіння в псевдозрідженому шарі;

виконане математичне моделювання робочих процесів у запропонованій сушильній установці;

удосконалена математична модель та розрахунковий алгоритм процесу сушіння;

удосконалена методика проектного розрахунку зерносушарки з псевдозрідженим шаром.

Практичне значення роботи полягає в розробці принципових схем і конструктивних виконань, а також рекомендації щодо раціональних робочих режимів сушіння для нових вібраційних сушильних агрегатів, які можуть бути рекомендовані до практичної реалізації.

Апробація результатів.

-XLI - XLIV науково-технічних конференціях професорськовикладацького складу, співробітників та студентів ВНТУ (м. Вінниця , ВНТУ ,

2011-2015р. );

Публікації. За матеріалами роботи опубліковані тези доповідей на науково-технічних конференціях, 3 статті у журналах наукових праць (дві з них

–у виданнях ВАК) та отримано патент на корисну модель.

8

1 АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ДОСЛІДЖЕНЬ УСТАНОВОК ДЛЯ СУШІННЯ СИПУЧИХ ОРГАНІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ

1.1 Типи і конструкції сушильних установок, особливості їх роботи

Сушіння матеріалів - одна з найбільш поширених технологічних операцій, що зустрічаються майже у всіх галузях промисловості. Сушіння матеріалів служить для різних цілей. Наприклад, сушіння піску в ливарному виробництві потрібна для отримання формувальної суміші з певною початковою вологістю. Сушіння зерна необхідне для забезпечення його якості при зберіганні. Сушіння різних мінеральних солей - для можливості їх зберігання, транспортування і збереження якості [1, 2]. Сушіння крейди проводиться на початковій стадії для можливості подальшої її переробки.

В промисловості застосовується велика кількість різних типів і конструкцій сушарок. У табл. 1.1 дана класифікація сучасних сушарок[2].

Таблиця 1.1 - Класифікація сушильних агрегатів

9

Продовження таблиці 1.1

10

характеристикою є стан шару матеріалу в процесі сушіння. При конвективному сушінні зерно може перебувати в стані щільного нерухомого, гравітаційного, псевдозрідженого, віброкиплячого, падаючого або зваженого шару. Напрямок руху сушильного агента в конвективних сушарках щодо матеріалу може бути прямоточним, протитечійним і перехресним.

При сушінні в нерухомому стані швидкість матеріалу дорівнює нулю, а швидкість агента сушіння менше критичної швидкості частинок матеріалу. Цей принцип використовують в сушарках камерного та бункерного типів, а саме в жалюзійних, лоткових, стелажних сушарках і в установках для активного вентилювання. У таких апаратах сушіння матеріалу проводиться періодично при атмосферному тиску. Сушарки мають одну або декілька прямокутних камер, в яких матеріал, що знаходиться на вагонетках або полицях, сушиться в нерухомому стані. Камери завантажують і вивантажують через двері, причому вагонетки переміщують вручну або за допомогою лебідок.

Основні параметри таких сушарок: температура агента сушіння 35 ... 40 ºС, знімання вологи 0,5 ... 1,5% за 1 год. , витрата теплоти (8 ... 20)∙103 кДж на 1 кг випаруваної вологи. Незважаючи на простоту конструкції, сушарки цього виду не набули широкого поширення, оскільки вони мають низький ККД, не придатні до роботи по поточному методу, періодичної дії. Швидкість сушіння в нерухомому шарі в більшій мірі залежить від швидкості відводу водяної пари з міжзернового простору. Нерухомий шар сушиться нерівномірно. При сушінні в нерухомому шарі довгий час зберігається велика різниця по вологості окремих шарів зерна, товщина якого може досягати від 0,6 до 3,5 м. Швидкість агента сушіння обмежена великим аеродинамічним опором шару і, як правило, не перевищує 0,2 м / з [7, с. 25; 8, с. 18]. Тому сушіння може тривати до 2 ... 3 діб. При високій початкової вологості зерна і великий товщині шару можливе погіршення його якості.

При сушінні в рухливому стані швидкість матеріалу більше нуля, а швидкість агента сушіння менше критичної швидкості частинок висушуваного матеріалу. Цей принцип покладено в основу роботи шахтних, рециркуляційних, барабанних, конвеєрних і вібраційних сушарок безперервної дії. Основні параметри сушарок: температура агента сушіння 70 ... 150 ºС в шахтних, 150 ...

250 ºС в барабанних, 250 ... 350 ºС в рециркуляційних; знімання вологи за один пропуск не більше 6% в шахтних, 5 ... 8% в барабанних, в рециркуляційних необмежений, витрата теплоти (5,0 ... 6,3) 103 кДж на 1 кг випаруваної вологи.

У шахтних зерносушарках вплив агента сушіння на оброблюваний матеріал відбувається у вертикальних прямокутних шахтах з коробами, розташованими в шаховому порядку. Через одні короба агент сушіння подається в шахту, а через інші - відводиться з шахти [9, с. 129]. Вони можуть

11

бути пересувними (ЗСПЖ-8 і КУ-УБА) і стаціонарними (СЗШ-8, СЗШ-16, СЗШ-16Р, Т-685). Барабанні сушарки також можуть бути пересувними (СЗПЖ- 2,5) і стаціонарними (СЗСБ-4, СЗСБ-8), рециркуляційні - стаціонарні.

У барабанних сушарках можна сушити засмічене, малосипке зерно. Сушіння відбувається під дією агента сушіння в обертовому циліндричному барабані. Тому барабанні сушарки не рекомендується використовувати для сушіння насіння, схильного до розтріскування (горох, боби, кукурудза). У барабанних сушарках практично не регулюється тривалість сушіння. Час перебування насіння в сушильному барабані становить 15 ... 20 хв, що дозволяє знизити вологість їх за один пропуск на 3 ... 5%. Тому через барабанну сушарку вологе зерно треба пропускати 2 ... 3 рази або послідовно розташовувати кілька машин [9]. Особливість цих сушарок - значна нерівномірність нагрівання та сушіння зернового шару, товщина якого може знаходитися в межах 0,10 ... 0,25 м. Швидкість агента сушіння в шарі зерна 0,3 ... 0,4 м/с і тривалість перебування зерна в зоні сушки до 1,5 год [10, с.25].

Конвеєрні, стрічкові і креслень сушарки універсальні за своїм призначенням, так як в них можна сушити різну сировину рослинного походження. Для цих сушарок немає особливих обмежень по вологості, чистоті і сипучості вихідного матеріалу. Тому їх широко використовують для сушіння насіння трав та інших малосипкого матеріалів [9, с. 153].

Лоткові - сушарки періодичної дії, сушильну камеру яких завантажують і розвантажують періодично. Вони прості по пристрою: в корпусі розташований один або кілька горизонтальних лотків з дном з дірчастого листового заліза. Теплоносій продувається вентилятором крізь шар зерна, сушить його і виходить в атмосферу.

Конвеєрні - являють собою рушійну перфоровану сталеву стрічку, на яку транспортер подає вологий матеріал. Сушильний агент проходить через отвір стрічки і шар матеріалу, нагріває його, поглинає вологу і видаляється назовні. Висушений продукт зсипається в вивантажний бункер. Конвеєрні сушарки підрозділяють на однострічковій і багатострічкові. Останні більш компактні, їх можна використовувати в механізованих комплексах по обробці насіння. У багатострічкову сушарках, завдяки багаторазовому пересипання матеріалу, він краще омивається повітрям, при цьому прискорюється процес сушіння і зменшується витрата тепла в порівнянні з його витратою в однострічковій сушарках.

Пневматичні сушарки. У пневматичних сушарках матеріал сушиться в підвішеному стані [11]. Зернистий матеріал подається через живильник у вертикальну трубу довжиною 10 ... 20 метрів, в яку вентилятором знизу нагнітається агент сушіння. Матеріал захоплюється потоком повітря, що

12

рухається зі швидкістю приблизно 40 м/с, і викидається вже висушеним в збірку-амортизатор. У циклоні висушений матеріал відділяється від повітря і віддаляється через розвантажувальний пристрій. Тривалість перебування матеріалу в сушінні становить усього кілька секунд; процес протікає безперервно. Вони володіють рядом переваг: дуже розвинена питома поверхня дотику матеріалу і сушильного агента і, отже, швидка інтенсивна сушіння; можливість сушіння матеріалу при високих температурах внаслідок короткочасності перебування його в сушарці; простота і компактність установки. Недоліки: труднощі регулювання процесу; небезпека вибуху при сушінні; велика витрата енергії.

Сушарки з киплячим (псевдозрідженим) шаром. За останні роки все більшого поширення набувають так звані процеси в киплячому шарі. При проведенні таких процесів дрібнозернисті частинки знаходяться у висхідному потоці газу як би в киплячому стані. У киплячому шарі відбувається швидке вирівнювання температур частинок висушуваного матеріалу і сушильного агента і досягається вельми інтенсивний тепло- і масообмін між твердою і газовою фазами, в результаті цього сушіння закінчується протягом декількох хвилин. При цьому способі як сушильних агентів застосовують топкові гази і повітря, сушіння проводять в апаратах безперервної та періодичної дії, причому безперервна сушіння проводиться в одноступінчатих і багатоступеневих сушарках. В останньому випадку досягається підвищена ступінь використання тепла сушильного агента. Сушіння в киплячому шарі придатне для обробки зернистих, що не злипаються і дрібнозернистих матеріалів.

Різновидом сушарок з киплячим шаром є аерофонтанние сушарки. Вологий матеріал надходить з завантажувального бункера, підхоплюється сумішшю повітря з топковим газами і надходить у камеру, де матеріал інтенсивно циркулює до тих пір, поки висохлі частинки, як більш легкі, несуться газами в циклон, в якому гази відокремлюються від висушеного матеріалу.

Переваги сушарок з киплячим шаром: інтенсивна сушіння; напруга обсягу сушильної камери по волозі може досягати кількох сотень кг/(м3∙год); можливість сушіння при високих температурах, які можуть перевищувати допустимі для даного матеріалу, внаслідок короткочасності його зіткнення з сушильним агентом; висока ступінь використання тепла сушильного агента; можливість суміщення з переміщенням зернового шару [12], можливість автоматичного регулювання параметрів процесу [11, с. 17]. Недоліки таких сушарок: непридатність для сушіння матеріалів, які важко піддаються псевдозрідженню (наприклад, матеріали з високою вологістю, з великими