______________________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

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.

4

08-12.МКР.00 .00.000 ПЗ

Розроб. Кутняк М.М. Перевір. Коц І.В.

Реценз.

Н. Контр. Панкевич О.Д. Затверд. Джеджула В.В.

Моделювання теплових та

динамічних процесів вібраційної

установки для сушіння сипучих

органічних матеріалів

Літ. Акрушів

ВНТУ, гр. ТГ-14м

ЗМІСТ

ВСТУП 6

1 АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ДОСЛІДЖЕНЬ УСТАНОВОК ДЛЯ

СУШІННЯ СИПУЧИХ ОРГАНІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ

8

1.1 Типи і конструкції сушильних установок, особливості їх роботи 8

1.2 Аналіз зерносушарок серійного випуску вітчизняного та зарубіжного

виробництва

15

1.3 Аналіз і тенденції поліпшення технологічного процесу сушіння зерна 17

1.4 Аналіз зерносушарок псевдозрідженого шару 20

1.5 Сучасний стан досліджень руху матеріалу на робочому органі вібраційних

транспортуючих машин

24

1.6 Тепло- і масообмін при сушінні сипучих матеріалів у віброаерокиплячому

шарі.

29

1.7 Висновки 31

2 ТЕОРЕТИЧНЕ ТА ПРОЕКТНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ

СУШІННЯ СИПУЧИХ ОРГАНІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ

32

2.1 Нові конструктивні схеми устаткування для сушіння сипучих матеріалів у

віброкиплячому шарі

32

2.2 Статика і кінематика процесу сушіння зерна 36

2.3 Обгрунтування та розробка конструктивно-технологічної схеми

зерносушарки з псевдозрідженим шаром з переривчастою подачею

теплоносія

40

2.4 Складання математичної моделі тепло- масообміну в киплячому шарі 51

2.5 Визначення продуктивності зерносушарки за матеріалом 58

2.6 Висновки 61

3 ОРГАНІЗАЦІЙНО – ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ РЕАЛІЗАЦІЇ

ПРОЕКТНИХ РІШЕНЬ

62

3.1 Характеристика конструктивних особливостей об´єкту 62

3.2 Розрахунок та комплектування основних та допоміжних матеріалів та

виробів, складання відомостей

63

3.3 Визначення складу і об’ємів робіт 64

3.4 Вибір і обґрунтування методів виконання робіт, типів машин, механізмів,

пристосувань і конструкцій

65

5

3.5 Визначення трудомісткості монтажних робіт та складу бригад 76

3.6 Розрахунок кількості витратних матеріалів та електроенергії на монтаж 79

3.7 Монтажне регулювання і здача системи в експлуатацію 80

3.8 Висновки 81

4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 82

4.1 Технічні рішення з гігієни праці та виробничої санітарії 82

4.1.1 Мікроклімат 82

4.1.2 Склад повітря робочої зони 83

4.1.3 Виробниче освітлення 83

4.1.4 Виробничий шум і вібрації 85

4.1.5 Виробниче випромінювання 86

4.2 Технічні рішення щодо безпечної експлуатації об’єкта 86

4.2.1 Безпека щодо організації робочих місць 87

4.2.3 Електробезпека 88

4.3 Технічні рішення з пожежної безпеки 88

4.3.1 Технічні рішення системи запобігання пожежі 88

4.3.2 Технічні рішення системи протипожежного захисту 89

4.4 Розрахунок опору повторного заземлення нульового провода 90

4.5 Безпека в надзвичайних ситуаціях. Розрахунок режимів радіаційного

захисту

91

4.5.1 Дія іонізуючих випромінювань на людей 91

4.5.2 Розрахунок режимів радіаційного захисту 92

4.6 Висновки 95

5 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ 96

5.1 Методика інженерного розрахунку зерносушарки 96

5.2 Економічна ефективність використання зерносушарки 98

5.3 Висновки 102

ВИСНОВКИ 103

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 104

ДОДАТКИ 109

Додаток А. Технічне завдання 109

Додаток Б. Акт про пусконалагоджувальні роботи робочого теплообмінника 113

Додаток В. Акт про пусконалагоджувальні роботи робочої системи вентиляції 114

Додаток Принципова схема руху теплоносія в теплообміннику

Додаток Загальний вигляд теплообмінника-рекуператора тепла

Додаток План розташування комплекту устаткування

Додаток Календарний план

Додаток Презентація захисту

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 гідро- та 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 професорсько-

викладацького 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

Класифікаційна ознака Типи сушильних установок

Режим роботи (спосіб дії)

а) періодичної дії

б) неперервної дії

в) циклічної дії

Вид матеріалу, що

висушується

а) кусковий ( поштучний)

б) зернистий (дисперсний)

в) пилоподібний

г) пастоподібний

д) рідкий (розчин)

Вид сушильного агента

а) повітряні

б) газові

в) газоповітряні

г) парові

д) рідинні

Тиск в сушильній камері

а) герметичні камери з надлишковим

тиском

б) атмосферні

в) вакуумні герметичні камери з тиском

вище потрійної точки

г) середньовакуумні і глибоковакуумні (з

тиском нижче потрійної точки для водяної

пари)

9

Продовження таблиці 1.1

Класифікаційна ознака Типи сушильних установок

Спосіб створення напору для

переміщення сушильного агента

а) з природною циркуляцією

б) з примусовою циркуляцією

Напрямок руху матеріалу і

сушильного агента

а) прямотокове

б) протитокове

в) перехреснотокове

Стан шару матеріалу (для

зернистих матеріалів)

а) щільний

б) розрихлений

в) киплячий

г) фонтануючий

д) зважений

Спосіб нагрівання сушильного

агента

а) паровими калориферами

б) водяними калориферами

в) вогняними калориферами

г) електрокалориферами

Конструкція сушильної камери

Шафні, камерні, коридорні (тунельні),

трубчасті, шнекові, вальцеві, циліндричні,

турбінні, каскадні, карусельні, конвеєрні

(стрічкові, ящикові, люлькові тощо)

пневматичні, розпилювальні та інші

Варіант сушильного процесу

а) викидання сушильного агента назовні

б) з рециркуляцією сушильного агента

в) з проміжним підігрівом сушильного

агента

г) з додатковим підігрівом сушильного

агента в сушильній камері

Спосіб видалення пари і

регенерація відпрацьованого

сушильного агента

а) видалення пари з відпрацьованим

сушильним агентом назовні

б) змішування зі свіжим агентом і підігрів

(рециркуляція)

в) осушення реагентами (силікагелем тощо)

г) конденсація пари в конденсаторі

д) виморожування парів в конденсаторі за

допомогою холодоагента

Найбільшого поширення в сушарках отримав конвективний спосіб

теплопередачі [2, 3, 4, 5, 6]. При цьому головною технологічною

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

13

розмірами частинок і т.д.); високий гідравлічний опір; стирання і значне

винесення твердих частинок [11, с. 18].

Характерною особливістю сушіння зерна в псевдозрідженому шарі є те, що

теплообмін між агентом сушіння і зерном протікає дуже інтенсивно в

порівнянні з тонким "придонним" шаром, в так званій активній зоні.

Температура агента сушіння знижується на стільки швидко, що вже на висоті

50 ... 80 мм від повітророзподільної решітки вона стає рівною температурі

зерна. Надана зерну теплота переноситься потім з активної зони теплообміну на

всю товщину псевдозрідженого шару.

Зерновий шар може бути приведений у псевдозріджений стан шляхом

впливу на нього вібраційних коливань або спільним впливом повітряного

потоку і вібрації. Такий стан шару називають віброкиплячого [10, с. 27].

Сушіння в віброкиплячому шарі [13] є одним з прогресивних способів сушіння.

Цей спосіб ідентичний сушці в киплячому шарі і може застосовується в

комбінації з аеродинамічним впливом. Закономірності сушіння шару аналогічні

закономірностям сушки одиничних зерен: швидкість випаровування вологи

постійна, а температура зерна різко зростає на всьому протязі процесу. Зерно

нагрівається до граничної температури лише за 1 ... 3 хв, а зниження його

вологості за цей час не перевищує 3 ... 4%. Подальше сушіння призводить до

перегріву зерна і погіршення його якості [13, с.19].

Елементарний шар - це шар товщиною в одну зернину. Характеризується

сталістю швидкості сушіння. Це обумовлено тим, що за короткий проміжок

часу випаровується лише слабозв'язана волога, що міститься в оболонках зерна

і в поверхневих шарах ендосперму. При порівняно низьких температурах

агента сушіння (30 ... 70 º С), що застосовуються для насіннєвого зерна, а також

для сушіння в нерухомому шарі, процес протікає значно повільніше. Слідом за

прогріванням зерна настає період спадної швидкості сушіння [8, с.17].

Сушіння зерна в падаючому шарі. Здійснюється під час гравітаційного,

штучно уповільненого за допомогою спеціальних гальмівних елементів руху

зерна в протитоці агента сушіння, температура якого може знаходитися в

межах 200 ... 370 ºС, а швидкість складати близько 0,5 ... 0,6 від швидкості

витання. У процесі тепло- і вологообміну з агентом сушіння бере участь вся

поверхня зерен, тому забезпечується рівномірний нагрів та сушіння окремих

зерен. Такий спосіб знаходить застосування в спеціальних пристроях для

швидкого нагрівання зерна перед наступним сушінням його в щільному

малорухливому шарі або щільному рухомому шарі. Тривалість перебування

зерна в робочій зоні цих пристроїв 2 ... 3 с, при цьому вологість зерна може

знизитися на 0,5 ... 1,0%, а його температура - підвищитися на 15 ... 20 ºС.

14

По режиму роботи сушильні установки можна розділити на три основні

групи [2]: безперервні, періодичні, напівбезперервної дії.

Безперервно діючі сушильні установки набули найбільшого поширення. У

цих апаратах завантаження і вивантаження матеріалу відбувається безперервно,

і в кожному перетині апарату вологість матеріалу і параметри теплоносія мають

постійні значення, тобто процес йде при сталому режимі. Перевагою сушарок

безперервної дії є повне використання обсягу сушильної камери, можливість

повної автоматизації процесу, відсутність витрат тепла на прогрів установки. Їх

недоліком (деяких конструкцій) є нерівномірна обробка матеріалу.

Періодично діючі сушильні установки застосовують для отримання

однорідного по вологості продукту. Сушильну камеру завантажують

матеріалом і по закінченні процесу повністю розвантажують. Вологість

матеріалу в сушарці, а також параметри сушильного агента змінюються в часі.

Перевагою їх є простота конструкції і можливість регулювання режиму

сушіння шляхом подачі теплоносія з різними параметрами на різних етапах

сушіння відповідно до вимог оптимального режиму; тому їх успішно

застосовують для сушіння чутливих до нагрівання матеріалів. Недоліками цих

сушарок є велика витрата часу на завантаження і вивантаження матеріалу,

внаслідок чого їх застосування доцільно лише в тому випадку, якщо тривалість

процесу значно перевищує допоміжний час (на завантаження і вивантаження);

необхідність додаткової витрати тепла на прогрів установки при кожній новій

операції.

Сушильні установки напівбезперервної дії дозволяють отримати

рівномірний по вологості продукт. Завантаження і вивантаження матеріалу в

цих апаратах проводиться безперервно, але процес сушіння здійснюється

періодично, і таким чином використовуються переваги безперервних і

періодично діючих сушарок. Установки можуть бути повністю автоматизовані.

Аналіз особливостей сушіння зерна при різному стані шару дозволив

виявити такі їх особливості.

Для щільного шару характерні явища нерівномірності нагріву окремих

прошарків зерна. Перехід до сушіння в киплячому, зваженому і падаючому

шарах дозволяє підвищити інтенсивність процесу (як зневоднення, так і

нагрівання зерна) в основному за рахунок підвищення швидкості агента

сушіння і частково за рахунок підвищення його температури, в результаті чого

різко скорочується тривалість процесу.

При сушінні в киплячому, зваженому і падаючому шарах активна поверхня

зерна, що бере участь у процесі тепло- і вологообміну з агентом сушіння,

дорівнює сумарній геометричній поверхні окремих зерен, в результаті чого,

нагрівання і сушіння відбуваються рівномірно.

15

1.2 Аналіз зерносушарок серійного випуску вітчизняного та

зарубіжного виробництва

ТОВ "Укрмаштрейд" пропонує зерносушильне обладнання як

вітчизняного, так і зарубіжного виробництва. Зерносушарки стаціонарні

вертикальні, горизонтальні і пересувні, на газовому або дизельному паливі.

Зерносушарка ДСП-32ОТ (рис. 1.1 а) являє собою капітальну споруду, що

встановлюється на комбінатах хлібопродуктів, олійноекстракційних заводах та

інших підприємствах переробної промисловості. Відноситься до зерносушарок

шахтного типу.

Існують зерносушарки фірми "Джевіч" (Польща, Калінінград).

Зерносушарка "Джевіч" SP-100 (рис. 1.1 б) - камерна сушарка проточного

принципу дії, пристосована для безперервної роботи. Зерносушарка М-810 (рис.

1.2 а) - сушарка шахтна, порційна. Зерносушарка "Джевіч" М-851 (рис. 1.2 б) -

сушарка бункерна, безперервна. Вони призначені для сушіння зерна кукурудзи,

зернових, ріпаку та інших видів зерна; призначені для сушіння зерна на

продовольчі та комбікормові мети.

а) б)

Рисунок 1.1 - Загальний вигляд зерносушарки типу ДСП (а) і

зерносушарки фірми "Джевіч" серії СП-100 (б)

а) б)

Рисунок 1.2 - Зерносушарки фірми "Джевіч": а - М-810; б - М-851

16

Зерносушильна установка СВ-20 (рис. 1.3) - камерна сушарка, конструкція

якої дозволила об'єднати параметри як прямоточних, так і рециркуляційних

сушарок. Призначена для сушіння насіннєвого, продовольчого і фуражного

зерна або насіння сільськогосподарських культур продовольчого або

технічного призначення з вихідною вологістю до 35%.

Рисунок 1.3 Зерносушарка С-20:

1 - підігрівач зерна; 2 - вертикальний теплогенератор; 3 - перша сушильна

камера; 4 - друга сушильна камера; 5 - камера охолодження; 6 - тягодуттєвий

вентилятор; 7 - вентилятор охолодження; 8 - перша двотечійна норія; 9 - друга

двотечійна норія; 10 - перша секція першої сушильної камери; 11 - друга секція

першої сушильної камери; 12 - перша секція другої сушильної камери; 13 -

друга секція другої сушильної камери; 14 - ротатор першої сушильної камери;

15 - ротатор другої сушильної камери.

Згідно з методикою оцінки роботи зерносушарок за питомими

приведеними витратами була підрахована собівартість сушіння для

вищеперелічених зерносушарок, і результати розрахунків представлені в

таблиці 1.2 , грн/т [14]:

( )З К Э Т Р , (1.1)

де , - коефіцієнти відрахувань на амортизацію і технічний догляд;

- нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень;

К - питомі капіталовкладення;

Э , Т , Р - витрати відповідно на електроенергію, паливо і заробітну

плату;

17

Прейскурантні ціни зерносушарок бралися з прайс-листів виробників. З

таблиці видно, що собівартість знімання 1% вологи з 1 т зерна при

використанні зарубіжних зерносушарок знаходиться в межах 2500 ... 5500 грн.,

Вітчизняних - 360 ... 650 грн. Використання зерносушарок в господарствах

різної форми власності України не прийнятно, оскільки вартість зерна після

сушіння в 2 ... 8 разів перевищуватиме його собівартість. Результати

розрахунків (досліджень) вказують на необхідність пошуку шляхів зниження

питомої витрати як електроенергії, так і палива, а також зниження собівартості

сушіння. У зв'язку з цим досить актуальним є проведення досліджень з метою

подальшого вдосконалення техніки і технології сушіння зерна шляхом

розробки нових способів сушіння і нових конструкцій зерносушарок.

1.3 Аналіз і тенденції поліпшення технологічного процесу сушіння

зерна

В даний час в зерносушарках різних типів (шахтних прямоточних,

рециркуляційних, камерних і бункерних як вітчизняного, так і зарубіжного

виробництва) застосовують різноманітні технологічні прийоми зневоднення,

використовувані в різній послідовності і різноманітних поєднаннях.

На відміну від шахтних прямоточних зерносушарок, для яких є

характерним значний перегрів окремих прошарків зерна, в рециркуляційних

зерносушарках, особливо в зоні рециркуляції, цей перегрів незначний навіть

при використанні агента сушіння з більш високими значеннями температури

[15].

У газових рециркуляційних зерносушарках застосовується проміжне

охолодження рециркулюючого зерна з метою випаровування вологи з поверхні

нагрітого (в падаючому шарі) і відлежаного зерна в умовах, що повністю

виключають можливість погіршення його якості. Причому випаровування

вологи йде в основному за рахунок внутрішньої теплової енергії самого зерна.

У зв'язку з цим інтенсивність випаровування вологи з поверхні

рециркулюючого зерна зменшується в міру його охолодження.

Для приведення зерна в рівноважний стан не тільки по вологості, але і по

температурі, а також для доведення зерна до стійкого в зберіганні стану без

погіршення якості використовують остаточне охолодження повітрям.

Одночасно з охолодженням зерно додатково зневоднюється. Важливість

прийому полягає в тому, що при остаточному охолодженні видаляється

найбільш міцно пов'язана з матеріалом зерна частина вологи, що випаровується

в процесі сушіння [10, с. 32].

18

Таблиця 1.2 - Техніко-економічні показники зерносушарок серійного випуску

ПОКАЗНИКИ ЗЕРНОСУШАРКИ

ДСП-32ОТ А1-ДСП-50 SP-102 М-851 М-810 СВ-20

Продуктивність, т / год 32 50 6,67 8,2 2,2 20

Знімання вологи,% 6 6 4 4 4 6

Витрата рідкого палива, кг / год 457 360 32 32 270 100

Витрата електроенергії, кВт·год 125 110 15,5 24 7,5 78

Маса установки, кг 39800 45000 - - - 14000

Вартість 56400 $ 63250 $ 33750 € 30750 € 17250 € 19750 $

Питома витрата палива, кг / 1% на 1 т

зерна 2,38 1,2 0,05 0,043 1,275 0,83

Питома витрата електроенергії, кВт год

/ 1% на 1 т зерна 0,65 0,37 0,024 0,032 0,852 0,65

Собівартість сушіння (1% вологи на 1 т

зерна), грн. 647,4 463,4 3443,0 2552,0 5333,9 361,7

19

При сушінні зерна в шахтних як прямоточних, так і рециркуляційних

зерносушарках [16, 17] застосовують режими з рівномірним підведенням

теплоти на всьому протязі процесу (одноступінчасті режими) і режими або з

збільшенням теплового потоку по ходу процесу (ступінчасті висхідні режими),

або зі зменшенням теплового потоку (ступінчасті спадні режими). У шахтних

рециркуляційних зерносушарках знаходять застосування як одноступінчасті,

так і ступінчасті висхідні та низхідні режими. Крім цього використовують

диференційовані режими сушіння, що пов'язана з відмінністю в термостійкості

зерна різної вихідної якості. Це пов'язано з тим, що внаслідок температурних

впливів клейковина пшениці може перейти з однієї групи якості в іншу в

результаті зміни її пружних властивостей.

Також в практиці використовують квазіізотермічний та ізотермічний

режими сушіння. Перший характеризується приблизно однаковим значенням

температури зерна на вході і виході із зони сушіння, а другий -

постійністю температури зерна протягом усього часу перебування його в зоні

сушки [10, с. 34].

Також в зерносушарках поряд з одноступінчастими режимами знаходять

застосування імпульсні режими сушіння [6], які характеризуються чергуванням

періодів подачі агента сушіння з періодами охолодження (атмосферним

повітрям). Підставою для застосування імпульсних режимів послужила та

обставина, що при їх використанні градієнти вологості і температури в періоди

охолодження збігаються за напрямком і підсилюють рух потоку вологи до

поверхні зерна і тим самим сприяють інтенсифікації процесу сушіння.

Аналіз літературних даних, узагальнення досвіду практичної експлуатації

зерносушарок і дослідження показали, що найбільш важливими вимогами, що

пред'являються до сушіння, є [9, 10]: забезпечення в процесі сушіння сталості (і

навіть поліпшення) вихідної якості зерна; зниження матеріальних і

енергетичних витрат на сушіння; забезпечення можливості сушіння зерна

різних культур і різного призначення в потоці незалежно від його початкової

вологості і засміченості. Тому в процесі сушіння нагрів насіннєвого матеріалу

зернових культур не повинен перевищувати 43 ... 48 ºС, продовольчого

матеріалу 50 ... 60 ºС. Допустима нерівномірність нагрівання зерна повинна

знаходитися в межах 3 ... 4 ºС, а нерівномірність сушіння ± 1%. Знімання

вологи за один пропуск через сушарку не повинен перевищувати 5 ... 6% для

зернових, 3 ... 4% для гречки, зернобобових, кукурудзи. Після сушіння зерно і

насіння повинні бути охолоджені з таким розрахунком, щоб температура їх не

перевищувала температури навколишнього повітря більш ніж на 10 ... 15 ºС.

Зі всього різноманіття конструктивних схем в даний час найповніше

відповідають промисловим вимогам і освоєнні в серійному виготовленні

20

вібраційні сушильні установки. Крім того, вони використовуються в різних

галузях промисловості: хімічній, гірничій, сільськогосподарській, будівельній

та інших.

Перевагу вібросушарок можна оцінити з порівняльної характеристики

приведеною в табл.1.3 [11].

Таблиця 1.3 - Порівняльні дані різних видів сушарок

Типи

сушарок

Час

сушін-

ня, хв.

Споживана

енергія

Вт/кг

Питома

витрата

тепла

Вт∙кг

Питома

випарову-

ваність

кг/м3

Питомий об'єм сушильної

камери, м3 кг висушеного

матеріалу

Барабанні 20 2,21 2900 0,66 30∙10-3

Шахтні 20-30 2,05 2320 1 20∙10-3

Турбінні 30-60 1,25 1740 0,77 26∙10-3

Вібраційні 4 1,77 1330 2,66 7,5∙10-3

1.4 Аналіз зерносушарок псевдозрідженого шару

Сушарки для зерна з міжнародної класифікації винаходів відносяться до

класів F 26B 17/04 ... 17/14; F 26B 5/16; F 26B 01/00.

Відома установка для сушіння зернистих матеріалів у киплячому шарі [25],

що містить камеру з секційної газорозподільною решіткою та індивідуальними

вводами теплоносія в кожну секцію, забезпеченими регулюючими заслінками, в

якій перша секція решітки обладнана віброприводом, а поворот заслінок

регулює командний апарат (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 - Сушарка киплячого шару для сипучих матеріалів.

21

У зазначеній установці подача зернового матеріалу з бункера і його

переміщення в зоні сушіння не взаємопов'язані; нахил газорозподільної решітки

не однаковий на шляху руху матеріалу, що не забезпечує рівномірність шару

матеріалу.

Відома установка з киплячим шаром фірми "Петрі і Мак Наут" [11,с. 143],

що складається з двох ярусів для сушіння й охолодження зерна з похилими

газорозподільними гратами з підпірними стінками для регулювання товщини

зернового шару і швидкості його переміщення (рис. 1.5). Недоліки цієї

установки полягають у тому, що теплоносій подається суцільним потоком,

подача зернового матеріалу з бункера в зону сушіння і його переміщення не

взаємопов'язані, що також викликає нерівномірність шару матеріалу; крім того,

установка громіздка.

Рисунок 1.5 - Установка з киплячим шаром фірми "Петрі і Мак Наут".

Відома установка для сушіння зернистих матеріалів у киплячому шарі [26],

що містить корпус, розділений вертикальними перегородками на секції з

автономними газорозподільними гратами, підгратний простір кожної

підключено до газопідвідного трубопроводу, що обладнаний клапанним

пульсатором, причому кожна решітка закріплена шарнірно і з боку,

протилежного шарніру, має упор у вигляді дисків, ексцентрично закріплених на

поворотному валу (рис. 1.6). Газорозподільні решітки продуваються і

періодично підкидаються пульсуючим потоком повітря. Пульсації

забезпечуються роботою заслінок клапанного пульсатора (рис. 1.7).

До недоліків цієї конструкції відносяться: відсутність синхронності

швидкостей подачі зернового матеріалу в зону сушіння та його переміщення по

ґратам; необхідність високої герметичності зони сушіння; подача теплоносія

одночасно по всій площі газорозподільної решітки.

22

Рисунок 1.6 - Установка для сушіння зернистих матеріалів.

Рисунок 1.7 - Пульсатор.

Перераховані недоліки не дозволяють забезпечити рівномірне

переміщення матеріалу по газорозподільної решітці. Крім того, за задумом

авторів, наявність поворотних патрубків на вільних кінцях трубопроводів

повинно створювати обертаючий момент на валах заслінок, тобто вони повинні

постійно обертатися. Однак, в момент, коли заслінки повністю перекривають

трубопровід, припиняється надходження повітря і, природно, не буде

обертального моменту, отже, виникають "мертві ділянки". Ця обставина робить

роботу пульсатора ненадійною і, таким чином, ненадійно працюватиме вся

установка для сушіння.

Відома установка з киплячим шаром для сипучих матеріалів [27], що

містить камеру сушіння з секційними газорозподільними гратами і

пульсатором, розділеним перегородками на газопідвідні канали (рис. 1.8), в

23

кожному з яких на загальній поворотній осі закріплені двухлопастні заслінки,

встановлені з кутовим зсувом щодо один одного, що створює пульсуючий

потік. Заслінки обертаються під дією набігаючого потоку повітря, який створює

обертаючий момент (рис. 1.9).

До недоліків цієї конструкції відносяться: необхідність високої

герметичності зони сушіння; подача теплоносія практично одночасно по всій

площі газорозподільної решітки, що викликано великою частотою обертання

пульсатора. Перераховані недоліки не дозволяють забезпечити рівномірне

переміщення матеріалу по газорозподільної решітці. Крім того, з причини

відсутності регулювання нахилу газорозподільної решітки не можна

забезпечити регулювання продуктивності в широких межах.

Рисунок 1.8 - Установка для сушіння зернистих матеріалів.

Рисунок 1.9 - Пульсатор камери киплячого шару.

24

Відома лоткова піч [28] для сушіння рослинних і мінеральних матеріалів в

псевдозрідженому шарі (рис. 1.10), що складається з лотків з переливними

трубами і перфорованими трубами для підведення газу від загального

колектора. Лотки з системою труб укріплені на загальному каркасі. Матеріал

для сушіння надходить через патрубок верхнього лотка - "завантаження" і,

пройшовши всі лотки назустріч потоку сушильного газу, виходить з нижнього

лотка через патрубок - "вивантаження". Лотки встановлені під кутом 3º і перед

кожним фланцем труби-лотка встановлений шибер для регулювання подачі

гарячого газу.

Рисунок 1.10 - Лоткова піч для сушіння в псевдо зрідженому шарі.

До недоліків даної сушарки можна віднести непостійність швидкості

переміщення матеріалу по лотках і неможливість регулювання постійної

продуктивності за матеріалом. Ці обставини не дозволяють регулювати

експозицію сушки, що призводить до нестабільності роботи лотковою печі в

цілому.

1.5 Сучасний стан досліджень руху матеріалу на робочому органі

вібраційних транспортуючих машин

Протягом багатьох років вібраційні машини застосовують в якості

обладнання для грохочення і транспортування матеріалу. Практика показала,

що на цих операціях вони показали себе надійними в роботі,

високопродуктивними і економічними [20-24].

Основними параметрами, що впливають на процес сушіння матеріалу, є

кількість і час перебування вологої маси в зоні сушіння, кількість і якість

сушильного агента. Не торкаючись питань водного балансу матеріалу і агента,

зупинимося на швидкості транспортування його по вібраційному конвеєру, що

в першу чергу характеризує час його перебування в сушильній камері.

25

Дрібнокускуваті, зернисті і порошкоподібні вантажі з більш-менш

однорідним розміром частинок добре транспортуються вібромашинами.

Присутність пиловидних частинок погіршує транспортабельність вантажу.

Несприятливо впливає на транспортабельність різнорідність часток вантажу за

їх розмірами, що наочно помітно при транспортуванні різних фракцій: окремі

великі частки на поверхні шару рухалися неоднаково, зі значним ковзанням по

пилоподібній подушці. Сухі пилоподібні вантажі рухаються з малою

швидкістю в сильно розпушеному стані і навіть невелика частинка, що

потрапила на шар дрібнодисперсної маси, занурюється в неї. При найменших

отворах в жолобі пилоподібний вантаж в цих місцях знаходиться в стані

"кипіння", що викликано подаючими знизу потоками повітря [20].

За даними експериментів [22] при різних кутах нахилу конвеєра,

амплітудах і частотах коливань зазначено, що пилоподібні вантажі мають в 1,5

рази меншу швидкість, ніж пісок, причому ця різниця значно збільшується для

похилих конвеєрів.

Огляд сучасного стану техніки вібраційного сушіння і результатів

наукових досліджень з удосконалення конструкцій установок, впливу вібрації

на кінетику сушіння комбікормів вологого пресування, а також опис нових

конструкцій сушарок для комбікормової промисловості наведено в [22].

Застосування віброкиплячого шару забезпечує безперервний

технологічний процес сушіння, так як при вібраційному впливі можливе

транспортування шару матеріалу по перфорованій решітці. Віброкиплячий шар

інтенсифікує процес сушіння при різних методах підведення тепла, тому що

незалежно від способу підведення тепла коливання збільшують і оновлюють

поверхню теплообміну. Віброкиплячий шар створює умови, за яких значна

поверхня частинок безперервно обдувається теплоносієм і відбувається

інтенсивне знімання вологи. Зазначені вище процеси найбільш ефективно

відбуваються в початковий період транспортування.

При масових швидкостях повітряного потоку порядку 1,95 кг/м2·с,

спостерігається проходження його через шар гранул у вигляді невеликих

каналів, так як цієї швидкості недостатньо для псевдоорідження матеріалу [24].

При масової швидкості сушильного агента 4,14 кг/м2·с спостерігається

нерівномірне кипіння шару в поршневому режимі з проскакування великих

бульбашок. Висока швидкість псевдоорідженого шару тягне за собою великі

енергетичні витрати.

Досліджувалося перемішування гранул в віброкиплячому шарі при

круговій вібрації решітки та подачі повітряного потоку. Досліди показали, що

при спільному впливі на шар гранул коливань решітки та повітряного потоку

шар значно розширюється при інтенсивному перемішуванні гранул по круговій

26

траєкторії, протилежного напрямку вібрації решітки. Вивчення впливу змінних

досліджуваних факторів на перепад тиску при русі газу через віброкиплячий

шар проводили протягом часу, необхідного для отримання гранул з кінцевою

вологістю 14,5%. Досліджувався гідравлічний опір всередині шару матеріалу.

Ці вимірювання проводили через кожні 5 хвилин сушіння, починаючи з першої

хвилини. Аналіз дослідних даних показав, що всередині шару на висоті від

газорозподільної решітки 20, 40 і 60 мм спостерігається зростання

гідравлічного опору пропорційно питомому тиску на решітку.

Проведено досліди з вивчення впливу частоти вібрації, амплітуди

коливань, швидкості повітря для сушіння, що подається і висоти відкритої

частини отвору виходу його на швидкість руху гранул. Результати досліджень

показали, що залежність швидкості руху матеріалу від досліджуваних факторів

є степеневою.

Теоретичне визначення швидкості транспортування є дуже складним

завданням, оскільки цей параметр залежить від багатьох чинників і в першу

чергу від фізико-механічних властивостей вантажів, що транспортуються. Крім

того, високі швидкості газів і повітря в процесах сушіння призводять до

непродуктивних втрат тепла і тим самим знижують ККД установок. Одним з

недоліків віброкиплячого шару є те, що швидкість повітря не тільки впливає на

тепло-і масообмін, а й визначає структуру шару [22].

Дослідження спільного впливу вібрації і продувки теплоносія на

структуру шару дрібнозернистого палива [22] показало, що вібрація похилих

перфорованих решіток дозволяє знизити швидкість продувки до значення

нижче швидкості початку псевдоорідження.

Середню швидкість переміщення матеріалу на лотку визначають за

формулою (1.2) [20]:

2

11cos

P

ñðC

kaV , (1.2)

де а - амплітуда коливань лотка;

ω - частота коливань;

α- кут напрямку вібрації до площини лотка;

k - коефіцієнт, що залежить від властивостей вантажу;

Ср2 - коефіцієнт режиму роботи [20].

Для горизонтального лотка вібросушарки коефіцієнт режиму роботи

приймають рівним (1.3):

g

aC

sin2

= 2.32.1 ; (1.3)

27

для режиму з безперервним підкиданням 12 C формула приймає

вигляд (1.4):

tg

kgVcp

. . (1.4)

Дослідження віброкиплячого шару в сушарках з горизонтально

спрямованою вібрацією, [20, 23] показали, що під впливом сил інерції в шарі

проходить інтенсивне перемішування частинок і поступальний рух вздовж

короба.

Загальне диференціальне рівняння руху частинок масою m щодо

похилого лотка в системі координат x і y, пов'язаної з лотком (рис. 1.11), має

вигляд (1.12):

NmAmgym cossincos 2 . (1.5)

Рисунок 1.11 - Схема дії сил на частинку при вибрації в горизонтальному

напрямку

На першому етапі руху частка перебуває на площині лотка, тобто 0y , і

тоді 2cos sin cosN mg mA . (1.6)

Відрив частки від поверхні лотка станеться, коли N = 0, тобто

0cossincos 2 mAmg . (1.7)

28

Критичне прискорення вібрації, при якому шар переходить в стан

віброкипіння і відбувається відрив частинок від лотка, буде при cos 1

gctggA кркр

sin

cos2 . (1.8)

Отже, основними факторами, що впливають на утворення віброкиплячого

шару, в зазначеному випадку є прискорення вібрації і кут нахилу лотка до

горизонту. Результати вивчення закономірностей переміщення і перемішування

шару частинок на похилих лотках, які виконують горизонтальні вібрації,

дозволили створити ряд промислових сушильних установок [20, 22, 23].

Більшою гнучкістю у регулюванні параметрів вібропереміщення

володіють вібраційні пристрої з збудженням спрямованих коливань під кутом

до горизонту і до робочої поверхні. Основи теорії таких систем викладені в

роботах шкіл І.І.Блехмана, І.Ф. Гончаревича і В.М. Потураєва. Тут слід

відзначити також дослідження, які проводили В.І. Дирда, В.П. Франчук, В.П.

Надутий, В.М. Сансієв та ін. Рух матеріалу в цих роботах представляється як

рух одиничної частки, наділеною деякими властивостями насипного вантажу.

По аналогії до рис. 1.4, розрахункова схема для визначення параметрів руху

частки на вібруючій поверхні буде мати вигляд, представлений на рис. 1.12.

Параметри руху матеріалу визначаються з рішення системи диференціальних

рівнянь виду (1.9):

.coscossin

,sinsincos

2

2

NmgmAym

FmgtmAxm тр

(1.9)

Рисунок 1.12 - Розрахункова схема для визначення параметрів руху матеріалу

на поверхні, що вібрується під кутом до горизонту

29

В залежності від режиму руху робочої поверхні розрізняють рух

матеріалу без відриву і з відривом від робочої поверхні. Кінцеві вирази, що

визначають середню швидкість вібропереміщення і параметри траєкторії руху

частинок матеріалу досить добре узгоджуються з даними експерименту для

"ідеального" матеріалу і "ідеальних" зовнішніх умов.

Для умов роботи вібросушарок математична модель вигляду (1.9) не

зовсім прийнятна, оскільки не враховує ряд факторів, таких як механічна дія на

матеріал теплоносія, зміна властивостей переміщуваного матеріалу внаслідок

зміни його вологості та ін. Врахувати всі ці фактори за наявними в даний час

експериментальним даними не представляється можливим, хоча істотний їх

вплив на швидкість вібраційного переміщення частинок відзначається в

багатьох роботах [20-24].

1.6 Тепло- і масообмін при сушінні сипучих матеріалів у

віброаерокиплячому шарі.

Інтенсифікація процесу сушіння при накладенні вібраційного впливу є

наслідком забезпечення однорідності псевдозрідженої фази.

Вібраційний вплив на сипучі матеріали створює однорідну порозність у

всьому обсязі і збільшує швидкість масообмінних процесів і усуває дифузійний

опір на межі розділу фаз [1].

Використання низькочастотної вібрації сприяє не тільки зменшенню сили

зчеплення між твердими частинками, їх сегрегації, але і їх рівномірному

розподілу за обсягом [1, 11].

Процес сушіння у віброаерокиплячому шарі здійснюється при різних

методах підведення тепла до матеріалу, кондуктивному, конвективному,

інфрачервоному випромінюванні, комбінованих методах.

При конвективному методі підведення тепла до матеріалу напрямок руху

потоків визначається властивостями сипучого матеріалу як об'єкта сушіння, а

також технологічними можливостями процесу.

Перехресна схема руху потоків забезпечує кращий контакт фаз, формує

більш однорідну структуру шару і дозволяє знизити витрати на механічний

вплив [13].

Процес перенесення тепла і маси при сушінні описується системою

диференціальних рівнянь, яка не завжди може бути вирішена стосовно до

конкретних умов проведення процесу. Тоді методи розрахунку базуються на

результатах експериментальних досліджень [11, 13, 20].

Основними факторами, що визначають інтенсивність процесу тепло- і

масообміну в віброаерокиплячому шарі, є його гідродинамічні параметри

(швидкість сушильного агента, параметри вібрації).

30

При відносному прискоренні вібрації avib/g <1 коефіцієнт масообміну

практично не залежить від параметрів вібрації; при avib/g ≥ 1 (при переході шару

зі стану віброзбудження до віброаерокипіння) коефіцієнт масообміну різко

збільшується; при подальшому збільшенні avib/g коефіцієнт масообміну

збільшується незначно.

Для визначення коефіцієнта теплообміну віброаерокиплячого шару [33]

для частинок з розмірами 1...5 мм отримана емпірична залежність:

0,960,8

1,16 Re hA fvNu

H g

. (1.10)

Результати експериментальних досліджень по кінетиці сушіння вугілля

при конвективному і кондуктивному підводі тепла свідчать про те, що

кінетичні характеристики сушіння при конвективному підводі тепла були вище,

ніж при кондуктивному, навіть при більш високих температурах теплообмінної

поверхні.

При дослідженні процесу масообміну при сушінні полівінілхлориду

різних марок В.І. Муштаєвим та іншими була отримана залежність коефіцієнта

масовіддачі від параметрів вібрації та швидкості повітря [35]:

0,4 2 2

0,4 0,4 0,6

0,181 4

1

h

c s

Dv Af

gv d

. (1.11)

В.Г. Айнштейн [37] запропонував для розрахунку зовнішнього

теплообміну при сушінні в віброаерокиплячому шарі залежність, аналогічну

залежності (1.10):

0,4831,17 2

1,04 40,827 Re sd Af

NuH g

. (1.12)

Для визначення коефіцієнта масовіддачі при сушінні термолабільних

хімічних продуктів в віброаерокиплячому шарі була запропонована емпірична

залежність [33]:

3 0,48 0,32,22 10 ReДNu Sc . (1.13)

31

Для розрахунку коефіцієнта масовіддачі при сушінні в рухомому

віброаерокиплячому шарі автори робіт [33] рекомендують наступну залежність:

0,5 0,3332 0,6 Re

1

Д

a c

ScNu

c t t

r

. (1.14)

При вивченні зовнішнього тепло- і масообміну в віброаерокиплячому

шарі встановлено, що вібрація надає більш сильний вплив на міжфазний

теплообмін у разі дрібнодисперсних матеріалів, ніж крупнодисперсних. При

сушінні в віброаерокиплячому шарі фармацевтичних препаратів з різними

розмірами частинок коефіцієнт теплообміну в 1,5…3,0 рази вище, ніж в

киплячому, а для силікагелю - не більше, ніж у 1,3…1,5 рази.

Таким чином, в віброаерокиплячому шарі коефіцієнти тепло- і

масообміну мають величини більші, ніж в киплячому шарі.

1.7 Висновки

В даному розділі магістерської кваліфікаційної роботи отримано наступні

результати.

1. Виконано аналітичний огляд відомих принципових і конструктивних

схем та особливостей технологій застосування устаткування для сушіння

сипучих матеріалів.

2. Проаналізовано зерносушарки серійного випуску вітчизняного та

зарубіжного виробництва та тенденції поліпшення технологічного процесу

сушіння зерна.

3. Наведено теоретичне дослідження динаміки руху сипучих матеріалів в

робочих процесах зневоднення і сушіння.

4. Встановлено, що найбільш ефективним та економічно доцільним

методом сушіння сипучих матеріалів є сушіння у віброкиплячому шарі, адже

він інтенсифікує процес сушіння при різних методах підведення тепла та

створює умови, при яких значна поверхня частинок безперервно обдувається

теплоносієм і відбувається інтенсивне видалення вологи.

Та залишилось виконати задачі роботи:

- проаналізувати та синтезувати нове конструктивне рішення

сушильного устаткування;

- виконати математичне моделювання теплових та динамічних процесів

у запропонованій вібраційній сушильній установці;

- розробити організаційно-технологічне забезпечення проектних рішень;

- дослідити питання охорони праці та безпеки в надзвичайних ситуаціях.

103

ВИСНОВКИ

1. Виконано аналітичний огляд відомих принципових і конструктивних

схем та особливостей технологій застосування устаткування для сушіння

сипучих матеріалів.

2. Проаналізовано зерносушарки серійного випуску вітчизняного та

зарубіжного виробництва та тенденції поліпшення технологічного процесу

сушіння зерна.

3. Наведено теоретичне дослідження динаміки руху сипучих матеріалів в

робочих процесах зневоднення і сушіння.

4. Встановлено, що найбільш ефективним та економічно доцільним

методом сушіння сипучих матеріалів є сушіння у віброкиплячому шарі.

5. Проаналізовано статику і кінематику процесу сушіння зерна.

6. Теоретично обгрунтована та розроблена конструктивно-технологічна

схема зерносушарки з псевдозрідженим шаром з переривчастою подачею

теплоносія.

7. Виконано математичне моделювання робочих процесів у

запропонованій сушильній установці

8. Визначена теоретична продуктивність зерносушарки за матеріалом.

9. Складено відомості потреби в основних (7818 кг) та допоміжних

матеріалах (4537 кг); визначено склад та об’єми робіт; вибрано та обґрунтовано

методи виконання робіт, типи машин, механізмів, пристосувань і конструкцій;,

складено календарний план виконання робіт. Виконаний розрахунок техніко-

економічних показників, в якому визначено загальну трудомісткість

виконання робіт, що склала 120,5 люд×дні та тривалість виконання монтажних

робіт - 24 дні.

10. Проаналізовано умови праці, розглянуто технічні рішення з гігієни

праці та виробничої санітарії, технічні рішення щодо безпечного виконання

робіт, технічні рішення з пожежної безпеки та передбачено заходи щодо

покращення умов праці.

11. Удосконалена методика проектного розрахунку зерносушарки з

псевдозрідженим шаром.

12. Визначено, що використання у виробництві розробленої

зерносушарки в порівнянні з існуючими шахтними має економічний ефект. По

відношенню до шахтної зерносушарки ДСП-32ОТ річний економічний ефект

склав 12818 грн або 24,65 грн. на 1 тонну зерна, а по відношенню до шахтної

зерносушарки ЗСПЖ-8 відповідно 11616,4 грн на рік або 22,32 грн на 1 тонну

зерна. При цьому термін окупності від впровадження розробленої

зерносушарки у виробництво складаємо відповідно 2,15 і 2,38 року.