Обґрунтування конструкційно-технологічних параметрів сушарки для цикорію кореневого

Abstract

Дисертацію присвячено проблемі підвищення ефективності сушіння коренів цикорію кореневого шляхом встановлення раціональних конструкційно-технологічних параметрів і режимів роботи сушарки барабанного типу з дією на матеріал енергії ІЧ-випромінювання. Аналітично обґрунтовано раціональні конструкційно-технологічні параметри сушарки барабанного типу, призначеної для сушіння сипких матеріалів рослинного походження, з періодичною дією на матеріал енергії ІЧ-випромінювання. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено вплив конструкційних параметрів сушарки на технологічні параметри процесу сушіння та вплив технологічних параметрів роботи сушарки на продуктивність процесу і якісні показники об’єкта сушіння при умові зведення до мінімуму питомих енерговитрат за випареною вологою. Проведено виробничо-господарські випробування пропонованої сушарки та розраховано економічний ефект від її використання.

The thesis highlights the problems related to enhancing the efficiency od drying roots of root chicory through determining the rational structural and technological parameters and regimes of operation of drum drier under the effects of IR-irradiation energy on material. The author substantiates analytically the rational structural and technological parameters of drum driers, which is meant for drying plant origin dry substances under the recurring effects of IR – irradiation energy on the material. Theoretically and experimentally determined were: the effects of the structural parameters of drier is on the technological parameters of process of drying; of influence of technological parameters of process of drying; the effects of technological parameters of the drier operation on the process productivity and the quality indices of the object of drying under minimizing the specific energy consumption of moisture evaporated. The industrial and economic tests of the drier suggested are conducted and the economic effect of its use is calculated.

Диссертационная работа посвящена вопросу увеличения качественных и количественных показателей работы сушилки для корней цикория при обеспечении её минимальных энергозатрат. В ходе исследований проведен анализ существующих способов сушки материалов растительного происхождения, а также комплексный анализ конструктивного обеспечения сушильного оборудования отечественных и зарубежных производителей. Результаты аналитических исследований свидетельствуют, что минимальные показатели удельного объёма оборудования по отношению к его массе, минимальные показатели удельных энергозатрат на 1 кг испарённой влаги при максимальных показателях производительности сухого материала имеют сушилки барабанного типа. Исходя из этого, целесообразным для сушки сыпучих материалов растительного происхождения, и цикория корневого в том числе, является применение барабанных сушилок с терморадиационным воздействием на высушиваемый материал. Однако в сушилках таких конструкций не предусмотрено периодическое воздействие тепловой энергии на материал, что согласно анализу литературных источников, позволяет увеличить производительность процесса сушки на 30–40% без потерь показателей качества материала. Исходя из этого, важной задачей данного исследования стало изменение конструкции сушильного барабана с целью увеличения производительности процесса сушки без потерь показателей качества обрабатываемого материала при минимальных энергозатратах. На основе правил и положений теории нечётких множеств разработана структурно-логическая модель процесса сушки сыпучих растительных материалов в сушилках терморадиационного воздействия. При помощи разработанной модели, учитывающей структурно-логическую связь параметров, влияющих на производительность процесса и изменение качественных показателей высушиваемого материала, получены рациональные значения технологических параметров процесса сушки цикория, позволяющие получить готовый материал с максимальными показателями качества при возможных минимальных показателях энергоёмкости процесса. Таким образом, содержание инулина в корнях цикория на максимальном уровне по отношению к массе сухих веществ достигается при: температуре поверхности теплоизлучателя в пределах (800...1300) 0С; продолжительности периода облучения – (30...50) с, периода отлёжки – (90...150) с; скорости потоков подогретого воздуха во время отлёжки – (0,8...1,3) м/с; температуры подаваемого воздуха – (20...30) 0С; расстоянии между источником теплового излучения и объектом сушки – (15...25) см; линейных размерах частичек корней цикория – (10...15) мм. Доказана и установлена связь технологических параметров процесса сушки цикория в данной сушилке с конструкционными параметрами сушильного барабана. Анализ динамики движения частичек корней цикория в камере сушильного барабана позволил детально определить распределение в ней частичек цикория корневого. На основе анализа взаимодействия частичек материала с элементами внутренней конструкции барабана получены уравнения динамики, решение которых дало возможность получить математические зависимости, описывающие взаимосвязь технологических параметров процесса тероморадиационной сушки (времени облучения и отлёжки) и конструктивно-кинематических параметров барабана (геометрических параметров лопаток, их количества, размеров самого барабана и его наклона к горизонтали по его длине, а так же частоты вращения барабана). В соответствии с результатами теоретических исследований разработана и изготовлена опытная установка, при помощи которой проведена экспериментальная проверка определённых при помощи аналитических исследований рациональных режимов работы сушилки, при которых достигаются максимальные показатели качества высушенного материала при минимальных энергозатратах оборудования. Таким образом, обеспечение рациональных технологических параметров процесса сушки цикория корневого становится возможным при следующих конструктивных параметрах сушильного барабана: диаметр – 1 м; радиус скругления и длина лопаток – (0,35...0,4) м и 0,15 м соответственно; количество лопаток – (8–12) шт.; угол наклона направляющей полочки – (18...44)0, угол продольного наклона барабана (3...8)0. На основании проведенного многофакторного эксперимента получены регрессионные зависимости, анализ которых показал соответствие теоретических предпосылок и экспериментальных данных. Экспериментальная энергетическая оценка предложенной сушилки показала средние затраты энергии на 1 кг испарённой из материала влаги в пределах 1,2...1,5 кВт•ч. Проведена экономическая оценка эффективности использования сушилки предложенной конструкции. Ожидаемый экономический эффект от внедрения сушильной установки оценивается в пределах 1660 грн/т произведённой продукции.