Механико-технологическое обоснование и разработка энергосберегающих средств механизации тепловой обработки зерна
ART 85713
В.
И. КурдюмовБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Курдюмов
В.
И.,
Павлушин
А.
А.,
Сутягин
С.
А.,
Агеев
П.
С. Механико-технологическое обоснование и разработка энергосберегающих средств механизации тепловой обработки зерна // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2015. – Т. 13. – С.
3561–3565. – URL:
http://e-koncept.ru/2015/85713.htm.
Аннотация. Обоснована актуальность процессов тепловой обработки зерна. Выдвинута научная гипотеза об эффективности использования контактного тонкослойного нагрева перемещающегося зернового слоя. Предложены энергоэффективные средства механизации процессов тепловой обработки зерна: сушка зерна, термическое обеззараживание и обжаривание. Приведены оптимальные режимные параметры разработанных средств механизации.
Ключевые слова:
энергосбережение, контактный способ подвода теплоты, тепловая обработка зерна, зерносушилки
Текст статьи
Курдюмов Владимир Иванович;Доктор технических наук, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности и энергетика», ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина», г.Ульяновскvik@ugsha.ru
ПавлушинАндрей Александрович;Кандидат технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и энергетика», ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина», г. Ульяновскandrejpavlu@yandex.ru
Сутягин СергейАлексеевич;Кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Безопасность жизнедеятельности и энергетика», ФГБОУВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А.Столыпина», г. Ульяновскsergeysut@mail.ru
Агеев Пётр Сергеевич;Студент 4 курса инженерного факультета, ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина», г. Ульяновскageev_petr@mail.ru
Механикотехнологическое обоснование и разработкаэнергосберегающих средств механизациитепловой обработки зерна
Аннотация.Обоснована актуальность процессов тепловой обработки зерна. Выдвинута научная гипотеза об эффективности использования контактного тонкослойного нагрева перемещающегося зернового слоя. Предложены энергоэффективные средства механизации процессов тепловой обработки зерна: сушка зерна, термическое обеззараживание и обжаривание. Приведены оптимальные режимные параметры разработанных средств механизации.Ключевые слова:энергосбережение, контактный способ подвода теплоты, тепловая обработка зерна, зерносушилки.
Тепловая обработка сельскохозяйственного сырья является одним из основных видов воздействий в сегменте мирового агарного производства доля этих процессов в общемировом объёме потребления энергетических ресурсов превышает 40 %.Одним из основных и стратегически важных продуктовсельскохозяйственного производства в Российской Федерации являетсязерно.Так,на зерновые культуры приходится более50 % от общего объёмапроизводстваосновных продуктов растениеводства.Согласно многолетним статистическим исследованиям до 65 % свежеубранного зерна находится во влажном состоянии и требует сушки, на которуюежегодно затрачивают более 700 тыс. тоннтоплива.При этом Правительством Российской Федерации принят ряд правовых актов, направленных на повышение энергоэффективности производства валового внутреннего продукта страны к 2020 г. не менее чем на 40 %.Следует отметить, что согласно Государственной программе развития сельского хозяйства в Российской Федерации на 2013 2020 гг., одним из приоритетных направлений является развитие малых форм хозяйствования крестьянских (фермерских) хозяйств. При этом в нашей стране уже функционируют свыше 300 тыс. крестьянских (фермерских) хозяйств, валовыйсбор зерна в которых достигает 22∙106т, что составляет почти треть от общего объёма собранного зерна в хозяйствах РФ всех категорий.Существующие, серийно выпускаемые устройства для тепловой обработки зерна ориентированы на высокую пропускную способность, которая, в отдельных случаях, превышает 100 т/ч и их использование при переработке небольших партий зерна в условиях фермерских хозяйств не целесообразно. Следовательно, перспективными являются миниустановки, обладающие сравнительно небольшой потребляемой мощностью, высокоэкономичные, простые в эксплуатации и техническом обслуживании, способные выполнять несколько технологических операций, а главное обладающие невысокой стоимостью.Использование наиболее распространённого, конвективного способа подвода теплоты к зерну в подобных средствах механизации является бесперспективным направлением развития изза сложности, а в отдельных случаях и невозможности обеспечить требуемый уровень энергоэффективности тепловых конвекционных процессов.Кроме того, существенный недостаток характерный большинства зерносушилок конвективного типа несоответствие экологическим требованиям. Так, на сушку 1 т зерна при снижении его влажности на 6 % требуется в среднем сжечь около 60 кг жидкого топлива, при этом в окружающую среду выделяется до 2 кг вредных веществ.Это приводит к тому, что при эксплуатации наиболее распространённойзерносушильной техники концентрация вредных веществ в рабочей зоне персонала, обслуживающего зерносушилку в несколько раз превышаетпредельно допустимую. В конечном итогеухудшается не толькоэкологическоесостояниеокружающей средыи высушиваемого зерна, но иусловиятруда обслуживающего персонала.Таким образом, научное обоснование, разработка, апробация и внедрение в производство энергосберегающих, экологически безопасныхсредств механизации тепловой обработки зерна, соответствующих требованиям современного российского аграрного производства является актуальной, важной научнотехнической проблемой имеющей существенное значение для развития страны.Несмотря на значительное количество научных изысканий, посвящённых обоснованию различных аспектов процессов тепловой обработки зерна в сельскохозяйственном производстве, вопросы повышенияэнергоэффективности процессов теплового воздействия, сниженияметаллоёмкости средств механизации, минимизацииихвредного воздействия на окружающую среду и на обрабатываемый продукт остаются нерешёнными и в настоящее время.С развитием технологий тепловая обработка зерна постоянно совершенствуется, что приводит к созданию новых высокоэффективных средств механизации указанных процессов.Выявлено, что наряду с серийно выпускаемыми зерносушильными комплексами пропускной способностью свыше 100 т/чв настоящее время необходимы установкидля тепловой обработки зерна, обладающие сравнительно невысокой пропускной способностью, позволяющей удовлетворять требования крестьянских (фермерских) хозяйств. Следует отметить, что применение наиболее распространённого конвективного способа подвода теплоты в подобных зерносушилках связано с большими потерями тепловой энергии в окружающую среду. Использование же контактного способа передачи теплоты с одновременным транспортированием исходного зернового материала, при хорошей теплоизоляции установок позволяет большую часть от общих затрат теплоты передать на нагрев и испарение влаги из зерна. Применение электронагрева и контактногоспособапередачи теплоты зерну позволит достичь максимального соответствия разрабатываемых на этой основе устройств требованиям, предъявляемым при эксплуатации ихв условиях небольших фермерских хозяйств (энергоэффективность, экологичность, универсальность и т.д.). Таким образом, перспективным направлением развития средств механизации процессов тепловой обработки зерна является создание малогабаритных установокс контактным способом подвода теплоты, позволяющих осуществлять такие виды теплового воздействия на зерно как: сушка, прожаривание и обеззараживание.На основании вышесказанного выдвинута научная гипотеза
существенного снижения энергоёмкости процессов тепловой обработки и повышения качества готового продукта можно добиться посредством реализации контактного способа передачи теплоты с обеспечением равномерного перемещения единичного слоя зерна при постоянном его перемешивании с качественной теплоизоляцией соответствующих средств механизации и постоянным отводом испаряющейся влаги.При моделированиипроцессов теплового воздействия на зерно, а такжесредств механизации,реализующих эти процессы, основываютсяна динамических системахи процессах, происходящих притепловой обработке.Тепловуюобработкузерна в установках с контактным способом передачи теплоты, как процесс со сложной физикохимической системой, можно позиционировать посредством различных моделей (рисунок 1). а) б)Рис.1. Механикотехнологические модели процессовтепловоговоздействия на зернов установках с контактным способом теплопередачи:а) функциональная физическая модель:tвтемпература воздушного потока, °С; ωввлажность воздушного потока, %;tзтемпература зерна, °С; ωзвлажность зерна, %; mзмасса зерна, кг; tгп
температура греющей поверхности, °С; vзскорость движения зерна, м/с; vвскорость движения воздушного потока, м/с; Nпмощность, требуемая на привод транспортирующего рабочего органа, кВт; Nнэмощность, потребляемая нагревательным элементом, кВт; tнэтемпература нагревательного элемента, °С; Nвмощность, потребляемая вентилятором, кВт; Lвпроизводительность (подача) вентилятора, м3/ч; Hвдавление (напор), создаваемое вентилятором, Па; б) информационная модельобозначения в тексте
В первом случае (рисунок 1 а) на зерно находящееся в сушильной (тепловой) камере воздействуют воздушный поток, создаваемый вентилятором и теплота, передающаяся от греющей поверхности. В конечном итоге эта модель характеризуется такими параметрическими факторами, как пропускная способность УТОЗ Qпс, кг/ч, и суммарные удельные энергозатраты на процесс испарения влаги из зерна q, МДж/кг (при сушке зерна), либо суммарные удельные затраты теплоты, необходимые для нагрева 1 кг зерна на 1 C, кДж/(кгC) (при обжаривании и обеззараживании зерна).Во втором случае (рисунок 1 б) процесс теплового воздействия на зерно это система мероприятий и средств, направленная на преобразование исходного состояния зерна (массив А) в продукцию различного назначения: продовольственное, фуражное и семенное зерно (массив В).При этом массив А (вход модели) характеризует векторфункция внешних факторов (возмущений): ࢄ={࢞,࢞,࢞,࢞,࢞}, (1)где x1исходная влажность зерна; x2исходная температура зерна; x3вид зерновой культуры; x4температура окружающего воздуха; x5влажность окружающего воздуха.В качестве выходной переменной (массив В) принимаем векторфункцию качественных показателей процесса теплового воздействия: ࢅ={࢟,࢟,࢟}, (2)где y1конечная влажность зерна; y2температура зерна на выходе из тепловой камеры; y3травмируемость зерна.Управляющими воздействиями в информационноймодели являются скорость движения зерна в УТОЗ z1, средняя температура греющей поверхности z2, скорость движения агента сушки(воздуха)в тепловой камере z3, направление движения агента сушки в тепловой камере поотношению к направлению движения обрабатываемого зерна (противоток, прямоток и т. д.) z4.Применение математическогомоделированиядля интерпретации процессов теплового воздействия в УТОЗ характеризуется системами уравнений, связывающих выходные переменные с входными воздействиями, или взаимосвязью параметра (критерия) оптимизации процесса теплового воздействия на зерно с независимыми действующими факторами(режимными параметрами).Следует отметить, что при разработкесовременныхвысокоэффективныхУТОЗ необходимопринимать во внимание ряд критериев(рисунок 2).
Рис. 2. Схема разработки УТОЗ
Каждый их блоков предлагаемой схемы включает техникоэкономические, энерго, ресурсосберегающие, экологические аспекты, а также требования технологической адаптации. Реализация указанных условий при разработке УТОЗ позволит создать инновационные, энергоэффективные средства механизации. При этом необходимо учитывать влияние на процесс тепловой обработки зерна как каждого из указанных блоков по отдельности, так и их совместного воздействия.Методы исследования процессов тепловой обработки зерна разделяютна три основные группы: аналитические, экспериментальные и синтетические. При этом доминирующее практическое значение имеет экспериментальный метод исследования (рисунок 3).
Рис. 3. Последовательность выполнения экспериментального метода исследования
Получаемые по результатам экспериментальных исследований зависимости имеют вид корреляционных или регрессионных соотношений между входными и выходными величинами.На рисунке 4приведена схема проведения экспериментальныхисследованийпроцессов тепловой обработки зерна, в которой сопоставленырезультаты основных этаповразработки УТОЗ и итогипроводимых исследований.
Рис. 4. Этапы экспериментального исследования
Приведённую схему применяют при разработке новых оригинальных конструкций тепловых установок.Примодернизации действующих или разработке новых конструкций установок, реализующих известный способ тепловой обработки, количество этапов экспериментальных работ может быть сокращено.Упростить переход от начального этапа разработки и исследованийУТОЗ к последующим этапамвозможнона основе использованиятеорииподобия, посредством которой реальныепроцессы заменяютпростейшимиусловнымисхемами.Для повышенияэнергоэффективностипроцессов тепловой обработкизерна, при соблюденииэксплуатационных и технологических требований иобеспечении требуемого качества обрабатываемого зернав структурный состав установкиконтактного типа для тепловой обработки зерна должнывходитьследующие основные элементы (рисунок 5).
Рис. 5. Структурная схема контактной электроустановкидля тепловой обработки зерна:УОВ устройство отвода влаги; УЗЗ устройство загрузки зерна; ЭТЭ электрический теплогенерирующий элемент; ТТЭ теплопередающий и теплоотдающий элемент; ТА теплообменный аппарат; ТРО транспортирующий рабочий орган; УВЗ устройство выгрузки зерна
С учётомвсестороннего анализа существующих средств механизации процессов тепловой обработки зернапредложены запатентованные конструкции УТОЗ(рисунок 6)[915].
а)б)
в)г)Рис.6. Конструктивнотехнологические схемы УТОЗ:а) УТОЗ 1: 1 теплообменник; 2 теплоизолирующий материал; 3 загрузочный бункер; 4 выгрузное окно; 5 транспортирующий рабочий орган (перфорированный шнек); 6 вентилятор; 7 воздуховод; 8 привод транспортирующего рабочего органа; 9 отверстия; 10 электрический нагревательный элемент; б) УТОЗ 2: 1 кожух; 2 теплоизолирующий материал; 3 загрузочный бункер; 4 выгрузное окно; 5 шнек с перфорированными витками; 6 вентилятор; 7 воздуховод; 8 привод транспортирующего рабочего органа; 9 отверстия; 10 нагревательный элемент; 11 разделительные кольца; в) УТОЗ 3: 1 кожух; 2 слой теплоизолирующего материала; 3 загрузочный бункер; 4 выгрузное окно; 5 транспортирующий рабочий орган; 6 воздуховод; 7 винтовые опоры; 8 кольца;9, 10 нагревательные элементы; 11 вентилятор; 12 патрубок; 13 привод транспортирующего рабочего органа; г) УТОЗ 4: 1 кожух, 2 теплоизолирующий материал, 3 загрузочный бункер, 4 выгрузное окно, 5 транспортирующий рабочий орган, 6 нагревательные элементы, 7 вентилятор, 8 воздуховод, 9 греющая пластина, 10 заслонка отсекатель
При контактномспособепередачи теплоты в УТОЗ энергия подводится к обрабатываемому зерну от греющей поверхности посредством теплопроводности.Изменение теплового потока в этом случае характеризуется количеством теплоты, которое аккумулируется в рассматриваемомобъёме обрабатываемого зерна: [��࢞(ࣅ�࢚гп�࢞)+��࢟(ࣅ�࢚гп�࢟)+��ࢠ(ࣅ�࢚гп�ࢠ)]ࢊ࢞,ࢊ࢟,ࢊࢠ, (3)где ࣅ
коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙°С).Тогда энергетический баланс для элементарного объёма зерна, подвергаемого тепловому воздействию,может быть представлен в виде: ࢉ࣋�࢚гп��=��࢞(ࣅ�࢚гп�࢞)+��࢟(ࣅ�࢚гп�࢟)+��ࢠ(ࣅ�࢚гп�ࢠ)+, (4)где ࢉ
удельная теплоёмкость материала греющей поверхности, Дж/(кг∙°С); ࣋насыпная плотность зерна, кг/м3; ࢚гптемпература греющей поверхностиУТОЗ, °С; �экспозиция теплового воздействия, с; =ࢉ࣋ࢊ࢞ࢊ࢟ࢊࢠ�࢚��количество теплоты, передаваемое от греющей поверхности к единичному объёму зернового материала, Дж.Условия передачи теплоты зерну от греющей поверхности УТОЗ контактного типа заключаются в следующем.При выполнении греющей поверхности в форме цилиндра (для конструктивнотехнологических схем УТОЗ 1, УТОЗ 2 и УТОЗ 3) (рисунок 7) теплота от нагревательных элементов, расположенных на внешней поверхности цилиндра, передаётся посредством теплопроводности через стенку цилиндра к его внутренней поверхности.
Рис. 7. К обоснованию передачитеплоты зерну от цилиндрическойгреющей поверхности:lдлина греющей поверхности, м; bтолщина греющей поверхности, м; r1радиус внутренней поверхности цилиндра, м; r2радиус наружной поверхности цилиндра, м; tнэтемпература нагревательного элемента (внешней поверхности цилиндра), °С; tгптемпература греющей поверхности (внутренней поверхности цилиндра), °С; tстемпература воздуха в сушильной камере, °С; ,
количество теплоты, подводимое к греющей поверхности от нагревательного элемента, и количество теплоты передаваемое зерну от греющей поверхности соответственно, Дж
Зерно в процессе тепловой обработки контактирует с внутренней поверхностью цилиндра (греющей поверхностью) и также нагревается. Кроме того, от поступающей в сушильную камеру теплоты происходит нагрев винтового транспортирующего рабочего органа (шнека), расположенного в ней (на схеме не указан). В процессе теплового воздействия шнек также нагревается и начинает выполнять функцию источника теплоты. Зерно,расположенное в зазоре между внутренней поверхностью цилиндра и внешней поверхностью вала шнека равномерно нагревается. В этом случае при обеспечении качественной теплоизоляции внешней поверхности цилиндра и выполнении греющей поверхности из материалов, характеризующимися высокими значениями коэффициента теплопроводности (алюминий, медь и т.п.) можно на практике достигнуть высокой энергоэффективности процесса теплового воздействия (максимальное количество подводимой теплоты будет затрачиваться на нагрев зерна, испарение из него влаги и удаление её из тепловой камеры).Для упрощения обоснования процесса теплопередачи ограничимся подводом теплоты к обрабатываемому зерну только от греющей поверхности (внутренней поверхности цилиндра).Зададим краевые условия для рассматриваемого случая: ࢚(,�)=ࢌ(࢞), (5) ࢚(࢘)=࢚гп=ࢉ࢙࢚࢚(࢘)=࢚нэ=ࢉ࢙࢚}. (6)При этом распределение температуры в тепловой камере УТОЗ при качественной теплоизоляции внешней поверхности цилиндра, т.е. �࢚(࢘,�)�࢞=,можно представить в виде: ࢚(࢞,�)−࢚з=ࣅ࢘{࢘࢘−࢘[�−,(−࢘࢘)−࢘࢘(࢘࢘+ +࢘࢘−࢘࢘࢘+)]+
+∑࣊ࣆ∞=�(ࣆ࢘࢘)�(ࣆ)�(ࣆ࢘࢘)−�(ࣆ)[�(ࣆ࢞࢘)ࢅ(ࣆ࢘࢘)−ࢅ(ࣆ�࢘)× ×�(ࣆ࢘࢘)]ࢋ࢞(−ࣆ�)}, (7)где࢚зтемпература зерна до тепловой обработки, °С;�=ࢇ�࢘⁄критерий Фурье; ࣆ=࢘корни характеристического уравнения;�и �
функции Струве первого и нулевого порядков;ࢅи ࢅфункции Бесселя второго рода первого и нулевого порядков.Аналогично для УТОЗ 4 (греющая поверхность выполнена в виде горизонтальной пластины) примем (рисунок 8), что изменение температуры будет осуществляться только в одном направлении x(по толщине пластины), а в двух других направлениях yи zтемпература будет оставаться неизменной(�࢚�࢟=�࢚�ࢠ=). Следовательно, рассматриваемую задачу можно считать одномерной.
Рис. 8. К обоснованию передачи теплоты зернуот плоской греющей поверхности:а, l, bширина, длина и толщина греющей поверхности УТОЗ соответственно, м
Зададим краевые условия для рассматриваемого случая. ࢚(,�)=ࢌ(࢞), (8) ࢚гп=ࢉ࢙࢚࢚нэ=ࢉ࢙࢚}. (9)Тогда распределение температуры в тепловой камере УТОЗ, когда внешняя поверхность греющей пластины имеет качественную теплоизоляцию (�࢚(,�)�࢞=)будет иметь вид: ࢚(࢞,�)=∑ࣆ࢞࢈ࢋ−ࣆࢇт�࢈∞=∙࢈∫ࢌ(࢞)���ࣆ࢞࢈ࢊ࢞࢈, (10)где ࣆ=࢈=(−)࣊; ࢇткоэффициент теплообмена, Вт/(м2·°С); Проведённые экспериментальные исследования разработанных установок в лабораторныхусловиях позволили определить их оптимальные режимы работы.Для улучшения качества тепловой обработки зерна рекомендуется использовать УТОЗ 3 с горизонтальным расположением кожуха. Её оптимальные режимные параметры при сушке зерна пшеницы семенного назначения следующие: средняя температура греющей поверхности tгп= 54 C, скорость движения зерна vз= 0,028 м/с (экспозиция сушки τ= 90 с), скорость движения воздуха vв= 1,7 м/с, температура воздуха, подаваемого в сушильную камеру tв=24 C. На указанных режимах достигаются минимальные суммарные удельные энергозатраты на процесс удаления влаги из зерна q= 3,3МДж/кг. Пропускная способность УТОЗ 3 при указанных режимных параметрах составляет 350 кг/ч, разовый влагосъём 2,7…3,3 %.В случае же необходимости тепловой обработки больших партий зерна на продовольственные и фуражные цели рекомендуется использовать УТОЗ 4. Оптимальные значения режимных параметров при сушке зерна пшеницы для УТОЗ 4 следующие: tгп= 87 °С, vв= 1,33 м/с, vз= 0,045 м/с (τ= 48 с), при этом qмин= 3,82 МДж/кг, а разовый влагосъём 3…3,5 %. Пропускная способность УТОЗ 4 при работе на указанных режимах составляет 400 кг/ч.По результатам проведённых исследований также получены оптимальные режимы работы предложенных УТОЗ при сушке зерна ржи, ячменя, овса и подсолнечника, при его термическом обеззараживании, а также обжаривании зерна для последующего скармливания скоту. Суммарный удельный расход энергии на обеззараживание зерна составляет 4,1…4,32 кВт∙ч/т и достигается при следующих режимных параметрах: для УТОЗ 3 tгп= 100 ºС, vз= 0,02 м/с(τ= 130 с), для УТОЗ 4 tгп= 80 C, vз= 0,012 м/с (τ= 180 с). Пропускная способность на указанных режимах составила: для УТОЗ 3 0,175 т/ч, для УТОЗ 4 0,208 т/ч. Обжаривание зерна на корм скоту наиболее эффективно проводить в УТОЗ 3 при следующих оптимальных режимах: tгп= 220 C, vз= 0,02 м/с(τ= 141 с). При этом минимальные суммарные удельные затраты теплоты на нагрев обрабатываемого зерна составляют 33,65 кДж/(кгC). Пропускная способность УТОЗ 3 на указанных режимах 25 кг/ч.«Пилотные» УТОЗ успешно внедрены в сельскохозяйственных предприятиях России (Ульяновская и Самарская области, Республика Чувашия, Красноярский край) и Украины (Одесская область).Производственные исследования разработанных установок для тепловой обработки зерна подтвердили высокую эффективность и качество их работы при использовании в различных технологических линиях обработки зерна (сушка, обжаривание, обеззараживание). Расхождение значений основных показателей процессов тепловой обработки зерна, полученных теоретически, с результатами экспериментальных исследований не превысило 5 %.Результаты техникоэкономического анализа рекомендуемых установок для тепловой обработки зерна в сравнении с серийно выпускаемыми средствами механизации (базовыми вариантами) показали, что использование предлагаемых установок позволяет снизить энергоёмкость сушки зерна до 22 %, а металлоёмкость до 40 % в сравнении с аналогичными показателями существующих средств механизации. Суммарныйэкономический эффект от использования разработанных средств механизации в таких технологиях тепловой обработки зерна как сушка, термическое обеззараживание и обжаривание превышает 48 млн. руб.Разработанные средства механизации могут быть рекомендованы для сушки зерна, его обжаривания при подготовке его к скармливанию скоту, а также термического обеззараживания в условиях в условиях небольших зернопроизводящих и зерноперерабатывающих сельскохозяйственных предприятий.
Ссылки на источники1.Курдюмов В.И. Экспериментальнотеоретическое обоснование установки контактного типа для тепловой обработки зерна / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, И.Н. Зозуля // Нива Поволжья. 2010. № 2 (15). С. 5761.2.Курдюмов В.И.Особенности тепловой обработки зерна в установкахконтактного типа/ В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, Г.В. Карпенко // Международный сельскохозяйственный журнал. 2010. № 5. С. 5053.3.Курдюмов В.И.Тепловая обработка зерна при производстве кормов / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, И.Н. Зозуля, С.А. Сутягин // Механизация и электрификация сельского хозяйства.
2011. № 5. С. 1718.4.Курдюмов В.И.Теоретические и экспериментальные аспекты контактного способа передачи теплоты при сушке зерна / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 3 (15). С. 106111.5.Курдюмов В.И.Результаты исследований процесса сушки зерна в установке с комбинированным способом передачи теплоты/ В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственнойакадемии. 2012. № 2 (18). С. 8994.6.Курдюмов В.И.Результаты контактной сушки зерна различных культур при тонкослойном перемещении высушиваемого материала/ В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, М.А. Карпенко, Г.В. Карпенко// Вестник Алтайского ГАУ.2013. № 10. С. 106110.7.Курдюмов В.И.Обоснование теплового режима в зерносушилке контактного типа / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, Г.В. Карпенко // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.2014. № 3. С. 120125.8.Курдюмов В.И.Обоснование оптимальных режимов работы зерносушилок контактного типа / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, Г.В. Карпенко // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 4. С. 160165.9.Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 96466. Опубл. 10.08.2010 г. Бюл. № 22.10.Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 96467. Опубл. 10.08.2010 г. Бюл. № 22.11.КурдюмовВ.И., Павлушин А.А., Постников И.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 96639. Опубл. 10.08.2010 г. Бюл. № 22.12.Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 2411432. Опубл. 10.02.2011 г. Бюл. № 4.13.Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 2446886. Опубл. 10.04.2012 г. Бюл. № 10.14.Курдюмов В.И., Павлушин А.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 119862. Опубл. 27.08.2012 г. Бюл. № 24.15.Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Устройство для сушки пищевых продуктов. Патент RU№ 2453123. Опубл. 20.06.2012 г. Бюл. № 17.16.Курдюмов В.И.Тепловая обработка зерна в установках контактного типа / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, Г.В. Карпенко, С.А. Сутягин. Ульяновск: УГСХА им. П.А. Столыпина, 2013. 290 с.17.Курдюмов В.И.Обоснование теплофизических параметров установки для сушки зерна контактного типа/ В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, М.А. Карпенко, Г.В. Карпенко// Материалы Всероссийской конференции «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК», с международным участием в рамках XIX Международной специализированной выставки «Агрокомплекс2009». Уфа: ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2009, Часть I.С. 8487.
ПавлушинАндрей Александрович;Кандидат технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и энергетика», ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина», г. Ульяновскandrejpavlu@yandex.ru
Сутягин СергейАлексеевич;Кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Безопасность жизнедеятельности и энергетика», ФГБОУВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А.Столыпина», г. Ульяновскsergeysut@mail.ru
Агеев Пётр Сергеевич;Студент 4 курса инженерного факультета, ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина», г. Ульяновскageev_petr@mail.ru
Механикотехнологическое обоснование и разработкаэнергосберегающих средств механизациитепловой обработки зерна
Аннотация.Обоснована актуальность процессов тепловой обработки зерна. Выдвинута научная гипотеза об эффективности использования контактного тонкослойного нагрева перемещающегося зернового слоя. Предложены энергоэффективные средства механизации процессов тепловой обработки зерна: сушка зерна, термическое обеззараживание и обжаривание. Приведены оптимальные режимные параметры разработанных средств механизации.Ключевые слова:энергосбережение, контактный способ подвода теплоты, тепловая обработка зерна, зерносушилки.
Тепловая обработка сельскохозяйственного сырья является одним из основных видов воздействий в сегменте мирового агарного производства доля этих процессов в общемировом объёме потребления энергетических ресурсов превышает 40 %.Одним из основных и стратегически важных продуктовсельскохозяйственного производства в Российской Федерации являетсязерно.Так,на зерновые культуры приходится более50 % от общего объёмапроизводстваосновных продуктов растениеводства.Согласно многолетним статистическим исследованиям до 65 % свежеубранного зерна находится во влажном состоянии и требует сушки, на которуюежегодно затрачивают более 700 тыс. тоннтоплива.При этом Правительством Российской Федерации принят ряд правовых актов, направленных на повышение энергоэффективности производства валового внутреннего продукта страны к 2020 г. не менее чем на 40 %.Следует отметить, что согласно Государственной программе развития сельского хозяйства в Российской Федерации на 2013 2020 гг., одним из приоритетных направлений является развитие малых форм хозяйствования крестьянских (фермерских) хозяйств. При этом в нашей стране уже функционируют свыше 300 тыс. крестьянских (фермерских) хозяйств, валовыйсбор зерна в которых достигает 22∙106т, что составляет почти треть от общего объёма собранного зерна в хозяйствах РФ всех категорий.Существующие, серийно выпускаемые устройства для тепловой обработки зерна ориентированы на высокую пропускную способность, которая, в отдельных случаях, превышает 100 т/ч и их использование при переработке небольших партий зерна в условиях фермерских хозяйств не целесообразно. Следовательно, перспективными являются миниустановки, обладающие сравнительно небольшой потребляемой мощностью, высокоэкономичные, простые в эксплуатации и техническом обслуживании, способные выполнять несколько технологических операций, а главное обладающие невысокой стоимостью.Использование наиболее распространённого, конвективного способа подвода теплоты к зерну в подобных средствах механизации является бесперспективным направлением развития изза сложности, а в отдельных случаях и невозможности обеспечить требуемый уровень энергоэффективности тепловых конвекционных процессов.Кроме того, существенный недостаток характерный большинства зерносушилок конвективного типа несоответствие экологическим требованиям. Так, на сушку 1 т зерна при снижении его влажности на 6 % требуется в среднем сжечь около 60 кг жидкого топлива, при этом в окружающую среду выделяется до 2 кг вредных веществ.Это приводит к тому, что при эксплуатации наиболее распространённойзерносушильной техники концентрация вредных веществ в рабочей зоне персонала, обслуживающего зерносушилку в несколько раз превышаетпредельно допустимую. В конечном итогеухудшается не толькоэкологическоесостояниеокружающей средыи высушиваемого зерна, но иусловиятруда обслуживающего персонала.Таким образом, научное обоснование, разработка, апробация и внедрение в производство энергосберегающих, экологически безопасныхсредств механизации тепловой обработки зерна, соответствующих требованиям современного российского аграрного производства является актуальной, важной научнотехнической проблемой имеющей существенное значение для развития страны.Несмотря на значительное количество научных изысканий, посвящённых обоснованию различных аспектов процессов тепловой обработки зерна в сельскохозяйственном производстве, вопросы повышенияэнергоэффективности процессов теплового воздействия, сниженияметаллоёмкости средств механизации, минимизацииихвредного воздействия на окружающую среду и на обрабатываемый продукт остаются нерешёнными и в настоящее время.С развитием технологий тепловая обработка зерна постоянно совершенствуется, что приводит к созданию новых высокоэффективных средств механизации указанных процессов.Выявлено, что наряду с серийно выпускаемыми зерносушильными комплексами пропускной способностью свыше 100 т/чв настоящее время необходимы установкидля тепловой обработки зерна, обладающие сравнительно невысокой пропускной способностью, позволяющей удовлетворять требования крестьянских (фермерских) хозяйств. Следует отметить, что применение наиболее распространённого конвективного способа подвода теплоты в подобных зерносушилках связано с большими потерями тепловой энергии в окружающую среду. Использование же контактного способа передачи теплоты с одновременным транспортированием исходного зернового материала, при хорошей теплоизоляции установок позволяет большую часть от общих затрат теплоты передать на нагрев и испарение влаги из зерна. Применение электронагрева и контактногоспособапередачи теплоты зерну позволит достичь максимального соответствия разрабатываемых на этой основе устройств требованиям, предъявляемым при эксплуатации ихв условиях небольших фермерских хозяйств (энергоэффективность, экологичность, универсальность и т.д.). Таким образом, перспективным направлением развития средств механизации процессов тепловой обработки зерна является создание малогабаритных установокс контактным способом подвода теплоты, позволяющих осуществлять такие виды теплового воздействия на зерно как: сушка, прожаривание и обеззараживание.На основании вышесказанного выдвинута научная гипотеза
существенного снижения энергоёмкости процессов тепловой обработки и повышения качества готового продукта можно добиться посредством реализации контактного способа передачи теплоты с обеспечением равномерного перемещения единичного слоя зерна при постоянном его перемешивании с качественной теплоизоляцией соответствующих средств механизации и постоянным отводом испаряющейся влаги.При моделированиипроцессов теплового воздействия на зерно, а такжесредств механизации,реализующих эти процессы, основываютсяна динамических системахи процессах, происходящих притепловой обработке.Тепловуюобработкузерна в установках с контактным способом передачи теплоты, как процесс со сложной физикохимической системой, можно позиционировать посредством различных моделей (рисунок 1). а) б)Рис.1. Механикотехнологические модели процессовтепловоговоздействия на зернов установках с контактным способом теплопередачи:а) функциональная физическая модель:tвтемпература воздушного потока, °С; ωввлажность воздушного потока, %;tзтемпература зерна, °С; ωзвлажность зерна, %; mзмасса зерна, кг; tгп
температура греющей поверхности, °С; vзскорость движения зерна, м/с; vвскорость движения воздушного потока, м/с; Nпмощность, требуемая на привод транспортирующего рабочего органа, кВт; Nнэмощность, потребляемая нагревательным элементом, кВт; tнэтемпература нагревательного элемента, °С; Nвмощность, потребляемая вентилятором, кВт; Lвпроизводительность (подача) вентилятора, м3/ч; Hвдавление (напор), создаваемое вентилятором, Па; б) информационная модельобозначения в тексте
В первом случае (рисунок 1 а) на зерно находящееся в сушильной (тепловой) камере воздействуют воздушный поток, создаваемый вентилятором и теплота, передающаяся от греющей поверхности. В конечном итоге эта модель характеризуется такими параметрическими факторами, как пропускная способность УТОЗ Qпс, кг/ч, и суммарные удельные энергозатраты на процесс испарения влаги из зерна q, МДж/кг (при сушке зерна), либо суммарные удельные затраты теплоты, необходимые для нагрева 1 кг зерна на 1 C, кДж/(кгC) (при обжаривании и обеззараживании зерна).Во втором случае (рисунок 1 б) процесс теплового воздействия на зерно это система мероприятий и средств, направленная на преобразование исходного состояния зерна (массив А) в продукцию различного назначения: продовольственное, фуражное и семенное зерно (массив В).При этом массив А (вход модели) характеризует векторфункция внешних факторов (возмущений): ࢄ={࢞,࢞,࢞,࢞,࢞}, (1)где x1исходная влажность зерна; x2исходная температура зерна; x3вид зерновой культуры; x4температура окружающего воздуха; x5влажность окружающего воздуха.В качестве выходной переменной (массив В) принимаем векторфункцию качественных показателей процесса теплового воздействия: ࢅ={࢟,࢟,࢟}, (2)где y1конечная влажность зерна; y2температура зерна на выходе из тепловой камеры; y3травмируемость зерна.Управляющими воздействиями в информационноймодели являются скорость движения зерна в УТОЗ z1, средняя температура греющей поверхности z2, скорость движения агента сушки(воздуха)в тепловой камере z3, направление движения агента сушки в тепловой камере поотношению к направлению движения обрабатываемого зерна (противоток, прямоток и т. д.) z4.Применение математическогомоделированиядля интерпретации процессов теплового воздействия в УТОЗ характеризуется системами уравнений, связывающих выходные переменные с входными воздействиями, или взаимосвязью параметра (критерия) оптимизации процесса теплового воздействия на зерно с независимыми действующими факторами(режимными параметрами).Следует отметить, что при разработкесовременныхвысокоэффективныхУТОЗ необходимопринимать во внимание ряд критериев(рисунок 2).
Рис. 2. Схема разработки УТОЗ
Каждый их блоков предлагаемой схемы включает техникоэкономические, энерго, ресурсосберегающие, экологические аспекты, а также требования технологической адаптации. Реализация указанных условий при разработке УТОЗ позволит создать инновационные, энергоэффективные средства механизации. При этом необходимо учитывать влияние на процесс тепловой обработки зерна как каждого из указанных блоков по отдельности, так и их совместного воздействия.Методы исследования процессов тепловой обработки зерна разделяютна три основные группы: аналитические, экспериментальные и синтетические. При этом доминирующее практическое значение имеет экспериментальный метод исследования (рисунок 3).
Рис. 3. Последовательность выполнения экспериментального метода исследования
Получаемые по результатам экспериментальных исследований зависимости имеют вид корреляционных или регрессионных соотношений между входными и выходными величинами.На рисунке 4приведена схема проведения экспериментальныхисследованийпроцессов тепловой обработки зерна, в которой сопоставленырезультаты основных этаповразработки УТОЗ и итогипроводимых исследований.
Рис. 4. Этапы экспериментального исследования
Приведённую схему применяют при разработке новых оригинальных конструкций тепловых установок.Примодернизации действующих или разработке новых конструкций установок, реализующих известный способ тепловой обработки, количество этапов экспериментальных работ может быть сокращено.Упростить переход от начального этапа разработки и исследованийУТОЗ к последующим этапамвозможнона основе использованиятеорииподобия, посредством которой реальныепроцессы заменяютпростейшимиусловнымисхемами.Для повышенияэнергоэффективностипроцессов тепловой обработкизерна, при соблюденииэксплуатационных и технологических требований иобеспечении требуемого качества обрабатываемого зернав структурный состав установкиконтактного типа для тепловой обработки зерна должнывходитьследующие основные элементы (рисунок 5).
Рис. 5. Структурная схема контактной электроустановкидля тепловой обработки зерна:УОВ устройство отвода влаги; УЗЗ устройство загрузки зерна; ЭТЭ электрический теплогенерирующий элемент; ТТЭ теплопередающий и теплоотдающий элемент; ТА теплообменный аппарат; ТРО транспортирующий рабочий орган; УВЗ устройство выгрузки зерна
С учётомвсестороннего анализа существующих средств механизации процессов тепловой обработки зернапредложены запатентованные конструкции УТОЗ(рисунок 6)[915].
а)б)
в)г)Рис.6. Конструктивнотехнологические схемы УТОЗ:а) УТОЗ 1: 1 теплообменник; 2 теплоизолирующий материал; 3 загрузочный бункер; 4 выгрузное окно; 5 транспортирующий рабочий орган (перфорированный шнек); 6 вентилятор; 7 воздуховод; 8 привод транспортирующего рабочего органа; 9 отверстия; 10 электрический нагревательный элемент; б) УТОЗ 2: 1 кожух; 2 теплоизолирующий материал; 3 загрузочный бункер; 4 выгрузное окно; 5 шнек с перфорированными витками; 6 вентилятор; 7 воздуховод; 8 привод транспортирующего рабочего органа; 9 отверстия; 10 нагревательный элемент; 11 разделительные кольца; в) УТОЗ 3: 1 кожух; 2 слой теплоизолирующего материала; 3 загрузочный бункер; 4 выгрузное окно; 5 транспортирующий рабочий орган; 6 воздуховод; 7 винтовые опоры; 8 кольца;9, 10 нагревательные элементы; 11 вентилятор; 12 патрубок; 13 привод транспортирующего рабочего органа; г) УТОЗ 4: 1 кожух, 2 теплоизолирующий материал, 3 загрузочный бункер, 4 выгрузное окно, 5 транспортирующий рабочий орган, 6 нагревательные элементы, 7 вентилятор, 8 воздуховод, 9 греющая пластина, 10 заслонка отсекатель
При контактномспособепередачи теплоты в УТОЗ энергия подводится к обрабатываемому зерну от греющей поверхности посредством теплопроводности.Изменение теплового потока в этом случае характеризуется количеством теплоты, которое аккумулируется в рассматриваемомобъёме обрабатываемого зерна: [��࢞(ࣅ�࢚гп�࢞)+��࢟(ࣅ�࢚гп�࢟)+��ࢠ(ࣅ�࢚гп�ࢠ)]ࢊ࢞,ࢊ࢟,ࢊࢠ, (3)где ࣅ
коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙°С).Тогда энергетический баланс для элементарного объёма зерна, подвергаемого тепловому воздействию,может быть представлен в виде: ࢉ࣋�࢚гп��=��࢞(ࣅ�࢚гп�࢞)+��࢟(ࣅ�࢚гп�࢟)+��ࢠ(ࣅ�࢚гп�ࢠ)+, (4)где ࢉ
удельная теплоёмкость материала греющей поверхности, Дж/(кг∙°С); ࣋насыпная плотность зерна, кг/м3; ࢚гптемпература греющей поверхностиУТОЗ, °С; �экспозиция теплового воздействия, с; =ࢉ࣋ࢊ࢞ࢊ࢟ࢊࢠ�࢚��количество теплоты, передаваемое от греющей поверхности к единичному объёму зернового материала, Дж.Условия передачи теплоты зерну от греющей поверхности УТОЗ контактного типа заключаются в следующем.При выполнении греющей поверхности в форме цилиндра (для конструктивнотехнологических схем УТОЗ 1, УТОЗ 2 и УТОЗ 3) (рисунок 7) теплота от нагревательных элементов, расположенных на внешней поверхности цилиндра, передаётся посредством теплопроводности через стенку цилиндра к его внутренней поверхности.
Рис. 7. К обоснованию передачитеплоты зерну от цилиндрическойгреющей поверхности:lдлина греющей поверхности, м; bтолщина греющей поверхности, м; r1радиус внутренней поверхности цилиндра, м; r2радиус наружной поверхности цилиндра, м; tнэтемпература нагревательного элемента (внешней поверхности цилиндра), °С; tгптемпература греющей поверхности (внутренней поверхности цилиндра), °С; tстемпература воздуха в сушильной камере, °С; ,
количество теплоты, подводимое к греющей поверхности от нагревательного элемента, и количество теплоты передаваемое зерну от греющей поверхности соответственно, Дж
Зерно в процессе тепловой обработки контактирует с внутренней поверхностью цилиндра (греющей поверхностью) и также нагревается. Кроме того, от поступающей в сушильную камеру теплоты происходит нагрев винтового транспортирующего рабочего органа (шнека), расположенного в ней (на схеме не указан). В процессе теплового воздействия шнек также нагревается и начинает выполнять функцию источника теплоты. Зерно,расположенное в зазоре между внутренней поверхностью цилиндра и внешней поверхностью вала шнека равномерно нагревается. В этом случае при обеспечении качественной теплоизоляции внешней поверхности цилиндра и выполнении греющей поверхности из материалов, характеризующимися высокими значениями коэффициента теплопроводности (алюминий, медь и т.п.) можно на практике достигнуть высокой энергоэффективности процесса теплового воздействия (максимальное количество подводимой теплоты будет затрачиваться на нагрев зерна, испарение из него влаги и удаление её из тепловой камеры).Для упрощения обоснования процесса теплопередачи ограничимся подводом теплоты к обрабатываемому зерну только от греющей поверхности (внутренней поверхности цилиндра).Зададим краевые условия для рассматриваемого случая: ࢚(,�)=ࢌ(࢞), (5) ࢚(࢘)=࢚гп=ࢉ࢙࢚࢚(࢘)=࢚нэ=ࢉ࢙࢚}. (6)При этом распределение температуры в тепловой камере УТОЗ при качественной теплоизоляции внешней поверхности цилиндра, т.е. �࢚(࢘,�)�࢞=,можно представить в виде: ࢚(࢞,�)−࢚з=ࣅ࢘{࢘࢘−࢘[�−,(−࢘࢘)−࢘࢘(࢘࢘+ +࢘࢘−࢘࢘࢘+)]+
+∑࣊ࣆ∞=�(ࣆ࢘࢘)�(ࣆ)�(ࣆ࢘࢘)−�(ࣆ)[�(ࣆ࢞࢘)ࢅ(ࣆ࢘࢘)−ࢅ(ࣆ�࢘)× ×�(ࣆ࢘࢘)]ࢋ࢞(−ࣆ�)}, (7)где࢚зтемпература зерна до тепловой обработки, °С;�=ࢇ�࢘⁄критерий Фурье; ࣆ=࢘корни характеристического уравнения;�и �
функции Струве первого и нулевого порядков;ࢅи ࢅфункции Бесселя второго рода первого и нулевого порядков.Аналогично для УТОЗ 4 (греющая поверхность выполнена в виде горизонтальной пластины) примем (рисунок 8), что изменение температуры будет осуществляться только в одном направлении x(по толщине пластины), а в двух других направлениях yи zтемпература будет оставаться неизменной(�࢚�࢟=�࢚�ࢠ=). Следовательно, рассматриваемую задачу можно считать одномерной.
Рис. 8. К обоснованию передачи теплоты зернуот плоской греющей поверхности:а, l, bширина, длина и толщина греющей поверхности УТОЗ соответственно, м
Зададим краевые условия для рассматриваемого случая. ࢚(,�)=ࢌ(࢞), (8) ࢚гп=ࢉ࢙࢚࢚нэ=ࢉ࢙࢚}. (9)Тогда распределение температуры в тепловой камере УТОЗ, когда внешняя поверхность греющей пластины имеет качественную теплоизоляцию (�࢚(,�)�࢞=)будет иметь вид: ࢚(࢞,�)=∑ࣆ࢞࢈ࢋ−ࣆࢇт�࢈∞=∙࢈∫ࢌ(࢞)���ࣆ࢞࢈ࢊ࢞࢈, (10)где ࣆ=࢈=(−)࣊; ࢇткоэффициент теплообмена, Вт/(м2·°С); Проведённые экспериментальные исследования разработанных установок в лабораторныхусловиях позволили определить их оптимальные режимы работы.Для улучшения качества тепловой обработки зерна рекомендуется использовать УТОЗ 3 с горизонтальным расположением кожуха. Её оптимальные режимные параметры при сушке зерна пшеницы семенного назначения следующие: средняя температура греющей поверхности tгп= 54 C, скорость движения зерна vз= 0,028 м/с (экспозиция сушки τ= 90 с), скорость движения воздуха vв= 1,7 м/с, температура воздуха, подаваемого в сушильную камеру tв=24 C. На указанных режимах достигаются минимальные суммарные удельные энергозатраты на процесс удаления влаги из зерна q= 3,3МДж/кг. Пропускная способность УТОЗ 3 при указанных режимных параметрах составляет 350 кг/ч, разовый влагосъём 2,7…3,3 %.В случае же необходимости тепловой обработки больших партий зерна на продовольственные и фуражные цели рекомендуется использовать УТОЗ 4. Оптимальные значения режимных параметров при сушке зерна пшеницы для УТОЗ 4 следующие: tгп= 87 °С, vв= 1,33 м/с, vз= 0,045 м/с (τ= 48 с), при этом qмин= 3,82 МДж/кг, а разовый влагосъём 3…3,5 %. Пропускная способность УТОЗ 4 при работе на указанных режимах составляет 400 кг/ч.По результатам проведённых исследований также получены оптимальные режимы работы предложенных УТОЗ при сушке зерна ржи, ячменя, овса и подсолнечника, при его термическом обеззараживании, а также обжаривании зерна для последующего скармливания скоту. Суммарный удельный расход энергии на обеззараживание зерна составляет 4,1…4,32 кВт∙ч/т и достигается при следующих режимных параметрах: для УТОЗ 3 tгп= 100 ºС, vз= 0,02 м/с(τ= 130 с), для УТОЗ 4 tгп= 80 C, vз= 0,012 м/с (τ= 180 с). Пропускная способность на указанных режимах составила: для УТОЗ 3 0,175 т/ч, для УТОЗ 4 0,208 т/ч. Обжаривание зерна на корм скоту наиболее эффективно проводить в УТОЗ 3 при следующих оптимальных режимах: tгп= 220 C, vз= 0,02 м/с(τ= 141 с). При этом минимальные суммарные удельные затраты теплоты на нагрев обрабатываемого зерна составляют 33,65 кДж/(кгC). Пропускная способность УТОЗ 3 на указанных режимах 25 кг/ч.«Пилотные» УТОЗ успешно внедрены в сельскохозяйственных предприятиях России (Ульяновская и Самарская области, Республика Чувашия, Красноярский край) и Украины (Одесская область).Производственные исследования разработанных установок для тепловой обработки зерна подтвердили высокую эффективность и качество их работы при использовании в различных технологических линиях обработки зерна (сушка, обжаривание, обеззараживание). Расхождение значений основных показателей процессов тепловой обработки зерна, полученных теоретически, с результатами экспериментальных исследований не превысило 5 %.Результаты техникоэкономического анализа рекомендуемых установок для тепловой обработки зерна в сравнении с серийно выпускаемыми средствами механизации (базовыми вариантами) показали, что использование предлагаемых установок позволяет снизить энергоёмкость сушки зерна до 22 %, а металлоёмкость до 40 % в сравнении с аналогичными показателями существующих средств механизации. Суммарныйэкономический эффект от использования разработанных средств механизации в таких технологиях тепловой обработки зерна как сушка, термическое обеззараживание и обжаривание превышает 48 млн. руб.Разработанные средства механизации могут быть рекомендованы для сушки зерна, его обжаривания при подготовке его к скармливанию скоту, а также термического обеззараживания в условиях в условиях небольших зернопроизводящих и зерноперерабатывающих сельскохозяйственных предприятий.
Ссылки на источники1.Курдюмов В.И. Экспериментальнотеоретическое обоснование установки контактного типа для тепловой обработки зерна / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, И.Н. Зозуля // Нива Поволжья. 2010. № 2 (15). С. 5761.2.Курдюмов В.И.Особенности тепловой обработки зерна в установкахконтактного типа/ В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, Г.В. Карпенко // Международный сельскохозяйственный журнал. 2010. № 5. С. 5053.3.Курдюмов В.И.Тепловая обработка зерна при производстве кормов / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, И.Н. Зозуля, С.А. Сутягин // Механизация и электрификация сельского хозяйства.
2011. № 5. С. 1718.4.Курдюмов В.И.Теоретические и экспериментальные аспекты контактного способа передачи теплоты при сушке зерна / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 3 (15). С. 106111.5.Курдюмов В.И.Результаты исследований процесса сушки зерна в установке с комбинированным способом передачи теплоты/ В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственнойакадемии. 2012. № 2 (18). С. 8994.6.Курдюмов В.И.Результаты контактной сушки зерна различных культур при тонкослойном перемещении высушиваемого материала/ В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, М.А. Карпенко, Г.В. Карпенко// Вестник Алтайского ГАУ.2013. № 10. С. 106110.7.Курдюмов В.И.Обоснование теплового режима в зерносушилке контактного типа / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, Г.В. Карпенко // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.2014. № 3. С. 120125.8.Курдюмов В.И.Обоснование оптимальных режимов работы зерносушилок контактного типа / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, Г.В. Карпенко // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 4. С. 160165.9.Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 96466. Опубл. 10.08.2010 г. Бюл. № 22.10.Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 96467. Опубл. 10.08.2010 г. Бюл. № 22.11.КурдюмовВ.И., Павлушин А.А., Постников И.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 96639. Опубл. 10.08.2010 г. Бюл. № 22.12.Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 2411432. Опубл. 10.02.2011 г. Бюл. № 4.13.Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 2446886. Опубл. 10.04.2012 г. Бюл. № 10.14.Курдюмов В.И., Павлушин А.А. Устройство для сушки зерна. Патент RU№ 119862. Опубл. 27.08.2012 г. Бюл. № 24.15.Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Устройство для сушки пищевых продуктов. Патент RU№ 2453123. Опубл. 20.06.2012 г. Бюл. № 17.16.Курдюмов В.И.Тепловая обработка зерна в установках контактного типа / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, Г.В. Карпенко, С.А. Сутягин. Ульяновск: УГСХА им. П.А. Столыпина, 2013. 290 с.17.Курдюмов В.И.Обоснование теплофизических параметров установки для сушки зерна контактного типа/ В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, М.А. Карпенко, Г.В. Карпенко// Материалы Всероссийской конференции «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК», с международным участием в рамках XIX Международной специализированной выставки «Агрокомплекс2009». Уфа: ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2009, Часть I.С. 8487.
