авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Повышение эффективности микронизатора с поперечно расположенными линейными инфракрасными излучателями при обработке зерна и круп

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛИГИДОВ Вячеслав Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МИКРОНИЗАТОРА С ПОПЕРЕЧНО РАСПОЛОЖЕННЫМИ ЛИНЕЙНЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ ПРИ ОБРАБОТКЕ

ЗЕРНА И КРУП

Специальность 05.18.12 – Процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств» на кафедре «Технологическое оборудование предприятий хлебопродуктов».

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Зверев Сергей Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Рысин Анатолий Петрович

доктор технических наук,

старший научный сотрудник Сорочинский Владимир Федорович

Ведущая организация – ООО «НПК «РЕЗОНАНС»

Защита диссертации состоится « 14 » декабря 2006 года в 1000 час. на заседании диссертационного совета Д 212.148.05 при ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, МГУПП, корпус А, ауд. 229.

Приглашаем Вас, принять участие в заседании диссертационного совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, по выше указанному адресу на имя ученого секретаря совета Максимова Алексея Сергеевича

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПП.

Автореферат разослан «14» ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.148.05,

кандидат технических наук Максимов А.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы: Все большее распространение, как в России, так и за рубежом получают зернопродукты, которые не требуют длительной варки или варки вообще. Это крупы, хлопья, различные зерновые смеси, мюсли, каши и т.д. Как известно производство подобных зернопродуктов, требует операции термообработки. Одним из альтернативных и зарекомендовавших себя способов такой термообработки, является высокотемпературная микронизация (ВТМ), использующая для быстрого нагрева продукта энергию ИК–излучения.

В настоящее время разработаны и запатентованы более десятка видов микронизаторов, как в России так и за рубежом, которые часто отличаются друг от друга лишь по ряду небольших конструктивных особенностей. Однако, выпускаемое отечественными производителями ВТМ оборудование, несмотря на различия во внешнем виде, основные параметры заимствуют из старых разработок начала девяностых годов, что определяет и технические характеристики, которые часто даже хуже, чем у первых моделей.

Одной из основных причин такого положения, является недостаточное понимание закономерностей процесса ИК-нагрева, отсутствие обоснованных практических методов инженерных расчетов, а также адекватных моделей функционирования ВТМ установок.



Цели и задачи исследования. Диссертация посвящена решению комплексной научно-технической проблемы повышения эффективности оборудования ВТМ на основе новейших достижений науки и техники в области ИК нагрева, а так же, накопившегося опыта промышленной эксплуатации подобного оборудования.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

  • исследование и обоснование закономерностей процессов ИК-нагрева для различных видов пищевого продукта
  • анализ конструктивных особенностей установок и условий реализации процесса ИК-нагрева в них,
  • уточнение модели процесса ИК-нагрева зерна;
  • совершенствование методики инженерного расчета полей облученности, как для поверхностных, так и линейных излучателей,
  • изыскание конструктивных методов выравнивания полей облученности в зоне обработки в направлении перпендикулярном движению продукта в частности, за счет формы и пространственного расположения излучателя, отражающих экранов;
  • выработка единых критериев оценки технического совершенства различных конструкций ВТМ установок по эффективности процесса ИК-нагрева;
  • разработка и создание высокоэффективной установки ВТМ.

Научная новизна: Разработана и подтверждена экспериментальными исследованиями математическая модель процесса нагрева крупы в потоке ИК-излучения, позволяющая адекватно оценивать температуру продукта с учетом ее нелинейной зависимости в широком диапазоне варьирования облученностью.

Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден способ эффективного (с точки зрения энергозатрат, при сохранении высокого качества продукта) ведения процесса обработки крупы при повышенной облученности.

При фиксированной установленной мощности ИК-излучателей теоретически определено рациональность схемы размещения ИК-генераторов вдоль направления транспортирования крупы, что позволяет соответственно выбирать требуемые режимы в зоне облучения в зависимости от цели термообработки.

На основе экспериментальных исследований получена зависимость приращения температуры от плотности укладки (масса крупы на единицу площади) слоя крупы. Выявлена область, где это влияние не существенно, что позволяет рекомендовать его в качестве рабочей при приемочных испытаниях ВТМ установок.

Разработаны алгоритмы и программы в среде ППП «Математика-5», позволяющие рассчитывать рациональные поля облученности под блоками поверхностного и линейных излучателей, с учетом формы и пространственного расположения верхнего излучателя и отражателя.

Обосновано теоретически повышение эффективности блока излучателей при применении продольных экранов. Данное обоснование экспериментально подтверждено с одновременным доказательством выравнивания условий термообработки круп в рабочей зоне. На разработанную рациональную схему получен патент РФ № 2266678.

Практическая ценность: Полученные математические модели и зависимости позволяют оценить поле облученности в зоне обработки, еще на стадии проектирования. Предложены методы корректировки равномерности поля облученности под блоком, за счет формы излучающей поверхности, или отражающего верхнего экрана (для линейных излучателей), создания пассивных зон излучающей (отражающей) поверхностях и установки продольных экранов.

Разработана инженерная методика сравнительной оценки технических характеристик ВТМ установок и эффективности процессов обработки продукции на различных режимах.

Полученные результаты экспериментальных и теоретических исследований легли в основу разработанного ТЗ на устройство для термообработки зернового сырья, принятого к производству в ООО «ЮВС» и модернизацию установки в ООО «Первая индустриальная группа».

Апробация работы. Основные материалы диссертации были представлены на научных конференциях: Всероссийская научно – техническая конференция с международным участием «Качество и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания» (г. Москва, 2002); Всероссийская научно – техническая конференция выставка « Высокоэффективные пищевые технологии методы и средства для их реализации» (г. Москва 2003); Научно – техническая конференция, посвященная 80 – летию специальности «Технология хранения и переработки зерна» (г. Москва 2002); Международная научно – практическая конференция «Научные основы процессов, аппаратов и пищевых производств» (г. Краснодар 2002); Всероссийская научно – техническая конференции аспирантов и молодых ученых «Перспектива 2005» (г. Нальчик 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 6 статей в ведущих научных журналах и патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций, списка литературы. Работа содержит 122 страницы, 21 таблицу, 66 рисунков и 10 приложений. В библиографии указано 138 источника, в том числе 11 – на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, определены основные направления реализации цели, показана научная новизна и практическая ценность результатов исследований.

В первой главе диссертации приведен обзор использования ИК нагрева в пищевой промышленности в целом и в зерноперерабатывающих отраслях в частности. На основе исследования патентов проанализированы конструкции ВТМ установок. Выявлены их основные технические характеристики и принципиальные отличия друг от друга в конструктивном и технологическом плане, а также способы повышения эффективности.

Было отмечено, что большинство конструкторских решений и технологических режимов не отличаются строгой обоснованностью и поэтому не нашли широкого промышленного применения.

Также был проведен тщательный анализ существующих источников ИК-излучения и отражателей, применяемых в ИК-оборудовании и систематизированы их положительные и отрицательные аспекты работы.

Во второй главе представлена теория нагрева зернопродуктов в потоке ИК-излучения и расчеты полей облученности под блоками плоских и линейных ИК-генераторов.

Для описания простейшей модели ИК нагрева используется дифференциальное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами, отражающее баланс тепла в виде

, (1)

где: m1 масса единичного зерна, кг;

С – теплоемкость зерна, Дж/(кг К);

S1 – площадь поверхности единичного зерна, м2;

Кs– коэффициент, облученности поверхности,

– коэффициент теплообмена, Вт/м2К;

Е– облученность, Вт/м2;

А– коэффициент поглощения,

Тср – температура среды, 0С;

T - средняя температура зерна 0С;

T0 – начальная температура зерна, 0С;

Kg – коэффициент, учитывающий взаимосвязь между поверхностной и средней температурой.

После преобразования с учетом DTcр = KcE выражение (1) можно записать в виде

(2)

Решение при DT(t=0)=0 и соответствующем обозначении коэффициентов имеет вид , (3)

а при Е=const может быть представлено

(4)

где: , , ;

При транспортировании продукта вдоль оси X, экспозицию можно оценить в виде

(5)

В блоке с боковыми отражателями облученность и экспозицию отраженного излучения учтем как излучение от мнимого изображения излучающей поверхности в экранах. Суммарную характеристику находим как суперпозицию, например:

E(х,y) = E1(х,y) + r [Еp(х,y) + Еl (х,y)] (6)

где: r– коэффициент отражения;

E1(х,y) – облученность от прямого излучения;

Еp(х,y), Еl (х,y) – облученность от мнимого изображения в правом и левом экранах.

Эффективность блока линейных ИК-генераторов с плоскими отражающими экранами оценивали аналогично плоскому с учетом отражения верхнего экрана.

Для выравнивания полей облученности в зоне ИК облучения была проанализирована возможность использования ломаных плоских поверхностей излучения или отражения.

Была проанализирована следующая модель: в системе координат симметрично оси в точке {0, 0, Z = hl} расположен линейный излучатель, параллельно оси с излучательной способностью , а выше отражающая (излучающая) поверхность с коэффициентом отражения r, которая задавалась параметрическим уравнением

, , (7)

 На рис.1, представлена схема излучателя с-18





На рис.1, представлена схема излучателя с отражающим экраном произвольной формы

Рис.1. Схема линейного

излучателя (1) с верхним отражающим

экраном (2) произвольной формы

Для начала определим облученность поверхности транспортера в зависимости от отражающей (излучающей) поверхности (2) (рис.1).

Косинус между нормалью и вектором теплового потока излучающей поверхности (2) равны:

; (8)

где: ,

(9)

Расстояние между точкой {x,y,0} на поверхности транспортера и элементарной поверхности ds1 на верхнем экране (2)

(10)

Направляющие косинусы для прямой r12:

(11)

Косинус угла между прямой r12 и нормалью к элементарной поверхности ds1

. (12)

Косинус угла между прямой r12 и нормалью к плоскости транспортера

Соответственно облученность на транспортере с учетом

, (13)

где: Е1 – излучательная способность поверхности.

При подстановке уравнений (7) для плоскости получим известное выражение для лучистого обмена двух параллельных поверхностей.

Поток излучения, падающий на элементарную поверхность экрана со стороны элементарной излучающей поверхности линейного излучателя равен

(14)

где: E1 - облученность;

E0 - излучательная способность элемента ;

1,2 - угол между линией соединяющий элементарные поверхности , и

нормалями к этим поверхностям;- расстояние между поверхностями.

Оценим облученность элементарной поверхности . Расстояние между поверхностями с координатами и с координатами .

(15)

Направляющие косинусы вектора : (16)

Косинус угла между нормалью к излучателю и вектором

(17)

Косинус угла между нормалью к и вектором :

(18)

где: - эквивалентный диаметр спирали ИК-генератора.

Облученность элементарной поверхности отражателя определяется интегрированием выражения (1), при его излучательной способности

(19)

Таким образом, облученность на транспортере

, (20)

где: bl – полудлина лампы.

При подстановке уравнений (7) для плоскости получим известное выражение для линейного излучателя с плоским верхним экраном.

В третьей главе представлены методики оценки облученности в зоне термообработки и температуры для единичного зерна и массы зерен, а также экспериментальные и аналитические методы оценки облученности.

Экспериментальная оценка облученности проводилась по скорости нагрева зачерненной медной пластины. Анализ процесса радиационного нагрева показал, что при значении параметров T < 10 0C и < 10 c, можно принять , при этом погрешность превышает 5%.

Аналитический метод основывался на ранее известных зависимостях для линейных излучателей с плоскими отражающими экранами.

Экспериментальная установка в виде блока линейных излучателей, схема которой дана на рис.2, позволяла менять облученность в рабочей зоне в зависимости от числа ламп n с шагом S, расстояния от поверхности продукта до плоскости ламп hl, наличия боковых экранов, материала верхнего экрана.

Результаты тарировки экспериментальной установки (зависимости облученности Е от расстояния hl и количества ламп n) представлены на рис.3 и рис.4.

Температуру нагрева единичного зерна и массы зерен измеряли при помощи ХК термопары d=0.2мм. В качестве регистрирующих приборов использовались КСП-4 в интервале 10-250°С и 10-400°С.

 Схема блока ИК излучателей: 1 –-67

Рис. 2. Схема блока ИК излучателей: 1 – генератор ИК излучения, 2 – верхний отражатель,

3 – боковой отражатель, 4 – поверхность для размещения продукта

Рис.3.Зависимости облученности Е, кВт Рис.4. Зависимость облученности Е от

при неизменном расстоянии hl, от количества количества ламп n. и от высоты их

ламп n. расположения.

Регистрация изменения температуры единичного зерна осуществлялась следующим образом: замеряли его размеры, просверливали до середины зерна небольшое отверстие диаметром 5мм, устанавливали туда термопару и ставили под уже включенным блоком ИК-излучения.

Температуру насыпной массы зерен также замеряли термопарой, которая была установлена в специальной теплоизолированной емкости, куда сразу после облучения засыпали продукт.

В четвертой главе исследовано влияние установленной мощности ИК излучателей на температуру в зоне обработки и параметры линейной модели процесса ИК – нагрева.

Показано, что в первом приближении температура среды линейно возрастает с ростом установленной мощности на единице площади зоны обработки продукта и ее зависимость от облученности может быть представлена в виде DTc=КсЕ.

Выявлен диапазон плотности укладки крупы на транспортере не оказывающий существенного влияния на температуру продукта при выходе, который был оценен в 0.5-1.5 от максимально возможной плотности укладки. На рис.5. представлен график зависимости плотности укладки крупы на приращение температуры

Рис.5. Влияние плотности укладки

зерна на приращение температуры

1-2лампы; 2-3лампы; 3-4лампы; 5-ламп

:

.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.