Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
11
ЛУЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
На правах рукопису
ПОДОЛЯК ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ
УДК 631.365.22
ВДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСУ СУШІННЯ ВОРОХУ ЛЬОНУ В НЕРУХОМОМУ ТОВСТОМУ ШАРІ
05.20.01 –Механізація сільськогосподарського виробництва
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Луцьк –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті.
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент
Дідух Володимир Федорович,
Луцький державний технічний університет,
доцент кафедри сільськогосподарського машинобудування
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Рогатинський Роман Михайлович,
Тернопільський державний технічний університет ім. Івана Пулюя, професор кафедри технології машинобудування
кандидат технічних наук, доцент
Горбовий Артур Юліанович,
Львівський державний аграрнний університет, доцент кафедри експлуатації МТП
Провідна установа: Національний аграрний університет, м. Київ, кафедра механіки і ТММ
Захист відбудеться “_”__лютого___ 1999 року об 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 32.075.01 для захисту дисертацій на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук в Луцькому державному технічному університеті за адресою: 263018, м. Луцьк, вул. Львівська, 75, навчальний корпус В, аудиторія 138.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Луцького державного технічного університету (вул. Львівська, 75).
Автореферат розісланий “___”___січня __ 1999 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Попко В.Й.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Цінність льону довгунця полягає в тому, що це культура комплексного використання. Волокно складає 20…28% від маси стебла, а насіння містить 35…42% олії та близько 25% білку. Одним із найтрудомісткіших процесів льонарства є збирання льону і переробка його вороху для отримання, в першу чергу, високоякісного насіння, тому що 80…90% всіх затрат, пов’язаних із вирощуванням льону, припадає на збирання і післязбиральний обробіток, а 50…60% затрат на післязбиральний обробіток складають затрати на сушіння вороху льону.
Післязбиральний обробіток вороху льону проводять на сушильних пунктах сушарками конвективної дії, але для сушіння вороху льону з великої різноманітності сушарок придатні лише напільні, конвейєрні і карусельні сушарки. В свою чергу, при використанні високомеханізованих сушарок для сушіння вороху льону, таких як конвейєрні і карусельні, за добу витрачається до 1,5…2,0 т рідкого палива. При комбайновому збиранні льону-довгунця у воросі знаходиться до 50% різних соломистих домішок (плутанина) з вологістю до 70%, що є баластом при його сушінні. Виділення плутанини з вороху льону перед його сушінням дозволяє зменшити енергозатрати на отримання насіння і збільшити продуктивність сушарок.
У зв’язку з цим, актуальною проблемою є дослідження процесу сушіння нерухомого товстого шару вороху льону різного складу і вологості, впливу на процес сушіння параметрів сушильного агента і вороху льону та завантажувальних пристроїв для відділення плутанини.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження є частиною робіт, виконаних у відповідності до державних науково-технічних програм ДКНТП з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки. Шифр завдання 03.07.03 /058-93/ ”Вдосконалення льонозбирального комбайна”/.
Мета роботи: отримання насіння льону високої якості за рахунок вдосконалення технологічного процесу сушіння вороху льону і обгрунтування раціональних параметрів пристроїв для інтенсифікації даного процесу.
Задачі дослідження: визначити параметри процесу сушіння вороху льону в нерухомому товстому шарі, враховуючи, що ворох льону розглядається як двокомпонентна суміш; визначити вплив на час сушіння параметрів вороху льону (початкова вологість і вміст у воросі льону плутанини) і параметрів сушильного агента (температури і швидкості); дослідити процес сушіння вороху льону при поперемінній подачі сушильного агента і холодного повітря, охолодженні вороху атмосферним повітрям після його сушіння, пошаровому розміщенні плутанини і вороху насіння льону; визначити вплив початкових параметрів вороху льону і параметрів сушильного агента на енергію проростання і схожість насіння льону; дослідити розподіл температури по висоті шару вороху льону з часом залежно від режиму його сушіння; розробити і дослідити пристрої для інтенсифікації даного процесу; розрахувати ефективність розроблених пристроїв.
Наукова новизна одержаних результатів. У даній роботі вперше розглянуто вологий ворох льону як двокомпонентну суміш, яка складається із вороху насіння льону та плутанини підвищеного вологовмісту. Теоретично встановлено, та експериментально визначено основні параметри технологічного процесу сушіння вороху льону в залежності від початкового вологовмісту і вмісту плутанини у воросі на час виконання технологічного процесу сушіння. Вперше використано для розділення вороху льону на два компоненти пристрій барабанного типу, визначені його основні параметри, запропоновано причіп-сушарку для сушіння вороху льону з незначним процентним вмістом плутанини.
Практичне значення отриманих результатів полягає у вдосконаленні технологічного процесу сушіння вороху льону на основі створення пристрою для відділення плутанини з підвищеним вологовмістом та причепа-сушарки для сушіння вороху льону з незначним процентним вмістом плутанини.
Дані пристрої було виготовлено для реалізації вдосконаленого технологічного процесу сушіння вороху льону в нерухомому товстому шарі, які були випробовані в польових умовах у 1997 році в КСП імені Т.Г.Шевченка Рожищенського району Волинської області. Випробування свідчать про ефективність роботи розроблених пристроїв і доцільність їх використання у льонарських господарствах.
Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійною науковою роботою, в яку увійшли дослідження автора, виконані за час навчання в аспірантурі з 1994 по 1998 рік під керівництвом кандидата технічних наук, доцента Дідуха В.Ф. Автором досліджено процес сушіння вороху льону в нерухомому товстому шарі, при цьому розглянуто ворох льону як двокомпонентну суміш, розглянуто також процес сушіння вороху льону в елементарному шарі, визначено вплив вологовмісту плутанини як одного із компонентів вороху льону на процес сушіння вороху. Розроблено і досліджено завантажувальний пристрій для відділення плутанини та причіп-сушарку для сушіння вороху льону з незначним процентним вмістом плутанини.
У технічному рішенні, яке захищене патентом України доля кожного співавтора одинакова.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу ЛІІ у 1994-1997 роках, на вченій раді машинобудівного факультету ЛІІ в 1997 році, на Всеукраїнській науково-практичній конференції “Перспективи вдосконалення засобів механізації та технології збирання льону-довгунця в Україні”, що проводилась на базі ЛІІ у 1996 році, на науковому семінарі кафедри сільськогосподарського машинобудування ЛІІ в 1997 році, а також на науково-практичній конференції, присвяченій 100-річчю з дня заснування Національного аграрного університету (1998 р., м. Київ). Повний зміст дисертаційної роботи був заслуханий в НАУ на спільному засіданні кафедр СГМ, механіки і ТММ, тракторів і автомобілів.
Публікації. Результати наукових досліджень опубліковані в 6 статтях у збірниках наукових праць, в 2-х тезах конференцій, технічна розробка захищена патентом України №13931 А від 25.04.97 р.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація містить вступ, п’ять розділів, загальні висновки, список використаної літератури та додатки. Основна частина роботи викладена на 148 сторінках, містить 44 рисунки, 22 таблиці. Список використаної літератури включає 150 найменувань, з них 24 іноземною мовою.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вступ. Обгрунтована актуальність теми, сформульовані мета та задачі досліджень.
Розділ 1. Стан питання, мета і задачі досліджень
Проведений огляд біологічних особливостей вороху льону, показана важливість вчасного післязбирального обробітку вороху, розглянуті способи сушіння вороху льону і засоби механізації для їх здійснення. Так як конвективне сушіння найбільш придатне для сушіння сільськогосподарських матеріалів, наводиться класифікація сушарок конвективної дії.
Дослідженням процесів сушіння рослинних сільськогосподарських матеріалів займались Ликов А.В., Птіцин С.Д., Рамзін Л.К., Лур’є М.Ю., Гінзбург А.С., Окунь Г.С., Аніськін В.І., Пятрушявічюс В.І., Алієв Б.М., Любарський В.М., Хатчисон, Ворошилов А.І., Горячкін В.П. і інші. Ними встановлені закономірності протікання процесів сушіння, впливу температури і швидкості сушильного агента на тривалість процесу сушіння та якість висушеного матеріалу.
Дослідженням технологічного процесу і режимів сушіння вороху льону і вороху насіння льону займались Порєв І.П., Копйов І.П., Зелен- ко В.І., Мелегов В.І. і інші дослідники. Ними встановлена гранично допустима температура сушильного агента і визначена ефективність роботи сушарок різної конструкції в залежності від початкових параметрів вороху льону.
Дослідженням механізмів, які використовують для сушіння сільськогосподарських матеріалів, підготовки їх перед сушінням і пристроїв для зниження енергозатрат під час сушіння займались Рогатинський Р.М., Мелегов В.І., Зеленко В.І., Ковальов М.М., Бояр- чук Ю.І., Шаршунов В.А., Дідух В.Ф. та інші.
В результаті аналізу літературних джерел та патентної інформації виявлено ряд питань, які потребують вивчення. При дослідженнях процесу сушіння сільськогосподарських матеріалів, в тому числі і вороху льону допускають, що матеріал є однорідний. Тому не враховується його багатокомпонентний склад, в якого у більшості випадків компоненти мають різні початкові параметри. Також недостатньо досліджений процес сушіння вороху льону при різних його початкових параметрах і параметрах сушильного агента, розподіл температури при різних режимах його сушіння, вплив на схожість і енергію проростання режимів сушіння. При дослідженні пристроїв для відділення плутанини із загальної маси вороху льону не розглядались пристрої барабанного типу.
У відповідності до поставленої мети основна увага приділялась вирішенню наступних завдань:
а) дослідженню процесу сушіння вороху льону, враховуючи, що він є двокомпонентною сумішшю, яка складається із плутанини і вороху насіння льону;
б) дослідженню впливу на процес сушіння вороху льону поперемінної подачі сушильного агента і холодного повітря, охолодження товстого шару вороху льону атмосферним повітрям після його сушіння, а також пошарового розміщення плутанини і вороху насіння льону;
в) визначенню розподілу температури в товстому нерухомому шарі вороху льону при його сушінні на різних режимах;
г) дослідженню впливу на тривалість процесу сушіння нерухомого товстого шару матеріалу початкової вологості вороху льону і вмісту в ньому плутанини, а також впливу температури і швидкості сушильного агента;
д) визначенню впливу режимів сушіння вороху льону на енергію проростання і схожість насіння льону;
е) розробці пристроїв для відділення плутанини і сушіння вороху льону з незначним процентним вмістом плутанини, і перевірці їх роботоздатності при впровадженні вдосконаленого технологічного процесу сушіння вороху льону;
є) розрахунку економічної ефективності використання вдосконаленого технологічного процесу.
Розділ 2. Теоретичні дослідження процесу сушіння вороху льону в нерухомому товстому шарі
Розглянуто ворох льону як суміш двох компонентів. При цьому визначені такі параметри процесу сушіння вороху в нерухомому товстому шарі, як коефіцієнт сушіння, інтенсивність процесу сушіння, визначена висота зони сушіння і швидкість переміщення фронту сушіння, розглянуте питання впливу вологовмісту компонентів вороху льону на процес сушіння. Проведено аналіз технологічного процесу роботи пристрою для відділення плутанини і визначені кінематичні параметри його робочих органів.
При проведенні досліджень процесу конвективного сушіння нерухомого товстого шару вороху льону було використано ступінчастий метод, який полягає в тому, що товстий шар матеріалу розглядається як сукупність тонких (елементарних) шарів, причому прийнято припущення, що температура і вологість сушильного агента на виході з першого елементарного шару рівна температурі і вологості на вході в другий елементарний шар.
Проведеними дослідженнями встановлено, що характер розподілу вологовмісту Uy=f(y) в товстому шарі при його конвективному сушінні буде мати вигляд кривої, що зображена на рис. 1.
На рис. 1 по осі абсцис відкладений вологовміст Uy, а по осі ординат –висота товстого шару матеріалу Н. Як бачимо з рис. 1 інтенсивне випаровування вологи з матеріалу відбувається зі сторони подачі сушильного агента.
Так як ворох льону містить два компоненти: плутанину і ворох насіння льону з великою різницею вологовмістів, то розглядаємо ворох льону як двокомпонентну суміш, при цьому розміщення даних компонентів у суцільному шарі є хаотичним. Модель процесу сушіння вороху льону як двокомпонентної суміші представлена на рис. 2.
t, U, V
t, U, V
Для подальших теоретичних досліджень було запропоновано коефіцієнт, який враховує величину вологовмісту коробочок у воросі льону:
, (1)
де –початковий вологовміст плутанини, кг/кг;
–початковий вологовміст вороху насіння льону, кг/кг;
- коефіцієнт, який враховує процентний вміст вороху насіння льону у загальній масі вороху льону.
Допускаємо, що значення рівноважного вологовмісту обох компонентів вороху льону після закінчення процесу сушіння стає рівним за величиною, тоді коефіцієнт сушіння елементарного шару вороху льону для двокомпонентної суміші становить:
(2)
де Uв –вологовміст матеріалу в момент часу , кг/кг;
Uв –вологовміст матеріалу в момент часу , кг/кг;
k, - різниця часу -, за який вологовміст Uв зменшиться до Uв.
Кількість вологи, яка міститься в елементарному шарі вороху льону dy як двокомпонентної суміші буде дорівнювати:
, (3)
де вc –щільність сухої речовини вороху насіння льону, кг/м;
Sф –січення фронту сушіння для елементарного шару, в якому знаходяться обидва компоненти, м;
- вологовміст вороху насіння льону в елементарному шарі dy.
Проінтегрувавши рівняння (3) по всій глибині зони сушіння ly, і врахувавши, що в процесі сушіння вологовміст буде змінюватись від початкового до рівноважного Up на протязі часу сушіння , то отримаємо кількість вологи, яка випаровується з зони сушіння за час :
. (4)
Отримана залежність дозволяє визначити інтенсивність випарення вологи з нерухомого товстого шару вороху льону при встановленому режимі його сушіння:
. (5)
Величину вологовмісту вороху льону Uy в будь-якій точці по висоті Н товстого нерухомого шару, що знаходиться в сушильній камері сушарки визначаємо за формулою:
(6)
де hy –постійна фронту сушіння, м.
Враховуючи, що при встановленому режимі сушіння нерухомого товстого шару вороху льону загальна висота шару рівна чотирьом постійним фронту сушіння H=4hy, то залежність (6) набуде наступного вигляду:
. (7)
Склавши систему рівнянь для визначення вологовмісту для двох точок товстого шару вороху льону з врахуванням (7), отримаємо залежність для визначення постійної фронту сушіння:
(8)
Тоді оптимальну висоту нерухомого товстого шару вороху льону для певних початкових параметрів можна визначити за співвідношенням:
(9)
де hk –встановлюється експериментально.
Ефективність сушіння вороху льону в нерухомому товстому шарі характеризується швидкістю переміщення фронту сушіння:
. (10)
Отримані аналітичні залежності і рівняння використані для визначення ефективності сушіння вороху льону за допомогою ЕОМ. Результати проведених розрахунків подані в експериментальній частині.
В процесі сушіння нерухомого шару вороху льону, в шарі матеріалу відбувається переміщення вологи від компоненту з більшим вологовмістом до компоненту з меншим вологовмістом. В основному ця передача вологи відбувається від плутанини до вороху насіння льону і зображена на рис. 3.