Интенсификация процесса сушки початков кукурузы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Бакиев, Илшат Талгатович

• Бакиев, Илшат Талгатович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бакиев, Илшат Талгатович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА СУШКИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Характеристика и свойства початков кукурузы как объекта сушки

1.2 Способы сушки кукурузы и конструкции сушилок

1.3 Режимы сушки початков кукурузы

1.4 Цель и задачи исследований 3 8 Выводы

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ

2.1 Механизм удаления влаги с початков

2.2 Влияние режимных параметров на процесс удаления влаги

2.3 Методы расчета и способы интенсификации процесса сушки

2.4 Теоретические аспекты адаптивного режима сушки 55 Выводы

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА

СУШКИ КУКУРУЗЫ

3.1 Экспериментальная установка

3.2 Планирование многофакторного эксперимента

3.3 Подготовка объекта сушки

3.4 Измерение влажности початков

3.5 Измерение скорости агента сушки в слое

3.6 Измерение температуры агента сушки и расхода электроэнергии

3.7 Измерение влажности воздуха по высоте толстого слоя 78 Выводы 80 4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 81 4.1 Зависимость продолжительности сушки от температуры и скорости теплоносителя

4.2 Зависимость энергозатрат от режимов сушки

4.3 Изменение относительной влажности агента сушки по высоте слоя

Выводы 96 5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

5.1 Методика использования программы оптимизации

5.2 Резул ьтаты производственного внедрения

5.3 Экономическая эффективность сушки в адаптивном режиме 103 Выводы 105 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 106 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 108 ПРИЛОЖЕНИЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация процесса сушки початков кукурузы»

Кукуруза является универсальной сельскохозяйственной культурой и широко используется на кормовые, технические и пищевые цели. К настоящему времени в мире производится свыше 600 млн. тонн зерна кукурузы, и по объему производства она находится на первом месте по сравнению с традиционно основными зерновыми культурами, такими как пшеница, рис. Ее зерно содержит значительное количество крахмала, белка, масла, минеральных веществ. Потенциал урожайности культуры очень высок, в связи с чем планомерно увеличиваются объемы ее производства.

На производство зерна кукурузы в Республике Башкортостан основное влияние оказывает материально-техническое обеспечение в виде новых гибридов, удобрений, техники и технологии послеуборочной обработки. Значительные площади посевов кукурузы, в силу климатических условий, приходятся на районы, где период созревания и уборки совпадает с периодом затяжных дождей. В связи с этим, около 80-90% от всей убранной и поступившей в хлебоприемные пункты кукурузы имеют влажность свыше 35%, а, следовательно, не отвечает требованиям (ГОСТ 13634-90 регламентирует не более 15 %) и требует сушки.

Сушка является основным и самым надежным способом обеспечения количественной и качественной сохранности зерна. Она ускоряет послеуборочное дозревание, уничтожает вредителей. При правильно проведенной сушке за счет тепловой обработки улучшаются семенные и кормовые свойства. Сушка початков кукурузы отличается исключительно высокой энергоемкостью - в 4.5 раза большей по сравнение с сушкой других зерновых культур. Это объясняется высокой уборочной влажностью и низкой влагоотдающей способностью кукурузы.

Анализ существующих типов сушилок для початков кукурузы и многолетний опыт их эксплуатации позволил установить следующее. Из существующего многообразия установок для сушки початков кукурузы наиболее распространенны и широко используются в настоящее время, камерные сушилки. Но им присущи следующие недостатки: периодичность процесса, высокая неравномерность сушки, низкая производительность и, как следствие, высокая себестоимость сушки. Для использования в поточных линиях и реализации различных интенсифицирующих приемов, как предварительный нагрев, прерывистая сушка, наиболее удобными являются конвейерные сушилки. Одним из наиболее эффективных способов повышения производительности сушилки и снижения себестоимости сушки является разработка и внедрение энергосберегающих режимов, что характеризует актуальность данной работы.

Исследования проводились по тематике НИР кафедры: «Теоретическая и прикладная механика» по индивидуальному плану в сотрудничестве с МУП «Илишкомбикорм» Илишевского района Республики Башкортостан. Работа выполнена в соответствии с государственной научно-технической программой Республики Башкортостан «Возделывание кукурузы на зерно в хозяйствах РБ».

Цель диссертационного исследования. Целью диссертации является интенсификация процесса сушки початков кукурузы путем разработки нового энергосберегающего режима сушки, позволяющего повысить производительность сушилки, снизить энергозатраты и получить исходный материал требуемой влажности с сохранением семенных и кормовых качеств. Для достижения этой цели в работе определены следующие задачи

- изучить и обобщить физико-механические свойства початков кукурузы;

- разработать теоретические и методические основы разработки нового энергосберегающего режима сушки, повышающего ее интенсивность;

- на основе теоретических и экспериментальных исследований разработать энергосберегающий режим для сушки початков кукурузы;

- обосновать конструктивные параметры сушильной установки в соответствии с разработанным режимом;

- создать компьютерную программу оптимизации значений режимных параметров и расчета основных показателей процесса сушки;

- внедрить результаты работы в производство и оценить их эффективность.

Объект исследования. Процесс сушки початков кукурузы в конвейерной сушилке.

Предмет исследования. Влияние комплекса режимных параметров на характер и интенсивность процесса сушки.

Научная новизна. Разработан новый методический подход интенсификации процесса сушки путем изменения значений режимных параметров в зависимости от изменения состояния материала в процессе сушки. Получена математическая модель процесса сушки початков, выражающая зависимость её продолжительности от начальной влажности початков, температуры и скорости теплоносителя. Определены зависимости, позволяющие согласовать конструктивные параметры сушильной установки в соответствии с разработанным режимом.

Научная новизна работы подтверждена положительным решением Государственного комитета РФ по патентам и товарным знакам о выдаче патента на изобретение «Сушильная установка непрерывного действия» (по заявке №2003129263/06(031230) от 30.09.2003 г.).

На защиту выносятся методический подход к интенсификации процесса сушки путем изменения значений её режимных параметров в зависимости от изменения состояния материала в процессе сушки; математическая модель процесса сушки початков кукурузы, описывающая её зависимость продолжительности от начальной влажности початков, температуры и скорости теплоносителя; аналитические зависимости, позволяющие согласовать конструктивные параметры сушильной установки в соответствии с разработанным режимом.

Достоверность результатов. Достоверность результатов исследований доказана методами математической статистики и подтверждена результатами внедрения методики расчета энергосберегающих режимов сушки на действующей сушилке.

Практическая ценность. Разработанная методика расчета значений параметров режима сушки и компьютерная программа «Кукуруза» могут быть использованы как для разработки режимов сушки початков кукурузы в различных сушильных камерах, так и для обоснования режимов сушки других труд-новысушиваемых сельскохозяйственных культур.

Реализация работ. Предлагаемые режимы сушки початков кукурузы реализованы в конвейерной сушильной установке СГТК-6 в МУП «Илишкомби-корм» Илишевского района Республики Башкортостан.

Апробация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях факультета механизации сельского хозяйства Башкирского государственного аграрного университета (2001-2004 гг.), в Челябинском агроинженер-ном университете (2002-2003 гг.), на Международной научно-практической конференции (в рамках VIII Международной специализированной выставки «ПродУрал - 2002) в г. Уфе.

Публикации по теме диссертации. Основные результаты диссертации с достаточной полнотой опубликованы в 12 научных статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы из 151 наименований и приложений. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка и 18 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Бакиев, Илшат Талгатович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В силу климатических условий в период уборки початки кукурузы имеет высокую влажность (более 30%). Основным и самым надежным способом обеспечения их количественной и качественной сохранности после уборки является тепловая сушка, величина затрат на которую является определяющим фактором рентабельности производства, при этом камерные сушилки периодического действия, широко применяемые на производстве, не достаточно полно отвечают современным требованиям, предъявляемым к сушилкам, а наиболее рациональным, с точки зрения возможности использования в поточных линиях и внедрения различных интенсифицирующих приемов являются конвейерные сушилки.

2. Процесс сушки целесообразно условно разделить на три периода, в каждом из которых влияние режимных параметров на скорость сушки различно: I - от начальной wHa4 до 28-30 %; II - от 28 до 18-20 %; III - от 18 до конечной w • кон.

3. Эффективность процесса повышается при изменении не только значения температуры, но и скорости теплоносителя. Предложен адаптивный режим сушки: параметры агента сушки (температура и скорость фильтрации) дифференцируются по рассматриваемым периодам сушки.

4. Получены зависимости выражающие продолжительности процесса сушки от значений режимных параметров. В первом периоде при меньшей скорости агента сушки (0,3.0,4 м/с) температура влияет значительнее, чем при больших ее значениях (0,9. 1,0.м/с). Влияние скорости агента сушки наиболее существенно выражено при меньших значениях его температуры (34.36 °С).

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы в компьютерной программе «Кукуруза». С её помощью рассчитаны значения параметров адаптивного режима для сушильной установки СПК-6 и получены следующие результаты: для I периода - Уа.с. =0,98л</с, =45°с, для II- Уал. =0,6л«/с, *в.с.=51°С.

6. Установлено влияние скорости теплоносителя на распределение влажности початков по слоям и степень его насыщения влагой по высоте слоя. Минимальное значение скорости агента сушки, при котором не происходит «запаривание» початков верхних слоев при толщине слоя 1,6 м составило 0,4 м/с.

7. Производственное внедрение методики расчета адаптивного режима и компьютерной программы «Кукуруза» доказало их востребованность. Экономия средств при сушке початков кукурузы в этом режиме составила 44,7 руб./т.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бакиев, Илшат Талгатович, 2005 год

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. -380 с.

2. Алейников В.И. Сушка самообрушенного зерна// Кукуруза, 1983, №2, с. 27-28.

3. Алейников В.И., Анискин В.И., Лосев К.В., Сулейманов Н.У. Особенности энергосберегающей сушки початков кукурузы//Селекция и семеноводство, 1985, № 5 , с.55-58.

4. Алейников В.И., Казаров Х.Г. Подсушивание и хранение початков в буртах. Кукуруза, 1982, № 5, с. 26-27.

5. Альтшуль А.Д. Гидравлические потери на трение в воздухопроводах. -М.-Л. :Госэнергоиздат, 1963. -322с.

6. Атаназевич В.И. Сушка зерна. -М.: Агропроимздат, 1986, -234с.

7. Атаназевич В.И. Сушка пищевых продуктов. -М.: ДеЛи, 2000.-225с.

8. Атаназевич В.И., Воронцов Г.О., Ивентьева О.В. Сушка семян кукурузы. -М.: Агропроимздат, 1986.-94с.

9. Атаназевич В.И., Горчаков И.И. Камерные сушилки для сушки сортовых семян кукурузы в початках. -Труды ВНИЭКИ продмаш., 1984, вып. 61, с. 18-25.

10. Атаназевич В.И., Куценко К.И., Комов В.В., Пешкова В.А. Интенсификация сушки семенной кукурузы// Мукомольно-элеваторная и комбикормовая промышленность, 1974, №2.

11. Ахметьянов И.Р. Исследование процесса сушки початков кукурузы. Автореферат дис. канд. техн. наук. -Уфа, 1997. -20 с.

12. Ахметьянов И.Р., Бакиев И.Т. Способы и технические средства сушки кукурузы: Материалы XLII научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета. Челябинск: ЧГАУ, 2003. -4.2. - 400 с.

13. Ашмарин И.П., Васильев H.H., Амбросов В.А. Быстрые методы статической обработки и планирование экспериментов. —Л.: Издательство ленинградского университета, 1975, -78с.

14. Бакиев И.Т. Установка конвейерного типа для сушки трудно высушиваемых материалов// Аграрная наука на современном этапе/Сборник научных трудов по материалам всероссийской конференции. -Санкт-Петербург Пушкин:СПбГАУ, 2002.-С.343-344.

15. Бакиев И.Т. Энергосберегающая сушильная установка непрерывного действия для сушки початков кукурузы: Материалы XLI научно-технической конференции Челябинского государственного агроин-женерного университета. Челябинск: ЧГАУ, 2002. -4.2. - 266 с.

16. Бакиев И.Т., Масалимов И.Х. Определение оптимального значения скорости фильтрации агента сушки: Материалы Международной научно-практической конференции (к VIII Международной специализированной выставки «АГРО 2003»). - Уфа: БГАУ, 2002. - 408 с.

17. Бакиев И.Т., Масалимов И.Х., Пермяков В.Н. Выбор режима сушки початков кукурузы: Материалы XLII научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета. Челябинск: ЧГАУ, 2003. -4.2. - 400 с.

18. Бакиев И.Т., Пермяков В.Н. Допустимая температура нагрева початков кукурузы: Материалы XLIII научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета.20