КИНЕТИКА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ВЛАЖНЫХ ГРАНУЛ В ПРИЛОЖЕНИИ К ОБОСНОВАНИЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КАМЕРНОЙ СУШИЛКИ

УДК 636.631

Кинетика обезвоживания влажных гранул в приложении к обоснованию производительности камерной сушилки

Воякин С. Н., кандидат технических наук

Доценко С. М., доктор технических наук

Школьников П. Н., кандидат технических наук

ФГБОУ ВО «Дальневосточный ГАУ»

675005, Россия, Амурская обл., г. Благовещенск, ул. Политехническая, д. 86

E-mail: vsn177@yandex.ru

В настоящее время одним из эффективных способов хранения кормовых продуктов является хранение в высушенном до влажности 8–10% виде, однако в виду того, что этот процесс является высокозатратным, особое внимание отводится выбору рационального способа сушки, а также параметров сушильной установки. При этом процесс производства гранулята на основе соево-пастовых композиций характеризуется своими специфическими особенностями, обусловленными составом и свойствами исходного сырья в виде необезжиренной соевой муки и пастообразного компонента в виде мяса и рыбокостных фаршей, а также ламинариевой или люцерновой пасты. Целью исследований являлось установление взаимосвязи между факторами, характеризующими кинетику обезвоживания гранулята в лотковой сушилке камерного типа. Установлена зависимость, характеризующая кинетику обезвоживания влажных гранул во взаимной связи факторов в виде исходной и текущей влажности, с учётом константы скорости сушки, обуславливающей продолжительность обезвоживания гранул до требуемого значения показателя их влажности, равной 8–12%, с помощью лотковой сушилки камерного типа. Экспериментально получены математические модели, характеризующие процесс обезвоживания гранул в сушилке во взаимной связи факторов, существенно влияющих на качественные и энергозатратные показатели процесса, с помощью которых обоснованы оптимальные параметры сушки. Полученные данные могут быть использованы при проектировании линии получения гранулята на основе соево-пастовых композиций.

Ключевые слова: обезвоживание, кинетика, влажность, сушка, сушилка, параметры, модель зависимости, факторы производительность, энергоёмкость.

В настоящее время одним из эффективных способов хранения кормовых продуктов является хранение в высушенном до влажности 8–10% виде (Завражнов, 1990). Однако в виду того, что этот процесс является высокозатратным, особое внимание отводится выбору рационального способа сушки, а также параметров сушильной установки (Мельников, 1978).

При этом процесс производства гранулята на основе соево-пастовых композиций характеризуется своими специфическими особенностями, обусловленными составом и свойствами исходного сырья в виде необезжиренной соевой муки и пастообразного компонента в виде мяса и рыбокостных фаршей, а также ламинариевой или люцерновой пасты (Воякин, Доценко, Ковалёва, Бушуев, 2013).

Целью исследований является установление взаимосвязи между факторами, характеризующими кинетику обезвоживания гранулята в лотковой сушилке камерного типа.

Задачи исследований:

  • установить взаимосвязь факторов, характеризующих кинетику обезвоживания влажных гранул при их сушке;
  • обосновать производительность, энергоёмкость и параметры лотковой сушилки с учётом установленных зависимостей.

Процесс получения гранул на основе соево-пастовых композиций с помощью винтового пресса предполагает формование влажных гранул () с последующей их сушкой до влажности 8–12%.

В этой связи процесс сушки влажного гранулята в лотковой сушилке камерного типа с определёнными допущениями рассмотрели, как процесс, при котором в течение времени сушки (tс) молекулы воды под действием градиента температуры покидают «скелет» гранулы и удаляются вместе с активно движущимся сушильным агентом (воздухом) согласно дифференциальному уравнению изменения влажности:

, (1)

где — текущая влажность гранулята;

— исходная влажность гранулята;

Х — количество влаги, удалённой из гранулята за период времени tсi;

— влажность гранулята к периоду времени, равному tсi+∆tс;

— константа скорости сушки.

Скорость данного процесса равна:

. (2)

Количество влаги в любой момент времени сушки определяется как:

. (3)

Преобразование данного равенства даёт:

. (4)

Решение полученного уравнения относительно времени сушки имеет следующий вид:

. (5)

Известно, что в общем случае сушка представляет собой тепломассообменный процесс и состоит из трёх этапов: перемещения влаги внутри высушиваемого объекта по направлению к его поверхности, парообразования и перемещения пара от поверхности материала в окружающую среду.

Производительность сушилки камерного типа определили как:

где — число лотков в сушилке;

— площадь сетчатого лотка;

— высота слоя гранул;

— плотность гранул;

— коэффициент порозности в укладке гранул на лотке.

В этом выражении произведение величин, находящихся в числителе, определяет общую сухую массу гранулированного продукта .

Количество испарившейся (удалённой) влаги во время сушки определяется первым уравнением материального баланса:

Wуд=

где — масса влажных гранул.

Второе уравнение материального баланса определяет концентрацию сухих веществ в гранулированном продукте:

где , — концентрация сухих веществ в исходном и высушенном гранулированном продукте.

При этом:

где — содержание влаги в исходном грануляте.

Значение перепада давления в слое гранулированного продукта ( ), влияющее на выбор вентилирующего агрегата, определяется с учётом производительности процесса сушки:

Анализ данного выражения показывает, что в процессе сушки его параметры изменяются, поэтому система должна работать по принципу обратной связи.

Количество теплоты, передаваемой от ТЭН в камеру сушилки за время , определили посредством составления соответствующего уравнением теплового баланса для установившегося периода процесса сушки гранулята, характеризующегося условием, когда , а . На основании этого определена постоянная времени сушки:

где — соответственно теплоёмкость и масса металла нагревательных элементов (ЭН);

— соответственно коэффициенты теплопередачи НЭ и стенок сушильной камеры;

— соответственно площадь поверхности НЭ и ограждений камеры;

— коэффициент теплообмена материала гранул;

— площадь поверхности гранул.

Энергоёмкость процесса сушки гранулята определяется как:

где — мощность, затрачиваемая на процесс сушки гранул.

В то же время установлено, что эффективность процесса сушки гранул определяется оптимальным распределением температуры внутри высушиваемых гранул.

Моделирование данного процесса провели в соответствии с принятыми условиями размещения единичной гранулы на лотке при действии на неё температуры в каждой из точек её тела по высоте ( ) в зависимости от времени и координаты Z. Через выделенный элементарный участок на теле гранулы площадью dF за промежуток времени проходит количество тепла, равное:

где — температура, 0С;

— расстояние, м;

— продолжительность нагрева и сушки, с.

Это количество тепла идёт на повышение температуры на величину . Принимая и , имеем:

Экспериментальным путём получены математические модели, характеризующие процесс обезвоживания гранул по показателям их крошимости ( , %) и энергоёмкости ( , ):

где — исходная влажность гранул, равная 36,4 – 40,5%;

— температура сушки, равная 95,6–110оС;

— массовая доля соевой муки, равная 51,3–58,8%, при которой , а .

Установлена зависимость, характеризующая кинетику обезвоживания влажных гранул во взаимной связи факторов в виде исходной и текущей влажности, с учётом константы скорости сушки, обуславливающей продолжительность обезвоживания гранул до требуемого значения показателя их влажности, равной 8–12%, с помощью лотковой сушилки камерного типа.

Экспериментально получены математические модели, характеризующие процесс обезвоживания гранул в сушилке во взаимной связи факторов, существенно влияющих на качественные и энергозатратные показатели процесса, с помощью которых обоснованы оптимальные параметры сушки. Полученные данные могут быть использованы при проектировании линии получения гранулята на основе соево-пастовых композиций.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Завражнов А. И. Механизация приготовления и хранения кормов / А. И. Завражнов, Д. И. Николаев. — М.: Агропромиздат, 1990. — 336 с.
  2. Мельников С. В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм / С. В. Мельников. — Л.: Колос, 1978. — 560 с.
  3. Научные основы повышения эффективности приготовления кормовой добавки с использованием соевого компонента для сельскохозяйственной птицы: монография / С. Н. Воякин, С. М. Доценко, Л. А. Ковалёва, С. В. Бушуев. — Благовещенск: ДальГАУ, 2013. — 205 с.

Dehydration of wet granules for verification of chamber dryer capacity

Voyakin S. N., PhD Techn. Sc.

Dotsenko S. M., Dr. Techn. Sc.

Shkolnikov P. N., PhD Techn. Sc.

Far East State Agrarian University

675005, Russia, the Amur Region, Blagoveshchensk, Politekhnicheskaya str., 86

E-mail: vsn177@yandex.ru

Nowadays reducing water content in fodder products down to 8–10 % is one of the most effective techniques in feed storage. However high costs of this process make necessary accurate choice of dehydration method and dryer parameters. Granulate production of soybean-paste mixtures has specific aspects, related to different composition and characteristics of row material (full fat soybean powder, minced meat and fish, laminarian or alfalfa paste). The experiment aimed at testing the correlation between factors, defining kinetics of granulate dehydration in chamber dryer. Considering drying rate constant correlation of initial and current moisture content affected the kinetics of dehydration process, determining the duration of moisture decrease down to 8–12 % by chamber dryer. The experiment determined optimal dryer parameters via mathematical models of granule dehydration, based on correlation of factors, significantly affecting qualitative and energy characteristics. The data obtained can be used in development of the line for soybean-paste granulate production.

Keywords: dehydration, kinetics, moisture, drying, dryer, parameter, correlation, factor, capacity, energy content.

References

1. Zavrazhnov A. I. Mekhanizatsiya prigotovleniya i khraneniya kormov / A. I. Zavrazhnov, D. I. Nikolaev. — Moscow: Agropromizdat, 1990. — 336 p.

2. Melnikov S. V. Mekhanizatsiya i avtomatizatsiya zhivotnovodcheskikh ferm / S. V. Melnikov. — Leningrad: Kolos, 1978. — 560 p.

3. Nauchnye osnovy povysheniya effektivnosti prigotovleniya kormovoy dobavki s ispolzovaniem soevogo komponenta dlya selskokhozyaystvennoy ptitsy: monografiya / S. N. Voyakin, S. M. Dotsenko, L. A. Kovaleva, S. V. Bushuev. — Blagoveshchensk: DalGAU, 2013. — 205 p.

Комментарии запрещены.