Диссертация Интенсификация сушки зерна активным вентилированием с использованием электромагнитного поля СВЧ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

БУДНИКОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Интенсификация сушки зерна активным вентилированием с использованием электромагнитного поля СВЧ

Специальность 05.20.02. - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве (по техническим наукам)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук профессор Васильев А.Н.

Зерноград - 2008

Оглавление

Введение..............................................................................................................4 1    Анализ состояния вопроса по сушке и активному вентилированию зерна и задачи исследования.......................................................................................8

1.1    Технология и технологическое оборудование для активного вентилирования зерна.........................................................................................8

1.1.1    Необходимость сушки зерна..................................................................8

1.1.2    Способы сушки зерна.............................................................................9

1.1.3    Состояние зернового слоя при сушке...................................................10

1.1.4    Классификация зерносушилок..............................................................12

1.1.5    Назначение активного вентилирования................................................14

1.1.6    Классификация установок активного вентилирования........................15

1.2    Недостатки технологического процесса и оборудования для активного

вентилирования................................................................................................19

1. 3 Возможности и интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием..............................................................................................21

1.4    Возможности использования СВЧ для интенсификации процесса. Задачи исследования....................................................................................................30

1.5    Цель и задачи исследования........................................................................42

2    Разработка модели СВЧ активации зерна и его сушки в бункерах активного вентилирования.............................................................................43

2.1    Общие положения СВЧ нагрева.................................................................43

2.2    Влияние коэффициента конвективного теплообмена на динамику нагрева зерна.................................................................................................................46

2.3    Взаимосвязь градиентов температуры и давления в зерновке при СВЧ нагреве.............................................................................................................60

2.4    Модель СВЧ активации и сушки зерна активным вентилированием........69

3    Выбор факторов и методика проведения экспериментальных исследований.....................................................................................................80

3.1    Особенности экспериментальных исследований СВЧ нагрева зерновки и зернового слоя.................................................................................................80

3.2    Экспериментальное оборудование.............................................................81

3.3    Методика проведения эксперимента..........................................................91

3.3.1    Эксперимент по определению возможности использования термопар в поле СВЧ.......................................................................................................91

3.3.2    Эксперимент по определению распределения температурных полей в СВЧ активной зоне при неподвижном слое зерна........................................94

3.3.3    Эксперимент по определению коэффициентов критериальной модели активации и сушки зерна активным вентилированием.................................99

4    Обработка и анализ экспериментальных данных....................................100

4.1    Измерение температуры в зоне действия СВЧ с помощью термопар.....100

4.2    Распределение температурного поля, создаваемого одним магнетроном по объему активной зоны...................................................................................107

4.3    Нахождение зависимости Д0 = f(Qv,W,x).............................................117

4.4    Производственная проверка эффективности применения СВЧ для интенсификации сушки зерна активным вентилированием..........................125

4.5    Выводы по главе.......................................................................................131

5    Определение экономической эффективности применения активной СВЧ

зоны для интенсификации процесса сушки зерна.......................................133

Общие выводы................................................................................................146

Литература......................................................................................................147

ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................................................................160

Введение

Увеличение производства продуктов земледелия и животноводства является главной задачей сельского хозяйства в целях удовлетворения потребностей населения в продовольствии. Сохранность выращенного урожая достигается, в первую очередь, с помощью сушки, которая является единственным надежным способом прекращения активных биохимических процессов в растительных материалах и их консервирования. Низкая производительность сушильных комплексов и недостаточная обеспеченность ими приводят к тому, что из -за несвоевременной сушки на зернотоках ежегодно теряется значительная часть урожая зерна.

В практике сельскохозяйственного производства используют разнообразные приемы для интенсификации процесса сушки зерна: использование электроактивированного воздуха, предварительный нагрев зерна, применение рециркуляционных режимов, вакуумирование зоны сушки, изменение газового состава сушильной камеры и многие другие. Среди них в последнее время все чаще используется воздействие магнитным полем сверхвысокой частоты (СВЧ). В нашей стране накоплен определенный опыт использования СВЧ полей при сушке зерна. В результате разработаны установки, позволяющие усовершенствовать существующие промышленные сушилки, применяемые на сельскохозяйственных предприятиях. Так же изучалось применение СВЧ полей для предпосевной обработки семян.

Существующие установки для СВЧ интенсификации применяются для сушки в шахтных, конвейерных сушилках, однако практически не изучено применения СВЧ интенсификации для сушки в бункерах активного вентилирования.

Анализируя работы авторов, видим, что большинство авторов предлагает режим СВЧ обработки с использованием магнетронов большой мощности. Однако это сопряжено с недостатками, такими как перегрев, неравномерность нагрева, растрескивание материала.

Время воздействия СВЧ поля на материал у разных авторов отличается в несколько раз (от 2-3 секунд, до 1/6 времени сушки). В некоторых работах продолжительность СВЧ обработки не приводится вообще, а ведь время обработки - это важный технологический параметр. От него зависит производительность установки, а также энергозатраты на сушку.

Таким образом, существующие методы СВЧ интенсификации сушки зерна отработаны не до конца, а применительно к процессу активного вентилирования они не рассматривались. В связи с эти намечаются следующие пути интенсификации сушки зерна активным вентилированием с использованием электромагнитного поля СВЧ диапазона:

1.    Снижение мощности облучающих магнетронов.

2.    Нахождение условий для равномерной обработки зерна в СВЧ активной зоне.

3.    Определение условий прохождения зерна через активную зону.

Цель диссертационной работы: интенсификация сушки зерна активным вентилированием с использованием электромагнитного поля СВЧ.

Объектом исследования в диссертационной работе являются процесс СВЧ активации зерна с последующей сушкой активным вентилированием.

Предметом исследования в диссертации является влияние СВЧ активации зерна на интенсификацию его сушки активным вентилированием.

Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1. Определить изменение движущих сил интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием при СВЧ обработке. При этом провести теоретические исследования по:

—    определению влияния различных параметров на величину коэффициента диффузии влаги;

—    взаимосвязи градиента давления пара в зерновке и градиента температуры;

—    динамике нагрева и охлаждения зерна в активной СВЧ зоне;

—    разработке модели активации и последующей сушки активным вентилированием.

2.    Провести экспериментальные исследования СВЧ активации и последующей сушки зерна активным вентилированием. При этом:

—    оценить возможность использования термопар для контроля температуры зерна в СВЧ поле;

—    определить равномерность распределения температурного поля в зерновом слое в зоне действия одного магнетрона;

—    определить влияние циклического действия СВЧ поля на динамику нагрева зерна;

—    определить зависимость действующей силы процесса интенсификации от параметров процесса.

3.    Провести производственную проверку эффективности СВЧ интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием.

4.    Оценить экономическую эффективность СВЧ интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием.

Научная новизна.

1.    Определено влияние различных параметров на величину коэффициента диффузии влаги.

2.    Определена взаимосвязь градиента давления пара в зерновке и градиента температуры.

3.    Выявлена динамика нагрева и охлаждения зерна в активной СВЧ зоне.

4.    Разработана модель активации и последующей сушки активным вентилированием.

Практическая ценность:

1.    Полученная зависимость коэффициента диффузии влаги позволяет выполнять сравнительные расчеты различных режимов СВЧ нагрева в активной зоне.

2.    Полученные зависимости для определения температуры зерна в точках активной зоны и разности температур между центром и поверхностью

зерновки дают возможность проектировать активную зону для обеспечения равномерности нагрева, определить количество магнетронов и схему их размещения в активной зоне, определить количество зон и расстояние между ними в зависимости от производительности.

3. Использование СВЧ для интенсификации позволяет сократить время сушки на 32,4 % и снизить удельные затраты на сушку на 16,6 %.

Апробация работы и публикации.

Основные положения диссертации доложены на научных конференциях по итогам НИР ФГО ВПО АЧГАА в 2005, 2006 и 2007 годах и ФГОУ ВПО СтГАУ в 2006 году.

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложения.

Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, включает

9 таблиц и 78 рисунков.

Список цитируемой литературы представлен 126 источниками.

1 Анализ состояния вопроса по сушке и активному вентилированию зерна и задачи исследования

1.1    Технология и технологическое оборудование для активного вентилирования зерна

1.1.1    Необходимость сушки зерна

Во многих районах страны природно -климатические условия предопределяют уборку значительной части урожая зерновых, масличных и других культур с повышенной влажностью, при которой не может быть обеспечена их длительная сохранность.

Снижение влажности зерна до кондиционной и доведение сырого и влажного зерна до стойкого при хранении состояния — основная цель сушки.

В общем виде под сушкой понимают процесс обезвоживания материалов. Этот сложный процесс состоит из передачи тепла нагретым воздухом зерну, перемещения влаги внутри зерна к его поверхности, ее испарения в периферийных слоях каждой зерновки, перемещение пара из периферийных слоев зерна к поверхностным и в межзерновое пространство, удаление его из массы зерна [4, 34, 88].

Одновременно с этим в зерне проходит ряд физических и биохимических процессов, влияющих на качество зерна. При сушке роль воздуха не ограничивается функциями теплоносителя и влагопоглотителя. Кислород воздуха принимает участие в биохимических процессах в зародыше и эндосперме, которые усиливаются при повышении температуры. При этом интенсифицируются процессы физиологического дозревания зерна, что имеет большое значение для улучшения его качества. Своевременно и правильно проведенная сушка повышает стойкость зерна при хранении, улучшает его семенные и продовольственные достоинства. Сушка ускоряет послеуборочное дозревание зерна, выравнивает зерновую массу по степени зрелости и влажности, улучшает внешний вид зерна. Сушка оказывает положительное влияние на выход и качество продуктов переработки зерна. Сушка действует угнетающе на вредителей и микрофлору зерна, позволяет в некоторых случаях улучшить технологические свойства дефектного зерна (поврежденного клопом -черепашкой, морозобойного, проросшего и т.д.) [8, 67, 94]. Таким образом, сушка позволяет привести зерно в стойкое для хранения состояние и улучшить его качество.

1.1.2 Способы сушки зерна

Для проведения сушки сельскохозяйственного сырья разработаны различные методы и приемы сушки за основу классификации, которых обычно принимают способы передачи тепловой энергии просушиваемому зерну [4, 8, 19, 34, 56]. В современных установках наиболее часто тепло передают от перемещающегося агента сушки: нагретого в калориферах воздуха или горячей смеси воздуха с топочными газами. Такую сушку называют конвективной.

Тепло, просушиваемому зерну можно передавать от нагретой металлической или другой поверхности, используя ее теплопроводность (кондукцию). Такой метод сушки называют кондуктивным. В качестве нагретой поверхности обычно используют трубы с циркулирующим по ним паром или горячей водой. Кондуктивные сушилки используют преимущественно при подготовке зерна к переработке для его подогрева и небольшого снижения влажности, а также для подсушивания готовой продукции. Для поглощения и отвода образующихся паров в сушилку подают холодный или подогретый воздух.

Удалить влагу из зерна можно при смешивании его с гигроскопическими веществами (сорбентами). Такая сушка называется контактной или сорбционной. Она используется, например, в рециркуляционных зерносушилках, где сорбентом служит сухое зерно. Тепло можно также передавать зерну посредством тепловых лучей: сушка инфракрасными лучами, солнечная сушка. Этот метод называется радиационным. Наиболее проста воздушно-солнечная сушка на специально оборудованных площадках в сухую солнечную погоду.

Возможны также нагрев и сушка зерна в поле токов высокой частоты [7, 16, 20, 33, 45, 74, 120]. При наличии большого количества избыточной поверхностной влаги ее можно удалить механическим путем: центрифугированием, отжимом, применяемым обычно на мельзаводах после мойки зерна.

При искусственном уменьшении давления воздуха над высушиваемым зерном влага из него испаряется и при низких температурах. Такой метод называют вакуум-сушкой. Наиболее эффективен этот метод в сочетании с кондуктивным теплоподводом.

Перспективными и используемыми в практике зерносушения являются комбинированные методы сушки, сочетающие конвектно -кондуктивные, сорбционные и другие способы сушки [63, 64, 74]. Комбинированные методы получили широкое распространение в зерносушилках с рециркуляцией зерна.

При достаточно большом разнообразии методов сушки самое большое распространение во всем мире получил конвективный метод, благодаря своей сравнительной простоте, возможности использования в зерносушилках различной конструкции, высокой производительности и возможности применения для зерна различного целевого назначения. При всей универсальности этого метода чрезвычайно важна характеристика состояния зернового слоя. Состояние зернового слоя определяет поверхность соприкосновения зерна с агентом сушки. Чем выше эта поверхность, чем равномернее омывается каждая зерновка агентом сушки, тем равномернее ее нагрев и выше интенсивность влагоотдачи.

1.1.3 Состояние зернового слоя при сушке

В самых простых конвективных зерносушилках зерновая масса находится в плотном неподвижном слое (на каналах активного вентилирования, в камерных, бункерных и других подобных зерносушилках). В таких зерносушилках слои зерна, расположенные ближе к месту входа агента сушки, нагреваются и высушиваются быстрее. Чем дальше слой зерна отстоит от места входа агента сушки, тем позже он начинает сушиться. Для неподвижного слоя характерна неравномерность сушки, которая может быть несколько сглажена периодичностью изменения направления продувания зерновой насыпи.

В зерносушилках с плотным неподвижным слоем максимальная температура агента сушки определяется термоустойчивостью зерна. Интенсификация сушки за счет увеличения расхода агента сушки ограничена повышением энергетических затрат на преодоление сопротивления зернового слоя.

Наибольшее распространение в технике зерносушения получили установки с гравитационно-движущимся плотным слоем. Он формируется при непрерывном верхнем питании сушильной камеры зерном, создании подпора в нижней ее части и удалении из камеры массы зерна, равного его поступлению.

При движении зерна сверху вниз поверхность зерновок, участвующая в тепло-массообмене, постоянно обновляется, хотя и остается меньше суммарной геометрической поверхности всех зерен, находящихся в слое. Поперечное сечение зернового потока постоянно изменяется, зерно многократно перемешивается, что ускоряет процесс сушки. Скорость перемещения зерна и продолжительность сушки регулируются в больших пределах при помощи выпускных механизмов. Сушка с использованием гравитационно-движущегося слоя позволяет в широком диапазоне регулировать толщину продуваемого слоя и температуру агента сушки, распределять зону сушки по всей толщине слоя.

Гравитационно движущийся плотный слой получил самое большое распространение в мире в прямоточных шахтных, жалюзийных, рециркуляционных зерносушилках.

Наибольшая интенсификация процесса сушки достигается в том случае, когда в тепло-массообмене участвует вся геометрическая поверхность зерна. Это происходит при разрушении структуры зернового слоя, когда он переходит в разрыхленное, ожиженное, взвешенное состояние. Такое состояние слоя получается в результате его псевдоожижения при подаче большого количества агента сушки в слой зерна.

В общем виде различные зерносушилки с широким диапазоном производительности, технико-экономических показателей и целевого назначения можно разделить по характеру использования на две группы: стационарные и передвижные. Стационарные, как правило, устанавливают в отдельных специальных помещениях: рабочей башне элеватора или в здании для зерносушилок. Они могут устанавливаться и вне здания, возле зернохранилищ различного типа (склады, силосный корпус). Такие стационарные зерносушилки называют зерносушилками открытого типа, у них топка и лишь некоторое оборудование защищены от атмосферных осадков.

1.1.4 Классификация зерносушилок

Зерносушильные установки классифицируют по ряду признаков: схеме движения агента сушки относительно высушиваемого зерна; числу зон сушки; расположению вентиляторов относительно сушильной шахты; устройству выпускного механизма; способу нагрева сушильного агента; структуре зернового слоя; кратности использования сушильного агента; характеру работы (периодического и непрерывного действия); конструктивным признакам (шахтные, жалюзийные, рециркуляционные, барабанные, камерные, бункерные) и т.д.

Основным типом зерносушильных установок используемых в народном хозяйстве являются шахтные прямоточные зерносушилки. Общий вид шахтной зерносушилки приведен на рисунке 1.1.

Шахтные зерносушилки отличаются достаточной простотой конструкции, универсальностью, удобны в обслуживании и эксплуатации. Рециркуляционная сушка предусматривает возврат части просушенного зерна в смеси с сырым зерном в надсушильный бункер — тепло-массообменник. В нем проходят процессы тепло-массообмена между сырым и сухим зерном, в результате чего сырое зерно нагревается и частично подсушивается, а сухое охлаждается и увлажняется. Влага в зерновках сосредоточивается у поверхности зерна и легко удаляется в шахтах зерносушилки даже атмосферным воздухом. Все это, в конечном счете приводит к значительной интенсификации процесса сушки зерна.

15500

1 - вентилятор охлаждения; 2 - бункер надсушильный; 3 - шахты сушильные;

4 - всасывающий воздуховод вентилятора второй зоны; 5 - вентилятор второй зоны; 6 - воздуховод всасывающий вентилятора первой зоны; 7 - вентилятор первой зоны; 8 - топка; 9 - затвор выпускной; 10 - бункер подсушильный Рисунок 1.1 - Зерносушилка ДСП-32-от

В нашей климатической зоне уборка преимущественно происходит в благоприятных условиях и сушка зерна зачастую не требуется. Однако в некоторые неблагоприятные годы погодные условия таковы, что невозможно провести уборку без последующей сушки. На хлебоприемных предприятиях сушка является дорогостоящей, а в хозяйствах зачастую вообще не оказывается сушильного оборудования. Большинство зерносушилок являются дорогостоящими и, вместе с расходными затратами на сушку, обладают очень высоким сроком окупаемости. Таким образом, с точки зрения хозяйств интересными оказываются многофункциональное оборудование и технологии экономичной сушки зерна.

Одной из наиболее экономичных является сушка с использованием активного вентилирования [4, 7, 30, 56]. Активное вентилирование - процесс многофункциональный.

1.1.5 Назначение активного вентилирования

Временная консервация свежеубранного зерна с повышенной влажностью, заключающееся в обработке предварительно очищенного свежеубранного зернового вороха воздушным потоком для снижения его температуры и выравнивания влажности. Консервация свежеубранного зерна активным вентилированием позволяет в 3...4 раза увеличить срок его безопасного хранения до сушки.

Профилактическое вентилирование, применяемое для предотвращения возникновения очагов самосогревания, выравнивания температуры и влажности зерновой насыпи, уменьшения энергии дыхания, угнетения развития и жизнедеятельности микрофлоры, ликвидации амбарного запаха, сохранения жизнеспособности семян и т.п. Этот способ вентилирования проводят периодически с учетом параметров зерновой массы и наружного воздуха и особенностей обрабатываемой культуры. Для профилактического вентилирования используют преимущественно ночное время суток и временные похолодания. При этом необходимо стремиться к снижению температуры и влажности зерна.

Охлаждение зерна - вентилирование в целях охлаждения зерна проводимое для затормаживания всех физиологических и микробиологических процессов в насыпях. При этом температуру насыпи снижают до 10...0°С. Зерно охлаждают в несколько этапов, используя ночные понижения температуры воздуха. В некоторых южных районах целесообразно охлаждать зерно с использованием искусственного холода.

Ликвидация самосогревания - вентилирование для ликвидации самосогревания проводимое в целях быстрого охлаждения в любое время суток, независимо от погодных условий, при высоких удельных расходах воздуха (100... 200 м /(ч-т) и более). В процессе вентилирования греющегося зерна во избежание его увлажнения периодически следует сопоставлять состояние охлажденной насыпи и атмосферного воздуха, особенно при его высокой влажности.

Вентилирование семенного зерна проводят для ускорения процесса послеуборочного дозревания свежеубранных недостаточно вызревших семян, для сохранения жизнеспособности при длительном хранении, повышении их энергии прорастания и всхожести. Весеннее вентилирование семян яровых культур осуществляют теплым воздухом, заканчивая обработку за неделю до начала сева.

Вентилирование для дегазации проводится в целях удаления фумиганта обычно в теплые дни, что позволяет повысить эффективность этого процесса. Дегазацию активным вентилированием проводят также при необходимости срочно реализовать загазованное зерно.

1.1.6 Классификация установок активного вентилирования

Вентилирование для сушки зерна и семян применяют, если по каким -либо причинам затруднена или невозможна обработка их в сушилках. Такой вид вентилирования осуществляют в вентилируемых бункерах, складах, камерных сушилках и т. п. Часто его используют для семян подсолнечника, клещевины, зерна бобовых культур, кукурузы. Для сушки зерна вентилированием применяют теплый атмосферный воздух летом и ранней осенью (t = 15...25°С и ф = 55...65%). В неблагоприятное время (холод и сырость) года воздух подогревают, снижая его относительную влажность.

В мировой практике применяется огромное количество установок активного вентилирования различного конструктивного исполнения [4, 7, 30, 56]. Описание их не только крайне затруднительно, но и едва ли целесообразно.

Все существующие установки можно классифицировать по нескольким признакам.

По назначению: для консервации зерна охлаждением; универсальные (для сушки и охлаждения); аэрационные.

По способу подвода воздушного потока в зерновую массу: с вертикальным односторонним; с горизонтальным радиальным (одно - и двухсторонним); с горизонтальным поперечным; со смешанным воздухораспределением.

По типу воздухораспределительных устройств: с коробами или каналами; с перфорированным «ложным» полом; с перфорированными трубами; с жалюзийными стенками; с перфорированными центральными и наружными цилиндрами.

По конструктивному оформлению камеры: бескамерные (напольные); вентилируемые бункеры; закрома и силосы различной формы.

По способу установки: стационарные; переносные.

По типу разгрузочных устройств: саморазгружающиеся; с пневмо-выгрузными устройствами; со шнековыми разгрузчиками.

Кроме указанных конструкций, применяются одно-, двух- и четырехтрубные установки для активного вентилирования. В этих установках воздуховоды укладываются вдоль главной оси склада по перекрытию нижней галереи и по фундаментам стоек склада. Воздуховоды также имеют сетчатые окна. Вентиляторы могут быть установлены как у боковых, так и у торцовых стен склада.

Также широко используются аэрогравитационные транспортеры (аэрожелоба). Аэрожелоб имеет комбинированное назначение. Его можно использовать для активного вентилирования зерна и для его транспортирования, что в сочетании с подскладским транспортером позволяет максимально механизировать опорожнение склада.

Из передвижных установок для ликвидации самосогревания, в настоящее время применяются телескопические вентиляционные установки (рисунок 1.2).

а - установка ТВУ-2; б - установка У1-УУТ; в - схема размещения установок на полу склада

Рисунок 1.2 - Телескопические вентиляционные установки

В практике временного хранения и вентилирования небольших партий зерна, преимущественно семенного назначения, широко применяются бункеры активного вентилирования (рисунок 1.3). Они разрабатывались для хозяйств, производящих зерно, но успешно применяются и на хлебоприемных предприятиях. Наибольшее распространение получили установки с радиальным горизонтальным воздухораспределением. Они представляют собой два концентрически расположенных перфорированных цилиндра, кольцевое пространство между которыми служит для размещения зерна. Центральный цилиндр предназначен для подвода и распределения воздуха в зерновой массе (воздухораспределительная труба). Нагнетаемый вентилятором воздух поступает через перфорации центрального цилиндра в зерно и продувает его радиально в направлении от центрального цилиндра к наружному. Выпуск зерна из бункера осуществляется самотеком через конусообразное дно.

Центральная воздухораспределительная труба имеет подвижный поршень, подвешенный на трос с лебедкой.

1 - рама; 2 - цилиндр наружный; 3 - труба воздухораспределительная;

4 - зерно; 5 - поршень; 6 - блок; 7 - крыша; 8 - цилиндр; 9 - затвор;

10 - вентилятор; 11 - лебедка; поплавки

Рисунок 1.3 - Вентилируемый бункер с горизонтальным воздушным потоком

Используя лебедку, можно менять положение поршня в трубе по высоте. Если бункер заполнен зерном полностью, то поршень поднимают в верхнее положение. При неполном бункере поршень устанавливают так, чтобы его дно находилось чуть ниже уровня поверхности зерна.

В большинстве случаев отдельные бункеры объединяют в блоки (2...4), которые представляют собой установленные рядом бункеры, связанные общими загрузочными и разгрузочными транспортными механизмами.

Подогревая атмосферный воздух с помощью электрокалориферов или различных тепловентиляционных агентов, в бункерах можно достаточно качественно проводить сушку зерна.

Предпочтение стоит отдать бункерам активного вентилирования, т.к. имея преимущества вышеупомянутых, они обладают дополнительными преимуществами, такими как малая площадь, занимаемая бункерами, т.к. строятся в высоту и обладают большой вместительностью; процесс активного вентилирования в бункерах в большей степени автоматизирован; относительно небольшая толщина обрабатываемого зернового слоя и компактное размещение электрооборудования    позволяют    эффективно    использовать

электротехнологические методы для интенсификации процесса сушки.

1.2 Недостатки технологического процесса и оборудования для активного вентилирования

Несмотря на малые энергозатраты при низкотемпературной сушке атмосферным или подогретым на 2-8° С атмосферным воздухом, этот метод обладает рядом недостатков, ограничивающих его применение:

■    Неравномерность высушивания.

■    Низкая производительность.

■    Интенсификация за счет увеличения расхода агента сушки ограничена повышением энергетических затрат на преодоление сопротивления зернового слоя (расход теплоносителя).

■    Активным вентилированием не достигается ингибирование биохимических процессов, а только их замедление.

■    Наиболее сложно удаляется сорбционно -связанная влага, удерживаемая за счет электрохимических связей.

■    Повышение температуры теплоносителя при изменении температуры и влажности окружающей среды в течение суток приводит к уменьшению равновесной влажности ниже требуемой кондиционной и пересушиванию зернового слоя.

Изложенное позволяет говорить о том, что для погодных условий Южного Федерального для мелкотоварных производителей, крупных хозяйств, зерноперерабатывающих предприятий является актуальным использование активного вентилирования, как процесса, позволяющего просушить большие объемы зерна небольшой влажности.

Дополнительную привлекательность технологии и оборудованию активного вентилирования придает многофункциональность и простота. Возможность интенсифицировать процесс использованием электротехнологии и систем управления присуща в большей степени бункерам активного вентилирования [4, 7, 31]. Поэтому необходимо рассмотреть нереализованные возможности интенсификации процесса сушки в бункерах активного вентилирования.

Научная гипотеза: повышения скорости сушки зерна можно достичь повышением градиента давления водяных паров сушимого материала, АР, и снижением градиента температуры, А0 за счет поочередного использования нагрева зерна в зоне СВЧ-активации и его активного вентилирования.

1.3 Возможности и интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием

Производительность сушильных агрегатов, в том числе и установок активного вентилирования можно повысить как увеличением количества и геометрических размеров аппаратов, более рационального использования времени их работы (сокращение подготовительно-заключительных операций), так и интенсификацией, путем сокращения экспозиции сушки [19, 44, 93, 94]. Применение этих двух способов повышения производительности как правило приводит к увеличению капитальных или эксплуатационных затрат, так как это связано с дополнительными затратами на увеличение емкостей аппаратов, дополнительного расходования топлива, электроэнергии, агента сушки и прочее. Исходя из сказанного следует стремиться к разработке технологий и применению технологического оборудования, обеспечивающего максимальное сокращение удельных затрат на сушку зернового материала при сохранении в заданных пределах его показателей качества. Т.е. внимание стоит обращать не только на физико-химические и технологические закономерности, а также на экономические показатели, являющиеся основными для хозяйств.

Механизм удаления влаги из зерна при конвективной сушке схематично может быть представлен следующим образом (рисунок 1.4). Вдоль поверхности влажного зерна движется агент сушки с определенными параметрами (0в - температура; Рв - парциальное давление). Теплота от агента сушки конвективным способом передается зерну, его поверхность нагревается до температуры 0з и часть влаги, находящейся у поверхности, испаряется. В результате по объему зерна создаются перепады влагосодержания и температуры, под действием которых происходит диффузионный процесс переноса влаги к поверхности в зону испарения. Оторвавшиеся от поверхности зерна молекулы пара диффундируют через пограничный слой и поглощаются агентом сушки. Обязательное условие процесса удаления влаги с поверхности зерна в этом случае - наличие разности между парциальным давлением у его поверхности Рз и в агенте сушки Рв [75].

Движущей силой переноса вещества (влаги) могут быть градиенты влагосодержания, температуры, осмотического давления, общего давления внутри тела и др. [30, 62, 88]. Процесс сушки можно интенсифицировать за счет увеличения кинетических коэффициентов К и движущих сил С. Следует учитывать, что эти факторы изменяются в процессе сушки, так как зависят от температуры и влажности тела.

Если в увеличении движущих сил имеются определенные пределы, обусловленные свойствами материалов и их термо - и влагоустойчивостью, то в отношении повышения кинетических коэффициентов имеются значительные неиспользованные резервы.

При молекулярной диффузии, согласно закону Фика, количество

Из этой формулы видно, что коэффициент диффузии D обратно пропорционален абсолютной температуре в степени 3/2.

При небольшом градиенте температуры в пограничном слое в качестве потенциала можно принять его парциальное давление.

При сушке влажных материалов происходят взаимосвязанные процессы тепло- и массообмена между материалом и агентом сушки. Внешний тепло - и массообмен нарушает равновесное состояние поверхности материала и приводит к внутреннему тепло - и массообмену.

Интенсивность внутреннего переноса влаги в процессе сушки описывается также известным уравнением неизотермической влагопроводности:


(1.7)

Из анализа закономерностей процесса сушки вытекает, что при конвективной сушке важную роль играет не только тепло - и влагообмен между агентом сушки и материалом, но и перенос тепла и влаги внутри материала. Внутренний влагоперенос, как правило, лимитирует скорость сушки материала. Поэтому при любых способах интенсификации сушки необходимо добиваться соответствия между интенсивностью испарения влаги с поверхности материала и внутренним влагопереносом.

Анализ изменения полей потенциалов переноса в процессе сушки позволяет научно обосновать пути рациональной интенсификации процесса. Из основного уравнения влагопереноса (1.7), следует, что интенсивность

внутреннего переноса влаги может быть повышена за счет увеличения потока, обусловленного влагопроводностью и за счет уменьшения тормозящего действия термовлагопроводности, т.е. путем повышения градиента влагос о держания Vm и коэффициента внутренней диффузии влаги а„„ а также уменьшения градиента температуры V©. При этом, нужно учитывать, что значительное увеличение S7 и может привести к ухудшению качества материала.

При интенсивных методах сушки испарение происходит во всем объеме материала, влага внутри частицы перемещается только в виде пара [62, 125]. Это приводит к появлению градиента давления Ур, так как скорость превращения воды в пар превышает скорость вывода его из материала. Под действием Ур интенсифицируется молярное перемещение влаги.

Интенсифицирующие воздействия можно разделить:

1)    по природе интенсифицируемого процесса — механические, гидромеханические, тепловые и диффузионные, т.е. процессы переноса массы и энергии и пр.;

2)    по характеру превращений, происходящих в результате интенсифицирующих воздействий — химические, фазовые, агрегатные;

3)    по виду действующих сил — гравитационные, массовые (механические) силы, потоки материальных частиц (удары), электрические и магнитные воздействия, потоки ионизированных и заряженных частиц, корпускулярные и электрические излучения, тепловые потоки.

Эту классификацию можно дополнить характером интенсифицирующих воздействий на процесс. Например, снижение толщины пограничного слоя, изменение структуры (пористости) тела (увеличение диаметра капилляров), изменение вязкости воды, увеличение или снижение давления паров.

На основании анализа рассмотренных выше основных теоретических закономерностей процесса сушки и путей повышения их интенсивности, предложена классификация методов интенсификации процессов сушки [44], которая приведена на рисунке 1.5 частично, применительно к процессу активного вентилирования.

Предложенная классификация методов интенсификации процессов сушки, систематизирует способы интенсификации на основе современных научных положений, упорядочивает представления о потенциальных возможностях интенсификации и позволяет определить наиболее рациональные ее пути.

Очевидно, что наибольшего эффекта интенсификации можно добиться наложением интенсифицирующих воздействий при оптимальных режимах каждого метода интенсификации либо целесообразным последовательным сочетанием различных методов. Следовательно, методы оптимизации могут иметь существенное, а иногда и решающее значение при интенсификации технологических процессов.

Применительно к активному вентилированию представляется возможным применение следующих методов интенсификации:

-    изменение скорости и направления агента сушки;

-    электрические и магнитные воздействия;

-    потоки ионизированных и заряженных частиц;

-    корпускулярные и электрические излучения;

-    тепловые потоки.

Исследованием вышеуказанных методов занимались такие ученые как Бородин И.Ф., Троцкая, Анискин В.И., Голубкович А.В., Чижиков А.Г., Ксенз

Н.В. (рециркуляционные режимы сушки, применение озоно-воздушных смесей), Дианов Л.В., Смелик В.А., Ширяев А.С., Бурков А.И. (увеличение активной поверхности зерна, рециркуляционные режимы сушки), Годлевский

В.Е., Сулинов А.В., Росляков Ю.Ф., Прудильникова Т.Н. (исследование влияния газового состава агента сушки на скорость протекания процесса обезвоживания), Васильев А.Н., Кучумов Н.Н., Чебанько Н.И., Гумаргалиева К.З., Шабалкин В.А., Бастрон А.В. (исследование скоростных режимов подачи агента сушки, режимов реверсивной подачи воздуха), Бусарева Н.Н., Иванов Ю.В., Ефимов Н.Ф., Пименов Ю.Н. (предварительный нагрев зернового материала), Берзиньш Э.Р., Раецкис П.Ю., Аболтыньш А.Я., Судаев Е.М. (увеличение активной поверхности зерна, рециркуляционные режимы сушки), Лыков А.В., Мустафаев С.К., Пахомов В.И., Романов Д.М. (исследование режимов СВЧ сушки зерна), Фомичев В.Т. и др.

В качестве интенсифицирующего фактора применительно к сушке зерна в бункерах активного вентилирования используются различные скоростные режимы подачи воздуха. Так Васильевым А.Н. разработана технология сушки зерна в бункерах активного вентилирования, учитывающая нецелесообразность увеличения скоростного режима подачи воздуха [31], т.к. это ведет к увеличению энергозатрат на сушку зернового материала, вследствие нелинейности сопротивления сушимого материала относительно скорости агента сушки. Данная технология предполагает увеличение скорости потока агента сушки при выполнении определенных условий (снижение влажности воздуха ниже порогового, увеличение температуры воздуха). Так обеспечивается снижение энергозатрат за счет отсутствия необходимости включать ТЭН в это время и способности зерна аккумулировать энергию в ближайших к месту входа агента сушки слоях (за счет некоторого пересушивания), что в дальнейшем приводит к диффузионному выравниванию влажности во всем объеме. Однако остается ряд проблем, связанных с тем, что данная технология предполагает наличие соответствующих погодных условий, способствующих сушке, что не всегда доступно. Еще одним негативным моментом является то, что аккумулирующие способности ограничены и, кроме того, при сильном пересушивании снижаются качественные показатели зерна.

Одним из основных интенсифицирующих факторов, активно исследуемым в последние годы для сушки с использованием бункеров активного вентилирования, является использование озоно -воздушных смесей (ОВС) и ионизированного воздуха [88, 93, 94]. Экспериментально доказано, что использование заряженных частиц приводит к снижению энергетических затрат на сушку, кроме того ОВС оказывает бактерицидное действие, угнетая микрофлору, способствующую порче и самосогреванию зерновой массы. Однако применение данного фактора вызывает возникновение ряда проблем, таких как: нечеткое знание физических законов (природы интенсифицирующего действия), позволяющих снижать энергетические затраты с использованием ОВС; сложность устройства канала подачи озона к материалу, т.к. озон является нестабильным соединением и очень быстро распадается на ионы; кроме вышесказанного необходимость четко следить за концентрацией озона, который в больших концентрациях ядовит и может угнетающе воздействовать на материал, снижая его качество.

Следующим фактором, способствующим снижению энергозатрат и времени сушки является применение воздействия на зерновой материал электрического поля микроволнового диапазона [16, 33, 60, 75, 126]. Как и применение ОВС, использование энергии СВЧ полей имеет многофункциональное назначение. Так ведутся работы по применению этих воздействий для интенсификации и снижении затрат на сушку, изучение дезинфицирующего действия, а также стимуляции при предпосевной обработке.

Относительно процесса сушки использование энергии электромагнитного поля СВЧ частот, в отличие от других (таких как ОВС, ионизация воздуха и т.д.) приводит к наложению интенсифицирующих действий: снижению А0, т.к. нагреваются в первую очередь внутренние слои, содержащие наибольшее количество влаги и увеличению АР, т.к. во внутренних слоях наиболее быстро происходит испарение содержащейся влаги и увеличение внутреннего давления водяных паров, относительно давления паров на поверхности материала.

1.4 Возможности использования СВЧ для интенсификации процесса. Задачи исследования

Несмотря на огромную работу, проведенную исследователями в совершенствовании режимов активного вентилирования зерна, все еще остается ряд недостатков, таких как неравномерность, длительное время сушки.

Использование энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот является одним из методов по интенсификации процесса сушки сыпучих материалов. При этом в результате быстрого повышения температуры внутри материала, что характерно для микроволнового нагрева, повышается давление водяных паров, то есть появляется избыточное давление пара внутри материала по отношению к давлению среды. Градиент избыточного давления резко интенсифицирует процесс сушки, так как перенос пара происходит как путем молекулярной диффузии, так и путем фильтрации через поры и капилляры материала.

Рабочая гипотеза: добиться увеличения градиента давления, АР, и снижения градиента температуры, А©, можно за счет воздействия на материал СВЧ полем.

Основные теоретические и экспериментальные работы, связанные с изучением закономерностей высокочастотного и сверхвысокочастотного нагрева и применением его в сельхозпроизводстве и других отраслях промышленности, были проведены академиком А.В. Лыковым, Г.А. Максимовым, Г. Пюшнером, А.А. Фогелем, Н.В. Книппером, С.В. Некрутманом [62, 63, 66, 82, 118]. Позднее эти работы были продолжены и углублены академиками И.Ф. Бородиным, И.А. Роговым [15, 83, 84, 87], доктором технических наук Вендиным С.В. [32, 33] и другими учеными.

A.В.    Лыковым, Г.А. Максимовым было установлено, что влагоперенос происходит не путем диффузии, как при нагреве от внешнего источника, а посредством молекулярного движения типа фильтрации газа через пористые среды.

С.В. Вендиным была проведена оценка температурного действия СВЧ обработки на семена, были получены интегральные зависимости оценки температурного действия при обработке семян в ВЧ и СВЧ полях. Рассматривались импульсные источники СВЧ полей больших мощностей в случае когда объект обработки ограничен металлическим экраном, были получены выражения, дающие возможность определить оптимальные размеры толщины обрабатываемого слоя или добиться минимального искажения СВЧ импульса как по амплитуде, так и по форме. Также С.В. Вендиным исследовалось повышение урожайности ячменя, пшеницы под действием СВЧ полей.

С.В. Вендиным, совместно с А.А. Бабенко исследовалось распространение электромагнитного импульса при СВЧ обработке семян в зависимости от диэлектрических свойств материала и частоты поля [10, 11, 32, 33].

B.И.    Пахомовым была решена задача параметрической оптимизации процесса комбинированной сушки зерна в шахтных зерносушилках с использованием СВЧ-энергии. Задача решена применительно к семенному материалу. На основе теоретических и экспериментальных исследований получены основные параметрические зависимости процесса комбинированной конвективно-высокочастотной сушки, изучено влияние СВЧ-энергии на свойства семенного зернового материала, синтезирована общая математическая модель и решена задача параметрической оптимизации [74, 75, 78, 81].

В.И. Пахомовым исследовались комбинированная СВЧ-конвективная сушка применительно к сушилкам шахтного и конвейерного типа для сушки фуражного зерна, так же проводилось исследование повышения кормовой ценности зерна ячменя и при СВЧ воздействии [77, 78, 79].

В.И. Пахомовым совместно с В.Д. Кауном исследовался процесс микронизации с использованием СВЧ полей, Также В.Д. Кауном была установлена зависимость, определяющая скорость потока влаги внутри зерна при СВЧ обработке [45, 81].

Большинство сушилок, усовершенствованных изобретателями для использования интенсифицирующего действия СВЧ полей являются шахтными либо конвейерными. Так на рисунке 1. 6 представлена схема конвейерной установки для комбинированной сушки зерна с использованием СВЧ-энергии, разработанная В.И. Пахомовым. Здесь зерно поступает в загрузочный бункер 6 и двигается по ленточному транспортеру 7, подвергаясь конвективной сушке воздухом, нагнетаемым по воздуховодам 4 и многократному воздействию СВЧ лучей от волноводных устройств 2.

На рисунке 1.8 представлена схема производственной установки для сушки картофельных чипсов, разработанная фирмой «Cober», США. В этой установке СВЧ энергия к материалу, движущемуся по ленточному транспортеру, подается через щелевой волновод и одновременно с действием СВЧ поля подвергается сушке горячим воздухом через систему подачи воздуха

3.


1 - щелевой волновод; 2 - ловушка; 3 - система подачи горячего воздуха; 4 -подача продукта

Рисунок 1.8 - Схема производственной установки для сушки картофельных чипсов

Авторами производились эксперименты по определению оптимальной температуры разогрева материала для сушки, но теоретического обоснования временного действия СВЧ поля для разогрева до указанной температуры не приводится.

На рисунке 1.9 представлена еще конвейерная СВЧ сушилка, применяемая, в частности, в горнодобывающей промышленности. Эта установка разработана в якутском институте «Якутнипроалмаз» Вединым А.Т., Савицким В.Б. и Савицким Л.В..

Рисунок 1.9 - Установка для сушки сыпучих диэлектрических материалов

На рисунке 1.10 представлено 2 исполнения СВЧ сушилки «Мивак», в первом случае (рисунок 1.10 а) материал движется по транспортеру, подвергаясь воздействию СВЧ воздействию, во втором (рисунок 1.10 б) зона облучения расположена вертикально. В обоих случаях имеют место мощные СВЧ-генераторы и довольно длинные волноводы подачи СВЧ энергии обрабатываемому материалу.

Кроме того, в некоторых работах используется последовательный нагрев несколькими магнетронами (нагрев в несколько этапов), но не произведены исследования, отражающие изменение скорости нагрева, при таком режиме СВЧ воздействия.

а - горизонтального типа; б - вертикального типа:

1 - приемный бункер; 2 - конденсатор; 3 - волновод; 4 - СВЧ-генератор;

5 - транспортер; 6 - вакуум-насос; 7 - сушильная камера Рисунок 1.10 - СВЧ-сушилка «Мивак»

Следующий тип сушилок, для которых применяется СВЧ интенсификация сушки это шахтные сушилки. На рисунке 1.11 приведена принципиальная схема комбинированной сушки зерна с использованием СВЧ -энергии в установке шахтного типа, разработанная Пахомовым В.И. в

ВНИ11ТИМЭСХ. В этой сушилке зерно сначала норией подается на предварительную просушку, после чего на выгрузном транспортере подвергается интенсифицирующему воздействию СВЧ поля и подается на повторную сушку.

1 - рабочая камера шахтной сушилки; 2 - верхний ленточный транспортёр;

3 - нория; 4 - волноводное устройство ввода СВЧ-энергии; 5 - нижний ленточный транспортёр; 6 - вентилятор топки

Рисунок 1.11 - Принципиальная схема комбинированной сушки зерна с использованием СВЧ-энергии в установке шахтного типа

На рисунке 1.12 приведена СВЧ установка для сушки сыпучих материалов, разработанная в Воронежской государственной технологической академии (ВГТА) Антиповым С.Т., Казарцевым Д.А. и Павловским М.Ю.. В этой установке энергия электромагнитного поля передается по волноводу, расположенному в центре зоны сушки. После прохождения через материал СВЧ поле отражается от стенок сушильной камеры, выполненной таким образом, чтобы результирующее поле было максимально равномерным. Одновременно с воздействием СВЧ поля происходит продувание сушимого материала воздухом для удаления влаги.

I    - СВЧ-генератор; 2 - излучатель; 3 - крышка; 4 - дозаторы; 5 -металлический цилиндрический корпус; 6 - загрузочный бункер; 7 -излучатель; 8 - первый согласователь; 9 - второй согласователь; 10 - привод;

II    - экран; 12 - отверстия; 13 - каналы; 14 - патрубки для подвода воздуха; 15

- патрубки для отвода воздуха; 16 - блок подачи воздуха; 17 - сушильная камера

Рисунок 1.12 - СВЧ установка для сушки сыпучих материалов

Следующая установка для микроволновой для сушки сыпучих материалов, представленная на рисунке 1.13, разработана в Воронеже Герасимовым А.Г., Иванкиным Е.Ф. и Маюновым А.Т.. Эта установка содержит несколько рядов магнетронов, расположенных в стенках сушильной камеры таким образом, что зерно, проходя из загрузочного бункера, подвергается последовательному воздействию СВЧ поля каждого ряда магнетронов. Одновременно с этим происходит продувание зернового материала потоком воздуха. Разгрузка камеры осуществляется шнеком.

Рисунок 1.13 - Установка микроволновая для сушки сыпучих материалов

На рисунке 1.14 приведена конструктивная схема гигавака для вакуумной сушки измельченных пищевых продуктов и порошков. Установка представляет собой герметичную цилиндрическую камеру, с торцов закрытую крышками.

Внутри расположен ленточный транспортер из радиопрозрачного материала. Данная конструкция позволяет осуществлять интенсивную сушку при невысоких температурах.

Авторы приводят конструкции, которые должны обеспечивать равномерный нагрев внутри зоны, однако не приводятся результаты поля, показывающий распределение температурного поля в активной зоне под действием СВЧ поля.

1 - герметичная цилиндрическая камера; 2 - лента транспортера; 3 бесконтактный термометр; 4 - диэлектрическая линза; 5 - СВЧ-генератор; 6 емкость; 7 - насос-дозатор; 8 - форсунка; 9 - крышки камеры; 10 - щетка; 11 шлюзовая система; 12 - дробилка

Рисунок 1.14 - Схема СВЧ -вакуумной сушилки «Гигавак»

Известно, что СВЧ нагрев приводит к увеличению давления водяных паров внутри зерновки, но не исследуется как при этом коэффициент конвективного теплообмена, который зависит от интенсифицирующего воздействия, а так же определяет скорость влагопереноса в материале [64, 66].

Практически нет упоминаний об использовании СВЧ интенсификации для сушки в бункерах активного вентилирования. В случаях, упоминающих такое сочетание, не приводятся модели сушки активным вентилированием при СВЧ активации.

Анализ работ по сушке с использованием СВЧ полей показал, что во многих существующих установках используются мощные генераторы СВЧ энергии, используемые в кратковременном режиме включения (2-3 секунды), такие решения приводят к очень быстрому разогреву влаги, находящейся в сушимом материале, что может привести к порче зерна. Также исследовалось применение резонаторных камер, в которых зерно занимает часть зоны СВЧ активации. Еще одним решением стало применение последовательно расположенных маломощных магнетронов, например, в случае конвейерной сушилки Пахомова В.И., но за счет высокой скорости движения ленты и неравномерности распределения СВЧ поля в материале слой зерна должен быть тонким (2,5-3см). Это приводит увеличению длины транспортера для обеспечения разогревания материала до необходимой температуры.

Существующие сушилки, использующие комбинированное воздействие совместно с обработкой СВЧ полем, охватывают практически весь спектр типов сушилок. Однако интенсифицирующее воздействие поля микроволнового диапазона для интенсификации сушки в бункерах активного вентилирования до сих пор не используется. Однако это направление представляется нам перспективным, т.к. активное вентилирование является экономически выгодным и использование энергии микроволнового излучения может ускорить процесс сушки, сделав его еще более экономичным и удобным для использования в фермерских хозяйствах. Кроме того, активное вентилирование является многофункциональным и может применяться не только для сушки, но и для охлаждения, дегазации, ликвидации очагов самосогревания и т.д.

1.5 Цель и задачи исследования

Подводя итог вышеизложенному, можно сформулировать цель и задачи исследования.

Цель диссертационной работы: интенсификация сушки зерна активным вентилированием с использованием электромагнитного поля СВЧ.

Для достижения цели исследования решаются следующие задачи:

1.    Определить изменение движущих сил интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием при СВЧ обработке.

2.    Провести экспериментальные исследования СВЧ активации и последующей сушки зерна активным вентилированием для определения равномерности распределения температурного поля в зоне СВЧ активации, а также зависимости действующей силы процесса интенсификации от параметров процесса.

3.    Провести производственную проверку эффективности СВЧ интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием.

4.    Оценить экономическую эффективность СВЧ интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием.

2 Разработка модели СВЧ активации зерна и его сушки в

бункерах активного вентилирования

2.1 Общие положения СВЧ нагрева

С точки зрения свойств проводимости, зерновой слой является диэлектриком и при попадании в поле СВЧ подвергается нагреву, интенсивность которого зависит от многих параметров.

Процессы нагрева в СВЧ параметрах описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, состоящей из уравнений Максвелла и, при отсутствии массопереноса, уравнения теплопроводности:

© - температура диэлектрика.

Исследование данной системы дифференциальных уравнений сопряжено с трудностями, т.к. зависимости электрофизических параметров диэлектриков являются приближенными, задача является многомерной по пространственным переменным и др. Поэтому при описании процесса СВЧ нагрева строят упрощенные математические модели [63, 66, 75]. Нас интересует не просто сам процесс диэлектрического нагрева, а влияние СВЧ на изменение поля влагосодержания и поля температур в зерновке и как это скажется на интенсификации сушки зерна в установках активного вентилирования.

Поле влагосодержаний, как и поле температур влияют на электрическое поле внутри материала. В однородном электромагнитном поле перенос влаги обусловлен действием не только сил диффузии (Vt/), термодиффузии (VT), но и действием электромагнитной Э) и магнитной М) сил.

В соответствие с уравнением Онзагера поток влаги определится соотношением


2.2 Влияние коэффициента конвективного теплообмена на динамику нагрева зерна

Коэффициент конвективной диффузии пара (ар), может быть определен

из экспериментальных кривых релаксации избыточного давления пара в зерновке. Однако таких экспериментальных данных для зерна нет. Г.А. Максимовым [66] был проведен эксперимент по СВЧ нагреву кварцевого песка. Получены кривые распределения давления пара и температуры в материале в процессе нагрева (рисунок 2.1) и кривые изменения давления пара в материале в течение времени.

Интенсивность СВЧ нагрева характеризуется величиной критерия Померанцева Ро(п). Экспериментальные исследования Максимова [66] для песка показывают, что после начального периода нагрева, когда распределение температуры внутри тела приобретает некоторое неизменное значение, дальнейший периодический нагрев не сопровождается изменением

(2.13)


Чтобы воспользоваться полученным выражением

для расчетов, необходимо определить начальные условия для расчета:

Рц - парциальное давление паров жидкости в центре зерновки перед началом СВЧ воздействия, Па;

Рц.о. - парциальное давление паров жидкости в центре зерновки после окончания СВЧ стимуляции, Па;

Как видно из рисунка может быть множество точек в которых будет выполняться условие Р(х) = .P(ji ), однако определить эти точки, не имея экспериментальных кривых не представляется возможным.

Однако в момент времени т=Т\ Р(т) = Р(т1), но ii=0. Примем, что в течение малого интервала времени (х!=0,5с) величины Р(т) и Р(т]) будут равны. Тогда для выполнения расчета необходимо знать величины х и Р(х). При их определении будем руководствоваться следующим.

Наибольшей величины давление в капиллярах будет достигать при температуре нагрева 100 °С и более, когда начинается переход из жидкого состояния в газообразное. Значительно увеличивается объем занимаемый жидкостью и паром в капиллярах. В этих условиях растет количество микротрещин в зерне, которое приводят к потере им товарных и посевных качеств.

Теорию образования микротрещин в различных твердых телах разрабатывали в различных трудах. Образование микротрещин в зерне различных культур при увлажнении изучено в работах [57, 70, 77]. Указывается, что при поглощении зерновкой воды, она оказывает расклинивающее действие и способствует образованию микротрещин и разрушению. Несомненно, процессы увлажнения зерна отличаются от процессов тепло-влагообмена при СВЧ обработке, но установлено, что при увлажнении зерна расклинивающее давление влаги (давление жидкости в эндосперме зерна пшеницы приводящее к образованию трещин) может колебаться в пределах 1296,75-102+-4089,75-102 Па [84].

Примем, что предельным давлением паров в центре зерновки, при котором не происходит образование микротрещин является давление менее 1296,75^ 102 Па при ©ц=100°С.

Далее, необходимо определить время, в течение которого, при воздействии СВЧ энергии температура в центре зерновки достигнет значения 100°С.



110

100

90

80

и

о

II

© 70 ё

60

50

40

30

0    5    10    15    20    25

Т, С

Рисунок 2.4 - Изменение температуры центра и поверхности зерновки при СВЧ

нагреве

©и-©,,, °с

Рисунок 2.5 - Зависимость коэффициента конвективного теплообмена от разности температур зерновки

Приведенная на рисунке 2.6 зависимость Р = f{т) при ар = var позволяет

говорить, что, в отличие от зависимости при ар = const, она в более полной

степени соответствует представлениям об изменении давления паров жидкости в материале при СВЧ нагреве. Однако расчетные величины давлений на много больше реальных. Этот факт еще раз подтверждает положение о значительных колебаниях величины коэффициента диффузии влаги а в процессе СВЧ

обработки. Однако, далее такие зависимости, «качественно» описывающие процесс, позволяют проследить некоторые закономерности. Так на рисунке 2.7 показано, как изменяется динамика нарастания давления пара в зерновке при изменении удельной мощности излучения. При изменении мощности

з    з Вт

излучения в 2,5 раза (с 40-10 до 100* 10 ——) за 20 с воздействия, давление

м

пара в зерновке повышается в 3 раза. Это очень важно для выбора мощности магнетронов активной зоны для обработки зерна.

Рисунок 2.6 - Изменение давления пара в зерновке при изменяющейся величине а

Ранее отмечалось, что величина а изменяется в широком диапазоне

оценить динамику изменения давления, соизмерить время нарастания и время релаксации давления.

2.3 Взаимосвязь градиентов температуры и давления в зерновке при СВЧ нагреве

Целью использования зоны СВЧ активации при активном вентилировании является: создание в зерновке градиентов температуры и влажности направленных в одну сторону; создание градиентов температуры и давления влаги внутри зерновки интенсифицирующих влагосъем.

Упрощенно механизм удаления влаги из зерна при высокочастотном подводе энергии может быть представлен следующим образом (рисунок 2.9). Диэлектрический нагрев зерна, обладающий высокой интенсивностью, приводит к тому, что внутри зерна возникает избыточное (по сравнению с атмосферным) давление пара Рп. Создавшийся градиент давления является движущей силой переноса влаги из внутренних слоев к его поверхности. Величина градиента давления и, соответственно, скорость переноса влаги зависят от параметров электромагнитного поля СВЧ. При их высоких значениях избыточное давление может возрасти до такой степени, что окажется больше сопротивления структуры зерна и приведет к его разрушению. Таким образом при сушке зерна энергией ЭМП СВЧ внутренний влагоперенос может быть существенно (по сравнению с условиями конвективной сушки) интенсифицирован, однако только до какой-то критической величины, ограниченной условием сохранности структуры зерна и его качества в целом [74, 75, 76, 77].

Поступившая изнутри к поверхности зерна влага испаряется в окружающую среду. Скорость этого испарения или внешнего влагопереноса будет определяться уже не столько параметрами ЭМП СВЧ, сколько параметрами окружающей среды. Обязательное условие удаления влаги с поверхности зерна, как и при конвективной сушке - это наличие разности между парциальным давлением пара у его поверхности Рз и в окружающей среде Рв (Р> Рв). Однако, если при конвективной сушке температура окружающей среды (агента сушки) ©в больше температуры поверхности зерна ©з (0вз), то при высокочастотной сушке это условие внешнего влагопереноса не является существенным и ©в может быть меньше ©з (т.е. ©вз).

Следовательно, сушка зерна энергией электромагнитного поля СВЧ, как и конвективная, характеризуется совокупностью двух явлений - внутреннего и внешнего влагопереноса. Однако, по сравнению с конвективной, при СВЧ - сушке зерна обеспечиваются лучшие условия внутреннего влагопереноса, чем внешнего, и процесс сушки лимитирует внешний влагоперенос, скорость которого определяется параметрами окружающей среды (воздуха).



слой по изменению разности температур между поверхностью зерновки и ее центром можно судить о релаксации давления паров в зерновке.

2.4 Модель СВЧ активации и сушки зерна активным вентилированием

Как следует из технологии сушки зерна активным вентилированием, зерно в установке может находиться в нескольких состояниях и подвергаться воздействию нескольких факторов:

П1. - Зерно, после предварительной очистки подвергается сушке активным вентилированием;

П2. - Зерно, после предварительной очистки подвергается воздействию СВЧ поля без конвективной сушки;

П3. - Зерно, после предварительной очистки подвергается совместному воздействию СВЧ поля и конвективной сушке;

П4. - Зерно, после выполнения над ним действий по П.2 подвергается сушке активным вентилированием;

П5. - Зерно, после выполнения над ним действий по П.3 подвергается сушке активным вентилированием.

П6. - Зерно, после подсушки активным вентилированием подвергается активации СВЧ излучением;

П7. - Зерно, после подсушки активным вентилированием подвергается СВЧ активации с конвективной сушкой.

При описании процесса конвективной сушки слоя зерна, как правило, принимают следующие допущения:

-    влага в зерне находится в жидком состоянии;

-    испарение влаги из зерна подчиняется закону Дальтона;

-    тепло - и влагообмен происходит только между сушильным агентом и зерном;

-    температурный градиент внутри отдельных зерен мал, и им можно пренебречь;

-    теплообмен между сушильным агентом и зерном осуществляется путем конвекции.

Такой схеме тепло - и влагообмена соответствует система дифференциальных уравнений:

уз - объемная масса зерна, кг/м3;

ув - удельный вес воздуха, кг/м3;


рз - давление водяных паров в зерновке;

рв - давление водяных паров в воздухе;

При граничных условиях:

W(0,x) = WH; D(t,0) = Dh;

@(O,jc) = 0h; t(x,0) = tH.

71


При изучении различных теплофизических явлений наряду с аналитическим решением большое значение имеют и обобщенные эмпирические закономерности. Строгое аналитическое решение системы дифференциальных уравнений часто бывает затруднительным.

Теория подобия и моделирования позволяет дополнить экспериментальные методы обобщением единичных опытов. Теория подобия как учение о методах научного обобщения базируется на широком экспериментальном материале, обобщаемом с помощью дифференциальных и интегральных уравнений. Данный метод широко используется при анализе процессов сушки.

Дифференцирование уравнения совместно с начальными и граничными условиями определяют различные критерии подобия, которые дают возможность сделать обобщения единичных опытов и использовать их для изучения других опытов [62, 63].

Когда системы дифференциальных уравнений решаемы, то теория подобия и здесь приносит определенную пользу, приводя к значительному сокращению числа независимых переменных.

В теории подобия существует несколько способов определения критериев. Воспользуемся способом приведения уравнений физического процесса к безразмерному виду [38]. Он основывается на известном свойстве физических уравнений, которое состоит в том, что все члены уравнения физического процесса имеют одинаковые размерности относительно основных единиц измерения. Рассматриваемый способ применяется не только к алгебраическим, но и к дифференциальным и интегральным уравнениям, поскольку операции дифференцирования и интегрирования не влияют на однородность уравнения. Наличие в уравнениях неоднородных функций не влияет на однородность уравнения в целом, поскольку по отношению к размерным членам уравнения неоднородные функции представляют собой безразмерные коэффициенты. Уравнение, после деления на любой из его членов приводится к безразмерному виду. Опуская символы дифференцирования и интегрирования в безразмерных членах уравнения, получаем выражения, которые принято считать критериями подобия.

В общем случае уравнение физического процесса имеет вид:


n

Ф1+Ф2+...+ф„ = Еф« = 0;

1

где ф!= f(Ph P2,- Pm) — однородная функция параметров элементов системы, а также и параметров процесса и их производных.

При этом количество полученных критериев на единицу меньше числа членов уравнения. Форма записи этих критериев зависит от того, на какой член уравнения делятся все остальные. Данный способ называют способом интегральных аналогов, и формулируется следующим образом: «Для определения основных критериев подобия из уравнения, содержащего n членов, в какой либо из возможных форм записи, необходимо произвести деление членов уравнения на какой-либо из них, отбросив затем символы дифференцирования и интегрирования, а также неоднородные функции». Общее число критериев К,


Руд -Rl

-= Ро - критерий Померанцева.


а-р-с

Аналогичные действия со вторым уравнением системы (2.16) дает

av 'Т    ^

конвективный критерий Фурье Fop = ^ . Таким образом, активация

зернового слоя в СВЧ активной зоне может быть описана следующим выражением:

Fo = с[ Fop

или

Fo = Ki- PoXl ■ Fo}^ , (2.30)

где K, Xj, y - должны быть определены экспериментально.

После прекращения СВЧ воздействия, состояние зернового слоя может быть описано только двумя критериями Fo и Fop :

Fopr =KrFoZl.    (2.31)

apr ■ т

где Fo = и ;

R

^ - показатель степени;

apr - показатель степени конвективного теплообмена при релаксации давления.

75


Целью использования СВЧ активной зоны в процессе активного вентилирования зерна является интенсификация процесса сушки. Поэтому сразу после СВЧ активации зерно необходимо подвергать активному вентилированию. Следовательно, система уравнений (2.17) и критериальное уравнение (2.31) описывают состояние зернового слоя в течение очень малого промежутка времени, пока зерновой слой не вышел из зоны действия магнетрона и не стал просыпаться в бункер активного вентилирования. В процессе движения зернового слоя из активной зоны в зону активного вентилирования оно уже обдувается воздухом, поэтому в системе уравнений должны присутствовать выражения для конвективной сушки зерна.

Исходя из изложенного, полная система критериальных уравнений, описывающих процесс тепло -влагообмена в зерновом слое при СВЧ активации и активном вентилировании, будет выглядеть следующим образом:

Уравнение (2.32.1) описывает процесс активации зерна в СВЧ зоне. Уравнение (2.32.2) описывает кратковременный процесс перехода внутри активной зоны за пределы границ действия СВЧ поля. Уравнение (2.32.3) описывает изменение состояния зернового слоя на пути из активной зоны в бункер активного вентилирования. Выражение (2.32.4) описывает процесс сушки СВЧ-активированного зерна в бункере активного вентилирования. Уравнение (2.32.5) описывает процесс сушки зерна активным вентилированием после выравнивания температуры зерновки.

В виду малой длительности во времени процессов описываемых уравнениями (2.32.2) и (2.32.3) исключим их из уравнения. Сокращенная система критериальных уравнений запишется как:

79

Выводы по главе

1.    Величина коэффициента конвективного теплообмена ар не остается

постоянной при СВЧ нагреве и в значительной степени влияет на динамику процесса.

2.    Величина коэффициента конвективного теплообмена при СВЧ нагреве значительно отличается от величины этого коэффициента при релаксации давления, что необходимо учитывать при расчетах.

3.    Скорость изменения давления в зерновке при СВЧ нагреве имеет линейную связь (с коэффициентом корреляции 0,999) с динамикой разности температур центра и поверхности зерновки, что позволяет контролировать процесс изменения давления в зерновке по разности температур.

4.    Достаточно высокий коэффициент корреляции (0,956-0,885) позволяет судить о релаксации давления в зерновке только в течение 10 с после прекращения действия СВЧ поля.

5.    В СВЧ активной зоне, используемой в технологическом процессе активного вентилирования целесообразно использовать несколько магнетронов небольшой мощности, равномерно распределенных по поверхности.

6.    Полученная критериальная модель СВЧ активации и сушки зерна активным вентилированием позволяет оценить эффективность использования СВЧ поля на повышение интенсивности сушки зерна активным вентилированием.

3 Выбор факторов и методика проведения экспериментальных исследований

3.1 Особенности экспериментальных исследований СВЧ нагрева зерновки и зернового слоя

Движущими элементами процесса сушки СВЧ активированного зерна являются разность температур центра и поверхности зерновки, А0, и давление паров жидкости в зерновке, Р. Во второй главе теоретически доказана линейная зависимость А0 и Р при СВЧ воздействии, приведены зависимости, позволяющие определить температуру 0Н и © в различные моменты времени

СВЧ воздействия. Поэтому требуется экспериментальное подтверждение распределения температуры внутри зерновки А0. Проблема заключается в том, что измерение температуры материала должно проводиться под действием СВЧ поля. Ранее [63, 66] для этих целей использовали керосиновые термометры, которые могли работать в СВЧ поле с достаточной точностью. Однако их невозможно использовать для измерения температуры внутри зерновки. При проведении различных исследований по СВЧ обработке и сушке зерна [63, 66, 74] измерение температуры материала проводили при помощи термопар, но погружали их в продукт после прекращения действия СВЧ поля. Приведенные ранее аналитические расчеты показывают, что время нарастания температуры внутри зерновки составляет не более 20...60 секунд. Время выравнивания температуры внутри зерновки с температурой агента сушки после прекращения действия СВЧ, в зависимости от влажности зерна может колебаться от 5 до десятков минут. При такой динамике нагрева и охлаждения особенно важными бывают и начальные моменты процесса. Процедура же ввода термопар в исследуемый слой после прекращения действия СВЧ излучения не позволяет зафиксировать динамику нагрева зернового слоя и единой зерновки и дает значительные погрешности в измерениях остывания зернового слоя. Кроме того, практически невозможно измерить разность температур 0г( - ©н.

Следует отметить, что упомянутые методы измерений температуры обрабатываемого продукта при СВЧ воздействии практиковались в частично заполненных активных зонах (в установках резонаторного типа). В этом случае объем зерна занимал меньшую часть СВЧ камеры. Поэтому помещение металлических термопар в зону действия СВЧ приводило к их перегоранию.

В данной работе исследовались режимы СВЧ активации зерна в полностью заполненных СВЧ камерах. Такую активную зону разработала и изготовила фирма «ООО АСТ» г. Таганрог.

3.2 Экспериментальное оборудование

Для проведения экспериментальных исследований использовалась лабораторная установка, включающая в себя активную зону, блок питания, тепловентиляционный блок с воздуховодами.

Общий вид установки приведен на рисунке 3.1. Активная зона в сборе с блоком питания приведена на рисунке 3.2. Внешний вид блока питания приведен на рисунке 3.3.

Для контроля и записи температуры использовали хромель -копелевые термопары, подключаемые к персональному компьютеру с помощью аналогово-цифрового преобразователя. Для измерения температуры в центре зерновки в ней проделывали углубление по диаметру термопары и встраивали термопару внутрь. Термопара находилась в центре зерновки в течение всего времени эксперимента. Внешний вид термопар, встроенных в зерновку пшеницы приведен на рисунке 3.4. Внешний вид АЦП в системном блоке компьютера приведен на рисунке 3.5. Для проведения исследований зерно засыпали в активную зону, рисунок 3.6 (в активной зоне установлен магнетрон Рн =0,9кВт, f = 2,45ГГц). Для разбиения активной зоны на участки использовали радиопрозрачные фторопластовые пластины рисунок 3.7.

1 - автомат управления питанием установки; 2 - зона расположения магнетрона; 3 - блок управления питанием обдува магнетрона; 4 - зона активации зерна; 5 - блок управления параметрами агента сушки; 6 -трубопровод подачи воздуха для активного вентилирования; 7 - ПК Рисунок 3.1 - Общий вид лабораторной установки

Для проведения сравнительных экспериментов по нагреву зерна в СВЧ поле и конвективной сушке, использовали лабораторный сушильный шкаф рисунок 3.8.

1 - зоны расположения магнетронов с системой вентиляции; 2 - переключатель выбора магнетрона; 3 - автомат подачи питания к установке; 4 - блок питания Рисунок 3.2 - Активная зона в сборе с блоком питания

Для контроля относительной влажности и температуры воздуха использовали портативный прибор «Center-310», внешний вид которого приведен на рисунке 3.9. Прибор имеет следующие технические характеристики:

Диапазон измерений:

Относительной влажности: 0... 100 %

Температуры (внутренний датчикТ1): -20 °С...+ 60 °С (-4 "F...+140 °F) Вход внешнего датчика Т2 К -типа -200 °С...+1370 °С (-328 °F...+2498°F)

Разрешение:

при измерении относительной влажности 0,1 % при измерении температуры: внутренний датчик Т1 0,1 °С;0.1 °F

внешний датчик Т2 К-типа: -200 °С...+200 °С 0,1 °С +200 °С...+1370 °С    1 °С

-328° F....+200°F    0,1 °F

+200 °F...+2498 °F    1 °F

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности измерения: относительной влажности (при температуре 25 °С): ±2,5 % температуры (внутренний датчик Т1): ±0,7 °С вход внешнего датчика Т2 К -типа: -200 "С.. .+200 °С±(0.3 % + 1 °С)

+200 °С...+400 °С    ±(0.5 %+ 1 °С)

+400 °С...+ 1370 °С    ±(0,3 % + 1 °С)

-328° F...-200° F    ±(0.5%.+ 2°F)

-200 °F.. .+2498 °F    ±(0,3 % + 2 °F)

Постоянная времени:

По относительной влажности: 75 с, при слабом движении;

По температуре: 40 с, при слабом движении воздуха;

Индикатор: 4-х разрядный ЖКИ Интерфейс с компьютером: RS-232 Рабочие условия: температура 0...50 °С

влажность 0...90 % без образования конденсата Для подачи воздуха в активную зону , с заданной скоростью и температурой, использовали тепловентиляционный блок, рисунок 3.10.

Для контроля за скоростью воздуха использовали портативный прибор «ТКА-ПКМ», внешний вид которого приведен на рисунке 3.11. Прибор имеет следующие технические характеристики:

Диапазоны измерений:

-относительной влажности, % отн. вл.    10 ... 98

-температуры воздуха, °С    0 ... 50

-скорости движения воздуха V, м/с    0,1 ... 20

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерений при температуре воздуха в зоне измерения (20+5) °С:

-    относительной влажности, % отн. вл.    ± 5,0

-    температуры воздуха, °С    + 0,5

-    скорости движения воздуха V, м/с в диапазоне 0,1... 1,0 м/с ±(0,045+0,05V) в диапазоне >1,0. ..20 м/с ±(0,l+0,05V)

Время непрерывной работы прибора, ч, не менее 8,0

Для питания прибора используется аккумулятор 8,4 В

Ток, потребляемый прибором от источника питания, мА, не более:

—    без подсветки    25

—    с подсветкой    35

Средняя наработка на отказ, ч, не менее    2000

Масса прибора, кг (не более)    0,5 Габаритные размеры прибора, мм (не более):

—    блок обработки сигналов    250x90x40

—    измерительная головка    450x50x50 Эксплуатационные параметры:

Температура окружающего воздуха, °С:

-    нормальные рабочие условия    20±5

-    рабочий диапазон температур    0...40

-    Температура воздуха в зоне измерения, °С    0...50 Относительная влажность воздуха при температуре окружающего

воздуха 25 °С, %,не более    95

Атмосферное давление, кПа    80...110

1 - в свободном состоянии; 2 - встроенные в зерновки Рисунок 3.4 - Термопары


1 - плата включаемая в системный блок; 2 - внешняя плата АЦП (колодка подключения термопар)

Рисунок 3.5 - АЦП

1 2

1 - вентилятор охлаждения магнетрона; 2 - канал активного вентилирования зерна; 3 - радиопрозрачные фторопластовые экраны магнетронов Рисунок 3.6 - Активная зона

1 - фторопластовый экран магнетрона; 2 - фторопластовые перегородки;

3 - блок управления обдувом магнетрона

Рисунок 3.7 - СВЧ зона с радиопрозрачными фторопластовыми перегородками

Рисунок 3.8 - Лабораторный сушильный шкаф

1 2 3

1 - Датчик влажности; 2 - термопара; 3 - блок индикации параметров воздуха Рисунок 3.9 - Датчик контроля относительной влажности и температуры воздуха

1- Воздуховод; 2 - заслонка регулирования скорости воздуха; 3 - вентилятор;

4 - спираль нагрева воздуха

Рисунок 3.10 - Тепловентиляционный блок

l

1

1 - чувствительная часть прибора; 2 - индикатор измеряемой величины Рисунок 3.11 - Прибор контроля скорости воздуха «ТКА-ПКМ»

1 - штатив; 2 - воспринимающая часть датчика; 3 - индикатор величины Рисунок 3.12 - Измеритель плотности потока энергии

Для оценки безопасности эксплуатации лабораторной и экспериментальной установки, а также для определения падения плотности СВЧ энергии по объему активной зоны использовали портативный прибор, внешний вид которого приведен на рисунке 3.12. Прибор имеет следующие технические характеристики:

Диапазон частот: 0,3-39,65 ГГц.

Пределы измерения, мкВт/см2: от 0,5-5 до (20-100)-10 .

Основная погрешность измерения, дБ:

-    линейно поляризованного поля: ±1;

-    произвольно поляризованного поля: ±2.

3.3 Методика проведения эксперимента

3.3.1 Эксперимент по определению возможности использования

термопар в поле СВЧ

Цели эксперимента:

-    установить возможность использовать хромель-копелевые термопары в СВЧ поле (в полностью загруженной продуктом активной зоне), для измерения температуры зерна;

-    оценить погрешность влияния разогрева самой термопары на показания при измерении температуры зерна;

-    сравнить результаты измерений температуры зерна с помощью хромель-копелевых термопар в СВЧ поле и конвективном нагреве.

В активную зону на расстоянии 2 см от магнетрона устанавливали фторопластовую пластину. Между фторопластом и магнетроном помещали полиэтиленовый пакет, в который наливали воду. Таким образом, магнетрон работал на нагрузку, которой являлся слой воды, а ослабленное СВЧ поле попадало в активную зону. Непосредственно за фторопластовой пластиной располагали зерновку с встроенной во внутрь термопарой. На поверхности зерновки казеиновым клеем закрепляли вторую термопару. Третья термопара располагалась рядом с зерновкой и должна была разогреваться под действием СВЧ излучения.

Сверху активную зону плотно закрывали защитным экраном. Изменение температуры контролировали на экране монитора ПК. Одновременно велась запись в файл всех результатов измерений. Полученный файл данных обрабатывали с помощью программы Excel.

Чтобы оценить как при конвективной сушке, в отличие сушки СВЧ, распределяется температура в зерновке, каково соотношение температур поверхности зерна и температуры воздуха провели эксперимент по нагреву зерновки в сушильном шкафу.

Для наглядности брали зерновки различных культур: пшеницы, нута и фасоли, рисунок 3.13 и 3.14. Семена фасоли и нута увлажняли таким образом, чтобы обеспечить их влажность 20%. Увлажненные семена выдерживали в течение суток в герметичной емкости, периодически перемешивая.

12    3    4

1 - зерновка нута; 2 - термопара в центре зерновки; 3 - термопара в зоне сушки; 4 - термопара на поверхности зерновки Рисунок 3.13 - Зерновка нута с термопарами

Перед помещением зерновок в предварительно подогретый сушильный шкаф в них встраивали термопары и закрепляли их на поверхности.

В семя фасоли встраивали четыре термопары. Схема размещения приведена на рисунке 3.13.

Аналогичное размещение термопар в фасоли осуществлялось в эксперименте по СВЧ нагреву.

1 2 3 4    5

1 - термопара на глубине 0,5Япр; 2 - термопара в центре зерновки; 3 - термопара на поверхности зерновки; 4 - термопара в зоне сушки; 5 - термопара на глубине 0,35Rnp; 6 - зерновка фасоли Рисунок 3.14 - Зерновка фасоли с термопарами

Результаты эксперимента по использованию термопар в СВЧ поле приведены в главе 4.

3.3.2 Эксперимент по определению распределения температурных полей в

СВЧ активной зоне при неподвижном слое зерна

Цель эксперимента определяется следующими особенностями технологии СВЧ активации зерна. Для непрерывности процесса активного вентилирования необходимо, чтобы зерно после предварительной очистки в ЗАВе проходило через зону СВЧ активации и направлялось в бункер активного вентилирования. В процессе активного вентилирования зерна оно должно просыпаться через выпускное отверстие бункера и норией направляться в СВЧ активную зону. При прохождении через активную зону зерно должно равномерно нагреваться. Это зависит от толщины зернового слоя в активной зоне, влажности зерна, мощности магнетронов, количества рядов магнетронов, расстояния между рядами магнетронов, рабочей частоты магнетронов. Поэтому важно знать распределение температурных полей в активной зоне, чтобы определить ее конструкцию и конфигурацию, количество магнетронов, схему их размещения.

Эксперимент состоял из двух этапов.

Целью первого этапа было определение температурных полей от одного магнетрона в активной зоне при неподвижном слое зерна.

Для этого использовали зерно пшеницы трех влажностей: 17%, 22%, 27%.

Для подготовки зерна необходимой влажности брали зерно кондиционной влажности (14%) замачивали его водой в необходимой пропорции и выдерживали его в течение суток в герметичном объеме, периодически перемешивая.

Для контроля температуры по объему активной зоны использовали термопары. Схема размещения термопар в активной зоне экспериментальной установки приведена на рисунке 3.15. Термопары устанавливали в активной зоне на каркасе из диэлектрического материала, слабо разогревающегося под действием СВЧ. Затем в активную зону засыпали зерно. Максимальное время работы магнетрона приняли 30 с. При более длительном нагреве температура нагрева центра зерновки ближайшего к магнетрону слоя приближается к 200°С, что может привести к потере зерном его качеств. Сигналы с термопар через АЦП записывали в файл. Обработку данных осуществляли с помощью программы Excel.

Чтобы получить математическую зависимость, описывающую изменение температуры в активной зоне во времени для различной влажности зерна, спланируем представление данных таким образом, чтобы после их обработки можно было получить полином.

Нами названы два независимых фактора: W3 - влажность зерна, т - время активации зерна СВЧ полем. Как ранее отмечалось, сила СВЧ воздействия на зерно зависит от его расстояния до магнетрона и места расположения в активной зоне. Отразим положение зерновки в активной зоне тремя величинами: l - расстояние (вектор) от центра магнетрона до зерновки; а - угол отклонения вектора расстояния по горизонтали; у - угол отклонения вектора расстояния по вертикали.

Точки контроля температуры зерна (рисунок 3.15) помогут найти соответствующие величины l, а, у. (Рисунок 3.16 а, б).

Рисунок 3.15 - Схема расположения термопар по объему СВЧ зоны

Примем, что распределение СВЧ поля в активной зоне осуществляется симметрично относительно плоскости, проходящей вертикально через центр магнетрона. Поэтому достаточно осуществлять контроль в 18 точках.

а    б

а - вид сверху, величины углов а; б - вид сбоку, величины углов у Рисунок 3.16 - Величины углов для точек контроля температуры зерна

Показания температуры нагрева зерна в этих точках снимались синхронно в течение 30 секунд работы магнетрона. Матрица для занесения результатов экспериментов частично приведена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Матрица для занесения результатов экспериментов

Ws, %

г, с

l, см

а, °

У, °

0з, C

1

17

0

9

0

77

2

17

0

4

0

0

3

17

0

9

0

-77

4

17

0

11

0

56

5

17

0

6

0

0

6

17

0

11

0

-56

7

17

0

14

0

42

8

17

0

10

0

0

9

17

0

14

0

-42

137

22

7

10,5

80

0

138

22

7

13,8

80

-77

139

22

7

14,8

60

56

140

22

7

11,8

60

0

141

22

7

14,8

60

-56

142

22

7

17

45

42

143

22

7

14,4

45

0

144

22

7

17

45

-42

281

17

21

10,5

80

0

282

17

21

13,8

80

-77

283

17

21

14,8

60

56

284

17

21

11,8

60

0

285

17

21

14,8

60

-56

286

17

21

17

45

42

287

17

21

14,4

45

0

288

17

21

17

45

-42

353

22

25

10,5

80

0

354

22

25

13,8

80

-77

425

27

29

10,5

80

0

426

27

29

13,8

80

-77

427

27

29

14,8

60

56

428

27

29

11,8

60

0

429

27

29

14,8

60

-56

430

27

29

17

45

42

431

27

29

14,4

45

0

Целью второго этапа эксперимента было определение влияния цикличности (повторности) СВЧ нагрева на динамику нагрева зерна, в зависимости от исходной влажности зерна и от расположения в активной зоне. Кроме этого необходимо было установить, как будет влиять перемешивание зерна, при движении его через активную зону, на динамику нагрева.

Для проведения этого эксперимента использовали зерно трех влажностей 17%, 22%, 27%. Выбор таких значений влажности обусловлен тем, что позволяет охватить практически весь диапазон влажностей зерна при поступлении его на сушку. Интервал изменения влажности зерна в 5% позволит выявить влияние влажности на динамику нагрева зерна в активной СВЧ зоне. Методика подготовки зерна заданной влажности была описана выше.

Для контроля за изменением температуры в зерновом слое, в активной зоне размещали термопары. Схема размещения термопар приведена на рисунке 3.17.

Рисунок 3.17 - Схема расположения датчиков по длине СВЧ камеры

Результаты измерений записывались в файл в реальном времени. В дальнейшем данные для построения графиков обрабатывали с помощью программы Excel.

3.3.3 Эксперимент по определению коэффициентов критериальной модели активации и сушки зерна активным вентилированием

Зерно каждой влажности подвергали в течение 30 секунд воздействию СВЧ поля. Записывали величины А0 в трех точках контроля. Эксперимент проводили с трехкратной повторностью. Результаты экспериментов заносим в таблицу.

4 Обработка и анализ экспериментальных данных

4.1 Измерение температуры в зоне действия СВЧ с помощью термопар

Результаты исследований представлены в виде графиков. На рисунке 4.1 показаны графики изменения температуры в центре и на поверхности зерновки пшеницы влажностью 14% помещенной в СВЧ поле в соответствии с методикой изложенной в главе 3.

термопары на измерения температуры в центре и на поверхности зерновки. Данное влияние не сказывается на динамике нагрева и охлаждения зерновки. Особенно наглядно это на скорости изменения температур после прекращения действия СВЧ поля. Скорость изменения температуры «чистой» термопары значительно ниже скорости изменения в центре и на поверхности зерновки.

Рисунок 4.3 - Графики изменения температуры в центре и на поверхности зерновки пшеницы при СВЧ воздействии для W3=20%

Для оценки влияния размеров семян их состава на динамику их нагрева в СВЧ поле аналогичные эксперименты проводили с зерновками нута и фасоли. Кривые «нагрев-охлаждение» для зерновки нута влажностью 20% на рисунке 4.5.


30 25

О    50    100    150    200    250    300


Время, с

1 - термопара внутри зерновки; 2 - термопара перед поверхностью зерновки;

3 - в СВЧ термопечи

Рисунок 4.10 - Кривые «нагрев - охлаждение» в термопечи для зерновки нута

Чтобы наглядно оценить разницу в распределении температуры в зерновке нута и фасоли влажностью 20% в термопечи. Графики изменения температуры при нагреве и остывании приведены на рисунке 4.9 и 4.10. Данные графики подтверждают теоретические положения о динамике нагрева и распределения температур внутри зерновки при конвективном нагреве.

Анализируя результаты эксперимента, можно сделать следующие выводы:

-    допустимо использовать хромель-копелевые тонкие термопары для измерения величины температуры внутри зерновок с.х. культур и в зерновом слое полностью заполненных СВЧ камер;

-    использование термопар в СВЧ камерах для контроля температуры внутри зерновок позволяет получать косвенные данные об изменении влажности и диэлектрической проницаемости частей зерновок.

4.2 Распределение температурного поля, создаваемого одним магнетроном по объему активной зоны

порядковый номер

Рисунок 4.12 - График остатков для линейной регрессионной модели

Проверка статической значимости коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента (tc) и уровне значимости 0,05 показала, что tc для коэффициентов регрессии соответственно порядку расположения составил: 0,748; 11,297; 21,979; -12,485; 0,7714; 4,320. При числе степеней свободы N=426

Саб ~ 1-96. Следовательно, незначим свободный член уравнения регрессии -

0,748 и коэффициент при а - 0,7714. Даже в этом случае линейная модель оказалась применима по критерию Фишера (F), который для модели составил Fpac4 =164,48, при табличном значении для степеней свободы (5,426) равном

2,23.



Следовательно, полученная регрессионная модель может быть использована для описания распределения температуры зерна в активной зоне СВЧ поля образованного одним магнетроном.

Воспользуемся данным уравнением для нахождения графического распределения температуры зерна в активной зоне одного магнетрона. Для влажности зерна 20% найдем распределение температуры на расстоянии 4, 6, 10 см от магнетрона после 10 секунд воздействия СВЧ. Объемные графики представлены на рисунках 4.15, 4.16 (4.15 - для 4 см, 4.16 - для 1 - 10, 2 - 6,

3 - 4 см).

Температура, С

Рисунок 4.15 - Объемный график распределения температур для /=4см, п=10с, Ж=20%

Температура, С

Рисунок 4.16 - Объемные графики распределения температур при т=10с, W=20% для: 1 - /=10см; 2 - /=6см; 3 - /=4см

Для более наглядного представления распределения температур по сечению камеры, на рисунке 4.17 представлен кроме объемного еще и контурный график.

Чтобы оценить изменение температуры нагрева зерна во времени на рисунке 4.18 представлены объемные графики для расстояния 6 см и времени нагрева 5, 10, 20 секунд.

Анализ графиков позволяет говорить о том, что наблюдается значительная неравномерность нагрева зерна в активной зоне одного магнетрона. Следовательно, для обеспечения равномерности нагрева одной зоны недостаточно. Необходимо предусматривать такую конструкцию активной зоны, чтобы при перемещении зерна между зонами действия магнетронов оно перемешивалось.

•90 -90

Рисунок 4.17 - Объемный и контурный графики распределения температур на расстоянии 6 см от магнетрона при W=20%, п=10с

Рисунок 4.18 - Объемные и контурные графики распределения температур на расстоянии 6 см от магнетрона при: 1 - п=20с, 2 - п=10с, 3 - п=5с

При исследовании динамики нагрева зерна в активной зоне были получены кривые нагрева при первом воздействии СВЧ поля и втором воздействии. Один из графиков для влажности 22% приведен на рисунке 4.19. Чтобы оценить, как изменяется динамика нагрева зернового слоя при повторной обработке СВЧ полем, графики привели к нулевым начальным условиям и построили в одной координатной сетке. Линии тренда экспериментальных графиков, полученные с помощью программы Excel, для влажности зерна 22% результат приведен на рисунке 4.20.

1 - термопара на расстоянии 2 см от магнетрона по его оси первый нагрев (R =0,8689); 2 - термопара на расстоянии 2 см от магнетрона по его оси второй нагрев (R =0,9702); 3 - термопара на расстоянии 5 см от магнетрона по его оси первый нагрев (R =0,9748); 4 - термопара на расстоянии 5 см от магнетрона по его оси второй нагрев (R =0,8645); 5 - термопара на расстоянии 8 см от магнетрона по его оси первый нагрев (R =0,9613); 6 - термопара на расстоянии 8 см от магнетрона по его оси второй нагрев (R1=0,7312)

Рисунок 4.20 - Линии тренда полинома экспериментальных графиков многократного СВЧ нагрева

Анализ графиков позволяет говорить, что при повторном воздействии СВЧ поля на зерно скорость его нагрева меньше, чем при первом воздействии. Величина нагрева зерна, а следовательно и разность температур между температурой центра и поверхности зерна также меньше, чем при первом нагреве. Аналогичные кривые были получены и для влажностей 17 и 27%. Изменение (уменьшение) скорости нагрева зерна тем больше, чем ближе слой расположен к магнетрону. Это необходимо учитывать при управлении магнетронами в активной зоне.

Кроме этого исследовалось влияние перемешивания зерна в активной зоне на равномерность его нагрева. На рисунке 4.21 приведены графики, показывающие, как изменяется температура и динамика нагрева зерна при его повторном нагреве, если после первого воздействия СВЧ поля зерно перемешивается.

нагрева зерна зависит от его расположения в активной зоне. После второго перемешивания температура зерна по слою была более равномерной.

Изложенное подтверждает ранее высказанную мысль о том, что конструкция активной зоны должна быть такой, чтобы обеспечить максимальное перемешивание зерна при его движении от зоны действия одного магнетрона к зоне действия следующего магнетрона.


4.3 Нахождение зависимости A © = /(&, Ж, т)

В соответствии с методикой, изложенной в главе 3, был проведен эксперимент по определению функциональной зависимости А© = f(Qv,JV,т). Результаты частично приведены в таблице 4.1. Результаты экспериментальных данных показали взаимосвязь между величинами Qv и W. Чтобы оценить степень влияния этих величин, а, следовательно, возможность их использования как независимых переменных в уравнении регрессии, вычисляли коэффициент регрессии. Kr(W, Qv) составил -0,394. Это говорит о том, что увеличение влажности зерна уменьшает глубину проникновения СВЧ поля по толщине слоя и уменьшает его удельную мощность, но величина коэффициента корреляции позволяет использовать эти величины в уравнении регрессии как независимые.

Регрессионный анализ экспериментальных данных проводили с использованием пакета прикладных программ Statistics Toolbox математического пакета MATLAB. На первом этапе обработки получили линейное уравнение регрессии следующего вида:

А© = -82,837 + 0,0274 • Qv +1,6354 • т + 2,5255 • W.







4.4 Производственная проверка эффективности применения СВЧ для интенсификации сушки зерна активным вентилированием

С учетом теоретических и экспериментальных исследований, представленных в диссертационной работе фирмой «ООО АСТ» г. Таганрог, в соответствии с договором о научно -техническом сотрудничестве (Приложение 1), разработана СВЧ активная зона для нагрева зерна. При разработке активной зоны использованы следующие элементы диссертационной работы:

—    с учетом распределения температуры нагрева зерна в активной зоне от одного магнетрона, описанной функциональной зависимостью 4.1, определены размеры активной зоны и расстояния между магнетронами в одном ряду. Использование результатов исследований при разработке подтверждено актом внедрения (Приложение 2);

—    по результатам исследований влияния воздействия СВЧ поля на динамику нагрева зерна и изменения градиента температуры зерна по объему активной зоны определено количество рядов магнетронов, расстояние между рядами. Использование результатов исследований при разработке подтверждено актом внедрения (Приложение 3).

Размещение магнетронов в экспериментальной активной зоне, разработанной и изготовленной «ООО АСТ» показано на рисунке 4.28.

Рисунок 4.28 - Размещение магнетронов в экспериментальной активной зоне

Для сушки зерна активным вентилированием после активации использовали вентиляционный блок, внешний вид которого приведен на рисунке 4.29.

Рисунок 4.29 - Вентиляционный блок

При производственной проверке эффективности использования СВЧ активации при сушке зерна активным вентилированием реализовали следующую технологическую схему (рисунок 4.30).

1 - приемный бункер; 2 - активная СВЧ зона; 3 - выгрузной шнек;

4 - вентиляционный блок

Рисунок 4.30 - Технологическая схема производственного эксперимента

Сырое зерно, после предварительной очистки на ветрорешетных машинах подавали в загрузочный бункер 1 активной зоны 2. После заполнения активной зоны включали магнетроны. Управление магнетронами осуществлялось микропроцессорной схемой, расположенной в шкафу управления установкой (рисунок 4.31). Температуру нагрева зерна контролировали с помощью термодатчиков, установленных в активной зоне под магнетронами. Требуемую температуру нагрева в активной зоне обеспечивали изменением подачи (производительности) выгрузного шнека 3. После активации зерно направляли в вентиляционный блок, в который вентилятором подавали атмосферный воздух. После вентилирования сухое зерно направляли в бурт, влажное направляли на повторную активацию.

Рисунок 4.31 - Шкаф управления установкой

Производственную проверку проводили на зернотоку учебно-опытного фермерского хозяйства ФГОУ ВПО АЧГАА. Внешний вид установки приведен на рисунке 4.32.

Рисунок 4.32 - Внешний вид установки

Проводили сравнительный эксперимент. В первом случае в вентиляционном блоке сушили зерно активным вентилированием без СВЧ активации. Зерно озимой пшеницы влажностью WH=30,7% помещали в вентиляционный блок и вентилировали атмосферным воздухом Тн=30,66 °С, 29 °С, 24 °С и относительной влажностью F=43%, 54%, 70%. Центробежный вентилятор осуществлял подачу воздуха в вентиляционный блок с расходом 300 м3/ч-т. Отбор проб осуществляли через час вентилирования вначале сушки и через 20 мин в конце. Результаты замеров приведены в таблице 4.2. Акт выполнения экспериментальных работ представлен в Приложении 4.

вентиляционном блоке экспериментальной установки

Таблица 4.2 - Результаты сушки зерна активным вентилированием в

п, ч

0

1

2

3

4

5

6

7

W,

%

30,7

29,3

27,9

26,5

25,1

23,7

22,3

20,9

п, ч

8

9

10

11

12

13

14

14,3

W,

%

19,4

18,1

17,2

16,3

15,5

14,8

14,1

14,0

При сушке активированного зерна последовательность операций была следующей. Зерно исходной влажности засыпали в СВЧ активную зону. Включали магнетроны и устанавливали производительность дозатора такой, чтобы температура нагрева зерна в активной зоне не превышала 55 °С. Первую партию неактивированного зерна (располагавшиеся ниже СВЧ активной зоны) перегружали в приемный бункер. Активированное зерно загружали в вентиляционный блок. Подачу воздуха начинали при 50% загрузке вентиляционного блока. Вентилирование проводили воздухом Тн=29°С, F=55%. Зерно подвергали вентилированию до тех пор, пока температура воздуха на выходе зернового слоя не становилась равной температуре атмосферного воздуха. Результаты сушки приведены в таблице 4.3.

блоке экспериментальной установки

Таблица 4.3 - Результаты сушки СВЧ активированного зерна в вентиляционном

П, ч

0

1

2

3

4

5

6

7

W, %

30,7

28,9

26,7

24,6

22,7

20,6

18,7

17,0

п, ч

8

9

9,5

W, %

15,3

14,3

14,0

Результаты экспериментально-производственной проверки показывают, что использование СВЧ активации зерна при его сушке активным вентилированием уменьшают продолжительность процесса не менее чем на 30%.

Расчет удельных затрат энергии и экономической эффективности выполнен в главе 5.

Фирмой АСТ изготовлен экспериментальный образец сушилки зерна с СВЧ активацией (рисунок 4.33) включающую в себя активную зону 1, загрузочную норию 2, бункер активного вентилирования 3. Производственная проверка в хозяйстве Куйбышевского района Ростовской области подтвердила снижение времени сушки не менее чем на 30%.

Рисунок 4.33 - Экспериментальная сушилка зерна с СВЧ активацией

4.5 Выводы по главе

1.    для контроля за изменением температуры в зерновке и зерновом слое в полностью заполненных продуктом СВЧ активных зонах могут быть использованы тонкие термопары. Невысокая погрешность контроля позволяет достаточно точно следить за динамикой процесса;

2.    полученная функциональная зависимость распределения температуры нагрева зерна в СВЧ активной зоне от одного магнетрона позволяет вносить конструктивные изменения активной зоны, определять количество магнетронов и расстояние между ними в ряду;

3.    экспериментальные исследования показали, что динамика нагрева зерна при циклическом СВЧ воздействии не остается одинаковой, что необходимо учитывать при определении режима работы магнетронов и производительности выгрузного устройства;

4.    расчеты градиента температур в зерновке, с помощью полученного полинома, показали, что для обеспечения равномерности нагрева зерна в активной зоне необходимо предусматривать специальную конфигурацию стенок и организовывать движение потока зерна между уровнями магнетронов так, чтобы обеспечить наибольшее перемешивание;

5.    производственная проверка подтвердила эффективность использования СВЧ активации при сушке зерна активным вентилированием.

5 Определение экономической эффективности применения активной СВЧ зоны для интенсификации процесса сушки зерна

Расчет экономической эффективности применения активной СВЧ зоны для интенсификации процесса сушки зерна проводится на основании действующих методик, стандартов и нормативных документов [48, 55, 68, 69] с учетом среднегодового уровня инфляции.

Основными показателями экономической оценки применения активной СВЧ зоны для интенсификации процесса сушки зерна являются снижение энергетических затрат на сушку единицы продукции, а также получаемый на предприятии годовой эффект в виде чистого дисконтированного дохода (ЧДД).

Сельскохозяйственные предприятия в настоящее время работают в условиях рыночной экономики и инфляции. Чистый дисконтированный доход определяется как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенная к начальному шагу (году, кварталу, месяцу), или как превышение интегральных результатов над интегральными затратами.






Ток= v    *    .    (5.30)

1п(1 + Ер)


Таблица 5.1 - Исходные данные для расчета экономической эффективности использования активной СВЧ зоны для интенсификации процесса сушки зерна

п/п

Показатели

Условные

обозначения

Значен

ия

1

2

3

4

1

Затраты на материалы и покупные изделия для изготовления активной СВЧ зоны, руб.

М

450000

2

Трудозатраты на выполнение работ,: чел. -ч.: сверлильные 5-го разряда монтажных 6-го разряда сварочные 6-го разряда радиомонтажные 6-го разряда программирование 6-го разряда

Т

± ем

3

12

7

10

2

3

Часовая тарифная ставка, руб.: электромонтера 6-го разряда электромонтера 5-го разряда электрогазосварщика 6-го разряда радиомонтера 6-го разряда программиста 6-го разряда

пчас

122,5

92,4

125,57

120

176,93

Продолжение таблицы 5.1

1

2

3

4

4

Трудозатраты на обслуживание одной у.е.э., чел. -ч.

ty.е.э

18,6

5

Объем работ для обслуживания рассматриваемого оборудования (установки), у.е.э.

-    базового

-    предлагаемого

О

4,38

8,51

6

Количество установок, шт.

-    базового

-    предлагаемого

в

1

1

7

Мощность установки, кВт.;

-    базового

-    предлагаемого

Р

31,5

38,7

8

Число дней работы установки в году, дней

Тдн

26

9

Стоимость 1 кВтч электроэнергии, руб.

s3

1,44

10

Часовая производительность одной установки, т/ч:

-    базовой установки

-    предлагаемой установки

W б

W п

1,25

1,625

11

Норматив годовых амортизационных отчислений, %

А

14,3

12

Норматив годовых отчислений на ремонт и техническое обслуживание, %

Р

11,0

13

Удельные затраты на сушку зерна, кВт/тонну

-    базовая установка

-    предлагаемая установка

9,2

9,64

14

Норма доходности (банковская кредитная ставка), %

Е

0,17

15

Годовой уровень инфляции, %

r

0,1

Расчет показателей экономической эффективности производился на тонну высушиваемого зерна

зерна

Таблица 5.2 - Сводные показатели экономической эффективности использования активной СВЧ зоны для интенсификации сушки

п/п

Показатели

Ед.

измерения

Варианты

Базовая

установка

Базовая установка с зоной СВЧ активации

1

2

3

4

5

1

Суммарные капиталовложения

руб.

3900000

4482655,47

В том числе:

Бункер вентилируемый БВ-25 с вентилятором, электрокалорифером, разгрузочным шнеком, зерновой норией

руб.

3000000

3000000

2

Активная СВЧ зона

руб.

-

450000

3

Количество установок для активации сушки

шт.

0

1

4

Годовой объем работы

т

770

1000

5

Годовые эксплуатационные

затраты

в том числе:

•    оплата труда с начислениями на социальные нужды

•    амортизационные отчисления

•    затраты на ремонты и техническое обслуживание

•    затраты на потребляемую электроэнергию

•    прочие затраты

руб.

руб.

руб.

руб.

руб.

руб.

1137149,82

36739,12

557700

429000

10333,44

103377,26

1312308.1

44808,11

641019.73

493092.1

14087,42

119300.74

6

Годовые эксплуатационные затраты на тонну обрабатываемого зернового материала в том числе:

руб./т

1476,82

1312,31

• оплата труда с начислениями на социальные нужды

руб./т

47,71

44,81

Продолжение таблицы 5.2

1

2

3

4

5

• амортизационные отчисления

руб./т

724,29

641,02

• затраты на ремонты и техническое обслуживание

руб./т

557,14

493,09

• затраты на потребляемую электроэнергию

руб./т

13,42

14,09

• прочие затраты

руб./т

134,26

119,3

7

Степень снижения удельных эксплуатационных затрат

%

-

11,14

8

Годовая экономия удельных эксплуатационных затрат

руб./т

-

164,51

9

Годовая экономия эксплуатационных затрат

руб.

-

320909,84

10

Удельная энергоемкость процесса

кВт.-ч./т

9,2

9,64

11

Степень снижения энергоемкости

%

-

-4,97

12

Дополнительная экономия

руб.

-

156400

13

Общая экономия затрат без учета капиталовложений и с учетом налога на прибыль

руб.

-

179109,9

14

Чистые денежные поступления

руб.

-

243891,48

15

Суммарный доход предприятия

руб./т

-

243,89

16

Чистый дисконтированный доход (в расчете за 7 лет), руб.

руб.

-

404409,28

17

Чистый дисконтированный доход в расчете на 1 тонну (в расчете за 7 лет), руб.

руб./т

-

57,77

18

Срок окупаемости разработанного СВЧ активатора

лет

-

3,76

19

Коэффициент (индекс) доходности капиталовложений в СВЧ активатор

-

-

0,69

Воспользовавшись выражениями (5.3) и (5.4), определяем коэффициент суммы дисконтирования, значение которого, подставляя в уравнение (5.2), позволяет определить чистый дисконтированный доход:

ЧДД= = 404409,28 руб.

Рисунок 5.1 - Графическое определение срока окупаемости проекта

Таблица 5.3 - Результаты расчета чистого дисконтированного дохода

Показатели

Годы

0

1

2

3

4

5

6

7

Приток, руб.

179109,90

179109,90

179109,90

179109,90

179109,90

179109,90

179109,90

Отток, руб.

582655

Cash Flow, руб.

-582655

179109,90

179109,90

179109,90

179109,90

179109,90

179109,90

179109,90

(1+Epm

1,0000

0,9402

0,8839

0,8310

0,7813

0,7346

0,6906

0,6493

Cash Flow*(1+Ep)A(-t)

-582655

168393,9

158319,1

148847,0

139941,6

131569,0

123697,4

116296,7

ЧДД

-582655

-414262

-255942

-107095

32846

164415

288113

404409

2ЧДД

404409,28

Ксд

0

0,940170

1,8240923

2,6551295

3,4364465

4,17101816

4,861641

5,510944

144

Определяем внутреннюю норму дисконта графически.

Таблица 5.4 - К определению внутренней нормы дисконта

ЧДД

289,32

62,96

0,00

-80,76

-177,35

-245,40

Е

0,1

0,2

0,2387

0,3

0,4

0,5

Ксд

4,86

3,60

3,25

2,80

2,26

1,88

Рисунок 5.2 - Графическое определение внутренней нормы дисконта

Общие выводы

1.    Полученная функциональная зависимость а = f

позволяет качественно оценить влияние коэффициента конвективного теплообмена на динамику СВЧ нагрева и показывает что величина коэффициента конвективного теплообмена изменяется в диапазоне от 6,655403 м2/с до 9,8266404 м2/с.

2.    Полученная зависимость АР = /(А©) позволяет следить за изменением давления пара в зерновке по разности температур при

dP

СВЧ нагреве с коэффициентом корреляции для — и А© 0,999, а при

dx

релаксации после снятия СВЧ поля с коэффициентом корреляции равным 0,717.

3.    Полученные уравнения регрессии позволяют с вероятностью 95% рассчитать распределение температур в зоне действия одного магнетрона с частотой 2,45 ГГц и зависимость перепада температур внутри зерновки от удельной мощности излучения, что позволяет проектировать зоны СВЧ активации для интенсификации сушки зерна.

4.    Производственная проверка показала, что применение зоны активации для интенсификации сушки зерна активным вентилированием позволяет сократить время процесса на 30%.

5.    Расчетный чистый дисконтированный доход (за 7 лет) от применения зоны СВЧ активации для сушки зерна активным вентилированием составил 57,77 рублей на тонну обработанного зерна.

Литература

1.    А.с. 1734821 СССР, МКИ5 В 02 В1/08 Способ автоматического управления процессом активного вентилирования зерна [Текст] / А.Н. Васильев,

В.М. Гетманенко. - №4699870 / 30 - 13; заявл. 02.06.90; опубл. 22.01.92, Бюл. № 19. - 25с.

2.    А.с.1423150 СССР, МКИ4 В 02 В1/08 Способ автоматического управления процессом активного вентилирования зерна [Текст] / А.Н. Васильев, Б.А. Карташов, М.М. Фомичев, С.В. Новоселов. - № 4118333 / 30 - 13; заявл. 15.09.86; опубл. 5.05.88, Бюл. № 14.- 32с.

3.    А.с. 1551413 СССР, МКИ5 В 02 1/08 Способ автоматического управления процессом активного вентилирования зерна [Текст] / А.Н. Васильев, Б.А. Карташов, Ю.И. Деянов, А.А. Бабенко. - № 447948 / 30 - 13; заявл. 28.06.88; опубл. 23.03.90, Бюл. № 11. - 33с.

4.    Андреева, Н.И. Режимы активного вентилирования зерна и эксплуатация вентиляционных установок [Текст] / Н.И. Андреева, И.А. Клеев, Б.Е. Мельник, В.С. Уколов. - М.: Хлебоиздат, 1958. - 247 с.

5.    Андриевский, Б. Р. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB [Текст] / Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков. -СПб.: Наука, 1999. - 466 с.

6.    Андрюхов, В.Г. Подсолнечник [Текст] / В.Г. Андрюхов, Н.Н. Иванов. - М.: Росссельхозиздат, 1990. - 68 с.

7.    Анискин, В.И. Т еория и технология сушки и временной консервации зерна активным вентилированием [Текст] / В.И. Анискин, В.А. Рыбарук.- М.: Колос, 1972.- 199 с.

8.    Анискин, В.А. О повышении качества семян способами послеуборочной и предпосевной обработки [Текст] / В.И. Анискин: сб.науч.тр. / ВИМ.-1987. - Т.112.- С. 3 - 20.

9.    Атаназевич, В.И. Сушка зерна [Текст] / В.И. Атаназевич. - М.: Агропромиздат, 1989. - 240 с.

10.    Бабенко, А.А. Расчет импульсных электромагнитных полей при СВЧ облучении диэлектрических материалов, ограниченных металлическим экраном [Текст] / А.А. Бабенко, С.В. Вендин // Моделирование и автоматизация технологических процессов сельскохозяйственного производства: сб. науч. тр. / МИИСП имени В.П. Горячкина.- М.: 1991.- С. 14-18.

11.    Бабенко, А.А. Распространение электромагнитного импульса при СВЧ обработке [Текст] / А.А. Бабенко, С.В. Вендин // Моделирование и автоматизация технологических процессов сельскохозяйственного производства: сб. науч. тр. / МИИСП имени В.П. Горячкина. - М.: 1992. -С. 105-109.

12.    Баутин, В.М. Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства [Текст] / В.М.Баутин, В.Е.Бердышев, Д.С.Буклагин и др. -М.: Колос, 2000. - 536 с.

13.    Беляев, А.А. Исследование распределения СВЧ поля в пространстве рабочей камеры [Текст] / А.А. Беляев, А.Л. Андержанов, С.А. Андреев,

А.И. Соколов // Электропривод и электротехнология на объектах АПК: сб. науч. тр. / МИИСП имени В.П. Горячкина.- М., 1989.- С. 12-20.

14.    Билько, М.И. Измерение мощности на СВЧ [Текст] / М.И. Билько,

А.К. Томашевский.- 2-е изд. перераб. и доп.- М.: Радио и связь, 1986. -168 с.

15.    Бородин, И.Ф. Изменение всхожести семян зерновых культур под влиянием СВЧ-обработки [Текст] / И.Ф. Бородин, С.В. Вендин, А. Д. Горин // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 1993. -№ 2. - С. 92-95.

16.    Бородин, И.Ф. Применение СВЧ-энергии в сельском хозяйстве [Текст] / И.Ф. Бородин, Г.А. Шарков, А.Д. Горин. - М.: ВНИИТЭИагропром, 1987.

- 56 с.

17.    Бородин, И.Ф. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов [Текст] / И.Ф. Бородин, Н.И. Кириллин. - М.: Колос, 1977. -328 с.

18.    Боровицин, В.Н. Оптимизация использования энергетических ресурсов в технологических процессах сельскохозяйственного производства методами вычислительного эксперимента [Текст] : дис. ... доктора техн. наук.: 05.20.01. / В.Н. Боровицын. - М.: СПб-Павловск, 2004. - 373 с.

19.    Будников, Д.А. Анализ возможностей интенсификации сушки зерна электроактивированными средствами [Текст] / Д.А. Будников // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. / АЧГАА.- Зерноград, 2005. - С. 26-29.

20.    Будников, Д.А. Проблемы и возможности использования СВЧ для сушки зерна [Текст] / Д.А. Будников // Проблемы исследования и проектирования машин. - Пенза, 2006. - С. 113 - 115.

21.    Буянов, В.А. Применение СВЧ энергии для сушки зерна [Текст] / Е.А. Буянов // Мех. и электр. с. -х. - 1982. - № 1. - С. 55-56.

22.    Васильев, А.Н. Влияние градиента температур на давление паров в зерновке при СВЧ нагреве [Текст] / А.Н. Васильев, Д.А. Будников, Б.Г. Смирнов // Агроинженерия. Вестник МГАУ. Выпуск 3/1. — М., 2007.

С. 27-29.

23.    Васильев, А. Н. Расчет коэффициента конвективного теплообмена при СВЧ сушке зерна [Текст] / А.Н. Васильев, Д.А. Будников, Б.Г. Смирнов // Механизация и электрификация сельского хозяйства.- 2007.-№11. - С 20-21.

24.    Васильев, А.Н. Экспериментальная установка и планирование эксперимента по СВЧ сушке зерна [Текст] / А.Н. Васильев, Д.А. Будников, Б.Г. Смирнов // Методы и технические средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве: сб. науч. тр. / СтГАУ - Ставрополь: АРГУС, 2006. - С. 103-107.

25.    Васильев, А.Н. Экспериментальная установка и планирование эксперимента по определению динамических свойств зернового слоя при его СВЧ нагреве [Текст] / А.Н. Васильев, Д.А. Будников, Б.Г. Смирнов // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. / АЧГАА - Зерноград, 2006 . - Т.1. - С.74-78.

26.    Васильев, А.Н. Предварительные результаты эксперимента по СВЧ сушке зерна [Текст] / А.Н. Васильев, Д.А. Будников, Б.Г. Смирнов // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. / АЧГАА. - Зерноград, 2007. - Т.1. -.С.78-81.

27.    Васильев, А.Н. Использование теории подобия для описания СВЧ сушки зерна [Текст] / А.Н. Васильев, Д.А. Будников, Б.Г. Смирнов // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. / АЧГАА. - Зерноград, 2007. - С.72-77.

28.    Васильев, А.Н. Модель распределения температуры нагрева зерна по объему СВЧ активной зоны [Текст] / А.Н. Васильев, Д.А. Будников, Б.Г. Смирнов // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. / АЧГАА. - Зерноград, 2007. - С.78-81.

29.    Васильев, А.Н. Исследование возможности использования термопар в СВЧ активной зоне [Текст] / А.Н. Васильев, Д.А. Будников, А.А. Васильев, Д.А. Филоненко // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. / АЧГАА. - Зерноград, 2007. - С.82-85.

30.    Васильев, А.Н. Проблемы оптимального управления сушкой зерна активным вентилирование [Текст]: 1-я международ.науч.-практич. конф. «Современные энергосберегающие тепловые техноло гии (сушка и термовлажностная обработка материалов)» / МГАУ.- М., 2002. - С. 80-83.

31.    Васильев, А.Н. Контроль процесса активного вентилирования зерна электрическим способом [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. к.т.н / Васильев Алексей Николаевич; МИИСП.- М., 1988. - 16с.

32.    Вендин, С.В. Интегральная оценка температурного действия СВЧ обработки семян [Текст] / С. В. Вендин // Техника в сельском хозяйстве. -1995. - №3. - С. 31-32.

33.    Вендин, С.В. Обработка семян электромагнитным полем [Текст]: дис. ...докт. техн. наук: 05.20.02 / С.В.Вендин. - Москва, 1994. - 463 с.

34.    Вобликов, Е.М. Послеуборочная обработка и хранение зерна [Текст] / Е.М. Вобликов, В.А. Буханцов, Б.К. Маратов. - Ростов н/Д.: МарТ, 2001. - 240 с.

35.    Глущенко, Н.А. Влияние электрофизической обработки на дыхание зерна при его хранении [Текст] / Н.А. Глущенко, Е.Д. Бернацкая и др. // Информ. листок № 12-83 . Гродн. - ЦНТИ, Гродно. - 3 с.

36.    Горский, И.В. Обработка семян пшеницы озонированным воздухом. [Текст]: дис. канд. техн. наук.: 05.20.02 / И.В.Горский. - М., 2004. - 202 с.

37.    Гуляев, Г.А. Автоматизация процессов послеуборочной обработки и хранения зерна [Текст] / Г.А. Гуляев. - М.: Агропромиздат, 1990. -240 с.

38.    Гухман, А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло-массообмена [Текст] / А.А. Гухман. - М.: Высш. школа, 1967. - 303 с.

39.    Дьяконов, В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании [Текст] / В.П. Дьяков.- М.:Солон - пресс, 2003.- 565 с.

40.    Данилов, А. Компьютерный практикум по курсу "Теория управления". Simulink-моделирование в среде Matlab [Текст] / А. Данилов.- М.: МГУИЭ, 2002. - 128 с.

41.    Жидко, В.И. Зерносушение и зерносушилки [Текст] / В.И. Жидко,

В.А. Резчиков, В.С. Уколов. - М.: Колос , 1982. - 239 с.

42.    Зимин, Е.М. Совершенствование конструкции зерно -сушильноочистительных комплексов [Текст] / Е.М. Зимин // Техника в сельском хозяйстве. - 1981.- № 11. - С.52 - 53.

43.    Исмаилов, Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений [Текст] /

Э.Ш. Исмаилов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 144 с.

44.    Казарцев, Д.А. Совершенствование процесса сушки семян кориандра в аппарате с СВЧ-энергопроводом. [Текст]: дис. ... канд. техн. наук.: 05.18.12 / Д.А.Казарцев. - Воронеж, 2004. - 147 с.

45.    Каун, В.Д. Скорость потока влаги зерна при СВЧ обработке [Текст] /

B.Д.    Каун // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2004.-№4. - С 6-8.

46.    Качеишвили, С.В. Обоснование параметров обработки семян зерновых культур в электростатическом поле [Текст]: дис. . канд. техн. наук /

C.В.    Качеишвили ; Азово-Черномор. гос. агроинж. акад. - Зерноград, 2000.

-    120 с.

47.    Киров, Н. Консервирование влажного зерна [Текст] / Н. Киров, О. Божинова, Л. Недляков; под. ред. В.И. Анискин. - М.: Колос, 1982. -160 с.

48.    Ковалев, В.В. Методы оценки инвестиционных проектов [Текст] / В.В. Ковалев.- М.: Финансы и статистика.- 2003. - 220 с.

49.    Клоков, Ю.В. Теория удаления влаги. 1. О градиентах процесса удаления влаги [Текст] / Ю.В.Клоков // Хранение и переработка сельхозсырья.-

2002.- №1.- С. 7-10.

50.    Клоков, Ю.В. Теория удаления влаги. О нагреве пищевых продуктов в ЭМП СВЧ "объемно" [Текст] / Ю.В.Клоков // Хранерие и переработка сельхозсырья.- 2003. - № 7. - С.29 - 31.

51.    Клоков, Ю.В. Теория удаления влаги. 3. О коэффициенте затухания электромагнитных волн при диссипации энергии СВЧ в пищевых продуктах [Текст] / Ю.В.Клоков // Хранение и переработка сельхозсырья.-2004. - №12.- С. 28 -29.

52.    Клоков, Ю.В. Теория удаления влаги. 4. Температурный коэффициент диссипируемой энергии поля СВЧ в пищевых продуктах [Текст] / Ю.В.Клоков // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006. - № 2.- С. 29

-    31.

53.    Краусп, В.Р. Автоматизация зернопунктов [Текст] / В.Р. Краусп, В.Н. Расстригин, В.Н. Грошев. - М.: Россельхозиздат, 1973. - 248 с.

54.    Краусп, В.Р. Автоматизация послеуборочной обработки зерна [Текст] / В.Р Краусп - М.: Машиностроение, 1975. - 277 с.

55.    Крылов, Э.И. Анализ эффективности инвестиционной и инновационной деятельности предприятий: учеб. пособие [Текст] / Э.И.Крылов.- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика.- 2003.- 608 с.

56.    Кулагин, М.С. Механизация послеуборочной обработки и хранения зерна и семян [Текст] / М.С. Кулагин, В.М. Соловьев, В.С. Желтов. - М.: Колос, 1979. - 256 с.

57.    Куцакова, В.Е. Интенсификация тепло - и массообмена при сушке пищевых продуктов [Текст] / В.Е. Куцакова, А.Н. Богатырев. - М.: Агропромиздат, 1987. - 236 с.

58.    Кучин, Л.Ф. Воздействие низкоэнергетическими СВЧ-полями на биологические объекты растениеводства [Текст] /Л.Ф. Кучин // Использование СВЧ-энергии в с.х. производстве: сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ.- Зерноград, 1989.- С. 18-23.

59.    Левков, Л.Э. Терморежимы и циклы вентилирования зерна в металлических хранилищах. [Текст]: дис. ... канд. техн. наук.: 05.20.0 1 / Л.Э.Левков. - М., 2004. - С. 18-23.

60.    Ленкова, Т. Эффективность СВЧ-обработки зерна [Текст] / Т. Ленкова, П. Паньков // Комбикорма. - 2000. - № 4. - С. 31- 32.

61.    Лоенко, В.В. СВЧ-сушка моркови и растительного сырья [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.20.02 / В.В. Лоенко. - М., 1999. - 18 с.

62.    Лыков, А.В. Теория тепло - и массопереноса [Текст] / А.В. Лыков, Ю.А. Михайлов. - Л., М.: Госэнергноиздат, 1963. - 535 с.

63.    Лыков, А.В. Исследование процесса сушки в поле высокой частоты [Текст] / А.В. Лыков, Г.А. Максимов // Тепло -и массообмен в капиллярно -пористых телах. - Л., М.: Госэнергоиздат, 1957. - С. 133-142.

64.    Малин, Н.И. Справочник по сушке зерна [Текст] / Н.И. Малинин.- М.: Агропромиздат, 1989. - 159с.

65.    Матвеев, Б.А. Влияние электромагнитного поля сверхвысокой частоты на всхожесть семян щетинника зеленого [Текст] / Б.А. Матвеев // Применение энергии высоких и сверхвысоких частот в технологических процессах сельскохозяйственного производства: сб. науч. тр. / ЧИМЭСХ.-Челябинск,1983.- С. 50-54.

66.    Максимов, Г.А. Исследование процессов тепло - и массообмена при внутреннем источнике [Текст]: автореф. дис. д-ра техн. наук / Г.А.. Максимов; МТИПП. - М., 1956. - 35 с.

67.    Мельник, Б.Е. Вентилирование зерна [Текст] / Б.Е. Мельник. - М.: Колос, 1970. -183 с.

68.    Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники [Текст].- М.: Минсельхозпром России,

2000. - 220 с.

69.    Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники: нормативно-справочный материал [Текст]. Ч.2.-М.: Минсельхозпром России, 2000.- 252 с.

70.    Некрутман, С.В. Тепловая обработка пищевых продуктов в электрическом поле сверхвысокой частоты [Текст] / С.В. Некрутман. - М.: Экономика, 1972. - 141 с.

71.    Окресс, Э. СВЧ энергетика [Текст] / Э.Окресс - М.: МИР, 1971. - Т.2. - 272 с.

72.    Остапенков, А.М. К решению задачи тепломассопереноса в продукте, нагреваемом в поле СВЧ [Текст] / А.М. Остапенков // Электронная обработка материалов. - 1979. - № 4. - С. 76-78.

73.    Павлык, В.А. Исследование процесса сушки зернового вороха в ионизированной воздушной среде [Текст] / В.А. Павлык, А.Е. Иванов // Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе: сб. науч. тр. / ВИМ.- М., 1998.- Ч. 1. - 168 с.

74.    Пахомов, В.И. Обоснование параметров излучателя сушилки СВЧ [Текст] / В.И. Пахомов, В.И. Шустов // Математическое моделирование уборочно -транспортных процессов: сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 1986. - С. 138-143.

75.    Пахомов, В.И. Параметры процесса сушки зерна с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты колебаний [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. - Зерноград, 1988. - 220 с.

76.    Пахомов, В.И. Сушка измельченных растительных материалов с использованием СВЧ-энергии [Текст] / В.И. Пахомов, Е.Д. Прончев // Исследование и разработки по механизации возделывания, уборки и переработки сельскохозяйственных культур: сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 1992. - С. 171-177.

77.    Пахомов, В.И. Основные закономерности тепломассопереноса при микронизации зерна с использованием СВЧ-энергии [Текст] /

В.И. Пахомов, В.Д. Каун // Совершенствование технологических процессов, машин и аппаратов в инженерной сфере АПК: материалы науч. конф. / АЧГАА. - Зерноград , 1999. - С. 79.

78.    Пахомов, В.И. Оптимизация тепловой обработки фуражного зерна СВЧ -энергией [Текст] / В.И. Пахомов, В.Д. Каун // Мех. и электр. с. -х. - 2000. -№ 9. - С. 8-10.

79.    Пахомов, В.И. Повышение кормовой ценности зерна высокоинтенсивной тепловой СВЧ обработкой [Текст] / В.И. Пахомов, В.Д. Каун // Механизация и электрификация сельского хозяйства.- 2004. - №4. - С. 4-5.

80.    Пахомов, В.И. Оптимизация тепловой обработки фуражного сырья СВЧ энергией [Текст] / В.И. Пахомов, В.Д. Каун // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2000. - № 9. - С. 8-10.

81.    Пахомов, В.И. Динамика СВЧ нагрева при микронизации зерна [Текст] /

В.И. Пахомов, В.Д. Каун // Обоснование и разработка новых технологий и технологических средств в животноводстве: сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 2001. - С. 100-109.

82.    Пюшнер, Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот: пер. с англ. [Текст] / Г. Пюшнер.- М.: «Энергия», 1968.- 311 с.

83.    Рогов, И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов [Текст] / И.А. Рогов. - М.: Агропромиздат , 1988. - 272 с.

84.    Рогов, И.А. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов [Текст] / И.А. Рогов, С.В. Некрутман. - М.: Агропромиздат, 1986. - 351 с.

85.    Рогов, И.А. Сверхвысокочастотный и инфракрасный нагрев пищевых продуктов [Текст] / И.А. Рогов, С.В. Некрутман. - М.: Пищевая промышленность, 1976. - 212 с.

86.    Рогов, И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов [Текст] / И.А. Рогов, А.В. Горбатов. - М.: Пищевая промышленность, 1974. - 584 с.

87.    Рогов, И.А. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов [Текст] / И.А. Рогов, С.В. Некрутман. - М.: Агропромиздат, 1986. - 351 с.

88.    Рудобашта, С.П. Кинетика низкотемпературной сушки зерна озонированным воздухом [Текст] / С.П. Рудобашта, Н.Н. Нуриев // «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажнастная обработка материалов)»: тр. международ. науч -практич. конф. / МГАУ. - М., 2002. - Т. 4.- С. 56-59.

89.    Сакун, В.А. Сушка и активное вентилирование зерна и зеленых кормов [Текст] / В.А.Сакун. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1974. - 216 с.

90.    Сакун, В.А. Сушка и активное вентилирование зерна [Текст] / В.А. Сакун.

- М.: Колос, 1969. - 176 с.

91.    Сорочинский, В.Ф. Повышение эффективности конвективной сушки и охлаждения зерна на основе интенсификации тепломассообменных процессов. [Текст]: дис. ... док. техн. наук.: 05.18.12 - М., 2003. - 407 с.

92.    Термообработка пищевых продуктов с применением СВЧ-энергии [Текст] / В.Н. Удалов, С.В. Симовьян, А.И. Маштакова, Н.К. Беляева. - М.: «Электроника», 1985. - 42 с.- ( Электроника (ВЧ):Обзоры по электронной технике / ЦНИИ.

93.    Троцкая, Т.П. Электроактивирование процессов сушки растительных материалов [Текст]: автореф. дис. доктора техн. наук: 05.20.02. - М., 1998.

- 31 с.

94.    Троцкая, Т.П. Энергосберегающая технология сушки сельскохозяйственных материалов в озоно-воздушной среде [Текст] / Т.П. Троцкая.- Минск: БелНИИМСХ, 1997. - 750 с.

95.    Ткачев, Р.В. Электроактивирование процесса сушки семян [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук. - М., 2000. - 20 с.

96.    Удинцова, Н.М. Разработка способа применения электрооборудования и обоснование мощности электрокалориферов бункеров активного вентилирования при предпосевной обработке семян [Текст]: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. - Зерноград, 1998. - 24 с.

97.    Фомин, Ю.А. Комплексная механизация и автоматизация по хранению и переработки зерна [Текст] / Ю.А. Фомин, Н.А. Малин, Т.В. Шленская .-М.,1986.-57 с.- (Автоматизация производственных процессов на предприятий отрасли: Обзорная информация / ЦНИИТЭИ Минхлебпродукта СССР)

98.    Шибаев, П.Н. Активное вентилирование семян [Текст] / П.Н. Шибаев, П.А.Карпов - М.: Гос. изд-во с/х литературы, 1952. - 124 с.

99.    Шванская, И.А. Сушка семян масленичных культур с использованием СВЧ нагрева [Текст] / И.А. Шванская // Техника и оборудование для села. -

2003. - №8. - С. 18-19.

100.    Шибаев, Г.Н. Активное вентилирование семян [Текст] / Г.Н.Шибаев, Б.А. Карпов . - М.: Россельхозиздат, 1969. - 110 с.

101.    Харвей, А. Ф. Техника сверхвысоких частот. Т.2: пер. с англ. [Текст] / А.Ф.Харвей. - М.: Советское радио, 1965.- 774 с.

102.    Хасанова, З.М. Действие электрического поля на морфофизиологические особенности и продуктивность яровой пшеницы [Текст]: дис. ... док. биол. наук / З.М. Хасанова. - СПб, 1992. - 423 с.

103.    Экологически чистый способ сушки предпосевной обработки семян зерновых культур озонированным воздухом [Текст] // НТИ и рынок. -1998. - №5. - С.42-43.

104.    Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов [Текст]: Справочник / Под ред. И.А. Рогова. - М., Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.

105.    Электроозонированная сушка зерна активны вентилированием [Текст] // Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники: материалы междунар. науч.- практ. конф., посвященной 70-летию академика С.И. Назарова. - Горки, 1998. - С.22-24.

106.    Энергосбережение в процессах сушки с. -х. материалов [Текст] // Достижения науки - сельскому хозяйству «Верхневолжья»: тез. докл. XVI научно-практич. конф. - Тверь, 1993. - С. 99.

107.    Brockley, R.P. Foliar sampling guiedelines and nutrient interpretative criteria for lodgepole pine [Text] // B.C. Ministry of forest, research branch (Victoria),

2001. - Extension. - №52.

108.    Bykov ,Y.V. [Text] /Y.V. Bykov, K.I. Rybakov, E. Semenov // J. Pys D: Appl. Phys. 2001.- V 34.- P. 55.

109.    Copson, D.A. [Text] / D.A. Copson / Microwave Heating, Westport, Connecticut, AVI, 1962. - 292 p.

110.    Calla, O P N [Text] / O. Calla, I. Hannan , IJRSP, vol. 30, April 2001. - P. 106111.

111.    Decareau, R.V. For microwave heating tune to 915 MHz or 2450 MHz [Text] / R.V. Decareu // Food Eng., 37, 1965. - P. 55-56.

112.    Determination of water content of soil by the microwave oven method D 464393 [Text] // Annual book of ASTM standarts, 1996.

113.    Fawwaz, T Ulaby Microwave remote sensing Active and Passive Vol. 1 [Text] / Fawwaz, T Ulaby, Richard, K Moore and Adrian K Fung // Addision-Wesley publishing company Inc. Vol. 3 (1986) Artech House Inc. 1 1981. - 317 p.

114.    Gongar, I. Uber die mechanische und dielectrische Zerklainerung von Getreibe -und Olsaaten, m. Fetle Seifen - Anstrichmittee, 1968. - № 6 . - P. 28-30.

115.    Grothaus, H.-P. Einsatz thermischer Verfahren zur Abtotung von Phoma betae in Zuckerrubensaatgut unter besonderer Berucksichtigung von Mikrowellenenergie [Text]: Diss... Gottingen, 1997. - 139 p.

116.    Hoover, M.W. Experimental and engineering aspects of accelerated freeze-drying of foods by means of UHF dielectricheating / M.W. Hoover, A. Markantonatos, W.N. Parker // Food Technol., 1966.- v. 20.- pp. 103-110.

117.    Jomeh, Z.E. Mcrowavw Driying, as Against Combined Method of Drying Sliced Apple [Text] / Z.E. Jomeh, G.R. Askari IranJ.agr.Sc., 2004. - T. 35.- №3. - pp. 777-785.

118.    Iason, A.C. Didectric thawing offish [Text] / A.C. Iason, H.R. Sanders. Experiments with frozen with, Food Technol., 16, 1962. - P. 107 - 112.

119.    Lentz, C.P. Thermal conductivity of meats, fast, gelatis gels and ise [Text] /

C.P. Lentz. Food Technol., 15, 1961. -P. 243-247.

120.    Mann, C.A. Mechanism of dielectric drying [Text] / C.A. Mann, N.H. Geaglsre, A.S. Oslon. Industr. Eng Chem. 8. 1949, p. 1686 - 1964.

121.    Microwave dryer to be available in early 1982 [Text] // Farm Industry News. -Midwest. -1981. - 214 p.

122.    Microwave Journal [Text], v. 19, - № 8, august, 1976, - P. 13.

123.    Okress, E.S. Mikrowave Power Engineering [Text] / E.S. Okres - New - York -London, 1968, v.2. - 270 p.

124.    Puescner, H. Heating with microwaves [Text] / H. Puesner. - Holland, 1966. -317 p.

125.    Rechcigl, J.E. Comporation of various soil drying tehniquest on extractable nutrients [Text] / J.E. Rechcigl, G.G. Payne, C.A. Sanchez // Commun. Soil Sci. Plant Anal., 1992. Vol 23, № 17-20. P 2347-2363.

126.    Staney, E. Microwave Vacuum drying [Text] / E. Staney // Food Eng. - 1979. -v. 51. P 73-79.

ПРИЛОЖЕНИЯ

О внедрении научной разработки

«Утверждаю»

АКТ


Настоящий акт составлен в том, что в соответствии с договором о научном сотрудничестве между ООО «АСТ» и ФГОУ ВПО АЧГАА от 10.01. 2006 г. аспирантом кафедры информационных технологий Будниковым Д.А., и заведующим кафедрой, профессором Васильевым А.Н. выполнена следующая научная работа:

-    теоретическими исследованиями найдена взаимосвязь давления жидкости в зерновке, при нагреве ее СВЧ полем, с перепадом температур между центром и поверхностью зерновки;

-    установлена корреляционная зависимость релаксации давления пара в зерновке с перепадом температур внутри нее;

получена регрессионная модель, показывающая распределение

температуры нагрева зерна в активной СВЧ зоне от одного магнетрона.

Выполненные разработки позволили при проектировании и изготовлении активной СВЧ зоны определить необходимые размеры и конфигурацию стенок СВЧ активной зоны, рассчитать количество магнетронов в ряду активной зоны в зависимости от производительности сушилки, определить режим работы магнетронов при сушке зерна различной влажности.

Васильев А.Н.


Зав каф. И.Т. к.т.н., профессор


Инженер


Будников Д.А.


О внедрении научной разработки

«Утверждаю»

АКТ


Настоящий акт составлен в том, что в соответствии с договором о научном сотрудничестве между ООО «АСТ» и ФГОУ ВПО АЧГАА от 10.01. 2006 г. аспирантом кафедры информационных технологий Будниковым Д.А., и заведующим кафедрой, профессором Васильевым А.Н. выполнена следующая научная работа:

теоретическими исследованиями найдена взаимосвязь давления

жидкости в зерновке, при нагреве ее СВЧ полем, с перепадом температур между центром и поверхностью зерновки;

- установлена корреляционная зависимость релаксации давления пара в зерновке с перепадом температур внутри нее;

получена регрессионная модель, показывающая распределение

температуры нагрева зерна в активной СВЧ зоне от одного магнетрона.

Выполненные разработки позволили при проектировании и изготовлении активной СВЧ зоны определить необходимые размеры и конфигурацию стенок СВЧ активной зоны, рассчитать количество магнетронов в ряду активной зоны в зависимости от производительности сушилки, определить режим работы магнетронов при сушке зерна различной влажности.

Васильев А.Н.


Зав каф. И.Т. к.т.н., профессор


Инженер


Будников Д.А.


1

   - на расстоянии 2 см от магнетрона по его оси, на поверхности зерновки;