Совершенствование тепломассообменных процессов при сушке кормовых дрожжей в диспергированном состоянии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат технических наук Максименко, Юрий Александрович

• Максименко, Юрий Александрович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Максименко, Юрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА

ХАРАКТЕРИСТИКА ИНЖЕНЕРНЫХ И НАУЧНЫХ ПРОБЛЕММ СУШКИ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ

1.1 Перспективы производства и области использования кормовых дрожжей

1.2 Общая характеристика кормовых дрожжей 11 ф 1.3 Структурно-механические, физико-химические и биологические характеристики кормовых дрожжей

Вязкость

Поверхностное натяжение

Структурно-механические характеристики

Термоустойчивость

Ксероустойчивость

1.4 Выбор перспективного способа сушки и конструкторских решений для его осуществления

ГЛАВА

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ С ВОДОЙ НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ,

ГИГРОСКОПИЧЕСКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

2.1 Теплофизические и структурно-механические характеристики кормовых дрожжевых концентратов

2.2 Механизм взаимодействия кормовых дрожжей с водой

2.3 Термодинамика внутреннего массопереноса при взаимодействии кормовых дрожжей с водой

ГЛАВА

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ

НА ИНТЕНСИВНОСТЬ СУШКИ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ И АНАЛИЗА КИНЕТИКИ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ 69 3.1 Экспериментальное изучение кинетики сушки кормовых дрожжей в дисперигированном состоянии

Описание экспериментальной установки

Планирование и погрешность экспериментов

Определение зависимости интенсивности сушки от Л влияющих факторов

3.2 Совершенствование тепломассообменных процессов и влияние основных факторов на процесс сушки кормовых дрожжей 80 Влияние начальной влажности кормовых дрожжей

Влияние скорости сушильного агента

Влияние температуры сушильного агента

3.2 Тепломассообмен при сушке кормовых дрожжей в диспергированном состоянии

Обработка экспериментальных данных по кинетике сушки

Анализ механизма тепломассопереноса

ГЛАВА

ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ В ПРОЦЕССЕ СУШКИ

ГЛАВА

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ДИСПЕРГИРОВАННЫХ ЧАСТИЦ С ЦЕЛЬЮ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ И МАССОВЛАГООБМЕННЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ

ГЛАВА

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ

ОБЩИЕ ВЫВ ОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование тепломассообменных процессов при сушке кормовых дрожжей в диспергированном состоянии»

В животноводстве и птицеводстве, существует проблема обеспечения кормового рациона белком, витаминами и другими ценными компонентами, ввиду их дефицита в традиционно используемых комбикормах.

В настоящее время утилизации отходов производства спирта с точки зрения использования ценных белковых компонентов и экологической безопасности, вследствие их токсичности уделяется большое внимание. В этой связи очевидна целесообразность исследований, направленных на разработку и совершенствование методов получения вторичных продуктов из отходов спиртового производства. Одним из таких продуктов являются кормовые дрожжи, получаемые при микробиологическом синтезе послеспиртовой барды, обладающей высокой питательной ценностью.

Использование кормового сырья в рационах сельскохозяйственных животных и птиц, предъявляет высокие требования к качеству готового продукта, которое обуславливало бы, во-первых, необходимое содержание белковых и других ценных компонентов, а во-вторых, длительное хранение. Также очевидной представляется необходимость снижения расходов на транспортировку кормов, так как спиртовые заводы располагаются преимущественно в городской черте.

За последние десятилетия предложены разнообразные технологии кормовой продукции, однако их внедрение и надежное функционирование требует тщательного технико-экономического обоснования и сдерживается отсутствием надежных способов и аппаратов для сушки, являющейся заключительной и наиболее энергоемкой операцией в технологическом процессе. Известно, что максимальный экономический эффект достигается при микробиологическом выращивании на основе барды кормовых дрожжей, представляющих высокоценный белково-витаминный продукт. Таким образом, совершенствование тепломассообменных процессов при производстве кормовых дрожжей актуально и представляет научный и практический интерес.

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом НИР АГТУ и региональной программой «Создание в Астраханской области комплекса по производству сухих плодоовощных продуктов, переработке и утилизации отходов и производство на их основе кормов, кормовых добавок и других продуктов и товаров» под руководством д.т.н., проф. И.Ю. Алексаняна в Астраханском государственном техническом университете на кафедре «Технологические машины и оборудование».

Целью работы является получение рациональных режимных параметров проведения процесса сушки кормовых дрожжей в диспергированном состоянии для обоснованного выбора высокоэффективного сушильного оборудования и метода его расчета.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- выбор перспективных направлений интенсификации тепломассообмена при сушке кормовых дрожжей на основе технико-экономического анализа способов сушки и конструкторских решений для их осуществления; исследование путем комплексных натурных экспериментов и теоретического обобщения литературных данных теплофизических (ТФХ), физико-химических (ФХС), структурных и массовлагообменных характеристик, а также изучения термодинамики статического взаимодействия кормовых дрожжей с водой;

- экспериментально и теоретически исследовать гидродинамику процесса псевдоожижения при сушке кормовых дрожжей;

- выбор и обоснование рациональных режимных параметров и способа энергоподвода в процессе, обезвоживания с учетом влияния основных факторов на интенсивность конвективной сушки кормовых дрожжей в кипящем слое;

- выявление особенностей механизма внутреннего тепломассопереноса при сушке в псевдоожиженном состоянии на основе экспериментальных и теоретических исследований;

- анализ полей температур и определение зависимости массовлагообменных характеристик от влияющих параметров путем физико-математического моделирования тепломассообменых процессов при сушке кормовых дрожжей в псевдоожиженном состоянии;

- рекомендации по практическим методам интенсификации и расчета тепломассообмена в процессах сушки диспергированных кормовых дрожжей и конструкторским решениям для их реализации.

Исходя из поставленной цели и задач, решение которых необходимых для ее достижения, можно определить структуру диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Максименко, Юрий Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложен рациональный метод конвективной сушки в псевдоожиженном состоянии без использования инертных тел, который позволяет повысить скорость непрерывного обезвоживания при «бережных» режимных параметрах, сравнительно низких энергозатратах и высоком качестве готовой продукции;

2. Для оценки характера и продолжительности обезвоживания были систематизированы и обобщены теплофизические и структурно-механические характеристики кормовых дрожжей с использованием литературных и экспериментальных данных, получены аппроксимирующие уравнения зависимости ТФХ и CMC от температуры и влажности продукта для реальных диапазонов обезвоживания с целью облегчения их оперативного применения в инженерных расчетах и математическом моделировании процесса;

3. Термодинамический анализ статики процесса сушки показал, что энтропийная составляющая свободной энергии для кормовых дрожжей играет значительную роль и свидетельствует о наличии полупроницаемых мембранных оболочек (клеточных оболочек, стенок капилляров) и ориентационном, структурном (иммобилизационном) и осмотическом механизме их взаимодействия с водой. Отрицательное значение свободной энергии во всей области свидетельствует о сильном набухании и частичном растворении при больших значениях активности воды.

4. Выявлено, что гидравлическое сопротивление уменьшается при уменьшении влажности продукта, и как следствие, уменьшение характерного размера и массы, изменение пористости и соответственно плотности частиц. Получены аппроксимирующие математические зависимости гидравлического сопротивления и критических перепадов давления от времени, влажности при различных варьируемых параметрах. Определены и обоснованы критические скорости начала псевдоожижения и уноса с учетом интенсивности процесса сушки и энергозатрат.

5. Получены зависимости удельного съема сухого продукта от режимных параметров на основе анализа механизма внутреннего тепломассопереноса, в результате разработан рациональный способ конвективной сушки кормовых дрожжей в диспергированном состоянии.

6. Получены уравнения зависимостей кинетических коэффициентов при зональной аппроксимации кривых скорости влагоудаления в псевдоожиженном состоянии с учетом реальных технологических параметрических ограничений и динамики процесса сушки.

7. Проведен анализ полей температур и определены зависимости массовлагообменных характеристик от влияющих параметров путем физико-математического моделирования тепломассообменых процессов и его численной реализации при сушке кормовых дрожжей в псевдоожиженном состоянии;

8. Разработаны и изготовлена оригинальная опытная установка для изучения кинетики конвективной сушки диспергированных продуктов и методика проведения экспериментов, усовершенствована методика расчета промышленной установки для сушки кормовых дрожжей, рекомендована рациональная конструкция сушилки с кипящим слоем жидкого продукта без использования инертных тел.

Работа отмечена дипломом и серебряной медалью на V Московском международном салоне инноваций и инвестиций.

Результаты полученные в диссертационной работе приняты к использованию и дальнейшему внедрению на предприятии ОАО «Астраханский спиртзавод», где анализ рекомендаций, приведенных в работе показал высокий научно-технический уровень, а также подтвердил актуальность исследований и экономическую эффективность внедрения результатов работы, что подтверждено предварительным технико-экономическим расчетом.

Таким образом, результаты и рекомендации, полученные на основе проведенных исследований, могут быть использованы при создании, рационализации и интенсификации прогрессивных технологических процессов и высокоэффективных промышленных установок для кормовой, пищевой и смежных с ними отраслей промышленности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Максименко, Юрий Александрович, 2005 год

1. Авт. свид. СССР № 596798, 1976; Бюл. изобрег., 1977, № 19.

2. Акулич П.В. Разработка активных термогидродинамических режимов сушки дисперсных материалов и научные основы из расчета. Автореф. дисс. докт. техн. наук. Минск. Белорус, национ. технич. университет. 2002. С.54-58.

3. Алексанян И.Ю. Развитие научных основ процессов высокоинтенсивной сушки продуктов животного и растительного происхождения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М.гМГУПБ, 2001 г. - 52 с.

4. Алексанян И.Ю., Синяк С.В., Максименко Ю.А. Моделирование осциллирующих рациональных режимов сушки // Материалы Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях». ММТТ-18. Казань, 2005. т. 9. С. 143-145.

5. Алексанян И.Ю., Буйнов А.А. Высокоинтенсивная сушка пищевых продуктов. Пеносушка. Теория. Практика. Моделирование, Монография. /Изд-во АГТУ. Астрахань.2005 г.

6. Базаров В.Г. А. с. 266124 Бюл. изобр., 1970, № 11, с.39.

7. Бармашев В.А., Романков П.Г., Яблонский П.А. О гидравлическом сопротивлении псевдоожиженного слоя мелкозернистого материала в аппарате со щелевидным горизонтальным подводом газа. -ТОХТ, 1974, №3, С. 131.

8. Беккер М.Е. Обезвоживание микробной биомассы. Рига: Зинатне, 1967.-364 с.

9. Бокин И.А., Михайлик В.Д. В сб.: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции по дальнейшему совершенствованию теории, техники и технологии сушки. Ч. 4. Минск: 1981, С.79-80.

10. Бородин В.А. и др. Распыливание жидкостей. М., Машиностроение, 1967. 208 с.

11. Браунштейн Б.Ц., Тодес О.М. Гидравлика слоя твердых частиц, взвешенных в восходящем потоке газа. Нефтяное хозяйство, 1951, т. 29, №4, С. 32.

12. Брунауэр С. и др. Адсорбция газов и паров / С. Брунауэр, Р.Эммет, Е.Теллер, М.: Иностранная литература, 1948. - 849 с.

13. Буйнов А.А. и др. Гигроскопические свойства рыбных белковых гидролизатов, высушенных во вспененном состоянии / Буйнов А.А., Гинзбург А.С., Сыроедов В.И.// Известия вузов СССР. Пищевая технология. 1977. - № 5. - С.87-90.

14. Буйнов А.А. и др. Термодинамика рыбных гидролизатов /Буйнов А.А., Гинзбург А.С., Сыроедов В.И. // Известия вузов СССР. Пищевая технология. 1982 .-№6.-С. 87-90.

15. Буйнов А.А. Исследование процессов пеносушки рыбных пищевых гидролизатов / Автореф. дис. канд.техн. наук. М., 1977. - 29 с.

16. Бурминский Э.П. и др. А. с. 876179. Бюл. изобр., 1981, № 40. С. 38.

17. Вахрушев И.А. О коэффициенте лобового сопротивления частиц при стесненном осаждении в псевдоожиженном слое. Химическая промышленность, 1966, №6. С. 471.

18. Вахрушев И.А. Общее уравнение для коэффициента лобового сопротивления частиц различной изометрической формы при относительном движении в безграничной среде. Химическая промышленность, 1965, №8. С. 614.

19. Вешкурцев П.А. А. с. 895526. Бюл. изобр., 1982, № 1. С. 23.

20. Витман JI.A. и др. Распыливание жидкости форсунками. М., Госэнергоиздат, 1962. 264 с.

21. Вода в пищевых продуктах / Под ред. Р.Б.Дакуорта: пер. с англ. М.: Пищевая промышленность - 1980 - 575 с.

22. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии . М: Химия, 1976. - 512 с.

23. Выговский Г.А., Хорошков Ю.Ф. А. с. 579028. Бюл. изобр., 1977, № 41. С. 39.

24. Вязиков Б.П. и др. А. с. 657858. Бюл. изобр., 1979, № 15.

25. Гаврилин А.В., Полякова Г.А. Исследование вязкостных свойств дрожжевой суспензии применительно к процессу выпаривания. // Тр.

26. ВНИИИбиотехники. Автоматизация управлением промышленным биосинтезом. Аппаратура и технология культивирования.- 1979.-Вып.1. С. 149-154.

27. Гал С. Последние достижения в области методов определения изотерм сорбции / Дакуорт Р.Б., Гал С. Вода в пищевых продуктах .- пер. с англ. М; Пищевая промышленность, 1980. С. 110-125.

28. Галустов B.C. и др. А. с. 531549. Бюл. изобр., 1976, № 38. С. 73.

29. Галустов B.C. и др. А. с. 611683. Бюл. изобр., 1978, № 23. С. 27.

30. Галустов B.C. и др. А. с. 673318. Бюл. изобр., 1979, № 26. С. 41.

31. Галустов B.C. и др. А. с. 770555. Бюл. изобр., 1980, №36.

32. Галустов B.C. и др. А. с. 784933. Бюл. изобр., 1980, №45.

33. Галустов B.C. и др. А. с. 856570. Бюл. изобр., 1981, №31.

34. Галустов B.C. и др. А. с. 876180. Бюл. изобр., 1981, №40. С. 67.

35. Галустов B.C. и др. А. с. 925413. Бюл. изобр., 1982, № 17. С. 39.

36. Галустов B.C., Шувалов В.В. А. с. 621386. Бюл. изобр., 1978, № 32.

37. Гальперин Н.И., Аинштеин В.Г., Кваша В.Б. Основы техникипсевдоожижения. М.: Химия, 1967. - 664 с.

38. Гамаюнов Н.И. Исследование сорбированной влаги на органических материалах. / Торфяные и водные ресурсы Верхневолжья и их использование.-Калинин: Калининский ГУ, 1980.- С. 19 42.

39. Гинзбург А.С., Громов М.А. Теплофизические характеристики картофеля, овощей и плодов. М.: Агропромиздат, 1987, 272 с.

40. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. -М.: Пищевая промышленность, 1975 527 с.

41. Гинзбург А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. -М.: Агропромиздат, 1985.-336 с.

42. Гинзбург А.С. Савина И.М. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 280 с.

43. Гинзбург А. С., Резчиков В.А. Основные аэродинамические и структурные характеристики псевдоожиженного слоя зерна. ИФЖ, 1965, т. 5, № 5. С. 55.

44. Глинка Н, Робинзон А. Влажность и её определение / Хранение зерна и зерновых продуктов, М.: Изд-во ин. лит-ры, 1956.

45. Головачевский Ю.А. Оросители и форсунки скрубберов химической промышленности. М., Машиностроение, 1974. 270 с.

46. Горошко В.Д., Розенбаум Р.Б., Тодес О.М. Приближенные закономерности гидравлики взвешенного слоя и стесненного падения. Известия вузов СССР. Нефть и газ, 1958, № 1. С. 125.

47. ГОСТ 20083-74. Дрожжи кормовые. Технические условия.

48. Грануляция сушкой дрожжевой суспензии в кипящем слое / С.Э. Ляндерс, В.И. Новицкий, В.А. Будков и др.. // Микробиологическая промышленность.-1977.-№ 1 .-С. 10-12.

49. Гупало Ю.П. О некоторых закономерностях псевдоожиженного слоя и стесненного падения. ИФЖ, 1962, т. 5, № 1. С. 96.

50. Гуськов В.А. Обогащение каменного угля. Харьков; Киев: Укр. Гос. научно-техническое изд-во, 1934. - 360 с.

51. Данилов О.Л., Леончик Б.И. Экономия энергии при тепловой сушке. М.: Энергоатомиздат, 1986, 134 с.

52. Девидсон И., Харрисон Д. Псевдоожижение. М.: Химия, 1974. - 725с.

53. Дементьев В.М., Графман С.Я. Некоторые вопросы ожижения крупных частиц. ТОХТ, 1975, № 9. С. 470.

54. Дитякин Ю.Ф. и др. Распыливание жидкостей. М., Машиностроение, 1977. 208 с.

55. Долинский А.А., Малецкая К.Д., Шморгуи В.В. Кинетика и технология сушки распылением. Киев: Наукова думка, 1987. 220 с.

56. Ересько А.Ф. и др. А. с. 835504. Бюл. изобр., 1961, № 21. С.65.

57. Заварин Н.Д. и др. А. с. 567505. Бюл. изобр., 1977, № 29. С. 56.

58. Заварин Н.Д. и др. А. с. 584897. Бюл. изобр., 1977, № 47. С. 54.

59. Заварин Н.Д. и др. А. с. 706132. -Бюл. изобр., 1979, № 48. С. 76.72; Заварин Н.Д., Галустов B.C. А. с. 680766. Бюл. изобр., 1979, № 31. С.69.