Введение к работе
Актуальность темы. Современное состояние пищевой промышленности характеризуется значительным сокращением объемов производства, недостаточным материально-техническим обеспечением пищевых предприятий, разрывом связей г. сферах заготовок и поставок. В условиях возрастающего потребления энергии, с одной стороны, и дефицита энергетических ресурсов, с другой, все более остро ставятся вопросы рационального использования энергии, утилизации и рекуперации тепла во всех процессах пищевой технологии, включая сушку.
Для ускорения темпов развития перерабатывающей промышленности необходима разработка новых и совершенствование существующих технологи)! и оборудования и их реализация в кратчайшие сроки. Несовершенство сушильной техники отражается на качестве выпускаемой продукции, создаст1 дополнительные технологические затруднения при соблюдении режимов сушки и приводит к увеличению себестоимости продукта.
Решение ключевых вопросов вывода экономики из кризиса неразрывно связано с созданием энерго - и ресурсосберегающих технологий и оборудования, характеризующихся значительной энергоемкостью и длительностью. В большинстве случаев их нельзя признать оптимальными с энергетической точки зрения, достаточно научно обоснованными и максимально соответствующими кинетическим, гидродинамическим и термодинамическим закономерностям процессов.
Цель работы; разработка энергосберегающих технологии и оборудования для сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья при различных методах энергоподвода на основе новых теоретических и экспериментальных данных о кинетике, тепломассообмене, гидродинамике, моделировании с использованием принципов энергосбережения по утилизации и рекуперации вторичных ресурсов.
Задачи исследования: 1. Разработать концепцию моделирования максимально прибыльных технологий сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья, обеспечивающих экономию материальных и энергетических ресурсов. В соответствии с
принципами системного анатиза провести декомпозицию целей многофункционального процесса сушки с построением ^дерева целен», определить состав аргументов целевой функции и конкретизировать возможные ее модификации при оптимизации.
-
Разработать научно-теоретические положения о развитии принципов энергосбережения іі на единой методологической основе предложить стратегию многоканального управления процессами сушки и тепловой обработки пищевого сырья, составить программно-логические алгоритмы функционирования систем управленії.'! с учетом ограничений по управляемым переменным, обусловленных получением высушенного продукта высокого качества.
-
Используя экспериментально - статистические и аналитические методы исследования конвективной сушки пищевого сырья в неподвижном и подвижном перемешиваемом слое, сушки в кипящем слое в срс,<е перегретого пара, методом сброса давления и сублимацией: создать информационное обеспечение для реализации новых способов управления с наименьшими потерями тепла и электроэнергии как в установившихся режимах работы сушилок, так и в условиях случайных возмущений.
-
Разработать принципиально новое сушильное оборудование, способное адаптироваться к оптимальным режимам сушки при значительных колебаниях возмущающих фактороз.
-
Провести производственную апробацию созданных сушильных установок, способов производства и управления, показать их оптимизационные возможности для рационального использования топливно-энергетических ресурсов.
Научная новизна. На основе феноменологического подхода к физическим явлениям разработана концепция моделирования максимально прибыльных технологий сушки и тепловой обработки пищевого сырья. Она представлена совокупностью функции цели (критерия оптимальности), математического описания и системой ограничений, комплексно учитывает компромисс между достижением разных подцелей многофункционального процесса с учетом полезности взаимного соизмерения конечных результатов и их сопоставления с затратами ресурсов всех видов.
Получены и обобщены новые теоретические и экспериментальные данные о гидродинамике, тепломассообмене, кинетике, мо-
делировании процессов сушки и тепловой обработки при различных методах энергоподвода.
Разработаны научно-теоретические основы развития принципов энергосбережения по утилизации и рекуперации вторичных ресурсов при конвективной сушке пищевого сырья в неподвижном и подвижном перемешиваемом слое, сушке в кипящем слое в среде перегретого пара, методом сброса давления и сублимацией.
Разработа: :стоды расчета процессов сушки в нестационарных режимах управления технологическими параметрами и создано информационное обеспечение для реализации новых способов управления, обеспечивающих наименьшие потери тепла и электроэнергии как в установившихся режимах работы сушилок, так и в условиях елл'чайных возмущений.
Предложены способы конвективной сушки зернистых продуктов с рециркуляцией отработанного теплоносителя и частичным возвратом сухого продукта на сушку, в том числе с применением теплонасосной установки, сушки круп в замкнутом цикле при использовании в качестве теплоносителя перегретого пара, а также способы производства взорванных зерен и сублимированных ферментных препаратов, обеспечивающие экономию энергетических и материальных ресурсов.
Разработаны научные основы проектирования сушильных установок, способных адаптироваться к условиям оптимальных режимов сушки в широком диапазоне изменения случайных факторов.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Предложены новые способы конвективной сушки зернистых продуктов, сушки перегретым паром, способы производства взорванных зерен методом сброса давления и сублимированных ферментных препаратов; разработаны методики инженерных расчетов этих процессов; созданы оборудование и технологии сушки с максимальной реализацией неиспользованных резервов основных принципов энергосбережения.
Способы управления процессами сушки внедрены на Рамон-ском сахарном заводе, на Грязинском пищекомбинате, на Ннжне-кисляйском сахарном заводе, в Семнлукской заготконторе Воронежского облпотребсоюза. Барабанная сушилка внедрена на Валуй-ском сахарном заводе.
Предложены конструкции конвективных установок для реализации процесса сушки в подвижном, неподвижном и пересыпающемся слое; комбинированная сушилка с чередованием зон от-лежки и с\тлки зернистого продукта перегретым паром; установки для получения взорванных зерен, сублимационная сушилка для ферментных препаратов.
Экономический эффект от реализации результатов работы составляет 206 тыс. р\блеп (в ценах 1998 г.)
Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях (Пловдив - 1989; Краснодар - 1993, 1994, 1997; Могилев - 1995, 1998; Тамбов - 1994; Казань - 1996; Воронеж -1997), всесоюзных конференциях, симпозиумах и семинарах (Воронеж - 19S2, 1987, 1988; Харьков - 1983; Ташкент - 1983; Тамбов - 1984. 19SS; Чебоксары - 1985; Грозный - 1986, 1989; Пушино - 1987, 1990; Москва - 1987, 1988, 1989; Одесса - 1991; Санкт-Петербург - 1991. 1999; Киев - 19?1), республиканских научно-технических конференциях (Тбилиси - 1982; Воронеж - 1986; Черкассы - 1987; Краснодар -1992).
Исследования выполнены в соответствии с целевой программой создания и развития технологического оборудования для перерабатывающих отраслей АПК в рамках направления «Конверсия оборонных отраслей промышленности», входящего в Федеральную программу структурной перестройки экономики России на период до 1995 г., с Российской научно-технической программой «Новые интенсивные технологии дл,". агропромышленного комплекса России» в интересах ускорения решения продовольственной проблемы на 1991-.1993 гг. и ежегодными планами научно-исследовательской работы кафедры машин и аппаратов пищевых производств ВІТА.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 123 работах, в том числе в трех учебных, пособиях, в монографии; получено 27 авторских свидетельств и 10 патентов на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 422 с, содержит 128 рисунков и 25 таблиц. Список литературы включает 262 наименования, в том числе 46 иностранных. Приложения к диссертации представлены на 73 страницах.