Введение к работе
Актуальность работы.
Одна из основ развития современного общества и роста уровня жизни - повышение эффективности производства. Значительную роль в этом играет научно-технический прогресс, опирающийся на фундаментальные и прикладные исследования.
При изготовлении многих пищевых продуктов, а также для обеспечения сохранности различных видов сырья широко применяется сушка, на которую расходуется большое количество энергии.
Пивоваренный солод принадлежит к сыпучим зернистым продуктам, обрабатываемый на конвективных сушилках. Он выпускается в больших количествах (в России в настоящее время - около 580000 т/год), его производство характеризуется высокими удельными энергозатратами (электроэнергии - 40-70 кВт-ч/т; теплоты 3,0-6,7 ГДж/т). необходимостью модернизации основной части парка солодосушилок (физически изношенных и морально устаревших) и улучшения качества получаемого продукта (определяющего ряд основных показателей пива).
Актуальность исследований по сушке солода обусловлена очевидной целесообразностью повышения ее эффективности при отсутствии необходимого научного обоснования.
Кроме того, солод благодаря своим свойствам может рассматриваться как объект сушки, характерный для большой группы сыпучих пищевых продуктов, что дает возможность расширить область применения полученных результатов.
Работа выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Роспивпрома МПП РСФСР, целевой программой создания и развития технологического оборудования для перерабатывающих отраслей АПК в рамках направления "Конверсия оборонных отраслей промышленности", входящего в Федеральную программу перестройки экономики России до 1995 г.; Российской научно-технической программой "Новые интенсивные технологии, для агропромышленного комплекса России в интересах решения продовольственной проблемы на 1992-1993 гг."; научно-технической программой Госкомвуза РФ "Вуз-Черноземье"; программой научно-исследовательских работ Госкомвуза РФ 1992-1996 гг.; ежегодными планами кафедры машин и аппаратов пищевых производств Воронежской государственной технологической академии (ранее Воронежского тех-
нологического института) за 1964-1996 гг.
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка научных основ создания способов и средств повышения эффективности сушки солода в высоком слое (включая снижение энергозатрат) с учетом его специфики, а также их техническая реализация.
Поставленная цель определяет необходимость решения следующих задач.
-
Получить, систематизировать и проанализировать комплексную информацию о физических процессах, протекающих при конвективной сушке высокого слоя солода.
-
Создать математическую модель конвективной сушки высокого слоя солода.
-
Разработать методики синтеза оптимальных динамических режимов сушки объекта с распределенными параметрами для характерных случаев ее реализации. Провести синтез и промышленную апробацию таких режимов для солода.
-
Обосновать и определить рациональные значения основных конструктивно-функциональных параметров средств реализации процесса сушки солода в высоком слое.
-
Дать математическое обоснование управления показателями качества сухого солода с помощью режимов сушки.
-
Предложить способ определения рационального значения начальной высоты слоя высушиваемого солода.
-
Разработать способы и системы автоматического управления работой солодосушилок, обеспечивающие повышение их эффективности.
Научная новизна. Создана математическая модель конвективной сушки высокого слоя солода как объекта с распределенными параметрами, отражающая многостадийное протекание тепломассопереноса.
Разработаны, обоснованы и апробированы методики синтеза оптимальных динамических режимов сушки солода в высоком слое для характерных вариантов проведения процесса.
Предложен способ определения рационального значения начальной высоты слоя высушиваемого солода и получена совокупность» зависимостей, необходимых для его использования.
Дано математическое обоснование управления показателями качества сухого солода с помощью режимов сушки.
Экспериментально получена, систематизирована и проанализирована комплексная информация о физических процессах, протекающих
при конвективной сушке солода в высоком слое, установлена их специфика.
Обоснованы и определены рациональные значения основных конструктивно-функциональных параметров средств реализации процесса сушки солода в высоком слое.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Проведенные экспериментальные и теоретические исследования позволили разработать научно обоснованные предложения по повышению эффективности сушки солода, и оборудования для ее проведения. При этом создана энергосберегающая технология, включающая энергетически оптимальные режимы проведения процесса, создающие также условия получения высоких качественных показателей продукта. Найдено рациональное значение высоты слоя материала (для постоянной удельной нагрузки на сушильную решетку), позволяющее существенно снизить удельный расход теплоты и увеличить удельную производительность установки. Предложено совмещение загрузки и сушки (то есть проведение продесса с возрастающей удельной нагрузкой на сушильную решетку), дающее возможность увеличить примерно на 10 % производительность сушилок и снизить удельные энергозатраты без капитальных вложений. Установлено, что высота слоя солода (без перемешивания) практически не влияет на показатели качества, предусмотренные действующим ГОСТ 29294-92. Рекомендован отказ от перемешивания высокого слоя солода при сушке, что позволяет снизить стоимость сушилок, упростить их конструкцию и эксплуатацию, уменьшить выброс пыли в атмосферу. Предложена рециркуляция дымовых газов при огневом обогреве солодосушилок, снижающая расход топлива, а также тепловые и газовые- выбросы в атмосферу. Созданы новые высокоэффективные конструкции солодосушилок. загрузочных и разгрузочных устройств. Разработаны способы агрегатирования воздушных трактов многозонных сушилок.
Апробация работы.
В промышленность внедрены:
- режимы сушки солода в высоком слое на солодосушилках Ш4-ВСМ-1 и установках производства солода статическим методом (пивзаводы им. Бадаева и Останкинский в Москве, им.. Ст. Разина в Санкт-Петербурге, солодовенный завод в г.Бердичеве - Украина), при этом режимы сушки на установках Ш4-ВСМ-1 рекомендованы в качестве типовых;
способ сушки с совмещением загрузки и сушки (пивзавод им.Бадаева в Москве), который может внедряться на любых установках с горизонтальными сушильными решетками;
комплекс мероприятий по повышению эффективности работы со-лодосушилок на пивзаводе "Воронежский", включающий агрегатирование воздушных трактов двух вертикальных трехъярусных солодосуши-лок и увеличение высоты слоя продукта в каждой из них;
рециркуляция дымовых газов при огневом обогреве калориферов солодосушилок (пивзавод им. Ст.Разина в Санкт-Петербурге);
совершенствование конструкции серийно выпускаемой солодо-сушшжи 1М-ВСМ-1.
При непосредственном участии автора созданы рабочий проект и режимы работы горизонтальной солодосушилки производительностью 20 т/сут. по сухому солоду. Они приняты государственным Институтом по проектированию предприятий пищевой промышленности N2 Типро-пищпром-2" для использования в проекте реконструкции солодовенного цеха пиво-безалкогольного комбината "Курский".Это повысит его мощность с 40000 до 48000 г солода в год.
Разработанные под руководством и при личном участии автора методики теплового и аэродинамического расчета солодосушилок использованы Московским конструкторским бюро научно-производственного объединения напитков и минеральных вод (в настоящее время фирма "Москон") при проектировании установок для сушки солода.
Экономический эффект от внедрения в промышленность результатов исследований составляет около 2,7 млн.р. в год в ценах 1990 г.
Разработанные конструкции солодосушилок, их агрегатов, загрузочных и разгрузочных устройств, способ сушки солода, а также способ и система автоматического управления работой солодушилок защищены 17 авторскими свидетельствами.
Результаты исследований доложены и обсуждены на .20 научных и научно-практических конференциях, симпозиумах, семинарах и др., а также на заседаниях Всесоюзного коллоквиума "Процессы и аппараты пищевых производств" и ежегодных отчетных научных конференциях Воронежского технологического института (ныне Воронежской государственной технологической академии - ВГТА).
Материалы, полученные в ходе выполнения данной работы, используются .в ВГТА при чтении лекций и выполнении курсовых и дипломных проектов студентами специальности 170600 - "Машины и аппа-
раты пищевых производств".
Публикации. По теме диссертации опубликовано 100 работ, в том числе две монографии, три обзора, 77 статей и тезисов научных докладов, 17 авторских свидетельств и 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, пять глав, общие выводы, список литературы и приложения. .Работа содержит 352 страницы основного текста, 56 рисунков, 29 таблиц. 325 литературных источников и приложения на 77 страницах.