CC BY
12
УДК 66.045 Проф. В.М. Атаманюк, д-р техн. наук асист. 1.Я. Маттвська;
студ. О.М. Данилюк; студ. А. С. Середа - НУ "Львiвська полiтехнiка "
ФГЛЬТРАЩЙНЕ СУШ1ННЯ ЗЕРНА ПШЕНИЦ1: К1НЕТИЧН1 ЗАКОНОМ1РНОСТ1
Представлено результати експериментальних дослiджень кинетики фiльтрацiйного сушiння зерна пшенищ сорту "Зимоярка", як показали, що процес видалення вологи ш-тенсифжуеться i3 збшьшенням температури та швидкост фiльтрування теплового агента, а внаслщок рiзного початкового вологовмюту характер процесу залишаеться незмш-ним. Пор1вняння кiнетики фiльтрацiйного сушшня рiзних сортiв пшеницi показали, що кшетика процесу не залежить вiд сорту пшенищ. Отже, отримаш результати можна ви-користовувати для iнших м'яких сортiв пшениць без проведення додаткових дослщжень. Також визначено вплив фшьтращйного сушiння на якiснi показники зерна пшенищ.
Ключовi слова: зерно пшенищ, вологовмют, фшьтрацшне сушшня, кiнетика, швидюсть сушшня, схожiсть.
Вступ. Вагому роль у розвитку економши аграрного сектору Украши вь дiграe зернова галузь. Украíнi за обсягами експорту пшенищ належить шосте мiсце у свт (приблизно 7 % вiд обсягу свiтовоí торгiвлi) [1]. Зерно е важливим експортним та стратегiчним продуктом, адже е основою стабшьносп продо-вольчого ринку, джерелом виробництва хлiбобулочних вироб1в, корму для тва-ринницько! продукцií, а також сировиною для переробно! промисловостi тощо.
Використання зерна, як готового продукту, обумовлюе необхщнкть дот-римання таких основних вимог: вологiсть - не бшьше 14,5 %, вмiст смiттевих до-мток - не бiльше 5 %, натура (насипна густина) - не менше 710 кг/м3, схожiсть - не менше 90-95 %, зернова домшка - не бiльше 15 %. Отже, однiею з операцш пiслязбирального оброблення зерна е його сушiння до визначеного технiчними умовами ршня вологостi, забезпечуючи при цьому його якiснi показники.
Сушiння зерна е енергоемним, складним технологiчним i теплофiзичним процесом. У висушеному зерш сповiльнюються фiзiологiчнi процеси, за яких зернова маса переходить в анабютичний стан [2]. Основними показниками, якi впливають на iнтенсивнiсть процесу сушшня i збереження показниюв якосп зерна, е температура теплового агента, максимальна температура, до яко! нагрь ваеться зерно пiд час сушiння, тривалiсть процесу, тому цi параметри i визнача-ють вибiр технолопчних параметр1в сушильних установок [3]. На сучасному етапi виробництва зерново! продукцп в Украíнi та свiтi кнуе потреба женсифь кацп процесу його сушiння, розроблення високоефективних та еколопчно без-печних технологiй та ефективного зерносушильного обладнання.
Тому запропоновано фшьтрацшний метод сушiння зерна, який е одним iз високоiнтенсивних, низькотемпературних та еколопчно безпечних методш.
Метою роботи е теоретичне та експериментальне дослщження кiнетики фiльтрацiйного сушiння зерна пшенищ сорту "Зимоярка" i поршняння отрима-них результата iз кiнетикою сушшня пшенищ сорту "Золотоколоса".
Об'ектом дослщження обрано зерно озимо! м'яко! пшенищ сорту "Зимоярка" , яка широко застосовуеться у харчовш промисловост!
Методика дослщження. Для ощнки основних параметров шару дослщжу-ваного матерiалу основнi технiчнi характеристики зерна представлено у табл. 1.
Табл. 1. Основш техшчш характеристики зерна пшенищ сорту "Зимоярка "
Рнас, кг / М3 <<ч 103, м Маса 1000 зерен в1000, кг еш, м3/м3 <е • 103, м а, м2/м3
845,7 3,39 44,6 0,315 1,266 995
Насипну густину рнас зерна визначено за стандартною методикою зпдно з ГОСТ 10840, загальну пористiсть дослiджуваних матерiалiв (е) - шкномет-ричним методом. Еквшалентний дiаметр каналiв (<е), крiзь якi фшьтруеться тепловий агент, визначено iз залежностг
4 е
<1е =-
(1)
де а - питома поверхня шару зерна, яку визначено iз залежностг
а = п • • к / Ущару, (2)
де: к - коефщкнт взаемного екранування поверхнi частинок у шар^ який визначено зпдно з рекомендащями [4]; Ушару - загальний об'ем шару матерiалу; п -кiлькiсть зернин у шар1 Визначення усередненого дiаметра частинок iз розмь ром зерен понад 2 мм проводиться прямим вимрюванням у двох взаемно пер-пендикулярних напрямках (не враховуючи довжини зернини) та розраховуеться за залежшстю [5]:
- 1 N ,-
< ч = — ^ 2 а1 • Ь
N ¿=1
(3)
де а, Ь - ширина та товщина зернини. Вибiр рацiональних режимiв сушшня грунтуеться на забезпеченнi видалення вологи за умов мшмально! тривалостi процесу та збереження високо! якостi зерна [6].
Кшетика сушiння описуе змшу вологостi матерiалу в часi залежно вiд властивостей висушуваного матерiалу та визначае час сушiння й енергетичш затрати. Тому експерпментальш дослiдження кшетики фiльтрацiйного сушiння зерна пшеницi проведено за методикою, описаною в робоп [5].
Експериментальна частина. 1стотний вплив на тривалiсть процесу зне-воднення зерна мае температура теплового агента, з його шдвищенням приско-рюеться процес сушiння, що забезпечуе економiчнiсть процесу. Проте необхщ-но враховувати термолабшьнкть матерiалу. Отже, температурнi параметри теплового агента лiмiтованi. Як встановлено у попередшх дослiдженнях [7], для сушшня зерна дощльно використовувати температуру теплового агента в дiапа-зош 50-65 С. Дослiджено також вплив швидкосп фшьтрування теплового агента, оскшьки 11 збiльшення штенсифжуе процес тепломасопереносу. Врахову-ючи, що волопсть свiжозiбраного зерна залежить ввд клшатичних умов, виду грунтш, сорту та шших факторiв, також дослвджено вплив початкового воло-говмiсту свiжозiбраного зерна.
Експериментальнi дослiдження наведено на рис. 1 у виглядi кшетичних кривих змiни вологовмiсту wc у час т.
Аналiз рис. 1 а показуе, що характер процесу фшьтрацшного сушшня зерна залишаеться незмiнним за рiзного початкового вологовмкту. Зростання початкового вологовмiсту призводить до зростання загального часу сушiння. За
а
умови збшьшення температури теплового агента вщ 50 до 65 °С (рис. 1 б) та швидкосп його фшьтрування вщ 1,01 до 1,38 м/с (рис. 1 б) процес штенсифь куеться та скорочуеться час сушшня. Це пояснюеться зростанням сушильного потенщалу теплового агента та коефщентш теплов1ддач1 вщ теплового агента до зерна пшенищ. Як видно з рис. 1 в, збшьшення швидкосл фшьтрування теплового агента вщ 1,38 до 1,74 м/с не приводить до ютотного скорочення часу сушшня, що пояснюеться наявшстю у зерш пшениц тшьки зв'язано'' вологи 1 досягнення граничного значення коефщента дифузп для обраних температур теплового агента.
1000 2000 3000 т, с На рис. 2 подано граф1чну залежшсть швидкосп сушшня зерна пшенищ, анал1з якого показуе, що зерно попередньо прогршаеться, про що свщчить зрос-тання швидкосп, дал1 вщбуваеться його сушшня у перюд1 часткового насичен-ня теплового агента вологою.
Для пор1вняння кшетики фшьтрацшного сушння р1зних сорпв пшенищ, зокрема "Зимоярка" та "Золотоколоса", на рис. 3 наведено результати експери-ментальних дослщжень.
Анал1з рис. 3 показав, що кшетика фiльтрацiйного сушшня для досль джуваних сортiв пшеницi за рiзного початого вологовмiсту не залежить вщ сорту пшеницi, а залежить тшьки вiд початкового вологовмiсту, структурно'' та внутршньо'* будови зернини i вiд фiзико-хiмiчного складу, якi для дослщжува-них сортiв змiнюються не значно. Отже, отриманi результати експерименталь-них дослiджень можна використовувати i для iнших м'яких сортiв пшениць.
и
400 800 1200 1600 2000 Т, С
Шд час сушшня зерна важливо також зберегти його посiвнi якостi. У процеа сушiння якiсть насiння може попршуватися внаслiдок дГ! температури. Проведет експериментальт дослiдження схожостi зерна пшенищ за методикою, наведеною у [8], результатами (табл. 2) свщчать, що за температури 50 °С можна зберегти його посiвнi якосп (схожiсть), а збiльшення температури попр-шуе посiвну якiсть насiння. Проте визначеш у заводськiй лабораторп яшст по-
казники зерна пшенищ за температури сушiння 60 °С не виявили вiдхилення вщ норм, визначених стандартами. Тому для зерна, яке використовуеться у про-довольчих цшях, можна рекомендувати температуру теплового агента 60-65 °С.
Табл. 2. Поавш властивостiзерна пшениц сорту "Зимоярка"
Температура теплового агента, °С
50
55
60
65
Схожють, %
96 - 99
90-94
; - 89
83 - 85
Висновки. Дослiдження кшетики фiльтрацiйного сушiння зерна пшени-щ соту "Зимоярка" показали, що процес видалення вологи iнтенсифiкуeться i3 збшьшенням температури та швидкiстю фiльтрування теплового агента. Врахо-вуючи призначення зерна, ращональна температура теплового агента для су-шiння насiннeвого зерна сорту "Зимоярка" - 50 °С - забезпечуе високу схожiсть насiння, а з огляду iнтенсифiкацií процесу для продовольчого зерна доцiльно ii збшьшити до 60-65 °С.
Кiнетика фшьтрацшного сушiння зерна сорту "Зимоярка" i сорту "Золо-токолоса" е дуже подiбною. Отже, отриманi результати можна використовувати для iнших м'яких сорив пшениць без проведения додаткових дослщжень.
Лiтература
1. Бурлака Н.1. Украша як свiтовий експортер зерна / Н.1. Бурлака // Збiрник наукових праць Вшнпцького национального аграрного ушверситету. - 2012. - № 3 (69). - С. 36-41.
2. Jayas D.S. Preserving quality during grain drying and techniques for measuring grain quality / D.S. Jayas, P. K. Ghosh // 9 th International Working Conference on Stored Product Protection. - 2006. - Pp. 969-980.
3. Пазюк О.Д. Параметры процесу i вибiр режиму сушшня насшневого зерна пшениц / О.Д. Пазюк // Збiрник наукових праць Вшницького национального аграрного ушверситету. -2012. - № 11 т. 2 (66). - С. 370-374.
4. Аэров М.Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М.Э. Аэров, О.М. Тодес, Д.А. Наринский. - Л. : Изд-во "Химия", 1979. - 176 с.
5. Атаманюк В.М. Науковi основи фшьтрацшного сушшня дисперсних матерiалiв : монографш / В.М. Атаманюк, Я.М. Гумницький. - Льв]в : Вид-во НУ "Льв]вська полггехнжа". - 2013. - 276 с.
6. Снежкн Ю.Ф. Теплонасосна зерносушарка для насшневого зерна : монографш / Ю.Ф. Снежкн, В.М. Пазюк, Ж.О. Петрова, Д.М. Чалаев. - К. : Вид-во ТОВ "Полкраф-Сервю", 2012. - 154 с.
7. Матквська 1.Я. Кнетика сушшня зерна пшенищ фшьтрацшним методом / 1.Я. Матюв-ська, В.М. Атаманюк, 1.Р. Барна // Вiсник нацiонального техтчного унiверситету "ХП1" : зб. наук. праць. - Харкв : Вид-во НТУ "ХП1". - 2014. - № 17. - С. 130-138.
8. Matkivska I. Basic regularities of the filtration drying of wheat grain / Iryna Matkivska, Vo-lodymyr Atamanyuk, Dmytro Symak // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2014. -Vol. 5, № 5(71). - Pp. 14-18.
Атаманюк В.М., Маткивская И.Я., Данилюк О.М., Середа А.С. Фильтрационная сушка зерна пшеницы, кинетические закономерности
Представлены результаты экспериментальных исследований кинетики фильтрационной сушки зерна пшеницы сорта "Зимоярка", которые показали, что процесс удаления влаги интенсифицируется с увеличением температуры и скорости фильтрования теплового агента, а в результате различного начального влагосодержания характер процесса остается неизменным. Сравнение кинетики фильтрационной сушки различных сортов пшеницы показали, что кинетика процесса не зависит от сорта пшеницы. Следовательно, полученные результаты можно использовать для других мягких сортов пшеницы без проведения дополнительных исследований. Также определено влияние фильтрационной сушки на качественные показатели зерна пшеницы.
Ключевые слова: зерно пшеницы, влагосодержание, фильтрационная сушка, кинетика, скорость сушки, сходство.
Atamayuk V.M., Matkivska I.Ya., Danylyuk O.M., Sereda A.S. Filtration Drying of Wheat Grain: Kinetic Regularities
The results of experimental investigations concerning kinetics of filtration drying of "Zymoyarka" wheat grain show that moisture removal is intensified with the increase in temperature and filtration rate of the heat agent. At different initial moisture content the nature of the process is the same. The comparison of kinetics of filtration drying of wheat of different grades has shown that the process kinetics does not depend on the wheat grade. Thus the obtained results may be used for other soft grades of wheat without additional investigations. And also the effect of filtration drying on the qualitative performance of wheat grain has been determined.
Key words: wheat grain, moisture content, filtration drying, kinetics, drying rate, germination.
УДК 628.511 Доц. Р.1. Taepunie, канд. техн. наук;
доц. В.В. Майструк, канд. техн. наук; магктр 1.В. Ковцуняк;
магктр 1.М. 1ватв - НУ "Львiвська полтехшка"
ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ГЕОМЕТРН ВХ1ДНОГО
ПАТРУБКА НА Г1ДРОДИНАМ1ЧНУ СТРУКТУРУ ПОТОКУ В РОБОЧ1Й ЗОН1 ПРЯМОТЕЧ1ЙНОГО ЦИКЛОНУ
Представлено результати дослщжения пдродинашчно! структури потоку в пря-мотечшному циклош залежно вщ геометри вхщного патрубка.
Теоретичш дослщжения виконано на 6s3i сучасного комплексу комп'ютерного моделювання Solid Works Flow Simulation. Розглянуп закономiрностi руху газово! фази в прямотечшному циклош з коакиальною вставкою та аналiз поля швидкостей дають змогу спрогнозувати визначалъш технолопчш характеристики дослщного апарату та оптишзувати режимш i конструктивнi параметри його роботи.
Запропонований авторами пiдхiд для аналiзу сепарацшно! картини в робочш зонi циклону значно заощаджуе час на проектування пилоочисного обладнання i дае змогу на початковому еташ вiдкинути невдалi конструкций
Ключовi слова: комп'ютерне моделювання роботи циклону, програмний комплекс Flow Simulation, поле швидкостей, ирямотечшний циклон.
Вступ. Циклоннi пиловловлювачi е вiдносно простими апаратами ввд-центрово!' дií, якi використовують для видалення твердих частинок з газових потоюв. 1х застосовують у рiзних галузях промисловостi i технологiях вироб-ництв як самостiйнi апарати в технолопчних схемах для проведения рiзнома-нiтних технологiчних процесiв, так i у вигляд пилоочисних систем. Зростаючi вимоги до екологiчних показникш сучасних виробництв, якостi готово!' продукций енерго- i ресурсозбереження та створення безвiдходних техиологiй, вимага-ють подальшого пiдвищения ефективностi роботи пилоочисних апаратш. Один з варiантiв пiдвищения ефективносп роботи циклонiв е оптимiзацiя 'х конструкцií та геометричних розмiрiв.
Серед рiзних тишв циклонних сепараторiв найбшьш вивченими на сьогоднi е протитечшш циклони. Проте апарати цього типу характеризуються ввдносно високим гiдравлiчним опором, а подальше тдвищення ефективностi !'х роботи неминуче пов'язано iз збшьшенням загальних енергетичних витрат на
