CC BY
29
17. Motovilov K. Ja. Jekspertiza kormov i kormovyh dobavok [Jelektronnyj resurs] [Examination of feeds and feed additives] : uchebno-spravochnoe posobie, Jelektron. teks-tovye dannye, Saratov : Vuzovskoe obrazovanie, 2014, 335 p. Rezhim dostupa: http://www.iprbookshop.ru/4166., JeBS «IPRbooks» (data obrashhenija 04.11.2016).
18. Pavlovskij V. K., Grakun V. V., Burdyko V. M. i dr. Tehnologii i tehnicheskoe obespechenie zagotovki kor-mov iz trav i silosnyh kul'tur [Technology and technical support of the fodder from grass and silage crops], Melioracija, 2010, No. 2 (64), pp. 192-215.
19. AGROSEVER rossijskij agropromyshlennyj server [AGROSEVER Russian agro-industrial server] [Jelek-tronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://www.agroserver.ru (data obrashhenija 18.06.2015).
20. Kuchin N. N., Mansurov A. P., Gerasimov E. Ju. i dr. Vlijanie stepeni uplotnenija i ispol'zovanija biologi-cheskih i himicheskih preparatov na rezul'taty konservirova-nija furazhnogo zerna povyshennoj vlazhnosti [Influence the degree of compaction and use of biological and chemical products on the results of preservation of feed grains humidity], Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N. I. Loba-chevskogo, 2012, No. 2-3, pp. 140-144.
21. Belov A. A., Mihaylova O. V., Korobkov A. N., Osokin V. L., Novikova G. V. Ustanovka dlya obezzarazhi-vaniya zerna i zernoproduktov (Installation for disinfection of grain and grain products), Mehanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo hozyaystva. 2015. № 2. pp. 7-9.
Дата поступления статьи в редакцию 6.09.2016.
05.20.00 УДК 631.365
ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ СУШИЛКИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ С ВОСХОДЯЩИМ ПОТОКОМ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ СМЕСИ БИОГАЗА С ВОЗДУХОМ
© 2016
Мокроусова Кристина Юрьевна, аспирант, инженер центра учебно-инновационной деятельности
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза (Россия)
Терентьев Андрей Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Пороха и взрывчатые вещества» Филиал Военной академии материально-технического обеспечения, Пенза (Россия) Чекайкин Сергей Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническое управление качеством» ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза (Россия)
Аннотация. Введение. В настоящее время в качестве теплоносителя в сушилках в основном используется горячий воздух, высокая температура которого обеспечивается применением различных нагревательных устройств. Работа этих устройств требует значительных затрат различных традиционных видов энергии. Сами сушилки имеют сложную конструкцию, большие массогабаритные характеристики, сложны в техническом обслуживании и высокую стоимость. Свести к минимуму зависимость сушки в «кипящем» слое от применения традиционных источников энергии и обеспечить полную автономность процесса, значительно упростить конструкцию сушилки может применение в качестве сушильного агента высоконагретых продуктов горения альтернативных источников энергии (биогаза или попутного газа), разгоняемых в сушилке в условиях естественной конвекции. Запас таких источников тепловой энергии практически неисчерпаем, весьма доступен, и их использование не влечет за собой больших экономических затрат.
Материалы и методы. Для разработки математической модели расчета теплового баланса сушки в установке была составлена схема теплоприхода и теплоотвода в ней. Для исследования зависимости энергии продуктов горения смеси биогаза с воздухом от перечисленных факторов был использован современный программный комплекс TERRA «Программа термодинамического расчета состава фаз произвольных гетерогенных систем, а также их термодинамических и транспортных свойств».
Результаты и обсуждение. В результате расчетов для 7 смесей получены текстовые и графические данные. Графические зависимости показывают, что с ростом равновесной температуры ПГ их энтальпия увеличивается. В то же время значительное влияние на значение энтальпии оказывает исходный состав смеси «биогаз - воздух».
Заключение. Проведенные термодинамические расчеты показали, что теплотворная способность ПГ смесей «био-газ - воздух» обеспечивает требуемые условия по сушке твердых сыпучих материалов в «кипящем» слое, создаваемом в разрабатываемой установке.
Ключевые слова: биогаз, вентилятор, горение, зерносушилка, нагревательный элемент, попутный газ, рабочий орган, тепловая обработка, тепловой баланс, теплотворная способность попутного газа, термодинамические расчеты, энергоэффективность, энтальпия попутного газа.
THE THERMAL DESIGN OF THE DRYER FLUIDIZED BED WITH ASCENDING STREAM OF COMBUSTION PRODUCTS OF MIXTURE OF BIOGAS WITH AIR
© 2016
Mokrousova Kristina Yurievna, the postgraduate student, the engineer of training center of innovation
Penza State Technological University, Penza (Russia) Terentiev Andrey Borisovich, the candidate of technical sciences, the associate professor of the chair «Gunpowder and explosives» The branch of the Military Academy of Logistics, Penza (Russia) Chekaikin Sergey Vasilievich, the candidate of technical sciences, the associate professor of the chair «Technical quality control» Penza State Technological University, Penza (Russia)
Annotatiot. Introduction. Currently, as a coolant in the dryer is mainly used hot air, heat is provided by the use of different heating devices. The operation of these devices requires significant energy costs of various conventional types. Sami dryers have a complex structure, large weight and size characteristics, difficult to maintain and expensive. To minimize the dependence of dry-
ing in the «boiling» layer by the use of traditional energy sources and to provide full autonomy process, greatly simplify the dryer design can use as a drying agent highly heated products of alternative energy sources of combustion (biogas or associated gas) is accelerated in a dryer in the conditions of natural convection. The stock of the thermal energy is practically inexhaustible, highly available, and their use does not entail large economic costs.
Materials and Methods. To develop mathematical model for calculating the heat balance of drying installation scheme heat balance and heat in it was compiled. To investigate the dependence of the energy products of combustion of biogas mixture with air of these factors a modern software system TERRA «program of thermodynamic calculation of the composition of heterogeneous systems of arbitrary phases and their thermodynamic and transport properties» was used.
Results and discussion. The calculations for 7 mixtures is prepared text and image data. Graphic dependences show that with an increase in the equilibrium temperature of the enthalpy of GHG increases. At the same time a significant impact on the value of the enthalpy of the mixture has the original «biogas - the air».
Conclusion. The thermodynamic calculations showed that the calorific value of the PG compounds «biogas - air» provide the required conditions for the drying of bulk solids in the «boiling» layer generated in the developed installation.
Key words: biogas, fan, burning grain dryer, heating element, passing gas, actuator, heat treatment, heat balance, the calorific value of the associated gas, thermodynamic calculations, energy, enthalpy associated gas.
Введение
В настоящее время в качестве теплоносителя в сушилках в основном используется горячий воздух, высокая температура которого обеспечивается применением различных нагревательных устройств [1, с. 226-228]. Работа этих устройств требует значительных затрат различных традиционных видов энергии. Сами сушилки имеют достаточно сложную конструкцию, большие мас-согабаритные характеристики, сложны в техническом обслуживании и достаточно дорого стоят [2-7].
Свести к минимуму зависимость сушки в «кипящем» слое от применения традиционных источников энергии и обеспечить полную автономность процесса, значительно упростить конструкцию сушилки может применение в качестве сушильного агента высоконагретых продуктов горения альтернативных источников энергии (биогаза или попутного газа), разгоняемых в сушилке в условиях естественной конвекции [8, 9]. Запас таких источников тепловой энергии практически неисчерпаем, весьма доступен, и их использование не влечет за собой больших экономических затрат [10, 11].
В связи с этим была поставлена задача по проведению тепловых расчетов установки, предназначенной для сушки твердых сыпучих материалов в восходящем нагретом газовом потоке, температура и скорость которого зависит от степени нагрева и расхода продуктов горения, образующихся на входе в сопловые блоки при работе горелок [12].
Материалы и методы
Для разработки математической модели расчета теплового баланса сушки в установке была составлена схема теплоприхода и теплоотвода в ней (рис. 1). В соответствии со схемой тепло в сушильную камеру 1 поступает:
1) с сушильным агентом (продуктами горения смеси биогаза с воздухом):
а = и,, (1)
где Ь - количество продуктов горения (ПГ) смеси биогаза с воздухом, поступающих в сушилку; I - энтальпия ПГ смеси биогаза с воздухом;
2) с объектом сушки (высушиваемым материалом):
а = осгн, (2)
где О - масса поступившего в сушилку сухого материала вместе с не удаляемой, прочно связанной влагой; с - теплоемкость высушенного материала; - начальная температура материала;
3) с влагой, испаряемой из материала,
а , (3)
где т - количество влаги, поступающей в сушилку с материалом;
Рисунок 1 - К тепловому балансу сушки в восходящем потоке продуктов горения смеси биогаза с воздухом: 1 - высушиваемый материал; 2 - сушильная камера; 3 - корпус сушилки; 4 - решетка
4) с решеткой, на которой размещается материал: а = Олс^л, (4)
где - масса решетки; с4 - теплоемкость материала, из которого изготовлена решетка; ^ - начальная температура решетки.
Общее количество тепла, вводимого в сушильную камеру, составляет:
& = + &+&+а. (5)
Из сушильной камеры тепло уносится:
1) с ПГ, выходящими из сушилки:
е;= , (6)
где /2 - энтальпия уходящих ПГ;
2) с материалом, выходящим из сушилки:
¿2 = Сс^, (7)
где ^ - конечная температура продукта, выходящего из сушилки;
3) с влагой, удаляющейся в виде пара вместе с ПГ:
¿3 , (8)
где I - энтальпия водяного пара;
4) потери тепла через стенки корпуса сушильной камеры составляют (.
Общий расход тепла равен:
а« = е;+ & + & + &. (9)
Тепловой баланс выражают уравнением:
= , (10)
или
а+а + бз + 04=е; + &+&+о,. ац
Из выражения (20) можно рассчитать количество тепла &, необходимое для обеспечения выбранных условий сушки:
= и 2 + Ос/* +юг + & - - С,с,г, =
= 1/2 + Сс-гн) + а(1-гн)-Сс^ь + & .
Таким образом, тепло, которое затрачивается на сушку (&), расходуется на нагревание материала
[ Сс (гк - гн) ], испарение воды [ю(/- гн) ®(/- гн) ] и на нагрев корпуса сушильной камеры (потери в окружающую среду) <2п.
Для расчета количества тепла &, необходимого для обеспечения сушки твердых сыпучих материалов, с использованием выражения (12), необходимо выбрать условия сушки, характерные для разрабатываемой установки [13]. Поэтому условия сушки заданы следующими исходными данными:
1) количество ПГ смеси биогаза с воздухом, поступающих в сушилку L = 1,85 кг/с;
2) энтальпия уходящих ПГ /2 = 789 кДж/кг;
3) масса поступившего в сушилку сухого материала G = 40 кг;
4) теплоемкость высушенного материала с = 1,27 кДж/ктград;
5) начальная температура материала гя = 20 °С;
6) количество влаги, поступающей в сушилку с материалом т = 10 кг;
7) масса решетки G4 = 40 кг;
8) теплоемкость материала, из которого изготовлена решетка с4 = 0,47 кДж/ктград;
9) начальная температура решетки /4 = 20 °С;
10) конечная температура материала, выходящего из сушилки гк = 120 °С;
11) энтальпия водяного пара i = 2 650 кДж/кг;
12) потери тепла через стенки корпуса сушильной камеры Q4 = 90 кДж/кг.
Подставляем исходные данные в выражение (12): = Щ + Сс(К -К)+т(1-гн)-+ =
= 1,85 • 789 + 40 -1,27 (120 - 20) +10 (2650 - 20) -
-40 • 0,47 -120 + 90 = 30704 кДж/ кг
Таким образом, получаем, что для обеспечения выбранных условий сушки ПГ смеси биогаза (попутного газа) должны обладать энергией, равной 30 704 кДж/кг.
Значение энергии ПГ зависит от многих факторов. В связи с этим рассмотрены важнейшие из этих зависимостей с целью оптимизации условий подачи ПГ в сушильную камеру разрабатываемой установки.
В соответствии с выражением (1) тепло, подаваемое в сушильную камеру сушильным агентом (продуктами горения смеси биогаза с воздухом), равно
Ql = ии
где L - количество ПГ смеси биогаза с воздухом, поступающей в сушилку; / - энтальпия ПГ смеси биогаза с
воздухом, т. е. необходимо рассмотреть факторы, определяющие значения данных параметров.
Продукты горения образуются при сжигании биогаза (попутного газа) в атмосфере воздуха на входе в сопловой блок сушилки [14-17] (рис. 2).
М 1:15
Рисунок 2 - Установка сушки в «кипящем» слое: 1 - сопловой блок; 2 - нижний конус; 3 - верхний конус;
4 - горелка; 5 - газораспределительная решетка;
6 - устройство загрузки материала;
7 - устройство выгрузки материала;
8 - баллон с биогазом (попутным газом)
Очевидно, что количество продуктов горения будет зависеть от следующих факторов:
1. Массоприход биогаза из баллона 8 в зону горения (сопловой блок).
2. Степень смешения биогаза с воздухом (стехио-метрическое соотношение горючих компонентов и окислителя в смеси).
Энтальпия ПГ смеси биогаза с воздухом зависит от факторов, определяемых термодинамикой процесса. К ним относятся:
- исходный состав смеси биогаза с воздухом;
- давление, при котором протекает горение;
- температура горения.
Следует отметить, что горение смеси биогаза с воздухом в сопловом блоке сушилки будет всегда протекать при атмосферном давлении (0,1 МПа), поэтому энтальпия ПГ будет зависеть от состава исходной смеси и одного термодинамического параметра - температуры горения.
Для исследования зависимости энергии продуктов горения смеси биогаза с воздухом от перечисленных факторов был использован современный программный комплекс TERRA «Программа термодинамического расчета состава фаз произвольных гетерогенных систем, а также их термодинамических и транспортных свойств», предшественником которого является комплекс АСТРА. Программа TERRA (АСТРА) разработана в МГТУ им. Н. Э. Баумана [18].
Энергия ПГ смеси биогаза с воздухом (теплота горения) является термодинамическим параметром. Расчет термодинамических параметров ПГ с помощью программного комплекса TERRA (АСТРА) возможен, когда известны любые два термодинамические параметры и элементарный состав смеси биогаза с воздухом. В условиях горения смеси биогаза с воздухом удобно использовать в качестве входных параметров давление продуктов горения и их температуру.
Горение смеси биогаза с воздухом протекает на входе в сушилку в нижней части соплового блока. Высоконагретые ПГ разгоняются в диффузорах соплового блока 1 и далее в конусе 2 общего диффузора за счет естественной тяги и тяги, развиваемой за счет сужения канала течения (рис. 2). Продукты горения несут тепло Q слою высушиваемого материала, находящегося на решетке сушилки (рис. 1).
Для того, чтобы оценить возможности разрабатываемой сушилки по теплотворной способности, проведены термодинамические расчеты с использованием программы TERRA с целью определения энтальпии ПГ, образующихся при сгорании смесей биогаза с воздухом различного состава при различных температурах. В част-
ности, составы смесей биогаза с воздухом выбраны исходя из их соотношений от 20/80 до 80/20 биогаза и воздуха соответственно. Термодинамические расчеты проводились при температурах 1 500, 2 000 и 2 500 К.
Результаты и обсуждение
В результате расчетов для 7 смесей получены текстовые и графические данные. Ниже приведена текстовая информация (рис. 3), полученная для смеси № 1 состава «биогаз - воздух 20/80».
Далее на рисунке 4 представлены графики, полученные в результате обработки результатов расчета для этой же смеси. Они характеризуют состав ПГ при различных температурах.
Основной информацией из результатов расчета, необходимой в данном случае, являются полученные данные по энтальпии ПГ при различных температурах. В частности, для смеси № 1 состава «биогаз - воздух 20/80» энтальпия ПГ оказалась равной 384 кДж/кг при температуре 1 500 К, 1 306 кдЖ/кг (2 000 к) и 2 409 кДж/кг (2 500 К).
Результаты термодинамических расчетов энтальпий при различных температурах для всех смесей сведены в таблицу 1.
Исходный сщтав: (С12 .7952Н35 .S71N42.175Б013.1913 100)
CoctüEj моль/кг; С 12.786 Н 35.849 N 42, 446 О 13 .48S
1-И параметр: Т =1500-2500/500
2-й параметр: р -0. 1
Равновесные параметрь при р=0.1 МПа, Т=1500 К (единицы СИ)
р-0.1 Т-1500 V-6.47686 S- 12.0544 1-333.8S5
U=-135.066 М-51 .9332 Ср=1.77881 k^ 1 .32056 Cp -1 - 78667
к 1-1.31S9 Др-0. 008CG 68 Bv-0.000G668 Gt- 0 .00001 MMg-19 .2 555
Rg-131.791 Cpg-1. 77881 kg-1.32056 tp'g- 1 .78667 k g-1. 3189
Mu=0.0000504 Lt=0. 187056 Lt =0.187056 Pr= 0 .479231 Pr =0. 48135
A-924.233 z-0
Равновесные концентрации (моль/кг]
0 - 0.1245e-10 н - 0.5293e-3 H2 - 17.376 OH - 0,4730t -6
Н20 = 0.546S N = 0.2015e-ll N2 = 21.223 NO 0 -5906e -8
NH = 0.3367е-9 NH2 = 0.3069e-7 NH3 = 0 ■4002e-3 HNO = 0.1005e -11
СО - 12.633 С02 - 0.15287 CH2 - 0 •3332e 11 CH3 - 0.1301e 6
СН4 = 0.2028е-3 С2Н2 = 0.3026e-7 C2H 3 = 0 .610Be-ll C2H4 - 0.2730Ё -S
С2Н6 - 0.7955е-11 сно - 0.2098e-6 CH02 - 0 .1108e-S CH20 - 0.1907e -5
СН202 - 0.6763е-7 CN = 0.4039e-10 C2N2 - 0 .1311e-10 HCN - 0.348le -3
HNC = 0.8939е-9 C3HN - 0.1402&-10 N2C = 0 .5913e-9
Равновесные параметрь при p=0.1 MflSj T=20Ö0 К (единицы СИ)
р=0.1 Т= 20В0 V-8.Б3997 s- 12.584 1=1306 .08
U=570.SS М=51 .9581 Cp=l.85455 k= 1 .30368 Cp =1. 93225
к =1.29233 Ар=0. 0005032 Bv-0.0005031 Gt- 0 .00001 Mhg=19 .2463
Rg=431.999 Cpg=l- 85455 kg-1.303БВ cp'g= 1 .93225 k1g-1- 29233
Mu=0.0000608 Lt=0. 236958 Lt1=0.26244 Pr= 0 .475558 Pr =0. 447374
Д-1056 . 55 Z —0
Равновесные концентрации (моль/кг)
0 = 0.346SC-6 02 - 0.5176e-8 H - 0 .04882 H2 17.297
ОН - 0.1686е-3 Н02 - 0.6085e-ll H20 - 0 .60319 H202 - 0.1131e -10
N - 0.2993е-7 N2 - 21.223 NO - 0 ■6242e-5 N20 - 0.253Se -9
NH = 0.2993е- 6 NH2 = 0_123Be-5 NH3 = 0 .1291e-3 N2H2 - 0.2069e -10
HNO = 0.1253е-8 С = 0,1308e-ll CO = 12.69 C02 = 0.09603
С20 = 0.2135е-10 сн = 0.4062e-ll CH2 = 0 .4164e-9 CH3 = B.1173e -6
СН4 = 0.2078е-5 С2Н = 0.1874e-ll C2H2 = 0 ■9663e-S C2H3 = 0.3050e -11
С2Н4 = 0.2093е-1Э СНО = 0.4256e-5 CH02 - 0 . 2440e-7 CH20 = 0.1758e -5
СН202 - 0.5593е-7 CN - 0.1553e-7 CN2 - 0 ,5662e-10 C2N2 - 0.2643e -10
NCO = 0.2287е-9 HCN = 0.2817e-3 HNC = 0 ,2162e-7 C3HN = 0.1372t -11
N2C = 0.1790е-7 е - - 0.1221e-10 H30+ = 0 ,880Se-ll NH4+ = 0.2534e -11
PaRHORpfHhip пардмртры при p=B.l МПД К (рдмницы СИ):
р=0.1 Т-2500 v=10.8734 S= 13.0735 1=2409 .27
U=1451,6 М=52 .3115 Cp=l.907 1 .29546 Cp =2. 66594
к-1.23125 Др-0. 0001316 Bv-0.0004301 Gt- 0 .0000101 MMg-19 .1162
Rg=434.937 Cpg-1. 907 kg-1.29546 2 .66S94 k'g=l. 23125
Мц-0.0000702 Lt-0. 2 85443 Lt =0.570099 Pr= 0 .469277 Pr1=0. 323473
А=1154.99 z=0
Равновесные концентрации (моль/кг]
0 - 0.1б33е-3 02 " 0.2431e-5 н - 0 .7493 H2 - 16.923
ОН - 0.005S3 Н02 - 0.3013e-8 H20 - 0 .61858 H202 - 0.9532e -9
N = 0.9730S-5 N2 - 21.223 N3 = 0 5412e-11 NO 0.406 3e -3
N02 = 0.1719е-9 N20 = 0,1627e-7 NH = 0 .1748e-4 NH2 0.1124e -4
NH3 - 0.6127е-1 N2H2 - 0.271le-9 HN3 - 0 .4828e-ll HNO - 0.9251e -7
HN02 = 0.4049е-10 NH 30 = 0.1197e-ll С = 0 .1417e-S CO 12.711
С02 - 0.07459 С20 - 0.5614O-9 сн - 0 ■9746C-9 CH2 - 0.7449c -S
СНЗ - 0.1094е-6 CHI - 0.13926-6 C2H - 0 ,412Se-10 C2H2 - 0.5113e -8
С2НЗ = 0.2065е-11 С2Н4 = 0.1174e-ll CHO = 0 ,2584e-4 CH02 0.1589e -6
СН20 - 0.1683е-5 СН202 - 0.518Б&-7 СНЗО - 0 ,2876e-ll CN - 0.5599e -6
CN2 = Э.1441е-8 C2N = 0.1433e-ll C2N2 = 0 ■437Эе-10 NCO = 0.8213e -8
HCN - 0.2534е 3 HNC - 0.1485e 6 N2C - 0 -146 7e 6 e - 0.2427e 8
Н- = 0.2768е-11 □ Н- - 0.1497e-ll НЗО+ = 0 .17 2 5e-S NO+ 0.75 2 5e -10
NH4+ = 0.3887е-10 СН0+ = 0.5942e-9 CN- = 0 -2958e-ll
Рисунок 3 - Результаты расчета для смеси № 1
моль/кг
N2
Н2
СО
п ОН С02_ И20 н -3
ИСО 1600 1800 2000 2200 2400 Т, К
Рисунок 4 - Состав продуктов горения при различных температурах (смесь № 1) Таблица 1 - Результаты термодинамических расчетов
Номер Энтальпия продуктов горения I, кДж/кг,
расчета Состав исходной смеси при различных температурах, К
(смеси) 1 500 2 000 2 500
1 С12,795 Н35,849 N42,446 О13,185 384 1 306 2 409
2 С18,945 Н53,764 N37,769 О11,828 1 019 2 171 4 115
3 С25,101 Н71,673 N33,094 О10,171 1 553 2 889 5 414
4 С31,255 Н89,575 N28,421 О8,515 2 087 3 604 6 404
5 С37,407 Н107,849 N23,749 О6,859 2 621 4 316 7 357
6 С43,557 Н125,364 N19,079 О5,203 3 155 5 027 8 276
7 С49,704 Н143,246 N14,411 О3,549 3 687 5 735 9 156
В соответствии с выражением (12) количество тепла, необходимого для сушки, равно произведению количества (массоприхода) ПГ на суммарную энтальпию ПГ. Поэтому, зная энергосодержание (энтальпию) ПГ, можно регулировать подачу биогаза и воздуха в зону
горения, обеспечивая требуемые условия по энтальпии ПГ.
На рисунке 5 в графической форме представлены зависимости энтальпии ПГ от равновесной температуры для различных составов смесей «биогаз - воздух».
и
к
I
<и а о и
оа о н а
Ч
0
а е к
е л
ч «
н
1
Г)
10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
•20/80 ■30/70 1 40/60 ■50/50 60/40 70/30 80/20
1500
2000
Температура, К
2500
Рисунок 5 - Зависимость энтальпии продуктов горения от равновесной температуры для различных составов смесей «биогаз - воздух»
Графические зависимости показывают, что с ростом равновесной температуры ПГ их энтальпия увеличивается. В то же время значительное влияние на значение энтальпии оказывает исходный состав смеси «биогаз -
воздух». В соответствии с графиками наибольшие значения энтальпии соответствуют соотношению компонентов смеси «биогаз - воздух», равному 80/20, т. е смеси, обогащенной биогазом. Это, очевидно, связано в первую
очередь с увеличением относительного содержания горючих элементов в смеси [19-20]. Во-вторых, при таком соотношении биогаза и воздуха образуются преимущественно ПГ с высокой энтальпией. Следовательно, общая энтальпия, в силу своей аддитивности, возрастает.
Заключение
Таким образом, проведенные термодинамические расчеты показывают, что теплотворная способность ПГ смесей «биогаз - воздух» обеспечивает требуемые условия по сушке твердых сыпучих материалов в «кипящем» слое, создаваемом в разрабатываемой установке.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Байкин С. В., Курочкин А. А., Шабурова Г. В., Афанасьев А. С. Технологическое оборудование для переработки продукции растениеводства. Под ред. А. А. Курочкина. М. : КолосС, 2007. 445 с.
2. Курдюмов В. И., Павлушин А. А., Карпенко Г. А., Сутягин С. А. Тепловая обработка зерна в установках контактного типа. Ульяновск : УГСХА им. П. А. Столыпина, 2013. 290 с.
3. Курочкин А. А., Терентьев А. Б., Чекайкин С. В. Энергосберегающая зерносушилка контактного типа // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2014. № 6 (22). С. 197-200.
4. Фролов Д. И., Фудин К. П. Изучение кинетики конвективной сушки репчатого лука // Инновационная техника и технология. 2015. № 3 (04). С. 28-32.
5. Фролов Д. И., Фудин К. П. Влияние конвективной сушки и температурного режима на содержание химических веществ в репчатом луке // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2016. № 1 (29). С. 84-89.
6. Курочкин А. А., Шабурова Г. В., Зимня-ков В. М., Воронина П. К. Оборудование перерабатывающих производств. М. : ИНФРА-М, 2015. 363 с.
7. Курочкин А. А., Фролов Д. И. Технология производства кормов на основе термо-вакуумной обработки отходов с. -х. производства // Инновационная техника и технология. 2014. № 4 (01). С. 36-40.
8. Курочкин А. А., Воронина П. К., Зимня-ков В. М., Мишанин А. Л., Новиков В. В., Шабуро-ва Г. В., Фролов Д. И. Научное обеспечение актуального направления в развитии пищевой термопластической экструзии. Пенза, 2015. 181 с.
9. Фролов Д. И., Никишин В. А. Повышение питательности экструдируемых кормов для животных // Научные труды Sworld. 2014. Т. 7. № 4. С. 98-101.
10. Фролов Д. И., Курочкин А. А., Шабурова Г. В., Воронина П. К. Теоретическое описание процесса взрывного испарения воды в экструдере с вакуумной камерой // Инновационная техника и технология. 2015. № 1 (02). С. 29-34.
11. Курочкин А. А., Фролов Д. И., Воронина П. К. Определение основных параметров вакуумной камеры модернизированного экструдера // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 4 (32). С. 172-177.
12. Зимняков В. М., Курочкин А. А., Спи-цын И. А., Чугунов В. А. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств. М. : ИНФРА-М, 2016. 360 с.
13. Чекайкин С. В., Курочкин А. А., Фролов Д. И. Актуальное направление в совершенствовании зерносушилок контактного типа // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы: сборник научных трудов международной научно-практической конферен-
ции, посвященной памяти доктора технических наук, профессора Ф. Х. Бурумкулова. 2016. C. 344-347.
14. Терентьев А. Б., Мокроусова К. Ю., Чекайкин С. В. Исследование энергоэффективности работы сушилки кипящего слоя // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2014. № 6 (22). C. 185-189.
15. Терентьев А. Б., Мокроусова К. Ю., Чекайкин С. В. Анализ энергоэффективности работы сушилки кипящего слоя // Инновационная техника и технология. 2014. № 4 (01). C. 23-25.
16. Терентьев А. Б., Мельник Д. А., Баклин А. А. Энергоэффективная установка для сушки сыпучих материалов // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013. № 6 (10). C. 133-136.
17. Терентьев А. Б., Чекайкин С. В., Мокроусова К . Ю., Курочкин А. А., Шабурова Г. В., Голоща-пов В. М., Воронина П. К. Пат. 2575491 Российская Федерация МПК7 F26B 17/10. Установка для сушки сыпучих материалов в восходящем потоке продуктов горения биогаза или попутного газа; патентообладатель ООО НТК «Эврика!». № 2013133203/06 заявл. 16.07.2013; опубл. 20.02.2016, Бюл. № 5. 5 с.
18. Трусов Б. Г., Бадрак С. А., Туров В. П. Автоматизированная система термодинамических данных и расчетов равновесных состояний // Математические методы химической термодинамики. Новосибирск : Наука, 1982. С. 213-220.
19. Баклин А. А. и др. Автономная зерносушилка на альтернативных источниках энергии // Аграрный вестник урала. 2011. № 6. C. 40-42.
20. Чекайкин С. В., Шабурова Г. В. Обоснование конструктивно-технологической схемы энергоэффективной зерносушилки контактного типа // Инновационная техника и технология. 2016. № 1 (06). С. 24-28.
REFERENCES
1. Baikin S. V., Kurochkin A. A., Shaburova G. V., Afanas'ev A. S. Tekhnologicheskoe oborudovanie dlya pere-rabotki produktsii rastenievodstva (Processing equipment for crop), Pod red. A. A. Kurochkina, M. : KolosS, 2007, 445 p.
2. Kurdyumov V. I., Pavlushin A. A., Karpenko G. A., Sutyagin S. A. Teplovaya obrabotka zerna v ustanovkakh kontaktnogo tipa (Heat the grain processing plants contact type), Ul'yanovsk : UGSKhA im. P. A. Stolypina, 2013, 290 p.
3. Kurochkin A. A., Terent'ev A. B., Chekaikin S. V. Energosberegayushchaya zernosushilka kontaktnogo tipa (Energy-efficient grain dryer contact type ), XXI vek: itogi proshlogo i problemy nastoyashchego plyus, 2014, № 6 (22), pp. 197-200.
4. Frolov D. I., Fudin K. P. Izuchenie kinetiki konvek-tivnoi sushki repchatogo luka (The study of the kinetics of the convective drying onions), Innovatsionnaya tekhnika i tekhnologiya, 2015, № 3 (04), pp. 28-32.
5. Frolov D. I., Fudin K. P. Vliyanie konvektivnoi sushki i temperaturnogo rezhima na soderzhanie khimi-cheskikh veshchestv v repchatom luke (Influence of convection drying and temperature control on the content of chemicals i n the bulb onions), XXI vek: itogi proshlogo i problemy nastoyashchego plyus, 2016, № 1 (29), pp. 84-89.
6. Kurochkin A. A., Shaburova G. V., Zimnya-kov V. M., Voronina P. K. Oborudovanie pererabatyvayush-chikh proizvodstv (The equipment processing manufactures), M. : INFRA-M, 2015, 363 p.
7. Kurochkin A. A., Frolov D. I. Tekhnologiya proiz-vodstva kormov na osnove termo-vakuumnoi obrabotki otk-hodov s/kh proizvodstva (Feed production technology on the
basis of thermo-vacuum waste processing), Innovatsionnaya tekhnika i tekhnologiya, 2014, № 4 (01), pp. 36-40.
8. Kurochkin A. A., Voronina P. K., Zimnya-kov V. M., Mishanin A. L., Novikov V. V., Shaburova G. V., Frolov D. I. Nauchnoe obespechenie aktual'nogo napravle-niya v razvitii pishchevoi termoplasticheskoi ekstruzii (Scientific support of current trends in the development of food processing thermoplastic extrusion), Penza, 2015, 181 p.
9. Frolov D. I., Nikishin V. A. Povyshenie pitatel'nosti ekstrudiruemykh kormov dlya zhivotnykh (Improving nutritional extruded animal feed), Nauchnye trudy Sworld, t. 7, № 4, pp. 98-101.
10. Frolov D. I., Kurochkin A. A., Shaburova G. V., Voronina P. K. Teoreticheskoe opisanie protsessa vzryvnogo ispareniya vody v ekstrudere s vakuumnoi kameroi (Theoretical description of the explosive evaporation water in an extruder to a vacuum chamber), Innovatsionnaya tekhnika i tekhnologiya, 2015, № 1 (02), pp. 29-34.
11. Kurochkin A. A., Frolov D. I., Voronina P. K. Opredelenie osnovnykh parametrov vakuumnoi kamery mod-ernizirovannogo ekstrudera (Determination of main parameters of vacuum camera the upgraded extruder), Vestnik Ul'ya-novskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii, 2015, № 4 (32), pp. 172-177.
12. Zimnyakov V. M., Kurochkin A. A., Spitsyn I. A., Chugunov V. A. Osnovy rascheta i konstruirovaniya mashin i apparatov pererabatyvayushchikh proizvodstv (Bases for design and construction of machines and apparatus of processing manufactures), M. : INFRA-M, 2016, 360 p.
13. Chekaikin S. V., Kurochkin A. A., Frolov D. I. Aktual'noe napravlenie v sovershenstvovanii zernosushilok kontaktnogo tipa (Current trend in the improvement of the contact type). Energoeffektivnye i resursosberegayushchie tekhnologii i sistemy: cbornik nauchnykh trudov mezhduna-rodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, posvyashchennoi pamyati doktora tekhnicheskikh nauk, professora F. Kh. Bu-rumkulova, 2016, pp. 344-347.
14. Terent'ev A. B., Mokrousova K. Yu., Chekai-kin S. V. Issledovanie energoeffektivnosti raboty sushilki ki-pyashchego sloya (Dryer works energy research fluidized
bed), XXI vek: itogi proshlogo i problemy nastoyashchego plyus, 2014, № 6 (22), pp. 185-189.
15. Terent'ev A. B., Mokrousova K. Yu., Chekaikin S. V. Analiz energoeffektivnosti raboty sushilki kipyash-chego sloya (Analysis of energy efficiency of the work of fluidized bed dryers), Innovatsionnaya tekhnika i tekhnologiya, 2014, № 4 (01), pp. 23-25.
16. Terent'ev A. B., Mel'nik D. A., Baklin A. A. Ener-goeffektivnaya ustanovka dlya sushki sypuchikh materialov (Bucklin Energy-efficient system for drying of bulk materials) , XXI vek: itogi proshlogo i problemy nastoyashchego plyus, 2013, № 6 (10), pp. 133-136.
17. Terent'ev A. B., Chekaikin S. V., Mokrousova K. Yu., Kurochkin A. A., Shaburova G. V., Goloshcha-pov V. M., Voronina P. K. Pat. 2575491 Rossiiskaya Fede-ratsiya MPK7 F26B 17/10. Ustanovka dlya sushki sypuchikh materialov v voskhodyashchem potoke produktov goreniya biogaza ili poputnogo gaza (Apparatus for drying bulk material in the upstream products of biogas combustion or associated gas):; patentoobladatel' OOO NTK «Evrika!». № 2013133203/06 zayavl. 16.07.2013; opubl. 20.02.2016, Byul. № 5. 5 p.
18. Trusov B. G., Badrak S. A., Turov V. P. Avtoma-tizirovannaya sistema termodinamicheskikh dannykh i ra-schetov ravnovesnykh sostoyanii (Desk Automated system of thermodynamic data and calculations of equilibrium states), Matematicheskie metody khimicheskoi termodinamiki, Novosibirsk : Nauka, 1982, pp. 213-220.
19. Baklin A. A. i dr. Avtonomnaya zernosushilka na al'ternativnykh istochnikakh energii (Autonomous grain dryer on alternative energy sources), Agrarnyi vestnik urala, 2011. № 6, pp. 40-42.
20. Chekaikin S. V., Shaburova G. V. Obosnovanie konstruktivno-tekhnologicheskoi skhemy energoeffektivnoi zernosushilki kontaktnogo tipa (Substantiation of is constructive-technological scheme of energy efficient dryers contact type), Innovatsionnaya tekhnika i tekhnologiya, 2016, № 1 ( 0 6), pp. 24-28.
Дата поступления статьи в редакцию 02.09.2016.
05.20.01 УДК 631.363.7
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСЕЙ КАК ЛОПАСТНОГО НАСОСА
© 2016
Солонщиков Павел Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологическое и энергетическое оборудование»
Вятская государственная сельскохозяйственная академия, Киров (Россия)
Аннотация. В статье освещен обзор и анализ центробежных (лопастных) насосов, производимых и выпускаемых в нашей стране и за рубежом различными компаниями, заводами и фирмами. Среди всего многообразия требований к конструкции насосов были выделены основополагающие, которые непосредственно влияют на ход технологического процесса в целом. По проведенному анализу и обзору разработана и описана методика определения конструктивных параметров насоса, а именно его рабочего колеса, которое является основным рабочим органом. При этом описанную методику можно применять при разработке смесителей с использованием центробежного (лопастного) колеса. Используя описанную методику, было разработано рабочее колесо для установки для приготовления смесей и описан технологический процесс его работы. В ходе теоретических расчетов получено уравнение регрессии, по которому можно определить напор при различной частоте вращения вала рабочего колеса с учетом соответствующих сопротивлений, в зависимости он подачи, это позволяет на стадии проектирования приблизительно определить напорные характеристики для нового рабочего колеса. Экспериментальными и теоретическими исследованиями подтверждена конструкция разработанного колеса для смесительной установки на базе лопастного насоса. При этом получены номинальные значения показателей таких, как подача, напор, коэффициент полезного действия и полезная мощность при различных вариантах работы установки. Таким образом установка показала свою эффективность работы как для обычного насоса, который может перемещать жидкость и смеси.
Ключевые слова: анализ, давление, жидкость, кавитация, контур, коэффициент полезного действия, методика, мощность, напор, насос, обзор, рабочее колесо, расход, смеситель, схема, уравнение, частота вращения.
