Математичне моделювання процесу сушіння рослинних матеріалів в барабанній сушарці при змінній швидкості переміщення матеріалу

Abstract

В системі технологічних операцій післязбиральної обробки урожаю сільськогосподарських культур важливе місце займає сушіння. Універсальні сушарки барабанного типу широко використовуються в господарствах, оскільки, дозволяють проводити зневоднення різних сипучих вологих матеріалів, але за цілим рядом показників роботи (питомі затрати енергії, рівень автоматизації, виконання екологічних вимог, та інші) ці сушарки не зовсім відповідають сучасним вимогам виробництва сільськогосподарської і переробної галузей. Вирішення задач оптимізації щодо продуктивності і енергозатрат барабанних агрегатів можливе лише за наявності адекватної математичної моделі процесів тепло- і масообміну з урахуванням визначальних параметрів процесу. В статті на основі аналізу літературних джерел обґрунтовано наукове завдання аналітичного математичного опису і розрахунку визначальних параметрів процесу сушіння рослинних дисперсних матеріалів в пневмобарабанних агрегатах. За допомогою методів теплового і матеріального балансу на основі спрощених уявлень про процеси тепло- і масообміну побудовано математичну модель, що описує зміну параметрів сушильного агента і матеріалу в пневмобарабанному агрегаті в процесі переміщення вздовж обертального барабану. Для прикладу аналітичного аналізу зміни температури сушильного агента і матеріалу та його вологовмісту наведено розв’язок отриманих рівнянь для лінійного закону переміщення матеріалу вздовж барабану. Таким чином в результаті виконаного дослідження отримано математичну модель стаціонарного процесу сушіння рослинного матеріалу в пневмобарабанному агрегаті. Визначені аналітичні залежності, що описують розподіл параметрів процесу сушіння матеріалу в барабані з урахування швидкості переміщення.

В системе технологических операций послеуборочной обработки урожая сельскохозяйственных культур важное место занимает сушки. Универсальные сушилки барабанного типа широко используются в хозяйствах, поскольку позволяют проводить обезвоживание различных сыпучих влажных материалов, но по целому ряду показателей работы (удельные затраты энергии, уровень автоматизации, выполнения экологических требований, и другие) эти сушилки не совсем соответствуют современным требованиям производства сельскохозяйственной и перерабатывающей отраслей. Решение задач оптимизации по производительности и энергозатратам барабанных агрегатов возможно только при наличии адекватной математической модели процессов тепло- и массообмена с учетом определяющих параметров процесса. В статье на основе анализа литературных источников обоснованно научную задачу аналитического математического описания и расчета определяющих параметров процесса сушки растительных дисперсных материалов в пневмобарабанних агрегатах. С помощью методов теплового и материального баланса на основе упрощенных представлений о процессах тепло- и массообмена построена математическая модель, описывающая изменение параметров сушильного агента и материала в пневмобарабанном агрегате в процессе перемещения вдоль вращательного барабана. На примере аналитического анализа изменения температуры сушильного агента и материала и его влагосодержания приведены решение полученных уравнений для линейного закона перемещения материала вдоль барабана. Таким образом в результате выполненного исследования получена математическая модель стационарного процесса сушки растительного материала в пневмобарабанном агрегате. Определены аналитические зависимости, описывающие распределение параметров процесса сушки материала в барабане с учетом скорости перемещения.

In the system of technological operations postharvest handling harvest crops occupies an important place dry. Universal dryer drum widely used in households, since, allow dewatering of various loose moist materials, but for a number of performance indicators (unit cost of energy, the level of automation, the implementation of environmental requirements, etc.), these dryers do not completely meet the current requirements of agricultural and processing industries. Solving optimization problems on performance and energy consumption drum units is possible only if adequate mathematical model of heat and mass transfer considering the determining process parameters. The article is based on an analysis of the literature substantiated scientific task analytic mathematical description and calculation of the defining parameters of drying plant material dispersed in the drum units. With the help of heat and material balance based on simplistic ideas about the processes of heat and mass transfer mathematical model that describes the change in the parameters of the drying agent and the material in the drum unit in the process of moving along the rotary drum. For example, analytical analysis of changes in temperature of the drying agent and moisture content material and its solution are obtained for linear equations law material moving along the drum. Thus, in the result of the study received a fixed mathematical model of drying plant material in the drum unit. Designated analytical dependence describing the distribution parameters of drying material in the drum with regard variable speed of moving.