Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА НОВЫХ ОРИГИНАЛЬНЫХ КОПЧЕНЫХ ИЗДЕЛИЙ: ОБОСНОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ДЫМОГЕНЕРАТОРА С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ СТЕРЖНЯМИ

Шахов С.В. 1 Сухарев И.Н. 1 Глотова И.А. 2 Артемов Е.С. 2 Беляева А.С. 2
1 Воронежский государственный университет инженерных технологий
2 Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I
На сегодняшний день на рынке растёт ассортимент продукции деликатесной группы, появляются новые виды оригинальных копчёных изделий. Для правильного понимания сущности процесса копчения и расчёта целевых технологических параметров продуктивной методологией является математическое моделирование. Задачей моделирования тепловых режимов дымогенератора является определение оптимального диаметра стержней. Процесс моделирования позволяет ответить на вопрос: насколько использование стержней в качестве насадки барабанного дымогенератора позволяет снизить энергопотребление, а также сравнить алюминиевые, медные и стальные стержни по энергетической эффективности. Анализ результатов моделирования процесса дымогенерации позволил сделать следующие выводы. Использование стержней в качестве насадки барабанных дымогенераторов позволяет снизить их энергопотребление в 3–5 раз за счет полезного использования теплоты пиролиза опилок. Наиболее эффективна установка с тепловыми трубами в качестве стержней насадки. Относительно высокой энергетической эффективностью обладают дымогенераторы со стержнями из меди, алюминия. Оптимальный диаметр стержней составляет 3–5 мм. Увеличение диаметра стержней приводит к увеличению длины и энергопотребления дымогенератора. Использование стальных стержней не приводит к экономии энергии, поскольку их теплопроводность низка во всех областях, включая зону пиролиза, при этом температура стержня выше температуры материала.
барабанный дымогенератор
пиролиз
копчение
стержневая насадка
математическое моделирование
1. Демченко Е.А. Образование канцерогенных полициклических ароматических углеводородов при пиролизе древесины / Е.А. Демченко, А.И. Киприанов, П.П. Дикун // Химия древесины. – 1998. – № 2. – С. 96–102.
2. Пути снижения канцерогенной активности в продуктах пиролиза древесины / Е.А. Демченко, А.И. Киприанов, Е.И. Манкина и др.// Тез. докл. Всесоюз. конф. Термическая переработка древесины и ее компонентов. – Красноярск, 1988. – 88 с.
3. Разработка рекомендаций по снижению уровня образования канцерогенных ПАУ в продуктах термопереработки древесины: Отчет о НИР МЗ СССР НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова; рук. темы Дикун П.П. – Инв. № 02910042162. – Л., 1992. – 37 с.

На сегодняшний день на рынке растёт ассортимент продукции деликатесной группы, появляются новые виды оригинальных копчёных изделий. Для правильного понимания сущности процесса копчения и расчёта целевых технологических параметров продуктивной методологией является математическое моделирование. Задачей моделирования тепловых режимов дымогенератора является определение оптимального диаметра стержней. Процесс моделирования позволяет ответить на вопрос: насколько использование стержней в качестве насадки барабанного дымогенератора позволяет снизить энергопотребление, а также сравнить алюминиевые, медные и стальные стержни по энергетической эффективности. Дымогенератор – барабанный аппарат, внутри которого расположены металлические стержни, длина которых равна длине барабана (рис. 1).

shah1.tif

Рис. 1. Схема барабанного дымогенератора со стержневой насадкой

Аппарат работает в непрерывном режиме. Опилки подаются в левую торцевую часть и перемещаются вдоль аппарата в правую его часть. Твердый остаток, образующийся в результате пиролиза опилок выводится из правой торцевой части аппарата в разгрузочный бункер. Через специальный коллектор, расположенный в нижней части барабана, в слой по всей длине подается обогащенная азотом воздушная смесь, предварительно подготовленная методом ультрафильтрации. Смесь не содержит кислорода, что исключает горение опилок.

Стержни насадки могут быть выполнены сплошными из металлов с хорошей теплопроводностью (медь, латунь, алюминий, дюралюминий). Назначение стержней – перенос теплоты из зоны пиролиза опилок на другие участки: нагревание и сушки опилок. Стержни также выполняют функцию нагревательного устройства. Энергоподвод к ним осущуствляется переменным магнитным полем, генерируемым специальным индуктором.

Энергосберегающий эффект разработанного устройства определяется полезным использованием теплоты пиролиза опилок. Наиболее интенсивный перенос теплоты по стержням достигается в случае использования тепловых труб (рис. 2).

shah2.tif

Рис. 2. Принципиальная схема тепловой трубы: 1 – корпус трубы; 2 – жидкость; 3 – пар

По длине барабанный дымогенератор можно разделить на 5 зон.

В первой зоне происходит нагревание опилок от начальной (комнатной) температуры до температуры кипения воды в опилках (?100о С).

В зоне 2 осуществляется обезвоживание опилок. Температура опилок здесь изменяется несущественно (?100?120оС).

В зоне 3 обезвоженные опилки нагреваются до температуры начала пиролиза (?270оС).

В четвертой зоне протекают основные процессы пиролиза опилок: образование, испарение и возгонка основного количества продуктов разложения древесины. Эти процессы протекают в интервале температур от 270 до 450?500о С [1, 2, 3].

В процессе пиролиза выделится теплота в количестве 1?1,2 МДж/кг. Масса твердого остатка в конце пиролиза составляет примерно 1/3 от начальной массы опилок.

Зона 5 служит для прокаливания твердого остатка при температуре до 550?600оС.

Таким образом, пиролиз опилок в зоне 4 протекает с выделением теплоты. Все остальные процессы протекают при подводе теплоты.

Наличие стержней в барабане обеспечевает полезное использование теплоты пиролиза опилок для энергообеспечения остальных процессов.

Если стержни насадки выполнить в виде сплошных стержней из меди (?н = 390 Вт/м•К), то перепад температуры по длине стержня существенно увеличивается (рис. 3). При тепловом потоке Qмаг = 800?900 Вт он достигает 300°С. Увеличение диаметра стержней приводит или к увеличению необходимой длины дымогенератора (см. рис. 1), или к увеличению теплового потока Qмаг (рис. 4).

shah3.tiff

Рис. 3. Распределение температуры материала и стержней из меди по длине барабана при Qмаг = 800 Вт, L=2 м, dн=3 мм

shah4.tiff

Рис. 4. Распределение температуры материала и стержней из меди по длине барабана при Qмаг=900 Вт, L=2 м, dн=10 мм

При использовании алюминиевых, дюралюминиевых или латунных стержней с медной теплопроводностью габариты и энергопотребление дымогенератора увеличиваются. По мере уменьшения теплопроводности материала стержней необходимо увеличивать диаметр стержней.

Устанивлено, что при использовании стальных стержней в качестве насадки их температура во всех точках выше температуры материала, включая зону пиролиза. Это означает что теплота из зоны пиролиза в другие области не передается.

При использовании алюминиевых стержней возможно оплавление последнего (температура плавления алюминия составляет 660°С).

Анализ результатов моделирования процесса дымогенерации позволил сделать следующие выводы.

Использование стержней в качестве насадки барабанных дымогенераторов позволяет снизить энергопотребление последнего в 3?5 раз за счет полезного использования теплоты пиролиза опилок.

Наиболее эффективна установка с тепловыми трубами в качестве стержней насадки.

Относительно высокой энергетической эффективностью обладают дымогенераторы со стержнями из меди, алюминия.

Оптимальный диаметр стержней 3?5 мм.

Увеличение диаметра стержней приводит к увеличению длины и энергопотребления дымогенератора.

Использование стальных стержней не приводит к экономии энергии, поскольку их теплопроводность низка во всех областях, включая зону пиролиза, при этом температура стержня выше температуры материала.


Библиографическая ссылка

Шахов С.В., Сухарев И.Н., Глотова И.А., Артемов Е.С., Беляева А.С. ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА НОВЫХ ОРИГИНАЛЬНЫХ КОПЧЕНЫХ ИЗДЕЛИЙ: ОБОСНОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ДЫМОГЕНЕРАТОРА С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ СТЕРЖНЯМИ // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 3-2. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=18251 (дата обращения: 19.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074