РАЗРАБОТКА  ОХЛАДИТЕЛЯ  ДЛЯ  САХАРА-ПЕСКА

Горелышев  Егор  Михайлович

студент  2  курса,  кафедра  «Технологии  и  средства  механизации  в  агробизнесе»,  РФ,  г.  Ульяновск

E -mail:  bruzdaeva@mail.ru

Бруздаева  Светлана  Николаевна

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  ФГБОУ  ВПО  «Ульяновская  ГСХА  им.  П.А.  Столыпина»,  РФ,  г.  Ульяновск

Оборудование  сахарных  заводов  простаивает  в  течение  полугода  по  причине  снижения  их  производительности  в  зимнее  время,  это  является  экономически  неэффективным  и  влечет  за  собой  потерю  прибыли.  Необходимо  разрабатывать  такие  технические  решения,  которые  позволят  энергоэкономно  выводить  предприятие  из  кризиса.

На  предприятиях  для  охлаждения  сахара  применяются  аппараты  с  виброкипящим  слоем,  барабанного  и  букерного  типа.  Предприятия  по  производству  сахара  претерпели  обновления,  но  тем  не  менее  еще  много  слабых  звеньев  имеется  в  этой  технологической  цепочке.  Актуальными  остаются  работы  по  модернизации  данных  предприятий.

Охлаждение  сахара  проводят  после  центрифугирования  перед  хранением,  рассевом  и  упаковкой,  процесс,  необходимый  для  улучшения  качества  сахара  является  важным  для  подготовки  сахара  к  хранению.  Для  охлаждения  сахара-песка  на  предприятиях  применяют  системы  охлаждающего  водоснабжения,  которые  являются  очень  энергоемкими  и  сложными  [3].

Цель  работы:  разработка  охладителя  для  сахара-песка,  позволяющего  сократить  эксплуатационные  и  энергетические  затраты.

Предлагаемый  охладитель  рекомендуется  использовать  для  небольших  производств,  при  снижении  производительности  выработки  сахара  в  зимнее  время.  В  охладителе  не  нужно  организовывать  вибрацию  в  днище,  подготовку  в  качестве  хладоносителя  холодной  воды,  ее  подачу;  отсутствует  использования  воздуха  сокращает  капиталовложения  на  дополнительное  оборудование  для  подготовки  воздуха:  воздуховоды,  двигатели,  вентиляторы,  охладители  воздуха,  и  оборудование  для  очистки  воздуха.

Недостатками  известных  установок  для  охлаждения  сахара  является  повышенная  металлоемкость  конструкции  (высота  башни  достигает  до  10  м),  большой  расход  энергии,  мощные  вентиляционные  установки,  применение  хладоносителя,  снижение  времени  охлаждения,  при  движении  вертикального  столба  сахара-песка  происходит  трение  материала  об  перфорацию  внутренней  и  внешней  стенки  и  происходит  его  истирание  –  нарушение  кристалла  сахара  (опрелено,  что  в  совеременном  оборудовании  истирание  кристаллов  сахара  сосавляет  от  14  до  23  %).

Опыт  эксплуатации  показывает,  что  медленное  высушивание  в  сочетании  с  плавным  перемещением  оказывает  положительное  влияние  на  свойства  сахара  при  хранении  [2].  Именно  поэтому  в  предлагаемой  установке  в  качестве  элемента  деликатно  перемешивающего  сахар  при  охлаждении  предлагается  применить  в  каждом  канале  пружинно-винтовые  рабочие  органы  [2].

Известно,  что  воздух  и  вода  не  самые  эффективные  средства  для  охлаждения,  именно  поэтому  предлагается  непосредственное  охлаждение,  которое  исключит  затраты  на  подачу  холодной  воды  или  на  работу  вентиляционных  установок  [2]. 

С  целью  сокращения  эксплуатационных  затрат  в  качестве  простого  решения  предлагается  разработка  охладителя  с  непосредственным  охлаждением  теплообменника  и  аккумулированием  холода  с  помощью  специального  вещества,  размещенного  в  межтрубном  пространстве  [1].

Принцип  работы  охладителя  заключается  в  поочередности  подачи  в  теплообменный  аппарат  на  первой  стадии  хладагента,  на  второй  стадии  —  продукта  или  сыпучего  материала  для  охлаждения.

Рисунок  1.  Охладитель  сыпучих  материалов.  1  —  корпус;  2  —  трубы;  3  —  пружина;  4  —  теплоизоляция

Охладитель  представляет  собой  вертикальный  трубчатый  аппарат,  в  трубы  которого  подается  хладагент.  Охладитель  работает  следующим  образом:  на  первой  стадии  в  теплообменный  аппарат  трубчатого  типа  подается  хладагент,  где  он  кипит  при  низком  давлении  охлаждая  непосредственно  теплообменник  и  размещенное  в  межтрубном  пространстве  аккумулирующее  холод  вещество.

При  достижении  заданной  температуры  срабатывает  реле  температуры  и  прекращается  подача  хладагента  в  теплообменник.  Компрессор  холодильной  машины  отсасывает  пары,  образовавшиеся  при  кипении.  Начинается  вторая  стадия,  открывается  подача  сыпучего  материала  на  охлаждение.  С  целью  интенсификации  теплообмена  внутри  каждой  трубы  размещены  пружинно-винтовые  рабочие  органы  для  ворошения  сыпучего  материала  с  целью  интенсификации  процесса.

Установлено,  что  длина  пружинно-винтовых  рабочих  органов,  используемых  в  машинах  сельскохозяйственного  назначения  и  аппаратах  пищевых  производств  может  находится  в  пределах  0,25...75  м,  диаметр  пружин  достигает  до  0,1  м,  частота  вращения  от  10  до  12000  мин  -1  в  зависимости  от  функционального  назначения.

При  расчете  производительности  пружинно-винтовых  рабочих  органов  учитывается  площадь  поперечного  сечения  кожуха,  осевая  скорость  винтовой  поверхности,  плотность  материала,  коэффициент  наполнения  и  коэффициент  осевого  отставания  материала  от  осевой  скорости  движения  винтовой  поверхности  (для  сыпучих  материалов  коэффициент  наполнения  равен  0,7...0,8)  [2].

Для  аккумулирования  холода  могут  использоваться  различные  материалы,  обладающие  большой  теплоемкостью,  например  камень  природный  или  искусственный.

Необходимо  выполнить  выбор  и  обоснование  вещества,  аккумулирующего  холод,  определить  эффективность  его  применения  с  целью  сокращения  расхода  электроэнергии  на  проведение  процессов  теплопередачи,  увеличения  тепловой  производительности  (в  нашем  случае  холодоаккумулирующей  способности).

Математическая  модель  охладителя  относится  к  модели  «вытеснение-вытеснение»,  критерием  оптимизации  является  конфигурация  поверхности,  в  нашем  случае  трубы,  вещество,  аккуумулирующее  холод,  полученный  в  результате  кипения  хладагента  в  теплообменнике.

Необходимо  задаться  толщиной  трубы,  ее  конфигурацией,  маркой  стали  или  видом  материала,  аккумулирующим  холод.

Разработка  математической  модели  теплообменника  учитывает  конструктивное  исполнение  аппарата,  его  назначение,  выбор  хладагента,  свойства  продукта  или  материала,  от  которого  отводится  теплота,  способ  интенсификации  теплообмена,  гидродинамический  режим  потока,  характер  отвода  теплоты,  конфигурацию  и  компоновку  поверхности  теплообмена,  количество  ходов  и  направление  потоков  хладагента,  материал  аппарата  и  т.  д.

Заключение.  Охладитель  отличается  от  существующих:  экономичностью  (не  нужно  организовывать  подачу  холодной  воды,  которую  охлаждают  в  энергоемких  системах  водоснабжения,  не  нужно  организовывать  подачу  и  подготовку  холодного  воздуха,  которая  обеспечивается  работой  мощных  вентиляционных  установок),  высоким  качеством  сахара-песка  (т.  к.  при  охлаждении  кристаллы  сахара  не  разрушаются),  компактностью.

Список  литературы:

1.Бруздаева  С.Н.  К  вопросу  обоснования  конструкторских  разработок  при  выполнении  дипломного  проектирования  студентами  инженерного  факультета  по  механизации  переработки  продукции  животноводства.  —  Материалы  Международной  научно-  практической  конференции,  ФГОУ  ВПО  “Ульяновская  государственная  сельскохозяйственная  академия.  2009.  —  46—48  с.

2.Мищенко  Д.А.,  Аксенова  Н.Н.  Зависимость  производительности  спирально-винтового  насосно-  транспортирующего  устройства  от  его  режимно-конструктивных  параметров,  Ульяновск,  2009.  —  45—48  с.

3.Hartmut  H.,  Henning  G.  Applications  for  drying  and  cooling  sugar  in  respect  of  specific  needs  and  ambient  conditions.aythors  from  BMA//Sugar  Indystry.  —  2012.  —  №  137/  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа:  —  URL:  http://www.bma-worldwide.com/ru  (дата  обращения  15.01.2015).