112 ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОНАСОСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ЗЕРНА 3.1. Компенсация потерь эффективности процесса сушки зерна в шахтной зерносушилке с тепловым насосом В тепловом насосе теплота внешней среды, которой является отработанный сушильный агент, в результате затраты механической энергии в компрессоре переходит от низкотемпературного потенциала на более высокий температурный уровень. При этом значительно снижаются удельные затраты энергии (до 30 %), а осуществление «мягких» режимов сушки сушильным агентом с пониженным влагосодержанием вследствие его осушения в испарителе позволяет получить высушенное зерно высокого качества. Подготовка отработанного сушильного агента (воздуха) в замкнутом цикле предусматривает его охлаждение и осушение путем конденсации влаги на поверхности охладителя. Процесс конденсации сопровождается образованием «снеговой шубы» на охлаждающем элементе испарителя теплового насоса, что приводит к постепенному снижению коэффициента теплопередачи от хладагента к отработанному воздуху по мере увеличения толщины «снеговой шубы» [135, 216]. В этих условиях нельзя рассчитывать на снижение влагосодержания сушильного агента после испарителя и обеспечить его высокую влагопоглощающую способность при сушке. Неизбежны потери эффективности процесса, связанные с увеличением энергозатрат на привод компрессора для стабилизации заданного влагосодержания воздуха при его осушении. Теряется смысл многократного использования насыщенного влагой воздуха в контуре рециркуляции. Организация непрерывного режима сушки достигается благодаря использованию двухсекционного испарителя с рабочей и резервной секциями, которые |
стороны, и дефицита энергетических ресурсов, с другой, все более остро ставятся вопросы рационального использования энергии, утилизации и рекуперации теплоты во всех процессах пищевой технологии. Это относится и к сушке зерна, которая неизбежно сопровождается неполным использованием энергии теплоносителя, что связано с условиями гигротермического равновесия между высушиваемым материалом и сушильной средой [19, 20, 32, 34]. В технике сушки широкое применение находят тепловые насосы, которые позволяют довести зерносушильные установки до высокого энергетического совершенства в отношении использования, утилизации и рекуперации теплоты отработанного сушильного агента [39, 48, 62, 77, 84, 125, 126, 128, 131, 135]. При этом значительно снижаются затраты энергии (до 30 %), а осуществление "мягких" режимов сушки сушильным агентом с пониженным влагосодержанием вследствие его осушения в испарителе позволяет получить высушенное зерно высокого качества. Современный уровень развития вычислительной техники, а также достижения в области теории теплои массопереноса при сушке коллоидных капиллярно-пористых материалов позволяют исследовать процесс сушки зерна пшеницы в замкнутом цикле по сушильному агенту при наиболее рациональных с энергетической точки зрения схемах подключения теплонасосной установки (ТНУ). В этой связи актуальной задачей является разработка комплекса математических моделей замкнутой сушильной технологической системы (СТС) для моделирования одновременно протекающих тепло-массообменных процессов: сушки зерна, осушения отработанного сушильного агента, регенерации рабочих поверхностей теплообменных устройств, рекуперативного теплообмена между теплоносителями разного температурного потенциала. Представляется, что именно это направление позволит создать новые технологии энергосбережения и способы сушки зерна в прямоточных шахтных зерносушилках. Теоретические основы тепломассообмена в сушильных процессах и их аппаратурное оформление отражены в работах А.В. Лыкова, А.С. Гинзбурга, В.И. 39 Использование рециркуляционной или рекуперативной систем возможно для обеспечения режимов низкотемпературной сушки [53, 77]. Однако такие системы не способны обеспечить проведение "мягких" режимов сушки с регулированием температуры и относительной влажности воздуха в сушильной камере в течение всего расчетного времени сушки [34]. Такие режимы могут быть обеспечены только при использовании тепловых насосных устройств (ТНСУ) [15, 24, 55, 77, 90, 122, 128, 131, 133], которые в последние годы в технике сушки находят все более широкое применение. ТНСУ позволяют довести сушильные установки до высокого энергетического совершенства в отношении использования и рекуперации тепла [77, 122]. Теплонасосная установка работает аналогично холодильной компрессионной машине по термодинамическому циклу, обратному тепловому двигателю [12, 123]. В тепловом насосе теплота внешней среды, которой может быть наружный воздух или отработанный сушильный агент, в результате-затраты механической энергии в компрессоре переходит от низкого температурного потенциала на более высокий температурный уровень рабочего сушильного агента [62]. Теплонасосные установки могут работать в режиме полностью замкнутого цикла или с выбросом части отработанного воздуха [90, 91, 98]. Однако при подаче в испаритель только наружного воздуха энергетическая эффективность применения ТНСУ снижается и возрастает вероятность обмораживания испарителя [29]. Принципиальная блок-схема теплонасосной сушильной установки с воздушным теплообменником-рекуператором и термодинамическое изображение на диаграмме / -d происходящих в ней процессов представлены на рис. 1.4. |