Научное обеспечение разработки аппаратов с вращающимся барабаном для процессов пищевой технологии

Машины и аппараты, в которых основной деталью является вращающийся барабан, получили широкое распространение в промышленности и сельском хозяйстве для обработки дисперсных сыпучих материалов: измельчения, смешивания, разделения на фракции, гранулирования, дозирования [80, 91, 132, 150, 172].

Многие процессы требуют перемешивания сыпучего материала при его обработке. Вращающийся барабан обеспечивает непрерывное перемешивание продукта, поэтому машины и аппараты этого типа используются для проведения очень многих процессов: обжига, сушки, охлаждения, химических реакций и биологических превращений, мойки, шлифовки и полировки деталей и многих других [74, 88, 89, 176, 180].

Машины и аппараты барабанного типа серийно изготавливаются многими отечественными и зарубежными машиностроительными предприятиями в широком диапазоне их внутренних объемов от нескольких кубических дециметров до нескольких тысяч кубометров [162].

Устойчивая работа в течение многих десятилетий машин и аппаратов с вращающимся барабаном практически во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства связана, прежде всего, с их большой надежностью, которая определяется простым и самым устойчивым характером движения рабочего органа — равномерным медленным вращением. В условиях, когда производство представляет длинную цепочку взаимосвязанных машин и аппаратов, надежность в работе является одним из определяющих факторов в выборе типа технологического оборудования.

Включение установок с вращающимися барабанами в самые разнообразные линии производства пищевых продуктов, промышленных товаров, строительных материалов, переработки полезных ископаемых связано с особым характером перемешивания сыпучего продукта [108, 110, 127, 133].

Во вращающемся барабане можно организовать перемешивание сыпучей массы с минимальным повреждением частиц. Любые другие перемешивающие устройства, например, шнеки, лопатки, ковши и тому подобные повреждают частицы сыпучего материала в значительно большей степени.

Несмотря на многолетний опыт эксплуатации машин и аппаратов барабанного типа возможности по их усовершенствованию, конструированию новых высокоэффективных моделей далеко не исчерпаны.

В диссертации вскрыты эти возможности, рассмотрены пути реализации этих возможностей.

Предложенные усовершенствования машин и аппаратов барабанного типа основаны на аналитических расчетах, экспериментах с лабораторными и промышленными установками.

Результаты данного исследования приемлемы для любого процесса, проводимого во вращающемся барабане, так как эти результаты направлены на повышение технико-экономических показателей.

Одним из основных направлений диссертационной работы — глубокие и всесторонние исследования проблем повышения производительности машин и аппаратов с вращающимся барабаном в процессе сушки сыпучих пищевых продуктов. В этом направлении основной проблемой является увеличение объема продукта, находящегося в постоянном контакте с сушильным агентом, так как это непосредственно связано с увеличением производительности.

Многие установки барабанного типа в настоящее время работают в периодическом режиме. Исследование возможностей перевода этих установок в непрерывный режим работы является вторым основным направлением диссертации.

Во вращающихся барабанах непрерывного действия имеет место неравномерность продвижения частиц сыпучего материала, в результате чего время их пребывания в барабане неодинаково. Разница в длительности технологической обработки частиц сыпучего продукта, проходящего через барабан, отражается на качестве выпускаемой продукции. Исследование факторов, влияющих на неравномерность движения частиц, а также определение условий, при которых неравномерность минимальна, позволили бы эффективнее использовать барабанные установки. Последнее также входит в основные задачи, поставленные в настоящей работе.

Уменьшению удельных энергетических затрат посвящена значительная часть диссертации. Решение задачи по определению мощности привода барабана позволило отыскать рациональные силовые схемы, обеспечивающие минимальные энергетические затраты, равномерную и постоянную нагрузку на опорные элементы вращающихся барабанов.

Изучение механизма динамики сушки в движущемся слое на цилиндрической и конической поверхностях, определение кинетических закономерностей сложного теплои массообмена в условиях непрерывного обезвоживания позволили предложить схемы аппаратов с вращающимся барабаном для конвективной сушки пищевых сыпучих материалов, обеспечивающие наиболее экономичное в энергетическом отношении ведение процесса.

В данной работе обобщены результаты исследований, выполненных автором, а также при его непосредственном участии и руководстве на кафедре машин и аппаратов пищевых производств Воронежской государственной технологической академии.

В начале диссертации даны обозначения величин, поэтому в тексте поясняются только те величины, которые отсутствуют в принятых обозначениях или же не соответствуют им.

Все величины, входящие в уравнения и графики, приведенные в первой главе диссертации, даны в тех единицах измерения, как и в первоисточниках. Остальные главы написаны в соответствии с международной системой единиц (СИ).