Размещено на http://allbest.ru

¹Воронежский государственный университет инженерных технологий

²Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I

УДК 664.923.2/.9

Проблемы производства новых оригинальных копченых изделий: обоснование тепловых режимов дымогенератора с металлическими стержнями

¹Шахов С.В., ¹Сухарев И.Н.,

²Глотова И.А., ²Артемов Е.С., ²Беляева А.С.

Воронеж, Россия

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).

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).

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 (?100^о С).

В зоне 2 осуществляется обезвоживание опилок. Температура опилок здесь изменяется несущественно (?100ч120^о С).

В зоне 3 обезвоженные опилки нагреваются до температуры начала пиролиза (?270^оС). 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 450ч500^о С [1, 2, 3].

В процессе пиролиза выделится теплота в количестве 1ч1,2 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 550ч600^о С.

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 (лн = 390 Вт/м*К), то перепад температуры по длине стержня существенно увеличивается (рис. 3).

При тепловом потоке Qмаг = 800ч900 Вт он достигает 300 °С. Увеличение диаметра стержней приводит или к увеличению необходимой длины дымогенератора (см. рис. 1), или к увеличению теплового потока Q_маг (рис. 4).

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.

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

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

Установлено, 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). копчение барабан дымогенератор пиролиз

Анализ результатов моделирования процесса дымогенерации позволил сделать следующие выводы.

• Использование стержней в качестве насадки барабанных дымогенераторов позволяет снизить энергопотребление последнего в 3ч5 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 3ч5 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.

Список литературы

1. Демченко, Е. А. Образование канцерогенных полициклических ароматических углеводородов при пиролизе древесины [Текст] / 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 [Текст] / 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 [Текст] : Отчет о НИР МЗ СССР НИИ онкологии им. проф. Н. Н. Петрова; рук. темы Дикун П. П. - Инв. № 02910042162. - Л., 1992. - 37 с.

Аннотация

УДК 664.923.2/.9

Проблемы производства новых оригинальных копченых изделий: обоснование тепловых режимов дымогенератора с металлическими стержнями. 1Шахов С.В., 1Сухарев И.Н., 2Глотова И.А., 2Артемов Е.С., 2Беляева А.С.

1Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I. Воронеж, Россия

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.

Ключевые слова: барабанный дымогенератор, пиролиз, копчение, стержневая насадка, математическое моделирование

Annotation

The problems of new original smoked products manufacture: justification of thermal regimes of the smoke generator with metallic rods. Shakhov S.V., 1Sukharev, I.N., 2Glotova I.A., 2Artemov E. S., 2Belyaeva A.S.

1Voronezh State University of Engineering Technologies. 2 Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great. Voronezh, Russia

Today in the market the range of production of delicatessen group grows, new types of original smoked products appear. For a proper understanding of the nature of the Smoking process and targets are based on technological parameters of the productive methodology is mathematical modeling. The task of modeling the thermal modes of the smoke generator is to determine the optimal diameter of the rods. The modeling process allows us to answer the question: to what extent does the use of rods as a nozzle of the drum smoke generator allow us to reduce energy consumption, as well as to compare aluminum, copper and steel rods in terms of energy efficiency. Analysis of the results of modeling the process of smoke generation allowed us to draw the following conclusions. The use of rods as a nozzle drum smoke generator allows you to reduce power consumption in 3-5 times due to the useful heat of pyrolysis of sawdust. Relatively high energy efficiency have smoke generators with rods of copper, aluminum. The optimal diameter of the rods is 3-5 mm. the increase in the diameter of the rods leads to an increase in the length and energy consumption of the smoke generator. The use of steel rods does not lead to energy savings, since their thermal conductivity is low in all areas, including the pyrolysis zone, while the temperature of the rod is higher than the material temperature.

Key words: drum smoke generator, pyrolysis, smoking, core nozzle, mathematical modeling

Размещено на Allbest.ru