Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ

На правах рукопису

УДК 656.614-3.073.436

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ПЕРЕВЕЗЕНЬ ЦУКРУ-ПІСКУ МОРСЬКИМИ СУДНАМИ

спеціальність 05.22.16 - судноводіння

ІСАМ АХМЕД МОХАММАД СМАДІ (Йорданія)

Одеса-2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеській національній морській академії Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Аксютін Леонід Родіонович, професор кафедри морських перевезень Одеської національної морської академії

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Гладких Ігор Іванович, завідувач кафедри гідрографії і морської геодезії Одеської національної морської академії

кандидат технічних наук Сафін Ігор Вікторович директор представництва компанії „Ві Шіпс” в Україні, м. Одеса

Провідна установа: Національний університет кораблебудування ім. адм. Макарова Міністерства освіти і науки України, м. Миколаїв.

Захист відбудеться ” 10 ” березня 2005р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д41.106.01 в Одеській національній морській академії за адресою: 65029 м. Одеса, вул. Дідріхсона,8, корп.1, зал засідання вченої ради.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Одеської національної морської академії за адресою: 65029 м. Одеса, вул. Дідріхсона,8.

Автореферат розісланий “ 4 ” лютого 2005року.

Вчений секретар спеціалізованої ради,

д.т.н., професор Голіков В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Якість та збереження вантажів представляють головні критерії, які обмежують прибуток при перевезеннях. Тому морські перевезення регламентовані відповідними правилами, тарифами та іншими нормативними документами.

Останнім часом збільшуються обсяги постачання готової харчової продукції, наприклад, сахару-піску, зокрема у Йорданію з різних районів Світового океану. Відсутність досвіду перевезень цієї продукції призвело до великих втрат (біля 80%) вантажу, що спонукало адміністрацію порту Акаба до постановки проблеми гарантованого забезпечення отримувачу збереження товару.

Морська практика має досвід перевезень тільки цукру -сирцю, але умови зберігання цукру - піску суттєво жорсткіші, тому виникла науково - практична проблема вивчення накопиченого досвіду морських перевезень цукру -піску, наукового обґрунтування, апробації та впровадження нових прийомів забезпечення якості перевезень вологих вантажів морським транспортом.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами полягає в узагальненні результатів досліджень, виконаних автором у рамках пріоритетного напрямку наукових досліджень в Україні на 1992-96р.р. “ Здоров'я людини”; пріоритетному напрямку науково-дослідних та науково-технічних програм Міністерства освіти України на 1997-2001р.р. “Енергоресурси та енергозбереження”.

Основні дисертаційні дослідження відображені у НДР “Розробка теоретичних основ управління мікрокліматом на морських суднах” №ДР0104U000712, в якої автор був виконавцем.

Ціллю дослідження є розробка методики гарантованого якісного та цілісного перевезення цукру - піску у райони з низькою відносною вологістю повітря.

Наукова гіпотеза вирішення проблеми виходить з можливості переводу управляння процесу зберігання вантажу з вірогідного стану у детермінований шляхом його опису законами термостатики та термодинаміки вологих матеріалів, які взаємодіють з вологим повітрям вантажних приміщень.

У процесі досліджень вирішувалась головна задача - визначення оптимальних рівноважних умов у системі “вантаж - трюмне повітря“ при тривалому зберіганні цукру - піску на судні.

Для її вирішення потрібна попередня реалізація наступних допоміжних задач:

- аналіз досвіду морських перевезень цукру - піску з різних регіонів світу для уточнення області наукових досліджень по кондиційності перевезень, та домінуючих факторів, які впливають на якість вантажу;

- визначення рівноважних статичних та динамічних термовологих характеристик цукру - піску;

- визначення характеру та інтенсивності впливу параметрів атмосферного повітря та морської води на можливих шляхах пересування судна, як факторів зовнішнього навантаження на процес збереження вантажу;

- визначення показників ефективності кондиціонування мікроклімату у вантажних приміщеннях для визначення характеристик зволоження вантажу;

- розробки карти технологічного режиму цілісного перевезення (КТР ЦП) цукру - піску;

- експериментальної перевірки та розробки рекомендацій по гарантованому збереженню цукру - піску на судні.

Об'єктом дослідження з'явились процеси навантаження, розвантаження та зберігання цукру - піску при морському перевезенні.

Предмет дослідження - параметри процесу збереження цукру - піску у замкнутому просторі вантажного приміщення на маршруті його доставки.

У роботі застосовані методи:

- теорії систем при декомпозиції головної задачі дослідження на допоміжні;

- експертних оцінок та статистичної обробки даних при аналізі досвіду морських перевезень цукру -піску та визначенні характеру і інтенсивності впливу параметрів навколишнього середовища на якість вантажу;

- ваговий метод з подальшим використанням чисельних методів при апроксимації експериментальних даних емпіричними залежностями для визначення статичних характеристик вологості цукру - піску та графоаналітичного методу побудови розгінних характеристик для елементарних ланцюгів, відомого з теорії автоматичного управління, для визначення динамічних характеристик рівноважної вологості цукру-піску з вологим повітрям;

- методи термодинаміки незворотних процесів при визначенні показників ефективності кондиціонування мікроклімату у трюмах судна;

- прямого вимірювання фізичних величин, експертних оцінок, обробки статистичних даних при здісненні експериментальних спостережень та досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що вперше, завдяки виявленню рівноважних умов вологості у процесі масообміну між вантажем та повітрям сховища, у відзнаку від існуючого вірогідного підходу, цілість цукру - піску при морських перевезеннях забезпечується детермінованим управлінням мікроклімату у вантажних приміщеннях шляхом підтримки на усьому маршруті доставки рівноважної з повітрям приміщень вологості цукру - піску на рівні не вище її значення, яке відповідає значенню відносної вологості повітря у порту розвантаження.

Вперше встановлено, що:

- основним зовнішнім фактором зіпсування цукру - піску при морських перевезеннях є вологість повітря вантажних приміщень, а інтенсивність її проникнення залежить від градієнта рухомих сил процесу зволоження під час аерації та ступеня герметизації зовнішнього контуру трюмів;

- рівноважні умови вологості цукру - піску та вологого повітря вантажного приміщення наступають приблизно через дві доби після початку руху судна, при цьому градиент температури поверхні вантажу і повітря складає ±2оС;

- на рівноважну вологість цукру - піску і її динамічні властивості не лінійно впливають зольність цукру та відносна вологість повітря у приміщенні, а рівноважна температура на вологість цукру - піску при атмосферних умовах істотного впливу не здійснює;

- на зміну якості (вологості) цукру -піску негативно впливають температура, вологість атмосферного повітря та температура морської води тільки при безпосередньому контакті, але при герметизації вантажних приміщень такого впливу не спостерігається;

- грудкування цукру - піску здійснюється тільки при його осушенні визваному рухомими силами масопереносу при умовах низької відносної вологості атмосферного повітря у порту розвантаження та високим її значенням у порту завантаження;

- при вентиляції трюмів з цукром - піском на маршруті доставки здійснюється додаткове зволоження поверхні вантажу на глибину до 1,0ч1,2 м.

Розроблена методика у вигляді КТР ЦП цукру - піску, яка містить необхідні та достатні умови оптимального зберігання цього харчового продукту на судні.

Удосконалена методика визначення ефективності кондиціонування стосовно до мікроклімату сховищ.

Отримала подальший розвиток практика морських перевезень у вигляді рекомендацій капітанам суден.

Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості подальшого використання методики дисертаційного дослідження по розробці аналогічних з цукром - піском КТР ЦП для інших гігроскопічних вантажів, особливо продуктів харчування, які перевозяться на далекі відстані у неадекватних умовах зовнішнього середовища.

Встановлені статичні та динамічні залежності вологості цукру - піску від параметрів зовнішнього середовища, зокрема відносної вологості повітря, представляють інтерес для харчової промисловості та техніки кондиціонування повітря у сховищах готової продукції, а також для розробки нормативних, інструктивно-методичних документів, навчально-методичної літератури по технології та менеджменту морських перевезень.

Практичну цінність представляють математичне відображення статичних та динамічних закономірностей у системі “цукор - пісок - навколишнє повітря”, словесні алгоритми, методики, КТР ЦП, рекомендації капітанам суден, які на цей час впроваджені у практику морських перевезень цукру - піску до п. Акаба та навчальний процес у Одеській національній морській академії.

Особистий внесок здобувача. Отримані в роботі результати і розробки виконані здобувачем самостійно без співавторів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень повідомлені і схвалені на наукових і науково-методичних конференціях професорсько-викладацького складу та курсантів Одеської національної морської академії (2003-2004р.р.).

Структура роботи. Робота складається з вступу, п'яти розділів, чотирьох додатків, повний обсяг роботи 204 стор., містить 37 мал.. і табл. 38, список літератури 77 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

цукор перевезення вологий повітря

У вступі наведені актуальність та доцільність роботи для подальшого поліпшення якості та цілості вантажів, які доставляються морським шляхом, сформульовані ціль та задачі дослідження, показаний зв'язок вибраного дослідження з державними програмами, наведені наукове положення та наукові результати, які захищаються, дані відомості про їх практичне застосування та використання, показаний особистий внесок автора, приведене місце апробації результатів дослідження, вказані кількість публікацій по темі дисертації та її структура.

В першому розділі, на основі огляду літературних джерел пов'язаного з основними етапами вирішення проблеми цілісної доставки вантажів морським та річковим транспортом, вивчення особливостей морських перевезень цукру на морському ринку, тарифної політики, технології цілісного перевезення тросникового цукру-сирцю та технічних умов до якості цукру у стандартах різних країн, був зроблений висновок про необхідність проведення досліджень по розробці оптимального алгоритму перевезення цукру - піску в залежності від його фізико-хімічних та біологічних властивостей, пристосування тари та упаковки до морської транспортировки, маси вантажу та способу його укладки у трюмах, технічного пристосування судна до перевезення цукру-піску, гідрометеорологічного стану на маршрутах пересування та здібності технологічного обладнання створити оптимальні мікрокліматичні умови у вантажних приміщеннях.

Огляд результатів наукових досліджень в області удосконалення морських перевезень показав, що їх кінцева ціль - розробка правил, технічних умов, КТР ЦП, методик та рекомендацій по забезпеченню збереження вантажу під час перевезення морськими шляхами, в яких основна увага приділена мікроклімату простору вантажних приміщень.

Дослідження по технології та досвіду морських (річкових) перевезень цукру-піску в результаті інформаційного пошуку не знайдені, але є результати двадцятирічних досліджень морських перевезень тросникового цукру-сирцю з Куби у вигляді проекту КТР ЦП.

Для встановлення причин відсутності інформації по досвіду перевезень цукру-піску був здійснений маркетинговий пошук по закупівлі цукру на світовому ринку цукру за останнє десятиріччя. Аналіз показав, що головним імпортером цукру-сирцю є Росія, яка має підприємства по його переробці, а багато інших країн, які не мають таких підприємств, наприклад, Йорданія, купують готову харчову продукцію - білий цукор (пісок або рафінад). Основні країни - постачальники цукру: Куба, Бразилія, Таїланд.

Фрахтові ставки морського ринку на перевезення цукру досить високі і коливаються від 20 до 35 ам.дол. за тону при вартості вантажу біля 500 ам.дол. за тону. Тому для фрахтівника втрата одної одиниці маси вантажу більше ніж в десятеро зменшує відносний прибуток від перевезення. Співвідношення ціни перевезення сирцю до вартості білого цукру приблизно складає 5:1.

Слід відмітити, що морські перевезення білого цукру почались лише останні роки. Стримуючим фактором, по всій вірогідності, був великий ризик стосовно якості вантажу після перевезення. Для цього твердження були розглянуті досвід морських перевезень сирцю з Куби у порти Чорного моря з 1959 року, а потім і результати наукових досліджень здійснені під керівництвом В.Е.Стецюка по розробці КТР ЦП збереження цукру - сирцю.

Основним зовнішніми негативними факторами є дуже високі вологість морського повітря та ризик підмочки вантажу вологою та морською водою. Тому у КТР ЦП цукру-сирцю протидії цим факторам приділяється головне значення шляхом: герметизації трюмів та кондиціонування повітря у їх просторах.

Для можливості прямого використання КТР ЦП цукру-сирцю при перевезення цукру-піску були розглянуті технічні умови по збереженню різних сортів цукру у стандартах різних країн. Аналіз показав на суттєву різницю, майже у десятеро, між основним фізико-хімічним показником якості цукрів - вологістю піска та сирцю.

З урахуванням, що для цукру-піску вимоги до його збереження майже на порядок жорсткіші у порівнянні з цукром-сирцем, тому виникає необхідність у поглибленому вивченні проблеми збереження цукру-піску під час морських перевезень на основі сучасної теоретичної бази з урахуванням досвіду перевезень цукру-сирцю та цукру-піску.

Другий розділ містить основну методологію дисертаційного дослідження, яка базується на системному підході до транспортного процесу (рейсу). До основних елементів рейсу входять: підготовка трюмів; завантаження, доставка, розвантаження.

При виборі теми основна увага приділена процесу зберігання при доставці цукру-піску, тому що інші процеси носять практичний характер, досить детально вивчені попередниками, а отримані результати відображені у правилах перевезень та технічних умовах.

Актуальність теми визначається великими збитками (до 30% від суми фрахту) та відсутністю результатів досліджень теоретичного та практичного характеру по досвіду перевезень цукру-піску.

Наукова новизна дослідження процесу доставки цукру-піску полягає у не визначеності напрямків термодинамічних процесів та кількісних показників у системі “цукор-пісок-повітря”.

Тематика дослідження відповідає одному з найважливіших наукових напрямків спеціальності - судноводіння, по якому на протязі майже 50-ти років ведуться дослідження на кафедрі морських перевезень Одеської національної морської академії.

Реалізуємість результатів дисертаційного дослідження швидка, тому що, вони носять інформаційний характер і не потребують додаткового устаткування, тому розрахунковий коефіцієнт користі дослідження становить більше 300.

Методологія рішення задач дисертаційного дослідження представлена технологічною картою, яка системно представляє процес досягнення цілі досліджуваної теми. Сформульовано наукову гіпотезу, головну задачу дослідження, при декомпозиції якої поставлені чотири допоміжні задачі. Основу наукового дослідження по забезпеченню збереження капілярно-порістих колоїдних матеріалів, до класу яких відносяться цукри, представляє теорія гігрометричної рівноваги і тепломасопереносу у гігрометричних гетерогенних системах з розвиненою поверхнею фаз. Розширена В.О. Загоруйко теорія фізичної адсорбції для вологих матеріалів та розроблений А.А. Голіковим метод поєднання у H-d діаграмі рівноважного стану гігроскопічного матеріалу і вологого повітря можуть бути використані для рішення головної задачі при вивчені напрямків протікання термовологих процесів у вантажних приміщеннях та визначенні кількості: можливих втрат або погіршення якості вантажу, а також глибини можливого зволоження маси цукру-піску.

Для визначення сучасних умов перевезення цукру-піску шляхом аналізу досвіду морських перевезень застосовується метод експертних оцінок, якими керуються міжнародні експерти по якості вантажів - сюрвейєри.

Визначення статичних та динамічних характеристик вологості системи “цукор-пісок- вологе повітря” доцільно здійснити класичним ваговим методом з точністю виміру ваги до 0,0001г з подальшою апроксимацією емпіричними залежностями статичних характеристик по методу найменших квадратів, а динамічних -графоаналітичним методом відомим з теорії автоматичного управління для визначення розгінних характеристик елементарних ланцюгів.

Аналіз метеоумов на маршрутах можливого пересування суден з цукром-піском здійснюється методами статистичної обробки рейсових звітів капітанів, суднових журналів, атласів океанів та морів.

Ефективність роботи систем вентиляції та кондиціонування повітря у приміщеннях трюмів визначається з ціллю уточнення кінцевих рівнянь тепломасообміну у системі методом зрівняння результатів розрахунку рухомих сил процесу з експериментальними.

Результатом рішення головної задачі дослідження є розробка КТР ЦП цукру-піску, яка нарівні з КТР завантаження та розвантаження складуть єдиний ланцюг транспортного процесу.

Загальна методика складання КТР ЦП була розроблена ЦНДІ морського флоту СРСР і містить загальні відомості про вантаж, його властивості та особливості як об'єкту морської перевози, оптимальні умови зберігання, заходи по забезпеченню збереження, режими перевезення, включаючи мікроклімат грузових приміщень, а також додаткові відомості та вимоги.

Обов'язковою передумовою використання КТР ЦП є експериментальна перевірка відтворення алгоритму технологічного режиму в умовах рейсу, яка здійснюється методами прямого вимірювання фізичних величин та математичної обробки даних і оцінюється експертними методами.

У третьому розділі представлені рішення допоміжних наукових задач необхідних для розробки алгоритму зберігання цукру-піску.

Статистичний аналіз і оцінка фактичної якості зберігання цукру-піску здійснені на основі сюрвейєрських звітів по 47 рейсам суден за п'ятирічний термін, які здійснювались до п.Акаба на умовах рейсового чартеру.

Із звітів видно, що вимоги відправників вантажу до якості вантажу, ранжуються у наступній послідовності: збереженість вантажу (середній коефіцієнт вагомісті 0,992 відн. од.) ; відповідність технології доставки (0,92); інформаційне забезпечення перевезення (0,673); підготовленість вантажних приміщень до прийоми вантажу (0,954); своєчасне і повне оформлення документів (0,812).

З ціллю вияснення причин псування та втрат цукру-піску були здійснені аналіз техніко-експлуатаційних характеристик суден та систематизація випадків псування вантажу по географічним напрямкам руху суден.

Цукор-пісок до п.Акаба доставлявся средньотонажними універсальними суднами середнім віком 18 років, вантажопідйомністю біля 14000т. цукру-піску. По своїм техніко-експлуатаційним характеристикам вони не є цукровозами, як це визначається умовами чартеру, а великий термін експлуатації суден, відсутність кондиціювання, мала швидкість пересування (12-13 вузлів) не сприяють збереженню вантажу, що підтверджується подальшим аналізом перевезень.

Аналіз якості перевезень був здійснений по наступним ознакам: напрямок маршруту; сезон; погодні умови; прапор судна; вид та причина псування цукру; передумови, які сприяли псуванню або втраті вантажу. Результати аналізу показують, що на всіх напрямках доставки цукру-піску порушення якості та цілості складали 75-100% від кількості рейсів. З них: до 50% узимку на напрямах Європа -п. Акаба та Бразилія - п. Акаба; до 60% улітку на напрямку Далекий Схід - п. Акаба. Причини псування такі: підмочка морською водою (20100%); зволоження конденсатом з повітря приміщень (4060%); грудкування (2050%); зволоження атмосферними осадками (10-20%); нестача (до 30%); механічні пошкодження (до 30%).Щорічно фінансові претензії отримувачів вантажу складали більше ніж півтора мільйони американських доларів, з них до 90% узимку.

Результати аналізу підтвердили, що головною причиною псування цукру-піску є підмочка, зволоження та як слідство, грудкування. Інші причини: нестача та механічні пошкодження тари - це людський фактор, який не є науковою проблемою, а результатом недбалих дій.

Рішення другої допоміжної задачі полягає у детермінації процесу зволожування цукру - піску у вологому повітрі з визначенням аналітичних залежностей, які описують його статику та динаміку.

Для визначення рівноважної вологості цукру - піску застосований метод тензометрії, згідно якому зразок матеріалу (біля 10г) витримується в умовах визначених і постійних вологості та температури повітря. Періодичним (через добу) зважуванням зразка встановлюється його остаточний рівноважний стан (через 12-ть діб), а наприкінці у зразку визначається вологість по методиці представленої у ДС Російської Федерації12.570-95. Під час дослідження було здійснено чотири експерименти при постійних рівноважних температурах (60; 40; 20; 0 оС) та 364 виміри по три заміри ваги у кожному вимірі. Попередньо висушений зразок цукру - піску, містився у скляному стаканчику-бюксі, а потім - у ексикатор і з повітрям постійної вологості та температури. У кожному експерименті були задіяні три зразки з аналогічними ексикаторами. Для замірів ваги використана електронна вагівниця фірми OHAUS PORTABLE Plus виготовлена згідно канадського стандарту ICES-003 з точністю 0,00001г.

Експерименти здійснені у діапазонах відносної вологості повітря від 40 до 100 з інтервалом 10 та температури tв від 0 до 60С з інтервалом 20С при постійній зольності зразків . Таблиці замірів представлені у окремому додатку. Зольність цукру-піску не змінювалась тому, що уже відомі результати експериментальних досліджень вологості цукру - піску при зольності 0,014; 0,020; 0,033; 0,040 та 0,068 при температурі повітря 20С та відносної вологості від 30% до 80%, які були виконані М.А.Волковим, О.Б. Церевітіним та В.Д. Михайловим.

Апроксимація експериментальних даних аналітичними залежностями за методом найменших квадратів дає велику відносну похибку до 10, а вплив зміни температури на вологість цукру - піску складає не більше 2. Тому можливо прийняти, що у H-d діаграмі ізофіти збігаються з ізостерами. Враховуючі те, що вирішення головної задачі носить прогностичний характер, то статична характеристика вологості системи “ цукор - пісок - вологе повітря” представлена у вигляді наступної гіперболічної функції:

(1)

У дисертаційному досліджені отримана більш складна залежність вологості цукру-піску від відносної вологості та температури повітря, яка дійсна у вище вказаних діапазонах змін параметрі але, якщо не враховувати другу складову рівняння (1), то

(2)

Динамічна характеристика вологості описана диференціальним рівнянням I-го порядку, коефіцієнти якого визначені графоаналітичним методом. Загальне рішення цього рівняння:

 (3)

де - - коефіцієнт посилення, відн.од.-1; - стала часу, год. Середня відносна похибка апроксимації складає 8, а максимальна -12.

Визначення фізичного стану зовнішнього середовища на можливих маршрутах пересування суден необхідне для прийняття рішень по можливості вентиляції вантажних приміщень у різні терміни рейсу. Дослідження по можливої зміни параметрів зовнішнього середовища: температури та відносної вологості повітря і температури морської води здійснені по фізико-географічним напрямкам до п.Акаба: з Південної Америки крізь пролив Гібралтар; з Південної Америки повз мису Доброї Надії; з Європи; з Південно-Східної Азії у різні сезони року. Градієнтні показники погоди на відповідних маршрутах представлені у окремому додатку. Результати дослідження вказують на необхідність застосування систем технічного кондиціонування повітря (СТКВ) з-за високої (85-100)відносної вологості повітря та незначних градієнтів температури води та повітря у морської поверхні. Встановлено, що клімат п.Акаба відрізняється від інших морських районів низькою (до 40) відносною вологістю, високими (до 55С) температурою повітря та температурою води (до35С). Цей факт безумовно впливає на мікроклімат вантажних приміщень, особливо при розвантаженні цукру-піску, спричинюючи грудкування, якщо не прийняти упереджуючи дії.

Визначення ефективності кондиціонування мікроклімату базується на основних засадах теорії необертальних процесів і направлене на встановлення співвідношення між кількісними показниками потоку вологого повітря, рухомими силами процесів та конструктивними параметрами вантажних приміщень і тепломасообмінними поверхнями апаратів СТКП.

Наприклад, оптимальна масова швидкість потоку повітря (кгс-1) для турбулентного руху визначена наступним виразом:

, (4)

де - поверхня контакту повітря з вантажем, м2; - площа перерізу каналу, по якому рухається потік, м2 ; - коефіцієнт ефективності розподілу повітря у приміщенні, де ,,- ентальпія повітря на виході, вході та максимальна приміщення, кДжкг-1.Процеси тепломасообміну розглянуті для температур повітря у інтервалі -2030С, для якого критерій Л'юіса дорівнює одиниці, а коефіцієнт тепловіддачі у поверхні контакту дорівнює , де - швидкість повітря у потоку, мс-1 , що відповідає умовам турбулентного руху повітря.

У четвертому розділі здійснене рішення головної задачі - розробка КРТСП цукру-піску та розглянуті можливі алгоритми його збереження на судні.

Окрім цього, наведені додаткові відомості по розробці карт даних про розподіл повітря у вантажних приміщеннях (КДП) з визначенням питомих коефіцієнтів подачі повітря для оцінки можливості судна перевезти режимні вантажі та питомого коефіцієнту швидкості повітря для розміщення вантажів з нормативною рухомістю повітря.

У H-d діаграмі представлена термостатика прогнозу мікроклімату вантажних приміщень у режимі герметизації трюмів з цукром-піском, де показане, що перехід від лінії до крапки В (метеоумов п.Акаба) буде здійснюватися при осушенні вантажу.

У H-d діаграмі представлена термостатика прогнозу мікроклімату приміщень у рейсі при вентиляції трюмів з цукром-піском атмосферним повітрям. Показано, що підвищена вологість морського повітря збільшує вологість цукру, а потім і кількість згрудкованої маси цукру у зрівнянні з режимом повної герметизації трюмів.

У H-d діаграмі представлена термостатика прогнозу зміни мікроклімату у приміщенні з цукром-піском при кондиціонуванні (осушуванні) атмосферного повітря, яке подається у трюм.

Припускається, що атмосферне повітря осушається до крапки роси по наступній залежності:

де - парціальний тиск насиченої пари води у повітрі при визначеній температурі, бар.

Оптимальних мікрокліматичні умови для перевезення цукру - піску складаються при його рівноважній вологості не вище 0,04, яка на момент завантаження відповідає відносній вологості атмосферного повітря у п.Акаба, а потім підтримується кондиціонуванням мікроклімату вантажних приміщень на протязі рейсу.

У п'ятому розділі наведені результати рейсового дослідження процесу перевози цукру-піску згідно розроблених рекомендацій і КТР ЦП.

Об'єктом дослідження стало 5-ти трюмне середньотонажне універсальне судно т/х “Єврошипінг” з 10042 т цукру-піску на борту, яке на протязі 27 діб зі середньою швидкістю 14 вузлів пересувалось з п. Ріо-де-Жанейро до п.Акаба, оминаючи мис Доброї Надії узимку. Спостереження усіх етапів рейсу здійснювалось на протязі 83 діб, починаючи з підготовки вантажних приміщень, завантаження, просування судна та розвантаження. За термін баластного переходу здійснена очистка та мийка трюмів і твіндеків, а перед завантаженням палуби були застелені сепараційним папіром, внутрішні поверхні бортів і перегородки - одним шаром крафт-папіру.

Завантаження цукру-піску, який був розфасований у 50-ти кілограмові поліетиленові мішки, здійснювалось підйомами по 32 мішки.

Після завантаження кожного приміщення верхня поверхня вантажу покривалась шарами пластикової плівки та крафт-папером, а після завантаження судна усі кришки трюмів, лазів та других отворів, які ведуть до вантажних приміщень, були загерметизовані і опломбовані сюрвейерами відправника вантажу. Стики секцій верхніх кришок трюмів додатково були обклеєні ізоляційною стрічкою RAMNEK.

Ніяких інструкцій у відношенні режиму перевезення вантажу відправник не надав. На протязі переходу судна контроль за станом вантажу здійснювався згідно розробленої КТР ЦП. Вимірювання основних параметрів навколишнього середовища та мікроклімату у вантажних приміщеннях проводились лабораторними термометрами марки ТЛ-1, аспіраційними психрометрами щодобово. Температура вантажу замірялась на глибині 0,5м від верхньої поверхні кожного твіндеку безпосередньо біля лазу. На половині шляху до мису Доброї Надії погодні умови не сприяли конденсації пари води з атмосферного повітря на поверхні огородження сховищ, а на протязі трьох діб при плаванні вздовж Південного берегу Африки температура морської води була вище температури атмосферного повітря, що могло б сприяти конденсації вологи з повітря приміщень. Різниця між температурою атмосферного повітря та поверхнього шару вантажу на протязі рейсу склала 2,0С, відносна вологість повітря - від 70 до 85 , а температура морської води не знижалась більш ніж на 4С у зрівнянні з атмосферною. Постійно контролювався рівень води у л'яльних колодязях трюмів, а вода своєчасно відкачувалась.

Після закінчення переходу судна перед розвантаженням трюми були розгерметизовано, відкриті і вантаж був оглянутий сюрвейєрами отримувача вантажу. Вантаж виявився у кондиційному стані, але через п'ять діб розвантаження судно такий же час простояло на рейді п. Акаба з половиною вантажу в умовах активної аерації та інсоляції сховищ. Ці дії призвели до того, що в кінці розвантаження, коли на борту залишилось біля 1300т вантажу, представник отримувача виявив грудкування (від10 до 50) маси цукру у мішках. Притезії по якості були віднесені до виробників цукру-піску, які не належним чином забезпечили вологість продукту перед завантаженням.

Результати рейсового дослідження цілком підтвердили теоретичні положення відносно напрямку термодинамічних процесів у системі “ цукор-пісок-вологе повітря” та кількості можливих втрат кондиції продукту, по-першу чергу, у зонах підвищеного тиску. На мал.5 представлена інтегрована характеристика кондиційності цукру-піску від рівноважної вологості повітря у сховищі, а своєчасне застосування розроблених практичних рекомендацій капітанам суден гарантувало якісну доставку вантажу.

ВИСНОВКИ

До цього часу морські перевезення режимних вантажів носили вірогідний характер. Завдяки поширенню теорії фізичної сорбції та теорії кондиціонування мікроклімату стосовно перевезень гігроскопічних матеріалів в дисертаційному дослідженні представлене теоретичне узагальнення і нове рішення науково-прикладної задачі підвищення якості і цілісності морських перевезень цукру-піску завдяки забезпеченню оптимальних рівноважних умов стану повітряного середовища вантажних приміщень на маршруті доставки вантажу.

На основі аналізу експертних оцінок якості морських перевезень цукру-піску за п'ятирічний термін встановлено, домінуюче значення вологості цукру-піску як параметра процесу перевезення, що безпосередньо впливає на якість харчового продукту.

Проведені експериментальні дослідження та подальші зрівняльні розрахунки показали, що рівноважна вологість цукру-піску у вологому повітрі залежить від зольності цукру, температури та відносної вологості повітря, аналітично така залежність з максимальною відносною похибкою у 10 може бути представлена дрібно-раціональною функцією, а у H-d діаграмі вологого повітря, з 2 відносною похибкою, ізофіти повітря співпадають з ізостерами цукру-піску, що припускає незалежність вологості цукру від його рівноважної температури з вологим повітрям.

При стрибкоподібній зміні відносної вологості та постійній рівноважній температурі повітря зміна рівноважної вологості цукру за часом описується диференціальним рівнянням 1-го порядку, у якого стала часу прямо пропорційна приросту відносної вологості повітря, а коефіцієнт посилення знаходиться у обернено-пропорційній залежності від цієї характеристики повітря.

Встановлено, що на усіх маршрутах доставки цукру-піску відносна вологість атмосферного повітря перевищує 80 , а температура повітря наближається до температури морської води, градієнти температур води і повітря відносно метеоумов п.Акаба негативні і досягають -12С, а відносної вологості - позитивні (3040). Такі показники рухомих сил процесу осушення в змозі згрудкувати зволожений цукор-пісок при розвантаженні судна.

Необхідною умовою цілісного перевезення цукру-піску до п. Акаба є повна герметизація зовнішнього контуру сховищ після завантаження, а достатньою - початкове забезпечення його рівноважної вологості на рівні не вище 0,04 при завантаженні.

Визначені кількісні показники процесів тепломасообміну потоків повітря на поверхні гігроскопічного вантажу для врахування ефективності роботи систем вентиляції та штучного мікроклімату по забезпеченню якості доставки режимних вантажів.

Встановлена область рівноважного стану повітря сховищ цукру-піску, в якій створюються оптимальні умови зберігання цукру-піску.

Розроблена КТР ЦП цукру-піску, де містяться вимоги технологічних умов на природу харчового продукту, його упаковку та зберігання, правила морської перевози та заходи по запобіганню втрат.

Здійснені рейсові (експериментальні) спостереження та дослідження, які підтверджують спроможність повністю детермінувати процес морських перевезень режимних вантажів законами термостатики рівноважних процесів тепло-масообміну вологих матеріалів з вологим повітрям, запобігти матеріальних і фінансових втрат при дотриманні рекомендацій, що містяться у дисертаційному дослідженні.

Техніко-економічне зрівняння розробленого алгоритму процесу перевезення цукру-піску з традиційними рішеннями показують, що при його застосуванні досягається повне збереження вантажу та формується впевненість учасників транспортного процесу у досягненні позитивно результату.

Достовірність результатів дисертаційного дослідження підтверджена задовільним з'ясуванням розрахункових даних з такими, які отримані при рейсових та експериментальних випробуваннях, повторюваністю та збереженням встановлених закономірностей у широкому діапазоні змін режимних та конструктивних параметрів об'єкту дослідження, позитивними результатами практики подальших перевезень цукру-піску до п. Акаба.

Наукове значення роботи полягає у встановленні мікрокліматичних умов повного збереження цукру-піску при морських перевезеннях, закономірностей впливу на вологість вантажу, метеофакторів та часу, створення на їх основі теоретичної бази для розробки нових алгоритмів перевезення вологих вантажів.

Результати роботи можуть служити основою для подальшого розвитку наукових досліджень у напрямку удосконалення якості та цілісності вантажів під час морських перевезень, відкривають реальні можливості гарантованого прогнозування якості морських перевезень у любому напрямку і любий час.

Результати роботи за термін з 2001 року по теперішній час успішно використані у 17 рейсах. Накопичений досвід дозволяє рекомендувати їх для подальшого застосування у практиці морських перевезень цукру-піску, та інших гіроскопічних вантажів , та в навчальний процес по вивченню теорії і практики організації морських перевезень.

Перелік опублікованих автором основних праць за темою дисертації:

1. Смади И. Рекомендации капитанам судов по сохранной перевозке сахара //Судовождение: сб. науч. тр. /ОГМА. - Вып.1.-Одесса: Латстар, 1999.-С.124-134.

2. Смади И. Обзор случаев несохранной перевозки сахара//Судовождение: сб. науч. тр. /ОГМА. - Вып.2. -Одесса: Латстар, 2000.-С.63-68.

3. Смади И. Коммерческие условия перевозок сахара в Иорданию//Судовождение: сб. науч. тр. /ОГМА. - Вып.3.-Одесса: Латстар, 2001.-С.163-176.

Перелік опублікованих автором додаткових робіт по темі дисертації:

1. Смади И. Закономерности процессов тепломассообмена в трюмах сухогрузного судна при перевозке сахара-песка/ Матер. 55-ї наук.та наук.метод. конф. профес-викл.складу та курсантів. -Одеса: ОНМА, 15-20 травня 2003р.-С.34-36.

2. Смади И. Технология сохранной доставки сахара-песка в п.Акаба /Матер. Міжнар. наук. -техн. конф. “Сучасне судноплавство і морська освіта” .ч.1.-Одеса: ОНМА, 2004.-С.167.

Смаді Ісам Ахмед Мохаммад . Удосконалення технології перевезень цукру-піску морськими суднами. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.22.16 - судноводіння, - Одеса: Одеська національна морська академія, 2005р. - 204с.

Дисертаційне дослідження присвячене розв'язанню актуальної наукової проблеми забезпечення якості морських перевезень харчових продуктів, зокрема цукру-піску, методами теорії термостатики вологих матеріалів пристосовану В.А. Загоруйко до мікроклімату грузових приміщень.

Завдяки застосуванню системного підходу до методології наукового дослідження, сформульована ціль, головна та допоміжні задачі дослідження, які дозволили: звузити область досліджень до визначення домінуючого фізичного параметру вантажу - вологості, що діє на його якість; встановити та визначити кількісну закономірність термовологого процесу взаємодії між цукром-піском та вологим повітрям зовнішнього та внутрішнього характеру.

Створені математична модель та алгоритм оптимального технологічного процесу доставки цукру-піску до п. Акаба, які є універсальними на усіх напрямках руху суден.

Апробація, а потім практичне застосування результатів дослідження дозволяють прогнозувати гарантовану якість доставки вологих продуктів водними шляхами на умовах виконання вимог розроблених карти технологічного режиму цілісного перевезення цукру-піску та рекомендацій капітанам універсальних суден.

Ключові слова: цукор-пісок, судно, процес перевезення, мікроклімат трюмів, оптимізація, практичні рекомендації.

Смади Исам Ахмед Мохаммад. Совершенствование технологии перевозки сахара-песка морскими судами. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.16 -судовождение. - Одесса: Одесская национальная морская академия, 2005г.- 204с.

Последние десятилетия наметилась устойчивая тенденция роста объема морских перевозок готовой пищевой продукции.

Отличительной особенностью такого груза в сравнении с перевозкой сырья является многообразие параметров и жесткость ограничений при их поддержании в процессе перевозки.

Вероятностные подходы (морская практика)к решению задач сохранной перевозки таких режимных грузов привели к большим потерям (до 80) сахара- песка при его доставке в порт Акаба.

С целью избежания потерь и сохранения качества сахара-песка поставлена задача создания оптимальных микроклиматических условий в трюмах. В основу исследований положена теория термостатики процессов тепломассообмена гигроскопичных материалов при взаимодействии с влажным воздухом.

Системный подход к решению задачи позволил существенно сузить объем решаемых вспомогательных задач и сосредоточится только на четырех: выделения физического параметра состояния груза, который оказывает доминирующее влияние на качество груза; эмпирического определения статических и динамических характеристик термодинамической системы “сахар-песок - влажный воздух”; установления величины интенсивности внешних физических нагрузок на термодинамическое состояние сахара-песка на возможных направлениях передвижения; определение показателей эффективности процессов тепломассообмена в грузовых помещениях как в условиях герметизации трюмов так и при их вентиляции.

Результаты решения вспомогательных задач показали, что доминирующим параметром качества сахара-песка при перевозках является влагосодержание, величина которого в основном зависит от его зольности и относительной влажности воздуха грузовых помещений; причем, при изменении относительной влажности квази равновесное состояние в системе “груз - воздух” наступает уже через 2 суток, а полное - через 10 дней. Отрицательные градиенты относительной влажности (в 20 и более) вызывают осушающее воздействия, приводя сахар - песок к комкованию (при скачках от 70 и выше до 40), а положительные аналогичные градиенты увлажняют продукт, вызывая в нем деструктивные процессы.

Теоретическое решения главной задачи - установление оптимальных микроклиматических условий в грузовых помещениях определяет граничные условия влажностного состояния груза и воздуха грузовых помещений на момент погрузки и выгрузки, а также на протяжении доставки груза с учетом влияния факторов окружающей среды, в основном относительной влажности атмосферного воздуха, величина которой не снижается ниже отметки 80. В оформленном виде оптимальный технологический процесс перевозки сахара- песка представлен в виде карты технологического режима сохранной перевозки (КТРСП), а результаты всей работы представлены в виде практических рекомендаций капитанам судов, перевозящих сахар- песок в Иорданию.

Результаты экспериментального рейса по перевозке сахара-песка в мешках из Бразилии в Иорданию подтвердили возможность доставки груза со 100-м качеством при использовании разработанной КТРСП, а последующие 17 рейсов судов, капитаны которых использовали новые рекомендации по технологии сохранной перевозки сахара-песка окончательно убедили грузоперевозчиков в возможности гарантии качества перевозки морем пищевых продуктов универсальными судами.

Ключевые слова: сахар-песок, судно, процесс перевозки, микроклимат трюмов, оптимизация, практические рекомендации.

Smady Issam .Perfecting of technology of transportation of white sugar by ocean vessels. - Manuscript. A thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.22.16 - navigation. - Odessa: Odessa national maritime academy, 2005.- 204p.

Last period the steady tendency of growth of a volume of sea transportations of prepared food stuff was scheduled.

Distinctive feature of such freight in matching with transportation of raw is the diversity of parameters and rigidity of limitations at their maintenance in course of carriage.

The probabilistic approaches (marine practice) to problem solving of safe transportation of such regime freights have resulted in large losses (up to 80) white sugar at his delivery in port Akaba.

With the purpose of avoidance of losses and preservation of quality of sea transportations of white sugar the problem of mining of technology determining optimum climatic conditions of delivery is put. The theory of a thermostatic of processes of hydroscopic stuffs is trusted to in the basis exchange heat and mass humidity of researches at interplay with a moist air.

The system approach to the solution of a problem has allowed essentially to narrow down a volume of solved auxiliary problems and will be massed only on four: allocation of a physical property of a condition of freight, which one renders predominant influencing on quality of freight; trial-and-error definition static and response curves of a thermodynamic system “white sugar - moist air ”; installations of value of intensity of external exercise stresses on a thermodynamic state of white sugar on possible directions of removal; definition of parameters of efficiency of processes exchange heat and humidity in cargo spaces both in conditions of hermetic sealing of holds and at their ventilation.

Outcomes of the solution of auxiliary problems demonstrate, that predominant parameter of quality of white sugar by transportations is the moisture content, the value which one basically depends on his ash content and relative humidity of air of cargo spaces; and, at change of relative humidity nearly balance state in a system “cargo- air ” comes not earlier than in 2 day, and full - in 10 days. The negative differentials of relative humidity (in 20% and more) produce draining effects, resulting granulated sugar to balling up discontinuities from 70% and is higher up to 40%), and the similar positive gradients wet a product producing in a name destructive processes.

The idealized solutions of a main problem - the installation of optimum climatic conditions in cargo spaces determines boundary conditions of humidly of a condition of freight and air of cargo spaces on the moment of loading and out swapping, and also during delivery of freight with allowance for influencing of the factors of environment, in the main relative humidity of free air, the value by which one is not reduced below than mark 80. In a made out kind the optimum master schedule of transportation of sugar of sand is submitted by the way cards of a technological mode of safe transportation (CTMST), and the outcomes of all activity are submitted (sugar) by the way of practical guidelines to the captains of courts transporting sugar sand in Jordan.

The outcomes of an experimental trip on transportation of white sugar in bags from Brazil in Jordan have confirmed a capability of delivery of cargo with 100-m by quality at usage designed CTMST , and subsequent 17 trips of courts, the captains have used which one the new guidelines on technology of safe transportation of white sugar finally have convinced cargo carriers of a capability of the warranty of transportation of the sea of articles of food by multipurpose vessels.

Keywords: white sugar, vessel, course of carriage, microclimate of holds, optimization, practical guidelines.

Размещено на Allbest.ru

...