Тепловой баланс ИК-сушки

При составлении баланса энергии необходимо учитывать спектральные терморадиационные характеристики всех тел, участвующих в нестационарном процессе теплообмена, т.е. в условиях отсутствия термодинамического равновесия. При этом необходимо учитывать, что часть поглощенного потока затрачивается на биохимические процессы, протекающие в материале.

Общее уравнение теплового баланса за время dимеет вид

dF= dF+ dF+ dF+ dFили

d= dF+ dF+ dF+ dF*,

где dF-поток энергии, поглощаемый материалом

dF- поток энергии, затраченный на нагрев материала

dF- поток энергии,, затраченный на испарение влаги

dF- поток энергии,, затраченный на биохимические процессы в материале

dF - поток энергии, отдаваемый материалом в окружающее пронстранство Конвекцией или теплопроводностью)

- плотность результирующего потока излучения на поверхности тела,

- площадь облучаемой поверхности материала.

*(Величина dFдолжна определяться с учетом спектральных терморадиационных характеристик всех тел и облученного материала, участвующих в процессе теплообмена, и включать в себя радиационные потери энергии материалом).

Уравнение теплового баланса при ИК-облучении для слоя материала массой

m, теплоемкостью , боковой поверхностью S и площадью облучаемой поверхности имеет вид

d=d

ГЛУБИНА ПРОНИКНОВЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ

Эффект объемного нагрева при тепловой обработке пищевых продуктов в переменном электромагнитном поле достигается благодаря проникновению поля в продукт на значительную глубину. При известной глубине проникновения ∆ становится возможным рассчитать форму обрабатываемых изделий в зависимости от требований технологического процесса и параметров электромаг­нитного поля.

Из уравнений для постоянной распространения электромагнит­ной волны глубина проникновения (в м)

или

где с — скорость распространения света в вакууме; f — частота поля, Гц.

При постоянной частоте электромагнитного поля глубина его проникновения зависит в основном от диэлектрических констант и проводимости среды.

Под глубиной проникновения электромагнитного поля в среду подразумевается расстояние от поверхности образца внутрь, на протяжении которого мощность внутренних источников тепла уменьшается в е раз. Однако в настоящее время глубину проник­новения чаще указывают для случаев половинного снижения мощности (на 50% или в 2 раза).

Сушка зерна.

Зерно является для ИКЛ малопроницаемым материалом. Оболочки зерен пшеницы, ячменя, кукурузы пропускают 30—60% лучей, ржи и риса—10— 18%. Глубина проникновения лучей с длиной волны 1,4 -3 мкм в эндосперм пшеницы составляет 1,5 – 2мм. При постоянном облучении в зерне создаются большие градиенты температур. Поэтому для зерна наибо­лее целесообразно прерывистое облучение с одновременным обду­ванием холодным воздухом. При этом значительно ускоряется про­цесс и снижается расход электроэнергии. Прерывистый нагрев обеспечивает увеличение скорости сушки зерна в 2 раза по сравнению с конвективной. Дезинсекция обусловлена тем, что инфракрасные лучи интенсивно поглощаются водой, а тело насекомых и его личинки содержит влаги значительно больше, чем зерно. Поэтому более интенсивно будет нагреваться тело насекомого-вредителя, затем влажное зерно и меньше всего нагреется сухое зерно. Т.о. селективность лучистого нагрева обуславливает интенсивную дезинсекцию продукции.

Рис. 2. Расчетная схема к выбору

Рис. 1. Терморадиационная установка низкотемпературных

излучателей для сушки

зерна

В настоящее время разработаны различные конструкции терморадиационных сушилок ([email protected]). На рис.1 представлена одна из возможных конструктивных схем прогревателя зерна, работающего в агрегате с двумя обычными конвективными сушилками. Зерно из бункера 1 попа­дает на вращающиеся ребристые барабаны 2, расположенные в плоскости, наклоненной к гори­зонту под углом 50°. Над бараба­нами на расстоянии 60 мм распо­ложены излучающие поверхности 3 из огнеупорного материала с заделанными спиралями. Общая мощность излучателей 90 кВт, производительность установки по пшенице 2,5 т/ч. Расход электроэнергии на 1 кг испаренной влаги при снижении влажности на 2,6% составляет 0,82 кВт-ч.

Методика выбора низкотемпературных излучателей.

Схема для выбора низкотемпературных трубчатых излучателей приведена на рисунке 1. Ряд линейных излучателей 1, расположенных в одной плоскости и имеющих температуру Т₁ суммарную актив­ную поверхность F₁ и степень черноты ₁ облучает рабочую по­верхность 2 (Т₂, F₂, ), расположенную параллельно плоскости излучателей. Экран 3 выполнен из материала, обладающего ко­эффициентом поглощения . Такие системы применяются в су­шильных, обогревательных и других установках.

Активная поверхность излучателей определяется значением пе­редаваемой мощности, геометрическими параметрами системы и физическими свойствами участвующих в теплообмене тел.

Мощность определяется формулой Стефана — Больцмана

Р =5,7, (1)

где приведенная степень черноты излучателей и рабочей поверхности

,

где взаимная излучающая поверхность, ,

коэффициент учитывающий поглощение энергии экраном,

Систему можно рассматривать как замкнутую, для которой степень черноты

, (2)

где средние по поверхности коэффициенты облученности участвующих в теплообмене тел,

то же, без экрана.

Коэффициенты облученности для рассматриваемой системы имеют вид

; ) (3)

,

,

где D и а –диаметр и шаг излучателей.

Взаимная излучающая поверхность

H== (4)

При заданном значении

=f. (5)

Вторую зависимость для находят из уравнения теплового баланса (1) с учетом формулы (4)

= (6)

Функции (5) и (6) зависят от отношения по разному.

Оптимальное значение находят путем совместного графического решения этих функций в некотором диапазоне изменения (практически в пределах от 1 до 5). Точка пересечения кривых f() и () дает необходимые значения

и . Выбрав диаметр излучателя D, находят а и число излучателей n из соотношения

=, (7)

где L- длина излучателя, выбираемая с учетом размеров облучаемой поверхности, м.

Рис. 1 Зависимость пропускания ик излучения для зерновых культур

---------------------------------

1,8 2,2 2,6 3,0 мк

Рис.2 Зависимость температуры нагрева зерна от мощности ик излучения

Газовые горелки инфракрасного излучения (ГИИ) представ­ляют собой отопительные приборы для беспламенного сжига­ния газа. Сущность работы горелки инфракрасного излучения можно уяснить, пользуясь ее принципиальной схемой (рис. 1). Газо­воздушная смесь, тщательно перемешанная в инжекционном смесителе 1, поступает в распредели-тельную камеру 2 и прохо­дит через блок керамических плиток 3, выполненных в виде объемной сетки с большим количеством (до 2000) каналов малого диаметра (от 0,8 до 1,6 мм). Проходя по каналам, смесь подогревается до температуры воспламенения и сгорает на самой поверхности керамического экрана, образуя ровное короткофакельное пламя. Наружная поверхность керамических плиток при работе горелки раскаляется до температуры 800...900°С. Большая часть теплоты (около 60%), выделяющей­ся в зоне горения, передается в окружающую среду в виде лу­чистой энергии коротковолнового участка (15...0,76 мк) инфра­красной области спектра электромагнитных волн (отсюда и на­звание прибора).

Стабильность работы горелки повышается за счет примене­ния металлической сетки 4из жаропрочной стали, которая уменьшает влияние внешних потоков воздуха, способствует бо­лее равномерному нагреву керамики и увеличению мощности излучения.

В горелках происходит практически полное сгорание газа, а в продуктах горения, удаляемых из обогреваемого помеще­ния через вентиляционную систему, почти совершенно отсут­ствуют токсичные газы, смолы и сажа.

Газовое инфракрасное отопление обладает малой тепловой инерцией, поэтому ощущение теплового комфорта наступает сразу после включения горелок. Это позволяет пользоваться таким отоплением периодически, по мере необходимости.

Применение ГИИ для отопления сельскохозяйственных произ-водственных помещений очень перспективно, так как по капитальным затратам и по эксплуатационным расходам такая система обогрева экономичнее конвективного отопления.

Дата добавления: 2014-10-22