1.5.1, Высокотемпературные технологические процессы

Группа высокотемпературных технологических процессов объединяет такие процессы, в которых температура достигает нескольких сотен и даже тысяч градусов. К ним можно отнести плавку металлов, спекание изделий из порошкообразных материалов, высокотемпературное разложение воды и ки­слот, поверхностную закалку деталей, обжиг клинкера при получении цемента и многие другие.

Для осуществления процессов рассматриваемой группы созданы специ­альные устройства— солнечные печи (рис. 1.41) [29].

солнечной печи энергия концентрируется в Офаниченном простран - Козффнішент концентрации энергии изменяется от 3000 до 20000, а тем - стве* в рабочей зоне достигает 3000-4000°С. При этой температуре пла - "итея любой материал на Земле.

В Поле гелиостатов 1, имеющих следящую систему, отражает солнечные на концентратор 2. Отраженные концентратором лучи фокусируются на мной камере 3, в которой осуществляется технологический процесс. При­чем нафев может проводиться дискретно, если обработке подвергается оди­ночная деталь, либо непрерывно, например, в случае осуществления обжига

клинкера.

Преимуществом солнечных печей является высокая скорость нагрева, ко­торая превышает 1000 К/с. К тому же, расплавляемый материал не зафязня - ется посторонними включениями, так как узкий луч плавит его в форме из то­го же материала.

Эта особенность дает возможность выплавлять особо чистое стекло для волоконной оптики. В рабочей камере можно создавать окислительную или восстановительную атмосферу. В мире построено несколько десятков солнеч­ных печей. Они имеются в Соединенных Штатах, Франции, Японии, Алжире, Узбекистане, Армении и в других странах. Мощность установок колеблется в широких пределах от 5 -10 кВт до 1000-5500 кВт.

1.5.2. Низкотемпературные технологические процессы Сушка сельскохозяйственной продукции. Сушка является одним из основных способов первичной обработки сельскохозяйственной продукции при ее подготовке к хранению и дальнейшей переработке. Существенной ее особенностью является то, что широкое применение имеют технологии с ис­пользованием низкопотенциальных теплоносителей, нагрев которых выше 50 54“С недопустим по биологическим требованиям. Это прежде всего каса - ется сУЩки семян, кормов, пряно-ароматических и лекарственных трав.

Использование при конвективном способе сушки неподогретого атмо - сферного воздуха не обеспечивает достаточной интенсивности и производи­тельности процесса из-за малой скорости тепломассообмена, что приводит к спиженню качества досушиваемого материала.

Отмеченные недостатки можно устранить, подогревая атмосферный воз­дух. При этом значительно интенсифицируется процесс досушивания. Рас­четы показывают, что сократить время сушкн в 1,5-2 раза можно путем по­догрева воздуха на 6-7°С.

Вместе с тем, подогрев воздуха с помощью электрических и пароводя­ных калориферов, теплогенераторов требует дополнительного расхода энер­гии. Так, для удаления J кг влаги из травы требуется от 2500 до 4500 кДж энергии.

Реализация в агропромышленном комплексе ресурсосберегающего харак­тера экономики выдвигает новые задачи в области энергозффективности.

Применению энергии Солнца в технологии сушки благоприятствует то, что заготовка сельскохозяйственной продукции ведется, как правило, в летний период, когда продолжительность солнечного сияния, число ясных дней и плотность потока излучения максимальны.

Различают гелиосушилки с прямым и косвенным действием солнечной энергии. В установках первого типа солнечная энергия поглощается непосред­ственно самим продуктом и окрашенными в черный цвет внутренними стен­ками камеры, в которой находится высушиваемый материал. Сушильные ус­тановки второю типа содержат солнечный воздухонаїреватель и камерную или туннельную сушилку. В камерной сушилке воздух движется через слой высушиваемого материала, размешенного на сетчатых поддонах, снизу вверх, в то время как в туннельной сушилке материал движется на конвейерной лен­те в одну сторону, а воздух движется противотоком в обратном направлении.

Одна из схем гелиоустановок для сушки сельскохозяйственной продукции, разработанная в РЕ НПО «Белсельхозмеханизация», приведена на рис. J.42.

Комплект имеет модульную конструкцию и состоит из набора однотип­ных элементов с. активной площадью 240 м2 и тепловой мощностью в летний период до 35 кВт [30].

Основными элементами гелиоустановки являются теплообменники 3, вы­полненные из полиэтиленовой пленки в виде расположенных друг в друге ру­кавов. Причем наружный изготовлен из прозрачной пленки и служит для сни­жения потерь тепла, а внутренний — из непрозрачной пленки черного цвета и является поглотителем лучистой энергии Солнца. Теплообменные рукава при­соединяются к патрубкам распределительного 2 и сборного 4 воздуховодов.

Патрубки распределительного воздуховода направляют нагнетаемый в него вентилятором 1 атмосферный воздух в теплообменные рукава. Отбирая при своем движении от теплоприемников поглощенное тепло солнечных лучей, подогретый воздух поступает затем в сборный воздуховод 4, откуда подается к заборному окну 5 вентилятора системы активного вентилирования и далее в слой досушиваемого материала.

Схема еще одной установки изображена на рис. 1.43.

Комплексная зерноворохосушилка представляет собой нагревательны^ блок, вытяжную систему испарений из зоны активного вентилирования „ транспортно-загрузочно-разгрузочное устройство. Последнее дополнительна снабжено аккумулирую едим солнечную энергию устройством, размещен и ьц, вне зоны активного вентилирования. Это устройство способно отдавать нако. пленное днем тепло аэрируемым материалам в зоне активного вентилиро&а. ния и естественного вывода наружу увлажненного воздуха через вытяжную вентиляционную шахту. Аккумулирующее устройство размещается с южной стороны сушилки и снабжено наклонной плоскостью. Указанная плоскость снабжена по всей длине двойным слоем прозрачного материала, покрываю - ще го тепл оа кку мул иру ющие элементы, например, темного цвета камни. Здесь сделаны два отверстия, одно из которых размещено по нижней кромке уда - ленной от сушилки стороны, а второе, противоположное ему отверстие, рас­положено выше первого, под сетчатым полом сушилки и зоной активного вентилирования. Нагревательный блок включает продольно размещенные под сетчатым полом сушилки обогревательные трубы, сообщающиеся, например, с отводом пара из котельной или барды из спирт? а вода.

Установка загружается через люк 10 с помощью транспортно-загрузоч­ного устройства 4. Аэрируемый материал равномерным слоем размещается на сетчатом полу 5 зоны активной вентиляции 2. Теплый воздух поступает из на­гревательного блока 1 через решетчатый пол сушилки 5 и из аккумулирую­щего теплоту устройства 6 вверх в зону активного вентилирования 2, забирает часть влаги от аэрируемого материала и через вытяжную вертикальную шахту 3 выходит за пределы зоны активного вентилирования 2.

В ночное время или при отключенных источниках тепла 9 сушка аэри­руемого материала продолжается за счет поступления теплого воздуха от ес­тественного аккумулирующего устройства 6.

Достоинства солнечной радиационной сушильной установки — простота конструкции, ее долговечность, невысокая стоимость (в 2—3 раза дешевле сущест­вующих гелиоустановок), уникальность: весной она может быть использована в парниковом хозяйстве для выращивания рассады, летом — для приготовления витаминного сена, осенью — для сушки зерна и посевного материала

Подсчитано, что сушка сена теплым воздухом в такой установке осуще­ствляется почти в 2 раза дольше, чем при использовании теплогенератора, ра - _ на жидком топливе или электроэнергии, но в 4 раза быстрее, чем

ь° жировании неподогретым воздухом. Расчеты размеров сушилки и ее

ПР11 ^ поверхности основываются на том, что зачерненная поверхность с

ЭКТИВ иле новым покрытием площадью в 2,8 м2 обеспечивает подогрев воз*

полиэ и создает тепловой поток мощностью 2,5 кВт. Поэтому соз-

духа Д° •

и использование комплексной зерноворохосушилки позволит только на ^осушивании сена (от влажности травы 40% до 17%) экономить 7 кг жидкого топлива на 1 т корма.

Вьфашнвание растений в защищенном грунте. В средней полосе ши­рот получили распространение теплицы для выращивания сельскохозяйствен­ной продукции в закрытом грунте.

Простейшая теплица изображена на рис. 1.44. Каркас теплицы покрыва­ется прозрачной пленкой или стеклом. Солнечная радиация проникает через прозрачное покрытие и достигает грунта. В поверхностных слоях фунта она превращается в теплоту. При повышении температуры грунт излучает энер­гию в инфракрасном диапазоне волн, для которых пленка или стекло ока­зываются непрозрачными. Таким образом, воздух в теплице имеет бодее вы­сокую температуру, чем снаружи.

Дня обофева пространства теплицы в ночное время и в холодную погоду устраиваются аккумуляторы теплоты. В этом случае северная сторона теп­лицы должна быть хорошо изолированной, а у стенки размещаются, напри­мер, емкости, заполненные незамерзающей жидкостью или галькой. Накапли­вая теплоту в дневное время, аккумулятор достаточно хорошо может ОбОфСТЬ теплицу ночью [31].

Кирпичный или галечный аккумулятор с вентиляционными каналами и вентилятором можно разместить в теплице на глубине 0,5-0,7 м.

Теплицы способствуют более раннему началу периода вегетации и удли­няют его, тем самым увеличивая урожайность культур.

Очистка питьевой воды. Значительная часть территории на юге Респуб­лики Беларусь зафязнена радиоактивными элементами вследствие аварии на Чернобыльской АЭС. Кроме этого, часто экологическая обстановка ухудша - ется в результате стихийных бедствий, в частности наводений, что приводит к загрязнению колодцев и других источников питьевой воды пестицидами, ми­тральными удобрениями и патогенными микроорганизмами.

а

Из-за невозможности длительного хранения аварийного запаса консерви­рованной питьевой воды в закрытых цистернах организуется ее доставка в зо­ны бедствия, что естественно, связано с большими материально-техническими затратами.

Для очистки питьевой воды применяется установка модульного типа ГД - 't с использованием солнечной энергии (рис. 1.45). Несколько таких модулей дадут возможность обеспечить питьевой водой семью фермера, небольшой бригады, проживающих в загрязненной зоне; людей, работающих вдали от ис­точников питьевой воды, попавших в бедственное положение, в аварию или экологическую катастрофу.

Гелиосистема конусообразной формы ГД-1 состоит из прозрачного кор­пуса 1 и заключенной в нем гидросистемы. Гидросистема содержит резервуар 2 для дистиллируемой жидкости, испарительный элемент 3, балластную ем­кость 4, сборник дистиллята 5, сосуд 6 для приема дистиллята, сборник рас­сола 7. Введение в гидросистему по меньшей мере одной перепускной емко­сти 8 обеспечивает непрерывное равномерное увлажнение испарительного элемента в любых условиях работы гелиосистемы.