Обґрунтування режиму роботи обладнання для сушіння міцеліальної біомаси

Abstract

In order to increase the efficiency of biotechnology enterprises, it is necessary to ensure complete recycling of biosynthesis by-products. A mixture of wheat bran with mycelium biomass, which is formed in the production of citric acid, after drying, is advisable to use for animal feeding. The equipment traditionally used to dehydrate such mixtures is rotary dryers. The disadvantages inherent for them, especially the excessive heat consumption, do not allow businesses to increase their profitability. To solve this problem, it is proposed to improve the rotary dryer design by placing the buckets on the inner surface of the drum with a slope of 1 - 2 to the generatrix of the cylinder, made them in the form of hollow buckets. The heating agent - hot air - is supplied both inside the drum and into the cavity of the buckets, which allows the convective-conductive heat exchange has been realized. This results in a significant increase in the amount of moisture extracted from the unit volume of the rotary dryer, reducing the material drying time. Regulating devices have been developed for supplying the heat agent into the bucket's cavities and for its further removal. Investigation of the influence of the drum rotation frequency, the temperature and the heating agent speed on the temperature of the material layer was conducted using the application software Flow Vision and Solidworks Flow Simulation. When modeling it was taken into account the changes in the thermophysical characteristics of the mycelium during the drying process. The results of the computational experiments confirmed the expediency of making the proposed changes in the basic rotary dryer design: the temperature of the material layer in the dryer reaches the required values much faster. By the method of the full factorial experiment the regression equation was obtained, in accordance with which the drying result first of all is determined by the temperature of hot air, which is fed directly into the dryer and inside the buckets. The rational operating mode of the advanced dryer, at which the useful substances of the mycelium are stored, is the hot air temperature not above of 81.5С. Для підвищення ефективності роботи підприємств біотехнологічної промисловості необхідно забезпечити повне перероблення побічних продуктів біосинтезу. Суміш пшеничних висівок з міцеліальною біомасою, яка утворюється при виробництві лимонної кислоти, після висушування доцільно використовувати для відгодівлі тварин. Обладнанням, яке традиційно використовується для зневоднення таких сумішей, є барабанні сушарки. Притаманні їм недоліки, насамперед надмірні витрати теплоти, не дають можливості підприємствам підвищити рентабельність роботи. Для вирішення цього завдання запропоновано удосконалити конструкцію барабанної сушарки, розмістивши по внутрішній поверхні барабана з нахилом 1 – 2 до твірної циліндра насадки, виконані у вигляді порожнистих ковшів. Гріючий агент – гаряче повітря – подається і всередину барабана, і в порожнини ковшів, завдяки чому здійснюється конвективно-кондуктивний теплообмін. В результаті забезпечується значне збільшення напруження за вилученою вологою з одиниці об’єму барабанної сушарки, зменшується тривалість сушіння матеріалу. Для подачі теплоагента в порожнини ковшів і подальшого його відведення розроблені регулюючі пристрої. Дослідження впливу частоти обертання барабана, температури і швидкості руху теплоносія на температуру шару матеріалу проведені з використанням прикладного програмного забезпечення Flow Vision і Solidworks Flow Simulation. В ході моделювання враховано зміни теплофізичних характеристик міцелію в процесі сушіння. Результати обчислювальних експериментів підтвердили доцільність внесення в базову конструкцію сушарки запропонованих змін: температура шару матеріалу в сушарці досягає потрібних значень значно швидше. Методом повного факторного експерименту отримано рівняння регресії, у відповідності з яким результат висушування насамперед визначається температурою гарячого повітря, яке подається безпосередньо в сушарку і всередину ковшів. Раціональним режимом роботи удосконаленої сушарки, при якому зберігаються корисні речовини міцелію, є температура гарячого повітря не вище 81,5С.