Инновационные электротехнологии в АПК
Покупка
Издательство:
Санкт-Петербургский государственный аграрный университет
Авторы:
Беззубцева Марина Михайловна, Волков Владимир Сергеевич, Котов Александр Валентинович, Обухов Константин Николаевич
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 149
Дополнительно
Доступ онлайн
200 ₽
В корзину
В учебное пособие включены инновационные электрофизические, электрохимические, ультразвуковые и электробиологические способы интенсификации традиционных гидромеханических, массообменных, тепловых и механических процессов, используемых в аппаратурно-технологических системах предприятий агропромышленного комплекса. Целью учебного пособия не являлось полное теоретическое рассмотрение всех аспектов проблемы интенсификации традиционных технологических процессов электротехнологическими методами, а скорее обобщение результатов прикладного характера, достигнутых в этой новой области исследований. Структура построения глав пособия предопределяет не только усвоение известных методов электротехнологии, но и представляет широкий спектр проблемных вопросов для самостоятельной научно-исследовательской и практической деятельности обучающихся. Учебное пособие рекомендовано для студентов (уровень бакалавр), обучающихся по направлению подготовки 35.03.06 «Агроинженерия», профиль «Электрооборудование и электротехнологии в АПК». Может быть использовано в заочном и дистанционном обучении. Представляет интерес для специалистов и научных работников, занимающихся проблемами повышения энергоэффективности предприятий АПК.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
- 631: Общие вопросы сельского хозяйства
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 35.03.06: Агроинженерия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство сельского хозяйства РФ ________________________________________________________________________________________________ М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, В.С. ВОЛКОВ, КОТОВ А.В., ОБУХОВ К.Н. ИННОВАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ В АПК У Ч Е Б Н О Е П О С О Б И Е САНКТ-ПЕТЕРБУРГ – 2015
УДК 621.926:631.13
М.М. Беззубцева, В.С. Волков, А.В. Котов, К.Н. Обухов
Инновационные электротехнологии в АПК: учебное пособие – СПб.: СПбГАУ, 2015. – 149 с.
Рецензенты:
д-р. техн. наук, ведущий научный сотрудник ИАЭП В.Н. Бровцин;
канд. техн. наук, доцент СПбГАУ Петров В.Ф.
В учебное пособие включены инновационные электрофизические, электрохимические,
ультразвуковые
и
электробиологические
способы
интенсификации
традиционных
гидромеханических, массообменных, тепловых и механических процессов, используемых в
аппаратурно-технологических системах предприятий агропромышленного комплекса. Целью
учебного пособия не являлось полное теоретическое рассмотрение всех аспектов проблемы интенсификации
традиционных технологических процессов электротехнологическими методами, а скорее обобщение
результатов прикладного характера, достигнутых в этой новой области исследований. Структура построения
глав пособия предопределяет не только усвоение известных методов электротехнологии, но и представляет
широкий спектр проблемных вопросов для самостоятельной научно-исследовательской и практической
деятельности обучающихся.
Учебное пособие рекомендовано для студентов (уровень бакалавр), обучающихся по направлению
подготовки 35.03.06 «Агроинженерия», профиль «Электрооборудование и электротехнологии в АПК». Может
быть использовано в заочном и дистанционном обучении. Представляет интерес для специалистов и научных
работников, занимающихся проблемами повышения энергоэффективности предприятий АПК.
© М.М. Беззубцева,
В.С. Волков,
А.В. Котов,
К.Н. Обухов, 2015
© ФГБОУ ВПО СПбГАУ
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................... 5 Глава 1 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ АПК ..... 10 1.1 Определение понятия «электротехнология» .............................................................................. 10 1.2 Характеристика электромагнитного поля как носителя энергии ............................................. 12 1.3 Балансовые уравнения методов электротехнологии ................................................................. 15 1.4 Основы взаимодействия электромагнитных полей с материалами и биологическими объектами ............................................................................................................................................. 17 1.5 Классификация электротехнологических процессов АПК по частотному диапазону волн электромагнитного поля ............................................................................................................ 22 Глава 2 ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОФЛАТАЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ ............................. 27 2.1 Физическая сущность электрофлотации .................................................................................... 27 2.2 Конструкции электрофлотаторов ................................................................................................ 29 2.3 Рекомендации по проектированию ............................................................................................. 31 2.4 Электрический режим электрофлотаторов ................................................................................ 33 2.5 Расчет электрофлотаторов ........................................................................................................... 34 Глава 3 ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК ПУТЕМ ВНЕДРЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ....... 37 3.1Основы теории электрокинетических .......................................................................................... 39 и электрокапиллярных явлений в процессах электромембранных технологий ........................... 39 3.2 Общее описание электромембранных процессов ..................................................................... 47 3.3 Классификация ЭМП ................................................................................................................... 49 3.4 Требования к ионообменным мембранам .................................................................................. 54 3.5 Электродиализ .............................................................................................................................. 55 3.6 Расчет потребления электроэнергии ........................................................................................... 59 Глава 4 ИННОВАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ АПК ................................................................. 61 4.1 Интенсификация прессового способа извлечения сока из растительного сырья электроплазмолизом ........................................................................................................................... 61 4.1.1 Физическая сущность электроплазмолиза .......................................................................... 61 4.1.2 Классификация электроплазмолиза по градиенту напряжения ........................................ 64 4.1.3 Конструкции электроплазмолизаторов ................................................................................ 65 4.2 Инновационная технология СВЧ–экстрагирования компонентов растительного сырья ..... 67 4.2.1 Экстрагирование с применением СВЧ – излучения ........................................................... 67 4.2.2 Факторы, влияющие на процесс извлечения экстрактивных веществ из растительного сырья с использованием СВЧ - излучения .......................................................... 69 Глава 5 ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПОЛЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА ....................................................................................................................... 76 5.1 Технологические процессы, основанные на силовом воздействии электрических полей на материалы ....................................................................................................................................... 76 5.2 Физическая сущность коронного разряда ................................................................................. 80 5.3 Электрические фильтры .............................................................................................................. 86 5.4 Электрические сепараторы .......................................................................................................... 92 5.5 Нанесение покрытий в электрическом поле. Электроокраска ................................................. 96 5.6 Электроформование, электрокопчение, электропанировка ...................................................... 99 Глава 6 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ АГРОИНЖЕНЕРНОГО СЕРВИСА. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГАЛЬВАНОПЛАСТИКИ И ГАЛЬВАНОСТЕГИИ ..... 106 6.2 Электроконтактная сварка, напекание, наплавка и электромеханическая обработка ......... 111
6.3 Магнитно-абразивная обработка ............................................................................................... 115 6.4 Размеренная обработка деталей ультразвуковыми колебаниями .......................................... 119 6.4.1 Процессы размерной обработки и сверления ................................................................... 120 6.4.2 Безобразивная ультразвуковая финишная обработка металлов. Шлифовка. Полировка ...................................................................................................................................... 124 6.4.3 Ультразвуковые генераторы ............................................................................................... 125 6.5 Ультразвуковая очистка деталей ............................................................................................... 135 ЛИТЕРАТУРА ....................................................................................................................................... 138
ВВЕДЕНИЕ
Особенность перехода к инновационному пути развития предприятий АПК
состоит в том, чтобы в условиях глобальной конкуренции достичь уровня
развитых стран по показателям качества социально значимой продукции и
энергоэффективности производства с обеспечением опережающего развития,
позволяющего в максимальной степени реализовать российские конкурентные
преимущества [103,109].
Одним из основных направлений при производстве продукции с
различными
функциональными
свойствами
является
разработка принципиально
новых
технологий
и
оборудования,
обеспечивающих глубокую и комплексную, энерго- и ресурсосберегающую
переработку сельскохозяйственного сырья и полуфабрикатов на основе
инновационных физико-химических и электрофизических способов и методов
электротехнологий.
Внедрение в аппаратурно-технологические схемы предприятий АПК
инновационных технологий, обеспечивающих, с одной стороны, получение
новых материалов и изделий, а с другой - снижение энерго- и ресурсозатрат
при одновременном повышении экологических показателей и качества готовой
продукции является одной из актуальных задач аграрного сектора экономики.
Значительное место в ряду технологий агроинженерных производств занимают
электротехнологии, основанные на преобразовании энергии электрического
тока в тепловую, химическую или механическую энергии. Из них традиционно
выделяют электротермию, а также электрохимические, электрофизические,
электромеханические,
электробиологические
и
ультразвуковые
методы
воздействия
на
объекты.
Наиболее
известными
являются
электротехнологические установки, в которых используют силовое действие
стационарных электрического и магнитного полей. Например, стационарные
электрические поля применяют в аэрозольных технологиях (пылегазоочистка, электроокраска, нанесение порошковых покрытий), в электрических сепараторах, а также в устройствах водоочистки. За последние годы в этой области выполнен ряд важнейших и оригинальных работ, расширивших представление о возможности нетрадиционного использования электромагнитных явлений с целью интенсификации стандартных гидромеханических, тепловых, массообменных и механических процессов производства продукции различного целевого назначения [20,…,53]. Множество факторов, которыми в электромагнитных полях можно воздействовать на продукт (или среду) в нужном направлении, требует, прежде всего, знания физической сущности и закономерностей электромагнитных явлений, происходящих в электротехнологических аппаратах. Сложные физико-механические, химические и биологические процессы, имеющие место в инновационных методах и способах электротехнологий, еще недостаточно изучены. Между тем, отдельные электротехнологические аппараты в связи с их высокой энергоэффективностью и очевидными преимуществами (по сравнению с традиционной техникой) уже применяют на предприятиях отрасли. Их внедрение в технологические линии производств АПК требует дополнительного проведения более детальных прикладных и экспериментальных исследований. В этой связи целью настоящего учебного пособия не являлось полное теоретическое рассмотрение всех аспектов проблемы, а скорее обобщение результатов прикладного характера, достигнутых в этой новой области исследований. Именно в таком аспекте изложен материал в учебном пособии. Структура построения глав пособия предопределяет не только усвоение известных методов электротехнологии, но и представляет широкий спектр проблемных вопросов для научно- исследовательской и практической деятельности обучающихся.
Одним из ключевых драйверов преобразований предприятий АПК является обучение инженерно-технических кадров методологии внедрения инноваций в производственную деятельность. В этой связи целью учебного пособия «Инновационные электротехнологии в АПК» является формирование у студентов системы компетентных знаний и практических навыков для решения задач эффективного использования инновационных электротехнологий с формированием мировоззрения применения экологически чистых, ресурсо- и энергосберегающих технологий и принятия нестандартных научно-обосно- ванных решений при внедрении в практику электротехнологий, обеспечивающих реализацию Государственных программ, международных стандартов ИСО и Законов РФ по энергосбережению, экологии и повышению энергоэффективности предприятий АПК. Учебное пособие состоит из введения и 6 глав: электромагнитные явления в технологических процессах АПК; интенсификация гидромеханических процессов разделения неоднородных систем электрофлотациоными методами; повышение энергоэффективности предприятий АПК путем внедрения многофункциональных электромембранных технологий; инновационные электротехнологические методы переработки растительного сырья; интенсификация технологических процессов в поле коронного разряда; электротехнологии агроинженерного сервиса. Библиографический список включает 128 наименований отечествен- ной и зарубежной литературы. Одноименная дисциплина «Инновационные электротехнологии в АПК» является неотъемлемой составляющей модуля «Инновационные электротехнологии и энергетические технологические процессы АПК», основанного на общей внутренней логике дисциплин, методически связанных между собой по признаку целей освоения, групп родственных компетенций и практических навыков, получаемых студентами при их изучении. Дисциплина является завершающей в тематике модуля и основана на знаниях энергетики
технологических процессов и традиционных видов электротехнологий, изложенных в предыдущих разделах. Такая структура изложения материала позволяет на завершающей стадии обучения концентрировать внимание студентов на проблемных и перспективных вопросах, последовательно осваивать учебный материал и выбирать приоритетные отраслевые направления исследований для самостоятельной работы. Учебное пособие рекомендовано для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки «Агроинженерия», профилю «Электрооборудование и электротехнологии в АПК». Может быть использовано в заочном и дистанционном обучении. Представляет интерес для специалистов и научных работников, занимающихся проблемами повышения энергоэффективности предприятий АПК. Учебное пособие способствует освоению элементов следующих компетенций: а) общекультурных (ОК):. владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения ОК- 1; – умением логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь ОК-2; – стремлением к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, владение навыками самостоятельной работы ОК-6; б) профессиональных (ПК): - способность к использованию основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования ПК-1; - способность разрабатывать и использовать графическую техническую документацию ПК-2;
- способность решать инженерные задачи с использованием основных законов механики, электротехники, гидравлики, термодинамики и тепломассообмена ПК-3; - способность проводить и оценивать результаты измерений ПК-6; - владение способами анализа качества продукции, организации контроля качества и управления технологическими процессами ПК-7; - готовность к профессиональной эксплуатации машин и технологического оборудования для производства и переработки сельскохозяйственной продукции ПК-12; - способность использовать современные методы поддержания работы электрифицированных и автоматизированных технологических процессов ПК-13; - способность использовать технические средства для определения параметров технологических процессов и качества продукции ПК-14; - способность анализировать технологический процесс как объект контроля и управления ПК-16; - готовность изучать и использовать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследований ПК-19; - готовность к обработке результатов экспериментальных исследований ПК-21; - способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования ПК-22; - готовность к участию в проектировании технических средств и технологических процессов производства, систем электрификации и автоматизации сельскохозяйственных объектов ПК-23; - готовность к участию в проектировании новой техники и технологий ПК- 25.
Глава 1 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ АПК 1.1 Определение понятия «электротехнология» Электротехнология - это область науки и техники, изучающая приемы, способы и средства выполнения производственных процессов, использующих электрическую энергию непосредственно или с предварительным преобразованием ее в другие виды. В электротехнологии различают электротермические, электрофизические, электрохимические и электробиологические методы воздействия на обрабатываемую среду или перерабатываемое вещество [7,9,14,83,84]. Технологические процессы, связанные с преобразованием электрической энергии в тепловую, объединяют термином "электротермия" [7,9,12]. В электрофизических и электрохимических методах электрическую энергию применяют непосредственно или с предварительным преобразованием в другие виды, например, в механическую или химическую энергии [12,17,19,20,28,58,]. Большая часть общего энергетического баланса производства приходится на долю тепловой энергии. Все потребители теплоты подразделяются на производственные и коммунально-бытовые. Первые используют тепловую энергию для создания необходимого микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях, выращивания растений в защищенном грунте, тепловой обработки сельскохозяйственной продукции, кормов, в процессах ремонта машин; вторые - для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, приготовления пищи и на другие бытовые нужды.
Электрофизические и электрохимические методы основаны на применении в процессах электрических и магнитных явлений [6,14,41,42,57,70,84,98,103,117]. При этом использованы следующие технологические свойства электричества: 1. Механические, когда операции и работы выполняют без применения промежуточных преобразователей – электродвигателей. Механические силы поля в отличие от электродвижущих сил, действующих на элементарные заряды внутри тел, механически воздействуют на заряженные макротела, проводники с током, электро- и магнитострикционные тела, производя механическую работу по перемещению тел или изменению их объема и плотности. 2. Химические, используемые в процессах получения химических реагентов и для ускорения химических превращений при обработке продуктов и материалов. Известны также электролитические процессы в ремонтном производстве. Химическое действие тока состоит в том, что его протекание в проводниках II рода (электролитах) сопровождается электролизом - окислительно-восстановительными реакциями на электродах, в результате которых получают новые вещества с новыми химическими свойствами. 3. Биологическое действие заключается в том, что ток (поле) влияет на протекание жизненных процессов в биологических объектах. Это влияние может быть как стимулирующим, так и угнетающим, т.е. позволяет управлять поведением животных, подавлять или стимулировать жизнедеятельность микрофлоры и фауны. Таким образом, преобразование электрической энергии в другие электрические и неэлектрические виды и их целенаправленное использование для воздействия на объекты в технологических процессах составляет сущность электротехнологии. Сельское хозяйство является ядром агропромышленного комплекса, включающим животноводство, растениеводство, подсобные хозяйства и т.д.
Соответственно, энергообеспечение сельского хозяйства можно классифицировать на 3 группы [45,46,71,89]: ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Применение электроэнергии в животноводстве Применение электроэнергии в растениеводстве Применение электроэнергии в подсобных предприятиях и в быту населением Энергообеспечение производственных процессов Энергообеспечение производственных процессов Энергообеспечение вспомогательных процессов и бытовых потребностей Кормление, поение, уход, получение продукции животных и птицы Подготовка почвы, посев и высадка растений, уход за посевом, подготовка семян к посеву, тепличные хозяйства Ремонтно-механические мастерские, механизированные тока, вспомогательное производство (деревообрабатывающие цеха, кирпичные заводы, переработка овощей и фруктов, переработка продукции животноводства и пр.), общественные и индивидуальные установки и электрооборудование для системы жизнеобеспечения и т.п. Рисунок 1.1 – классификация технологических процессов сельского хозяйства 1.2 Характеристика электромагнитного поля как носителя энергии Электромагнитное поле является одной из форм существования материи и характеризуется совокупностью взаимосвязанных и взаимообусловливающих друг друга электрического и магнитного полей [6,78,79]. Распространение электромагнитного поля сопровождается движением электромагнитной энергии, представляющей собой сумму энергий электрического и магнитного полей. Изменениям электрического и магнитного полей сопутствует превращение электрической энергии в магнитную и магнитной в электрическую.
Доступ онлайн
200 ₽
В корзину