spfpХранение и переработка сельхозсырьяStorage and Processing of Farm Products2072-96692658-767XРОСБИОТЕХ10.36107/spfp.2020.390spfp-162Research ArticleТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬХОЗПРОДУКЦИИTHEORETICAL ASPECTS OF FARM PRODUCTS STORAGE AND PROCESSINGТехнология получения гранул из шрота семян рапса с использованием двухступенчатого каскадного парокомпрессионного теплового насосаTechnology of Obtaining Pellets from Canola Seed Using a Two-Stage Cascading Vaporcompression Heat PumpОстриковА. Н.OstrikovA.

Остриков Александр Николаевич394036,  г. Воронеж, пр-т Революции, д. 19

Alexander N. Ostrikov 19, Prospect Revolution, Voronezh, 394036

ostrikov27@yandex.ruШевцовА. А.ShevtsovA.

Шевцов Александр Анатольевич

394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, д. 54а

Alexander A. Shevtsov 54 «A», Starykh Bolshevikov St., Voronezh,  394064

shevalol@rambler.ruТертычнаяТ. Н.TertychnayaT.

Тертычная Татьяна Николаевна394087,  г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1

Tatyana N. Tertychnaya 1, Michurin St., Voronezh,  394087

tertychnaya777@yandex.ruСердюковаН. А.SerdyukovaN.

Сердюкова Наталья Алексеевна 394064,  г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, д. 54а

Natalya A. Serdyukova 54 «A», Starykh Bolshevikov St., Voronezh,  394064

nata29m@mail.ruФГБОУ ВО Воронежский государственный университет инженерных технологийРоссияVoronezh state University of engineering technologiesRussian FederationВоенный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»РоссияFederal State Official Military Educational Institution of Higher Education «Military Educational and Scientific Centre of the Air Force N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy»Russian FederationФГБОУ ВО Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра IРоссияVoronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the GreatRussian FederationВоенный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. ГагаринаРоссияFederal State Official Military Educational Institution of Higher Education «Military Educational and Scientific Centre of the Air Force N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy»Russian Federation202015052021042233Copyright © Остриков А.Н., Шевцов А.А., Тертычная Т.Н., Сердюкова Н.А., 20212021Остриков А.Н., Шевцов А.А., Тертычная Т.Н., Сердюкова Н.А.Ostrikov A., Shevtsov A., Tertychnaya T., Serdyukova N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.spfp-mgupp.ru/jour/article/view/162

Необходимость рационального и комплексного использования энергетических ресурсов и реализация решений по их экономии определяется снижением энергоемкости технологических процессов, что может быть обеспечено заменой невозобновляемых энергоресурсов возобновляемыми источниками энергии с применением теплонасосных технологий. В этой связи предложена энергосберегающая технология получения гранул из шрота семян рапса с использованием двухступенчатого каскадного парокомпрессионного теплового насоса для получения энергоносителей высокого и низкого температурного потенциала, обеспечивающего снижение удельных энергозатрат за счет максимальной рекуперации и утилизации отработанных теплоносителей в замкнутых термодинамических циклах. Процесс теплообмена происходит в двух контурах: в рециркуляционном контуре низкопотенциального теплоносителя, включающем подачу охлажденного воздуха из испарителя в воздушные охладители; в рециркуляционном контуре высокопотенциального теплоносителя, включающем подачу перегретого пара из конденсатора второй ступени в шнековый экструдер и рекуперативные теплообменники, барабанную сушилку-дезодоратор и десятичанный тостер; испарители; шротоловушку; вакуум-аппарат. Для каждого из двух рециркуляционных контуров выполнен эксергетический анализ. Предлагаемая технология позволяет снизить удельные энергозатраты на 12–15%, повысить экологическую безопасность на всех этапах технологического процесса, максимально снизить выброс отработанных теплоносителей в окружающую атмосферу.

The need for rational and integrated use of energy resources and the implementation of solutions to save them is determined by a decrease in the energy intensity of technological processes, which can be provided by replacing non-renewable energy resources with renewable energy sources using heat pump technologies. An energy-saving technology for producing pellets from oilseed cake using a two-stage steam compression heat pump to obtain energy carriers of different temperature potentials, which reduces specific energy consumption due to maximum recovery and disposal of waste heat carriers in closed thermodynamic cycles, was developed in the article. The heat exchange process occurs in two circuits: in the recirculation circuit of a low-grade heat carrier, including the supply of cooled air from the evaporator to the air coolers; in the recirculation circuit of the high-potential heat carrier, including the supply of superheated steam from the second-stage condenser to the screw extruder and recuperative heat exchangers, a tumble dryer and decanter, and a ten-tank toaster; evaporators; oilseed meal trap; vacuum apparatus. An exergy analysis was performed for each of the two recirculation circuits, and the functional dependences of the exergy flows exiting the technological equipment in question on the acting variables were obtained. Feed pellets from rapeseed, obtained with minimal energy consumption meet the requirements of National Standard 23513–79. The proposed technology for producing pellets from rapeseed allowed to reduce specific energy consumption by 12–15%; increase environmental safety at all stages of the technological process, minimize the emission of waste heat carriers into the atmosphere.

тепловой насостехнологиягранулырапсэксергияанализтепловая эффективностьheat pumptechnologypelletsrapeseedexergyanalysisthermal efficiencyReferencesАбильдинова С.К., Мусабеков Р.А., Расмухаметова А.С., Чичерин С.В. Оценка энергетической эффективности цикла теплового насоса со ступенчатым сжатием // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединеий СНГ. 2019. Т. 62, № 3. с. 293–302. https://doi.org/10.21122/1029–7448–2019–62–3-293–302Abil’dinova S.K., Musabekov R.A., Rasmuk hame tova A.S., Chicherin S.V. Otsenka energeticheskoi effektivnosti tsikla teplovogo nasosa so stupenchatym szhatiem [Assessment of the energy efficiency of the heat pump cycle with step compression]. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zave-denii i energeticheskikh ob»edineii S.G.[Energy. News of higher educational institutions and energy associations of the UIS, 2019, vol. 62, no. 3, pp, 293–302. https://doi.org/10.21122/1029–7448–2019–62–3-293–302Алексеенко С.В. Исследования и разработки СО РАН в области энергоэффективных технологий. Новосибирск: Наука, 2009. 405 с.Alekseenko S.V. Issledovaniya i razrabotki SO RAN v oblasti energoeffektivnykh tekhnologii [Research and development of SB RAS in the field of energy efficient technologies]. Novosibirsk: Nauka, 2009. 405 p.Бритиков Д.А., Шевцов А.А.Энергосбережение в процессах сушки зерновых культур с использованием теплонасосных технологий: моногра-фия. М.: ДеЛи плюс, 2012. 328 с.Britikov D.A., Shevtsov A.A.Energosberezhenie v protsessakh sushki zernovykh kul’tur s ispol’zovaniem teplonasosnykh tekhnologii [Energy saving in grain drying processes using heat pump technologies: monograph]. Moscow: D.L. plyus, 2012, 328 p.Горшков В.Г. Тепловые насосы. Аналитический обзор // Справочник промышленного оборудования ВВТ. 2004. № 2. с. 47–80.Gorshkov V.G. Teplovye nasosy. Analiticheskii obzor [Heat pump. Analytical review]. Spravochnik promyshlennogo oborudovaniya V.T.[Handbook of industrial weapons and military equipment], 2004, no. 2, pp. 47–80.Долинский А.А., Драганов Б.Х., Морозюк Т.В. Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки // Промышленая теплотехника. 2007. № 6. с. 67–71.Dolinskii A.A., Draganov B.K.., Morozyuk T.V. Al’ternativnoe teplo-snabzhenie na baze teplovykh nasosov: kriterii otsenki [Alternative heat supply based on heat pumps: evaluation criteria]. Promyshlenaya teplotekhnika[Industrial thermotechnics], 2007, no. 6, pp. 67–71.Елистратов С.Л. Оценка границ технико-экономической эффективности применения тепловых насосов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2009. № 15. с. 72–78.Elistratov S.L. Otsenka granits tekhniko-ekonomicheskoi effektivnosti primeneniya teplovykh nasosov [Assessment of the boundaries of technical and economic efficiency of heat pumps]. Vestnik Y.U.GU[Bulletin Of S.S.], 2009, no. 15, pp. 72–78.Елистратов С.Л., Накоряков В. Е. Передовые схемные решения теплонасосных установок // Известия Вузов. Серия: Проблемы энергетики. 2007. № 11–12. с. 64–75.Elistratov S.L., Nakoryakov V. E. Peredovye skhemnye resheniya teplona-sosnykh ustanovok [Advanced circuit solutions for heat pump installations]. Izvestiya Vuzov[News Of Universities], 2007, no. 11–12, pp. 64–75.Елистратов С.Л., Накоряков В.Е. Энергетическая эффективность комбинированных отопительных установок на базе тепловых насосов с элек-троприводом // Промышленная энергетика. 2008. № 3. с. 28–33.Elistratov S.L., Nakoryakov V.E. Energeticheskaya effektivnost’ kombinirovannykh otopitel’nykh ustanovok na baze teplovykh nasosov s elektroprivodom [Energy efficiency of combined heating installations based on electric heat pumps]. Promyshlennaya energetika[Industrial power engineering], 2008, no. 3, pp., 28–33.Елистратов С.Л., Накоряков В.Е. Экологические аспекты применения парокомпрессионных тепловых насосов // Известия РАН Серия: Энерге тика. 2007. № 4. с. 76–83.Elistratov S.L., Nakoryakov V.E. Ekologicheskie aspekty primeneniya parokompressionnykh teplovykh nasosov [Environmental aspects of the use of steam compression heat pumps]. Izvestiya R.N.[Izvestiya RAS, 2007, no. 4, pp. 76–83.Закиров Д.Г., Мухамедшин М.А., Николаев А.В., Файзрахманов Р.А., Рюмкин А.А. Разработка и внедрение технологий использования низко-потенциального тепла тепловыми насосами // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. Т. 94, № 1. с. 85–90.Zakirov D.G., Mukhamedshin M.A., Nikolaev A.V., Faizrakhmanov R.A., Ryumkin A.A. Razrabotka i vnedrenie tekhnologii ispol’zovaniya nizkopotentsial’nogo tepla teplovymi nasosami [Development and implementation of technologies for using low-potential heat by heat pumps]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva [Technologies and technical means of mechanized production of crop and livestock products], 2018, vol. 94, no. 1, pp. 85–90.Алдажуманов Ж.К., Ермоленко М.В., Степанова О.А., Тоимбаев А.Б., Должиков С.А. Ис-следование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа // Молодой ученый. 2015. № 10(90). с. 128–132.Aldazhumanov Zh.K., Ermolenko M.V., Stepanova O.A., Toimbaev A.B., Dolzhikov S.A. Issle dovanie raboty teplovogo nasosa s regenerativnym teploobmennikom na osnove eksergeticheskogo analiza [Assessment of the energy efficiency of the heat pump cycle with step compression]. Molodoi uchenyi[Molodoj uchenyj], 2015, no. 10(90), pp. 128–132.Калнинь И.М., Фадеков К.Н. Оценка эффективности термодинамических циклов парокомпрессионных холодильных машин и тепловых насосов // Холодильная техника. 2006. № 3. C. 16–24.Kalnin’ I.M., Fadekov K.N. Otsenka effektivnosti termodinamicheskikh tsiklov parokompressionnykh kholodil’nykh mashin i teplovykh naso-sov [Evaluation of the efficiency of thermodynamic cycles of steam compression refrigerating machines and heat pumps]. Kholodil’naya tekhnika [Refrigeration equipment], 2006, no. 3, pp. 16–24.Курнакова Н.Ю., Нуждин А.В., Волхонский А.А. О возможности повышения энергоэффективности тепловой схемы Т.С.с применением теплового насоса // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22, № 7. с. 114–122.Kurnakova N.Y.., Nuzhdin A.V., Volkhonskii A.A. O vozmozhnosti povysheniya energoeffektivnosti teplovoi skhemy T.S.s primeneniem teplovogo nasosa [About the possibility of improving the energy efficiency of the thermal scheme of a H.S.using a heat pump]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta[Irkutsk State Technical University Bulletin], 2018, vol. 22, no. 7, pp. 114–122.Мацевитый Ю.М., Чиркин Н.Б., Кузнецов М.А. Термоэкономический анализ теплонасосной системы теплоснабжения // Проблемы машино-строения. 2010. Т. 13, № 1. с. 42–51.Matsevityi Yu.M., Chirkin N.B., Kuznetsov M.A. Termoekonomicheskii analiz teplonasosnoi sistemy teplosnabzheniya [Thermoeconomical analysis of the heat pump system of heat supply]. Problemy mashinostroeniya[Mechanical engineering problems], 2010, vol. 13, no. 1, pp. 42–51.Остриков А.Н., Шевцов А.А., Тертычная Т.Н., Сердюкова Н.А. Эксергетический анализ технологии получения биодизельного топлива из рапсового масла // Вестник Воронежского госу-дарственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82, № 1. с. 252–261. https://doi.org/10.20914/2310–1202–2020–1-252–261Ostrikov A.N., Shevtsov A.A., Tertychnaya T.N., Serdyukova N.A. Eksergeticheskii analiz tekhnologii polucheniya biodizel’nogo topliva iz rapsovogo masla [Exergetic analysis of biodiesel production technology from rapeseed oil]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernykh tekhnologii[Voronezh State University of Engineering Technologies Bulletin]. 2020, vol. 82, no. 1, pp., 252–261. https://doi.org/10.20914/2310–1202–2020–1-252–261Подскребкин А.Д., Дягелев В.Ф. Опыт использования тепловых насосов в мире и России // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2016. № 4. с. 15–21.Podskrebkin A.D., Dyagelev V.F. Opyt ispol’zovaniya teplovykh nasosov v mire i Rossii [Experience in using heat pumps in the world and Russia]. Sovremennaya nauka: aktual’nye problemy teorii i praktiki, pp.eriya: Estestvennye i tekhnicheskie nauki[Modern science: actual problems of theory and practice. Series: Natural and technical Sciences. Publishing house. Scientific technology], 2016, no. 4, pp. 15–21.Калнинь И.М., Легуенко С.К., Проценко В.П. Пустовалов С.Б., Савицкий И.А. Теплонасосная технология в решении крупномасштабных задач теплофикации с использованием низко-потенциальной теплоты энергоисточников // Энергосбережение и водоподготовка. 2009. № 5(61). с. 25–30.Kalnin’ I.M., Leguenko S.K., Protsenko V.P. Pustovalov S.B., Sa-vitskii I.A. Teplonasosnaya tekhnologiya v reshenii krupnomasshtabnykh zadach teplofikatsii s ispol’zovaniem nizkopotentsial’noi teploty energoistochnikov [Evaluation of the efficiency of thermodynamic cycles of steam compression refrigerating machines and heat pumps]. Energosberezhenie i vodopodgotovka[Refrigeration equipment], 2009, no. 5(61), pp., 25–30.Шевцов А.А., Бунин Е.С., Ткач В.В., Сердюкова Н.А., Фофонов Д.И. Эффективное внедрение пароком-прессионного теплового насоса в линию комплексной переработки семян масличных культур // Хранение и переработка сельхозсырья. 2018. № 1. с. 60–64.Shevtsov A.A., Bunin E.S., Tkach V.V., Serdyu kova N.A., Fofonov D.I. Effektivnoe vnedrenie parokompressionnogo teplovogo nasosa v liniyu kompleksnoi pererabotki semyan maslichnykh kul’tur [Effective implementation of a steam compression heat pump in the line of complex processing of oilseeds]. Khranenie i pererabotka sel’khozsyr’ya[Storage and processing of farm products], 2018, no. 1, pp. 60–64.Chicherin S. Low-temperature district heating distributed from transmission-distribution junctions to users: energy and environmental modelling // Energy Procedia. 2018. Vol. 147. P. 382–389. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.07.107Chicherin S. Low-Temperature District Heating Distributed from Transmission-Distribution Junctions to Users: Energy and Environmental Modelling. Energy Procedia, 2018, vol. 147, pp. 382–389. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.07.107Chicherin S.V. Comparison of a district heating system operation based on actual data – Omsk City, Russia, Case Study // International Journal of Sustainable Energy. 2018. Vol. 38, no. 6. P. 603–614. https://doi.org/10.1080/14786451.2018.1548466Chicherin S.V. Comparison of a District Heating System Operation Based on Actual Data – Omsk City, Russia, Case Study. International Journal of Sustainable Energy, 2018, vol. 38, no. 6, pp. 603–614. https://doi.org/10.1080/14786451.2018.1548466Deng J. Qingpeng W., Mei L., Shi H., Hui Z. Does heat pumps perform energy efficiently as we expected: field tests and evaluations on various kinds of heat pump systems for space heating // Energy and Buildings. 2019. Vol. 182. P. 172–186. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.10.014Deng J. Qingpeng W., Mei L., Shi H., Hui Z. Does Heat Pumps Perform Energy Efficiently as We Expected: Field Tests and Evaluations on Various Kinds of Heat Pump Systems for Space Heating. Energy and Buildings, 2019, vol. 182, pp. 172–186. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.10.014Sayegh M.A. Jadwiszczaka P., Axcellb B.P., Niemierkaa E., Bryśc K., Jouharab H. Heat pump placement, connection and operational modes in european district heating // Energy and Buildings. 2018. Vol. 166. P. 122–144. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.02.006Sayegh M.A. Jadwiszczaka P., Axcellb B.P., Niemierkaa E., Bryśc K., Jouharab H. Heat Pump Placement, Connection and Operational Modes in European District Heating. Energy and Buildings, 2018, vol. 166, pp. 122–144. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.02.006Vivian J., Emmi G., Zarrella A., Jobard X., Pietruschka D., De Carli M. Evaluating the cost of heat for end users in ultra low temperature district heating networks with booster heat pumps // Energy. 2018. Vol. 153. P. 788–800. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.04.081Vivian J., Emmi G., Zarrella A., Jobard X., Pietruschka D., De Carli M. Evaluating the Cost of Heat for End Users in Ultra Low Temperature District Heating Networks with Booster Heat Pumps. Energy, 2018, vol. 153, pp. 788–800. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.04.081

The authors declare that there are no conflicts of interest present.