Обоснование параметров пастоизготовителя для технологической линии приготовления соевых кормов
На правах рукописи
Апевалов Олег Владимирович
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ПАСТОИЗГОТОВИТЕЛЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ
ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОЕВЫХ КОРМОВ
Специальность 05.20.01 – технологии и средства
механизации сельского хозяйства
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Благовещенск - 2011 2
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном уч реждении высшего профессионального образования «Дальневосточный госу дарственный аграрный университет»
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Самуйло Виктор Вацлавович
Официальные оппоненты: доктор технических наук Иванов Сергей Анатольевич кандидат технических наук, доцент Самарина Юлия Рашидовна
Ведущая организация Государственное научное учреждение Дальневосточный научно исследователь ский институт механизации сельского хо зяйства
Защита диссертации состоится 8 июня 2011 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.027.01 при ФГОУ ВПО «Дальневосточный го сударственный аграрный университет» по адресу: 675005, Амурская область, г.
Благовещенск, ул. Политехническая, 86, ауд.223.
Телефон/факс. 8-(4162) 49-10-
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Дальне восточный государственный аграрный университет»
Автореферат размещен на сайте: www.dalgau.ru Автореферат разослан «_» 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Баштовой А.Г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Одной из основных причин высоких затрат труда и средств, связанных с выращиванием молодняка сельскохозяйственных живот ных является использование большого количества цельного и обезжиренного молока.
Замена молочных продуктов, при кормлении молодняка, на аналогичные, по зволяет снизить себестоимость продукции животноводства и, при этом увели чить объемы молока для его переработки в молочной промышленности. В на стоящее время известно использование термообработанной соевой муки, изо лята и концентрата соевых белков в рецептуре заменителей молочных кормов.
В то же время, широкое использование соевой муки и других соевых белко вых продуктов в рационах кормления молодняка животных (поросят, телят и т.
д.) сдерживается их относительно высокой стоимостью. При этом, в любую из рецептур заменителя молочных кормов включаются полученные различными способами минеральные и витаминные добавки, которые требуют высокой точ ности их дозирования, так как в количествах превышающих допустимые они обладают токсическим действием.
Как показывают многочисленные исследования и практика, путем опреде ленных способов воздействия на семена сои, можно получить соевые кормовые продукты, обогащенные витаминами и минеральными веществами для после дующего их использования в рационах кормления молодняка сельскохозяйст венных животных.
Однако в настоящее время, нет научно обоснованных данных, которые бы позволили разрабатывать и проектировать технические средства и на их основе технологические линии поточного и цикличного производства соевых белково минеральных кормовых продуктов в виде паст и суспензий.
В этой связи, совершенствование технических средств с целью повышения эффективности производства белково-минеральных кормовых продуктов для молодняка с. х. животных является задачей актуальной.
Целью исследований является повышение эффективности приготовления соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии путем обоснования параметров технологической линии их производства и шне кового пастоизготовителя.
Объект исследований - технологический процесс приготовления соевой белково-минеральной пасты и суспензии на ее основе.
Предмет исследований – закономерности процесса приготовления соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии.
Методы исследований. Общим методологическим подходом к проведению исследований является системный подход, который позволил рассмотреть тех нологический процесс во всей совокупности взаимосвязей качественных, тех нологических и экономических показателей с конкретными параметрами ис ходного состава сырья и разработанного пастоизготовителя.
В аналитических исследованиях использованы методы и положения теорети ческой механики, векторного анализа, а так же механики сплошных сред.
Экспериментальные исследования проводились на пилотных установках с использованием методов планирования многофакторного эксперимента и ма тематического моделирования. Анализ и обработка полученных эксперимен тальных данных осуществлялась с помощью методов математической стати стики.
Рабочей гипотезой для решения данной научно-технической задачи является предположение о том, что повышение эффективности приготовления соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии на ее ос нове, за счет повышения их качества, при одновременном снижении энергети ческих и материальных затрат, возможно на основе изыскания и выбора рацио нальных способов и схем обработки семян сои включая их проращивание, тер мообработку и гомогенизацию с помощью шнекового пастоизготовителя, а также выявления закономерностей и зависимостей, характеризующих данные процессы, с определением оптимальных значений параметров этих процессов и технологической линии в целом.
Научную новизну представляют:
аналитические зависимости по обоснованию параметров технологиче ской линии приготовления соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии;
зависимости и закономерности по обоснованию параметров шнекового пастоизготовителя для получения соевых белково-минеральных кормовых про дуктов в виде пасты и суспензии;
комплекс технологических и технических решений, связанных с полу чением соевой белково-минеральной пасты и суспензии.
Практическая значимость работы. Обоснованы технологический процесс и параметры технических средств получения соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии. Разработана методика расчета технологической линии и технических средств для получения пасты и суспен зии молодняку с.х. животных.
Результаты исследований могут быть использованы проектными организа циями, КБ и НИИ при проектировании внутрихозяйственных и межхозяйствен ных предприятий по производству данного вида кормовых продуктов;
расчетах и конструировании предложенного типа пастоизготовителей;
в учебном про цессе при подготовке инженеров сельскохозяйственного производства;
специа листами агропромышленного комплекса.
Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в ОАО «Амурагроцентр» Амурской области и подсобном хозяйстве ДВВКУ.
Основные положения вынесенные на защиту: теоретические аспекты по обоснованию параметров технологической линии производства соевых белко во-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии;
аналитические и эмпирические зависимости, позволяющие обоснованно производить расчет и выбор оптимальных параметров и режимов для конкретных условий производ ства данных кормовых продуктов;
усовершенствованная технологическая ли ния и технические средства для получения соевых белково-минеральных кор мовых продуктов в виде пасты и суспензии.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на на учных конференциях ДальГАУ (2007-2010 гг.), на II международной научно практической конференции «Актуальные вопросы аграрной науки и образова ния», посвященной 65-летию Ульяновской ГСХА (2008 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии для зем леделия и животноводства» Владимирского НИИСХа, г. Суздаль (2008 г.), на межвузовской научно-практической конференции «Молодежь 21 века: шаг в будущее», Благовещенск (2009 г.).
Публикации. По результатам данных исследований опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения 6 глав, выводов, списка литературы, включающего 259 наименований, в том числе 35 на ино странном языке. Работа изложена на 164 страницах, содержит 25 таблиц, рисунка и 6 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении изложена актуальность темы исследования, показана ее новиз на, практическая значимость работы, выделены основные положения вынесен ные на защиту.
В первой главе «Состояние механизации процессов обработки зернового сырья и приготовления высокобелковых кормовых продуктов. Цель и задачи исследований» обоснована возможность и целесообразность использования в кормлении молодняка сельскохозяйственных животных кормовых продуктов в виде соевой пасты и суспензии. При этом, дана оценка состоянию процесса приготовления кормовых продуктов данной физической формы, сформулиро вана цель и поставлены задачи исследований.
Обзор научных исследований процессов приготовления высокобелковых кормовых продуктов, проведенных Алешкиным С.А., Бибик И.В., Доценко С.М., Ивановым С.А., Куктой Г.М., Курковым Ю.Б., Мельниковым С.В., Подо бед Л.И., Фроловым В.Ю. и другими учеными показал, что выполненные ими исследования явились определяющими в данном направлении и позволили вы явить нерешенные вопросы.
Анализом установлено, что до настоящего времени процесс приготовления высокобелковых паст и суспензий на основе пророщенных семян сои с помо щью шнекового пастоизготовителя с кольцевой фильерой не изучался, а потому нет научных данных для разработки таких средств и технологических линий с их использованием.
В соответствии с поставленной целью предусматривалось решить следую щие задачи:
- разработать теоретические аспекты по обоснованию технологических пара метров линии и технических средств приготовления соевых белково минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии;
- теоретическим путем обосновать технологические и конструктивно – ре жимные параметры пастоизготовителя шнекового типа;
- экспериментально установить зависимости оценочных показателей от тех нологических и конструктивно-режимных факторов процессов проращивания семян сои, их термообработки, а также приготовления белково-минеральной пасты и суспензии;
- обосновать конструктивно-технологическую схему линии получения со евых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии, а также разработать методику ее расчета;
- дать экономическую оценку результатов исследований и разработать реко мендации по их использованию.
Во второй главе «Теоретические аспекты приготовления соевого белково минерального продукта в виде пасты и суспензии» обоснованы параметры про цесса приготовления указанных соевых белково-минеральных продуктов, а также конструктивно-режимные параметры шнекового пастоизготовителя.
При разработке и проектировании технологических линий и машин для при готовления кормовых продуктов животным, с одной стороны необходимо стремиться к снижению затрат на осуществление процессов их обработки, с другой стороны - к повышению качественных показателей работы таких машин и линий в целом.
Одновременно с этим, необходимо учитывать режим кормления животных.
При этом, процесс приготовления кормовых продуктов можно представить как набор последовательных преобразований, превращающих исходное сырье в готовый кормовой продукт.
Приготовление корма характеризуется его видом и объемом, качественными показателями для конкретного вида продукта, а так же затратами труда и средств на его получение.
Одним из основных критериев оценки функционирования технологической линии приготовления кормовых продуктов в рыночных условиях может быть принят доход - D, определяющий в конечном итоге, экономическую целесооб разность производства соевых кормов:
Э1 = D1 k G раз d n max;
Э2 = D2 k G раз d n max;
G раз = Q t ц ;
, (1) [] tц tц ;
N уд = N / Q min где Э 1 и Э 2 – экономическая целесообразность использования данной техно логической линии и кормовых продуктов данного вида, соответственно для то варопроизводителя и потребителя руб./год;
D 1 и D 2 – соответственно доход от производства и использования данного вида кормового продукта, руб./кг;
k' – коэффициент, учитывающий налоговые отчисления (k' =0,8);
G раз – разовый объем производства и потребления продукта, кг;
d – количество дней произ водства и потребления продукта за год;
n – кратность кормления животных;
Q – производительность технологической линии приготовления кормовых продук тов, кг/ч;
t ц – время цикла приготовления кормового продукта в количестве равном Gраз, ч;
[t ц ] – допустимое по зоотехническим требованиям время приго товления кормовых продуктов, ч.
Доход производителя кормового продукта определяется как D1 = C p C Э Сис, (2) С р – цена реализации данного вида продукта, руб/кг;
С э – эксплуатаци где онные расходы, руб/кг;
С ис – стоимость исходного сырья, руб/кг.
Доход потребителя от применения данного вида кормового продукта D2 = C п С р, (3) где C п – стоимость кормовых продуктов, заменяемых на соевые, руб/кг.
Анализом установлено, что наиболее эффективной, с зоотехнической точки зрения, является технология производства соевого белково-минерального кор мового продукта, которая включает следующие операции: замачивание семян сои проращивание влаготепловая обработка приготовление пасты приготовление суспензии. Для данной схемы производства кормового про дукта время цикла t ц определяется соответственно:
- для линии периодического действия - tц = t з + tпр + tвто + tп + tпс ;
(4) - для линии непрерывного действия - t ц = t з + t о, (5) где t з, t пр, t вто, t пи, t пс, t o – продолжительность процессов соответственно за мачивания семян сои, их проращивания, влаготепловой обработки пророщен ных семян, приготовления пасты, приготовления суспензии на основе пасты, обработки подготовленных семян.
Продолжительность обработки семян сои обобщенно включает в себя все пе речисленные выше процессы и по условию неразрывности потока может быть представлена как t о =t пр =t вто =tп =t пс, (6) Продолжительность замачивания семян сои зависит от их свойств и характе ризуется коэффициентом водонасыщения k в.
При этом полагаем, что зависимость коэффициента водонасыщения семян сои от времени их замачивания t з может быть определена как t = D F ln( А k ), (7) з в где k в – коэффициент водонасыщения семян сои, характеризующийся как от ношение массы семян после и до замачивания;
D, F и А - расчетные коэффици енты, характеризующие процесс замачивания семян сои.
При этом, время проращивания семян сои определяется как t пр = l р / пр, где l p – средняя длина ростков, наиболее эффективная с точки зрения сниже ния уреазной активности в семядолях, накопленных минеральных веществ и витаминов в них;
пр – скорость прорастания семян.
В общем, неявном виде зависимость средней скорости прорастания семян сои можно представить следующей функцией пр = f ( K ;
t o ;
H сл ) max, где K – кратность полива, характеризующая влажность среды;
t – температура среды;
НRсл - высота слоя семян сои.
R Зная режим проращивания семян сои – Rпр можно обосновать параметры R, устройства для их проращивания. В частности, для растильни с ленточным ра бочим органом, его длина LRу и ширина ВRу определяется как R R L у = пр t пр ;
, (8) В у = G раз / L у Н сл с, где GRраз – разовое количество соевых кормов;
Rс – плотность семян сои в R R слое.
Время термообработки пророщенных семян сои можно определить из усло вия t вто t уа, где tRуа – время необходимое для разрушения остаточного количе R ства антипитательных веществ (уреазы) в пророщенных семенах сои.
При этом, время, необходимое для снижения уреазной активности в семядо лях сои до допустимой по зоотехническим требованиям величины [рНRд R] определяется как 1 pH k у tвто = t уа = 2,3 g [рН д ], (9) kТ где kRТ – коэффициент термолабильности уреазы в пророщенных семенах сои, R сP-1;
pHR0 - активность уреазы в исходных семенах сои, зависящая от сортовых P R особенностей сои, ед.;
kPу - коэффициент, учитывающий снижение активности P уреазы в процессе проращивания;
[рНRд] - допустимая по зоотехническим тре R бованиям активность уреазы.
В соответствии с данной зависимостью, определяющей по своей физической сути скорость движения потока (в линиях с непрерывным циклом) пророщен ных семян сои – Rвто термоагрегате, можно определить его параметры.
Rв Так, для пропаривателя шнекового типа, его длина L ш и диаметр Д ш опреде ляется как Lш = вто t вто ;
, (10) Д = G раз / 0,785 Lш п где n – плотность соевого продукта в шнековом пропаривателе.
Продолжительность приготовления соевой белковой пасты зависит от ее ко личества, необходимого для разовой выдачи всему поголовью животных G раз =N.q, а также от производительности (пропускной способности) пастоизго товителя Q пи, как базовой машины линии:
tпи = N q / Qпи tвто,, (11) где N – количество животных;
q - количество кормового продукта на одно животное.
Время приготовления суспензии t пс, на основе пасты и воды зависит от необ ходимой степени гомогенизации с частиц продукта (пасты) в жидкой фазе и может быть определено с учетом эмпирической зависимости.
Тогда, время гомогенизации, при приготовлении суспензии, можно опреде tпс = D3 F lп( A [ c ]), лить как (12) где D 3, F и А – расчетные коэффициенты, характеризующие процесс полу чения суспензии;
[ с ] – требуемая степень гомогенизации продукта.
Анализ приведенной последовательности расчета параметров технологиче ской линии приготовления соевого белково-минерального продукта в виде пас ты и белково-минеральной суспензии показывает, что неизвестными парамет рами являются: продолжительность замачивания семян сои – t з ;
средняя ско рость роста – пр ;
производительность пастоизготовителя – Q пи ;
продолжитель ность приготовления суспензии – t пс.
В этой связи, целью дальнейших исследований является получение этих не известных данных, которые необходимо обосновать аналитическим и экспери ментальным путем.
Обоснование параметров шнекового пастоизготовителя. Согласно по ставленной цели исследований необходимо получить продукт на основе семян сои, который бы удовлетворял физиологические потребности молодых живот ных в необходимых питательных веществах – белке, жире, углеводах, мине ральных веществах и витаминах и имел бы такие состав и физическую форму, которые позволяли бы растущему организму животного эффективно его по треблять и использовать.
Такой физической формой кормов, применяемой для молодняка сельскохо зяйственных животных, являются пасты и суспензии однородного грануломет рического состава с размером твердых частиц не более 0,2 мм. Продукт, имею щий однородный состав, необходимую структуру и размер частиц, а также влажность, можно получить в специальных технических средствах: пасту – в пастоизготовителе;
суспензию – в смесителе с активатором (мешалкой). При этом, как показал анализ, нет данных относительно способов получения паст из пророщенных и термически обработанных семян сои, имеющих влажность в диапазоне 50-60%. Получить гомогеннизированный продукт из данного сырья, можно путем реализации двухстадийного процесса.
При этом, на первой стадии необходимо произвести сжатие и уплотнение термообработанных семян сои, имеющих малую твердость, а также способ ность к разрушению внутренней структуры и при достаточном на то усилии, продавить несколько уплотненный продукт, через сеть малых отверстий в спе циальной решетке.
На второй стадии процесса, необходимо, полученную, но не достаточно го могенизированную влажную массу, с определенным усилием и скоростью, продавить через кольцевую фильеру достаточно малого размера (зазора). Реа лизация процесса в такой последовательности, как нам представляется, обеспе чит получение однородной по составу, тонкой по структуре и консистенции влажной белково-минеральной массы в форме доступной для поедания моло дыми животными.
Все выше приведенное реализовано с помощью технического средства, кон структивно-технологическая схема которого представлена на рисунке 1.
а) б) Рисунок 1 - а) конструктивно-технологическая схема пастоизготовителя:
1 – бункер;
2 – шнек питателя;
3 – решетка;
4 – пастоизготовитель;
5 - винт;
6 – фильера;
б) разрез фильеры по А-А.
При этом, длину уплотняемой части зерна L з примем пропорциональной длине продукта – l p, и назовем его гранулой, находящейся в отверстиях решет ки, также как пропорциональны их плотности: начальная – 0 и конечная – р, Lз p =, где - степень сжатия продукта.
то есть = l p С учетом изложенного, получена аналитическая зависимость для расчета по дачи шнекового питателя пастоизготовителя, в следующем виде d 02 ( R p rв ) Z 0 k п p tg, Qп = (13) где d о – диаметр отверстия в решетке,м;
Z 0 - число отверстий в решетке;
k п – коэффициент, учитывающий влияние перемычек между отверстиями;
Rp - ради - угловая ус решетки, м;
r в – радиус вала, м, - угол наклона витка шнека;
скорость вращения шнека, с-1.
Мощность, затрачиваемая на привод питателя зависит, от силы трения в ка мере питателя Fтр и отверстиях решетки Fтр, скорости движения продукта в k отверстиях решетки [ ], N p = f D k Lk Pсж c + 0,5 d 0 h0 Z 0 Pсж ( R p rв ) tg / k (14) где f - коэффициент трения продукта по поверхности камеры;
- коэффици ент бокового расширения продукта;
P cж k - давление сжатия в камере Па;
Dk диаметр камеры м;
L k - длина камеры м;
P сж 0 - давление сжатия в отверстиях решетки Па;
h 0 - толщина решетки м;
c – часть шага винта, приходящегося на один радиан поворота шнека.
Согласно технологическому процессу работы данного технического средст ва, частично гомогенизированная масса продукта в дальнейшем поступает в ра бочую полость пастоизготовителя. Пастоизготовитель включает винт 5 и гомо генизирующий узел 6 в виде кольцевой фильеры (рис. 1).
В силу неразрывности потока скорость, характеризующая движение продук та в фильере ф в зависимости от параметров винта (R2-r2) и размеров фильеры R2 r – определяется как ф = hв 1, где h в – шаг винта пастоизготовителя 4R ф м;
R 0 ф – средний радиус по кольцу фильеры, м.
Полученная зависимость характеризует движение продукта вдоль оси винта и вдоль кольцевой фильеры. Однако кроме поступательного движения продукт совершает еще и вращательное движение, зависящее от угловой скорости винта - 1.
Такое движение, условно говоря, образует «скоростной вихрь», способст вующий перетиранию частиц продукта друг о друга, создавая однородную го могенную структуру.
При этом интенсивность перераспределений, то есть степень гомогенизации термообработанного соевого материала, характеризующая однородность грану лометрического состава частиц и их размер, можно определить через векторное поле скоростей - = 0,5rot. Степень гомогенизации в пастоизготовителе, оп ределяемая величиной пи, кроме как от rot, зависит и от параметров коль цевой фильеры: длины фильеры L ф и скорости продукта в ее зазоре ф.
Мощность, затрачиваемая на процесс гомогенизации в пастоизготовителе за п ф висит от силы трения в его камере Fтр и фильере Fтр, периметра поперечных п сечений камеры D, и фильеры D, их длины Lк и Lф, давления в камере ф k п ф Рсж и фильере - Рсж.
[ ] Fтр = f Рсж D п Lпk + Lф ( Рсж D фБ + Рсж D ф ) п п ф фм, (15) Мощность, затрачиваемая на привод пастоизготовителя определится как N пи = Fтр пи, а, суммарные затраты мощности на привод пастоизготовителя п составят N = 1,1 1,2 ( N п + N пи ) /, где N п – мощность холостого хода;
– кпд пе редачи.
На основе теоретического анализа, также получены зависимости, характери зующие процесс гомогенизации в пастоизготовителе предложенного типа:
- для степени сжатия продукта 16 R0 ф ф ф =, (16) d 02 ( R p rВ ) Z 0 k п р tg - для давления в камере m a n 16 k 0 ф ф ф kW, P 2 (17) d 0 ( R p rВ ) Z 0 k п р tg e где m, a, k – эмпирические коэффициенты;
W- влажность продукта.
Анализ выражения (17) дает наглядное представление о взаимной связи сте пени сжатия, а также давления, требуемого для качественного осуществления процесса гомогенизации термообработанных семян сои, со всеми основными технологическими (W, ф,, р ), конструктивными (R 0 ф,, R p, d 0, r В, Z 0, k п, ) и режимными параметрами ( ф, ). Таким образом, аналитическим путем полу чены новые научно обоснованные данные, в виде зависимостей и формул, по зволяющие проектировать технические средства предложенного типа и техно логические линии на их основе.
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований»
приведены программа и объекты исследований, общие и частные методики, а также методика обработки опытных данных.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований и их ана лиз» приведены физико-механические свойства соевого сырья и кормовых про дуктов, математические модели по обоснованию параметров процессов прора щивания семян сои и получения соевой пасты и суспензии, а также зависимо сти, характеризующие процессы гомогенизации термообработанного соевого сырья и пасты.
Экспериментальные исследования проводились согласно разработанной про грамме с использованием частных и общих методик, изложенных в главе 3 дис сертации.
На первом этапе исследований определяли физико-механические свойства сухих, замоченных и пророщенных семян сои, а также соевой пасты и суспен зии на её основе.
На втором этапе исследований устанавливалась зависимость водонасыщения семян сои в процессе их замачивания в воде от продолжительности замачива ния, т.е. устанавливалась зависимость kв = f (t з ), где kв – коэффициент водона сыщения.
Соответствующие преобразования данной функциональной зависимости от носительно параметра t з дают следующую эмпирическую формулу для опреде ления времени замачивания t З = 24,3 4,8 ln(250,9 kв ), (18) С учетом дополнительного времени, необходимого для соответствующего ферментационного процесса, происходящего в семенах сои при их замачивании и осуществления более эффективного последующего их проращивания, к зна чению tЗ, полученному по выражению (7) необходимо добавить t з = 5 ч.
На третьем этапе экспериментальных исследований устанавливалась зависи мость скорости прорастания семян сои от таких факторов как: Н – высота слоя семян;
t° - температура проращивания в термостате, 0С;
К – кратность полива, т.е. в общем, неявном виде необходимо было установить следующую зависи мость пр = f ( H ;
t 0 ;
K ) max.
Данную зависимость, как многофакторную, установили в виде уравнения регрессии с соответствующими коэффициентами. При наложении на данную зависимость такого условия как пр max позволяет принять полученное уравнение за математическую модель указанного процесса.
После реализации эксперимента, построена математическая модель указан ного процесса.
ПР = 6,745 9,110 Н + 0,506 t + 0,300 k + 2,510 H, (19) 0,008 t 2 0,026 k 2 max Адекватность модели подтверждается с вероятностью Р=0,95, при коэффи циенте корреляции R=0,90257, неравенством FRFT.
Анализ частных коэффициентов корреляции показал, что на процесс прора щивания семян сои наибольшее значение оказывают факторы Х 1 и Х 3, т.е. вы сота слоя семян сои, а также кратность их полива.
После получения адекватных моделей данного процесса, определены коор динаты оптимума и изучены поверхности отклика Y0 = f ( X 1;
X 2 ;
X 3 ) (рис. 2.).
Y3 = f(X1 = -1.21, X2, X3) 1. 0. 0. 0. X 0. 0. -0.4 0. 0. 0. 0. -0.8 0. 0. 0. 0. -1. 0. -1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1. X Рисунок 2 – Поверхность отклика Y0 = f ( X 1;
X 2 ;
X 3 ) max и его сечение Проведенный анализ и решение полученного уравнения, с учетом условия пр max, позволили определить оптимальные значения параметров процесса проращивания семян сои: Н=0,09 м;
t0=28,80C;
К=5,0-6,0.
При данных значениях факторов, скорость роста пр = 0,77 мм/ч.
На четвертом этапе исследований определены наиболее значимые факторы процесса получения пасты. В качестве критериев оптимизации были приняты:
однородность гранулометрического состава пасты – п, % ( Y1), а также давле ние гомогенизации – Р, МПа ( Y2).
В результате данного подхода, были выделены факторы, оказывающие наибольшее влияние на принятые критерии оптимизации п и Р. К ним отнесе ны следующие: угловая скорость вращения винта -, с-1;
угол наклона обра зующей конического вала винта –, 0;
размер кольцевой щели фильеры –, мм.
После реализации эксперимента построены математические модели процесса получения соевой белково-минеральной пасты:
- для однородности гранулометрического состава QП = 5,786 0,028 + 3,930 + 2,359 + 1,125 + 8,569 (20) 0,078 2 0,565 2 max;
- для давления гомогенизации Р = 5,448 8,248 0,242 0,222 + 2,389 2 + 0,004 2 + (21) + 0,021 2 opt Адекватность полученных моделей подтверждается с вероятностью Р=0,95, при коэффициентах корреляции R 1 =0,96243 и R 2 =0,90124, неравенством FR FT.
Анализ частных коэффициентов корреляции показал, что на процесс получения белковой пасты наибольшее влияние оказывают угловая скорость вращения винта – ( Х 3 ) и зазор кольцевой фильеры ( Х 1 ).
После получения адекватных математических моделей определены коорди наты оптимума и изучены поверхности откликов Y1 и Y2.
Оптимальные значения параметров пастоизготовителя равны: угловая ско рость вращения винта - =5 с-1;
угол наклона образующей конического вала винта - =28-290;
размер кольцевой щели фильеры – =0,2 мм.
Одновременно с определением качества пасты установлена зависимость про изводительности и мощности пастоизготовителя от скорости прохождения про дукта через фильеру - ф. Анализ полученных зависимостей показал, что с уве личением Ф линейно возрастает и производительность пастоизготовителя Q пи.
При значениях Ф = 0,20 0,25 м/с Q пи составляет 80-100 кг/ч. В тоже время с увеличением производительности пастоизготовителя снижается энергоемкость, которая при Q пи = 80-100 кг/ч находится в пределах N уд =0,015-0,0175 кВтч/кг.
На следующем этапе исследований изучался процесс получения суспензии на основе соевой белково-минеральной пасты, при соотношении паста : вода = 1/9.
За критерий оптимизации принята однородность суспензии, характеризуемая степенью гомогенизации пасты в водной среде. Указанная зависимость аппрок симирована выражением:
tпс = 14,5 3,2 ln(99,3 с ), (22) В пятой главе «Методика расчета технологической линии приготовления соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии»
приведены зависимости, позволяющие определить параметры разработанной технологии и технических средств на стадии их проектирования.
В шестой главе «Производственная проверка и экономическая эффектив ность результатов исследований» приведены условия и результаты испытаний, которые были использованы при расчетах экономической эффективности пред ложенных решений.
ВЫВОДЫ Анализ результатов исследований отечественных и зарубежных ученых 1.
показал, что наиболее эффективным способом обработки семян сои с целью их использования в качестве кормового продукта, является замачивание, прора щивание, влаготепловая обработка и гомогенизация для получения соевой бел ково-минеральной пасты и суспензии на ее основе.
Разработанные теоретические аспекты по обоснованию параметров тех 2.
нологической линии приготовления соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии, позволяют на стадии проектирования ли ний данного типа, обоснованно осуществлять расчет и подбор необходимого оборудования.
Установлены аналитические зависимости, позволяющие обосновать взаимо связь между технологическими, конструктивными и режимными параметрами данных процессов, а также выражения для определения производительности пастоизготовителя, его мощности, степени сжатия продукта в камере пастоиз готовителя и давления, необходимого для осуществления процесса гомогениза ции обработанных семян сои.
Экспериментально получены математические модели, характеризующие 3.
процесс приготовления соевой белково-минеральной пасты, которые позволили определить области оптимальных значений факторов, а также обосновать оп тимальные значения параметров:
- для процесса проращивания семян: высота слоя семян – Н=0,09 м;
темпера тура проращивания – t0=290C;
кратность полива К=5,0-6,0;
- для пастоизготовителя: угловая скорость вращения винта - = 5с 1 ;
угол на клона образующей конического вала винта - = 28 29 0 ;
размер кольцевой щели фильеры - = 0,2 мм.
На основе проведенных исследований разработана конструктивно 4.
технологическая схема линии приготовления соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии, базовым техническим средст вом которым является пастоизготовитель шнекового типа, а также методика их расчета.
Производственной проверкой установлено, что оборудование линии и 5.
пастоизготовитель обеспечивают получение соевых кормовых продуктов в виде пасты и суспензии с высокой степенью гомогенизации при значениях энерго емкости равной N уд = 0,015-0,0175 кВт ч/кг.
В результате сравнительной оценки эффективности разработанных 6.
технологических и технических решений установлено, что они по сравнению с базовым комплектом оборудования КПСМ-850 позволяют снизить металлоем кость в 4,2 раза, энергоемкость в 3,0 раза и получить годовой экономический эффект в размере 472 тыс. рублей.
Список работ, опубликованных в научных изданиях, рекомендованных ВАК Апевалов,О.В. Технология приготовления соевой белковой мине 1.
ральной пасты./О.В.Апевалов, С.М.Доценко //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008.- № 8. –С.16.
2. Апевалов, О.В. Оптимизация параметров установки для производства соевой пасты/О.В.Апевалов, С.М.Доценко, В.В.Самуйло, Р.Ф.Филонов // Меха низация и электрификация сельского хозяйства. 2009.- № 4. –С.41.
3. Апевалов,О.В. Технология приготовления соевых белковых кормов/ О.В.Апевалов, С.М.Доценко, В.В.Самуйло, Р.Ф.Филонов // Сельский механиза тор. 2009.- № 7. –С. Список работ, опубликованных в других изданиях 4. Курков,Ю.Б. Технология приготовления пастообразных кормов с ис пользованием проращенных семян сои. /Ю.Б.Курков, О.В.Апевалов // Сб.науч.трудов «Механизация и электрификация технологических процессов в с.х производстве» - Благовещенск: ДальГАУ, вып.15, 2008.-С.148-150.
5. Апевалов,О.В. Технология приготовления соевых белковых кормо вых продуктов. / О.В.Апевалов, С.М.Доценко//Актуальные вопросы аграрной науки и образования: Сб. матер. международной науч.-практ. конферен.- Улья новск: Ульяновская ГСХА, 2008.- С.190-193.
6. Апевалов,О.В. Технология приготовления соевых белковых кормо вых продуктов /О.В.Апевалов, С.М.Доценко// Сборн. докл. Всеросс. научно практ.конф «Ресурсосберегающие технологии для земледелия и животноводст ва». – Суздаль: Владимир: НИИСХ., 2008.- С. 398-404.
7. Апевалов,О.В. Обоснование параметров линии приготовления соевой белковой пасты. /О.В.Апевалов, С.М.Доценко, Ю.Б.Курков// Сб. науч. тр.
ВНИИ сои РАСХН.- Благовещенск: 2008.- С. 127-130.
8. Апевалов, О.В. Рекомендации по разработке и проектированию тех нологической линии получения соевой белково-минеральной пасты и суспен зии для молодняка сельскохозяйственных животных/О.В.Апевалов, С.М.Доценко- Благовещенск: 2008. – 24 с 9. Апевалов О.В. Критерии оценки функционирования технологической линии приготовления соевого продукта в виде пасты и суспензии /Молодежь ХХ1века: шаг в будущее: матер. Х регион.науч.-практ. конф.: кн.1- Благове щенск: Поли-М, 2009.-С.174.
10. Апевалов,О.В. Обоснование параметров шнекового пастоизготови теля/О.В.Апевалов,В.В.Самуйло./Рег.науч.-прак. конф.«Россия в пострефор менный период: региональные аспекты»- Биробиджан: БФ АмГУ, 2009. - С.79 81.
11. Апевалов,О.В. Обоснование параметров технологической линии при готовления соевых белковых кормов для молодняка сельскохозяйственным жи вотным/О.В.Апевалов, В.В.Самуйло //Сб.науч. трудов «Механизация и элек трификация технологических процессов в с.х производстве» - Благовещенск:
ДальГАУ, вып.16, 2009.-С.150-157.
12. Апевалов,О.В. Эксперементальное обоснование параметров процесса получения соевой белково-минеральной пасты /О.В.Апевалов, // Сб.науч. трудов «Механизация и электрификация технологи ческих процессов в с.х производстве» - Благовещенск: ДальГАУ, вып.17, 2010. С.217-222.
Апевалов Олег Владимирович ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПАСТОИЗГОТОВИТЕЛЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОЕВЫХ КОРМОВ Автореферат Лицензия ЛР 020427 от 25.04.1997 г.
Подписано к печати 21.04.2011 г. Формат 6090/16.
Уч.-изд.л. – 1,0. Усл.-п.л. – 1,5.
Тираж 100 экз. Заказ 53.
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая,