автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Интенсификация процесса обезвоживания и брикетирования свекловичного жома

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА. I. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ БРИКЕТИРОВАННОГО ЖОМА

ПО СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЕ.

1.1. Общие сведения.

1.2. Характеристика жома как кормового продукта

1.3. Анализ современного состояния оборудования для получения кормовых брикетов из хома

1.3.1. Прессы для отжатия хома.

1.3.2. Установки для сушки хома.

1.3.3. Прессы для брикет!фования сушеного хома

1.4. Современное состояние теории и практики получения брикет!фованного хома.

1.5. Постановка задачи исследований.

1.6. Выводы по первой главе .••.••

ГЛАВА П. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОЦЕССА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БРИКЕТИРОВАНИЯ.

2.1. Связь влаги с материалом (хомом)

2.2. Исследование механизма тепло- и массопереноса при термомеханическом брикет!фовании хома.

2.3. К теории образования брикетов в процессе термомеханического брикетирования хома.

2.4. Теоретический анализ процесса образования брикета из свехего свекловичного хома.

2.4.1. Принятая модель и расчетная схема брикетируемого слоя.

2.4.2. Распределение вертикальных напряжений в слое жома в плоской задаче.

2.4.3. Степень контактности стружинок в слое жома в любом сечении брикета.

2.5. Выводы по второй главе

ГЛАВА. Ш. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Материалы, подвергающиеся термомеханическому брикетированию

3.2. Экспериментальная оснастка, приборы и оборудование

3.2.1. Работа установки.

3.3. Перечень и методы измерения параметров процесса

3.4. Методика исследования парогазового давления внутри слоя жома

3.5. Методика исследования давления термомеханического брикетирования

3.6. Методика расчета расхода тепла на удаление влаги термомеханическим.брикетированием

3.7. Планирование эксперимента

3.7.1. Матрица планирования эксперимента

3.7.2. Статистический анализ результатов эксперимента.

3.7.3. Проверка адекватности модели

3.7.4. Оценка значимости коэффициента регрессии

3.8. Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 1У. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БРИКЕТИРОВАНИЯ ЖОМА. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.ЮЗ

4.1. Изменение влажности жома

4.2. Исследование парогазового давления и температуры внутри слоя жома.

4.3. Зависимость содержания СБ от продолжительности термомеханического брикетирования

4.4. Изменение степени уменьшения толщины слоя в зависимости от приложения внешнего давления с

4.5. Скорость термомеханического брикетирования жома.

4.6. Зависимость давления от начальной влажности и температуры жома.

4.7. Зависимость толщины слоя брикетированного жома от давления и времени брикетирования . 124 4.7.1. Определение удельной работы термомеханического брикетирования

4.8. Расчет расхода тепла на получение брикетированного жома.

4.8.1. Напряжение фильтрующей поверхности по удаляемой влаге.

4.9. Статистический анализ результатов эксперимента

4.9.1. Проверка адекватности модели

4.9.2. Оценка значимости коэффициентов регрессии.

4.9.3. Анализ уравнений регрессии.

4.10. Дополнительные исследования.

4.10.1. Гигроскопичность и равновесная влажность сбрикетированного жома

4.10.2. Выход готовой продукции из единицы объема свежего жома.

4.10.3. Влагопоглощаемость брикетов жома

4.10.4. Теплоемкость жома.

4.10.5. Подготовка брикетов к скармливанию скоту.

4.II. Выводы по четвертой главе

ГЛАВА У. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА НОВОГО ПРЕССА

НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БРИКЕТИРОВАНИЯ ЖОМА.

5.1. Состав нового опытно-цромышленного пресса А1-ППР для термомеханического брикетирования жома.

5.2. Расчет основных параметров пресса AI-ППР

5.2.1. Определение среднего давления на барабан в его центре

5.2.2. Расчет спирали пресса

5.3. Определение мощности приводного двигателя пресса.

5.4. Расчет производительности пресса AI-ППР

5.5. Расход пара на термомеханическое брикетирование жома в прессе AI-ППР непрерывного действия.

5.6. Выводы по пятой главе

ВЫВОДЫ.

Директивами ХХУ1 съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства на I98I-I985 гг. перед сельским хозяйством поставлена задача увеличить среднегодовое производство сахарной свеклы до 103 млн.т [i] . В результате переработки этого объема сахарной свеклы на сахарных заводах образуется более 80 млн.т свежего свекловичного жома, являющегося хорошим кормом для всех половозрастных групп сельскохозяйственных животных.

Однако свекловичный жом не может рационально скармливаться животным в течение всего годового периода из-за трудностей его хранения. Это обусловлено тем, что жом образуется с большим содержанием влаги (94%) в сухом веществе, что не позволяет сохранить его длительное время в обычных условиях. В результате хранения ежегодные потери жома достигают до 30-32 млн.т.

Как у нас, так и за рубежом для более рационального хранения и использования в течение длительного периода жом отжимают, сушат, а затем брикетируют. Но поскольку расход топлива на сушку жома прямо пропорционален количеству испаряемой влаги, то в этом же размере достигается экономия топлива при помощи предварительного отжатия воды из жома.

Для сушки всего образуемого жома на сахарных заводах, при условии, что он будет отжат предварительно до содержания 16% СВ, потребовалось бы более 7,0 млн.т условного топлива. Это сдерживает заводы в производстве сушеного жома.

В настоящее время на сахарных заводах СССР установлено 259 сушильных установок барабанного типа производительностью 50-100 т сушеного жома в сутки.

На этих установках в 1982 г. било высушено всего лишь 487 тыс.т жома, в том числе брикетированного 102 тыс.т, хотя реальные возможности этих установок составляют 1425-2850 тыс.т сушеного жома в год.

Мощность сушильных установок используется всего лишь на 17-35%.

Брикетирование сушеного жома в настоящее время сдерживается не только из-за больших затрат топливной энергии на его сушку и низкой эксплуатационной надежности прессового оборудования, но также из-за отсутствия более экономичных способов получения брикетов.

Дальнейшее совершенствование конструкций прессов для отжатия жома, конструкций сушильных агрегатов и машин для брикетирования (гранулирования) жома традиционной конструкции технически сложно и экономически малоэффективно.

На наш взгляд получение брикетированного жома по современной технологии с народнохозяйственной точки зрения не оправдывает себя. Об этом свидетельствует не только отставание производства брикетированного жома на сахарных заводах, но и расчетные данные, которые показали, что поставка потребителям жома в брикетированном виде может быть оправдана при условии его доставки на расстояние не менее 1300 км по железной дороге [4] .

Если сохранить весь жом, образуемый на сахарных заводах страны, то животноводство может получить дополнительно более 13,4 млн.т кормовых единиц, что составляет более 3% из общего количества кормов, предусмотренного произвести в 1985 г. Новые дополнительные кормовые ресурсы позволят значительно увеличить производство мяса в стране.

Учитывая вышесказанное, впервые в мировой практике была поставлена задача создания нового способа брикетирования жома.

Сущность нового способа брикетирования жома заключается в одновременном воздействии на влажный слой жома давлением и температурой во времени. Все существующие процессы отжатия, сушки и брикетирования, осуществляющиеся в отдельных единицах оборудования, объединены в единый процесс, названный "процесс термомеханического брикетирования", осуществляющийся в единой установке (прессе), названной "пресс для термомеханического брикетирования".

Все исследования, как в теоретическом, так и в практическом плане, основаны на опытах, впервые проведенных в производственных условиях на реальном материале. Для проведения опытов впервые была разработана и изготовлена установка периодического действия марки А1-ПБД.

Авторским свидетельством № 694537, кл. CI3C 3/00, А23К 1/20, 1979 г. закреплен приоритет на новый способ получения брикетированного корма для животных из растительных материалов (свекловичного жома).

Авторским свидетельством № 922143, кл. CI3C 3/02, ВЗОВ 9/28, 1980 г. закреплен приоритет на новый пресс непрерывного действия для брикетирования влажных материалов растительного происхождения, признанного как важнейшая разработка, обеспечивающий положительный эффект около 1,5 млн.руб. Учитывая, что одновременно с выходом влаги из слоя жома с повышенным содержанием сахара или непосредственно из слоя свекловичной стружки удаляется и сахар, авторским свидетельством № 1009098, кл. С13Д 1/02, 1982 г. закреплен приоритет также на новый способ получения сока из сахарной свеклы.

Работа сообщалась на научной конференции по "Интенсификации производственных процессов" проведенной во МГИППе 26.03.82 г., на секциях НТС ВНИЭКИПродмаш и УкрНИИПродмаш. Имеются публикации.

Данная работа соответствует решениям ХХУ1 съезда КПСС, Майского и Ноябрьского Пленумов ЦК КПСС 1982 г., постановлению Совета Министров СССР № 612 от 30 июня 1981 г. "Об усилении работы по экономии и рациональному использованию сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов" и постановлению Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР от 28 августа 1983 г. "О мерах по ускорению научно-технического прогресса в народном хозяйстве".

ВЫВОДЫ

I. На основании анализа отечественных и зарубежных работ по вопросам предварительного отжатия, основного отжатия, сушки и прессования свекловичного жома дана классификация существующего оборудования, с учетом устройства их рабочих органов и предложен новый способ термомеханического брикетирования жома (авторское свидетельство № 694537).

Z. Впервые разработаны основы теории образования брикета из свежего свекловичного жома при термомеханическом способе брикетирования.

3. Разработана методика для определения основных параметров термомеханического брикетирования (парогазового давления внутри слоя, удельного давления, температуры, толщины слоя и содержания СВ в брикете). Применены современные методы планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных с помощью ЭЦВМ.

4. Разработана и изготовлена экспериментальная установка марки AI-ПБД для термомеханического брикетирования свежего свекловичного жома.

5. Установлено, что интенсивность термомеханического брикетирования слоя жома зависит от его толщины, давления парогазовой смеси в нем, влажности и температуры.

6. Установлено, что распределение вертикальных усилий на стружинки по высоте (толщине) слоя подчиняется биноминальному закону.

7. Получены математические зависимости для определения параметров термомеханического брикетирования жома: продолжительность термомеханического брикетирования; количество удаляемой воды; конечной толщины брикета.

9. Установлены наиболее рациональные параметры процесса термомеханического брикетирования: начальная влажность жома -60-94%; температура брикетирования - 120-180°С; начальная толщина слоя жома - 30-32 мм; время брикетирования - 6-12 минут.

10. На основании результатов проведенных исследований разработана конструкция нового пресса AI-ППР для термомеханического брикетирования жома непрерывного действия (авторское свидетельство № 922143).

11. Разработана методика расчета основных параметров пресса А1-ППР.

12. Ожидаемый годовой экономический эффект от применения разработанной конструкции пресса для термомеханического брикетирования жома марки AI-ППР составляет 1.343 тыс.руб.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981. - 223 с.

2. Инструкция по химико-техническому контролю и учету сахарного цроизводства. Киев: ВНИИСП, 1970. - 439 с.

3. Исследование цроцесса прессования сырого жома в тонком слое. Отчет ВНИЭКИПродмаш. М.: ВНИЭКИПродмаш, 1971. - 42 с.

4. Исследование процессов и оборудования для обезвоживания и брикетирования свекловичного жома. Отчет ВНИЭКИПродмаш. -М.: ВНИЭКИПродмаш, 1980. - ИЗ с.

5. Исследование процесса отжатия в тонком слое (заключительный этап). Отчет ВНИЭКИПродмаш. - М.: ВНИЭКИПродмаш, 1980. -60 с.

6. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента цри поиске оптимальных условий. Програмированное введение в планирование эксперимента. М.: Наука, 1971. - 283 с.

7. Алферов С.А. Закономерности при сжатии соломы. Сельхозмашина, 1957, № 3, с. 6-10.

8. Бондаренко В.А., Прилуцкий И.И. Влияние некоторых конструктивных элементов шнековых прессов на эффективность прессования свекловичного жома. Научно-техническая информация, № 12. М.: ЦИНТИПшцепром, 1966.

9. Бородянский В.П. Разработка и исследование кольцевых прессов для брикетирования технологических отходов пищевых производств: Автореф. дис. на соискание ученой степени доктора техн.наук. Краснодар, 1978. - 52 с.

10. Булычев В.Г. и Булынко М.Г. Некоторые исследования по механическому обезвоживанию торфа. Труды института торфа АН БССР: МИТ, 1955, № 4, с. 5-73.

11. Вольф И.И., Чапкевич А.А. О сенных прессах. Вестник металлопромышленности, 1928, № 12, с. 215-230.

12. Гейштовт М.А. Механическое оборудование сахарных заводов. -Часть вторая. М.-Л.: Пищепромиздат, 1941, с. 406-470.

13. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1973. - 527 с.

14. Гребенюк G.M. Технологическое оборудование сахарных заводов. М.: Пищевая промышленность, 1969. - 527 с.

15. Григорьев А.А. Исследование процесса сжатия слоя сеносоло-мистых материалов. Тракторы и сельхозмашины, 1964, № 8, с. 19-21.

16. Гутьяр Е.М. Опыт теории сеноцрессования. В кн. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин. Т. 1У. -М.: Сельхозгиз, 1936, с. 499-506.

17. Жигалов С.Ф. Процессы и аппараты свеклосахарного производства. м.: Пищепромиздат, 1958, - 606 с.

18. Захаров К.П., Гербут А.Я. Новое в консервировании жома. -М.: ЦИНТИПшцепром, 1973. 31 с.

19. Кацнельсон М.У., Дербенев Ю.Ю., Островский Э.В. Степанов А.Н. Машины и оборудование для прессования в сахарной промышленности. М.: Машиностроение, 1980. - 240 с.

20. Кондауров И.И. Механика зернистых сред и ее применение в строительстве. М.-Л.: Стройиздат, 1966, с. 3-139.

21. Коссович П.С. Водные свойства почв. Журнал опытной агрономии. - Кн. 2 и 3, 1904.

22. Крагельский И.В., Демкин И.Б. Расчет площадей касания неподвижного и скользящего контактов. Труды совещания по электрическим контактам. М.-Л.: 1964.

23. Красников В.В. Кинетика процесса контактной сушки при различных режимах. Сб. научн. тр. Тепло- и массообмен в капиллярно-пористых телах. - M.-JI.: ГОСЭнергоиздат, 1957, с. 71-114.

24. Кухар Н.С., Липец А.А., Лысянский В.М. Предварительная тепловая обработка свекловичной стружки. М.: ЦИНТИПшцепром, 1974. - 27 с.

25. Левин И.И. Исследование процесса прессования сьцэого свекловичного жома: Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М, 1970. - 24 с.

26. Литвак И.М. Технология свеклосахарного производства. М.: Пищепромиздат, 1941, с. 14-31.

27. Лурье М.Ю. Сушильное дело. М.-Л.: Пищепромиздат, 1948, с. 26.

28. Лыков А.В. Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса. -М.-Л.: ГОСЭнергоиздат, 1963, с. 5-180.

29. Мачихин Ю.А., Зурабишвили Г.Г. Таблетирование пищевых материалов. М.: Пищевая промышленность, 1978. - 133 с.

30. Мельник Е.П. Исследование процесса брикетирования сенной муки: Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Москва, 1958, с. 4-8.

31. Могилевский И.И. Исследование процесса прессования влажного торфа с целью его обезвоживания: Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Ленинград, 1961, с. 3-8.

32. Найденов А.К. Исследование процесса сушки жома:. Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М, 1953. -177 с.

33. Никитина Л.М. Термомеханические параметры и коэффициенты массопереноса во влажных материалах. М.: Энергия, 1968.

34. Особов В.И. Теоретические основы уплотнения волокнистых растительных материалов: Труды ВИСХОМА, вып. 55. - М.: ВИСХОМ, 1967. с. 221-265.

35. Оосбов В.И. Прессование и брикетирование сеносоломистых материалов ударной нагрузкой. Тракторы и сельхозмашины, 1970,6, с. 21-23.

36. Особов В.И. Машины для брикетирования растительных материалов. М.: Машиностроение, 1971, с. 3-15.

37. Особов В.И. Васильев Г.К. и Голяновский А.В. Машины и оборудование для уплотнения сеносоломистых материалов. М.: Машиностроение, 1974. - 231 с.

38. Откорм крупного рогатого скота на жоме. Одесса.: Одесский сельскохозяйственный институт, 1973. - 42 с.

39. Пережогин М.А. Исследование процесса брикетирования грубых кормов: Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Челябинск, 1953, с. 5-10.

40. Покровский Г.И. Исследование по физике грунтов. M.-JI.: ОНТИ, 1937. - 20 с.

41. Пустыгин М.А. Теория и технологический расчет молотильных устройств. М.: Сельхозгиз, 1948. - 93 с.

42. Сахаров Н.В. Обоснование уравнения для расчета сено-прессовальной камеры. Сб. науч. тр./Казахский сельскохозяйственный институт. Серия инженерная. - Каз. ССР: Каз. СИ, т. I, 1948, с. 5-45.

43. Силин П.М. Технология сахара. М.: Пищевая промышленность, 1967, с. 464-469.

44. Терцаги К. Основания механики грунтов: Перевод с английского. 1932, с. 5-15

45. Терцаги К. Теория механики грунтов. М.: Гослитиздат по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961, с. 425-442.

46. Шремель А.Б. Сушка и сушильные установки в свекловичном производстве. М.: ЦИНТИПищепром, 1966, с. 26-277.

47. Храпач Е.И. Теоретическое и экспериментальное исследование соломо-пресса для комбайна. Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. - Харьков, 1956. - 15 с.

48. Шубин А.С. О механизме переноса вещества внутри материала в процессе конвективной сушки. Сб. науч. тр. Тепло- и массо-перенос в капиллярно-пористых телах. - М.-Л: Госэнергоиздат, 1957, с. II5-I24.

49. Baunack P. Zucker, 1960, N 13, р. 400.

50. Butler J.L. and Мс Colly H.F. Factors affecting the pelleting of hay. Agricultural Engineering, 1962, N 8, vol. 40, p. 442-446.

51. Delcourt J., Huverlant J. La sucrerie Beige-. 1966, N 7, p. >-12.53» Genotelle J., Carriere A. Control du pressage de pulpes en sucrerie du betteraves. Industries alimentaires et agrico-les, 1974» N 7-8, annee 91, p. 925-929.

52. Marinescu J. Uscarea §i tratarea termicfi. a lemnului. Vol. II. Bucuregti.j Editura termicfi, 1980. 402 p.55« Mewes E. Uber das Verdichten von landwirtschaftlichen Stoffen durch verdrehen. Iandtechnische Froschung, 1958, N 6, P. 15&-164.

53. Roche H. be sechage des pulps de betteraves. Industries alimentaires et agricoles, 1965, IT 7, 8.59* Skalweit H. Krafte und Beenspruchungen in strohpressen In. 4» Konstructeur Kursus. - Berlin, 1938, p. 14-87.