автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Кольцевой рабочий орган для отжима сока из зеленых растений

Введение

1. Состояние вопроса

1.1 Технология механического обезвоживания зеленых кормов

ВФЗК)

1.1.1 Структура технологии влажного фракционирования зеленых кормов

1.1.2 Кормовая ценность и химический состав получаемого продукта при влажном фракционировании зеленых кормов

1.2. Обзор и анализ результатов научно-исследовательских работ в области отжима сока из зеленых растений

1.3. Физико-механические свойства зеленой массы применительно к процессу влажного фракционирования

1.4. Обоснование выбора типа рабочего органа для отжима клеточного сока из зеленых растений

1.5. Выводы, цель и задачи исследования

2. Теоретические исследования

2.1. Обоснование критерия качественного выполнения процесса отжима сока из зеленых растений в кольцевом рабочем органе

2.2. Анализ силового воздействия на зеленую массу при процессе влажного фракционирования в кольцевом рабочем органе

2.2.1. Анализ взаимодействия элементов кольцевого рабочего для сжатия сока из зеленых растений, через слой обрабатываемого материала

2.2.2. Определение условий захвата обрабатываемого материала в кольцевом рабочем органе

2.2.3 Процесс деформации зеленой массы до достижения состояния гидромассы

2.2.4. Процесс деформации растительного материала с учетом фильтрации зеленого сока

2.2.5. Теоретическое исследование процесса перемешивания жома после первого прессования биттером

2.3. Выводы

3. Программа и методика экспериментальных исследований

3.1. Программа исследований

3.2. Методика исследований

3.2.1. Описание модели экспериментальной установки

3.2.2. Методика экспериментальных исследований

3.2.3. Средство контроля регистрации исследуемых параметров

3.3. Методика обработки экспериментальных данных

4. Результаты экспериментальных исследований

4.1. Экспериментальное определение работоспособности кольцевого рабочего органа для отжима сока из зеленых растений

4.2. Влияние безразмерных комплексов исследуемых факторов на показатели качества технологического процесса отжима сока из зеленых растений в кольцевом рабочем органе

4.2.1. Математическая обработка результатов эксперимента при первом режиме с перемешиванием и втором режиме без перемешивания

4.2.2. Анализ полученных зависимостей

4.3. Определение оптимальных параметров технологического процесса отжима сока из зеленых растений в кольцевом рабочем органе

4.4. Выводы

5. Методика расчета комплекса кольцевого рабочего органа для отжима сока из зеленых растений

5.1. Методика расчета энергетических показателей процесса влажного фракционирования в кольцевом рабочем органе

5.2. Методика расчета основных конструктивных, технологических и кинематических параметров кольцевого рабочего органа для отжима зеленых растений

5.3. Методика расчета основных конструктивных, технологических и кинематических параметров перемешивающего устройства для перемешивания жома после первого отжима

Создание в стране надёжной кормовой базы для животноводства с целью обеспечения продуктами питания высокого качества является главной задачей, поставленной перед сельскохозяйственным производством.

В связи с вышеизложенным, значительный интерес представляет технология влажного фракционирования, осуществляемая путём механического разделения зелёных растений, обеспечивающая производство высококачественных кормов и белковых продуктов пищевого и кормового назначения.

Зелёное растение является основным источником углеводов и одним из главных источников жиров. Эти важные компоненты питания людей концентрируются в клубнях и семенах.

Технология влажного фракционирования является одним из перспективных направлений современного кормопроизводства, благодаря этой технологии мы получаем два продукта: зеленый сок (СЗ) и зеленый жом (ЗЖ). Зеленый жом используется как зеленый корм, закладывается в сенаж или сушится на высокотемпературных сушилках с последующей переработкой в муку, гранулы и брикеты. Зеленый сок добавляется в рационы свиней и птицы /93/.

Процесс влажного фракционирования в технологии заготовки зеленых кормов не противопоставляется заготовке сенажа или приготовлению травяной муки, а является дальнейшим их развитием, позволяющим осуществлять следующий этап индустриализации и интенсификации кормопроизводства /95/.

Преимущества данного направления заключается в том, что с отжатым зеленым соком удаляется значительное количество влаги, а это открывает новые возможности совершенствования процессов уборки и заготовки зеленых кормов /93/.

Впервые сок зеленых растений привлек внимание ученых в XVIII веке, но предложение о его практическом применении было высказано Г.Б. Осбарном и А.Д. Вэкменном лишь в 1920 г. /116/.

В СССР исследования были развернуты в 40-х гг. под руководством профессора A.A. Зубрилина во ВНИИ кормления сельскохозяйственных животных, во Всесоюзном институте коневодства и на Всесоюзной опытной станции животноводства /93, 94/.

С 1974 г. по настоящее время на ПНИЛ КЗК в ДГТУ проводятся многочисленные исследования совместно с ВНИИ кормов и ВНИИКОМЖ по разработке и апробированию в опытно-хозяйственных условиях технологии и комплексного оборудования для производства высококачественных и белковых кормов с использованием механического обезвоживания зеленых кормов /26, 39, 54, 72, 98/.

Для осуществления процесса влажного фракционирования необходимо иметь прессовое оборудование. Существует несколько типов рабочих органов: шнековые, ленточные, вальцевые, роликовые, с различными направлениями фильтрации, кольцевые с вертикальным расположением и матрично-роликовые. Их объединяет ряд преимуществ: обеспечение непрерывного технологического процесса, высокая производительность, способность снизить конечную влажность продукта. К недостаткам этих рабочих органов следует отнести высокую уд. энергоёмкость процесса, с ложность конструкции, высокую >д. металлоёмкость.

Целью настоящей работы является разработка кольцевого рабочего органа, теоретическое и экспериментальное обоснование его параметров, обеспечивающих выполнение требований к качеству отжима зеленого сока из зеленых растений при технологии влажного фракционирования для получения наибольшего количества зеленого сока при рациональных энергозатратах процесса. Оценкой работоспособности рабочего органа является содержание сухих веществ в зеленом жоме, определяемое количеством Cs=40-42%, при этом энергоёмкость процесса составляет т]=0,55 кДж/кг.

1. Состояние вопроса

Общие выводы и рекомендации

В результате исследований по теме диссертации можно сделать следующие выводы:

1. Установка кольцевого рабочего органа, используемая для отжима сока из зеленых растений при влажном фракционировании является наиболее рациональным устройством, обеспечивающим:

- максимальный выход сока из зеленых растений при отжиме;

- существенную экономию энергии

- разрушение сокосодержащей клеточной структуры путем сдвига, сжатия и растяжения во время процесса.

- возможность регулирования степени отжима и влажности конечного продукта (жома);

- возможность создания больших перепадов давления (градиент давления), что обеспечивает максимальное разрушение сокосодержащих клеток и даёт большое количество сока.

2. Кольцевой рабочий орган осуществляет деформацию скелета зеленой массы и отжим зеленого сока в криволинейном клиновом канале с боковыми стенками жестко заданной формы, конечной длины с фиксированными входными (шах) и выходными (min) зазорами. При перемещении растительного материала вдоль канала процесс сжатия происходит преимущественно одномерно между роликом и кольцом с заданным режимом деформации.

3. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлены технические, конструктивные и энергетические параметры, обеспечивающие высокую производительность и получение наибольшего количества зеленого сока при рациональной энергоемкости процесса.

4. Физико-механическая модель исходной зеленой массы может быть предоставлена в виде уравнения, состоящего из двух частей:

- отражающей деформацию растительного скелета на базе теории нелинейной наследственной ползучести.

- отражающей сопротивление фильтрации жидкой фракции через скелет на основе закона Дерси и участием переменного коэффициента фильтрации.

До достижения исходным материалом состояния гидромассы, когда начинается выход сока, вторая часть модели имеет нулевое значение, так как до этого момента фильтрация отсутствует.

5. Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что для повышения качества выполнения технологического процесса необходимо для отжима зеленого материала использовать двукратное прессование с промежуточной переориентацией материала (зеленая масса), что позволяет вытеснять сок из микротрещин в тканях расплющенных стеблей. Кольцевой рабочий орган с двумя роликами и установленное перемешивающее устройство между роликами, позволяет регулировать конечную влажность жома и увеличить выделение сока из зеленого материала благодаря двукратному прессованию.

6. Производительность пресса определяется вращением кольца и его рабочей шириной. Экспериментальный пресс кольцом диаметром 0,71 ми рабочей шириной 0,13 м имеет производительность до 0,7 т/ч при угловой скорости кольца 0,28 с"1.

7. В качестве критериев оптимизации технологического процесса выбраны: содержание сухих веществ в конечном жоме (С3), энергоемкость процесса влажного фракционирования (г|) кДж/кг.

8. Теоретически и экспериментально установлены оптимальные сочетания конструктивных и кинематических параметров рабочего органа, обеспечивающие отжим сока из зеленых растений с заданным качеством выполнения технологического процесса, максимальный выход сока и содержание сухих веществ в конечном жоме при следующих значениях основных параметров: частота вращения ролика п<6 об/мин, зазор между роликом и кольцом Н<3 10"2 м, подача зеленой массы ц=0,195 кг/с, влажность измельченного материала >76%.

144

9. Разработанные научные основы анализа процесса отжима сока из зеленых растений с использованием кольцевого рабочего органа дают возможность оценить качество его работоспособности.

10.Полученные в работе теоретические и экспериментальные зависимости могут быть использованы с учетом дополнительных исследований для разработки конструкций кольцевых рабочих органов при отжиме сока из зеленых растений и других сельхозкультур.

1. Абоаба Ф.О., Фомин В.И. Исследование механического обезвоживания водорослей с предварительным бланшированием - В кн.: Проектирование рабочих органов машин для животноводческих хозяйств, вып. 4., Ростов н/Д, 1972г.

2. Адлер Ю.П., Марков Е.В., Гранковский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий М.,: Наука, 1976 г. - 280 с.

3. Александров В.Г. Анатомия растений. -М., 1966г.

4. Андреев В.В. Производство кормового растительного белка М.,: Россель-хозиздат, 1979г. - 152с.

5. АС.СССР №1291442. Пресс для отжима сока /РИСХМ Фомин В.И., Пройдак Н.И. 11.06.85 опубл. 87 №7.

6. АС.СССР №1381003. Пресс для отжима сока /РИСХМ Фомин В.И., Кири-щиев O.P., Исаханов С.Н., 14.12.85 опубл. в Б.И. 88 №10.

7. АС.СССР №721340. Пресс для выжимания жидкостей /КПИ Сенцов В.И., Заев Ю.Н., 25.07.78 опубл. в Б.И. 88 №14.

8. Багуславский Ю., Тимченко А. О травяном соке. с/х Молдавии,- 1977г. № 6

9. Балан Г.М., Яцко М.А., Нагирный В.П. Механическое обезвоживание зеленой массы на технологической линии. / Животноводство. 1974, № 10

10. Большев JI.H., Смирнов Н.В. Таблица математической статики. М.: Наука. 1965г.-464 с.

11. Бородянский В.П. Разработка и исследование прессов для уплотнения сыпучих материалов пищевых производств. Автореферат, дис. Д.Т.Н. - М. 1985г. 56с.

12. Гавариленко Н.В. Оборудование для производства растительных масел. М. : Наука, 1972г.- 115 с.

13. Гемар Л.Л., Тихонов В.П. Прессы для винодельческой промышленности. М.: Пищевая промышленность. 1977г. - 104 с.

14. Гношансткий В.Г., Флиорент Г.И. Теоретические основы инженерного прогнозирования. М.: Наука, 1973г. 304 с.

15. Гольбер Н.И. Механическое поведение полимерных материалов. М.: Химия, 1976. 192 с.

16. Горин Н.Ф. Экспериментальные исследования изменения давления в прессах при отжатии торфа. Автореферат Д.Т.Н. - Калининград, 1968. - 19 с.

17. Гороцкий Ф.Э. Исследования параметров процесса механического фракционирования силосной массы методом активного планирования эксперимента / Механизация полеводства и животноводства в северных областях Казахстана: том 28. Целеноград, ЦСХИ 1980. с. 35-42

18. Горячев В.И., Гордин P.C. Качественный корм в любую погоду / Кормопроизводство. 1987. №8. - с. 35-38.

19. Горячев В.И., Киселев В.И. К вопросу механического обезвоживания зеленых кормов в ленточно-кольцевом прессе. / Производства межвузовского об. / РИСХМ, Ростов н/Д, 1978. с. 8-15.

20. Горячкин В.П. Собрание сочинений. М.: Колос, 1965. т.З.

21. Григорян В.А. Определение толщины слоя материала в зоне захвата вальцевого пресса с кольцевой матрицей / Механизация производственных процессов в животноводстве и кормопроизводстве, т. 391, Л. Пушкин 1980. с. 72-74.

22. Долгов И.А. Научные основы методики расчета рабочих органов прессующих, брикетирующих и прокатывающих сено-уборочных машин. Автореферат. дис. Д.Т.Н. - 1971.-48 с.

23. Долгов И.А. Кормоуборочные машины : теория, конструкция и расчет. Рос-товн/Д, 1996-22с.

24. Долгов И.А., Зельцернман И.А. Машины и орудия для механизации сеноуборочных работ. М.: 1963.

25. Долгов И.А., Васильев Г.К. Математические методы земледельческой механики. М.: Машиностроение. 1967. 204 с.26.29,30.33,34,35,36