автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование конструктивно-режимных параметров запарника кормов непрерывного действия для тепловой обработки вторичных сырьевых ресурсов

Р Г 5 ^ 1 5 ДЕЛ 1996

На правах рукописи

ДЕНИСОВ Валерий Александрович

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗАПАРНИКА КОРМОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ВТОРИЧНЫХ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ.

Специальность 05.20.-01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996г.

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-технологическом институте механизации животноводства (ВНЙИМЖ) и Московском государственном агроинженерном университете им В.П.Горячкина (МГАУ).

Научный руководитель

кандидат технических наук,

профессор

Н.Н.БЕЛЯНЧИКОВ

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор

ю:а.цой;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, В.М.Шрамков.

Ведущее предприятие - НИИПИАГРОПРОМ, г.Москва.

Защита диссертации состоится

«Л-

1996г.

в диссертационном совете Д120.12.02 МГаУ им. В.П.Горячкина по адресу: 12750 г. Москва, ул. Тимирязевская, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАУ. Автореферат разослан " й- "

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

А.ГЛевшин.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темьг. Существенным резервом укрепления кормовой базы животноводства является использование в качестве корма вторичных сырьевых ресурсов: отходов от хранения плодов и овощей, пищевых отходов, побочных продуктов переработки таких отраслей пищевой промышленности, как крахмало-паточной, сокосахарной. мукомольной, консервной и др.

Вторичные сырьевые ресурсы содержат ценнейшие вещества: витамины, белки, клетчатку, микроэлементы и др., и являются стабильным источником корма для животных. Общая кормовая ценность их по Российской Федерации оценивается 5 млрд. к.е. в год, а это эквивалентно, примерно, 5 млн. т дорогостоящих концкормов, что составляет в кормовом балансе откормочного свиноводства около 10%. Но низкое содержание во вторичных сырьевых ресурсах сухих веществ, примерно 5...18%, обуславливает нестойкость их при хранении, закисание, забраживание, • потери ценных компонентов, и они без соответствующей обработки перед скармливанием могут быть источником заболевания животных.

Тепловая обработка является наиболее доступным и надежным видом обработки. Однако она требует расхода большего количества тепловой энергии. Снижение энергозатрат на получение из вторичных сырьевых ресурсов качественных кормов затруднено несовершенством существующих технических средств и технологий.

Поэтому изыскание рациональных способов переработки больших объемов вторичных сырьевых ресурсов (около 40 мли.т в год) и обоснование режимно-конструктивных параметров энергосберегаюццгх технических средств обеспечивающих получение кормов высокого качества чрезвычайно актуально.

Цель работы - разработка й обоснование конструктивно-режимных параметров запарника кормов непрерывного действия для тепловой обработки вторичных сырьевых ресурсов, позволяющего снизить удельные энергозатраты по сравнению с действующим технологическим оборудованием на 50% при сохранении питательной ценности корма.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- провести теоретические исследования рабочего процесса тепловой обработки вторичных сырьевых ресурсов в запарнике кормов непрерывного действия и обосновать аналитические зависимости энергоемкости от основных факторов процесса;

- определить теплофизические характеристики используемых в исследованиях вторичных сырьевых ресурсов;

- провести экспериментальные исследования, на основании которых уточнить основные конструктивно-технологические параметры экспериментального запарника кормов непрерывного действия;

-. оптимизировать работу экспериментального запарника кормов непрерывного действия;

- разработать методику определения основных параметров запарника кормов непрерывного действия;

)

- разработать конструкцию опытного запарника кормов непрерывного действия в составе технологической линии, провести его производственные испытания, дать технологическую и экономическую оценку.

Объектами исследований являются вторичные сырьевые ресурсы (отходы овощехранилищ, пищевые отходы и др.), экспериментальный запарник кормов непрерывного действия и технологическая линия для приготовления влажных кормосмесей.

Методика исследований. Лабораторные исследования теплофизических характеристик вторичных сырьевых ресурсов проводились методом акалориметра и микрокалориметра по общепринятым методикам.

Экспериментальные исследования экспериментального запарника кормов непрерывного действия проводились на натурном образце в соответствие с программой и методикой испытаний по ОСТ 70.19.2-83 и при помощи приборов и приспособлений выбранных согласно действующим . ОСТам на испытание кормоприготовительных машин.

Рабочий процесс экспериментального запарника кормов непрерывного действия изучался методом системного анализа, который включал оптимальное планирование эксперимента, регрессионный анализ полученной математической модели рабочего процесса с помощью ЭВМ и выявление оптимальных параметров режимных характеристик экспериментального запарника путем канонических преобразований математической модели и последующего ее анализа с помощью двумерных сечений.

Научная новизну работы составляеют математические зависимости и параметры, определяющие рабочий процесс непрерывной тепловой обработки вторичного сырья в "тонком" слое на основании учета характеристик сырья, изменения его температуры, особенностей теплоносителя и конструктивно-технологической схемы технического средства.

Научная ценность. Обоснована конструктивно-технологическая схема' запарника кормов непрерывного действия в составе ресурсосберегающей технологической линии для приготовления кормов из вторичных сырьевых ресурсов, защищенная авторским свидетельством Мв 1583069.

Получены теоретически и подтверждены экспериментально аналитические зависимости для расхода пара по "горячим" зонам запарочной камеры запарника и для удельного расхода пара в запарнике непрерывного действия. : Установлены оптимальные параметры и режимы работы запарника кормов непрерывного действия. . . ' » '■

Предложена методика конструктивно-технологического расчета запарника кормов непрерывного действия для тепловой обработки вторичных сырьевых ресурсов.

. Практическая ценность. Запарник кормов непрерывного действия обеспечивает получение влажной кормосмеси высокого качества со снижением удельных энергозатрат на 50%, в сравнении с действующим технологическим оборудованием.

Разработана техническая документация на автоматизированный . комплект машин и оборудования дня приготовления влажных кормосмесей с . ■ использованием вторичного сырья КПС-20, который включен в "Систему машин для комплексной механизации с\х производства" до 2000 г. ч. II Животноводство: п Ж 2.3.03/2.

Методика расчета и разработанный комплект технической документации'используются проектно-технологическими организациями при проектировании новых и реконструкции действующих кормоцехов свиноводческих ферм и комплексов.

Реализация результатов исследований. "Научно-обоснованные рекомендации ГСКБ по созданию машин и предприятиям АПК по совершенствованию технологий приготовления и раздачи кормов из вторичного сырья" переданы в ГИПРОАГРОХИМ г. Владимир, ГСКБ г.Умань "Гипронисельхоз" и др.

Комплект оборудования технологической линии для приготовления. влажных кормосмесей с использованием вторичного сырья изготовлен и внедрен в кормоцехах совхоза "Приокский" Нижегородской обл. и подсобного хозяйства Раменского комбината "Красное Знамя" с экономическим эффектом соответственно 96000 руб. и 40000 руб. ( в ценах 1990г.)

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены на научно-технических конференциях ВНИИМЖа (1987-1996 г.г.) и научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" (1995г.), на ВДНХ СССР в 1989 г. (серебряная медаль) и ВВЦ в 1994 г. (золотая медаль).

Публикация. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 научных статьях и одном авторском свидетельстве.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 165 страницах машинописного текста и включает 35 рисунков, 20 таблиц. Библиография включает 79 наименований. Приложения состоят из 24 стр.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и приложений.

• СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение. Обоснована актуальность диссертационной работы, кратко сформулирована цель работы.

В первой главе "Состояние вопроса, цели и задачи исследования" рассматривается значение тепловой обработки вторичных ресурсов и влияние ее режимов на питательные качества получаемого в результате корма для животных.

В настоящее время вторичные сырьевые ресурсы, как кормовое сырье, изучены отечественными и зарубежными учеными. Установлен их видовой и химический состав, определена питательная ценность.

Изучению теплофизических свойств пищевых продуктов и 1« отходов посвящены работы В.В.Жадана, М.А.Громова, М.И.Ковалева, Г.И.Красовс-кой, В. А. Пучкова и др.

Отмечено, что вторичное сырье без соответствующей обработки перед скармливанием может быть источником заболевания животных.

Тепловая обработка является пока наиболее доступным и надежным видом обработки. Однако она требует расхода большого количества тепловой энергии. Изысканию рациональных конструктивно-режимных параметров аппаратов для тепловой обработки вторичных сырьевых ресурсов служат работы Б.И.Вагина, К.Ф.Терпиловского, В.Н.Рыженкова и др.

Проананл тированы способы тепловой обработки вторичного сырья, существующее для этого оборудование и виды теплоносителей.

Отмечено, что основным оборудованием для тепловой обработки являются варочные котлы и запарники - смесители, ориентированные на обработку вторичного сырья порциями больших объемов при помощи жестких температурных режимов (до 120°-130°С), что приводит к высоким удельным энергозатратам (до 500 кг пара\т сырья) и к значительному снижению питательной ценности готового корма (до 40%). Подвод теплоносителя у этого оборудования крайне нерационален.

В то же время наблюдается тенденция к более рациональным способам переработки вторичных сырьевых ресурсов, позволяющим получить качественную кормосмесь, основанным на непрерывном цикле обработки сырья в "тонком" слое. При этом достигается кратковременная экспозиция, при температуре порядка 100-!05°С равномерный нагрев сырья и эффект его стерилизации при минимальной потере питательных качеств.

В ходе исследования состояния вопроса определены и сформулированы основные задачи исследований диссертационной работы.

Во второй главе "Теоретическая часть" приведены исходные допущения, изложены результаты аналитических исследований по обоснованию параметров и режимов рабочего процесса тепловой обработки вторичных сырьевых ресурсов в запарнике кормов непрерывного действия, схематично изображенного на рис. I, когда пуск насыщенного пара осуществляется из пароподаюших устройств плоскостного действия, т.е. по всей площади поперечного сечения запарочной камеры.

Процесс непрерывного запаривания заключается в том, что масса вторичного сырья по мере последовательного прохождения через "горячие" зоны запарочной камеры запарника кормов непрерывного действия подвергается тепловой обработке и без задержки непрерывно выгружается из запарника для последующей согласно технологическому процессу операции.

Масса вторичных сырьевых ресурсов представляет собой дисперсную систему (содержание сухих веществ 5%...18%).

Жидкая фаза включает свободную выделившуюся во время измельчения влагу, технологическую воду, супы, бульоны, обрат и др. Твердая фаза состоит из частиц различного размера и формы.

Основной величиной, определяющей продолжительность полного цикла тепловой обработки вторичного сырья для обеспечения стерилизующего эффекта, является продолжительность подъема температуры до заданной величины.

Частицы вторичных сырьевых ресурсов часто имеют неправильную форму и расчет их нагревания представляет значительные трудности, так как температура становится функцией трех координат. Но, учитывая то, что все частицы, как правило, имеют три измерения одного и того же порядка и, следовательно, их температурное поле согласно свойствам стабильности теплового потока принимает вид сферы, для усредненного расчета температуры внутри частиц было принято, что каждая частица представляет собой шар с эквивалентным по объему радиусом:

Рис.1 Схема процесса непрерывной тепловой обработки вторичных

сырьевых ресурсов в запарнике кормов непрерывного действия. 1 - запарочная камера; 2 - пароподающее устройство;

Рис.2. Схема выхода пара из соплового пароподающего устройства в массу вторичного сырья.

\/о;То,Ро; -соответственно начальная скорость и

температура парового потока, давление пара;

- граница между начальным паровой струи и пограничным слоем парового потока;

- граница между пограничным слоем парового потока и пограничным слоем сырья;

- граница между пограничным слоем сырья и его основной массой.

, I UDIID JUIitlVUnVJ ItllV.

\<?Э 2 áS \ ...

• = + ' (2)

Считается, что тепловая стерилизация образца сырья в наиболее отдаленной от периферии точке является в то же время достаточной для стерилизации образца в целом. Для частицы шаровой формы такой точкой является центр.

Если обозначим избыточную температуру для любой точки шара •о = ^ - I , то дифференциальное уравнение теплопроводности шара в сферических координатах может быть записано так:

¿к

где а - коэффициент температуропроводности материала частицы.

Решение уравнения (2) при следующих краевых условиях, учитывающих теплообмен поверхности шара с окружающей средой и коэффициент теплопроводности его материала:

а) начальные условия:

прит = 0; Л) = ио=1с-1о для 0 <г< Я, (3)

где 1с - температура среды; 10 - начальная температура центра частицы.

б) Граничные условия: при

(4)

„/<Я9 I _ а .

где а - коффициент теплоотдачи поверхности шара;

X - коэффициент теплопроводности материала частицы;

при

I яа 1

О,

(5)

имеет вид (по А.ВЛыкову):

« AnR 5Ín(w» i) / , \

в=1-^exp(-^Fo), (6)

«-i /лг

где 0-- — - безразмерная температура;

So

Fо = — - критерий Фурье, R

где R - эквивалентный радиус нагреваемой частицы;

г - текущий радиус точки внутри шара;

X , 2(síní¿i - UnCOSih)

An --—- - начальная тепловая амплитуда;

/Л - Sin /й COS fin

n - порядковый номер частного решения, которое для шара имеет вид:

где Bi = — - критерий Био. Д.

В нашем случае при Д » - fn-m, где п = 1 + оо.

Ограничиваясь первым членом ряда уравнения (6),

п=1; Ц|=я; А,=2. Тогда решение дифференциального уравнения (6) для центра шара (г-> 0)

принимает следующий вид: в= 2елт|- Г-1 . (7)

Преобразовывая формулу далее, получим аналитическую зависимость времени нагревания центров частиц вторичных сырьевых ресурсов от их размеров, теплофизических свойств и температуры греющей среды:

Л2 I 2 т г=з-1п- , • (8)

л* а О . В и - Г . / - Го где 0= — =-= 1--; (9)

ЭО Гг - /о /с - /о

I - текущая температура центра частицы.

Разобьем время прохождения массы сырья через запарник нерерывного действия на "и" равных количеству пароподающих устройств частей, тогда:

0=2ехт^-?~) = еом/ =/я, (10)

т.к. все отрезки времени Дг равны между собой . Используя (9) можно записать:

t-t0=U-/o)(l-ni), ИЛИ ДГ| = /I - Гц = (и - Го)(1 - т) = (/с - Го) - (t, - ftOmitc-toMl-ni).

Тогда: tc-t i=m(tc-t0>,

где t|- температура центра частицы массы сырья после прохождения первой "горячей" зоны .

Аналогично определяем прирост температуры центров частиц поело прохождения их через 2-ю, 3-ю и т.д. n-ую "горячие" зоны запарника непрерывного действия

ДГ! = ¡г - п = (гс - /i)(l - т) = {и - Го)/л(1 - т);

..........................................................................................................(И)

ДГ, = и - и I = (tc - fo)m"~'(l - m).

Количество теплоты, поступающей в "горячую" зону запарника непрерывного действия за время Дт (теплосодержание конденсата не учитывается):

AQ =Gr Дт , (12)

где G - расход пара;

г - скрытая теплота парообразования.

Количество же теплоты, которое сможет поглотить масса сырья, проходящего через "горячую" зону за это же гремя Дх:

ДО =cpAtnF ДН , (13)

где ДН - расстояние пройденной массой сырья за время Дт; с - удельная теплоемкость сырья; р - плотность сырья;

F - площадь поперечного сечения запарочной камеры.

Приравняв правые части уравнений (12) и (13) получим:

Gr At=cpAt„FAH. (14)

Уравнение (14) позволяет определить не только скорость движения вторичного сырья в запарнике, но и расход ndpa и размеры запарника непрерывного действия при заданной скорости движения массы вторичного сырья или его Ьроизводительности.

Из соотношений (12) и (13) видно, что для обеспечения полной конденсации пара и исключения его непроизводительного перерасхода, количество пара, подаваемое в каждую "горячую" зону запарника должно быть строго адекватно количеству теплоты, поглашаемому массой сырья в этой зоне, но оно, как следует из выражения (13), свое для каждой "горячей" зоны и отличается только величиной At,, прироста температуры центра частиц массы вторичного сырья, при условии если пароподающие устройства расположены на одинаковом расстоянии вдоль запарочной камеры (ДН= const).

Такт! образом At„ непосредственно влияет на интенсивность конденсации и, следовательно, на расход пара через пароподающие устройства запарника, поэтому необходимо работать на переменном режиме запарника, т.е. обеспечивать различный расход пара через пароподающие устройства по длине запарника по мере нагревания движущейся массы вторичных сырьевых ресурсов и изменения перепада температур между центрами частиц и температурной среды или, оставляя расход пара постоянным, соответствующим образом изменять расстояние между пароподающими устройствами.

Нами обоснована аналитическая зависимость позволяющая рассчитать расход пара, необходимый на тепловую обработку массы сырья, через любое из пароподающих устройств плоскостного действия, расположенных вдоль запарочной камеры запарника кормов непрерывного действия:

G„=____()5)

(1 +от + тг+...+т""')

где

г -срРНл1 a(t.-2to + tr) ,

г R2 In

где п - количество пароподающих устройств;

Н - длина запарочной камеры, м;

tr - температура до которой следует нагревать центры частиц вторичного сырья для получения эффекта стерилизации, т.е. температура готовности, °С.

Для определения диаметра запарочной камеры нами была использована теория истечения струи пара из парового сопла. ■ Если пароподающие устройства расположить попарно диаметрально запарочной камере (см.рис.2), то радиус запарочной камеры Rj должен равняться длине струи пара, что позволяет производить тепловую обработку массы вторичных сырьевых отходов, в так называемом, "тонком" слое.

На начальном участке истечения струи слева от точки О], где пересекаются границы пограничного слоя, идущие с нижнего и верхнего

3.Решение З.Ввод

уравнения Ср.-у п пере зробного

я

а с: во

о Р

5 я

о

РЛ

14.Конец

Счета выдача на печать

/"~Ч /^¡З.ГТролеркач

Рис. 3. Блок-схема решения краевой задачи выхода струи пара из пароподающего устройства на ПЭВМ.

краса парового, сопла, течение пара считается плоским и автомодельным. Это значит, что все параметры совместного потока пара и корма можно рассматривать как функции безразмерного аргумента:

> (17)

У

где х н у - декартовы координаты рассматриваемой точки.

Протяженность автомодельной зоны может быть определена по наклону границы.

Таким образом радиус запарочной камеры

где <1 - диаметр парового сопла

После определения начальных и граничных условий краевая задача нсгечения пара из парового сопла и толщу массы сырья решилась на ПЭВМ но специальной программе с помощью блок схемы, показанной на рис. 3.

Третья глава "Экспериментальные исследования" включает общепринятые и частные методики, описание лабораторных и экспериментальной установок для исследования процесса тепловой обработки вторичных сырьевых ресурсов » "тонком" слое в непрерывном режиме и результаты экспериментальных исследований.

Для анализа результатов, предусмотренных программой исследований, и расчета конструктивно-режимных параметров запарника кормов непрерывного действия для тепловой обработки вторичных сырьевых ресурсов необходимо знать основные теплофизические свойства обрабатываемого материала.

К ним относятся : удельная теплоемкость С, коэффициенты теплопроводности X и температуропроводности а Связь между этими величинами выражается зависимостью вида:

Х= а С р, (19)

где р - плотность материала.

В основу определения теплоемкости влажной кормосмеси была положена зависимость:

С^С,» (1^/100)+ \У/100, (20)

где Сси -теплоемкость сухого вещества;

\У - влажность корма %. Удельную теплоемкость сухого вещества Ссв определяли экспериментальным путем по методу микрокалориметра на лабораторной установке. Полученные значения теплоемкости сухого вещества вторичных сырьевых ресурсов варьируют в пределах 1,3...1,7 кДж/кг.град.

Удельная теплоемкость сырья влажностью 82-92% составляет 3,2...3,95 кДж/кг.град.

Коэффициент температуропроводности определяли на основе теории регулярного режима Кондратьева на лабораторной установке по методу акалориметра: а= к гттл, (21)

где к - коэффициент формы акалориметра; И);» - темп охлаждения акалориметра.

Коэффициент а определили в пределах температур от 20 °С до 98 °С через каждые 10-15 °С.

ООО too 200 loo 4 00 5.00 600 7.00 Pro ?00 100o Рис.4 Двумерные сечения поверхности отклика характеризующие удельный расход пара в ЗНД при влажности массы ВСР W=87%.

120

100

о 80

о

¿

а >. f-ю а и с я

« 40

60

20

О

/ / у/

// /

О

500

2000

2500

1000 1500 Время,с

Рис.5 Зависимость температуры вторичного сырья от продолжительности тепловой обработки и влажности исходной массы в экспериментальном запарнике кормов непрерывного действия

.....У/=92ж

.....У/=87ж-

■•••• и/ = 82ж

Полученные значения коэффициента температуропроводности варьируют в пределах (1,25...1,9)*10~7 м2/сек.

Пофешности определения теплофизических характеристик сырья составили для а=2-4%; С=5-8%; Х=Ъ-%%.

Конструктивно-режимные параметры экспериментальной установки были исследованы методом планирования экспериментов.

Для получения математической модели эксперимента был реализован рототабельный трехуровневый план Бокса-Бенкина.

Факторы и их уровни варьирования определены на основании теоретических исследований и однофакторных экспериментов.

В качестве критерия оптимизации выбран удельный расход пара в экспериментальном запарнике кормов непрерывного действия.

Полученная адекватная математическая модель имеет вид следующего квадратного уравнения регрессии:

У =1,294 - 0.2455Х, - 0,38135Х2 + 0,01829Х3 + 0,0259Х,Х2-0,00081Х1Х3+0,00275Х2Х3+ 0,00967Х2, +0,06667Х22+ 0,0001Х23. (22)

Анализ модели выполняли с помощью двумерных сечений при фиксации фактора влажности Х3 на кулевом уровне, т.е. =87%. При этом уравнение в канонической форме имеет вид:

У= 0,22538=0,006866 Х21 + 0,069474 Х22 (23)

Анализ полученных двумерных сечений (семейства эллипсов) показывает (см.рис.4) следующие оптимальные режимы работы эсперимен-талыюго запарника кормов непрерывного действия: производительность (Х2) 3,15...6,2 кг/с, давление пара в магистрали запарника (Х|) 0,25...0,4 Мпа при влажности исходной массы (Х3) 87%.

В результате экспериментальных исследований запарника была установлена зависимость температуры прогрева корма от продолжительности нагрева и влажности исходной массы (см. рис. 5,6).

Увеличение влажности массы и , как следствие, снижение содержания в ней твердой фракции, приводит к быстрому развариванию и прогреванию вторичного сырья. Скорость прогрева массы составляет до 200-350 град/ч, поэтому температура ее быстро повышается до 60°... 80° С, затем перепад между температурой греющего пара и вторичного сырья уменьшается, вместе с этим резко падает скорость нагрева (до 50-60 град/ч), нарастание температуры массы сырья снижается, что согласуется с полученными теоретическими зависимостями.

Анализ кривых нагрева вторичных сырьевых ресурсов при разном давлении пара в магистрали запарника кормов непрерывного действия показывает, что рост температуры сырья в начальный период в значительной степени зависит от давления пара. Так при давлении пара 0,6 Мпа скорость подъема температуры сырья в 1,5 раза выше, чем при давлении 0,4 Мпа, но в дальнейшем давление пара оказывает меньшее влияние на скорость прогрева. Даже при давлении пара 0,2 Мпа скорость прогрева массы сырья приближается к величине в 200 град/ч.

Значения удельного расхода пара, полученные при экспериментальных исследованиях, подтверждают характер аналитической зависимости удельного расхода пара от производительности запарника кормов непрерывного действия (см.рис.7).

250

V

¿->200

в о и

£«150 о я

я 100

«л Е-

50

О

»

-

\ \

N

40

50

60

70 ВО 90 100 Температура,°С Рнс.6. Зависимость темпа нагрепа вторичного сырья в запарнике кормоо непрерывного действия от температуры и давления пара в паропроводе

■•• • • Р=0.6 МПа •л- * » Р=0.4 МПа Р=0.2 МПа

2 3 4 5 6 / а

Производительность, кг/ с

Рис.7 Зависимость удельного расхода пара в запарнике кормов непрерывного действия ог производительности запарника Теоретическая кривая Экспериментальная кривая

В четвертой главе "Технические требования и обоснование конструктивно-технологической схемы запарника кормов непрерывного действия" на основании проведенного обзора и анализа конструктивно-технологических схем аппаратов для тепловой обработки кормов (глава I), а также теоретических (глава И) и экспериментальных исследований (глава III) учтены назначение, зона применения, условия работы запарника, а также требования к исходному сырью.

Далее предложена методика расчета теплового аппарата. При расчете конструкции запарника кормов непрерывного действия задается производительность, характеристика обрабатываемого сырья и температура

готовности корма. Длина запарника: Н = (24)

Fp

где U - производительность запарника; т - время прохождения массы сырья через запарник, определяемое ло формуле (8);

F - площадь поперечного сечения запарочной камеры.

Из формулы (10) следует, что т = , (25).

где за Дт принимается время прохождения массы сырья через одну

(26)

(27)

Расход пара в каждой запарочной камере определяем по формуле(15 ). По данной методике был рассчитан опытный образец запарнка кормов непрерывного действия ЗНД-10 (см.рис.8), технические данные которого приведены в табл.1

В пятой главе "Апробация и хозяйственные испытания запарника кормов непрерывного действия в составе технологической линии" приведены результаты межведомственных хозяйственных испытаний запарника в составе автоматизированного комплекта машин и оборудования для приготовления влажных кормосмесей с использованием вторичных сырьевых ресурсов КПС-20 в кормоцехе совхоза "Приокский" Дзержинского района, Горьковской области.

Результаты испытаний показали, что комплект технологического оборудования позволяет вести тепловую обработку вторичных сырьевых ресурсов при температуре до 105°С, давлении пара в запарочной камере до 0,7 МПа, в паровой магистрали - 0,3....0,4 МПа в непрерывном режиме с производительностью 3...4 кГ/с. Новый •fpyöuun запарник кормов непрерывного действия дал возможность снизить удельный расход пара с 0,4 до 0,19 кг/кг исходного сырья, а совмещение запаривания пищевых отходов с их транспортированием на смешивание позволяет сократить расход "электроэнергии на межоперационные перемещения сырья на 0,5 кВт/т.

В шестой главе "Экономическая эффективность применения запарника кормов непрерывного действия" приведен технико-экономический расчет, который показывает, что годовой экономический эффект от применения запарника кормов непрерывного действия на свиноферме мощностью 12000 голов составляет 96000 руб (в ценах 1990 г.).

R2

запарочную камеру. Откуда: Дг>—г—1л 2.

гга

Тогда количество запарочных камер п = —.

Дг

III -тг1

Рис. 8. Схема запарника кормов непрерывного действия ЗНД-10 1-. поршневой насос; 2- бункер-накопитель; 3- задвижка; 4- отстойник тяжелых примесей; 5- запарочные камеры; 6- распределительный шнек;' 7- двухсекционный смеситель; 8 - вентилятор; 9- клапан; 10- расширительная камера; 11 - возвратный трубопровод; 12- паровой коллектор; 13- парораспределительные трубы; 14- сопла; 15- вентили; 1 в- датчики манометрических термометров; 17- манометр;

Таблица 1.

Технические данные запарника кормов непрерывного действия ЗНД-10.

№ гЛп ' Показатели назначения Размерность Значение

1 Тип - Стационарный

. 2 Производительность в\с 2.8-3.4

3 ; Давление среды МПа до 0:5

4" Расход пара . т\ч до 2

5 ' Длина запарочной камеры м 4

в ' Диаметр трубы запарочной камеры мм 400

7- Количество камер I1IT 5

в Объем запарника мЗ 3,14

9 Объем накопительного бункера мЗ 5

10 Масса кг 4000

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

(.Существующее технологическое оборудование для тепловой обработки вторичных сырьевых ресурсов несовершенно. Удельные энергозатраты составляют до 500 кг пара\т корма, питательная ценность корма снижается на 40%.

2. Кратковременная экспозиция вторичного сырья при температурах Ю0-105°С в "тонком" слое снижает удельные энергозатраты на 50%, сохраняет питательные качества корма, обеспечивая его стерилизацию.

3. Продолжительность прогрева центра частиц вторичных сырьевых ресурсов зависит от их размеров, теплофизических характеристик, прямоцропорционально логарифму обратной безразмерной температуры и рассчитывается по выражению (8).

4. Изменение расхода пара по длине запарника непрерывного действия имеет экспоненциальный характер и рассчитывается по выражению (15).

5. Теплофизические свойства вторичных сырьевых ресурсов зависят от их влажности, вида и составляющих ингредиентов и варьируют в пределах: теплоемкость с=3,40-3,95 кДж/кг.грац, температуропроводность а=0,10-0,18*106м2/С.

6. Математическая модель процесса непрерывной тепловой обработки вторичного сырья в "тонком" слое имеет вид квадратного уравнения регрессии (22), а двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие показатель энергоемкости представляют собой семейство эллипсов.

7. Оптимальные режимы работы запарника кормов непрерывного действия:

производительность 3,15...6,2 кг/с;

давление пара в магистрали 0,25...0,4 Мпа;

влажность исходной массы 87...90%.

8. Предложенная методика расчета запарника' кормов непрерывного действия объединяет характеристики сырья, конструктивные параметры оборудования и показатели назначения технологического процесса.

9. Запарник кормов непрерывного действия (авторское свидетельство №1583069) в составе комплекта технологического оборудования КПС-20 позволяет вести обработку вторичных сырьевых ресурсов непрерывно в "тонком" слое со снижением удельных энергозатрат на 50%, по сравнению с действующим оборудованием без потери питательной ценности корма.

10. Комплект машин и оборудования КПС-20 изготовлен, внедрен и прошел межведомственные хозяйственные испытания в новом кормрцехе совхозом "Приокский" Дзержинского района Нижегородской области.

11. Годовой экономический эффект от внедрения комплекта оборудования КПС-20 на свиноводческих фермах до 12 тыс. голов откорма в год составляет 96000 (девяносто шесть тыс.руб.) в ценах 1990г.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ.

1. Рыже и ков В.Н., Денисов В.А., Семенов A.A., Исследования запарника непрерывного действия "Исследование машин и оборудования для механизации свиноводства". Сб.научнлр. ВНИИМЖ-Подольск; 1988. с. 61-68.

2. Денисов В.А., Зыков М.П. Энергоемкость процесса запаривания пищевых отходов "Исследование процессов комплексной механизации и автоматизации свиноводства". Сб. научи, тр. ВНИИМЖ-Подольск 1989г. с. 69-76.

3. Денисов В.А. Ресурсо-и энергосберегающая технологическая линия тепловой обработки кормов.

"Средства механизации и автоматизации процессов свиноводческих ферм". Сб. научн. тр. ВНИИМЖ-Подольск 1990г. с. 82-90.

4. Денисов В.Л. Математическое моделирование процесса непрерывного запаривания кормов.

"Совершенствование механизированных технологий производства свинины" Сб. научн. тр. ВНИИМЖ-Подольск 1991 г. с. 33-36.

5. Денисов В.А. Эффективность технологической линии приготовления кормов из пищевых отходов.

"Совершенствование механизированных технологий производства свинины" Сб. научн. тр. ВНИИМЖ-Подольск 1992г. с. 59-63.

6. Денисов В.А., Шишина P.M. Автоматизированный комплект машин и оборудования для приготовления влажных кормосмесей с использованием пишгвых отходов КПС-20. "Новая техника для животноводства" . М. 1992.

7. Рыженков В.Н., Денисов В.А. Технологическая линия приготовления жидких кормовых добавок из животных отходов свиноферм.

"Совершенствование механизированных технологий и производства свиннни". Сб.научн.тр. ВНИИМЖ-Подольск 1993. с. 36-42.

8. Денисов В.А., Ломов В.И., Горбунова H.A. Обоснование типораэмеркого ряда электрозапарников кормов для синоводческнх ферм. "Совершенствование механизированных технологий производства свинины". Сб. научн. тр. ВНИИМЖ-Подольск 1994г. с.53-62.

9. Алехин Е.Г., Денисов В.А., Григорьева В.А. Автоматизированная линии приема, обработки, транспортирования и раздачи жллких кормов. "Совершенствование механизированных технологий производства свинины". Сб. научн. тр. ВНИИМЖ-Подольск 1994г. с. 62-70.

10. Денисов В.А., Белянчиков H.H. Теория процесса непрерывной обработки вторичных сырьевых ресурсов в "тонком" слое.

"Совершенствование механизированных технологий производства свинины". Сб. научн. тр. ВНИИМЖ-Подольск 1996г.

11. A.c. № 15S3069 (СССР) (51) 5А23 17/00. Линия пршотоаления корма из пищевых отходов. ' '

Шамов Н.Г., Рыженков В.Н., Денисов В.Л. № 4623517/30-15-Заявл.28.11.88. Опубл. Б юл лет. 1990 N»45.

Подписано к печати 28.10.1996г. Объем 1,2 уч-издл. Заказ № 186

_ , Тираж 100 экз.

Участок оперативной полиграфии ВНИИМЖ