автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему: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

4851935

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Благовещенск - 2011

4851935

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится 8 июня 2011 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.027.01 при ФГОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» по адресу: 675005, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, ауд.223.

Телефон/факс. 8-(4162) 49-10-44

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Автореферат размещен на сайте: www.dalgau.ru

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 исследовательский институт механизации сельского хозяйства

2011 г.

диссертационного совета

Ученый секретарь

Баштовой А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из основных причин высоких затрат труда и средств, связанных с выращиванием молодняка сельскохозяйственных животных является использование большого количества цельного и обезжиренного молока.

Замена молочных продуктов, при кормлении молодняка, на аналогичные, позволяет снизить себестоимость продукции животноводства и, при этом увеличить объемы молока для его переработки в молочной промышленности. В настоящее 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 белковых 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 точности их дозирования, так как в количествах превышающих допустимые они обладают токсическим действием.

Как показывают многочисленные исследования и практика, путем определенных способов воздействия на семена сои, можно получить соевые кормовые продукты, обогащенные витаминами и минеральными веществами для последующего их использования в рационах кормления молодняка сельскохозяйственных 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 технологический процесс во всей совокупности взаимосвязей качественных, технологических и экономических показателей с конкретными параметрами исходного состава сырья и разработанного пастоизготовителя.

В аналитических исследованиях использованы методы и положения теоретической механики, векторного анализа, атак же механики сплошных сред.

Экспериментальные исследования проводились на пилотных установках с использованием методов планирования многофакторного эксперимента и математического моделирования. Анализ и обработка полученных экспериментальных данных осуществлялась с помощью методов математической статистики.

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 основе, за счет повышения их качества, при одновременном снижении энергетических и материальных затрат, возможно на основе изыскания и выбора рациональных способов и схем обработки семян сои включая их проращивание, термообработку 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 технологической 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 продуктов в виде пасты и суспензии;

- комплекс технологических и технических решений, связанных с получением 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 суспензии молодняку с.х. животных.

Результаты исследований могут быть использованы проектными организациями, КБ и НИИ при проектировании внутрихозяйственных и межхозяйственных предприятий по производству данного вида кормовых продуктов; расчетах и конструировании предложенного типа пастоизготовителей; в учебном процессе при подготовке инженеров сельскохозяйственного производства; специалистами 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 белково-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 производства данных кормовых продуктов; усовершенствованная технологическая линия и технические средства для получения соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на научных конференциях ДапьГАУ (2007-2010 гг.), на II международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы аграрной науки и образования», посвященной 65-летию Ульяновской ГСХА (2008 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии для земледелия 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 иностранном языке. Работа изложена на 164 страницах, содержит 25 таблиц, 52 рисунка и 6 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы исследования, показана ее новизна, практическая значимость работы, выделены основные положения вынесенные 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, сформулирована 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 C.B., 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 помощью 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 следующие задачи:

- разработать теоретические аспекты по обоснованию технологических параметров линии и технических средств приготовления соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии;

- теоретическим путем обосновать технологические и конструктивно - режимные параметры пастоизготовителя шнекового типа;

- экспериментально установить зависимости оценочных показателей от технологических и конструктивно-режимных факторов процессов проращивания семян сои, их термообработки, а также приготовления белково-минерапьной пасты и суспензии;

- обосновать конструктивно-технологическую схему линии получения соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии, а также разработать методику ее расчета;

- дать экономическую оценку результатов исследований и разработать рекомендации по их использованию.

Во второй главе «Теоретические аспекты приготовления соевого белково-минерального продукта в виде пасты и суспензии» обоснованы параметры процесса приготовления указанных соевых белково-минеральных продуктов, а также конструктивно-режимные параметры шнекового пастоизготовителя.

При разработке и проектировании технологических линий и машин для приготовления 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 линии 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 целесообразность производства соевых кормов:

Э, = Z), • к'■ G ■d-n max;

Э2 = D2 ■ к'■ Gpa] - max;

GP„=Q-'4; f , (l)

4 Л

N^ = N / Q -> min

где 3j и Э2 - экономическая целесообразность использования данной технологической линии и кормовых продуктов данного вида, соответственно для товаропроизводителя и потребителя руб./год; Dl и D2 - соответственно доход от производства и использования данного вида кормового продукта, руб./кг; к' -коэффициент, учитывающий налоговые отчисления (к' =0,8); Gpa3 - разовый объем производства и потребления продукта, кг; d - количество дней производства и потребления продукта за год; п - кратность кормления животных; Q -производительность технологической линии приготовления кормовых продуктов, кг/ч; гц - время цикла приготовления кормового продукта в количестве равном Gpm, ч; [гц] - допустимое по зоотехническим требованиям время приготовления кормовых продуктов, ч.

Доход производителя кормового продукта определяется как

0,=Ср-Сэ-Сш, (2)

где Ср - цена реализации данного вида продукта, руб/кг; С, - эксплуатационные расходы, руб/кг; Сис - стоимость исходного сырья, руб/кг.

Доход потребителя от применения данного вида кормового продукта

Di=Cn-Cp, (3)

где С„ - стоимость кормовых продуктов, заменяемых на соевые, руб/кг.

Анализом установлено, что наиболее эффективной, с зоотехнической точки зрения, является технология производства соевого белково-минерального кормового продукта, которая включает следующие операции: замачивание семян сои —► проращивание —► влаготепловая обработка —► приготовление пасты —> приготовление суспензии. Для данной схемы производства кормового продукта время цикла /,, определяется соответственно:

- для линии периодического действия - = ¡3 + !„р + temo +1„ + /„,; (4)

- для линии непрерывного действия - = t3 +ta, (5)

где t3, lnp, temo, t„„, tno t„ - продолжительность процессов соответственно замачивания семян сои, их проращивания, влаготепловой обработки пророщенных семян, приготовления пасты, приготовления суспензии на основе пасты, обработки подготовленных семян.

Продолжительность обработки семян сои обобщенно включает в себя все перечисленные выше процессы и по условию неразрывности потока может быть представлена как t0=tnp=tem0=tn=tnc, (6)

Продолжительность замачивания семян сои зависит от их свойств и характеризуется коэффициентом водонасыщения к„.

При этом полагаем, что зависимость коэффициента водонасыщения семян сои от времени их замачивания t3 может быть определена как

t =D-F-lrt(A—k ), (7)

з в

где кв - коэффициент водонасыщения семян сои, характеризующийся как отношение массы семян после и до замачивания; Ц F и А - расчетные коэффициенты, характеризующие процесс замачивания семян сои.

При этом, время проращивания семян сои определяется как 'n/) = lp I vnp,

где 1Р — средняя длина ростков, наиболее эффективная с точки зрения снижения уреазной активности в семядолях, накопленных минеральных веществ и витаминов в них; ьпр - скорость прорастания семян.

В общем, неявном виде зависимость средней скорости прорастания семян сои можно представить следующей функцией и„р = /(&';/";//„)—мпах, где К -кратность полива, характеризующая влажность среды; температура среды; Не - высота слоя семян сои.

Зная режим проращивания семян сои - можно обосновать параметры устройства для их проращивания. В частности, для растильни с ленточным рабочим органом, его длина Ьу и ширина Ву определяется как

где Сраз - разовое количество соевых кормов; рс - плотность семян сои в слое.

Время термообработки пророщенных семян сои можно определить из условия 1вто > ¡уа, где ¡уа - время необходимое для разрушения остаточного количества антипитательных веществ (уреазы) в пророщенных семенах сои.

При этом, время, необходимое для снижения уреазной активности в семядолях сои до допустимой по зоотехническим требованиям величины [ДрД)]—>0 определяется как

где кТ- коэффициент термолабильности уреазы в пророщенных семенах сои, с"1; ДрН0 - активность уреазы в исходных семенах сои, зависящая от сортовых особенностей сои, ед.; № - коэффициент, учитывающий снижение активности уреазы в процессе проращивания; [АрНд] - допустимая по зоотехническим требованиям активность уреазы.

В соответствии с данной зависимостью, определяющей по своей физической сути скорость движения потока (в линиях с непрерывным циклом) пророщенных семян сои - vemo в термоагрегате, можно определить его параметры.

(В)

(9)

Так, для пропаривателя шнекового типа, его длина Lu, и диаметр Дш определяется как

К ^вто ^вто'

Д = jGpJ 0,785 -L.-P. где рп - плотность соевого продукта в шнековом пропаривателе. Продолжительность приготовления соевой белковой пасты зависит от ее количества, необходимого для разовой выдачи всему поголовью животных Gpa3=N q, а также от производительности (пропускной способности) пастоизго-товителя Qnu, как базовой машины линии:

tm=N-q/Q„u<temo, , (11)

где N - количество животных; q - количество кормового продукта на одно животное.

Время приготовления суспензии /„„ на основе пасты и воды зависит от необходимой степени гомогенизации вс частиц продукта (пасты) в жидкой фазе и может быть определено с учетом эмпирической зависимости.

Тогда, время гомогенизации, при приготовлении суспензии, можно определить как t„c = D,-F-ln(A-[вс\ (12)

где D¡, F и А - расчетные коэффициенты, характеризующие процесс получения суспензии; [0С] - требуемая степень гомогенизации продукта.

Анализ приведенной последовательности расчета параметров технологической линии приготовления соевого белково-минерального продукта в виде пасты и белково-минеральной суспензии показывает, что неизвестными параметрами являются: продолжительность замачивания семян сои - t3; средняя скорость роста - vnp-, производительность пастоизготовителя - Q„„; продолжительность приготовления суспензии - tnc.

В этой связи, целью дальнейших исследований является получение этих неизвестных данных, которые необходимо обосновать аналитическим и экспериментальным путем.

Обоснование параметров шнекового пастоизготовителя. Согласно поставленной цели исследований необходимо получить продукт на основе семян

сои, который бы удовлетворял физиологические потребности молодых животных в необходимых питательных веществах - белке, жире, углеводах, минеральных веществах и витаминах и имел бы такие состав и физическую форму, которые позволяли бы растущему организму животного эффективно его потреблять и использовать.

Такой физической формой кормов, применяемой для молодняка сельскохозяйственных животных, являются пасты и суспензии однородного гранулометрического состава с размером твердых частиц не более 0,2 мм. Продукт, имеющий 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 способность к разрушению внутренней структуры и при достаточном на то усилии, продавить несколько уплотненный продукт, через сеть малых отверстий в специальной решетке.

На второй стадии процесса, необходимо, полученную, но не достаточно гомогенизированную влажную массу, с определенным усилием и скоростью, продавить через кольцевую фильеру достаточно малого размера (зазора). Реализация процесса в такой последовательности, как нам представляется, обеспечит получение однородной по составу, тонкой по структуре и консистенции влажной белково-минералыюй массы в форме доступной для поедания молодыми животными.

Все выше приведенное реализовано с помощью технического средства, конструктивно-технологическая схема которого представлена на рисунке 1.

A-A

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 L3 примем пропорциональной длине продукта - 1Р, и назовем его гранулой, находящейся в отверстиях решетки, также как пропорциональны их плотности: начальная - р0 и конечная - рр, то

есть — = — = Л, где Я - степень сжатия продукта. 'р А

С учетом изложенного, получена аналитическая зависимость для расчета подачи шнекового питателя пастоизготовителя, в следующем виде

где da - диаметр отверстия в решетке,м; Z0 - число отверстий в решетке; к„ -коэффициент, учитывающий влияние перемычек между отверстиями; Rp- радиус решетки, м; гв - радиус вала, м, Y - угол наклона витка шнека; со - угловая скорость вращения шнека, с"1.

Мощность, затрачиваемая на привод питателя зависит, от силы трения в ка-

мере питателя и отверстиях решетки , скорости движения продукта в отверстиях решетки

где / - коэффициент трения продукта по поверхности камеры; С- коэффициент бокового расширения продукта; Рсжк - давление сжатия в камере Па; С/1 -диаметр камеры м; - длина камеры м; Рсж° - давление сжатия в отверстиях решетки Па; И0 - толщина решетки м; с - часть шага винта, приходящегося на один радиан поворота шнека.

Согласно технологическому процессу работы данного технического средства, частично гомогенизированная масса продукта в дальнейшем поступает в рабочую полость пастоизготовителя. Пастоизготовитель включает винт 5 и гомогенизирующий узел 6 в виде кольцевой фильеры (рис. 1).

В силу неразрывности потока скорость, характеризующая движение продукта в фильере и,/, в зависимости от параметров винта (И2-г) и размеров фильеры

Я1-г1 ,

- о определяется как иф = ^ где п„ - шаг винта пастоизготовителя

м; - 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 -0)1.

Такое движение, условно говоря, образует «скоростной вихрь», способствующий перетиранию частиц продукта друг о друга, создавая однородную гомогенную структуру.

При этом интенсивность перераспределений, то есть степень гомогенизации термообработанного соевого материала, характеризующая однородность гранулометрического состава частиц и их размер, можно определить через векторное поле скоростей - а = 0,5го(и . Степень гомогенизации в пастоизготовителе, определяемая величиной впи, кроме как от го/и , зависит и от параметров кольцевой фильеры: длины фильеры 1ф и скорости продукта в ее зазоре

Мощность, затрачиваемая на процесс гомогенизации в пастоизготовителе зависит от силы трения в его камере и фильере , периметра поперечных сечений камеры лйк, и фильеры лОф, их длины Ь" и , давления в камере -Кж и фильере - Р?ж.

, (15)

Мощность, затрачиваемая на привод пастоизготовителя определится как Л'„„ = • ит, а, суммарные затраты мощности на привод пастоизготовителя составят N = 1,1 -1,2 • + ,) / ц, где Мп - мощность холостого хода; ц - кпд передачи.

На основе теоретического анализа, также получены зависимости, характеризующие процесс гомогенизации в пастоизготовителе предложенного типа:

- для степени сжатия продукта

д \^-К*-8-Рф-уф

■ для давления в камере

16л-к%рф-иф

Р>

¿1 рр№-а

(17)

где т, а, к- эмпирические коэффициенты; влажность продукта. Анализ выражения (17) дает наглядное представление о взаимной связи степени сжатия, а также давления, требуемого для качественного осуществления процесса гомогенизации термообработанных семян сои, со всеми основными технологическими (IV, рф„ рр), конструктивными (Л0Ф, 6, Н,„ ¿4 ге, 20, кп, у) и режимными параметрами (Оф, а>). Таким образом, аналитическим путем получены новые научно обоснованные данные, в виде зависимостей и формул, позволяющие проектировать технические средства предложенного типа и технологические 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 анализ» приведены физико-механические свойства соевого сырья и кормовых продуктов, математические модели по обоснованию параметров процессов проращивания семян сои и получения соевой пасты и суспензии, а также зависимости, характеризующие процессы гомогенизации термообработанного соевого сырья и пасты.

Экспериментальные исследования проводились согласно разработанной программе с использованием частных и общих методик, изложенных в главе 3 диссертации.

На первом этапе исследований определяли физико-механические свойства сухих, замоченных и пророщенных семян сои, а также соевой пасты и суспензии на её основе.

На втором этапе исследований устанавливалась зависимость водонасыщения семян сои в процессе их замачивания в воде от продолжительности замачивания, т.е. устанавливалась зависимость кв = /(/.,), где Ь - коэффициент водонасыщения.

Соответствующие преобразования данной функциональной зависимости относительно параметра /3 дают следующую эмпирическую формулу для определения времени замачивания <3 = 24,3-4,8-1п(250,9-*„), (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 значению 1з, полученному по выражению (7) необходимо добавить /'3 = 5 ч.

На третьем этапе экспериментальных исследований устанавливалась зависимость скорости прорастания семян сои от таких факторов как: Н - высота слоя семян; - температура проращивания в термостате, °С; К - кратность полива, т.е. в общем, неявном виде необходимо было установить следующую зависимость ипр = /(#;?°;/0->тах.

Данную зависимость, как многофакторную, установили в виде уравнения

регрессии с соответствующими коэффициентами. При наложении на данную зависимость такого условия как v„p —> max позволяет принять полученное уравнение за математическую модель указанного процесса.

После реализации эксперимента, построена математическая модель указанного процесса.

ош. = -6,745 - 9.110 ■ Н + 0,506 ■ t + 0.300 • к + 2,510 • Я2 -

(19)

- 0,008 • /2 - 0,026 шах Адекватность модели подтверждается с вероятностью Р=0,95, при коэффициенте корреляции R=0,90257, неравенством Fr>Ft.

Анализ частных коэффициентов корреляции показал, что на процесс проращивания семян сои наибольшее значение оказывают факторы X, и Х3, т.е. высота слоя семян сои, а также кратность их полива.

После получения адекватных моделей данного процесса, определены координаты оптимума и изучены поверхности отклика Y„ = f{XvX{,X^) (рис. 2.).

V3 = f(X1 = .1 21Х2.ХЗ)

ТЭ = kXI = -1 2I.X2.XJJ

-12 4>.е 41 00

Рисунок 2 - Поверхность отклика У0 = тах и его сечение

Проведенный анализ и решение полученного уравнения, с учетом условия ипр max, позволили определить оптимальные значения параметров процесса проращивания семян сои: Н= 0,09 м; /°=28,8°С; К=5,0-6,0.

При данных значениях факторов, скорость роста ипр = 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 - в„, % ( К;), а также давление гомогенизации - Р, МПа ( Уг).

В результате данного подхода, были выделены факторы, оказывающие наибольшее влияние на принятые критерии оптимизации в„ и Р. К ним отнесены следующие: угловая скорость вращения винта - со, с"1; угол наклона образующей конического вала винта - а, размер кольцевой щели фильеры - <5, мм.

После реализации эксперимента построены математические модели процесса получения соевой белково-минеральной пасты:

- для однородности гранулометрического состава

= 5,786-0,028£ + 3,930а + 2,359й> + 1,125&о + 8,569<У2 -

, , (20) - 0,078а2 - 0,565 аг тах;

- для давления гомогенизации

Р = 5,448 - 8,2485 - 0,242а - 0,222« + 2,389<?2 + 0,004а2 +

(21)

+ 0,021а2 ->ор(

Адекватность полученных моделей подтверждается с вероятностью Р-0,95, при коэффициентах корреляции Я/ =0,96243 и Я2 =0,90124, неравенством ^к)^. Анализ частных коэффициентов корреляции показал, что на процесс получения белковой пасты наибольшее влияние оказывают угловая скорость вращения винта - со (Хъ) и зазор кольцевой фильеры <5 (Хх).

После получения адекватных математических моделей определены координаты оптимума и изучены поверхности откликов У\ и У2.

Оптимальные значения параметров пастоизготовителя равны: угловая скорость вращения винта - со=5 с"1; угол наклона образующей конического вала винта - а=28-29°; размер кольцевой щели фильеры - <5=0,2 мм.

Одновременно с определением качества пасты установлена зависимость производительности и мощности пастоизготовителя от скорости прохождения продукта через фильеру - Анализ полученных зависимостей показал, что с увеличением Щ> линейно возрастает и производительность пастоизготовителя Qn<l. При значениях иф =0,20-0,25 м/с ()пи составляет 80-100 кг/ч. В тоже время с

увеличением производительности пастоизготовителя снижается энергоемкость, которая при Qm= 80-100 кг/ч находится в пределах ^=0,015-0,0175 кВгч/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 аппроксимирована выражением:

tnc = 14,5 - 3,2 • In(99,3 -вс), (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 эффективность результатов исследований» приведены условия и результаты испытаний, которые были использованы при расчетах экономической эффективности предложенных решений.

ВЫВОДЫ

1. Анализ результатов исследований отечественных и зарубежных ученых показал, что наиболее эффективным способом обработки семян сои с целью их использования в качестве кормового продукта, является замачивание, проращивание, влаготепловая обработка и гомогенизация для получения соевой белково-минеральной пасты и суспензии на ее основе.

2. Разработанные теоретические аспекты по обоснованию параметров технологической линии приготовления соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии, позволяют на стадии проектирования линий данного типа, обоснованно осуществлять расчет и подбор необходимого оборудования.

Установлены аналитические зависимости, позволяющие обосновать взаимосвязь 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 гомогенизации обработанных семян сои.

3. Экспериментально получены математические модели, характеризующие процесс приготовления соевой белково-минеральной пасты, которые позволили определить области оптимальных значений факторов, а также обосновать оптимальные значения параметров:

- для процесса проращивания семян: высота слоя семян - Н= 0,09 м; температура проращивания - />=29°С; кратность полива К= 5,0-6,0;

- для пастоизготовителя: угловая скорость вращения винта - ш = 5с~'; угол наклона образующей конического вала винта - а = 28-29°; размер кольцевой щели фильеры - 5 = 0,2мм.

4. На основе проведенных исследований разработана конструктивно-технологическая схема линии приготовления соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде пасты и суспензии, базовым техническим средством которым является пастоизготовитель шнекового типа, а также методика их расчета.

5. Производственной проверкой установлено, что оборудование линии и пастоизготовитель обеспечивают получение соевых кормовых продуктов в виде пасты и суспензии с высокой степенью гомогенизации при значениях энергоемкости равной А^ = 0,015-0,0175 кВт ч/кг.

6. В результате сравнительной оценки эффективности разработанных технологических и технических решений установлено, что они по сравнению с базовым комплектом оборудования КПСМ-850 позволяют снизить металлоемкость 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 1. Апевалов,О.В. Технология приготовления соевой белковой минеральной 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 // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2009.- № 4. -С.41.

3. Апевалов,О.В. Технология приготовления соевых белковых кормов/ О.В.Апевапов, С.М.Доценко, В.В.Самуйло, Р.Ф.Филонов // Сельский механизатор. 2009,- № 7. -С.28

Список работ, опубликованных в других изданиях

4. Курков,Ю.Б. Технология приготовления пастообразных кормов с использованием 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 кормовых продуктов. / О.В.Апевалов, С.М.Доценко//Актуальные вопросы аграрной науки и образования: Сб. матер, международной науч.-практ. конферен,- Ульяновск: Ульяновская ГСХА, 2008,- С.190-193.

6. Апевалов,О.В. Технология приготовления соевых белковых кормовых продуктов /О.В.Апевалов, С.М.Доценко// Сборн. докл. Всеросс. научно-практ.конф «Ресурсосберегающие технологии для земледелия и животноводства». - 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 технологической линии получения соевой белково-минеральной пасты и суспензии 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. X 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 постреформенный период: региональные аспекты»- Биробиджан: БФ АмГУ, 2009. - С.79-81.

11. Апевалов,О.В. Обоснование параметров технологической линии приготовления соевых белковых кормов для молодняка сельскохозяйственным жи-вотным/О.В.Апевалов, В.В.Самуйло //Сб.науч. трудов «Механизация и электрификация технологических процессов в с.х производстве» - Благовещенск: ДальГАУ, вып. 16, 2009.-С.150-157.

12. Апевалов,О.В. Экспериментальное обоснование параметров процесса получения соевой белково-минеральной пасты /О.В.Апевалов, // Сб.науч. трудов «Механизация и электрификация технологических 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 от25.04.1997 г. Подписано к печати 21.04.2011 г. Формат 60x90/16. 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, 86

Введение.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ И ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОБЕЛКОВЫХ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Характеристика сои и эффективность ее использования в рационах кормления молодняка сельскохозяйственных животных.1.

1.2 Эффективность использования соевых белковых кормов в кормлении поросят.

1.3 Эффективность использования соевых кормов в рационах кормления телят.

1.4 Способы подготовки высоко белковых кормов к скармливанию животным

1.5 Существующие технологии и оборудование для обработки зерна и их анализ.

1.5.1 Технологии и технические средства для гидро- и баротермической обработки зернового сырья.

1.5.2 Существующие средства механизации проращивания зерна и их анализ

1.5.3 Существующие конструкции пастоизготовителей и их анализ.

1.6 Обзор исследований процессов, связанных с проращиванием, термообработкой и получением пастообразных кормовых продуктов.

1.6.1 Обзор исследований процессов проращивания и прорастания зерна.

1.6.2 Обзор исследований по обоснованию процесса работы пастоизготовителей

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОЕВОГО БЕЛКОВО-МИНЕРАЛЬНОГО КОРМОВОГО ПРОДУКТА В ВИДЕ ПАСТЫ И СУСПЕНЗИИ.

2.1 Обоснование параметров линии приготовления соевого белково-минерального продукта.

2.2 Обоснование параметров шнекового пастоизготовителя. • 73*

глава 3 методика экспериментальных исследований.

3.1 Программа и объекты исследований.

3.2 Оборудова^ше для проведения экспериментальных исследований.

3:3-Методика определениятехнологических. параметров^процесса получения соевой белково-минеральнойпастыи суспензии наеё основе.

3.3.1 Методика определения физико-механических свойств сырья и готовых кормовых продуктов.

3.3.2 Методика определения энергетических затрат на исследуемые процессы.

3.3.3 Методика определения однородности гранулометрического состава соевой пасты.

3 .3.4 Методика определения однородности суспензии на основе пасты и воды».

3.3.5 Методика определения давления продукта в камере пастоизготовите

3.3;6 Методика планирования экспериментальных исследований по определению оптимальных параметров процесса приготовления кормовых продуктов в видепасты.—.

глава 4 результаты экспериментальных исследований.

глава 5 методика расчёта технологической линии приготовления соевых бежово-минеральных кормовых продуктов в виде пастыи суспензии.

глава 6 производственная проверка и экономическая \ эффективность результатов исследований.

Одной из основных причин высоких затрат труда и средств, связанных с выращиванием молодняка сельскохозяйственных животных, является использование большого количества цельного и обезжиренного молока.

Замена молочных продуктов при кормлении молодняка, на аналогичные заменители позволяет снизить себестоимость продукции животноводства и при этом увеличить объемы молока для непосредственной его переработки в молочной промышленности. В настоящее время известно использование термо-обработанной соевой муки, изолята и концентрата соевых белков в рецептуре заменителей молочных кормов.

Однако широкое использование соевой муки и других соевых белковых 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 точности их дозирования, так как в количествах, превышающих допустимые, они обладают токсическим действием.

Как показывают многочисленные исследования и практика, путем определенных способов воздействия на соевые семена можно получить модифицированное соевое сырье для последующего его использования в рационах кормления молодняка сельскохозяйственных животных.

Однако на сегодняшний день нет научно обоснованных данных, которые бы позволили разрабатывать и проектировать технические средства и на их основе технологические линии производства соевых белково-минеральных кормовых продуктов в виде паст и суспензий.

В этой связи совершенствование технологии и технических средств для производства белково-минеральных кормовых продуктов для молодняка сельскохозяйственных животных является задачей актуальной.