автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Параметры и режимы работы центробежной мельницы для получения соевой муки

На правах рукоп: ОИ4603752

' I

Худоян Марина Валерьевна

ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ

ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕВОЙ МУКИ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о июн 2010

Нальчик -2010

004603752

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Северо-Кавказский горнометаллургический институт (Государственный технологический университет).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Клыков Юрий Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Балкаров Руслан Асланбиевич

кандидат технических наук, доцент Жемухова Марина Мухамедовиа

Ведущая организация: ГНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного сельского хозяйства»

Защита диссертации состоится «24» июня 2010г. в 14ш часов на заседании диссертационного совета Д 220.033.03 при ФГОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова» по адресу: 360004, КБР, г. Нальчик, ул. Толстого, 185.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова».

Автореферат разослан и размещен на сайте www.kbsaa.ru « J4 » iAJSXJ, 20¡ОТ.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Бекаров А.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. За последние годы в нашей стране и за рубежом произошли большие изменения в технике и технологии производства соевых продуктов, расширился их ассортимент, внедрены новые способы обработки сырья. Тем не менее, одной из важнейших социально-экономических задач по-прежнему остается задача обеспечения населения полноценными продуктами питания.

Широкое использование соевых белков в производстве новых продуктов связано не только с их сравнительно низкой стоимостью и высокой пищевой ценностью, близкой к белкам животного происхождения, но и с их высокими функциональными свойствами.

Одним из основных продуктов получаемых при переработке сои является соевая мука. Производство соевой муки обычно осуществляется с помощью мельниц работающих по принципу перетирания. Эффективность применяемых в настоящее время мелышц очень низкая, из-за малой частоты вращения рабочего органа. Кроме того, трудно обеспечить их герметичность.

Наиболее перспективными, с точки зрения эффективности измельчения, являются высокоскоростные центробежные мельницы вертикального или горизонтального исполнения.

С учетом вышеизложенного, разработка конструкции герметичной горизонтальной центробежной мельницы компактных размеров и условий ее эффективного использования является актуальной задачей.

Цель работы - разработка технологии и средств измельчения зерен сои, путем установления рациональных технологических, конструктивных и энергетических параметров горизонтальной центробежной мельницы для получения продуктов измельчения сои в широком диапазоне грануляции.

Методы исследований. Критическое обобщение опыта на основе анализа литературных и патентных источников, аналитические исследования на основе основных законов механики, экспериментальные исследования с использованием метода планирования экспериментов и ЭВМ и современного программного обеспечения.

Научная новизна заключается в определении режимов термической обработки соевых зерен для достижения их минимальной влажности, рациональной с точки зрения достижения максимальной производительности измельчения, минимального энергопотребления с учетом инактивации антипитательных веществ, попадаемых в соевую муку; в определении степени влияния частоты вращения диска, величины зазора между дисками, влажности измельчаемых зерен на производительность в широком диапазоне грануляции и потребляемой мощности центробежной мельницы; в определении степени влияния величины зазора между дисками (при остальных постоянных параметрах) на повышение пропускной способности мельницы и производительности по классам крупнее 0,2 мм и величину снижения выхода кл. -0,074 мм.

Практическое значение. Создан опытный образец горизонтальной центробежной мельницы на базе патента РФ № 2295389, установлена ее работоспособность, высокая производительность и эффективность.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: использованием современных методик и измерительной аппаратуры, ЭВМ и программным обеспечением, хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, не превышающей 7%.

Реализация выводов и рекомендаций. Методика и программа для расчета удельной производительности мельницы и производительности по кл. -0,074 мм, а также рекомендации по использованию мельницы принятые к реализации в ООО фирма "Да" (Дюбуа) РСО-Алания.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на заседаниях секции технологии производства общественного питания, секции начертательной геометрии и черчения, ежегодных научно-технических конференций СКГМИ (ГТУ) 20052007 гг.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 10 статьях и 1 патенте РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы, 35 рисунков, список использованной литературы, включающий 110 наименований, 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, ее важное народнохозяйственное значение, раскрыта общая характеристика работы.

В первой главе «Состояние проблемы, цель и задачи исследований» отмечается, что соя перспективна для использования в кондитерской, молочной, хлебопекарной и других отраслях пищевой промышленности. Этому вопросу посвящены работы Назаренко С.В, Пустовой Е.А., Гапонов Л.В. Анализ технологических и эксплуатационных показателей существующего оборудования для измельчения злаков и тенденций его дальнейшего развития дает основание полагать, что наиболее перспективными являются центробежные машины, работа которых основана на принципе самоизмельчения.

Их недостатки связаны либо с малой производительностью, обусловленной низкой частотой вращения рабочего органа, либо сложностью конструкции.

Разработанная в СКГМИ (ГТУ) горизонтальная центробежная мельница свободна от этих недостатков.

В связи с этим необходимо определение технологических, энергетических и конструктивных параметров горизонтальной центробежной мельницы, установлении закономерностей процесса измельчения и

зависимости указанных параметров от комплекса определяющих факторов, необходимых для разработки рекомендаций, осуществление которых позволит повысить эффективность измельчение соевых бобов.

Анализ состояния вопроса показал, что для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить влияние температурной обработки для разрушения антипитательных веществ сои и снижения влажности соевых зерен.

2. Определить влияние основных факторов на общую и удельную производительность по классам -0,074 мм и -0,200 мм.

3. Определить влияние основных факторов на величину потребляемой электроэнергии.

4. Оценить рациональное соотношение производительности мельницы и потребляемой электроэнергии с целью минимизации экономических затрат.

5. Разработать конструкцию опытно-промышленной мельницы для измельчения соевых зерен.

Во второй главе «Исследование основных химических и физических свойств соевых зерен» приводятся результаты исследования показателей соевых зерен. Установлено, что по внешним признакам изученных сортов соевых зерен, сравнительная их оценка показала, что величина зерен сортов Фора и Ходсон - крупные, а у других - средние. Форма зерен у этих сортов различна, удлиненно-уплощенная (Быстрица 2, Виза, Примор, Ходсон), а у Форы удлиненно-сплюснутая. По физико-механическим свойствам изученные сорта соевых зерен отличаются выполненностью (массой 1000 шт. зерен, натурой) и выравненностью (разбросом линейных размеров зерен относительно их среднего значения). Наибольшую абсолютную массу семян имеет сорт Фора - соответственно 286,6 г в пересчете на сухое вещество. Объемная масса соевых зерен составляет от 690,3 до 750,5 г/л. Наибольшую натуру имеет сорт - Примор, наименьшую - Виза

Соотношение составных частей соевых зерен также не одинаково. Массовая доля семядолей составляет 89,9 - 92,4 %, семенной оболочки 5,9 -7,8 %, зародыша 1,7 - 2,5 %. Крупно-семянные сорта (Фора, Ходсон) имеют большую массовую долю семядолей и меньше семенной оболочки.

Массовая доля сырого протеина в соевых зернах в пересчете на абсолютно сухое вещество составляет 33,7-43,9 %, сырой золы 5,4-6,1 %, безазотисных экстрактивных веществ 25,0-30,0 %.

Таким образом, сорт Ходсон, районированный в г. Ногире (РСО-Алания) имеет более высокие показатели. В частности, зерна данного сорта содержат 37,4 - 44,8 % азотистых веществ, в том числе 35 - 43 % белковых и 2,4 - 2,8 % небелковых веществ. Кулинарная обработка снизила их содержание на 23,3 -26,6 %. В процессе обжаривания потери азотистых веществ составляют 4,3 -5,8 %. При этом содержание белкового азота снизилось 3,0 - 3,7 %, небелкового на 62,5 - 69,6 %.

На основании анализа существующих технических устройств и свойств обрабатываемого материала предложена конструкция мельницы с диаметром вращающегося диска 250 мм.

Мельница (рис. 1) состоит из корпуса 1 с крышкой 2, установленный на валу 3, вращающийся в подшипниках 4 диск 5, выполненный в виде усеченного полого конуса со ступицей 6 и периферийной кольцевой частью 7.

Рисунок 1 - Принципиальная схема центробежной мельницы: i - корпус; 2 - крышка; 3 - вал; 4 - подшипниковый узел; 5 - вращающийся диск;

6 - ступица; 7 -10 периферийные кольцевые части; 8-11 перегородки; 9 - неподвижный диск;12 -загрузочный патрубок; 13 -разгрузочный патрубок, 14 - пружина.

Внутренняя часть диска разделена перегородками 8 на секции. Мельница также имеет неподвижный диск 9, выполненный в виде усеченного полого конуса с периферийной кольцевой частью 10, на внутренней рабочей конусной поверхности которого закреплены ребра 11, равномерно расположенные по образующим конуса. При этом диск 5 и 9 расположены вдоль одной оси периферийными частями 7 и 10 друг к другу с равномерным зазором, а рабочие поверхности периферийных кольцевых частей выполнены чашеобразными, с острым углом (у) между образующей конуса и основанием периферийных кольцевых частей.

Исходный материал поступает через загрузочный патрубок 12, установленный в центральном отверстии неподвижного диска 9. Разгрузка производится через разгрузочный патрубок 13, привод осуществляется от трехфазного асинхронного электродвигателя через двухручьевую клиноременную передачу с комплектом сменных шкивов диаметрами 60 мм, 120 мм и 180 мм. Неподвижный диск 9 соединен с помощью пружин 14 с корпусом 1. В периферийных кольцевых частях 7 и 10 дисков 5 и 9 выполнены канавки, которые расположены относительно их радиусов под острым углом, а перегородки вращающегося диска 5 установлены по касательной к его ступице 6.

Центробежная мельница работает следующим образом. Измельчаемый материал поступает по патрубку 12 в зазор между вращающимся диском 5 и

зЛ4

неподвижным диском 9 и измельчается за счет режущих нагрузок ребрами 11 и перегородками 8.

Затем частицы дополнительно измельчаются между периферийными кольцевыми частями 7 и 10 чашеобразных дисков 5 и 9, за счет заклинивания между ними в радиальных канавках, при этом угол (у) между образующей конуса и основанием периферийных кольцевых частей чашеобразных дисков 5 и 9 выполненных конусообразными, острый.

При попадании недробимого продукта в зазор между дисками 5 и 9 невращающийся диск 9 отклоняется в осевом направлении и возвращается в рабочее положение с помощью пружин 14. Разгрузка измельченного материала осуществляется через разгрузочный патрубок 13.

Основные задачи расчетно-теоретических исследований направлены на определение производительности мельницы и ее энергетических параметров, к которым относится:

- исследование режимов влияющих на общую производительность мельницы;

- исследование режимов влияющих на производительность мельницы по расчетным классам крупности;

- исследование режимов влияющих на крутящий момент и потребляемую мощность;

Поставленные вопросы рассматриваются с точки зрения основных законов механики, с учетом принятых допущений:

- масса соевых зерен является однородной сыпучей средой с зернами одинакового размера;

- движение зерен вдоль оси вращения диска отсутствует;

- радиальная составляющая скорости потока зерен является частью тангенциальной составляющей.

Производительность существующих центробежных мельниц работающих по принципу жерновов и применяемых для измельчения злаков зависит от целого ряда факторов и определяется на основании экспериментальных данных, т.к. до настоящего времени влияющие факторы не удалось объединить теоретически обоснованной формулой.

Пропускная способность (кг/с) центробежной мельницы может быть определена из формулы

0 = р уг, (1)

где Бз - площадь зазора между периферийными частями неподвижного и вращающегося диска, м2; р - насыпная плотность измельчаемого материала, кг/м3; уг - радиальная скорость частицы на кромке вращающегося диска, м/с.

Площадь зазора между вращающимся и неподвижным диском можно определить по формуле

83 = я Б Ь, (2)

где Э - внешний диаметр вращающегося диска, м; Ь - ширина зазора между вращающимся и неподвижным дисками, м.

Фрагмент поверхности вращающегося диска приведен на рис. 2.

Учитывая, что первоначальное измельчение происходит между ребрами и разгонными перегородками неподвижного и вращающегося дисков, в периферийный зазор между ними могут попасть частицы, размер которых значительно отличается от линейного размера соевого боба, то представляется необходимым введение коэффициента на изменение насыпной плотности материала находящегося в зазоре -Кр.

С учетом этого окончательно получим (кг/с):

С) = тг 02/2 И п р Кр бш а (3)

Удельная производительность (кг/м3с) мельницы определится по формуле

Ч = <2/У, (4)

где V - объем зоны измельчения, м3 (для используемой мельницы V = 0,003 м3).

Производительность (кг/м3с) мельницы по расчетному классу - 0,074 мм определится по формуле

Ч74 = (ЗУ74/Ю0, (5)

где у?4 - выход по классу - 0,074 мм (200 меш).

Производительность (кг/м3с) мельницы по расчетному классу - 0,200 мм определится по формуле

4200 = РУ74/ Ю0, (6)

где у2оо - выход по классу - 0,200 мм.

Разгрузочный зазор мельницы образован горизонтальными поверхностями колец вращающегося невращающегося дисков. Причем по мере продвижения частицы от входа к выходу размер щели уменьшается. Работа мельницы с таким зазором возможна в первоначальный период эксплуатации, когда регулировочное кольцо установлено строго параллельно поверхности диска и входная зона кольца не изношена. В этом случае момент является функцией радиуса диска, коэффициента трения материала о поверхность зазора, центробежной силы, действующей на частицу:

2$ту

(7)

где Рщах - максимальное усилие раздавливания, II; у - угол захвата; Д/ - диаметр диска по внешней кромки, м.

Момент для сообщения материалу вращательного движения относительно оси вращения кольца

М2 = 1-е,

где I - момент инерции; е - угловое ускорение, е = —

(8)

Масса материала в диске:

Радиус инерции определяется по формуле:

1 (Л - 1ёа)[{К - - £ ] + -1 к8а |я2 - (я - к8а)г]

Ки =

(й-йЫ'-^ +^-(R-htga)1}

(9)

(Ю)

где р - объемная масса материала, м; - радиус днища диска, м;Ь- глубина диска, м.

При а = 30°, И = 0,3 Я , получим формулу момента инерции для материала, находящегося в диске:

I =0,175л£й(0,755Л2 -гс2)

0,Зд(0,09Я2-гс2 )+0,48й3

0,55Д2-г/„,

Площадь входа материала в диск определим через радиус

11+ ^

Р, =

где гст - радиус ступицы чаши, м.

Пренебрегая трением материала о ступицу, определяем массу материала, поступающего в диск за один оборот:

жХр

ш=——

О)

1+

N

4чн,

(13)

где X - коэффициент истечения сыпучих материалов; Н - глубина слоя материала в мельнице, м.

Усредненный момент трения между слоями материала, увлекаемого диском и расположенного перед ним:

М3=| §лрНк(Я - г ст) ,

(14)

где р - удельное давление материала

Зависимость крутящего момента от частоты вращения диска для используемого типоразмера мельницы и измельчаемого материала приведена на рис. 3.

X $

о 2 о

5

£ 0'8 Ь?

0,бЧ---н-

4 б 8 10 12

Частота вращения диска, с"'

Рисунок 3 - Зависимость величины крутящего момента от частоты вращения диска Потребляемая мощность электродвигателя определится из зависимости

N = 6,28 10 М п,

(15)

где п - частота вращения ротора, с .

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» приведены методики определения влажности зерна, касательных напряжений в зернистом материале, насыпной плотности зерен, описаны использованные приборы.

В четвертой главе «Экспериментальные исследования процесса измельчения сои», отмечается, что на основании результатов исследования влажности соевых зерен получена ее зависимость от времени высушивания (рис. 4).

Зависимость влажности от времени

Рисунок 4 - Зависимость влажности от времени высушивания при температуре

1 = 130°С

Установлено, что зависимость линейная, причем практически нулевая влажность достигается при времени высушивания 43 мин.

В результате проведенных экспериментов по определению касательных напряжений установлено, что касательное напряжение в слое зерна возрастает с увеличением частоты вращения диска и увеличением влажности (рис 5).

Дальнейшее исследование показывают, что увеличение частоты вращения диска приводит к повышению производительности мельницы, и повышению потребляемой мощности, а увеличение влажности зерен приводит к снижению производительности мельницы и повышению потребляемой мощности. Очевидно, что минимальная влажность зерна оптимальна с точки зрения энергоемкости.

Результаты исследований плотности зерен показали, что при влажности 8,44%, плотность (р) сои равна 1,ЗОг/см3, при 6,28% р = 1,28 г/см3, при 4,36% р = 1,27 г/см3, при 2,57% р = 1,24 г/см3, при 0,15 р = 1,19 г/см3.

Частота вращения диска, с"1

Рисунок 5 - Зависимость касательных напряжений от частоты вращения диска

Были проведены экспериментальные исследования разработанной центробежной мельницы (рис. 6) с целью установления ее работоспособности и производительности. Техническая характеристика горизонтальной центробежной мельницы приведена в табл. 1.

Рисунок 6 - Общий вид горизонтальной центробежной мельницы

Факторы, оказывающие максимальное влияние на работу центробежной мельницы в зависимости от ранга следующие: частота вращения ротора, ширина зазора между вращающимся и неподвижным дисками, влажность зерен.

Таблица 1 - Техническая характеристика горизонтальной центробежной

мельницы

Параметры Единица измерения Величина

Объем корпуса м3 0,003

Диаметр вращающегося диска м 0,250

Частота вращения диска с"1 4,2;8,4;12,6

Ширина кольцевого зазора мм 0,5-2,0

Производительность по исходному питанию (максимальная) кг/ч 250

Электродвигатель переменного тока - АИР-71А6

-номинальная мощность кВт 0,27

-частота вращения с4 16

Габариты установки

-длина м 0,8

-ширина м 0,75

-высота м 0,8

Уровни варьирования факторов выбраны исходя из размеров рабочего органа мельницы, требуемого гранулометрического состава измельченного продукта и требований потребителя, а интервалы варьирования - исходя из реальных пределов колебаний значений факторов:

Х.^ШМ; = Х3=^ (4.3)

4,2 0,5 4,0

В результате обработки данных в среде МаШсаё получены коэффициенты уравнения регрессии, проведена проверка их значимости. Получена зависимость для определения производительности мельницы:

= 72,9 + 43,7 X, + 43,3 Х2 - 17,3 Х3 + 26,0 X, Х2 -- 10,4 X: Х3- 10,5 Х2 Х3 (4.4)

Анализ линейных эффектов полученного уравнения (4.4) в закодированной форме указывает, что увеличение частоты вращения ротора и величины зазора приводит к существенному увеличению производительности мельницы, одновременно следует существенно снижать величину третьего фактора - влажности зерен.

Пределы изменения всех факторов в виду линейности полученной адекватной модели ограничиваются только из конструктивных и технологических соображений.

График зависимости производительности мельницы и крупности измельченного материала от вышеперечисленных факторов приведен на рис. 7.

Рисунок 7 - Производительность мельницы

Проведены исследования по определению крупности измельченного материала (при минимальной влажности ш = 2,0 % и минимальном зазоре 0,5мм) при частотах вращения диска 12,6 (рис. 8), 8,4 и 4,2 с"' .

Рисунок 8 - Крупность измельченного материала при а = 12,6 с"'

Анализ линейных эффектов полученного уравнения 4.5 в закодированной форме показывает, что увеличение частоты вращения ротора и влажности зерна приводит к существенному увеличению потребляемой мощности мельницы, одновременно необходимо снижение величин зазора. Пределы изменения всех факторов в виду линейности полученной адекватной модели ограничиваются только из конструктивных и технологических соображений.

Получена зависимость для определения потребляемой мощности:

Ум = 147,9 + 29,6 X, - 6,2 Х2 + 20,0 Х3 -1,3 X, Х2 + + 4,0 Х,Х3-14,3 Х2Х3 (4.5)

Зависимость потребляемой мощности от основных факторов приведена на рис. 9.

Анализ линейных эффектов полученного уравнения 4.5 в закодированной форме показывает, что увеличение частоты вращения ротора и влажности зерна приводит к существенному увеличению потребляемой мощности мельницы, одновременно необходимо снижение величин зазора. Пределы изменения всех факторов в виду линейности полученной адекватной модели ограничиваются только из конструктивных и технологических соображений.

Рисунок 9 - Зависимость потребляемой мощности от величины зазора и частоты

вращения

Для определения рациональных, с точки зрения экономических затрат, режимов измельчения было произведено совместное решение формул по

определению производительности мельницы и потребляемой мощности, в результате чего получена зависимость энергоемкости мельницы от указанных выше факторов.

После обработки данных в среде МаШсас! получены коэффициенты уравнения регрессии, проведена проверка их значимости.

По результатам расчетов построены график зависимости энергоемкости от попарного действия основных факторов (рис. 10).

Рисунок 10 - Зависимость энергоемкости от величины зазора и частоты вращения

В пятой главе «Технико-экономическая эффективность применения горизонтальной центробежной мельницы» приведены результаты расчета экономической эффективности предлагаемой мельницы. Расчеты показали, что годовой экономический эффект от внедрения одной центробежной мельницы составляет 220 тыс. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Установлено, что высокоскоростные горизонтальные центробежные мельницы являются перспективным видом оборудования для получения соевой муки, позволяют в 1,5-2 раза повысить эффективность измельчения при меньших размерах установки и энергозатратах.

2. Предложена новая конструкция горизонтальной центробежной мельницы (Патент РФ №2295389), процесс измельчения в которой происходит в две стадии за счет комбинации нагрузок режущих и истирающих рабочих органов.

3. Теоретическими исследованиями установлено, что пропускная способность горизонтальной центробежной мельницы в наибольшей степени зависит от частоты вращения диска, величины зазора между дисками, влажности измельчаемого материала и диаметра дисков, достигая максимума при определенном их соотношении.

4. Теоретическими исследованиями установлено, что величина момента трения в кольцевом зазоре определяется соотношением размера подвижного и неподвижного дисков, частотой вращения диска, величиной зазора между дисками, достигая минимума при определенном их соотношении.

5. Разработана опытно-промышленная горизонтальная центробежная мельница с производительностью по исходному питанию 250 кг/ч, высокими технологическими показателями, низким энергопотреблением, занимающая малую производственную площадь.

6. Разработана методика и программа для определения пропускной способности мельницы, ее производительности по кл. -0,200 мм и кл. -0,074 мм, которые позволяют легко регулировать процесс измельчения.

7. Экспериментальными исследованиями установлено, что температура в диапазоне 90-150°С и времени высушивания от 7-45 мин., достаточна для достижения зернами влажности 2-4%, рациональной с точки зрения инактивации антипитательных веществ, при максимальной производительности измельчения и минимальном энергопотреблении.

8. Экспериментально получена зависимость между частотой вращения диска, величиной зазора между дисками и влажностью измельчаемых зерен, которая позволяет определить максимальную производительность мельницы и ее производительность по кл. -0,074 мм при минимальной потребляемой мощности центробежной мельницы. Установлено, что производительность мельницы прямо пропорциональна частоте вращения диска и величине зазора между дисками и обратно пропорциональна влажности соевых зерен.

9. Экспериментально установлено, что энергопотребление прямо пропорционально частоте вращения диска и влажности соевых зерен и обратно пропорционально величине зазора между дисками.

10. Годовой экономический эффект от внедрения одной горизонтальной центробежной мельницы составляет 220 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ

1. Худоян, М.В. Экспериментальные исследования технологических и энергетических параметров горизонтальной центробежной мельницы для измельчения соевых бобов [Текст] / М.В. Худоян, Ю.Г. Клыков // Известие вузов. Пищевая технология. - 2007. - №2. - С.66- 68.

Патент

2. Пат. 2295389 C1 RU В02С 7/02 Российской Федерации. Центробежная мельница [Текст] / Худоян М.В., Клыков Ю.Г., Гуриев Т.С.; заявитель и патентообладатель Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ)) -№2005112029/03; заявл. 21.04.2005 // Изобретение. - 2007. -№8.

Статьи в сборниках трудов

3. Худоян, М.В. Прогнозирование пропускной способности центробежной мельницы для получения соевой муки [Текст] / М.В. Худоян, Ю.Г. Клыков, O.A. Авакян // Сборник трудов СООАНВШ РФ. - Владикавказ, 2005.-С. 87-89.

4. Худоян, М.В. Соевая мука и ее показатели [Текст] / М.В. Худоян, Ю.Г. Клыков // Сборник трудов СООАНВШ РФ. - Владикавказ, 2005. - С. 89 -91.

5. Худоян, М.В. Производство соевой [Текст] / М.В. Худоян, Ю.Г. Клыков, O.A. Авакян // Труды молодых ученых. - Владикавказ: Изд. «Терек», 2005.-С. 72 - 74.

6. Худоян, М.В. Горизонтальная центробежная мельница для измельчения соевых бобов [Текст] / М.В. Худоян, Ю.Г. Клыков // Труды молодых ученых №2 - Владикавказ, 2005- С. 74 - 75.

7. Худоян, М.В. Методы инактивации антипитательных веществ в сои [Текст] /М.В. Худоян, Ю.Г. Клыков // Сборник СКГМИ (ГТУ), вып. 14, ч. 1. -Владикавказ, 2006. - С.276 - 278.

8. Худоян, М.В. Сравнительная характеристика соевых семян [Текст] / М.В. Худоян, Ю.Г. Клыков // Сборник СКГМИ (ГТУ), вып. 14, ч. 1. -Владикавказ, 2006. - С. 278 - 281.

9. Худоян, М.В. Методика определения влажности зерна [Текст] / М.В. Худоян, Ю.Г. Клыков // Сборник трудов СООАНВШ РФ. - Владикавказ, 2006. -С. 93-95.

10. Худоян, М.В. Сравнительная оценка аппаратов для дезинтеграции минерального сырья [Текст] / М.В. Худоян, Ю.Г. Клыков, В.Д. Тогоев // Сборник материалов региональной научно-технической конференции. -Владикавказ: Изд. «Терек», 2007. - С. 207 - 210.

11. Худоян, М.В. Методика определения плотности зерна [Текст] / М.В. Худоян // Труды молодых ученых. - Владикавказ: Изд. «Терек», 2007. - С. 51 -53.

Подписано в печать 17.05.2010г. Гарнитура Тайме. Печать трафаретная. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 215.

Типография ООО НПКП «МАВР», Лицензия Серия ПД №01107, 362040, г. Владикавказ, ул. Августовских событий, 8, тел. 44-19-31

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы, цель и задачи исследований.

1.1. Характеристика соевых зерен.

1.2. Антипитательные вещества сои и методы их разрушения.

1.3. Характеристика продуктов из соевых зерен, на примере соевой муки.

1.4. Анализ конструкций мельниц применяемых в практике получения соевой муки.

1.5. Выводы по главе, цель работы и задачи исследований.

Глава 2. Исследование основных физико-химических соевых зерен и процесса работы центробежной мельницы.

2.1. Общая характеристика показателей соевых зерен.

2.2. Особенности соевых зерен сорта Ходсон.

2.3. Обоснование конструктивно-технологической схемы центробежной мельницы.

2.4. Задачи расчетно-теоретических исследований.

2.5. Определение пропускной способности центробежной мельницы.

2.6. Определение момента трения в кольцевом зазоре и потребляемой мощности.

2.7. Выводы по главе.

Глава 3. Методика экспериментальных исследований.

3.1. Методика определение влажности зерна.

3.2. Методика определения касательных напряжений в зернистом материале.

3.3. Методика определения насыпной плотности зерен.

3.3.1. Методика определения плотности зерен.

3.3.2. Методика определения насыпной плотности зерен.

3.4. Выводы.

Глава 4. Экспериментальные исследования процесса измельчения

4.1. Задачи экспериментальных исследований.

4.2. Результаты исследования влажности соевых зерен.

4.3. Результаты исследования касательных напряжений в зернистом материале.

4.4. Результаты исследования плотности зерен.

4.5. Определение производительности мельницы по исходному питанию и по расчетным классам крупности.

4.6. Определение потребляемой энергии мельницы.

4.7. Выводы.

Глава 5. Технико-экономическая эффективность применения центробежной мельницы.

Актуальность работы. За последние годы в нашей стране, так и за рубежом произошли большие изменения в технике и технологии производства соевых продуктов, расширился ассортимент продуктов, внедрены новые способы обработки сырья. Тем не менее, одной из важнейших социально-экономических задач по-прежнему остается задача обеспечения населения полноценными продуктами питания.

В настоящее время наметилась новая тенденция в производстве соевой муки для дальнейшего ее использования в пищевой промышленности с использованием так же различных нетрадиционных добавок.

Широкое распространение использования соевых белков в производстве новых продуктов связано не только с их сравнительно низкой стоимостью и высокой пищевой ценностью, близкой к белкам животного происхождения, но также с их высокими функциональными свойствами [23].

Ежегодно в мире доля людей, преимущественно потребляющих пищевые продукты на основе растительного сырья, увеличивается. Согласно данным Министерства здравоохранения США, число людей, потребляющих регулярно соевые продукты, составляет там более 26 миллионов человек.

Питательная ценность бобов сои общеизвестна. Соя используется как сырье для промышленного получения не только белка, клетчатки, но и витаминов. В семенах сои содержатся витамины A, Bl, В2, ВЗ, В6, РР, Р, К, D, С.

Рынок сои и соевых продуктов нужно развивать. Их потребителей с каждым годом становится все больше. Сейчас на рынке появляется множество соевых продуктов для любой категории, для любого образа жизни, которые хорошо сочетаются с другими ингредиентами, абсорбируя их вкус. Постоянно присутствуют на рынке соевая мука (содержащая 50% белка по сухому весу), соевые концентраты (70%), соевый белок-изолят (90-92%), соевое масло. Соевые ингредиенты давно проникли на другие продовольственные рынки: ни один мясокомбинат не обходится без соевых добавок и ингредиентов; активно используют их в своих продуктах молочные, кондитерские, хлебопекарные производства, а также предприятия, выпускающие прохладительные напитки, детское питание. Во всем мире используют все новые качества сои, и все новые продукты появляются на рынке. Особенно бурно этот процесс идет на родине сои - в Китае, Японии. На российском рынке у сои также большое будущее [18, 20].

Одним из основных продуктов, получаемых при переработке соевых зерен, является соевая мука.

По данным компании Каргилл (ведущей фирмы по производству соевых продуктов) соевая мука сыпучая порошкообразная масса отличного качества с превосходной грануляцией (около 0,075 мм). В связи с этим она обладает высокими функциональными свойствами [2, 13, 14, 17].

Cargill В.V., Амстердам в своей производственной программе содержит палитру различных обезжиренных соевых продуктов типа муки и крупки. Мука содержит большое количество витаминов (А, группы В, РР и Е), минеральные вещества (Mg, Са, I, Си, F, Fe).

Производство соевой муки обычно осуществляется с помощью мельниц, работающих по принципу перетирания. Эффективность применяемых в настоящее время мельниц очень низкая. Кроме того, трудно обеспечить их герметичность.

Наиболее перспективными, с точки зрения эффективности измельчения, являются высокооборотистые центробежные мельницы вертикального или горизонтального исполнения.

С учетом вышеизложенного, разработка конструкции герметичной горизонтальной центробежной мельницы компактных размеров и условий ее эффективного использования является актуальной задачей.

Цель работы - разработка технологии и средств измельчения зерен сои, путем установления рациональных технологических, конструктивных и энергетических параметров горизонтальной центробежной мельницы для получения продуктов измельчения сои в широком диапазоне грануляции.

Методы исследований. Критическое обобщение опыта на основе анализа литературных и патентных источников, аналитические исследования на основе основных законов механики, экспериментальные исследования с использованием метода планирования экспериментов и ЭВМ и современного программного обеспечения.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Разработана и испытана конструкция горизонтальной центробежной мельницы, основанная на том, что процесс измельчения происходит в две стадии, за счет комбинации нагрузок режущих и истирающих рабочих органов (Патент РФ. 2295389 от 20 марта 2007г.).

2. Экспериментально исследовано влияние предварительной термической обработки соевых зерен, установлено, что температура в диапазоне 90-150°С достаточна! для достижения их влажности 2-4% рациональной с точки зрения инактивации антипитательных веществ, при максимальной производительности измельчения и минимальном энергопотреблении.

3. Доказано влияние частоты вращения диска, величины зазора между дисками и влажности зерен соевых зерен на гранулометрический состав муки, производительность мельницы. Установлено, что производительность мельницы прямо пропорциональна частоте вращения диска и величине зазора между дисками и обратно пропорциональна влажности соевых зерен.

4. Экспериментально установлено, что энергопотребление прямо пропорционально частоте вращения диска и влажности соевых зерен и обратно пропорционально величине зазора между дисками.

5. Установлено влияние величины зазора между дисками (при остальных постоянных параметрах) на пропускную способность мельницы и диапазон грануляции. Выявлено, что производительность мельницы по классам крупнее 0,2 мм прямо пропорциональна величине зазора при снижении выхода кл. -0,074 мм на 5 - 7 %.

Научная новизна заключается в определении режимов термической обработки соевых зерен для достижения их минимальной влажности, рациональной с точки зрения достижения максимальной производительности измельчения, минимального энергопотребления с учетом инактивации антипитательных веществ, попадаемых в соевую муку; в определении степени влияния частоты вращения диска, величины зазора между дисками, влажности измельчаемых зерен на производительность в широком диапазоне грануляции и потребляемой мощности центробежной мельницы; в определении степени влияния величины зазора между дисками (при остальных постоянных параметрах) на повышение пропускной способности мельницы и производительности по классам крупнее 0,2 мм и величину снижения выхода кл. -0,074 мм.

Практическое значение.

- обеспечение требуемой влажности соевых зерен за счет их термической обработки позволяет минимизировать затраты энергии на их измельчение и инактивацию антипитательных веществ.

- полученные зависимости пропускной способности мельницы и ее производительности по расчетным классам крупности, от основных определяющих факторов, позволяют регулировать процесс измельчения, с учетом требований потребителя.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: использованием современных методик и измерительной аппаратуры, ЭВМ и программным обеспечением, хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, не превышающей 7%.

Реализация выводов и рекомендаций. Методика и программа для расчета удельной производительности мельницы и производительности по кл. -0,074 мм, а также рекомендации по использованию мельницы принятые к реализации в ООО фирма "Да" (Дюбуа) РСО-Алания.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на заседаниях секции технологии производства общественного питания, секции начертательной геометрии и черчения, ежегодных научно-технических конференций СКГМИ (ГТУ) 20052007 гг.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 10 статьях и 1 патенте РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста и содержит 23 таблиц, 35 рисунков, список использованной литературы, включающий 109 наименований, 4 приложения.