автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Совершенствование процесса селективной дезинтеграции семян масличных культур

На правах рукописи

ГРАЧЕВ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОЙ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР

Специальность: 05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 5 АПР 2015

005567264

Кемерово-2014

005567264

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» Министерства образования и науки РФ

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент,

Руднев Сергей Дмитриевич

Официальные оппоненты: Арет Вальдур Аулисович,

доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики», заведующий кафедрой

«Технологические машины и оборудование»

Терехова Ольга Николаевна,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», заведующая кафедрой «Машины и аппараты пищевых производств»

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Кемеровский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук, п. Новостройка, Кемеровская область, Кемеровский район

Защита диссертации состоится 14 мая 2015 г. в 10.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.089.02 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, тел./факс 8(3842)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.kemtipp.ru).

С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru) и на сайте ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан » G^ß?Л 2015 г.

Учёный секретарь /^А-/-/? Попова

диссертационного совета Дина Геннадьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных способов полноценной безотходной переработки и получения продуктов высокого качества из растительного сырья является селективная дезинтеграция. Весьма актуальна проблема селективной дезинтеграции в масложировой промышленности. В настоящее время значительно расширился перечень масличных культур, из семян которых извлекают масло. Но морфологические особенности многих семян, например, рапса, льна, рыжика и других им подобных не позволяют эффективно проводить обрушивание и разделение на ядро и оболочку, масло извлекают из необрушенного материала, что резко снижает качество, усложняет и повышает стоимость процесса очистки масел. Нежировая часть масличных семян, являющаяся отходом в производстве растительных масел, представляет большую хозяйственную ценность. Обезжиренные масличные' семена вследствие большого содержания в них белковых веществ представляют собой сырье для получения аминокислот. Многие семена после обезжиривания используют как концентрированные пищевые добавки в продукты питанияи корма. Плодовая и семенная оболочки семян отдельных видов являются сырьём для гидролизного производства и могут служить источником для получения разнообразных биологических веществ и химических продуктов.

Степень разработанности темы исследования.

Теория и практика процессов подготовки семян масличных культур и их обрушиванию развивалась в работах Антипова С.Т., Арутюняна Н.С., Гавриленко И.В., Кошевого Е.П., Шаззо А.Ю. и других исследователей. Тем не менее, селективная дезинтеграция семян масличных культур, называемых условно бескожурными, в настоящее время продолжает оставаться актуальной проблемой, комплексная переработка семян масличных культур признана одной из критических технологий, требующих инновационного развития.

Объектом исследования является процесс селективной дезинтеграции семян масличных культур свободным ударом в дробилке однократного разрушения.

Предметная область исследований является установление закономерностей, определяющих эффективность селективной дезинтеграции тел с оболочкой (семян масличных культур) от физико-механических свойств и параметров процесса в дробилке однократного разрушения.

Цель работы: повышение эффективности обрушивания семян масличных культур (лен, рапс, рыжик) на основе регулирования свойств сырья, совершенствования процесса и оборудования для селективной дезинтеграции.

Задачи исследования: - изучить морфологию семян масличных культур с позиции селективной дезинтеграции структурно-механические и аэродинамические свойства. На основе анализа конструкций и литературных данных установить рациональный способ разрушения семян, разработать экспериментальную установку;

разработать математическую модель механического процесса селективной дезинтеграции тел с оболочкой свободным ударом на основе стохастического подхода с переходом от вероятностных величин к физическим параметрам;

- экспериментально исследовать прочностные свойства семян масличных культур при различных способах приложения нагрузки; установить рациональные параметры подготовки семян для селективной дезинтеграции;

- исследовать процесс селективной дезинтеграции (обрушивания) на экспериментальной установке и определить рациональные параметры процесса. Провести производственные испытания.

Научная повизпа.

1. Разработана математическая модель процесса разрушения единичных тел с оболочкой свободным ударом на основе теории Марковских цепей с переходом от стохастических соотношений к выражениям, содержащим физические параметры процесса, позволяющая определять кинетическую энергию свободного удара тела с оболочкой, достаточную для её селективного разрушения.

2. Опытным путём установлено, что повышение скорости приложения нагрузки семян льна, рыжика и рапса повышает пределы прочности и модули упругости оболочек, что обеспечивает хрупкий характер их разрушения, экспериментально определена работа разрушения оболочек семян.

3. Выявлено, что для повышения эффективности обрушивания масличных семян (лен, рапс, рыжик) достаточно провести подсушивание только в первом периоде сушки при температуре теплоносителя не менее 100° С; в результате оболочка становится более упругой, а ядро сохраняет пластичность, рациональное время подсушивания для льна и рапса составляет 30-40 с, для рыжика - 20-30 с.

4. Установлены рациональные параметры работы установки селективной дезинтеграции семян масличных культур как с подсушенным, так и с сырьём, не прошедшим предварительную обработку.

Практическая значимость и промышленная реализация. Проведены испытания установки селективной дезинтеграции в составе дробилки однократного разрушения и пневмосепаратора на ООО ПКП «Провансаль», г. Томск, рекомендовано применение дробилки однократного разрушения в составе линий производства растительных масел высокого качества и комплексной переработки семян масличных культур. Получен патент № 2527286 РФ «Устройство для однократного разрушения семян масличных кулыур», авторы Руднев С.Д., Грачев A.B., Лушникова Н.В. Зарег. в гос. реестре 08.07.2014. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Машины и аппараты пищевых производств» ФГБОУ ВПО «КемТИПП» в дипломном и курсовом проектировании.

Методология и методы исследования. При выполнении работы проводился патентно-информационный анализ проблемы, статистическая обработка результатов экспериментальных исследований и лабораторных измерений с помощью стандартных программ. Использовалось лабораторное оборудование, соответствующее нормам GLP, GMP, ISO.

Положения, выносимые на защиту: новая конструкция устройства для однократного разрушения семян масличных культур и результаты его экспериментального исследования, математическая модель процесса

селективной дезинтеграции однократным свободным ударом; результаты экспериментальных исследований структурно-механических и прочностных свойств семян рыжика, рапса и льна, выявленные особенности процесса сушки семян и рациональные параметры процесса обрушивания.

Степень достовериости п апробация результатов. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Актуальные вопросы современной науки» Материалы XVI Международной научно-практической конференции (30 июля

2012 г., г. Таганрог); VII Mi?dzynarodowej naukowi-practycznej konferencji «Perspektywi czneopracowaniasí} nauk^ itechnikami - 2011» (07-15 listopada 2011 roku); VII Mezinárodni Vedecko-prakticka ¡Conference «Zprávy VédeckéIdeje-2011» (27.10.2011-05.11.2011) Dil 18. Praga; About destruction of complex mixture Materials of the II international research and practice conference, vol. II, 17 april,

2013 Westwood, Canada.; Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности. Материалы II международной научно - практической конференции. - Воронеж, ВГТА 24 - 26 апреля 2013 г.;

Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи, предусмотренных перечнем ВАК, 3 статьи в зарубежных (Чехия, Польша, Канада) научных сборниках, получен патент № 2527286.

Структура п объём работы: Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Основное' содержание работы изложено на 131 страницах, приложения - на 38 страницах. Работа включает 68 рисунков. Список литературы содержит 108 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и приведена общая характеристика диссертационной работы.

В первой главе представлена традиционная схема переработки масличных культур, рассмотрено оборудование для обрушивания масличных семян, особенности конструкций, способов разрушения, достоинства и недостатки, оборудование для разрушения твёрдых тел свободным ударом, применяемое в других отраслях промышленности. Анализ оборудования для' обрушивания семян масличных культур, а также оборудования общетехнического применения позволяет сделать вывод, что для селективной дезинтеграции в основном применяют разрушение свободным ударом, часто применяют стеснённый удар в сочетании со сдвигом, близким по сущности к рубящему резанию. Анализ проблем эксплуатации оборудования показал, что главным недостатком их работы является переизмельчение, вызванное многократностью процесса разрушения в рабочей зоне машины, а также -нестабильность физико-механических свойств материалов. Показано, что для селективной дезинтеграции единичных твёрдых тел необходимо обеспечить однократность свободного удара в рабочем пространстве дробилки. Проведён анализ теоретических подходов к процессу разрушения твёрдых тел. Рассмотрены теоретические основы удара. Установлены принципы селективности разрушения полиморфных тел. Сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе проведён анализ строения семян льна, рапса, рыжика. Он показал, что семена представляют собой сложные структуры, состоящие из сросшейся с эпидермой семенной оболочкой, плотно облегающей эндосперм и семядоли. Тем не менее, их можно классифицировать как несвязные материалы в силу того, что межклеточное поверхностное взаимодействие различных структур отсутствует. Проблемой технологической переработки семян рапса, льна, рыжика и других, названных «условно бескожурными», является плотное прилегание морфологических структур друг к другу, что затрудняет механическое отделение ядра от оболочки (обрушивание). Важнейшими параметрами материала для расчётов оборудования являются пределы прочности оболочки на сжатие и сдвиг. В большинстве конструкций создаются интенсивные воздушные потоки, большое значение имеют геометрические и аэродинамические параметры семян. Результаты исследований геометрических и аэродинамических особенностей семян необходимы при совершенствовании процессов подготовки к селективной дезинтеграции для разделения семян по фракциям перед разрушением и отделения недоруша после дробилки.

Были изучены геометрические особенности и аэродинамические свойства семян льна «Исилькульский» (выведен ГНУ «Сибирская опытная станция ВНИИМК»), рапса «Фрегат» и рыжика «Омский местный». Результаты анализа гистограмм (рисунок 1) показали, что до 75 % семян льна имеют толщину 1,0 -1,1 мм, до 65 % семян рапса находятся в диапазоне диаметров 1,2 - 1,4 мм, а для семян рыжика характерные диаметры составляют 0,7 - 1,0 мм (60 %).

25%

Толщина семян льна, мм

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 Диаметр семян рапса, мм

Рисунок 1- Гистограммы распределения семян по размерам

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 Диаметр семян рыжика, мм

Анализ графиков (рисунок 2) показывает особенность изменения зависимости скоростей витания для семян льна, которую можно описать экспоненциальной зависимостью с показателем степени больше единицы, в отличие от семян

других культур, которым характерны логарифмические зависимости, что объясняется, прежде всего, формой семян. 10,0

1,0 1,1 смесь 1,2 Толщина семян льна, мм

1,2 1,3 смесь 1,4 Диаметр семян рапса, мм

Рисунок 2 - Зависимости скоростей витания от размеров семян

у-0,- Г8881п( 1??-0 1 X) + 6,4865 9614 ; 357 7,5 I ¡12

<>,5 360 398

0,8 0,9 смесь 1,0

Толщина семян рыжика, мм

В третьей главе представлена экспериментальная установка селективной дезинтеграции свободным ударом (патент №2527286 РФ «Устройство для однократного разрушения семян масличных культур») (рисунок 3).

Рисунок 3 - Экспериментальная установка

селективной дезинтеграции свободным ударом: 1 - электродвигатель; 2 - привод-мультипликатор; 3 - горизонтальный вал;

4 - вертикальный вал; 5 - винтовая передача; 6 - рабочая часть; 7 - отбойник; 8 - приёмный патрубок; 9 - разгрузочная труба; 10 - разгонный диск

Экспериментальная установка включает в себя цилиндрический корпус, в котором на вертикальном валу 4 закреплён разгонный диск 10. На верхней поверхности диска установлена трубка-приёмник, к боковым отверстиям которого прикреплены радиальные разгонные трубки. На нижней поверхности диска закреплены четыре лопатки. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса установлены неподвижные отражательные отбойники 7. Для создания высоких угловых скоростей вращения рабочего органа использован привод-мультипликатор жидкостного сепаратора. Единичные твёрдые тела попадают в

трубку-приёмник устройства. Под действием центробежных сил частицы разгоняются диском 10. После вылета из разгонных трубок в рабочее пространство, твёрдые тела ударяются о поверхность отражательных рёбер отбойника 7 и разрушаются вследствие свободного удара. Повторный удар о разгонные трубки предотвращает обечайка, закреплённая по периметру диска и защитная пластина. Для ускорения вывода частиц из рабочего пространства на нижней поверхности разгонного диска 10 установлены радиальные лопатки, которые создают дополнительный вентиляционный эффект. Схема движения единичных тел в рабочем пространстве экспериментальной установки представлена на рисунке 4. Анализ схемы позволил получить выражение

для критической скорости Укр столкновения частицы с

отражательным ребром, при которой произойдёт разрушение тела с оболочкой:

где бр- предел прочности материала оболочки тела при разрушении, Па; Е - модуль упругости материала оболочки, Па; т-масса тела, кг; К, г- внешний и внутренний диаметр оболочки, м.

Моделирование разрушения единичных тел с оболочкой проведено на основе теории Марковских процессов. Предполагается, что в единичном двухкомпонентном теле зарождается одна трещина в оболочке, развитие которой приводит к её разрушению. Тогда время I до разрушения предстанет в виде непрерывной случайной величины, определённой в некотором интервале. Предложено использовать в модели для описания состояния единичного тела его энергетические состояния: кинетическую и потенциальную энергию. Рассмотрено два случая свободного удара: без разрушения оболочки (упругий удар) и с разрушением оболочки (с образованием новой поверхности) (рисунок 5,6). В графах приняты следующие обозначения: А;- какое-либо состояние тела, в котором оно находится в промежуток времени ^ - интенсивность перехода тела из одного состояния в другое. Составленные графы состояний описываются следующими системами уравнений:

Рисунок 4 - Схема движения единичных тел в рабочем пространстве

Рисунок 5 - Граф состояний при свободном ударе единичного тела с оболочкой без разрушения (упругий удар)

Рисунок 6 - Граф состояний при свободном ударе единичного тела с разрушением оболочки

для случая упругого удара:

¿Р2/с1С = А]2РМ = 1.

для удара с разрушением оболочки:

Р^)=-ЛЫРМ (2) =Лз Ж0-

(з) = 1.

Начальные условия: Р0(о) = 1, ^(0) = 0, Р2(0) = 0, Р3 =0, Р4 =0.Условие

нормировки: сумма вероятностей в каждой из систем в любой момент времени равна 1.

Решение системы дифференциальных уравнений (2) и (3) при заданных начальных условиях представлено функциональными зависимостями вероятностей Pioт интенсивности Л,/.

При упругом ударе: ( \

Р2(г) = ехр|-]л12(сг!ОЛ) (4)

При ударе с разрушением оболочки:

т=

л,3 + л74

¿и

(5)

Следующим шагом моделирования было выражение вероятностных величин через физические параметры. Основным параметром предложено считать энергию единичного тела с оболочкой, а интенсивностью перехода тела из одного состояния в другое - трансформацию его энергии во времени. Следуя этим условиям, каждое из состояний и интенсивностей перехода описываются следующим образом:

А^ исходное состояние тела, когда его кинетическая и потенциальная энергии соответствуют квазистатическому состоянию, кинетическая энергия тела незначительна, время = 0;А] - состояние тела, соответствующее максимуму его кинетической энергии, приданной ему рабочими органами машины время перехода из состояния Ао в состояние А^пределяется из

кинематических параметров^ А — состояние деформированного тела, когда его

кинетическая энергия полностью трансформируется в энергию упругой деформации оболочки и ядра К —» П = П + П , время перехода из А в

г мах мах об яд 1 1 1

А2соответствует времени, прошедшему от момента соприкосновения с преградой до максимальной деформации под действием инерционных сил:

1=^-1; Аз - состояние, соответствующее переходу потенциальной энергии упругой деформации в энергию образования новой поверхности в оболочке: Еое-^П^ = у у - удельная поверхностная энергия материала оболочки; Д5' -приращение свободной поверхности оболочки, м2; А4 - состояние, соответствующее переходу потенциальной энергии деформации ядра в кинетическую энергию отскока от преграды Я„; X, - интенсивность перехода энергетического состояния тела из квазистатического в состояние, соответствующее максимуму кинетической энергии, Дж/(Дж'с); интенсивность перехода кинетической энергии тела в потенциальную энергию упругой деформации, Дж/(Джх); Х23— интенсивность трансформации энергии упругой деформации оболочки в энергию образования новой поверхности, Дж/(Джт); ^-интенсивность трансформации энергии упругой деформации ядра в кинетическую энергию отскока ядра от преграды, Дж/(Джт).

Выражениями (6) представлены интенсивности трансформации энергии тела при ударе:

12 ~ ' Я23 ~ ,' (6) где т(1Ло) - масса части тела, участвующей в создании сил инерции и убывающая во времени - относительное время), кг; бр- предел прочности материала оболочки тела, Па; Е — модуль упругости материала оболочки; Упр -объем тела, в котором достигнуто предельное состояние, м3; у - удельная поверхностная энергия материала оболочки, Дж/м2; Д8 - площадь вновь образованной поверхности при разрушении оболочки, м2.

Из условия нормировки и реально протекающего процесса разрушения Р3 = [а4= 0,5. Решение системы (5) позволяет получить выражение, связывающее вероятность разрушения с кинетической энергией удара, достаточной для разрушения оболочки с прочностными, геометрическими параметрами семян и их массой.

РзС0= ехр^- £ ==®Ф^-А £ =ехр(-А(1пт3 -1пт,)) = ехр(А(1пт2 - 1пт3)).

о ,ъо1у

где А = д ^ ■ В полученных выражениях использованы параметры

материалов, требующие экспериментального определения: предел прочности бр и модуль упругости Е материала оболочки, а также удельная поверхностная энергия у.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований прочностных свойств семян льна, рапса и рыжика при различных условиях: видах нагружения, влажности и скоростях приложения нагрузки. Испытания квазистатической нагрузкой проводили на приборе «Структурометр СТ-1». Эксперименты проводились при различной влажности и скорости нагружения образцов (указаны на графиках).

Рисунок 8 -Зависимости «Напряжения - относительная деформация» для семян рапса

при скорости нагружения V = 0,02- 10°м/с и влажности = 10 %; = 6 %

Отнехитепокан деформации , с

Каждая прочностная зависимость и результат измерений определялись как среднее арифметическое суммы значений, полученных в результате нагружения образцов при равнозначных условиях. Диаграммы «сила-

Рисунок 9 - Зависимости «Напряжения - относительная деформация» для семян рыжика при скорости нагружения V = 0,02-10"3м/с и влажности \У, = 12 %; \У2= 8 %

Рисунок 7 - Зависимости «Напряжения - относительная деформация» для семян льна

при скорости нагружения V = 0,83- 10"3м/с и влажности \¥2=8% и XV,=11,5%

Рисунок 10 - Зависимости «Напряжения - относительная деформация» для семян рыжика при скорости нагружения V = 1,67-10"3 м/с и влажности \У=8 % и \У = 12 %

.00'--———-г--—--------——-—'.. -—1---------------

% ^ Як...

"3> ^с» "Чг *> -V ^ Ч> Ч*.

Отнпситгльная дгформации, *

деформация» были преобразованы в зависимости напряжений от относительной деформации 6=f(e), представленных на рисунках 7-10.

Для испытания резанием использовался нож из стали Р8 с углом заточки 26 Пластинчатый нож устанавливался в зажимах структурометра СТ-1. Обработку результатов экспериментов выполняли графическим методом. Построение графиков велось по значениям испытаний, полученным из таблицы усилий, в программе Excel. Средние значения результатов исследований были представлены в виде участков экспериментальных кривых диаграмм нагружения резанием F = f(x) исследуемых объектов при различных скоростях, а затем преобразованы в зависимости удельного усилия резания от глубины внедрения ножа Pz = f(y), которые представлены на рисунке 11. Установлено, что повышение скорости приложения нагрузки при сжатии для семян льна, рыжика и рапса повышает пределы прочности и модули упругости, что свойственно для упругих тел, дополнительная термообработка также увеличивает упругость оболочек.

Рисунок 11 - Удельное усилие резания семян льна

при скорости нагружения

ч-з.. /

V = 1,67-10 м/с при влажности образцов W, = 11,5%;W2=10%

Zi & ■?>. <?«. •?-. о\ о. o-i ол ог.-гл j-

"¡Г

Глубиио внедрения лезоия, у

Одним из важнейших этапов подготовки семян к обрушиванию является их сушка. Однако, в силу высокой энергоёмкости, этот процесс по возможности стараются избежать. В то же время, при рациональном проведении процесса сушка может дать значительный экономический эффект. Процесс сушки исследовался в анализаторе влажности МХ-50 (Япония), в котором, так же, как и в аналитических весах, использован супергибридный сенсор (ЭЛ.Б.). Передача теплоты в приборе осуществляется излучением и конвекцией в заданной программе. Анализ полученных диаграмм показывает особенности кинетики сушки, обусловленные химическим составом и формами связи влаги в семенах. Диаграммы пересчитаны в зависимости с1\\7с1т=А^), представленные на рисунках 12 и 13. На начальном этапе сушки влажность изменяется линейно, что обусловлено испарением свободой влаги. Этот период для семян всех видов весьма кратковременен, в зависимости от температуры он составляет от 35 до 95 с. Это показывает присутствие физико-механической формы связи воды. Далее скорость процесса сушки резко падает, что говорит о наступлении второго периода сушки, когда влага удаляется за счёт диффузии из внутренних слоев материала, и начинается период падающей скорости сушки. Изменяется механизм перемещения влаги. Для семян льна при малых значениях температур (50 - 60°С) потери влаги прекращаются после 100-110 с. Повышение температуры до 120-180° приводит к значительному увеличению

сШсК,

100-С

120* С,

Рисунок 12 - Кинетика сушки семян льна при различных температурах

второго периода сушки. Это говорит о большой доле связанной влаги в семенах, а также о различной энергии связи молекул воды с удерживающими их биополимерами (белками, пектинами и пр.).

Определяющим при сушке «трудносохнущих» продуктов подобным семенам масличных культур, является внутренний массоперенос (влагоперенос) и скорость обезвоживания определяется скоростью переноса влаги внутри частиц. Анализ кривых скорости сушки показывает, что линейно возрастающая скорость сушки в первом периоде свидетельствует о преимущественном испарении влаги из оболочки, перемещение же влаги к поверхности во втором периоде сушки происходит в виде пара, диффундирующего через оболочку создающую постоянное диффузионное сопротивление. Следовательно,.для исследованных семян достаточно провести подсушивание только в начале первого периода' при температуре теплоносителя не менее 100° С; при этом оболочка становится более упругой, а ядро сохраняет пластичность, рациональное время подсушивания для льна и рапса составляет 30-40 с, для рыжика - до 30 с.

160*С ,.- 1Ш'С /. V

..... . г~ N

V

д

А-—■

..... ЬО'С

1 ^ ■/ ___„..—• \

Рисунок 13 - Кинетика сушки семян рыжика при различных температурах

На экспериментальной установке селективной дезинтеграции свободным ударом в исследовательской лаборатории кафедры машин и аппаратов пищевых производств КемТИППа были проведены эксперименты по разрушению семян с целью установления рациональных параметров процесса.

Определяющей величиной является кинетическая энергия свободного удара при столкновении с отражательными элементами рабочей камеры. Находилось процентное содержание разрушенных семян каждой партии, что соответствует вероятности разрушения оболочек семян при переходе их кинетической энергии в работу деформации и разрушения. Зависимости количества разрушенных семян рапса от кинетической энергии удара приведены на рисунках 14-16.

с, %

Рисунок 14 - Зависимость количества разрушенных семян льна от кинетической энергии удара при влажности АУ=8 % (2);

\У=11,5 % (1)

100 90 «о /о 60 so

411 .10 10 10 о

" ¡

--4-—

■ . -¿aSfTl

у* ^

.........../ i

- -

~~~~ . i.....................

...... и .......|......

0,01 0,012 К, Дж

С, %

Рисунок 15 - Зависимость количества разрушенных семян рапса от кинетической энергии удара при влажности семян \У=6 % (2); Ш=10% (1)

100 90 80 70 60 И 40 30

го ю о

... ——- 4JL........i

V- _i__¡

0,002 0,004 0,006 0,008

0,012 0,014

К. Лж

с % 90 С'Уа 80

Рисунок 16 —Зависимость /о

количества разрушенных ь0

so

семян рыжика от ^

кинетической энергии 30 удара при влажности семян ю W=8%(2) и W=12%(1) ю

о

О 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0.003 S 0,004

Из приведенных К, Дж

графиков видно, что все они носят характер логарифмических зависимостей и могут быть описаны уравнением одного вида

у = А + Ъ ■ 1пх. Величина свободного члена уравнения определяется графически и характеризует величину критической энергии, при которой не происходит разрушение семян. Этой энергии соответствует величина критической скорости. Анализировался дисперсный состав разрушенного материала с целью выявления переизмельчения ядер семян. При значительной

величине кинетической энергии часть ядер разрушается вместе с оболочкой, что приводит к нежелательной потере качества. Ниже приведена таблица значений кинетической энергии, выше которой происходит переизмельчение.

Вид семян Рапс Рыжик Лён

\¥=10% \У=6% \У=12% \У=8% \У=11,5%

Кинетическая энергия удара К,Дж 0,007 0,006 0,003 0,0026 0,0044 0,0034

Проведенные эксперименты позволили установить рациональные параметры разрушения семян свободным ударом и выявили нецелесообразность достижения стопроцентного разрушения семян, т.к. это приводит к потере качества. Кратковременное подсушивание семян в течение установленного времени повышает эффективность процесса примерно на 1015%, что позволяет рекомендовать предварительное подсушивание в производстве.

Испытания установки селективного разрушения однократным свободным ударом в составе дробилки однократного разрушения и пневмосепаратора проведены на ООО ПКП «Провансаль», г. Томск, рекомендовано применение дробилки однократного разрушения в составе линий производства растительных масел высокого качества и комплексной переработки семян масличных культур.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что семена рапса, льна, рыжика, называемые «условно бескожурными» представляют собой сложные структуры, состоящие из сросшейся с эпидермой семенной оболочкой, плотно облегающей эндосперм и семядоли. Их возможно классифицировать как несвязные материалы в силу того, что межклеточное поверхностное взаимодействие различных структур отсутствует. Выявлена особенность изменения зависимости скоростей витания для семян льна, которую можно описать экспоненциальной функцией с показателем степени больше единицы, в отличие от семян других культур, что объясняется, прежде всего, их формой.

2. Разработана математическая модель процесса селективной дезинтеграции тел с оболочкой свободным ударом на основе стохастического подхода с переходом от вероятностных соотношений к физическим параметрам; теоретическим путём получены выражения для кинетической энергии свободного удара тела с оболочкой, достаточное для её механического отделения разрушением.

3. Установлено, что подсушивание увеличивает упругие свойства оболочек семян на 20-50 %, повышение скорости деформирования пропорционально увеличивает модуль упругости оболочек. При рубящем резании возрастание скорости нагружения уменьшает удельное усилие резания оболочки, а подсушивание примерно вдвое снижает прочность семян при резании.

4. Выявлено, что для масличных семян (лен, рапс, рыжик) достаточно провести подсушивание только в начале первого периода при температуре теплоносителя не менее 100° С; при этом оболочка становится более упругой, а ядро сохраняет пластичность, рациональное время подсушивания для льна и рапса составляет 30-40 с, для рыжика - 20-30 с;

5. Установлено, что наиболее эффективно процесс селективной дезинтеграции протекает при кинетической энергии удара для семян льна 0,0044 Дж, после подсушивания 0,0034 Дж; для семян рапса 0,007 Дж (подсушенных - 0,006 Дж); для семян рыжика - 0,003 Дж (подсушенных семян-0,026 Дж); предварительное подсушивание семян повышает количество разрушенных свободным ударом семян на 10 - 15 %; по результатам испытаний на ОАО ПКП «Провансаль» рекомендовано применение дробилки однократного разрушения в составе линий производства растительных масел высокого качества и комплексной переработки семян масличных культур.

ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Руднев, С.Д. Природа прочности растительной ткани с позиций селективной дезинтеграции [Электронный ресурс] / С.Д. Руднев, Е.С. Лавринова, A.B. Грачев // Научный журнал НИУ ИТМО Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». -2011. - № 2. - Режим доступа: http://processes.ihbt.ifmo.ru/ru/article/9281.

2. Руднев, С.Д. Стенд, методика и результаты расчета прочностных свойств растительных материалов при свободном ударе / С.Д. Руднев, Д.В. Клеников, A.B. Грачев // Техника и технология пищевых производств. - 2011. - № 2. - С. 89-93.

3. Разработка методики оценки дисперсной среды сложного состава / В.В. Киреев, Д.М. Попов, С.А Ратников, A.B. Грачев // Техника и технология пищевых производств - 2012 -№1,- С. 107-111.

Статьи и материалы конференций

4. Попов, Д.М. Дисперсный анализ среды сложного состава / Д.М. Попов, С.Д. Руднев, A.B. Грачев // Materialy VII Mifdzynarodowej naukowi-practycznej konferencjí «Perspektywi czneopracowanias^ паиЦ i technikami - 2011» (07-15 listopada 2011 roku) Volume 47. Rolnictwo: Przemysl. Naukaistudia-96 str. ISBN 978-966-8736-05-6. - S. 56-59.

5. Руднев, С.Д. Вероятностный подход к селективному разрушению однократным свободным ударом / С.Д. Руднев, A.B. Грачев // Materiály VII Mezinárodni Védecko-prakticka Konference «Zprávy VédeckéIdeje-2011» (27.10.2011-05.11.2011) Dil 18. Praga. Publishing House «Education and Science» s.r.o - 96 str. ISBN 978-966-8736-05-6. - S. 80-83.

6. Руднев, С.Д. Аналитические исследования процесса преодоления прочности адгезии в растительных структурах / С.Д. Руднев, A.B. Грачев // Актуальные вопросы современной науки: материалы XVI Международной научно-практической конференции: сборник научных трудов. - М.: Издательство «Перо», 2012. - С. 296-302.

7. Абдрашитова, Г.Г. Исследование процесса сушки семян масличных культур / Г.Г. Абдрашитова, A.B. Грачев, С.Д. Руднев // Актуальные вопросы современной науки: материалы XVI Международной научно-практической конференции: сборник научных трудов / М.: Издательство «Перо», 2012. - С. 303-306.

8. About destruction of complex mixture / S.D. Rudnev, A.V. Grachev, E.A. Popova // Materials of the II international research and practice conference, vol. II, 17 april, 2013 Westwood, Canada. - S. 201-205.

9. Грачев, A.B. Моделирование разрушения единичных тел с оболочкой / A.B. Грачев, С.Д. Руднев, К.С. Карлов // Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности: материалы II международной научно -практической конференции. - Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2013 - С 143117.

10. Грачев, A.B. Исследование прочностных свойств семян льна, рапса и рыжика / A.B. Грачев, С.Д. Руднев, Н.В. Лушникова // Актуальные вопросы технологий производства, переработки, хранения сельскохозяйственной продукции и товароведения: материалы научно - практической конференции профессорско-преподавательского и аспирантского состава факультета технологии и товароведения. - Вып. 2. - Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2013.-С. 10-13.

ЛР № 020524 от 02.06.97 Подписано в печать 25.03.15 Формат 60Х841"6 Бумага офсетная. Гарнитура Times Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 80 экз. Заказ № 9

Оригинал-макет изготовлен в лаборатории множительной техники Кемеровского технологического института пищевой промышленности (университета) 650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 7

ПЛД № 44-09 от 10.10.99 Отпечатано в лаборатории множительной техники Кемеровского технологического института пищевой промышленности (университета) 650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 7