автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технологический процесс обработки зерна озоном для производства солода

ВВЕДЕНИЕ.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Способы обработки зерна для ускорения процесса производства солода.

1.2. Анализ технологий и оборудования применяемых при замачивании зерна.

1.3. Состав, величина потребления воды и способы повышения ее качества.

1.4. Выводы по главе. Цель и задачи исследования.

2. Теоретические предпосылки к экспериментальным исследованиям.

2.1. Обоснование технологической схемы струйного перемешивания водозерновой смеси.

2.2. Расчетная модель.

2.2.1. Основные сведения по теории гидродинамики многофазных систем.

2.2.2. Физическая модель.

2.2.3. Базовая система уравнений.

2.3. Теоретические предпосылки к использованию озона для обработки зерна при производстве солода.

2.3.1. Основные сведения по технологии озонирования в сельском хозяйстве и пищевых производствах.

2.3.2. Обоснование использования озонирования при замачивании зерна и потенциально возможный эффект от его воздействия.

2.4. Выводы по главе.

3. Методики экспериментальных исследований.

3.1. Экспериментальная установка для обработки зерна озоном и исследования режимов работы циркуляционной системы перемешивания.

3.2. Вспомогательное лабораторное оборудование.

3.3. Методы исследования.

3.3.1. Методика проведения испытаний циркуляционного перемешивающего устройства.

3.3.2. Метод определения изменений в активности микрофлоры зерна.

3.3.3. Методы определения качественных показателей солода.

3.3.4. Методика планирования эксперимента по определению оптимальных условий озонирования зерна.

Результаты экспериментальных исследований.

4.1. Характеристики циркуляционной системы перемешивания водозерновой смеси.

4.1.1. Исследование влияния величины удаления сопла от камеры смешения.

4.1.2. Исследование влияния соотношения площади камеры смешения и рабочего сопла.

4.1.3. Исследование влияния длинны камеры смешения.

4.2. Влияние озонирования зерна на качество солода.

4.2.1. Изменение энергии и способности прорастания.

4.2.2. Результаты многофакторного эксперимента по определению оптимальных условий процесса озонирования.

4.2.3. Изменение микрофлоры зерна.

4.2.4. Изменение водопроницаемости зерна.

4.2.5. Качественные показатели готового солода.

4.3. Выводы по главе.

5. Технологический процесс обработки зерна озоном и его технико-экономическое обоснование.

5.1. Производственная схема технологической линии.

5.2. Замачивание ячменя с применением озонирования.

5.3. Технико-экономический эффект.

Необходимость увеличения выпуска и повышения качества продукции пищевой промышленности ставит перед наукой задачи усовершенствования технологических процессов и технического перевооружения многих отраслей сельского хозяйства. В данном случае согласно тематике диссертационного исследования направленного на рассмотрение вопросов в технологии производства солода, необходимо подчеркнуть, что к настоящему времени обозначился разрыв между объемом производства солода и потребительским спросом. Недостаток солода обусловлен как нехваткой высококачественного зерна, так и недостаточным развитием солодовенного производства. Анализ производства солода показал, что наиболее перспективным путем расширения производства является интенсификация и оптимизация технологических процессов, и в первую очередь сокращение длительности процесса солодоращения. Вследствие этого стоит необходимость постоянного совершенствования конструкции технологического оборудования в соответствии с требованиями, предъявляемыми новыми технологиями производства и положениями по экологической безопасности.

Цель работы - разработка технологического процесса обработки зерна озоном для производства солода.

Объект исследования - система циркуляционного перемешивания водозерновой смеси и процесс озонирования зерна.

Методика исследований. В качестве основных методик применялись: методика системных исследований (системный подход и системный анализ), логика научных исследований и методика математического моделирования. В результате этого разработаны частные методики лабораторных исследований с использованием планирования эксперимента, анализа и производственных испытаний. Необходимые расчеты выполнены с использованием ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в:

- создании устройства на базе аппарата для замачивания зерна, обеспечивающего эффективное циркуляционное перемешивание водозерновой смеси и возможность обработки зерновой массы озоном на стадии замачивания;

Ь - разработке расчетной модели, адекватно описывающей напорные характеристики устройства циркуляционного перемешивания струйного типа;

- обосновании возможности использования озона в технологическом процессе производства солода;

- разработке расчетной модели воздействия озонирования на процесс проращивания зерна;

- разработке технологического процесса обработки зерна озоном.

Практическая ценность: заключается в разработке и внедрении технологии озонирования зерна при производстве солода.

Реализация работы. Результаты исследований внедрены на ряде предприятий: спиртзавод «Ромодановский» - «ОАО Мордовспирт» (Ромодановский район пос. Ромоданово, Республика Мордовия); спиртзавод «Мельцанский» им. Комсомола (Старошайговский район, пос. Мельцаны, Республика Мордовия); а также используются в учебном процессе подготовки инженеров по специальности 11 03 30 - «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции» института механики и энергетики, ГОУВПО «Мордовский ГУ им. Н.П. Огарева».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на Огаревских чтениях Мордовского госуниверситета (г. Саранск 2001.2004 г.г.); на III республиканской научно-практической конференции: Наука и инновации в Республике Мордовия «Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса региона» (г. Саранск, 25 - 26 декабря 2003 г.); на IX научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева, (г. Саранск, 19 - 24 апреля 2004 г.); на международной научно-технической конференции Л

Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 27 - 29 октября 2004г.); данная работа заняла I место в конкурсе научных докладов молодых ученых и студентов Республики Мордовия (г. Саранск, 2004 г.); на расширенном заседании кафедр: технического сервиса машин, основ конструирования механизмов и машин, механизации переработки сельскохозяйственной продукции ИМЭ МГУ им. Н. П. Огарева.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе один патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 171 странице машинописного текста, включает 40 рисунков, 15 таблиц и 113 источников литературы, в том числе 14 на иностранных языках.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что конструкции аппаратов для мойки и замачивания зерна не выделяются большим многообразием, поэтому необходимо постоянно их совершенствовать в соответствии с требованиями, предъявляемыми новыми технологиями производства и положениями по экологической безопасности, с учетом этого предлагается техническое решение, в основе которого лежит новая схема системы перемешивания и аэрации зерновой массы при его замачивании.

2. Характеристики гидроэлеватора, рассчитанные по базовой системе уравнений, показали хорошее совпадение с экспериментом на исследуемых режимах. Это подтверждает адекватность полученных математических моделей, вследствие этого, базовая система уравнений может быть использована при построении метода расчета гидроэлеватора для системы циркуляционного перемешивания.

3. По результатам экспериментов направленных на исследование степени влияния озонирования на процесс проращивания зерна, получена математическая модель, описывающая влияние принятых факторов на энергию роста зерна.

4. Установлено, что при обработке ячменя озоном достигается подавление поверхностной инфекции, а в некоторых случаях полное исключение возбудителей.

5. Установлено, что в образцах прошедших обработку озонированием необходимая степень увлажнения в 45 % достигается в среднем на 10 часов раньше по сравнению с контрольными образцами.

6. Выявлено улучшение качественных показателей опытного солода, относительно контрольного.

7. Экономический эффект от внедрения технологии озонирования зерна, с учетом дополнительного объема производства 4 786,96 тонн в год, при производственной мощности предприятия 20 ООО тонн в год, составляет 7 106 248,610 руб.

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Издательство «Наука», 1976 г., 279 с.

2. Акопян В.Б., Шангин-Березовский Г.Н., Рыхлецкая О.С., Абрамов О.В. Всхожесть и урожайность томатов в зависимости от обработки семян ультразвуком и парааминобензойной кислотой // Докл. ВАСХНИЛ, 1987. Т. 8.-С. 24-25.

3. Альтшуль А.Д., Калицун В.И., Майрановский Ф.Г., Пальгунов П.П. Примеры расчетов по гидравлике М.: Строй издат, 1976. - 255 с.

4. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. Учебное пособие для вузов. М., Стройиздат, 1975. 323 с.

5. Андреева О.В., Жашко К.Т., Тартаковская И.Э., Полховская Е.С. Влияние биологически активных веществ на качество светлого ячменного пивоваренного солода: Пиво и напитки, 1999; N 4, С. 20 -22

6. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопративления. М.: Недра, 1970.

7. Анисимов В.М.; Гривицкая Г.В. Интенсификация технологических и аэродинамических режимов проращивания зерна на солод. Пиво и напитки, 1996; N 2, С. 11

8. Балашов В.Е. Оборудование предприятий по производству пива и безалкогольных напитков. М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1984. - 248 с.

9. Балашов В.Е., Рудольф В.В. Техника и технология производства пива и безалкогольных напитков. -М.: Лег. и пищ. пром-сть. 1981, 248 с.

10. Белогорский А.А., Ермолаева Г.А., Самойлов А.В. Вода и водоподготовка // Пиво и напитки, 2001, N3, С. 20 - 21.

11. Белогорский А.А., Лапшин В.К. Особенности воды в пивоварении // Пиво и напитки, 2001. №4, С . 30 - 31.

12. Бобрышев Ф.И., Стародубцева Г.П., Габриелян Ш.Ж. Использование физических факторов для повышения посевных качеств семян ипродуктивности полевых культур Соврем, достижения биотехнологии. Ставрополь, 1996, - С. 70-71

13. Бобрышев Ф.И., Стародубцева Г.П., Попов В.Ф. Эффективные способы предпосевной обработки семян. Земледелие, 2000; N 3, С. 45

14. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика, М.: Стройиздат, 1972. 648 с.

15. Борщевский Ю.Т., Федоткин И.М., Коло дин A.M. Двухфазные турбулентные струйные течения и основы их расчетов. Киев: Техшка, 1972, 147 с.

16. Братерский Ф.Д. Ферменты зерна. М.: «Колос», 1994. - 196 с.

17. Булгаков Н.И. Биохимия солода и пива. М.: Пищ. пром-ть, 1976. -358 с.

18. Васильев А.Н.; Кононенко А.Ф. Выбор типа электрического воздействия на семена при предпосевной обработке активным вентилированием. Материалы науч. конф. / Азово-Черномор. гос. агроинж. акад. Зерноград, 2001; Вып.2, С. 131 - 132.

19. Васильев Ю.Н. Теория двухфазного газо-жидкостного эжектора с цилиндрической камерой смешения. Лопаточные машины и струйные аппараты//Машиностроение, 1971. Вып. 5. С. 175-261.

20. Верзилов В.Ф. Регуляторы роста и их применение в растениеводстве. -М.: Наука, 1971.

21. Вечер А.С., Булко О.П., Масько А.А., Физиолого-биохимические условия повышения продуктивности сельскохозяйственных растений. -Минск: 1978.

22. Главинский Д.Г. Современная техника пивоваренного производства. Изд. «Пищ. пром-ть», 1974,

23. Горбунов Н.Н. Предпосевное озонирование семян зерновых, технических и овощных культур, озонирование при хранении зерна: Сб. реф. н.-и. работ, выполн. по грантам администрации Воронеж.обл. -Воронеж, 1994. -С. 79-80.

24. Данько С.Ф. Интенсификация процесса солодоращения ячменя действием звука различной частоты: Дис. кан. тех. наук. Москва. 2001.- 154 с.

25. Демьянова Л.А. Теоретические и экспериментальные исследования работы струйных аппаратов на газожидкостных смесях: Дис. кан. тех. наук. Москва. 1999. 173 с.

26. Додонов С.Н. Состав, величина потребления воды и способы повышения ее качества на предприятиях солодопроизводства /(Материалы IX науч. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов) Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2004. С. 212 - 213.

27. Ермолаева Г.А., Колчева Р.А. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков: Учеб. для проф. Образования. М.: ИРПО; Изд. центр «Академия» 2000. - 416 с.

28. Зингер Н.М. Белевич А.И. Исследование гидравлических характеристик струйного насоса с переменным сечением сопла//Теплоэнергетика. 1984. №1. С. 43 -46.

29. Исаев А.П., Сергеев Б.И., Дидур В.А. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов. М.: Агропромиздат, 1990. - 400 с.

30. Исмаилова Г.Э. Действие УВЧ излучения на рост и развитие культурных растений: Автореф. дис. .канд. биол. наук / МГУ им. М.В. Ломоносова. Биол. фак.: М., 1996, 22 с.

31. Калунянц К.А. Химия солода и пива. М.: Агропромиздат, 1990. - 176 с.

32. Калунянц К.А., Яровенко B.JL, Доморецкий В.А., Колчева Р.А. Технология солода, пива и безалкогольных напитков. М.: Колос, 1992.-446 с.

33. Кастальский А. А., Минц Д. М., Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения, М., 1962.

34. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Кольцова Э.М. Системный анализ процессов химической технологии. Энтропийный и вариационный методы неравновесной термодинамики в задачах химической технологии. М.: Наука, 1988- 367 с.

35. Квасенков О.И., Юрьев Д.Н., Ратников А.Ю. Интенсивная технология производства экологически чистого солода. Пиво и напитки, 1997; N 3, -С. 1441