автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технология и обезвоживатель картофельной мезги на корм скоту

Г Л ( ч

РЯЗАНСКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИЖЖГУТ ИМЕНИ ПРОФЕССОРА П.А КОСТШЕВА

На правах рукописи

УЛЬЯНОВ Вячеслав Михайлович

Уда 631.363,285:636.007.22 -

ТЕХНОЛОГИЯ И ОШЗВСШВАТЕЛЬ КАРТОШЬНСЙ УЕЗШ НА КОРН СКОТУ

1 ]

Специальность 05.20.01 - механизация _ • сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание"ученой степени кандидата технических наук

Рязань - 1990

Работа выполнена на кафедре "Механизация животноводства" Рязанского сельскохозяйственного института имени профессора П.А. Костычева,

.. Научные руководители: доктор технически наук, профессор Некрашавич В.Ф., кандидат технических наук, доцент Орешкина М.В,

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Терпиловский К.Ф., кандидат технических наук Местюков Б.И.

Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации животноводства (ШИИМЖ), г. Подольск.

Защита состоится "II " октября 1990 года на заседе нии регионального специализированного Совета К.120.09.01 Рязанского сельскохозяйственного института по адресу: 390044, г. Рязан* ул. Костычева, д. I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рязанского сельскохозяйственного института.

Автореферат разослан " " 1990 года.

Ученый секретарь регионального специализированного совета кандидат технических наук, доцент

И.Е. Либеров

ГСТЖб^'

I1

:тдел ертац&З

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность темы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986.-. .1990 года и на период 10 2000 года" предусматривается значительное увеличение производства продукции животноводства. Важнейшее значение для решения поставленных задач имеет расширенна ж укрепление кормовой базы за счет ^пользования побочных продуктов (отходов) пищевой и.перерабатываете й промышленности, в том числе и картофелекрахмального производ-зтва.

В стране ежегодно перерабатывается до 1,5 млн. т картофеля на крахмал, при этом в побочные продукты производства - мезгу и картофельный сок переходит 40$ сухих веществ картофеля. Мезга и картофельный сок, содержащие крахмал, белок, клетчатку, жиры и другие вещества, представляют ценнейший сырьевой ресурс дая удовлетворения потребностей животноводства в кормах. Однако в настоящее время отходы картофелекрахмального производства реализуются на кормовые цели не полностью, так в стране потери картофельной мезга составляют более 15$, сока - 80$. Такое положение с использованием побочных продуктов крахмального производства складывается в основном из-за их высокой влажности 94...96$ и весьма большого объёма образования. Отсутствие специального оборудования для концентрирования отходов приводит к тому, что крахмальные заводы вынуждены сбрасывать часть мезги а картойхэльный сок в сточные воды. Сточные води, обладающие высокой биологической активностью, попадая в водоёмы, загрязняют юс, что наносит экологический ущерб окружающей среде.

Наиболее перспективны технологии переработки отходов производства на корм скоту с примененяем механического обезвоживания, обеспечивающие концентрирование картофельной мезги и решение проблемы 'производства пищевого белка, содержащего в соке.

Однако практическое внедрение механического обезвоживания картофельной мезги и технологии приготовления кормов из отходов карто-фелекрахмального производства сдерживается из-за отсутствия необходимого оборудования для их осуществления. Поэтому теоретические и экспериментальные исследования, направленные на соверсонстзозанле технологии приготовления кормоь из побочных продуктов картофеле-крахмального производства и разрабо?ту вксокоэ*Текгапного я надежного обвзвогаватедя: кзр?э£елье0л мезги яел.т?)?ся кз ьата'-ас к родчсхозялст.ченннх задач

1.2. Цель и задачи исследований. Целью работы является совершенствование технологии приготовления кормов из побочных продуктов картофюлекрахмального производства и разработка обезвоживателя картофельной мезги с обоснованием параметров и режимов работы. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи исследований:1 -разработать технологию и конструктивно-технологическую схему обез-воживателя картофельной мезги; 2 - изучить физико-механические свойства. картофельной мезги; ,3 - обосновать критерий оценки рабочего процесса'обезвоживателей дисперсных влагосодержащих материалов; 4 -разработать математическую модель отжатая жидкости из мезги в шне-гсовом прессе; 5 - обосновать параметры и режимы работы обезвожива-теля; 6 - провести испытания обезвоживателя в производственных условиях и оценить экономическую эффективность его применения.

1.3. Объекты исследования.' Объектами исследования являлись: картофельная мезга с различным содержанием сока, лабораторная модель шнековйго пресса двухстороннего сжатия,' технология и опытно-производственный образец обезволшвагеля картофельной мезги.

1.4. Методика исследований. В работе применялись теоретические и экспериментальные■исследования. Теоретические исследования заключались в математическом описании физической сущности процесса отжима" картофельной мезги в шнековом прессе и анализ полученных уравнений. "

При-проведении экспериментов использовались стандартные и частные-методики, приборы и установки. Коэффициенты трэния, влияние основных параметров на процесс обезвоживания определялись на специально разработанных приборах и установках. При этом усилия измерялись тензометрированием. Лабораторные исследования процесса отлатин сока из картофельной мезги в шнековом прессе двухстороннего сжатия .проводились с применением математического метода планирования экспериментов. Обработку экспериментальных данных проводили методами математической статистики,

1.5. Научная новизна. Обосновано применение механического обезвоживания для концентрирования картофельной мезги. Определены физико-механические свойства картофельной мезги. Предложена схема тох-кологичеокого процесса приготовления кормов из побочных продуктов карто1'елекрахмального производства и конструкция обезвоживателя каотоЗельноП мезга (положительные решения БНШЯЛЭ по заявкам на изобретения К- 4297260/27-30, * 4605033/27-33, .'5 4537442/31-26 и

а.с. Л 1512666). ¡"[сдученн уравнения, описыва-тае процесс обезвожи-рйнйя карго Цельно ?с меэгл в гнзхэвс1« прессе: двухстороннего сжатая,

теоретически обосновали его основные конструктивные параметры и ■ выявлены оптимальные технологические режимы работы.

1.6. Реализация работы. По результатам исследований изготовлен опытно-производственный образец обезвоживателя мезги. Проведенные испытания в производственных условиях Ибрадского крахмало-паточного ' комбината Рязанской области показали его работоспособность. Разработанный обезвозгаватель рекомендован для установки в линии утилизации картофельной мезги на крахмальных заводах. Результаты исследований могут быть использованы проектно-конструкторскими организа- . циями при разработке и модернизации машин для обезвоживания картофельной мезги и других материалов с высоким содержанием влаги. Техническая документация на разработанный обезвозгаватель передана Рязанскому опытному заводу ТОСШШ.

1.7. Апробация. Результаты доложены и одобрены на научных конференциях Рязанского сельскохозяйственного института (1987...1990г.), Брянского сельскохозяйственного института (1988 г.), Ленинградского ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственного института (1989 г.), на Всесоюзной научно-практической конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в интенсификация сельскохозяйственного производства" (Алма-Ата, 1989 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы земледельческой механики" (Мелитополь, 1989 г.), на научно-техническом совете НПО по крахма-лопродуктам (Корею;во, 1989 г.).

1.8. Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 научных статьях, двух описаниях изобретений.(а.с. I5I2666 ti I4I99I4) и трёх заявках на изобретения (полояштельные решения внжгаэ по заявкам 4297280/31-26, 4605033/27-30, 4657442/31-26).

1.9. Объём -работы. Диссертация состоит из введения, 5- разделов, выводов и рекомендаций производству, списка использованной литературы из 105 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 221 странице, в том числе основного текста 135 страниц, 35 рисунках и

II таблицах.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое обоснование актуальности темы.

2.1, В первом -разделе "Современные способы и средства приготовления кормов из побочных продуктов картофелекрахмзльного лроиз- . бодстеэ" на основании опубликованных работ приведены основные сеч-

дения о составе и видах побочных продуктов картофелекрахмального производства, рассмотрены вопросы эффективности их использования в животноводстве. Отмечаются различные способы приготовления кормов из отходов картофелекрахмального производства. Основой всех технологий -является механическое обезвоживание картофельной мэзги. Технологии с применением механического обезвоживания позволяют концентрировать картофельную мезгу и вести работы по решению проблемы-пищевого белка, содержащегося в соке.

Проведенный анализ патентной и научно-технической литературы показал, что при большом разнообразии конструкций прессов-обезвожи-вателей отсутствует надежное оборудование для обезвоживания картофельной мезги. Эффективная работа обезвоживателей во многом зависит от правильного выбора их основных параметров на основе изучения физико-механических свойств и процесса обезвоживания обрабатываемого материала. Значительный опыт теоретических и экспериментальных исследований по механическому выделению жидкости из дисперсных материалов накоплен в механике грунтов, влажном фракционирования зеленых растений, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Эти вопросы рассматриваются в работах H.H. Герсеванова, В.А. Флорина, К.Ф. Терпиловского, В.И. Фомина, И.И. Иодо, В.А, Нужикова, Н.И, Гельперина, Т.А. Малиновской, А.Я. Соколова, A.A. Гельгера, A.B. Иваненко и целого ряда других исследователей. Анализ теорий по обезвоживанию дисперсных материалов показал, что крайне недостаточно исследован процесс обезвоживания картофельной мезги.

Описание процесса обезвоживания картофельной мезги можно провести на базе различных теоретических подходах. Если рассматривать процесс обезвоживание картофельной мезги как два совмещенных этапа, первый - сгущение исходной мезги до 85...90%, а второй - механический отжим сгущенной массы, то в принципе по своей сущности первому этапу соответствуют закономерности фильтрования, а второму - законы фильтрационной консолидации.

В соответствии с поставленной целью работы и по результатам обзора и анализа литературы в конце раздела сформулированы задачи исследований.

2.2. Во втором разделе "Физико-механические свойства картофельной мезги" изложены программа, методика и результаты исследований физико-механических свойств картофельной мезги. Исследование данных свойств необходимо д.ля разработки технологии и оборудования для обезвоживания картофельной мезги. Поэтому задачей исследований являлось определение численных показателей основных свойств при уело-

виях, соответствующих режимам обезвоживания.

В соответствии с поставленной задачей определены: плотнозть твердых частиц картофельной мезги, изменение коэффициентов трения, бокового давления и фильтрационно-комлрессионннх характеристик от -давления отжта. Плотность твердых частиц картофельной меэгц лежит в пределах 1026...1040 кг/м3. Установлено, что численные значения коэффициентов трения картофельной мезги по гладкой стальной поверхности уменьшаются с 0,135 до 0,10, а по перфорированной латунной -с 0,37 до 0,24 при увеличении давления отжима с 0,35 до 2,0 МПа. Коэффициент внутреннего трения мезги при увеличении давления отжта с 0,40 до 2,83 МПа уменьшается с 0,66 до 0,24, а коэффициент бокового давления-с 0,9 до 0,68.

Установлено, что на процесс фильтрации сока из отжимаемой мезги значительное влияние оказывают фильтрационно-компре ссионныо характеристики. Ори увеличении давления отжима с 0,20 до 2,60 МПа коэффициент фильтрации уменьшается с 60'НГ9 до 0,73*10~9 м/с, коэффициент сжимаемости - с 5,13*10"® до О^бТО"6 и модуль прес-суомости - с 1,56 до 0,17. Коэффициент пористости мозга при уменьшении влажности с 90 до 52,36% снижается с 9,0 до 1,1.

2.3. В третьем разделе "Теоретические предпосылки к обоснованию параметров шнекового мэзгопресса двухстороннего сжатия" рассмотрены существующие критерии оценки рабочего процесса обезвожнвате-лей дисперсных материалов, предложена конструкция обезвоживателя картофельной мезги, теоретически исследован процесс отжима мезги в шяековом прелое двухстороннего сжатия и получена обобщенная модель, описывающая процесс обезвоживания. Предложены аналитические выражения для определения основных геометрических параметров шнекового пресса двухстороннего сжатия.

Предложенный критерий оценки рабочего процесса обезвоживателя имеет вид:

Pv (\Уср-\ЧТ)- (SO О- W/и)-(40Q-Wг) ■ Wu , , j

Со ~ fWp- Wil) ■ (Wu - Wr)*- ü- JOO > ^ 1 >

где £а - обобщенный критерий, кВт'ч'?! /т;

Ры - потребляемая мощность, кВт;

Wu, W<p,Wr - влажность соответственно исходного материала, фильтрата-, твердой отжатой фракции, й. - пропускная способность обезвоживателя, т/ч.

Данный критерий характеризует удельные затраты энергии, приходящиеся на снижение единицы влажности отжимаемого продукта. Яри по-

мощи обобщенного критерия выявлено, что перспективными конструкциями являются прессы со шнековыми рабочими органами, работающие в совокупности с устройствами, которые обеспечивают фильтрование жидкости в процессе движения суспензии.

Предложенный обезвоживатель картофельной мезги (рис. I) состоит из двух взаимосвязанных устройств - сгустителя I и шнекового пресса двухстороннего сжатия 2. Сгуститель мезги содержит вертикаль ный цилиндроконический корпус 3 с тангенциальным патрубком 4 подачи суспензии, патрубка 5 для выхода фильтрата и патрубка б отвода сгущенного осадка. На патрубке 5, поверхность которого выполнена перфорированной, соосно установлен инерционный очиститель 7. Инерционный очиститель, представляет собой лопастное колесо с чистиками, рас положенными вдоль•перфорированного патрубка и вращающимися совместно с лопастный колесом вокруг патрубка. Шноковый пресс состоит из станины 8, перфорированного цилиндра 3, на концах которого находятся горловины 10 дан приёма материала из сгустителя. Внутри перфорированного цилиндра расположен шнек II с переменным диаметром вала, увеличивающимся к середине. Шнек выполнен пз двух симметричных частей с противоположными направлениями спиралей и постоянным шагом. Б середине" перфорированного цилиндра размещено окно 12 для выхода ог-'аатой мезги н устройство для регулирования степени обезвоживания, выполненное из двух конических дисков 13, расположенных по обе стороны от окна и имеющих возможность симметричного перемещения вдоль перфорированного цилиндра. Под цилиндром установлены сборники фильтрата 14.

К особенностям конструкции обезвожквателя необходимо отнести следующее. Выёсто бункеров исходного материала установлены сгустители мезга. Шяековый пресс на противоположных концах перфорированного цилиндра имеет загрузочные горловины для продукта, а в середине участо.к двухстороннего сжатия. Шнек•выполнен симметричным относительно середины с'противоположной наваЕХОй спиралей и разрывом в зоне выходного окна для вывода отжатого продукта. Такая конструкция пресса позволяет уплотнять материал с двух сторон равномерно распре деленным давлением, й тем самим увеличить степень обезвоживания мез га и'повысить производительность теоретически в два раза по сравнению с пн'екЬвыми прессами одностороннего сзатия. Радиальный вывод отжатого продукта способствует устойчиво:*: держанию "пробки" из обезволенного материала.в зоне еыходного окна, что стабилизирует рабочий процесс псосса,- В снэковш: пресса ссэрле усилия смм'/етрич-

Рис. I.

Конструктивно-технологическая схема обезво:швателя картофельной мезги: I- сгустители; 2- шнековш пресс двухстороннего сжатия; 3- корпус цилиндро-конический; 4- тангенциальный патрубок; о- патрубок для отвода йильтрата; 6- патрубок отвода сгущенного осадка; 7- очиститель штрцноншл; 8- станина; 9- цилиндр перфорированный; 10- горловины приемные; II- шнек; 12- выходное, окно; 13- даски конические; 14- сборники фильтрата.

них сторон шнека направлены навстречу друг другу и теоретически взаимоуничгокаюгся, а это позволяет отказаться от специальных упорных подшипников.

Ввиду большей изученности сгущающих устройств и.ограниченности объёма диссертации п задачу исследований входило теоретически и 'экспериментально обосновать шнековнй пресс двухстороннего сжатия.

Процесс обезвоживания картофельной т.газги в шнековом прессе двухстороннего сжатия имеет две характерные зоны. От загрузочных горловин пресса до.окончания последних витков шнека - зона отжима, от конца последних витков до выгрузного окна - зона уплотнения. Исследуя процесс обезвоживания мезги в зоне отжима шнекового пресса, бнло получено общее дц.Мерэяцмальное уравнение, описывзэдео этот процесс. Оно имеет следующий вид:

Рис. 2. Расчетная схема шнекового пресса двухстороннего сжатия.

где

¿¿г >

( 2

- влажность отжимаемой мезги; £ - время отжима;

2 - координата, направленная вдоль оси шнека; ' О. - теоретический коэффициент. Теоретический коэффициент а. определяется из выражения:

а--

( 3

где сзб - угол конусности вала шнека, град; /Сдз - коэффициент фильтрации, м/с; /тц - коэффициент сжимаемости, м?/Н; ^ - ос5ъё1.шая масса картофельного сока, кг/м3; ^ - ускорение свободного падения, м/с .

Коэффициент а. отражает взаимосвязь как конструктивных параметров, так и физико-механических свойств отжимаемой мезги.

Чтобы решение уравнения ( 2 ) было вполне определенным, функция ¿) должна удолетворять краевым условиям, соответствующим физическим условиям задачи. Для процесса отжима жидкости из картофельной мезги в разрабатываемом устройстве (рис. 2) выбираем следу ющие начальные и граничные условия:

^(о^) - у/о

( 4 ) ( 5 ) ( 6 )

(9 закон изменения влажности отжимаемой мезги по длине

шокового пресса; У/0 - начальная влажность картофельной мезги.

Решение уравнения ( 2 ) находится методом разделения перемен-* , ■ «.После решения дифференциального уравнения я соответствующих ' реобрззований, получим формулу дая определения влажности нартофель-ой мезги в любом сечении зоны отжима тюкового пресса двухстороц-его сжатия:

•де . Йк- коэффициент ряда Фурье; к — 1,2,3,,

- длина зоны отжима пресса, и; • • е - основание натурального логарифма; £ - время отжима, с."

Стабильность работы предлагаемого пресса зависит от формирования и держания "пробки" из отжатого'материала в зоне выходного ок- . на. Устойчивость "пробки" в первую очередь зависит от длины зоны • уплотнения, расположенной между концами последних витков шнека.

Так как инековый пресс двухстороннего сжатия симметричен относительно оси Н-Н, считаем что в этом сечении имеется условная перегородка, справа и слева от которой приложено одинаковое давление. • Это позволяет рассматривать отдельно обе части пресса (рис. 3). Для определения оптимальной длины зоны уплотнения рассмотрим равновесие элементарного слоя с/г. на расстоянии 2 от оси Н-Н. При действии возникающих в процессе уплотнения силовых факторов; осевых давлений Рг и {Рас^Р^}, боковых давлений , уравнение равновесия будет иметь вид:

Рг-Р-рг + МгУР+ух-р + (8)

где Р - площадь поперечного печения выделенного слоя; тР;

- коэффициенты трения мозги по внутренней поверхности перфорированного цилиндра и валу шнека; Т),с1- соответственно диаметр перфорированного цилиндра и вала инока, м.

После соответствующих замен, преобразований и решения дифференциального уравнения ( 8 ) получим ф<тулу для определения длины

зонн уплотнения: / п „ ,»

/ (/г Т) + -¿гср , о 5

• Рис. 3. Схемы к расчету длины зонн уплотнения ( а ) и ширины выходного окна ( б ) ш-шкового пресса двухстороннего сжатия: I- цилиндр перфорированный; 2- шнек; 3- окно выходное .

где , Р -'давление в сечении последнего витка .шнека, Н/м2;

. Ра - давление в сочении на расстоянии /2 от оси Н-Н.Н/м2; - коэффициент бокового давления; й-, - ширина выходного окна, м. Ввиду того-, что отжатый продукт выводится из пресса в диаметральном направлении, то на участке выходного окна, где происходит изменение осевого движения мезги на радиальное,слои мезги перемещаются относительно друг друга, что необходимо учесть вводом коэффициента внутреннего трения /й . Поэтому составим дифференциальное уравнение равновесия выделенного элемента материала толщиной с|_р на расстоянии £ от оси вала шнека в момент сдвига его в направление выходного окна (рис'. 36):

• = 0 (10) где - площадь поперечного сечения элементарного слоя, м^;

£ - пэршетр поперечного слоя мезги, м. Решив уравнение, получим витзакение для определения бокового давления Ц,0 у поверхности вала шнека:

е/р (Ъ-с*) , (И)

где бэковоэ даплонно на таходе из окна, Н/м^.

Из Еыракпнг.я ( II ) следует, что боковое давление увеличивается в зоие одг.ига по (.тапо приближения к валу шнека и у ого погорхнос-

та достигает максимального значения.

Видоизменим' некоторым образом выражение ( II ), т.е. прибавим к обеим частям данного соотношения и разделим на два, получим:

, ( 12 )

где ^с - среднее боковое давление в зоне сдвига, Н/м2. .

Заменил давление через Ра. и подставим в выражение ( 9.)» . получим формулу для определения оптимальной длины зоны уплотнения:

, '+ ( 13 )

Анализируя выражение ( 13 ) можно отметить, что длина зоны уплотнения шнекового пресса двухстороннего сжатия при известных диаметрах перфорированного цилиндра и вала шнека зависит от силового фактора ( ), физико-механических свойств мезги я

конструктивного параметра ( .¿?/ ).

Решая совместно выражения ( 7 ) и ( 13 ) после преобразований и замен получим обобщенную модель обезвоживания картофельной мезги в шоковом прессе двухстороннего сжатия:

тт. т"'пВг', \ рг * ' 14}

где С) - эмпирический коэффициент;

1Ло - модуль прессуемости; . .

ньаолный коэффициент ряда Фурье; А - коэффициент, равный , и~ ;

/я ■(£>-{{)

- коэффициент, равный ^--•

Сг - коэффициент, равный СоЩ-^-ЦУ- с.Ци))>

П - частота вращения шнека, об/с; Ц - угол подъёма винтовой линии шнака, град; Ш - угол между направлением движения материала и плоскостью

боковых поверхностей навивки шнека, град; Ес<- среднее значение коэффициента пористости мезги. • Выражение ( 14 ) описывает процесс обезвоживания картофельной мезги в шоковом пресса двухстороннего сжатия и может быть использовано при расчете пресса.

Производительность шнекового пресса двухстороиного сжатия .та-

нет быть определена из выражения:

где X - толщина слоя мезги в зоне уплотнения, м;

- £ - шаг шнека, м; £ - ширина шнекового канала, м; - • - плотность мезги в зоне первого витка шнека, кг/м3.

' Получены также аналитические выражения для определения некоторых параметров шнекового рабочего органа.

■ 2.4. В четвертом раздела "Экспериментальное исследование процесса обезвоживания картофельной мезги в лабораторных условиях" ■ приведены программа, методика и результаты исследований процесса обезвоживания картофельной мезги на лабораторной модели шнекового ■ пресса двухстороннего сжатая.

Экспериментальными исследованиями с применением метода планирования эксперимента были получены адекватные модели регрессии, позволяющие определить в пределах варьирования уровней факторов влажность отжатой мезги и энергоёмкость процесса отжима в шнековом прессе, которые в именованных величинах имеют вид: для влажности отжатой мезги . ...

127,73 - 2,341 - 0,247а< - 4,330л. +■ + 0,024 V/о[ц + 0,075 + 0,027а, -Л +

+ 0,0155 УИог - 0,043 а/ -0,119 пе ( 16 ^

дон энергоёмкости процесса отжима

Э(/г = 62,145. - 1,0536 --0,9957 а у .- 1,0267 П + . . '. + 0,0065\К/о-а, + 0,0086 Мо-я 0,005 а-п +

+ 0,0046 ^ + о,ою а* +• о.ою п& ( I? )

' где .- начальная влажность исходной мезги, %; Д1 --ширина' выходного окна пресса, мы; П - частота вращения шнека, об/мин.

Анализ моделей регрессии выполнялся с помощью двумерных сечений (рис. 4) и при этом решалась комлромисная задача, в которой требовалось найти значения факторов, дающих минимум энергозатрат на . отжим, при высокой степени обезвоживания картофельной мезги. В результате были получены следующие оптимальные параметры: начальная влажность мезги 90$, ширина выходного окна 0.,011..,0,015 м, частота врано ¡шя ыкека 4,0...6,0 об/мин. При этом влажность отжатого материала находится в продолах 58...65$, а энергоёмкость только про-

цесса отжима составляет 0,6...0,3 кВт'ч/т.

Для проверки сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований на рисунка 5 представлены частные зависимости, полученные из теоретической < 14 ) и экспериментальной .

ного окна О.} и частоты вращения шнека П. на' влажность отжатой мезги и энергоёмкость процесса отжима . при начальной влажности мезги 90$: ——— - влажность отжатой мезги; — — — - энергоемкость процесса отжима.

( 16 ) моделей- обезвоживания картофельной мезги в шнековом прессе двухстороннего сжатия. Теоретические зависимости построены с учетом эмпирического коэффициента С^ = 1,27. Как видно из рисунка влажность отжатой картофельной мезги с увеличением ширины выходного окна и частоты вращения шнека повышается. Представленные графические зависимости показывают, что сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований достаточно высокая, ошибка не превышает 5,0 %. Поэтому теоретическая модель ( 14 ) может быть использована при обосновании.параметров стекового пресса двухсторон-

• Рис. 5. Зависимость влажности отжатой картофельной мезги W от ширины выходного окна сь пресса (а) и частоты вращения шнека П. (б): I-W0 =90%, п = 4,25 об/мин: 2- Wo '= • п.= 4,25-об/мин: 3-VD = SC$, ОЦ = 0,015 м; 4-

Wo = BQ%, Ctj = 0,025 м;

— _ _ теоретическая зависимость;

' ' - - экспериментальная зависимость.

него сжатия.

В ходе экспериментальных исследований выявлены также зависимости производительности-шнекового пресса по исходной мэзге, жидкой и твердой отжатой фракциям от ширины выходного окна и частоты вращения шнека.

,■ 2.5. В пятом раздела "Производственные испытания, внедрение результатов исследований и их экономическая эффективность" представлены программа, методика и результаты.испытаний, приведена предлагаемая технологическая схема приготовления кормов из побочных продуктов карто^елекрахмального производства, а также методика и результаты расчета экономического эффекта от внедрения разработанного ■обезвоживателя в составе линии утилизации картофельной мезги на корм скоту.

Испытания опытно-производственного образца обезвоживателя картофельной мезга проводились на Ибредском крахмало-паточном комбинате (Рязанская область). ПнековыЯ пресс обезвоживателя имел диаметр пгепа 0,205 и и общу» дляиу перфорированного цилиндра 2,0 и, на

загрузочных горловиках которого было установлено по два сгустителя с внутренним диаметром цилиндрической части корпуса 0,04 м. В ходе испытаний определялись производительность обезвожйвателя, энергоёмкость а влажность отжатой картофельной мезги.

На рисунке 6 представлены результаты производственных испытаний обезвожйвателя. Как видно из рисунка при увеличении ширины выходного окна пресса повышается производительность обезвожйвателя и снижается энергоёмкость процесса, но одновременно повышается влая-аость отжатого материала.

Анализ результатов производственных испытаний обезвожйвателя позволил рекомендовать дат получения обезвоженной мезги с.влажностью 70...75% при давлении подачи исходной смеси 0,3...О,35 Ша и частоте вращения шнека'6.,О об/мин диапазон регулирования иирины выходного о;ша 0,015...О,02 и, при этом производительность составит 5,2...6,0 т/ч,

7,0

М.

щ

75

70

65

5,3

Ш 60.

ч

/ 1 ? «V,

Э,Чр

2,2 (?

»,2 Ц?

10

>м

Ргс. 6. Изменение производительноста обезвожйвателя (2д , вл^таоста отжатой мезги V/ и энергоёмкости процесса Э от

ширины выходного окна прессе

а

а удельная энергоёмкость - 1,6...1,25 кВт*ч/т.

Совершенствование технологии производства сухих и сырых кормов аз побочных продуктов карто-фелекрахмального■ производства нами предлагается вести по двум вариантам, в зависимости от мощности перерабатывающих заводов (рлс.7). По первому варианту

суспензия (смесь мезга и картофельного) путем механического обезвоживания разделяется на две фракции: творду» и жидкую. Твердая -используется для скармливания скоту как заменитель корнеплодов, е жидкая отводится на далыюйзуэ утилизация. По второму варианту суспензия такхе разделяется на две фракции. Из глдксЯ дутси тоо-сноской'коагуляция выделяется белок, который гтэааляэтся в "^лзтп'л-ватедь, э затем после обззБозяваязя остз^тст з тзэ^дой г-я::::.;:', которая Мржтуется в ксйоллсгг а внсупаглэтгя 2 где:.-"■ с,-

Рис"«' 7» Схема технологического процесса приготовления кормов из . побочных продуктов картофелекрахмального производства: I- насос? 2- сборник; 3- трубопровод; 4- обезвоживатель; 5- коагулятор; 6- ленточный фильтр; 7- формирователь монолитов; 8- сушильный агрегат; 9- транспортер; Ю- сбор-' ' ник-накопитель.

пилке до влажности 12...133?. Б результате получается полноценный

концентрированный белковый корм.

• Экономическая эффект от внедрения разработанного обезвоживате-ля'в составе линии утилизации картофельной мэзги на корм скоту составит 6786 рублей при производстве 6000 * обезвоженного корма с •влажность» 75 %. Экономический рассчитан без учета сокраще-

ния транспортных расходов на доставку картофельной мезги потребителю.

и рдамшАдаи производству

I. Процесс приготовления кормов

из побочных продуктов картофе-лекрагмального производства рекомендуется осуществлять по двум технологиям. Первая технология включает разделение исходной смеси мезга с картофельным соком на твердую я жидкую фракции, термическую коагуляцию бедка в жидкой фракции, его сгущение и смешивание с исходной смеско, обогащение твердо;; йрада белком при механическом

обезвоживания получанной смеси, формирование монолитов из твердой фракции и их сушку, что обеспечивает получение кормового продукта с повышенным содержанием протеина. Вторая технология включает разделение исходной смеси мээги с картофельным соком при помощи механического обезвоживания на жидкую и твердую фракции, вывод из производства жидкой фракции и использование на корм скоту твердой, в результате чего получается кормовой продукт в виде картофельной мезги с влажностью 70$ и содержанием 0,3 к.вд. в одном килограмме. Основой этих технологий является механическое обезвоживание карто- • фельной мезги.

2. Сравнительную оценку обезвоживателей различных конструкций следует вести по обобщенному критерию, учитывающему удельные затраты энергии на снижение единицы влажности отжимаемого продукта. При помощи обобщенного критерия выявлено, что перспективными конструкциями являются прессы со шнековыми рабочими органами, работающие.в совокупности с устройствами, обеспечивающими фильтрование жидкости' в процессе движения суспензии,

3. Конструктивно-технологическая схема обезвожлвателя картофельной мезги должна включать шнековый пресс двухстороннего сжатая и центробежные сгустители с самоочищающейся поверхностью фильтрования, установленные на его загрузочных горловинах, что обеспечивает обезвоживание мезги в два этапа путем сгущения и механического отжима, которые позволяют удалить из обезвоживаемого продукта до ЪЪ% влаги. Г'

Пресс необходимо выполнять с рабочим органом, состоящим из двух шнеков с конусными валами, соединенными большими основаниями в зоне выходного окна посредством цилиндрической вставки не имеющей навивки. Оба шнека должны быть заключены в перфорированные цилиндры имеющие щели для фильтрации сока с размерами 0,25 х 5,0 мм. Между цилиндрами необходимо расположить окно с регулируемым сечением для выхода отжатого продукта, а йа противоположных концах загрузочные горловины. Такая конструкция пресса позволяет уплотнять продукт с двух сторон равномерно распределенным давлением, тем самым увеличить степень обезвоживания мезги на 15% и повысить производительность примерно в два раза по сравнению со шнековыми прессами одностороннего сжатия.

Разработанная обобщенная модель- обезвоживания показывает, что влажность отжатой картофельной мезги в шоковом прессе двухстороннего сжатия зависит от конструктивных и кинематических параметров

прессового узла и физико-механических свойств отнимаемого продукта.

4. Установлено, что численные значения коэффициентов трения картофельной мезги по гладкой стальной поверхности уменьшаются с 0,135 до 0,10, а по перфорированной латунной - с 0,37 до 0,24 при увеличении давления отжима с 0,35 до 2,0 Ша. Коэффициент внутреннего трения мезги при увеличении давления отжима с 0,40 до 2,83 Ша уменьшается с 0,66 до 0,24, а коэффициент бокового давления - с 0,9 до 0,68.

Установлено, что на процесс фильтрации сока из отжимаемой мезги значительное влияние оказывают компрессионно-фильтрационные характеристики. При увеличении давления отжима с 0,2 до 2,6 МПа коэффициент фильтрации уменьшается с 60до 0,73*10~9 м/с, коэффициент сжимаемости - с 5,13'КГ5 до 0,06'Ю-6 м^/Н и модуль прессу-емости - с 1,56 до 0,17. Коэффициент пористости мезги при уменьшении влажности с 90л до 52,38,? снижается с 9,0 до 1,1.

5. Исследования в лабораторных условиях модели шнекового пресса двухстороннего сжатия показали, что его конструкция работоспособна и может быть применена для отжатая картофельной мезги.

Оптимизация рабочего процесса шнекового пресса методом двумерных сечений полученных многофакторных моделей регрессии позволила установить, что при начальной влажности исходного продукта 90$ для получения отжатой мезга влажностью 58...65$ необходимы следующие значения параметров: частота вращения шнека 4,0...6,0 об/мин; ширина выходного окна пресса 0,011...0,015 м; затраты энергии только на процесс отжита 0,6...0,3 кВт*ч/т.

6. Производственные испытания опытно-производственного образца обезвоживателя картофельной мезги, разработанного на основании теоретических исследований и лабораторной модели пресса, показали, что1 регулирование технологических параметров процесса необходимо вести изменением ширины выходного окна шнекового пресса. С её увеличением от 0,01 до 0,03 м при давлении подачи исходной смеси мезги с картофельным соком 0,30...О,35 Ша повышаются производительность Ь 4,9 до 6,63 т/ч, влажность отжатой мезги с 63,37 до 77,07^, а энергоёмкость процесса обезвоживания снижается с 1,94 до 0,8 кРт'ч/т.

7. Для стабильной работы обезвоживателя в производственных ус-лл-итх на с та си г.»зга и картофельного сока с начальной влажностью ?5Т> сл^-тет рек?м?н,::?ратъ даглеяие подачи исходной смеси 0,30... 0,3? '.:~а, частоту вт?т;?кия шнекз 6,0 об/кан, ширину выходного окна

ecca О,015...0,020 м. Производительность при этой составит 5,2... О т/ч, влажность отжатого продукта - 70...1Ъ% и энергоёмкость оцесса обезвоживания 1,60...1,25 кВт*ч/т.

8. Экономический эффект от внедрения разработанного обезвожи-1геля в составе линии утилизация картофельной мезги на корм скоту ютавит 6786 рублей при производстве 6000 т обезвоженного корма с шсностью 75$.

Основное содержание диссертация отражено э следующих работах зтора:

1. Обезвоживатель гадроцаклоняый.- Положительное решение ШШЭ по заявке 4297280/31-26 от 26.02.90, (соавторы В.Ф. Некра-звич и М.В. Орешкина).

2. Инековнй пресс.- Положительное решение ВНИИГОЗ по заявке БО5033/27-30 от 23.10.89, (соавтор М.В. Орешкина).

3. Фильтр для разделения суспензии,- Положительное решение ШЖПЭ по заявке-4657442/31-26 от 22.09.89, (соавтор М.В. Ореи-ана).

4. А.о. I5I2666 B04G 5/16. Обезвоаиватель суспензий,- Опубл. I Б.И., 1989, №37, (соавтор М.В. Орепкина).

о. A.c. I4I99I4 ВЗОВ 9/20. Пресс для вьжкмания жидкости из ве-¡еств.- Опубл. в Б.И,, 1988, JK32, (соавторы М.В. Ореякина и П.И. ]вецов).

6. Обоснование технологий утилизации отходов картофелекрахмального производства на корм скоту // Совершенствование сельско-созяйственной техники применяемой в кявотноводстве. Сб. нзуч. трутов. - Горький, 1990,- С.42,..45, (соавтор М.В» Орешкина).

7. Технология и обезво;шватоль гартотелънок мезга на кор*т скоту // Вклад молоднх y^ei;гах и специалистов в интенсификацию сельскохозяйственного производства / Материал« Всесоюзной научно-пгоктя-•тескол конференции.~ Алма-Ата, 1939,- С.106.

8. Обезвоживание картоТелькой .»лззга осади тэяь.чш дентрдфугиро-ранлем // Совершенствование сельскохозяйственной техники применяемой в животноводстве. Сб. науч. трудов,- Горький, 1990.- С.29...31.

9. Обоснование конструкции обезвохивателя карто5-эльчоЯ мезга // Ускорение научно-технического прогресса к агропромышленном хомхпэксё Брянской области / Тезисы докладов хонтереяган.- Брянск, 1968.~ C;I52...I53, (соавтор LI.В. Ocsirкала).

10. Коэ^япдентн трения картофельной•мезги // Тезчсн докладов республиканской конференция молодых ученых я специалистов,-

Атз, £990.-С.41..Л2, (соавтор 'Л.Ъ. Ореггкзэ) X,

з- V '■ '