Введение к работе
Актуальность работы. Тепловая обработка компонентов комбикормов направлена на повышение их усвояемости и приводит к снижению затрат на получение единицы продукции животноводства. Учитывая, что в структуре комбикормов более половины приходится на долю зерновых, то первостепенное значение приобретает повышение эффективности использования зернового сырья. В комбикормовой промышленности получили наиболее широкое распространение такие методы тепловой обработки зерна, как ИК-нагрев, конвективная и контактная сушка, обработка паром и механическим давлением.
Сложные биохимические и физико-химические процессы, сопровождающиеся окислительными, неферментативными и пи-рогенетическими изменениями одних веществ, являются результатом воздействия на сырье комплекса физических, гидродинамических и теплофизических процессов, важнейшим из которых является обжарка. Обжарка зерновых культур зависит от организации процесса, в частности от равномерности подвода теплоты, перемешивания зерен, вида теплоносителя, закона изменения температурного режима и аэродинамической обстановки в рабочем объеме обжарочного аппарата.
Несовершенство технологического оборудования для обжарки зерновых культур отражается на качестве выпускаемой комбикормов, создает дополнительные технологические затруднения при соблюдении режимов обжарки, вызывает необходимость введения вспомогательных операций для достижения требуемого качества готовой продукции, что приводит к увеличению себестоимости продукта. В связи с возрастающей важностью обжарки зерновых культур, ее интенсификации и повышении тепловой эффективности появилась необходимость разработки научно обоснованных технологических режимов процесса обжарки.
Теоретические основы тепломассообмена в процессах обжарки зерновых культур отражены в работах В.Е. Куцаковой, А.А. Шевцова, Г А. Егорова, Н. П. Черняева, В. А. Афанасьева, Е. Н. Калошиной, Шаззо А. Ю., Buhler A., Hansen R., и др.
Работа проводилась в соответствии с планом НИР Воро-
нежской государственной технологической академии по теме НИР кафедры ТХПЗ «Интенсификация технологических процессов зерноперерабатывающих предприятий» (№ гос. регистрации 01.200.1 16992).
Цель диссертационной работы: научное обеспечение процесса обжарки зерна ячменя сорта «Анабель» перегретым паром атмосферного давления для создания ресурсосберегающей технологии, обеспечивающей направленное изменение физико-химических, структурных свойств зерна; разработка перспективных видов обжарочных аппаратов.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
-
Проведение анализа используемых технологий обжаренного ячменя, направленных на интенсификацию процесса обжарки, рациональное использование материальных и энергетических ресурсов и повышение качества получаемого продукта.
-
Изучение теплофизических свойств зерна ячменя сорта «Анабель», как объекта исследования.
-
Получение информации о кинетике процесса термолиза зерна ячменя сорта «Анабель» методом дифференциально-термического анализа, выявление температурных зон, соответствующих испарению влаги с различной энергией связи.
-
Изучение основных закономерностей тепло- и массооб-мена в процессе обжарки зерна ячменя сорта «Анабель» перегретым паром атмосферного давления; выявление рациональной области изменения режимных параметров, обеспечивающих получение обжаренного ячменя высокого качества.
-
Выявление влияния основных параметров процесса на механизм тепломассопереноса в зернах ячменя, обоснование характера протекания физико-химических изменений в зернах ячменя; исследование показателей качества обжаренного ячменя.
-
Разработка математической модели обжарки зерна ячменя сорта «Анабель» перегретым паром атмосферного давления, которая позволила бы определить поля влагосодержания и температур в зерне ячменя.
-
Разработка перспективных видов обжарочного оборудования кормоцехов для реализации ресурсосберегающих техноло-
гий полнорационных комбикормов и способа управления технологическими параметрами процесса обжарки. Промышленная апробация полученных результатов и технико-экономическая оценка реальной эффективности предлагаемых технологий.
Научная концепция: разработка и научное обеспечение интенсификации процесса обжарки ячменя перегретым паром атмосферного давления для создания ресурсосберегающих технологий полнорационных комбикормов на основе комплексного анализа основных закономерностей процесса с учетом физико-химических и структурно-механических характеристик обжаренного ячменя; разработка перспективных видов обжарочного оборудования, способов производства и управления.
Научные положения, выносимые на защиту:
подход к созданию ресурсосберегающих технологий, оборудования и способов управления для получения обжаренного ячменя;
разработка нового способа получения обжаренного ячменя; повышение его эффективности с оценкой показателей качества комбикормов с повышенной питательной ценностью;
математическая модель обжарки зерна ячменя сорта «Ана-бель» перегретым паром атмосферного давления, позволяющая определить распределение полей влагосодержания и температур в зерне ячменя и рассчитать продолжительность процесса обжарки.
Научная новизна. Разработана ресурсосберегающая технология обжаренного ячменя, направленная на интенсификацию процесса обжарки, рациональное использование материальных и энергетических ресурсов и повышение качества получаемого продукта.
Обоснована целесообразность использования перегретого пара в качестве теплоносителя для обжарки зерна ячменя.
Установлены кинетические закономерности процесса обжарки зерна ячменя перегретым паром при стационарных и переменных режимах теплоподвода.
Выявлены температурные зоны, соответствующие испарению влаги с различной формой связи и термическому разложению белково-углеводного комплекса.
Определены гидродинамические характеристики плотного
слоя зерна ячменя сорта «Анабель», позволяющие обеспечить равномерную обработку продукта.
Разработана математическая модель обжарки зерна ячменя перегретым паром, описывающая распределение полей влагосо-держания и температур в зерне ячменя и рассчитать продолжительность процесса обжарки.
Обоснована целесообразность использования ступенчатых режимов теплоподвода для обжарки зерна ячменя сорта «Анабель» в соответствии с видом и формой связи удаляемой влаги.
Разработан алгоритм управления процессом обжарки зерна ячменя сорта «Анабель» перегретым паром, позволяющий обеспечить стабильное поддержание заданных технологических режимов.
Новизна предложенных технических решений подтверждена 3 патентами РФ.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработано информационное, математическое и программное обеспечение процесса обжарки зерна ячменя перегретым паром. Определены рациональные параметры процесса обжарки ячменя, позволяющие снизить удельные энергозатраты, повысить выход готовой продукции.
Разработаны оригинальная конструкция роторного обжа-рочного аппарата и способ автоматического управления процессом обжарки зерна ячменя перегретым паром.
Исследованы органолептические, физико-химические показатели качества зерна ячменя, обжаренных перегретым паром.
На патент РФ № 2328129 «Роторный обжарочный аппарат» продана лицензия ООО «Бизнес Регион».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных, научно-технических и научно-практических конференциях: (Могилев, 2006); (Одесса, 2010); (Воронеж, 2010) и на отчетных научных конференциях ВГТА за 2007,2010 гг.
Результаты работы награждены золотой медалью и дипломом выставки «Воронежагро-2010» (19 ноября 2010 г.) и дипломом Экспоцентра «Агробизнес Черноземья» ВГАУ (14 ноября 2008 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в т. ч. 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, получены 3 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунков и 13 таблиц. Список литературы включает 133 наименований, в том числе 19 иностранных. Приложения к диссертации представлены на 30 страницах.
Похожие диссертации на Разработка и научное обоснование способа обжарки зерна ячменя перегретым паром
