Содержание к диссертации
Введение
Г л а в а 1. Современное состояние теории, техники и технологии переработки послеспиртовой зерновой барды 12
1.1. Общая характеристика послеспиртовой зерновой барды 12
1.2. Анализ проблем комплексной переработки послеспиртовой зерновой барды 17
1.3. Краткий обзор современной техники и технологии производства сухой послеспиртовой зерновой барды 26
1.4. Способы и аппараты для проведения процессов тепло- и массообмена с использованием закрученных потоков теплоносителя 35
1.5. Гидродинамика аппаратов с закрученными потоками теплоносителя 47
1.6. Тепло- и массообмен при сушке влажных дисперсных материалов в аппаратах с закрученным потоком теплоносителя 57
1.7. Основные выводы, постановка цели и задач исследования.. 63
Г л а в а 2. Исследование свойств послеспиртовой зерновой барды как объекта сушки 66
2.1. Исследование физико-механических свойств послеспиртовой зерновой барды 66
2.1.1. Определение плотности послеспиртовой зерновой барды 67
2.1.2. Изучение насыпной плотности 69
2.1.3. Определение коэффициента укладки 70
2.1.4. Исследование порозности слоя 70
2.1.5. Определение углов естественного откоса : 71
2.1.6. Гранулометрический состав послеспиртовой зерновой барды 73
2.2. Исследование теплофизических характеристик послеспиртовой зерновой барды 75
2.3. Протеиновая питательность послеспиртовой
зерновой барды 87
Г л а в а 3. Экспериментальные исследования процесса сушки послеспиртовой зерновой барды в аппарате с закрученным потоком теплоносителя 90
3.1. Описание экспериментальной установки и методика проведения эксперимента 90
3.2. Исследование гидродинамики взвешенно-закрученного слоя послеспиртовой зерновой барды 95
3.3. Математическое планирование и обработка результатов эксперимента 112
3.3.1. Обоснование выбора и пределов изменения входных факторов 112
3.3.2. Анализ регрессионных моделей 115
3.4. Исследование влияния основных факторов на кинетику процесса сушки послеспиртовой зерновой барды в аппарате с закрученным потоком теплоносителя 117
3.4.1. Исследование зависимости кинетики сушки от температуры сушильного агента 118
3.4.2. Определение зависимости кинетики сушки от скорости тангенциального потока сушильного агента 120
3.4.3. Влияние угла при вершине конуса сушильной камеры на кинетику сушки 122
3.5. Многофакторный статистический анализ процесса сушки послеспиртовой зерновой барды 124
Г л а в а 4. Математическое моделирование процесса сушки послеспиртовой зерновой барды 137
4.1. Физическая постановка задачи 137
4.2. Синтез уравнений математической модели 138
4.3. Формулировка граничных условий 140
4.4. Численный метод решения 142
4.5. Анализ результатов вычислительных экспериментов 145
Г л а в а 5. Комплексная оценка качества послеспиртовой зерновой барды 147
5.1. Исследование качественных показателей сухой послеспиртовой зерновой барды 147
5.2. Исследование органолептических и физико-химических показателей 148
5.3. Анализ аминокислотного состава 150
5.4. Определение токсичности сухой послеспиртовой зерновой барды 152
Г л а в а 6. Практическое применение результатов научных и проектно-технических решений 154
6.1. Организация машинной технологии переработки послеспиртовой зерновой барды в белково-витаминный кормопродукт 155
6.2. Разработка высокоинтенсивных сушильных установок с закрученными потоками теплоносителя 162
6.2.1. Вихревая сушилка 162
6.2.2. Сушилка с активной гидродинамикой и пофракционной обработкой материала 165
6.2.3. Устройство для сушки полидисперсных материалов 169
6.3. Разработка способа автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в активном гидродинамическом режиме 174
6.4. Разработка технических условий производства сухой послеспиртовой зерновой барды 180
6.5. Бизнес-планирование и технико-экономическое обоснование реализации инновационного проекта сушки послеспиртовой зерновой барды 181
6.5.1. Резюме 182
6.5.2. Производственный план комплексной переработки послеспиртовой зерновой барды '. 183
6.5.3. Характеристика рынков сбыта и конкуренты 184
6.5.4. План маркетинга 185
6.5.5. Календарный план 185
6.5.6. Финансовый план 185
Основные выводы и результаты работы 188
Библиографический список
- Анализ проблем комплексной переработки послеспиртовой зерновой барды
- Определение плотности послеспиртовой зерновой барды
- Исследование влияния основных факторов на кинетику процесса сушки послеспиртовой зерновой барды в аппарате с закрученным потоком теплоносителя
- Синтез уравнений математической модели
Введение к работе
В связи со значительным объемом промышленной переработки различного сырья растительного происхождения на перерабатывающих предприятиях агропромышленного комплекса (АПК) образуется огромное количество ценных и пригодных для дальнейшей переработки вторичных сырьевых ресурсов (отходы и побочные продукты основного производства). Многие из которых, к сожалению, в настоящее время не находят рационального применения в промышленности. Так как ежегодно различными перерабатывающими предприятиями вывозятся на свалки, поля фильтрации, овраги, спускают в пруды и реки более 2 млрд. т. так называемых отходов.
Одной из важнейших проблем повышения эффективности производства является комплексное использование материальных ресурсов путем совершенствования технологических процессов, внедрения безотходной технологии, расширения переработки вторичных ресурсов и утилизации отходов. Наиболее полное использование отходов позволяет экономить полноценное сырье, лучше организовать защиту окружающей среды от загрязнения [17].
Тем более что Президентом РФ В.В. Путиным в 2002 г. подписан и вступил в силу новый Закон РФ «Об охране окружающей среды». В связи с этим большое значение приобретают работы по созданию безотходных и энергосберегающих технологий, позволяющих комплексно использовать все вещества, содержащиеся в сырье, рационально использовать энергию и сводить до минимума вред, наносимый окружающей природной среде [11, 124].
В настоящее время острой экологической и, следовательно, экономической проблемой в спиртовой промышленности России является утилизация образующихся отходов и побочных продуктов при производстве этилового спирта из зернового сырья. К ним относятся, главным образом, [73] послес-пиртовая зерновая барда, углекислота, отработавшие дрожжи, эфироальде-гидная фракция и сивушные масла. Если побочные продукты, такие как эфи-роальдегидная фракция и сивушные масла, находят свое применение в раз личных отраслях промышленности и составляют небольшую долю в общем балансе отходов, то утилизация послеспиртовой зерновой барды создает определенные сложности ввиду ее значительных объемов (на одну часть спирта приходится 13 частей барды) и низким содержанием сухих веществ -7...12 %, в зависимости от сырья и технологической схемы производства.
Послеспиртовая зерновая барда - быстрозакисающая суспензия, которая, тем не менее, обладает питательной ценностью [24, 30, 48]. Она содержит практически все питательные вещества, присущие исходному сырью: протеины, жиры, клетчатку и безазотистые экстрактивные вещества, включая несброженные сахара и крахмал, которые составляют от 30 до 40 % сухого вещества исходного сырья [140]. Барда принадлежит к числу кормовых продуктов, улучшающих усвояемость животными сухого корма. Она способствует распаду целлюлозы более активно, чем патока, зерно, отруби и другие растительные продукты [17,24, 25,30,48, 144].
Большое содержание белковых веществ, а также наличие целого ряда витаминов делают барду самой ценной составной частью кормового рациона.
При оценке кормов особое значение придают содержанию в них усвояемого протеина, потому что белковые вещества, например мясо и молоко, образуется в организме животного в основном из азотистых соединений. Исследованиями подтверждено, что безазотистые вещества (крахмал, сахар, клетчатка) кормов используется организмом животного в полной мере лишь в том случае, если вместе с ними одновременно дается усвояемый протеин [30,48].
На данный момент, как правило, барда востребована только частично в сельском хозяйстве для вскармливания крупного рогатого скота в осенне-зимний период. Но такая мера крайне неэффективна, тем более что при мощности спиртзавода в 3000 дал спирта, выход барды составляет 390 тонн в сутки. Однако особые проблемы у производителей спирта возникают в весен-нее-летний период, когда резко снижается потребление зерновой барды животноводческими комплексами. При этом спиртовые заводы либо полностью снижают производительность с учетом потребности животноводческих комплексов в барде, либо работают со сбросом в накопительные пруды или на поля фильтрации, чем создают потенциальную угрозу загрязнения рек, водоемов, а также окружающей природной среды [12,17, 73].
Поэтому вопрос рационального использования послеспиртовой зерновой барды становится все более актуальным, особенно после принятия Федерального закона № 18-РФ от 07.01.99, где прямо указывается, что "...эксплуатация вновь вводимого (нового или капитального ремонта) или модернизированного основного технологического оборудования для производства этилового спирта допускается только при условии внедрения оборудования, позволяющего полностью перерабатывать или утилизировать основные отходы спиртового производства (барду)..."[12, 124, 144].
Наиболее рациональным способом утилизации послеспиртовой зерновой барды, при котором она превращается в продукт с высокой питательной ценностью (кормовая ценность сухой барды по сравнению с нативной повышается в 10 раз), транспортабельный и сохраняющийся в течение нескольких лет, является сушка [54].
Современные спиртовые комплексы заинтересованы в производстве сухого белково-витаминного кормопродукта для сельскохозяйственных животных, птицы и может быть использован при производстве кормов для домашних животных (собакам, кошкам и др.). И с экономической точки зрения, использование сухих продуктов имеет высокую рентабельность. Так как сухая барда - продукт переработки отходов производства, то стоит она существенно дешевле фуражного зерна, что в целом снижает затраты на корм и, соответственно, уменьшает себестоимость продукции.
В промышленной практике широко распространены процессы сушки, в которых, обработка материала осуществляется во взвешенном слое, являющимся одним из действенных средств интенсификации производства. За счет использования взвешенного слоя удается сократить продолжительность об работки тех или иных материалов путем применения более высоких скоростей материальных потоков [35, 76, 84,122, 128].
Одним из путей создания новой сушильной техники, обеспечивающий при получении продукта заданного качества экономное энергопотребление и эффективное улавливание продуктов уноса и паров растворителей, является разработка и внедрение в промышленность высокоинтенсивных аппаратов с активными гидродинамическими режимами, обеспечивающих во многих случаях более высокие технико-экономические показатели [19, 85,122].
Данный принцип весьма успешно реализуется в аппаратах с закрученными потоками теплоносителя. Поэтому применение аппаратов с закрученным потоком теплоносителя для интенсификации процесса сушки дисперсных материалов представляет как теоретический интерес, так и практическую ценность. ;
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что актуальной задачей является исследование процесса сушки послеспиртовой зерновой барды в аппарате с закрученным потоком теплоносителя и совершенствование на этой основе процесса, способов и оборудования для его осуществления, чему и посвящена настоящая диссертационная работа.
Работа выполнялась на кафедре машин и аппаратов пищевых производств (МАПП) Воронежской государственной технологической академии. Хотелось бы выразить искреннюю благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Антипову Сергею Тихоновичу и кандидату технических наук, доценту Прибыткову Алексею Викторовичу за оказанную помощь и консультации при выполнении диссертационной работы, а также признательность коллективу кафедры МАПП за доброжелательное отношение, пожелания и содействие при оформлении диссертации.
Анализ проблем комплексной переработки послеспиртовой зерновой барды
Одной из важнейших проблем повышения эффективности производства является комплексное использование материальных ресурсов путем совершенствования технологических процессов, внедрения безотходной технологии, расширения переработки вторичных ресурсов и утилизации отходов. Наиболее полное использование отходов позволяет экономить полноценное сырье, лучше организовать защиту окружающей среды от загрязнения [17, 107, 144].
На данный момент, как правило, барда востребована частично в сельском хозяйстве для вскармливания крупного рогатого скота в осенне-зимний период. Такая мера крайне неэффективна, тем более что при мощности спир-тзавода в 3000 дал спирта, выход барды составляет 390 тонн в сутки. Однако особые проблемы у производителей спирта возникают в весеннее-лётний период, когда резко снижается потребление зерновой барды животноводческими комплексами. При этом спиртовые заводы либо полностью снижают производительность с учетом потребности животноводческих комплексов в барде, либо работают со сбросом в накопительные пруды или на поля фильтра ции, чем создают потенциальную угрозу загрязнения рек, водоемов, а также окружающей природной среды [12,17,73].
Имеется ряд решений по утилизации барды в сгущенном и нативном виде, по использованию ее как основного компонента в производстве орган-но-минерального удобрения, в качестве добавки в производстве строительных материалов, при выращивании гидролизных дрожжей, для орошения сельскохозяйственных угодий. Разработан комплекс мероприятий по эффективной утилизации последрожжевой барды: применение упаренной послед-рожжевой барды в производстве дрожжей, выращиваемых на смеси гидроли-зата древесины и послеспиртовой барды, биохимическая очистка концентрированных сточных вод по двухступенчатой схеме, метановое брожение и анаэробное окисление с доочисткой в биологических прудах [107].
Зерновая барда питательный продукт для откорма скота, но вместе с тем это водянистый корм, портящийся при неправильном хранении и использовании. Поэтому правильному использованию барды как корма должно предшествовать рациональное устройство бардяного хозяйства, хранение барды и отпуск ее потребителям. При хранении барды должны быть соблюдены соответствующие санитарные требования. Участок хранения и отпуска барды должен представлять собой благоустроенный бардяной цех с механизированным бардохранилищем, хорошими подъездными путями и оборудованием для механизированного учета и отпуска барды [48].
Для количественного учета отпуска барды потребителю предусмотрена следующая схема оборудования бардяного хозяйства (рис. 1.1) [48].
Хранят барду в двух бардосборниках 1, а количественный учет ее проводится при помощи автоматических счетчиков 3 объемного типа со свободным сливом протекающей через них барды; для отпуска барды потребителю служат два мерника 4 и 4а, устанавливаемые с расчетом отпуска барды потребителям самотеком. Избыток барды из бардосборников консервируется в бардяных траншеях 6. Консервируют барду в смеси с наполнителями (соломенной резкой, мякиной и др.). При этом получается масса густой коней стенции, которую в дальнейшем транспортируют к месту назначения (для отпуска потребителю) плунжерными насосами или ковшовыми элеваторами.
В бардосборники 1 поочередно перекачивают барду из аппаратного от- деления насосом, откуда она поступает в регулятор напора 2, а затем на автоматические счётчики 3. Через один из них по трубе (А) барда поступает в откормочный совхоз, а через второй - в мерники 4, из которых один служит для отпуска барды в крупную тару, установленную на автомобильном транспорте 5, а другой - для отпуска в мелкую тару (на гужевом транспорте) 5 а. Контактный звонок сигнализирует о полном наполнении мерников. На бардосборниках и отпускных мерниках устанавливают дистанционные показатели уровня. При вскармливании свежей барды молочному скоту, повышаются удои молока (больше чем на 1,5 л), а при откорме на мясо (90 дней) получают более 20 % привеса. Зерновая барда улучшает усвояемость животными сухого корма. Барда более активно способствует распаду целлюлозы, чем меласса.
Более рациональным способом утилизации зерновой барды является использование ее в качестве сырья для выращивания микроорганизмов, кормовых дрожжей и получения других ценных белковых продуктов, а также упаривание и сушка ее [48].
Получение сухих кормовых дрожжей - значительный шаг в направлении рационального использования ценных веществ барды. Дрожжевые клетки, используя полисахариды, сахара, а также азотосодержащие неорганические соединения (аммониевые соли), синтезируют белок, витамины и другие физиологически важные активные вещества.
Также предложено использовать барду при выращивании плесневелых грибов. На спиртовых заводах, имеющих амилазные цехи для выращивания глубинным способом плесневых грибов, применяемых взамен зернового солода, часть барды (до 15 % общего ее выхода) используется в этих цехах в качестве питательной среды [24, 25].
В Китае при выращивании грибного солода на пшеничных отрубях и рисовой шелухе для увлажнения применяют барду в количестве 50 % от веса отрубей и шелухи. Для приготовления культуры грибов «цюй-цзы» под названием «китайские дрожжи» к пшеничным отрубям добавляют барду или дробину [17, 48].
Исследованиями, проведенными в ЦНИИСПе (М.И. Залесская и М.С. Богуславская), доказана возможность получения на фильтрате барды кормовых концентратов и пищевых препаратов витамина В2 (рибофлавина) путем обработки его плесневым грибом Aspergillus flavus. Для этой цели фильтрат барды нейтрализуется мелом или содой до рН 5,6, затем в стерильную барду засевается гриб Aspergillus flavus и проводится обильная аэрация среды стерильным воздухом. Выращивание мицелия гриба продолжается 2...3 суток при температуре 30 С. Выход прессованной грибной массы составляет 30...35 кг на 1 м3 картофельной барды и 70...90 кг на 1 м3 зерновой барды. Содержание азотистых веществ в получаемом кормовом продукте в зависимости от качества барды составляет 28...40 %; содержание витамина В2 60...65 у в 1 г сухого вещества, что в 2 раза больше, чем в концентрированном фильтрате барды [48].
При культивировании гриба Eremothecium ashbui глубинным способом в жидком субстрате барды, нейтрализованном до рН 5,6...5,8, при продувании массы большими количествами воздуха, был получен обогащенный раствор, содержащий 180... 200 у рибофлавина на 1 мл раствора, т. е. на каждый литр барды может быть получено 80... 100 человеко-доз рибофлавина [24].
Определение плотности послеспиртовой зерновой барды
Из всего многообразия существующих способов утилизации послес-пиртовой зерновой барды следует, что наиболее рациональным и экономически эффективным является ее сушка.
За рубежом сушка послеспиртовой зерновой барды, с целью получения белково-витаминизированного кормопродукта, получила весьма широкое применение, для выполнения этой задачи рядом фирм выпускается многофункциональное и надежное оборудование. Несмотря на многообразие и высокую значимость информации, литературных данных о технологических приемах, параметрах процесса, концептуальных новшеств конструкций сушильной техники существуют проблемы, не позволяющие создать и внедрить оборудование для проведения процесса сушки барды в отечественной индустрии, не проводя серьезных и глубоких научных исследований. Виной тому целый спектр вопросов эксплуатации и конструктивных особенностей, относящихся к секретной информации производителей.
Из анализа литературных данных и патентных исследований установ лено, что современные промышленные способы сушки послеспиртовой зерновой барды, как ценного вторичного материала спиртовых предприятий, развиты в недостаточной степени. Мало изучены свойства барды, оказывающие наибольшее влияние на процесс сушки во взвешенном состоянии.
В настоящее время в отечественной промышленности для осуществления процесса сушки барды применяются в основном ленточные, слоевые, барабанные и ротационные конвективные сушилки, которые обладают рядом существенных недостатков: большие габариты и металлоемкость, сложность обслуживания и ремонта, большие капитальные и эксплутационные затраты и т. п. А также в процессе сушки в них наблюдается агрегатирование, комкование, налипание частиц барды на стенки сушильной камеры, вследствие этого неоднородность высушивания, обугливание мелких частиц продукта и инкрустация поверхности нагрева частичками барды.
А на основании представленного информационного материала можно сделать вывод, что аппараты с закрученными потоками имеют ряд преимуществ и могут успешно использовать для сушки целого ряда дисперсных материалов. Они обеспечивают активный гидродинамический режим, значительно увеличивают эффективность процессов тепло- и массообмена, хорошо зарекомендовали себя при сушке полидисперсных материалов.
Поэтому актуальная задача качественной сушки послеспиртовой зерновой барды может быть решена только при использовании активных тепловых и гидродинамических режимов, базирующихся на кинетических закономерностях процесса, существующих в аппаратах с закрученными потоками теплоносителя.
В связи с этим, сформулирована цель диссертационной работы: исследование процесса сушки послеспиртовой зерновой барды в активном гидродинамическом режиме и совершенствование на этой основе процесса, способов и оборудования для его осуществления.
На основании вышесказанного и с целью обеспечения наилучших показателей сушки послеспиртовой зерновой барды задачи настоящей работы можно сформулировать следующим образом: - экспериментальное исследование некоторых характеристик послес-пиртовой зерновой барды как объекта сушки; - исследование гидродинамики взвешенно-закрученного слоя послес-пиртовой зерновой барды в аппарате с закрученным потоком теплоносителя; - исследование кинетических закономерностей сушки барды в аппарате с закрученными потоками теплоносителя; - исследование и оценка основных факторов, оказывающих наибольшее влияние на сушку; - статистическое определение оптимальных режимов работы экспериментальной сушильной установки, позволяющее в широком диапазоне изменения входных факторов обеспечить минимальную величину энергозатрат при обезвоживании послеспиртовой зерновой барды; - разработка математической модели процесса сушки послеспиртовой зерновой барды в аппарате с закрученным потоком теплоносителя; - проведение качественной оценки полученной сухой послеспиртовой зерновой барды; - разработка машинной технологии переработки послеспиртовой зерновой барды в белково-витаминный кормопродукт; - разработка высокоинтенсивных сушильных установок с закрученными потоками теплоносителя для сушки полидисперсных материалов в активных гидродинамических режимах; - разработка способа автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в активном гидродинамическом режиме; - разработка технических условий производства сухой послеспиртовой зерновой барды; - проведение промышленной апробации, определение эффективности предлагаемых разработок.
Исследование влияния основных факторов на кинетику процесса сушки послеспиртовой зерновой барды в аппарате с закрученным потоком теплоносителя
Под кинетикой процесса сушки понимают изменение среднего влагосо-держания и средней температуры тела с течением времени. Эти закономерности кинетики процесса сушки позволяют рассчитать количество испаренной влаги из материала и расход тепла на сушку.
В условиях оптимального гидродинамического режима с использованием метода планирования эксперимента нами проведены исследования кинетики сушки и теплообмена послеспиртовой зерновой барды в аппарате с закрученным потоком теплоносителя (рис. 3.1). Согласно полученным зависимостям (рис. 3.16-3.21) можно найти время сушки, соответствующее определенной влажности Wс.
Влияние температуры сушильного агента на кинетику сушки и температуру нагрева послеспиртовой зерновой барды в процессе сушки представлено нарис. 3.16-3.17.
Полученные кривые свидетельствуют о том, что температура является наиболее существенным фактором, влияющим на скорость сушки послеспиртовой зерновой барды.
Следует отметить, что температура сушильного агента оказывает влияние на соотношения периодов постоянной и убывающей скоростей сушки. С повышением температуры наблюдается снижение критического влагосодержания. Это объясняется тем, что увеличение температуры интенсифицирует внутреннюю диффузию влаги, а также увеличением доли связанной влаги, испарение которой происходит в первый период сушки.
Анализируя кривые скорости сушки (рис. 3.16), можно сделать выводы о механизме переноса влаги. Так из обработки экспериментальных данных следует, что при сушке послеспиртовой зерновой барды наблюдается период прогрева, причем продолжительность его тем больше, чем ниже температура сушильного агента.
Следует отметить, что наибольшая часть влаги удаляется в период постоянной скорости сушки, хотя его продолжительность меньше периода падающей скорости. Это можно объяснить тем, что барда имеет развитую поровую структуру, которая содержит значительное количество осмотической и адсорбционно
связанной влаги. Наличие периода постоянной скорости сушки говорит о том, что интенсивность диффузии влаги превышает интенсивность влагообмена [35, 37, 76].
Данный факт подтверждают и кривые изменения температуры нагрева барды (рис. 3.17), из которых видно, что температура материала быстро увеличивается в период прогрева до температуры «мокрого» термометра, соответствующей характеристикам сушильного агента, и в течение времени, равному периоду постоянной скорости сушки, остается, практически, постоянной, а затем увеличивается, приближаясь к температуре сушильного агента.
Из графиков видно, что скорость тангенциального потока сушильного агента в незначительной степени влияет на изменение скорости влагоудаления по сравнению с другими факторами.
Скорость сушки зерновой барды в начале процесса резко увеличивается, (период прогрева), достигает максимального значения и остается постоянной (первый период). Когда влажность продукта достигнет первой критической точки, скорость сушки уменьшается сначала по кривой, обращенной выпуклостью к оси абсцисс, а затем - по кривой, обращенной выпуклостью к оси ординат. Для такой формы кривой первая ее часть (читая график, справа налево) соответствует перемещению капиллярной влаги при решающем влиянии коэффициента диффузии, а вторая часть - адсорбционно-связанной. Вторая критическая точка (точка перегиба кривой скорости сушки) соответствует границе адсорбционной и капиллярной влаги.
Заметим, что чем выше скорость тангенциального потока теплоносителя, тем интенсивнее происходит нагрев материала, а, следовательно, и процесс сушки.
Обработка опытных данных показала, что с увеличением скорости воздушного потока возрастает скорость удаления влаги в периоде постоянной скорости сушки, а во втором периоде, при удалении связанной влаги, влияние скорости сушильного агента на скорость сушки не столь значительно.
Влияние угла при вершине конуса сушильной камеры на кинетику сушки и температуру нагрева послеспиртовой зерновой барды в процессе сушки представлено на рис. 3.20-3.21.
Повышение активности гидродинамической обстановки в сушильном аппарате связано с увеличением межфазных относительных скоростей, подвижности и столкновения частиц, а соответственно среднего коэффициента теплоотдачи а, что интенсифицирует процесс, однако требует роста затрат. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо решать задачу оптимизации - поиска условного минимума затрат при наложении ряда связей, которые определяются из математического описания сушильного процесса.
Как указывалось раннее, для изучения взаимодействия различных факторов, влияющих на процесс сушки, были применены математические методы планирования эксперимента. Были найдены статистическими методами на основе экспериментов уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс сушки послеспиртовой барды под влиянием исследуемых факторов.
Несмотря на достигнутый результат, представлялось интересным исследование поверхности отклика по уравнениям (3.6, 3.7), как для установления влияния факторов, так и для выявления оптимальных режимов процесса конвективной сушки послеспиртовой зерновой барды во взвешенно-закрученном слое.
Задача оптимизации сформулирована следующим образом: найти такие режимы работы сушильной установки, которые бы в широком диапазоне изменения входных параметров составляли минимум удельных энергозатрат и максимальное напряжение объема сушильной камеры по испаренной влаге.
Синтез уравнений математической модели
Одним из основных требований к кормопродуктам, помимо высоких потребительских свойств, является сбалансированность их состава. Главную роль в балансе корма отводится протеину - основному источнику азотистых веществ для синтеза белка тканей организма и образования продукции животных. Как известно протеин состоит из собственно протеинов (белков) и амидов - небелковые азотистые соединения. Белки - сложные химические соединения, структурной основой которых являются аминокислоты. Как указывалось ранее (глава 2) роль отдельных аминокислот в процессах обмена веществ чрезвычайно велика.
Представляло интерес провести сравнительную характеристику аминокислотного состава белкового комплекса сырой послеспиртовой зерновой барды (описанного во 2 главе) и барды, высушенной во взвешенно-закрученном. Для этого исследование аминокислотного состава сухой послеспиртовой зерновой барды, проводили также на аминокислотном анализаторе «Т 339» методом ионообменной хроматографии на онитах.
Аминокислотный состав высушенной послеспиртовой зерновой барды по предлагаемой технологии (во взвешенно-закрученном слое) приведен в табл. 5.3.
На рис. 5.3 представлены для наглядного сравнения диаграммы аминокислотного состава нативной послеспиртовой зерновой барды и высушенной по предлагаемой технологии соответственно.
Таким образом, исходя из полученных результатов, можно сделать вывод о том, что получен продукт с высокой энергетической и пищевой ценностью, обладающий хорошими потребительскими свойствами, отличительной особенностью которого является наличие в составе не только повышенное содержание протеина и клетчатки, но и 17 важных для успешного функционирования организма животного аминокислот.
Показатели безопасности (содержание токсичных элементов, микоток-синов, нитратов, нитритов и т.п.) должны быть всегда ниже предельно допустимых значений, обозначенных в соответствующих нормативных документах. В кормопродуктах для животных всегда содержатся микрокомпоненты, которые в относительно повышенных количествах вызывают неблагоприятный токсический эффект.
Экологически чистый продукт не должен содержать или иметь ограниченное количество токсикантов, определение которых является актуальной задачей.
Для комплексной оценки качества исследуемой барды, как кормопро-дукта готового к употреблению, в аккредитованных испытательных лабораториях определяли показатели безопасности: содержание тяжелых металлов, микотоксинов, нитратов, нитритов. Содержание токсичных элементов в сухой послеспиртовой зерновой барде представлено в таблице 5.4. Как видно из таблицы 5.4 послеспиртовая зерновая барда, высушенная во взвешенно-закрученном слое, соответствует требованиям СанПиН 2.3.2.560-96 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов», не обладает токсичностью, а, следовательно, она безопасна для использования в качестве кормопродукта.
Таким образом, исследованиями установлено, что послеспиртовая зерновая барда, высушенная во взвешенно-закрученном слое, обладает хорошими потребительскими свойствами, является экологически чистым кор-мопродуктом и имеет высокую пищевую ценность. Следовательно, данная технология имеет большие перспективы развития.
Полученные данные о качественных характеристиках послеспиртовой зерновой барды, высушенной по предлагаемой технологии (во взвешенно-закрученном слое), легли в основу разработки проекта технических условий производства «Барды послеспиртовой зерновой сухой» ТУ-9296-040-02068108-2006 [Приложение 9].
Одним из наиболее распространенных и, следовательно, наиболее важных процессов химической и пищевой технологий являются сушильные процессы, т.к. они являются завершающими стадиями технологических схем и во многом определяют качество готовой продукции.
Рациональная технология сушки подразумевает выполнение двух главных условий: 1) соответствие кинетики сушки балансовым соотношениям; 2) соответствие гидродинамических и термодинамических условий процесса сушки изменяющимся состояниям и свойствам высушиваемого материала [85].
Первое условие означает, что время пребывания материала в сушильном аппарате должно быть не меньше времени, требуемого для сушки до заданной влажности. Выполнение второго условия обеспечивает соответствие параметров внешней среды механизму влагопереноса и кинетическим особенностям процесса сушки, а также исключает возможность порчи продукта на всей протяженности сушильного тракта.
Кроме этих условий, при выборе способа сушки и аппаратурного процесса необходимо руководствоваться следующими принципами: минимизация стоимости стадии сушки; полная безопасность процесса; обеспечение технологичности процесса.
Важнейшим источником уменьшения себестоимости высушиваемого продукта является интенсификация процесса сушки, т.е. эффективное использование объема сушилки [84].
