Введение к работе
Актуальность темы. Тепловая обработка семян и продовольственного зерна в сельскохозяйственном производстве – одна из наиболее энергоемких операций. Она обеспечивает возможность длительного хранения готовой продукции, а также эффективную предварительную обработку зернового сырья для большинства технологических операций процесса производства и переработки сельскохозяйственной продукции.
В настоящее время для тепловой обработки зерна чаще всего применяют устройства конвективного типа. В качестве топлива в них используют природный газ или светлые виды жидкого нефтяного топлива. Однако такие устройства относительно энергозатратны и не всегда обеспечивают должного качества готового продукта. В современных зарубежных и отечественных устройствах шахтного и колонкового типа затраты теплоты на 1 кг испаренной влаги превышают 5000…6000 кДж. Кроме того, при использовании существующих устройств конвективного типа наблюдается пересушивание зерна и растрескивание его поверхностных слоев вследствие большой неравномерности и инертности нагрева зерна в процессе обработки.
Наряду с отечественными производителями сельскохозяйственной техники более десятка иностранных фирм представляют свое оборудование для тепловой обработки зерна на российском рынке. Однако импортная техника адаптирована под европейские условия производства, переработки и хранения зерна, которые отличаются от условий российского производства. Чтобы довести зерно российских производителей до базисных кондиций, используя импортную технику, требуется несколько раз выполнять одну и ту же операцию, нарушая при этом поточность всего процесса, а, вследствие, и повышая затраты энергии на этот процесс. Таким образом, создание энергосберегающих средств механизации послеуборочной тепловой обработки зерна, адаптированных к условиям российского сельскохозяйственного производства, является актуальной и важной научно-технической задачей. Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР Ульяновской ГСХА на 2006-2010 г.г. «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго- и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства» (регистрационный номер 01.200.600147).
Цель исследований - повышение эффективности процесса тепловой обработки зерна путём разработки и обоснования конструкции устройства для тепловой обработки с определением оптимальных параметров и режимов его работы, обеспечивающих снижение затрат энергии, а также требуемое качество готового продукта при заданной пропускной способности.
Объект исследования - технологический процесс тепловой обработки зерна.
Предмет исследования - технологические параметры процесса тепловой обработки зерна и конструктивно-режимные параметры средства механизации этого процесса.
Методика исследований. В теоретических исследованиях применены методы системного анализа и синтеза, имитационного моделирования, положения теории тепломассопереноса и теории сушки коллоидных капилярнопористых тел, а также использованы положения и методы классической механики и математики. Экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях проводились в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ и разработанными частными методиками. Полученные экспериментальные данные обрабатывали методами математической статистики с применением ПЭВМ.
Научная новизна работы. Разработана конструкция устройства для тепловой обработки зерна комбинированного (контактно-конвективного) типа.
Обоснованы конструктивные параметры и режимы работы устройства для тепловой обработки зерна комбинированного типа.
Разработаны математические модели процесса тепловой обработки зерна в разработанном устройстве.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на полезные модели № 75233, № 97279 и на изобретение № 2371650.
Практическая ценность. Предложенное устройство может применяться в технологических процессах сушки свежеубранного зерна, подготовки семян к посеву, в технологиях переработки зерна в муку и крупы, а также в технологиях тепловой обработки зерна при производстве концентрированных кормов для сельскохозяйственных животных. Применение разработанного устройства позволяет получить готовый продукт с требуемым стандартами качеством при удельных затратах теплоты 4,1 МДж/кгвлаги, что ниже на 16,3 % по сравнению с сушильной установкой СЗ-0,3.
Использование разработанного устройства в режиме обжаривания зерна позволяет получить годовой экономический эффект 127203,7 руб. или 7,92 руб. на 1 кг прироста живой массы поросенка. При сушке зерна экономический эффект составляет 151,2 рубля на 1 т продукции.
Реализация результатов исследований. Устройство для тепловой обработки зерна было исследовано и внедрено в производство в ООО «Ульяновская Нива» Чердаклинского района Ульяновской области, где оно применялось для сушки зерна, и агрофирме «АГРОИНВЕСТ» Кузоватовского района Ульяновской области, где оно применялось для обжаривания зерна ячменя, входящего в состав полнорационных комбикормов для поросят-сосунов.
Апробация работы. Основные научные положения диссертационной работы, доложены, обсуждены и одобрены на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития агропромышленного комплекса России» (Московский ГАУ им. В.П. Горячкина, 2008 г.), на Международной научно-практической конференции «Использование инновационных технологий для решения проблем АПК в современных условиях» (Волгоградская ГСХА, 2009 г.), на научно-практической конференции «Инновационные технологии в растениеводстве» (Мичуринский ГАУ, 2009 г.), на Международной научно-практической конференции «Развитие инновационного потенциала агропромышленного производства, науки и аграрного образования» (Донской ГАУ, 2009 г.), на всероссийской конференции с международным участием в рамках XIX Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2009» «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК» (Башкирский ГАУ, 2009 г.), на Международных научно-практических конференциях «Актуальные вопросы аграрной науки и образования» (Ульяновская ГСХА, 2009-2010 г.г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (Мордовский ГУ им. Н.П. Огарева, 2009 г.), на Международной научно-практической конференции «Наука о проблемах инновационного развития АПК» (Великолукская ГСХА, 2010 г.).
Публикации. По основным положениям диссертационной работы опубликовано 20 научных работ, в том числе 2 патента РФ на полезные модели и 1 патент на изобретение, 2 работы – в перечне изданий, рекомендованных ВАК РФ. Общий объем опубликованных работ составляет 6,8 п.л., из них автору принадлежит 2,4 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и общих выводов. Работа изложена на 178 с, содержит 50 рисунков, 11 табл. и приложение на 52 с. Список литературы включает 179 наименований, в том числе 26 - на иностранных языках.
