Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние мирового и россий ского производства зерна 11
1.1. Краткий анализ мирового (зернопроизводящие страны) и российского производства зерна 11
1.1.1. Динамика производства пшеницы в России 17
1.2. Основные характеристики и показатели качества пшеницы 20
1.2.1. Показатели качества зерна пшеницы и влияние на них процесса сушки 22
ГЛАВА 2. Современное состояние механизации сушки зерна 26
2.1. Технологические особенности и основные приемы обработки зерна 26
2.1.1. Причины снижения показателей качества пшеницы 27
2.1.2. Анализ технологических приемов сушки зерна 32
2.2. Краткий обзор и тенденции развития сушильной техники 40
2.2.1. Особенности сушки зерна за рубежом и технический уровень шахтных зерносушилок с коробами 41
2.3. Температурные режимы сушки зерна на промышленных зерносушилках 44
ГЛАВА 3. Изучение физико-технологических свойств и влияние режимов сушки на зерносмеси 52
3.1. Изучение физико-технологических свойств зерносмесей 52
3.2. Изучение влияния состава зерновой массы на сушку и качество пшеницы повышенной исходной влажности 51
3.2.1. Результаты экспериментальных исследовании по сушке зерна и зерносмесей 60
ГЛАВА 4. Результаты исследований сыпучих свойств зерна пшеницы повышенной влажности и обоснование конструктивных параметров сушилки 69
4.1. Современное состояние вопроса 69
4.2. Изучение влияния влажности зерна пшеницы на угол его естественного откоса 72
4.3. Обобщенная математическая модель для расчета оптимальной величины угла естественного откоса 77
ГЛАВА 5. Аналитические и экспериментальные исследования термо-технологических приемов сушки зерна пшеницы 82
5.1. Методика графоаналитического расчета термо-режимов сушки зерна пшеницы в плотном неподвижном и вертикальном перемещаемом слоях 83
5.2. Экспериментально-эксплуатационное изучение кинетики сушки зерна пшеницы 88
5.2.1. Лабораторно-хозяйственные исследования сушки пшеницы на сушилке С-20 90
ГЛАВА 6. Экспериментальное изучение хлебопекарных качеств зерна пшеницы, высушенной на сушилке С-20 96
6.1. Краткая методика подготовки зерна к лабораторному помолу 101
6.2. Описание и методика помола зерна на мельнице ЛМ-8004 103
6.3. Методика расчета эффекта смесительной ценности муки и 105 обработки результатов исследований
6.4. Результаты лабораторных исследований по составлению смесей муки и выпечке хлеба 107
6.5. Заключение 115
ГЛАВА 7. Практическая реализация результатов исследований 117
7.1. Результаты работы сушильного отделения зернопункта ЗАО «Колхоз Уваровский» 117
7.2. Определение экономической эффективности от работы сушилки С-20 на продовольственном зерне пшеницы 123
7.3. Рекомендации по термо-технологическим приемам сушки зерна пшеницы на сушилках типа «С» 125
Общие выводы и рекомендации 127
Литература 129
Приложения 144
- Основные характеристики и показатели качества пшеницы
- Особенности сушки зерна за рубежом и технический уровень шахтных зерносушилок с коробами
- Обобщенная математическая модель для расчета оптимальной величины угла естественного откоса
- Экспериментально-эксплуатационное изучение кинетики сушки зерна пшеницы
Введение к работе
Качество зерна, производимого в России, в значительной степени зависит от одного из наиболее энергонасыщенных технологических процессов при его производстве. Этим процессом является сушка зерна, на которую приходится до 60%» энергозатрат [150]. В России ежегодно необходимо подвергать сушке до 81%» убираемого зерна (см. таблицу). Исследованиями установлено [4], что основные его потери (2/3) и снижение качества происходит из-за отсутствия или плохого технического оснащения послеуборочной обработки урожая у зернопроизводителеи. Можно предположить, что для снижения потерь и энергозатрат, сохранности и улучшения качества зерна у зернопроизводителеи, а также зернопереработчиков, необходимо иметь парк зерносушилок, обеспечивающий в агросроки сушку всего валового сбора зерна до кондиции по влажности (14...15%). При этом значительное количество в этом парке должны занять зерносушилки непрерывного действия высокой производительности, способные обрабатывать, без снижения качества зерна товарного (продовольственного) назначения, объемы урожая до десятков тысяч тонн в сезон.
Таблица. Зависимость валового сбора урожая от влажности зерна [74]
В настоящее время в стране такой зерносушильный парк практически отсутствует. Это связано с несколькими причинами, которые сложились в XX веке. Одна из них, специфика количественного наличия и распределения технологических процессов в системе послеуборочной обработки и хранения урожая. Другая, разделение зерна по назначению (семенное, продовольственное и продовольственно-фуражное). Третья, ограниченные производительности зерно-
б сушилок: максимальная у зернопроизводителей до 20 т/ч и минимальная у зер-нопереработчиков 24 т/ч.
Специфика распределения технологических процессов послеуборочной обработки и хранения зерна заключались в следующем. Производители зерна подрабатывали 100% валового сбора урожая. Из него 60%, в виде семян и продовольственно-фуражного зерна, оставляли на собственные нужды, а остальные 40%, отправляли на дальнейшею обработку (госзаказ) на элеваторы. Последние, доводили зерно до продовольственных кондиций и оставляли его на длительное хранение или переработку. При этом у зернопроизводителей сушилки промышленного изготовления работали поточно с влагосъемом до 6% за один проход. На элеваторах до 4%. При таких ограничениях в тех и других условиях, зерносушилки не могли обеспечить сушку зерна поточно при влажности более 20%. Это приводило и приводит (где они еще эксплуатируются) к неоправданным энергозатратам,, снижению качества и повышению потерь зерна.
Разграничение зерна по назначению также отражалось, а в современных условиях существенно отражается, на отмеченных негативных явлениях. Это связано с тем, что по агротехническим требованиям семенное зерно требует пониженных температурных режимов («мягких») сушки, продовольственное более высоких, а продовольственно-фуражное можно сушить на 5...8С выше предельно-допустимых температур нагрева зерна. У производителя зерна промышленные зерносушилки могли выполнить (выполняют) все эти требования, но, как уже отмечалось, при ограниченных влагосъеме и максимальной производительности. На элеваторных зерносушилках можно выполнять только один режим сушки - продовольственный и то при максимальной исходной влажности зерна до 19%. В условиях, когда в стране полностью отсутствует разветвленная система послеуборочной обработки зерна, о чем изложено ранее, возник дефицит в зерносушильной технике, способной обеспечить после сушки гарантированное качество зерна при любой его исходной влажности.
Отмеченное и ограниченные возможности зерносушилок прошлого поколения по влагосъему, в настоящих условиях реформирования агропромышлен-
ного сектора, не позволяют (где зерносушилки есть) увеличить объемы сушки зерна, что отражается на перспективе экономического развития того или иного предприятия, связанного с производством и переработкой зерна. Закупка и строительство новых зерносушилок требует значительных финансовых затрат, что не каждому предприятию возможно реализовать. Однако необходимо отметить, что в перспективе все равно будет обновляться сушильная техника на предприятиях, специализирующихся на зерне. Поэтому, для рациональной и эффективной эксплуатации зерносушилок необходимо разработать и иметь рекомендации по режимам сушки, способным сократить энергозатраты и потери зерна, а также гарантировать его качество в соответствии с назначением и нормативными требованиями.
Проведенный нами анализ (глава 2) литературных источников по фактическому качеству перерабатываемого зерна на мукомольных заводах России показывает, что, в общем, происходит ухудшение технологических свойств продовольственного зерна. На хлебопекарные предприятия ежегодно поступают значительные объемы муки с пониженными хлебопекарными свойствами, которые характеризуются низким содержанием и неудовлетворительным качеством клейковины. Необходимо отметить, что на снижение качества влияют, как, например, пониженная или повышенная ферментативная активность зерна, так и его пересушивание. Для улучшения качества выпекаемого хлеба многие его производители используют муку из единой партии зерна, а не из смеси различных сортов муки, с использованием в ней различных улучшителей. Такое решение производственной проблемы выпечки качественного хлеба должно быть неразрывно связано с мукой, полученной из товарного зерна высокого качества.
В последние годы в нашей стране получает распространение технология выпечки хлеба не из муки, а из цельного зерна пшеницы и ржи [115]. Использование этой технологии в практике питания вызвано повышенной ценностью хлеба, так как в готовые изделия переходят ценные аминокислоты зерна. При этом к качеству зерна предъявляются нормативные требования в соответствии с
ГОСТ 9353-90. Однако, такая технология выпечки хлеба в значительной степени, чем выпечка из муки, влияет на медицинскую и гигиеническую безопасность здоровья людей, т.к. она во многом зависит от температурных режимов сушки зерна и вида агента сушки (подогретый воздух или газовоздушная смесь) [2, 25, 41, 84]. В этой связи качество зерна после сушки должно обеспечивать выпечку хлеба по новой технологии в соответствии с требованиями, обеспечивающие безопасные правила питания.
Таким образом, изложенное позволяет заключить, что, производство высококачественного зерна, качество муки, крупы и хлеба во многом зависят от применяемой техники для послеуборочной обработки, в том числе и сушки. Выпускаемые в настоящее время в небольших количествах сушилки имеют целый ряд недостатков, в том числе они неэффективны при использовании на зерне повышенной (более 22%) влажности. Поэтому внедрение в хозяйствах шахтных зерносушилок (типа «С»), позволяющих производить процесс сушки за один проход зерна через сушилку и обеспечивающих значительное снижение затрат и уменьшение потерь, является перспективным.
Теоретическое и экспериментальное обоснование режимов сушки и параметров работы шахтных сушилок типа «С» приведено в работах Жукова М.А., Эрдынеева СБ. и Сапожникова В.Д.. [75, 158, 181]. Однако, в их исследованиях не изучены технико-технологические возможности этих сушилок при обработке зерна повышенной влажности. Не изучено таюже влияние высушенного зерна на качество конечной продукции, например, качество хлеба. Поэтому решение задач по обоснованию термо-технологических параметров сушки пшеницы повышенной влажности на шахтных зерносушилках типа «С» весьма актуально и имеет важное народно-хозяйственное значение.
Целью работы является — обоснование термо-технологических приемов сушки зерна пшеницы повышенной влажности на сушилках типа «С».
Объектами исследований являются зерно пшеницы повышенной влажности; лабораторные установки для изучения угла естественного откоса и суш-
ки зерна; термо-технологические приемы сушки пшеницы на сушилке С-20, мука и хлеб из нее.
Методика исследований. В аналитических исследованиях применен графоаналитический метод обоснования термо-режимов сушки зерна. Экспериментальные исследования проводились с использованием специальных лабораторных установок и на эксплуатируемых в хозяйствах сушилках С-20. Для обработки результатов опытов применялись методы математической статистики. При проведении экспериментальных исследований и определении качественных показателей зерна использовались государственные и отраслевые стандарты, а также частные методики, разработанные в ОАО «ВИСХОМ».
Научную новизну работы составляют:
сушка пшеницы повышенной влажности (более 22%) за один проход в
шахтной сушилке с переводом зоны охлаждения в сушильную зону и
выносом процесса охлаждения в бункера активного вентилирования;
> математическая модель в виде уравнения регрессии, связывающая сыпучесть материала с параметрами сушилки и влажностью зерновой массы;
Практическую ценность работы представляют:
параметры модифицированной конструкции зерносушилки;
термо-режимы и схема работы зерносушилки, применяемые для сушки зерна повышенной влажности;
применение метода хлебопекарной оценки для определения качества высушенного зерна.
Реализация результатов исследования. Результаты исследований приняты и используются ЗАО «Агропромтехника» (г. Киров), ОАО «Котельнич-ский ремонтно-механический завод» (г. Котельнич, Кировской обл.) и ЗАО «СКВ по сушилкам «Брянсксельмаш» в конструкциях выпускаемой сушильной техники. Что позволило на товарном зерне пшеницы увеличить производительность сушилки С-20 на 20% без снижения качества зерна. По рекомендуемой схеме две модифицированные сушилки С-20 с 2003 года эксплуатируются в хо-
зяйствах «Средне Ивкино» (Верхошиженский район, Кировской области) и «Колхозе Уваровский» (Можайский район, Московской области).
Апробация работы. Материалы диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях в МСХА им. К.А. Тимирязева (г. Москва, 2001 и 2002 гг.); МГУ пищевых производств (г. Москва, 2002 г.); Таврической Державной агротехнологической академии (Украина, г. Мелитополь, 2003 г.); Восточно-Сибирском государственном технологическом университете (Республика Бурятия, г, Улан-Удэ, 2003 г.); на секциях НТС ОАО «ВИС-ХОМ» (2002 и 2003 гг.); на техническом совете ЗАО «Агропромтехника» (г. Киров, 2002 и 2003 гг.); на секции НТС ГНУ ВНИИЗ (г. Москва, 2003 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы из 196 наименований, в т.ч. 10 на иностранном языке, и 18 приложений. Общий объем работы насчитывает 200 страниц компьютерного текста, включая 49 рисунков и 19 таблиц.
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
обзор существующих приемов сушки;
экспериментально-теоретическое обоснование параметров конструкции зерносушилки в зависимости от особенностей зерновой массы;
методика определения с помощью номограммы термо-режимов работы шахтных сушилок на зерне повышенной влажности;
обоснование новой схемы работы шахтной зерносушилки на зерне повышенной влажности;
J* результаты производственных испытаний сушки зерна повышенной влажности с использованием рекомендуемых термо-технологических приемов на шахтных сушилках типа «С».
п ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МИРОВОГО И РОССИЙСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ЗЕРНА
Продовольственная безопасность многих зернопроизводящих стран в значительной мере определяется объемами собираемого зернового урожая, необходимого для формирования гарантированных фондов зернопродуктов для питания населения и обеспечения животноводства кормовым зерном. Кризисное состояние зернового хозяйства России объясняется низким технологическим и техническим уровнем всего цикла работ по производству зерна, ограниченностью материальных и финансовых возможностей зернопроизводитей. Указанное привело к тому, что в настоящее время затраты энергии на производство центнера зерна в 4...5, а затраты труда в 10 раз больше, чем, например, о США [98]. В то же время опыт передовых хозяйств России показывает, что производство высококачественного зерна, особенно семян, является довольно рентабельным - уровень рентабельности не ниже 40%. В ближайшие годы можно прогнозировать рост спроса на новую технику для обработки, хранения и переработки зерна. Стабильное увеличение спроса на эту технику возможно при динамике увеличения валовых сборов и объемов переработки зерна в стране. В этом случае, анализ состояния с производством зерна в мире и России позволяет составить некоторый прогноз на перспективный спрос зерносушильнои техники в нашей стране для сушки товарного зерна пшеницы.
1.1. Краткий анализ мирового (зернопроизводящие страны) и российского производства зерна
Данные по производству зерна в некоторых странах мира и России взяты из отчетов специалистов ФАО при ООН [81, 187] и каталогов Госком РФ по статистике [164]. На рис. 1.1 и 1.2 показана динамика производства зерна в ряде стран, республиках СНГ и континентах (Африке и Австралии). Анализ приведенных данных показывает, что производство зерна, за период более чем
10000Q
г— со со о *~ см <о
(рЮШ
сп ел en en > сп сп сп ел сп сп сп сп сп сп си сп сп си сп о> о сп ел со
тхЮ*
8*- гм Q О спспспснспооо
-— Африка *-США *~ Канада *— Китай «-Германия а—Франция *- Англия
года
Рис. 1.1. Динамика производства зерна в некоторых странах и Африке (по данным ФАО)
тх10л
Австралия
Эфиопия
Швеция
Финляндия
Индия
СССР
Россия
Украина
Казахстан
адоооо
'(МП'*1'! (О Ц) ю ф <Ъ (П О) О) о) О)
NOOOi-NW*ess(OClQT-«MVIO(ON«)OIOi-«M
5 W
от от от а> ОТ
ОТ ОТ ОТ ОТ от
_ „года
8 S
Рис. 1.2. Производство зерна в республиках СНГ, Австралии и некоторых странах (по данным ФАО)
в 35 лет, у большинства стран находится практически на одном уровне. Положительная и относительно равномерная динамика роста за эти годы наблюдается у Китая, Индии, Франции, Германии и Австралии. В этих странах соответственно рост составил у первых двух стран почти 3,0; 2,2 и остальных 2,0 раза. В республиках СНГ имеет место спад производства зерна. Нестабильность производства наблюдается в США (по-видимому, она связана со спросом зерна на рынке и объемом производства в предыдущие годы), но также как и в Африке, где имеет место стабильный рост производства, за отмеченный период наблюдается увеличение его почти в 2 раза.
На рис. 1.3 и 1.4, за тот же период, показана динамика производства зерна в перечисленных странах и континентах на душу их населения. Известно, что продовольственная безопасность стран обеспечивается при производстве 1000 кг зерна на душу населения. Анализ проведенных данных показывает, что всего четыре страны в мире (Австралия, Канада, США и Франция) производят зерна в соответствии с этим показателем или превышают его. В 1992 и 1993 годах этот показатель был выше и у Казахстана, но в последние годы он снизился почти в 4,5 раза.
Потенциально Россия является одной из крупнейших зернопроизводящих стран мира. Однако, в последние годы наблюдается снижение валовых сборов как в результате сокращения посевных площадей, так и снижения урожайности (табл. 1.1), Это объясняет и общее ухудшение ситуации в АПК страны. С 1997 года прекращены поставки зерна в Федеральный фонд. В валовом сборе зерна пшеница составляет 47...56% (в Сибири 60...70%), ячмень и овес - 23...31%, рожь — 6,5...8,5%, кукуруза на зерно - 1,6...3,0%, зернобобовые - 2,0...3,5%, крупяные (просо, гречиха, рис) - 2,0...2,7%, т.е. основной зерновой культурой в стране является пшеница (озимая и яровая). Не изменились сложившиеся условия и до настоящего времени.
ч- CN PJ О щ ш о> oi оз
ONeOlQi-IMfltieiONiOeiOi-MnViniDSeiBOrNftTtlOIDNMOlO
»- см года
Африка
Канада -Китай Германия Франция -Англия
Рис.1.3. Динамика производства зерна на душу населения в некоторых странах и Африке (по данным ФАО)
10О0-
кг/чел
-«—Австралия -— Эфиопия -Я-Швеция *— Финляндия -о— Индия *-СССР -Россия -*— Украина -+— Казахстан
SSSSS$SSSK|v|4|4f-f-f'r4'4f-««l»oo»SbBfflO(i)Siii3KmSmmooQ ГОДЭ
— гмтчсч
Рис.1.4. Динамика производства зерна на душу населения в республиках СНГ, Австралии и
некоторых странах (по данным ФАО)
Таблица 1.1.
Производство зерна в РФ (в хозяйствах всех категорий) [7,8,154,187]
1.1.1. Динамика производства пшеницы в России
Результаты статистического анализа[29, 128, 129, 130, 131, 144, 145, 154,
155] производства пшеницы по годам и пятилетним периодам (табл. 1.2) пока
зал, что посевные площади под эту культуру по годам были задействованы в
разных объемах. При этом по пятилеткам имела место тенденция к снижению
площадей посева пшеницы. Так, с периода 1980...1984 гг. (средняя площадь
29,5 млн. га), к периоду 1990...1994 гг. она составила 23,7 млн. га и к периоду
1995...1998 гг. увеличилась до 25,6 млн. га, но не достигла отсчетного периода
посевных площадей 1980...1984 гг., среднее сокращение составило 13,2%. В
тоже время видна нестабильность использования площадей, как под яровую,
так и под озимую пшеницу, максимальное значение, которых соответственно
составило: 22,9 и 11,1 млн. га (1980 г.), а минимальное: 13,5 (1998 г.) и 6,9 млн.
га (1987 г.). Это привело к сокращению посевных площадей для яровой пшени-
^ цы примерно на 60%, а для озимой — на 62%.
Средняя урожайность и валовой сбор, за рассматриваемый период, не имеет устойчивой тенденции. Для яровой пшеницы максимальная урожайность 16,7 ц/га была ВІ986 г., а минимальная — 7,6 ц/га в 1998 г., что составило сни-
жение урожайности в 2,2 раза. Для озимой пшеницы соответственно: 33,7 (1990 г.) и 16,1 ц/га (1998 г.) т.е. снижение в 2,1 раза. В тоже время средняя урожайность по пятилетиям для яровой пшеницы имела минимальное значение 11,2 (1990...1994 гг.) и максимальное- 13,4 ц/га (1985...1989 гг.), а озимой соответственно 17,8 (1995...1999 гг.) и 27,2 ц/га (1990...1994 гг.).
Таблица 1.2.
Возделывание и производство пшеницы в России с 1980 по 2001 г.г.
Общий валовой сбор по годам составил: минимальный 27,0 (1998 г.) и максимальный 51,0 млн. тонн (1986 г.), и по периодам: минимальный 33,1 млн. тонн (1995...1998 гг.) и максимальный 44,5 млн, тонн (1985...1989 гг.). При
этом валово:й сбор по годам для яровой пшеницы был минимальным ВІ991 г. -13,1, а максимальным в 1986 г.— 29,1 млн, тонн; и по пятилетним периодам соответственно: 15,8 (1990...1994 гг.) и 23,6 млн. тонн (1980...1984 гг.). Для озимой пшеницы этот показатель соответственно составлял: 13,3 (1998 г.), 32,8 (1990 г.) и 16,1 (1995..Л998 гг.), 26,2 млн. тонн (1990...1994 гг.).
Приведенные материалы позволяют заключить, что за рассматриваемый период (1980...1998 гг.) самый неурожайный год был 1998, валовой сбор пшеницы составил 27,0 млн. тонн, а урожайность озимой - 16,1 и яровой - 7,6 ц/га. Относительно к самому урожайному году 1986 (валовой сбор 51,0 млн. тонн) уменьшение объема валового сбора составило 1,9 раза. Урожайность озимой пшеницы относительно яровой в рассматриваемый период по годам всегда была выше почти в 2 раза. Снижение посевных площадей под эти культуры не превышало 20% и составляло минимальное значение 13,2 (в период 1995... 1998 гг.) и максимальное - 19,7% (в период 1990... 1994 гг.).
Наибольшее увеличение посевной площади пшеницы в 2001 г. отмечается в Ростовской (+46,8%) и Волгоградской (+41,2%). В 2001 г. более чем в 2 раза в сравнении с предыдущим годом увеличили валовой сбор пшеницы Омская, Волгоградская и Ростовская области. Значительно (от 70 до 80%) увеличился валовой сбор пшеницы в Липецкой и Воронежской областях, и в Республике Татарстан. Самое значительное увеличение урожайности пшеницы в сравнении с 2000 г. отмечается во всех регионах Центрального Черноземья; Липецкая (+81%), Белгородская (+53%), Тамбовская (+52%), Курская (+39%) области, в отдельных регионах Поволжья, Урала и Западной Сибири. Из регионов Северного Кавказа наибольшее увеличение урожайности пшеницы - в Ростовской области (+37%о). Снизилась урожайность пшеницы в Алтайском крае и Оренбургской области. Эти два региона входят в первые 10 регионов страны по валовому сбору пшеницы и занимают два первых места по ее посевной площади. В то же время урожайность пшеницы в них составляет от среднего российского значения 65% и 47% соответственно.
В 2001 г. Госхлебинспекция обследовала [29] в целом по России около 55% валового сбора пшеницы в первоначально приходной массе. Ими определено, что 20 регионов России (по валовому сбору пшеницы), обеспечивают в сумме 38,7 млн. тонн или 82,5% от всего валового сбора пшеницы. Из этого объема продовольственная пшеница составляет 72,4% или 28 млн. тонн. В том числе: сильная и ценная пшеница - 36% или 13,9 млн. тонн, продовольственная пшеница 4 класса — 36,3% или 14,0 млн. тонн. Таким образом, можно предположить, что в ближайшей перспективе снижение производства пшеницы в стране не предвидится. При таком прогнозе следует ожидать увеличение спроса на зерносушильную технику.
1.2. Основные характеристики и показатели качества пшеницы
В настоящее время сложилось в основном три отношения или требования к качеству зерна. Так, у производителя осталось, как и прежде, одно требование, - лишь бы получить кондиционное по влажности и засоренности зерно, не зависимо от его исходного состояния. На элеваторно-складских предприятиях, - обеспечить стандартизированные (ГОСТ) требования по выходу зерна для переработчиков. И третье, большей частью, особенно предприятия мелкого бизнеса, закупают зерно непосредственно у зернопроизводителей особо не претендуя на его качество. Да, и многие элеваторно-складские предприятия арендуют пахотные земли, а урожай непосредственно с поля перевозят к себе для дальнейшей его послеуборочной обработки и хранения.
Все отмеченное не имеет единого и законченного технологического цикла по обеспечению выполнения требований к качеству зерна, предназначенного для переработки в продукты питания. В прошлом нормативные требования к качеству выполнялись благодаря последовательной системе обработки зерна от производителя до переработчика. Эта система для производителей, как уже отмечалось, предусматривала только предварительную послеуборочную обработку зерна, элеваторно-складская отрасль обеспечивала нормативные требования
по приему зерна от производителей и доведения его качества для длительного хранения. У переработчиков зерно подрабатывалось до норм, соответствующих качеству конечной продукции из него, В современных условиях, когда описанная система в России отсутствует, а нормативные требования к качеству зерна, используемого для переработки не отменены, выполнить их весьма затруднительно. В этой связи возможность сохранности или получения нормативных показателей качества и характеристик пшеницы, за счет правильных режимов ее сушки на высокопроизводительных сушилках, требует соответствующий оценки этих норм, как по зерну, так и получаемой из него продукции, например, хлеба.
В соответствии с действующим ГОСТом 9353-90 «Пшеница. Требования при заготовках и поставках» пшеница делится на типы и подтипы (Приложение 1). Этим же ГОСТом установлены единые показатели и нормы для всей товарной пшеницы без учета ее дальнейшего целевого использования. По товарной классификации использованная в продуктах питания пшеница подразделяется на 6 классов: высший, 1, 2, 3, 4, 5-й. Мягкая пшеница всех классов, кроме 5-го, предназначена для продовольственных, а 5-го для не продовольственных целей. В основе товарной классификации мягкой пшеницы положены показатели качества и характеристики, в которые входят: типовой состав, цвет зерна (обесцвеченность), запах, натура, количество и качество клейковины, стекловидность, число падения, содержание проросших, испорченных и фуза-риозных зерен. Характеристика показателей, определяющих класс зерна, представлена в Приложении 2. Высший, 1 и 2 класс мягкой пшеницы, с их высокими показателями по количеству и качеству клейковины, используются как улуч-шители при составлении помольных партий зерна. Ограничительные нормы качества мягкой пшеницы 3-го класса соответствует требованиям пшеницы, направляемой на переработку в муку без улучшителей, при обеспечении выработки муки и получении из неё хлеба и хлебобулочных изделий стандартного качества. Пшеница мягкая 4-го класса, направляемая на продовольственные цели, требует добавки улучшителей.
1.2.1. Показатели качества зерна пшеницы и влияние на них процесса сушки
Зависимость показателей качества зерна пшеницы от режимов ее сушки, особенно для зерносушилок непрерывного действия, в известной литературе изложена весьма ограниченно [127]. В этой связи анализ основных показателей качества может являться базой для разработки рекомендаций по термотехнологическим режимам сушки пшеницы в таких зерносушилках.
К основным показателями товарного зерна относятся: натура, стекловид-ность, влажность, засоренность, массовая доля и качество клейковины, мукомольные свойства зерна, а также число падения и физические свойства теста. Из перечисленных показателей, влияющих на расчет конструкций зерносушилок и обоснование режимов сушки, можно выделить натуру, влажность и качество клейковины. Кроме этого, отметим, что в совокупности перечисленные показатели оказывают существенное влияние на пищевые свойства пшеницы, технологические процессы сушки и экономические факторы при реализации зерна. В этой связи целесообразно рассмотреть каждый из перечисленных показателей с учетом их зависимости от технологичеко-конструктивных параметров зерносушилок.
Натура зерна. В работе [94] отмечается, что натура зависит от формы, выравненности и температуры зерна, района произрастания, сорта и погодных условий. Поэтому, этот показатель однозначно не отражает мукомольные достоинства пшеницы. В тоже время натура, т.е. максимальные ее значения, напрямую влияют на габаритные размеры сушильных шахт зерносушилок и емкостей зернохранилищ и другого оборудования технологической линий по послеуборочной обработке зерна.
Стекловидность. Этот показатель отражает основные технологические свойства зерна, определяющие режим подготовки его к помолу. Зерно мягких пшениц делят на 3 группы стекловидности: низкостекловидные — менее40%, сред нестекловидные - от 40 до 60% и высокостекловидные - выше 60% [94]. Из низкостекловидной пшеницы трудно выработать муку с хорошими хлебопе-
карными свойствами. Исследованиями [ПО] установлено, что стекловидность в зерне изменяется в зависимости от регионов произрастания, сорта и погодных условий.
Влажность. Этот показатель у специалистов считается одним из главных признаков качества, т.к. содержание воды в зерне необходимо знать на всех этапах его производства, обработки, сушки, хранения и переработки. При высокой влажности зерно плохо сохраняется, что приводит к значительным его потерям. От содержания влаги в зерне зависят затраты энергии на его обработку и переработку, выход готовой продукции и ее качество. Оптимальная влажность зерна для переработки в муку, с учетом типа пшеницы и стекловидно сти, составляет 14,5 — 16,5%. В работе [110] отмечается, что смешивать партии зерна разной влажности не рекомендуется, так как эти партии обладают разной физиологической активностью. На практике, например, у производителей зерна, влажность его может быть 30 и более процентов. Чтобы довести его до требуемых кондиций по влажности, необходимо затратить значительное количество тепловой энергии на сушку.
Засоренность зерна. Все примеси, одни в большей, а другие в меньшей степени, отрицательно сказываются на качестве продуктов, получаемых из зерна. Примеси снижают выход муки при переработке и ухудшают ее качество, отрицательно влияют на сохранность зерновых масс. При производстве пищевых продуктов из зерна особое внимание уделяют вредным примесям, опасным для здоровья человека и животных. К таким примесям относятся: спорынья, головня, угрица, горчак ползучий и розовый, плевел и другие. На все перечисленные примеси имеются жесткие нормативные требования: [94, ПО]. Кроме этого, при сушке сильно засоренное зерно создает плохие гигиенические условия работы для обслуживающего персонала и способствует увеличению пожароопасных ситуаций.
Массовая доля и качество клейковины. Исследованиями установлено [94,110,111,165], что количество и качество клейковины в пшенице зависит от комплекса факторов, к которому относится: наследственные особенности сорта,
почвенно-климатические условия выращивания, агротехника возделывания, повреждения зерна пшеницы клопом-черепашкой, условия уборки урожая, неблагоприятные воздействия в период послеуборочной обработки и хранения. Необходимо отметить [110], что Россия располагает огромными территориями, благоприятными для выращивания высококачественного зерна. Это степные районы Западной Сибири, Южного Урала, Поволжья, Северного Кавказа, а также некоторые области Центрально-Черноземной зоны. Замечена тенденция [165], что чем лучше качество клейковины и чем ее больше, тем выше качество зерна и тем дороже ценится она на мировом хлебном рынке. Государственные испытания зерносушилок С-10 и С-20 (производства ЗАО «Агропромтехника») показали, что они не только сохраняют качество клейковины, но и в результате сушки улучшают ее [132, 133, 134, 135, 136]. Характеристики клейковины в зависимости от ее показателей приведены в Приложении 3.
Мукомольные свойства зерна. Их характеризует комплекс технологических показателей: количество и качество извлеченных крупок и дустов, степень вымалываемости оболочек, общий выход муки и ее качество, выход и качество муки высоких сортов, расход энергии на выработку одной тонны муки. Как уже отмечалось эти показатели, в свою очередь, зависят от относительного содержания составных частей зерна, стекловидности, натуры и т.д. [26]. Мукомольная оценка обязательна с точки зрения определения экономической эффективности переработки зерна в муку. Замечено, [38] что, чем выше вымалывающая способность, тем больше общий выход муки при переработке. Однако, влияние термо-технологичеких режимов сушки на мукомольные свойства зерна в известной научной литературе нам не встречалось, но классификационные нормы хлебопекарного качества пшеницы обозначаются (Приложение 4) [118].
Хлебопекарная оценка. Основными критериями хлебопекарных свойств муки являются ее газообразующая и газоудерживающая способности, объемный выход и формоустойчивость хлеба. Хлебопекарное качество обычно оценивают [15, 69] пробной выпечкой формового хлеба по объемному выходу из определенного количества муки и подового хлеба по формоустойчивости. При
этом учитывают внешний вид, толщину корки, пористость мякиша, кислотность, вкус и запах хлеба [124].
При пробной выпечке, в зависимости от веса образца муки, используется один из трех методов это: макрометод, при навеске муки более 500 г, (стандартный метод — масса навески 1000 г); полумакрометод, при навеске муки 50-500 г и микрометод, при навеске - 50 г, которые подразделяются еще на две группы по рецептуре теста: выпечка без добавления сахара и с добавлением сахара или сахара и бромата калия. Объемный выход хлеба из сильной муки должен быть не менее 450 мл, а отношение высоты к диаметру — не менее 0,4. Слабой считается пшеница с объемным выходом хлеба 350 см3/100 г муки и ниже или отношение высоты хлеба к диаметру - 0,3 и ниже [126]. С учетом отмеченного, в нашей работе (раздел 5.4), приведены результаты пробной выпечки хлеба из зерна выращенного в Кировской и Московской областях, Краснодарском крае. Для сопоставимой оценки характеристик используемого в опытах зерна мягкой пшеницы, был проведен анализ [85, 86, 87, 88, 89, 90, 91 и др.] этих характеристик по данным «Института зерна» за период производства с 1992 по 1998 г.г. (см. Приложение 5 и 6). Из этого анализа выявлено, что зерно 2000 года имеет одинаковые характеристики по качеству и хлебопекарным свойствам, с зерном, выращенным за рассматриваемый период.
Таким образом, определение зависимости качества зерна пшеницы от режимов сушки и установление оптимальных параметров, особенно для сушилок непрерывного действия, может явиться исходным положением для обеспечения гарантированного качества продуктов питания.
Основные характеристики и показатели качества пшеницы
Зависимость показателей качества зерна пшеницы от режимов ее сушки, особенно для зерносушилок непрерывного действия, в известной литературе изложена весьма ограниченно [127]. В этой связи анализ основных показателей качества может являться базой для разработки рекомендаций по термотехнологическим режимам сушки пшеницы в таких зерносушилках.
К основным показателями товарного зерна относятся: натура, стекловид-ность, влажность, засоренность, массовая доля и качество клейковины, мукомольные свойства зерна, а также число падения и физические свойства теста. Из перечисленных показателей, влияющих на расчет конструкций зерносушилок и обоснование режимов сушки, можно выделить натуру, влажность и качество клейковины. Кроме этого, отметим, что в совокупности перечисленные показатели оказывают существенное влияние на пищевые свойства пшеницы, технологические процессы сушки и экономические факторы при реализации зерна. В этой связи целесообразно рассмотреть каждый из перечисленных показателей с учетом их зависимости от технологичеко-конструктивных параметров зерносушилок.
Натура зерна. В работе [94] отмечается, что натура зависит от формы, выравненности и температуры зерна, района произрастания, сорта и погодных условий. Поэтому, этот показатель однозначно не отражает мукомольные достоинства пшеницы. В тоже время натура, т.е. максимальные ее значения, напрямую влияют на габаритные размеры сушильных шахт зерносушилок и емкостей зернохранилищ и другого оборудования технологической линий по послеуборочной обработке зерна.
Стекловидность. Этот показатель отражает основные технологические свойства зерна, определяющие режим подготовки его к помолу. Зерно мягких пшениц делят на 3 группы стекловидности: низкостекловидные — менее40%, сред нестекловидные - от 40 до 60% и высокостекловидные - выше 60% [94]. Из низкостекловидной пшеницы трудно выработать муку с хорошими хлебопе карными свойствами. Исследованиями [ПО] установлено, что стекловидность в зерне изменяется в зависимости от регионов произрастания, сорта и погодных условий.
Влажность. Этот показатель у специалистов считается одним из главных признаков качества, т.к. содержание воды в зерне необходимо знать на всех этапах его производства, обработки, сушки, хранения и переработки. При высокой влажности зерно плохо сохраняется, что приводит к значительным его потерям. От содержания влаги в зерне зависят затраты энергии на его обработку и переработку, выход готовой продукции и ее качество. Оптимальная влажность зерна для переработки в муку, с учетом типа пшеницы и стекловидно сти, составляет 14,5 — 16,5%. В работе [110] отмечается, что смешивать партии зерна разной влажности не рекомендуется, так как эти партии обладают разной физиологической активностью. На практике, например, у производителей зерна, влажность его может быть 30 и более процентов. Чтобы довести его до требуемых кондиций по влажности, необходимо затратить значительное количество тепловой энергии на сушку.
Засоренность зерна. Все примеси, одни в большей, а другие в меньшей степени, отрицательно сказываются на качестве продуктов, получаемых из зерна. Примеси снижают выход муки при переработке и ухудшают ее качество, отрицательно влияют на сохранность зерновых масс. При производстве пищевых продуктов из зерна особое внимание уделяют вредным примесям, опасным для здоровья человека и животных. К таким примесям относятся: спорынья, головня, угрица, горчак ползучий и розовый, плевел и другие. На все перечисленные примеси имеются жесткие нормативные требования: [94, ПО]. Кроме этого, при сушке сильно засоренное зерно создает плохие гигиенические условия работы для обслуживающего персонала и способствует увеличению пожароопасных ситуаций.
Массовая доля и качество клейковины. Исследованиями установлено [94,110,111,165], что количество и качество клейковины в пшенице зависит от комплекса факторов, к которому относится: наследственные особенности сорта, почвенно-климатические условия выращивания, агротехника возделывания, повреждения зерна пшеницы клопом-черепашкой, условия уборки урожая, неблагоприятные воздействия в период послеуборочной обработки и хранения. Необходимо отметить [110], что Россия располагает огромными территориями, благоприятными для выращивания высококачественного зерна. Это степные районы Западной Сибири, Южного Урала, Поволжья, Северного Кавказа, а также некоторые области Центрально-Черноземной зоны. Замечена тенденция [165], что чем лучше качество клейковины и чем ее больше, тем выше качество зерна и тем дороже ценится она на мировом хлебном рынке. Государственные испытания зерносушилок С-10 и С-20 (производства ЗАО «Агропромтехника») показали, что они не только сохраняют качество клейковины, но и в результате сушки улучшают ее [132, 133, 134, 135, 136]. Характеристики клейковины в зависимости от ее показателей приведены в Приложении 3.
Мукомольные свойства зерна. Их характеризует комплекс технологических показателей: количество и качество извлеченных крупок и дустов, степень вымалываемости оболочек, общий выход муки и ее качество, выход и качество муки высоких сортов, расход энергии на выработку одной тонны муки. Как уже отмечалось эти показатели, в свою очередь, зависят от относительного содержания составных частей зерна, стекловидности, натуры и т.д. [26]. Мукомольная оценка обязательна с точки зрения определения экономической эффективности переработки зерна в муку. Замечено, [38] что, чем выше вымалывающая способность, тем больше общий выход муки при переработке. Однако, влияние термо-технологичеких режимов сушки на мукомольные свойства зерна в известной научной литературе нам не встречалось, но классификационные нормы хлебопекарного качества пшеницы обозначаются (Приложение 4) [118].
Хлебопекарная оценка. Основными критериями хлебопекарных свойств муки являются ее газообразующая и газоудерживающая способности, объемный выход и формоустойчивость хлеба. Хлебопекарное качество обычно оценивают [15, 69] пробной выпечкой формового хлеба по объемному выходу из определенного количества муки и подового хлеба по формоустойчивости. При этом учитывают внешний вид, толщину корки, пористость мякиша, кислотность, вкус и запах хлеба [124].
Особенности сушки зерна за рубежом и технический уровень шахтных зерносушилок с коробами
В последних отечественных работах [75, 158, 178, 181, 182 и др.], посвященных созданию и обоснованию конструкций зерносушилок, анализу известной отечественной и зарубежной сушильной техники посвящен значительный объем исследований. Поэтому, не вдаваясь подробно в анализ . конструкций зерносушилок, а, воспользовавшись результатами перечисленных работ, отметим только те особенности, которые потребуются для выполнения задач поставленных в наших исследованиях. Как уже отмечалось, для сушки больших масс зерна, при поточной его обработке, в нашей стане широко используются шахтные сушилки с коробами, которые отличают разнообразие конструкций, как по внешнему, так и по внутреннему исполнению. За рубежом, как и прежде, на таких сушилках высушивается до 80% требуемого сушки зерна. Однако, необходимо отметить, что за рубежом при создании конструкций зерносушилок последнего поколения было уделено значительное внимание снижению затрат тепла на сушку, которое осуществлялось по нескольким направлениям, включая как усовершенствование технологических процессов, так и самих технических средств.
Если раньше предварительная очистка зерна на фермах США практически не встречалась, то в настоящее время во многих проспектах фирм рядом с сушилками показывают зерноочистительные машины, подрабатывающие высушиваемое зерно и снижающие этим приемом непроизводительные расходы тепла. Другим приемом является исключение охладительных устройств из сушильных установок и проведение медленного охлаждения зерна в специальных емкостях, что обеспечивает его дополнительную досушку и снижение затрат тепла на 15 - 20% [189, 190, 191, 192]. Значительное распространение в современных зарубежных зерносушилках получает предварительный прогрев зерна, который производится либо в специальных отдельно стоящих устройствах («Катеко», Япония), либо непосредственно в надсушильных бункерах за счет утилизации отработанного теплоносителя.
Следует отметить, что, несмотря на наличие в технологических линиях высокопроизводительных транспортных средств, вспомогательных емкостей для зерна, что обеспечивает благоприятные условия для перевода зерносушилок на рециркуляционный способ сушки, в зарубежных конструкциях,этот способ распространения не получил. В то же время большое распространение получает рециркуляция отработанного агента сушки. С другой стороны повышение эффективности сушки в значительной степени определяется терморежимом сушки. В связи с этим прослеживается определенная тенденция повышения температурных режимов. Например, в США еще недавно оптимальной стандартной температурой сушки считалось температура 82,5С. В настоящее время, многие фирмы для выпускаемого оборудования рекомендуют температуры 105 и даже 115С. В зерносушилках французского производства также наблюдается значительное ужесточение температурных режимов, наряду с рекомендациями по применению дифференцированных режимов. Имеют место технологические схемы, когда температура агента сушки снижается по ходу движения материала, но известны схемы и с восходящими температурами (ЛСО-50, Словакия). В последнем случае разработчики основывались на той гипотезе, что сухое зерно можно нагревать до более высокой температуры без опасности его повреждения. Однако, по нашему мнению, с точки зрения повышения эффективности использования тепла в процессе сушки зерновой массы, предпочтительнее будут нисходящие температуры агента сушки, когда тепло-подвод и степень отработки агента сушки на входе влажного материала в шахту будут наибольшими, а по мере высыхания материала и снижения его влагоот-дающей способности, температуры агента сушки целесообразно снижать.
Проведенный анализ состояния с зерносушильной техникой в нашей стране [75, 158, 178, 181, 182] и за рубежом позволяет оценить технический уровень ее разработки и возможности эксплуатации. В этой связи представляет интерес сопоставление технолого-технических решений некоторых отечественных и зарубежных шахтных зерносушилках с коробами, испытанных в нашей стране или заимствованных из информационной литературы (табл.2.3). Это сопоставление показало, что зерносушилки М-819 (Польша) и ЛСО-50 (Словакия) отличают высокая удельная материалоемкость, которая в основном, связана с изготовлением их из черного металла и установкой без здания. Испытания в нашей стране зерносушилки М-819 показали, что при сушке зерна повышенной влажности (более 20%), когда необходимо осуществить несколько пропусков зерна через шахты, имеет место значительная неравномерность его нагрева, которая в некоторых случаях приводит к возгоранию объекта и снижению качества зерна [75].
Массовые показатели по зерносушилкам США и Франции свидетельствуют об их невысокой материалоемкости и, как показали испытания в нашей стране, низким съемом влаги с единицы объема зерна. Последнее объясняется невысокими температурами теплоносителя и удельными его подачами. Интересно конструктивное решение шахты зерносушилки фирмы «Seting» (Хорватия), в которой одновременно исключается неравномерность перегрева зерна, за счет установки над коробами вертикальных перегородок, и обеспечивается максимальный контроль и предупреждение возгорания зерна в шахте. Невысокая материалоемкость зерносушилки СЗШ-16А (СССР) является следствием установки ее в здании. В американских зерносушилках фирм «Aeroglide» и «Campbell» проблему рационального использования тепла при сушке решали соответственно за счет перекрестного расположения коробов в шахте и установки под коробами вертикальных перегородок, которые несколько меньше, по высоте, чем у зерносушилки «Seting» (Хорватия).
Обобщенная математическая модель для расчета оптимальной величины угла естественного откоса
Математическое описание результатов экспериментов проведено по разработанной в ВИСХОМе [180] методике описания сложных систем с использованием регрессионного анализа [31, 159]. При этом зависимая переменная Г (угол естественного откоса а) связывается функциональным отношением с параметрами системы (лу) уравнением регрессии,
Математически уравнение регрессии записывается в следующем вид:
? = ХВ +Ё, (4.3) где Х - детерминированная основа модели; Е - вектор остатков; X— матрица нормированных проектных параметров системы или матрица плана; В — вектор неизвестных коэффициентов уравнения, подлежащих определению; Y вектор значений зависимой переменной. Матрица плана X и вектор Y имеют вид: где N— число наблюдений (опытов); я — число переменных (параметров объекта). Решением этого уравнения является: В (Х ХГ1-(Х Г), (4.5) где Х Х - матрица сумм квадратов и кросспроизведений входных параметров; Х У - произведение транспонированной матрицы плана и вектора Y. Проверка различного рода гипотез и оценка математической модели про-. водилась нами с помощью различных статистик: критериев Стьюдента /, Фишера F, коэффициента множественной корреляции и коэффициента детерминации Дш, обобщающих анализ дисперсий. Общая вариация (изменчивость) зависимой переменной (SS) состоит из вариации SSB, объясненной уравнением и необъясненной им, или остаточной SSR. Причем общая вариация вычисляется как накопленная сумма квадратов отклонения /-го значения переменной yt от ее среднего значения у по формуле: SS = ±(yt-yj. (4.6) Вариация SSB объясненная уравнением, вычисляется как сумма квадратов отклонений /-го расчетного значения yt от среднего значения по формуле: SSB = ±(y,-y)\ Необъясненная уравнением регрессии вариация зависимой переменной представляет собой накопленную сумму квадратов остатков разностей расчетного и экспериментального значений для каждого опыта: SSR = ±(y,-yj. .-і Дисперсия SBi SR. связанные с указанными вариациями SSB и SSR вычисляются как их отношение к соответствующим степеням свободы: m-J, N-т, где т - число слагаемых в уравнении регрессии. Анализ достоверности математических моделей. Необходимо заметить, что полиномиальные модели имеют существенный недостаток [31]. При числе параметров объекта п больше восьми - десяти быстро увеличивается число коэффициентов уравнения регрессии. Так, в ряде Тейлора по степеням параметров объекта, взятом до второй степени включительно, оно пропорционально п2. При относительно небольшом числе опытов (несколько десятков), что не имеет места в нашем случае, число коэффициентов уравнения регрессии становится соизмеримым с числом опытов. Такие уравнения теряют практическую ценность, так как уже не выявляют закономерности на фоне случайных колебаний, а улавливают только сами колебания. Кроме того, при полиномиальном описании целевых функций, значения которых близки к нулю, расчетное значение часто получается отрицательным, т.е. теряют всякий физический смысл.
Многолетний опыт [159] получения математического описания различных результатов исследования в области сельхозмашиностроения показывает, что указанных недостатков нет в математической модели на основе позиномов, имеющих вид:
где яА7 - всевозможные наборы положительных и отрицательных чисел, включая ноль. Каждому набору « соответствует своя экспериментальная функция сск(х). Здесь и далее х вектор проектных и технологических параметров эксперимента.
Полученные через позином (4.7) математические модели могут использоваться как для расчета, так и для их оптимизации и прогнозирования, с использованием стандартной процедуры последовательного взятия частной производной по отдельным параметрам эксперимента.
Математическая модель. Качество уравнения характеризуется фактическим значением критерия Фишера, вычисляемого как квадрат отношения объ ясненной дисперсии к остаточной г = . Это значение сравнивается с табличным при заданной доверительной вероятности, которая, как правило, для подобных систем принимается равной 0,95. Если фактическое значение Гф больше или равно табличному Fr ,, то модель приемлема для использования.
Отношение дисперсий двух независимых выборок —-, где S )S опре деляется -распределением. Количество опытов при этом не обязательно должно быть одинаковым. Так как дисперсия характеризует разброс значений изучаемого параметра, то отношение их обычно используется, прежде всего, для оценки точности.
Проверка гипотез и оценка математической модели проводилась с помощью ЭВМ различными статистиками. При выполнении работы на основе полученных данных подготавливается банк из / функций, которые анализируются в процессе построения моделей. При этом матричное уравнение регрессии (4.5) рассматривалось в виде уравнений Yj=F\})99Xu)+r (4.8)
Синтез этого уравнения состоял из двух этапов. Первый - отбор перспективных формул, которые обеспечивают минимальные суммы квадратичных отклонений расчетных и экспериментальных значений. На втором этапе из набора перспективных функций исключаются те, которые не оказывают существенного влияния на увеличение среднеквадратичного отклонения. Когда остаются только существенные функции, исключение любой из них заметно увеличивает . среднеквадратичное отклонение.
При обработке результатов экспериментов представленным выше методом, рассматривались все проведенные опыты по определению изменения угла естественного откоса а от влажности Wn и параметров d и И. Расчеты проводились в натуральных выражениях переменных. В результате получена математическая зависимость в следующем виде:
Экспериментально-эксплуатационное изучение кинетики сушки зерна пшеницы
Проведенные расчеты режимов сушки зерна в плотном и перемещаемом вертикальном слое потребовали проведения экспериментальных исследований по определению кинетики сушки зерна при исходной влажности около 25%. Опыты проводились на лабораторной установке, по методике описанной в разделе 3.2. Сушке подвергалось, искусственно увлажненное до 25 ±0,5% зерно пшеницы при температуре агента сушки t/=6& ±1С и толщине слоя 280 ±2мм. Полученные данные позволили представить на графике (рис.5.3) изменение влажности зерна от времени сушки - кинетику процесса, в сравнении с результатами известных исследователей [2, 123, 161, 176]. Откуда видно, что на процесс сушки основное влияние оказывают температура теплоносителя и исходная влажность зерна, При этом выявлено рассогласование опытных данных с расчетными по экспозиции сушки порядка 10%. Вместе с тем, визуальная оценка полученной нами зависимости показывает ее соответствие общим представлениям о ходе процесса сушки зерна пшеницы.
Сопоставление полученных режимов, с ранее проведенными исследованиями по сушке зерна влажностью до 20%, показало, что при сушке зерна повышенной влажности экспозиция увеличивается на 30% и необходимо дополнительное температурное воздействие. С другой стороны исследования показали отрицательную роль рециркуляции (глава 3). Поэтому, изучив «классическую» схему работы шахтной сушилки типа «С» (рис. 5.4, а) мы пришли к выводу о необходимости увеличения зоны сушки за счет перевода зоны охлаждения в еще одну сушильную (рис. 5.4, б) и выноса из сушилки процесса охлаждения в бункера активного вентилирования. За счет чего зона сушки и продолжительность процесса увеличиваются на /3 и позволяет доводить до кондиции зерно повышенной влажности за один проход его через шахту.
Предложенная схема работы была проверена при хозяйственных испытания сушилки С-20 на семенном и продовольственном режимах сушки зерна пшеницы. Одновременно проводилась сушка по «классической» схеме. Результаты показали, что предлагаемая схема позволяет зерно повышенной влажности доводить до кондиционного за один проход его через шахту. При этом всхожесть и энергия прорастания зерна, т.е. его качество не ухудшается, а в некоторых случаях даже улучшается.
При изучении работы зерносушилки С-20 (рис. 5.4) было уделено внимание оценке равномерности сушки зерна по методике ВИСХОМ, которая в обобщенном виде заключается в фиксации и математической обработке факторов атмосферных температур сухого tc и мокрого 4 термометров, относительной влажности и количество влаги т в 10 кг воздуха, температуры агента сушки по зонам температура газовоздушной смеси в слое зерна із, изменение влажности зерна по высоте шахты W3 и абсолютной массы зерна в процессе сушки g.
Лабораторные опыты, на натурном образце сушилки С-20, которые проводились в ЗАО «Колхоз Уваровский» в 2003 году (Московская область) на пшенице (сорт «Московская-39») семенного и продовольственного назначения (глава 7). В период проведения опытов температуры воздуха и содержание в нем влаги (рис. 5.5) изменялись незначительно: температура сухого термометра максимально на 3С, относительная влажность на 10% и содержание воды в 10 кг воздуха на 9 г. При этом температура агента сушки по зонам подвода к выносному диффузору практически не изменялась в процессе опыта, как на продовольственном, так и семенном (рис. 5.6) режиме, что положительно повлияло и на нагрев зерна (рис. 5.7), определяемый на выходе из второй зоны сушки.
Из зависимостей (рис. 5.6 и 5.7) видно, что температура агента сушки в период опытов имела на продовольственном режиме отклонения между максимальным и минимальным значением около 2% и для первой зоны составила 2,2%, а для второй - 1,9%. На семенном режиме эти отклонения составили соответственно по зонам 2,5% и 5,6% (Рис. 5.6) При этом отклонения по температуре нагрева продовольственного зерна составило 3,6%, а семенного — 4,3%
