Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Основы технологии крупяного производства 8
1.2. Классификация способов и машин для шелушения крупяных культур 13
1.3. Анализ исследований шелушильных машин 21
1.4. Основные сведения о физико-технологических свойствах зерна гречихи 28
1.4.1. Характеристика, строение и состав 28
1.4.2. Физико-механические и технологические свойства гречихи 32
1.5. Анализ технологий и средств механизации для переработки зерна гречихи в крупу 34
1.5.1. Технология переработки зерна гречихи в крупу 34
1.5.2. Анализ машин для шелушения зерна гречихи 44
1.6. Краткие выводы. Цель и задачи исследования 54
Глава 2. Теория взаимодействия зерна с рабочими поверхностями пневмомеханического шелушителя 57
2.1. Исследование движения зерна в питающе-разгонной зоне пневмомеханического шелушителя 60
2.1.1. Анализ движения частицы по лопасти броскового вентилятора и обоснование ее формы 60
2.1.2. Исследование движения зерна по криволинейной лопасти броскового вентилятора и обоснование угла перемещения его в абсолютном движении до момента срыва 64
2.1.3. Обоснование оптимальной частоты вращения лопастного диска броскового вентилятора 68
2.2. Исследование движение частицы в вертикальной шелушильной камере пневмомеханического шелушителя 73
2.3. Исследование движения зерна в пневмосепараторе 79
Глава 3. Программа и методика экспериментальных исследований 84
3.1. Общий план исследований 84
3.2. Методика лабораторных исследований 84
3.2.1. Методика определения некоторых физико-механических и технологических свойств зерна гречихи 84
3.2.2. Методика определение максимальной разницы между энергиями разрушения оболочки и ядрицы в зависимости от влажности зерна гречихи 89
3.2.3 Методика исследования зависимостей усилия разрушения структурных элементов зерна гречихи от деформации при различных значениях влажности 91
3.3. Методика лабораторно-производственных исследований 94
3.3.1. Методика исследования влияния режимов работы пневмомеханического шелушителя на эффективность шелушения 94
3.3.2. Методика оценки энергетических затрат 98
3.3.3. Методика обработки результатов экспериментов 99
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 101
4.1. Результаты лабораторных исследований 101
4.1.1. Определение некоторых физико-механических и технологических свойств зерна гречихи 101
4.1.2. Определение максимальной разницы между энергиями разрушения оболочки и ядрицы в зависимости от влажности зерна гречихи 104
4.1.3. Исследование зависимостей усилия разрушения структурных элементов зерна гречихи от ее деформации при различных значениях влажности 106
4.2. Результаты лабораторно-производственных исследований 109
4.2.1. Анализ влияния основных режимов работы пневмомеханического шелушителя на эффективность шелушения 109
4.2.2. Результаты сравнительной оценки энергетических затрат 113
Глава 5. Оценка эффективности работы пневмомеханического шелушителя 115
5.1. Расчет технико-экономических показателей пневмомеханического шелушителя 115
5.2. Практические рекомендации по использованию пневмомеханического шелушителя 119
Общие выводы по работе 121
Список использованной литературы 122
Приложения
- Основы технологии крупяного производства
- Исследование движения зерна в питающе-разгонной зоне пневмомеханического шелушителя
- Методика определения некоторых физико-механических и технологических свойств зерна гречихи
- Определение некоторых физико-механических и технологических свойств зерна гречихи
Введение к работе
Обеспечение населения страны продовольствием - главная задача сель
ского хозяйства. Большую долю в получаемом объеме продовольственного сы
рья занимают крупяные культуры. При переработке крупяных культур получа
ют продукты, которые обладают высокими пищевыми и вкусовыми свойства
ми, хорошей усвояемостью и другими достоинствами. Поэтому, в настоящее
время, в системе агропромышленного комплекса, большое внимание уделяется
вопросам переработки крупы, ставятся задачи по созданию нового оборудова
ния, применения энергосберегающих технологий на основе современных дос-
^? тижений науки и техники. Такие задачи стоят и в области переработки зерна
гречихи, где возрастает актуальность вопроса быстрой и дешевой переработки полученной продукции на базе производителя.
В настоящее время, в сельскохозяйственном и перерабатывающем производстве наблюдается тенденция интенсификации технологических процессов за счет применения комбинированных рабочих органов и способов. Это дает преимущество в увеличении производительности при одинаковых затратах, причем существенно снижается энергоемкость технологического процесса.
Проведенный анализ показал, что существующая технология переработки зерна гречихи предусматривает многократное воздействие на продукт рабочих органов машины, целая система машин используется как для приготовления зерна к шелушению (гидротермическая обработка, фракционирование и т.п.), так и для обработки продукта после шелушения (разделение продукта шелушения на фракции). Однако существует возможность сократить систему машиг для переработки зерна гречихи за счет применения комбинированного способа воздействия на перерабатываемый материал. Одним из таких способов является пневмомеханический способ шелушения.
Применение пневмомеханического способа воздействия на перерабатываемый материал в крупяном производстве дает возможность существенно со-
кратить технологическую линию получения крупы, что ведет за собой сокращение рабочих площадей, количества задействованного оборудования, экономию энергии. Это немаловажно при переработке крупы на местах ее производства, т.е. непосредственно в сельскохозяйственных предприятиях.
Однако эффективное применение предлагаемого способа шелушения зерна невозможно без разработки и обоснования оптимальных режимов работы и конструктивных параметров шелушильной установки пневмомеханического типа. В основе этих данных должны лежать точные инженерные и технико-экономичные расчеты о поведении зерна в процессе взаимодействия с рабочими органами шелушителя, экспериментальные данные о физико-механических и технологических свойствах перерабатываемого продукта.
Целью настоящей работы является повышение эффективности процесса шелушения зерна крупяных культур на основе разработки пневмомеханического шелушителя, а также обоснования его основных конструктивно-технологических параметров и режимов работы.
Научная новизна работы заключается в разработке конструкции пневмомеханического шелушителя с криволинейной формой лопастей диска броско-вого вентилятора и винтообразной формы дополнительного рабочего органа шелушильной камеры (патент РФ на изобретение № 2196000); в математических зависимостях, описывающие взаимодействия зерна с рабочими органами пневмомеханического шелушителя (лопасть рабочего колеса, шелушильная камера); в математической зависимости энергии, сообщаемой зерновке от конструктивных параметров (диаметр, кривизна и шероховатость лопасти), и частоты вращения рабочего колеса броскового вентилятора; в определении энергии, затрачиваемой на шелушение зерна в шелушильной камере, от его конструктивных параметров (радиус, шаг винта дополнительного рабочего органа, шероховатость рабочих поверхностей) и скорости воздушного потока;
При использовании пневмомеханического шелушителя исключается оборудование для разделения зерна на фракции по размерам и для сортирования
7 продуктов шелушения, повышается степень шелушения и уменьшается дроб-
.-Vi
*' ление зерна.
Аналитические зависимости и теоретические выводы могут быть использованы конструкторскими организациями и научно-исследовательскими учреждениями при создании новых конструкций машин для шелушения крупяных культур.
Результаты исследования были внедрены в линии переработки зерна гречихи в ООО «Каргопольский» Алькеевского р-на РТ.
На защиту выносятся:
- конструктивно-технологическая схема шелушителя пневмомеханического
Y'j типа;
математические зависимости для определения частоты вращения, формы лопасти рабочего диска, диаметра шелушильной камеры, длины и шага винтовой рабочей поверхности;
результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению зависимостей энергии шелушения от конструктивно-технологических параметров пневмомеханического шелушителя и влажности зерна.
Работа выполнена на кафедре сельскохозяйственных машин Казанской
^ государственной сельскохозяйственной академии в рамках координационной
программы по проблеме «Разработать системы технологизации и инженерно-технического обеспечения агропромышленного производства как основы стабилизации АПК субъектов Российской Федерации Северо-Кавказского, Приволжского и Уральского федеральных округов» на 2001-2005 годы по теме №03.01 «Разработать зональные и региональные системы перспективных технологий и машин для механизации агропромышленного производства в условиях рыночной экономики».
Основы технологии крупяного производства
Обеспечение населения страны продовольствием — самая важная задача сельского хозяйства. Большую долю в получаемом объеме продовольствия занимает крупа, как один из ценных пищевых продуктов. Изделия из нее обладают высокими пищевыми и вкусовыми свойствами, хорошей усвояемостью и другими достоинствами. Ассортимент получаемых круп имеет широкий спектр. Отечественные крупяные заводы вырабатывают крупу из следующих видов зерновых культур: гречихи, риса, проса, овса, ячменя, кукурузы, пшеницы, бобовой культуры - гороха. В небольших количествах вырабатывается крупа из чумизы, сорго, чечевицы.
В зависимости от того, каким способом произведена крупа, ее подразделяют на следующие виды: недробленая, дробленая, дробленая шлифованная, крупа повышенной пищевой ценности, полученная из нескольких различных видов крупы, крупа не требующая варки [27,81].
Технологический процесс производства крупы обычно состоит из двух этапов: подготовительного и шелушильного. На первом этапе зерно подвергается отчистке от примесей, гидротермической обработке и разделению на фракции. На этапе шелушения снимаются цветковые пленки, плодовые оболочки, удаляются зародыши, придается крупе форма и размер, производится сортировка продуктов шелушения.
Направляемое на крупяной завод зерно должно соответствовать определенным нормам качества. Если зерно не соответствует этим нормам, то его подготавливают на элеваторах крупяных заводов, предварительно очищая его, просушивая. От качества подготовки зерна к переработке зависит эффективность всего процесса получения крупы. При этом нельзя смешивать зерно различных сортов, типов и подтипов, так как их технологические свойства существенно различаются.
Для основной отчистки зерна в зерноочистительном отделении в основном используются воздушно-ситовые сепараторы, камнеотделительные машины, триеры. Состав машин, последовательность технологических операций по подготовке зерна к шелушению зависят от вида перерабатываемой культуры и ее засоренности. Это учитывается при построении схемы технологического процесса очистки и подготовки зерна различных культур к шелушению.
Для таких культур, как гречиха, овес, горох, пшеница, кукуруза, при получении крупы, применяют гидротермическую обработку. Она предназначена для целенаправленного изменения технологических свойств зерна, повышения прочности ядра, улучшения отделения цветковых пленок, оболочек, зародыша. При этом для гречихи, овса и гороха применяется горячее кондиционирование с использованием водяного пара, а для пшеницы и кукурузы — холодное кондиционирование.
Для гидротермической обработки крупяного зерна обычно применяют горизонтальный шнековый пропариватель непрерывного действия или аппарат Г. С. Неруша периодического действия [105]. Пар, обладая высокой проникаю щей способностью, не только омывает наружную поверхность зерна, но и заполняет пространство между его оболочкой и ядром. Так как поверхность зерна имеет более низкую температуру, чем температура пара, то он конденсируется, равномерно увлажняя как наружную поверхность зерна, так и внутренние, скрытые поверхности, что и способствует равномерности увлажнения всей зерновки. Продолжительность обработки зерна зависит от его технологических свойств, исходной влажности, технологических параметров пропаривателя.
После пропаривания зерно подвергают сушке в сушилках, а затем охлаждают до температуры, не превышающей более чем на 6...8 С температуру производственного помещения. Сушка зерна применяется для удаления избыточной влаги, повышения прочности ядра, понижения прочности оболочек и цветковых пленок. Охлаждение пропаренного и подсушенного крупяного зерна должно происходить постепенно и равномерно, без резких температурных колебаний, чтобы не повредить ядро. Зерно охлаждают в аспирационных колонках.
Оптимальные режимы гидротермической обработки позволяют улучшить технологические свойства крупяного зерна, увеличить выход крупы, повысить пищевые достоинства вырабатываемой крупы. Улучшение пищевых достоинств крупы происходит в результате увеличения количества водорастворимых веществ, повышения набухаемости крупы, сокращения продолжительности ее варки.
Первая операция - сортирование зерна на фракции по крупности, производится для того, чтобы повысить эффективность работы шелушильных установок. После такой сортировки легче будет подобрать необходимый режим шелушения, при котором наиболее качественно будут сниматься оболочка и цветковые пленки. Также сортирование зерна на фракции способствует лучшему разделению получаемого продукта шелушения.
Основная технологическая операция при производстве крупы — шелушение. Различное анатомическое строение и технологическое свойства крупяных зернокультур вызывает необходимость применения различных способов шелушения и вследствие этого различных шелушильных машин. Подбор машин для шелушения, прежде всего, осуществляется исходя из прочности ядра и связи его с оболочкой. Процесс шелушения является наиболее энергоемким в технологической схеме получения крупы. После шелушения возникает необходимость сортировки полученного продукта, который состоит из шелушеных и нешелушеных зерен, дробленого ядра, лузги и мучки. Поскольку физико-механические и технологические свойства мучки, дробленки и лузги существенно отличаются от физико-механических и технологических свойств шелушеного и нешелушеного зерна, то их выделение не представляет особых затруднений. Однако разделение шелушеного зерна и нешелушеного связано с некоторыми трудностями из-за незначительного различия их строения.
Исследование движения зерна в питающе-разгонной зоне пневмомеханического шелушителя
В установке для пневмомеханического шелушения зерна в качестве раз гонного устройства для перерабатываемого продукта используется горизон тально установленный бросковый вентилятор, лопасти ротора которого имеют криволинейную форму.
1. сила тяжести - mg. При горизонтальном положении диска и вертикальном положении лопатки проекции этой силы в плоскости диска и лопатки равны нулю. 2. центробежная сила - mrco2;
3. сила трения частицы по поверхности диска - fing. Так как частица перемещается в относительном движении в плоскости лопатки, то эта сила также будет направлена по касательной к выгнутой плоскости лопатки;
4. сила Кориолиса. Величина этой силы равна 2та у где - скорость относительного движения частицы;
5. сила трения частицы по поверхности лопатки - 2fma . Появление этой силы сопряжено с наличием давления частицы на поверхность лопатки, возникшего вследствие наличия силы Кориолиса.
Действие вышеперечисленных сил на частицу при ее движении по криво линейной поверхности лопатки рассмотрено П.М. Василенко [11]. На основе анализа этих сил им было выведено дифференциальное уравнение углового перемещения материальной частицы по криволинейной лопасти: где ф - угловое перемещение частицы в относительном движении.
Для дальнейшего анализа движения частицы по криволинейной лопасти броскового вентилятора будем пользоваться этим уравнением как основополагающим.
Для определения уравнения кривой воспользуемся вышеуказанным диф ференциальным уравнением углового перемещения материальной частицы в относительном движении. Уравнение кривой лопасти броскового вентилятора должно представлять собой уравнение связи для выражения (2.1). Только в этом случае дифференциальное уравнение углового перемещения частицы будет разрешимо. П.М. Василенко предложил уравнение кривой, представляющее собой уравнение логарифмической спирали [111: r-r0ee , (2.2) где Го - начальное значение координаты г; Ф - полярная координата; а— постоянная величина. при этом S = д/г 2 + г2 р 2 он выразил как r 2 +r2(p 2 = Ar . Применение этого условия дает возможность решения уравнения (2.1). Однако S = -Jr 2 + г2 р 2 можно выразить и другим способом: Vr 2+rV2 = а р (2.3) В этом случае решение уравнения (2.1) возможно с применением иного уравнения кривой лопасти. Поставим задачу найти уравнение кривой горизонтального сечения лопатки броскового вентилятора, применяя условие (2.3), которое можно записать в следующем виде: 2/2 2\ 2 г =(а -г )q , г = 4a2-r2q \ Р = , [ .. (2.4) Дифференцируя уравнение (2.4) получим [95]: V7 (p dt = . (2.5) Решаем уравнение (2.5): r2dt sa -г Г Ф = arcsin— + C. a Постоянную С можно приравнять нулю, вследствие чего получаем: (2.6) ср = arcsin—, а sin (р = —, г - а sin 9?, (2.7) где я = 2 Полученное уравнение — полярное уравнение окружности. Заметим, что в прямоугольной системе координат это же уравнение записывается в виде: х2+(у-г1)2-г2. (2.8) Рис. 2.3. Форма лопасти броскового вентилятора. Таким образом, в результате анализа дифференциального уравнения углового перемещения материальной частицы по криволинейным лопастям получено выражение, описывающее форму лопасти броскового вентилятора, на основе которого она была построена (рис. 2.3). f ч
Исследование движения зерна по криволинейной лопасти бросково-го вентилятора и обоснование угла перемещения его в абсолютном движении до момента срыва Для нахождения конструктивных и кинематических параметров центробежного вентилятора пневмомеханического шелушителя необходимо исследовать движение частицы по криволинейной лопасти вентиляторного диска.
Допустим, что в некоторый начальный момент частица материала поступила с бесконечно малой скоростью на диск. Вследствие вращения диска час тица начнет перемещаться по его поверхности и по поверхности лопатки.
Угловое перемещение частицы в относительном движении по криволинейной лопасти было описано в виде дифференциального уравнения (2.1). Решение этого уравнения возможно в том случае, когда известно уравнение кривой горизонтального сечения лопатки, т.е. когда задано уравнение связи. Таким уравнением является полярное уравнение окружности (2.7).
При практических расчетах необходимо знание «рабочего угла», т.е. угловое перемещение частицы в абсолютном движении до момента схода ее с лопатки в. Этот угол можно определить следующим образом. Из уравнения 2.18. после подстановки в него конечного значения угла и других известных постоянных находим значение углового пути частицы при переносном движении a = cot.
В то же время частица совершит относительное перемещение по лопатке на угол (рх - р0. Поэтому угловое перемещение частицы в абсолютном движении будет: 0-Й + ( -0). (2.20)
Таким образом, полученные уравнения дают связь между всеми параметрами, характеризующими движение частицы по криволинейной лопасти броскового вентилятора. При этом, какой именно параметр является искомым, а какой заданным зависит от технологических требований.
Основная функция броскового вентилятора в пневмомеханической шелушильной установке - разгон зерна и подача его на рабочую поверхность. При этом зерновка должна получить достаточную потенциальную энергию необходимую для разрушения ее оболочки. Для гречихи были проведены лабораторные эксперименты по определению энергий необходимых для разрушения оболочек и ядра [41]. Зная эти энергии, мы можем задать режим работы броскового вентилятора для получения продукции оптимального качества [88].
Методика определения некоторых физико-механических и технологических свойств зерна гречихи
Программа проведения лабораторных и лабораторно-производственньг экспериментов предусматривала:
1. Определение некоторых физико-механических и технологических свойств зерна гречихи;
2. Определение максимальной разницы между энергиями разрушения оболочки и ядрицы в зависимости от влажности зерна гречихи.
3. Исследование зависимостей усилия разрушения оболочки зерна гречихи от ее деформации при различных значениях влажности.
В качестве объекта исследования выбраны несколько наиболее распро страненных сортов гречихи - «Каракитянка», «Казанская крупнозерная», «Че-ремшанка», «Кама», «Саулык» [63]. Определение пленчатости зерна гречихи зерна гречихи проводилось по ГОСТ 10843-76. Для этого из средней пробы гречихи выделялась навеска массой 25 грамм. Далее гречиха была освобождена от оболочек с помощью шелу-шителя Шелушитель Городецкого: 1 - корпус; 2 - гнездо; 3 - терка; Показатель пленчатости выражают в процентах, вычисляя с точностью до сотых долей, а конечный результат (среднее арифметическое по двум навескам) - до десятых долей процента. Расхождение между результатами двух параллельных определений допускается не более 1% [64].
Определение критических скоростей зерна гречихи, ядрицы, сечки, лузги проводились на лабораторном парусном классификаторе с использованием тя гонапорометра ТНЖ-М (рис 3.2), Подготовка зерна к исследованию осуществлялась по методике установленной в ГОСТ 10839-64.
Влажность зерна гречихи определялась методом высушивания навесок в электрических сушильных шкафах. Для определения влажности зерна гречихи использовался шкаф сушильный стерилизационный ШСС - 80п, термометр іч-ivi, весы Djiiv і — juui/ iu рис J.j і.
Предварительно нагреваем сушильный шкаф до температуры 140 С. После этого помещаем бюксы в шкаф, предварительно открыв их. Бюксы выдерживаем в сушильном шкафу в течение 40 минут при температуре 130± 2С. По истечении времени достаем бюксы из шкафа, закрываем крышками и охлаждаем в течение 15...20 минут.
После охлаждения бюксы с навесками и крышками взвешиваем на весах. По разнице в массе до и после высушивания устанавливаем массу испарившейся влаги, которую выражаем в процентах к навеске массой 5 г.
Для каждой пробы проводят два определения влажности. Влажность исследуемой пробы выводят как среднее арифметическое из этих двух определений. Расхождение между двумя определениями допускается не более ± 0,5%. 3.2.1.4. Методика определения толщины оболочки зерна гречихи
Определение толщины оболочки зерна гречихи определялось с помощью микрометра МК 0-25. Для этого были взяты 100 зерен зерна гречихи сорта «Ка-ракитянка» влажностью 14,33%. У каждого зерна была снята часть оболочки, которая и была измерена микрометром. По итогам замеров были построены вг риационная таблица и вариационная кривая, характеризующая распределение толщины оболочки. Для сопоставления вариационного ряда были найдены среднеарифметическая величина t и среднеквадратичное отклонение сг [69, 97]: где т i - содержание зерна в классовом промежутке (частота по количеству), шт; tcpd - среднее значение толщины оболочки в классе, мкм.
Согласно программе исследований по определению оптимальной влажности зерна гречихи, для качественного шелушения, была изготовлена лабораторная установка позволяющая определить энергию разрушения как ядрицы, так и гречихи в целом (рис 3.4). Рис. 3.4. Схема лабораторной установки для определения энергии разрушения: 1 - установочная площадка; 2 — стойка; 3 — стопорный винт; 4 - линейка; 5 - кронштейн; 6 —держатель; 7 - груз; 8 — указатель; 9 — рабочая площадка.
Лабораторная установка работает по следующему принципу: в зажим подвешивается груз определенной массой т, и устанавливается на высоту h с помощью перемещения кронштейна по стойке. Высота груза над рабочей площадкой контролируется указателем с помощью линейки закрепленной на стойке. На рабочую площадку устанавливается испытуемый объект и на него производится сброс груза. После этого испытуемый объект визуально рассматривается на наличие признаков разрушения, и при положительном результате осмотра записывается высота падения груза h.
Работает классификатор следующим образом. Между рабочими платформами, изготовленными из стали, укладывается зерновка. Верхняя платформа опускаясь на зерновку, посредством вращения регулятора, давит на нее г оказывает разрушающее воздействие. Это усилие отражается на нижнюю плат 93 форму, которая в свою очередь оказывает воздействие на пружину прогибая ее.
Перемещение верхней платформы и прогиб пружины фиксируются индикаторами часового типа. Верхний индикатор показывает деформацию, нижний — усилие сжатия.
Опыты проводились при пяти значениях влажности (W=9,85; 10,4; 11,8; 12,7; 13,9) с зерном не прошедшим гидротермическую обработку. Вначале деформации-сжатию подвергалось пятьдесят зерен гречихи в оболочке, а потом столько же ядрицы. Минимальное усилие, при котором начинается разрушение оболочки зерна гречихи или ядра является исходным показателем разрушени. исследуемого продукта.
Исследования имели своей задачей определить закономерности разрушения ядрицы и оболочки и дать оптимальные области влажности с точки зрения изыскания максимальной разницы между разрушающими усилиями оболочки и зерновки семян гречихи.
Определение некоторых физико-механических и технологических свойств зерна гречихи
Для обоснования технологических и конструктивных параметров пневмомеханического шелушителя необходимо знание и изучение физике механических и технологических свойств зерна гречихи. Это дает возможность оптимизировать конструкцию установки и технологию шелушения для качественной работы. Знание физико-механических и технологических свойств зерна гречихи позволяет сравнить исследуемый объект со стандартным по базисным кондициям.
Определение физико-механических и технологических свойств зерна гречихи проводилось согласно изложенной методике. Для исследований, как было отмечено, применялись такие районированные сорта гречихи, как «Каракитян-ка», «Казанская крупнозерная», «Черемшанка», «Кама», «Саулык».
Определение пленчатости по пяти сортам гречихи проводилось при влажности объекта исследования 13,9% (ГОСТ 135862-81 допускает не боле 14%). Результаты исследования были сведены в таблицу 4.1.
Как видно из таблицы, пленчатость зерна гречихи составляет не более 28%, что соответствует ГОСТу 10843-76, который предусматривает пленчатость не более 28%.
Определение толщины оболочки зерна гречихи проводилось при стандартной влажности исследуемого объекта. Эксперимент проводился с участием одного сорта гречихи — «Каракитянка», так как предварительные исследования показали ничтожно малую разницу толщины оболочки между различными сортами. Определение аэродинамических свойств (АДС) зерна гречихи проводи лось по известным методикам [96, 98]. Для экспериментов использовалось обо рудование, описанное в третьей главе, влажность исследуемого материала не превышала 14%. В ходе исследований были определены свойства пяти выше перечисленных сортов гречихи. При исследовании АДС сечки, к этой категории относились частицы зерна, масса которых была не менее 50% от массы це Г лого зерна.
Результаты экспериментов сведены в таблицу 4.3. Полученные данные позволяют дать оценку возможности сепарирования продукта шелушения после выхода из рабочей зоны пневмомеханического шелушителя.
Как видно из результатов экспериментов исследуемая партия зерна соответствует базисным кондициям для получения крупы и, следовательно, может быть применена для последующих экспериментов.
В процессе разработки конструктивных параметров пневмомеханического шелушителя важно знать, при каких условиях будет производиться качественное отделение оболочки зерна от ядра. Также это даст возможность опреде лить технологический режим работы разрабатываемой установки. Для определения таких условий найдем разницу между энергией затрачиваемой на шелушение зерна гречихи и энергией затрачиваемой на разрушение ядра при раз личных влажностях.
Для нахождения разницы между энергиями разрушения оболочки и ядра были проведены эксперименты, методика которых была описана в третьей главе. Однако надо заметить, что по описанной методике находится только разность между энергиями разрушения, а не действительное ее значение.
Определив влажность при которой разница этих энергий наибольшая, можно предположить, что проводя шелушение при данной влажности с опреде 106 ленным технологическим режимом (зерно при ударе получает энергию не более чем энергия разрушения ядра) можно достигнуть оптимальной технологической эффективности работы пневмомеханического шелушителя.
По итогам исследования можно сделать вывод, что шелушение целесообразно проводить при влажности зерна 10... 13%, однако следует иметь учитывать то, что наибольшая разница между минимальной энергией разрушения оболочки и минимальной энергией разрушения ядра возникает при влажности 11...12%.
Одним из важных показателей, характеризующих физико-механические и технологические свойства зерна, является влажность, оказывающая влияние на разницу в величинах разрушающих усилий оболочки и ядра зерна гречихи. Чем больше эта разница, тем эффективнее процесс шелушения с точки зрения приложения необходимого усилия для разрушения оболочки и при этом сохране ния ядра в целостности.
Для шелушения зерна гречихи на существующих машинах оптимальная влажность ее после гидротермической обработки считается 12...13,5%. Эксперименты проводились с зерном не прошедшим гидротермическую обработку с влажностью 9,85; 10,4; 11,8; 12,7; 13,9%. Тип поверхности нагружающих платформ - стальные. Такой выбор был сделан исходя из того, что из выбранного материала изготовлены основные элементы пневмомеханического шелушителя, в том числе и рабочие поверхности. Усилие, при котором начинается разрушение продукта, принят как исходный показатель шелушения данного образца, следующее усилие, при котором происходит скачок деформации, является исходным показателем дробимости данного образца.
Целью лабораторно-производственных экспериментов является определение оптимальной области факторов, оказывающих наибольшее воздействие на технологическую эффективность шелушения при использовании установки пневмомеханического типа. Теоретические исследования и лабораторные эксперименты показали, что такими факторами являются влажность перерабатываемого продукта и частота вращения лопастного диска броскового вентилятора.
Эксперименты проводились на специально созданной лабораторно-производственной установке по методике описанной в главе 3. Результаты опытов представлены в таблицах (приложение 2). Целью дальнейшего анализа результатов экспериментальных данных является выявление зависимости параметров характеризующих качество шелушения от рассматриваемых факторов. Математическая обработка результатов эксперимента проводилась по методик описанной в пункте 3.3.3. и с помощью программы «Microsoft Excel 2002 (10.4302.4219) SP-2».
Результаты обработки экспериментальных данных показаны на рис. 4.5, 4.6, 4.7. Ниже приведены уравнения регрессии для каждой функции графиков. Как видно из графиков наилучшая эффективность процесса шелушения получается при обработке гречихи влажностью 9,5... 11,5 % с частотой вращения лопастного диска 900...1100 об/мин. Однако, наилучший коэффициент извлечения ядра, когда разница между энергиями разрушения оболочки и ядра максимальна, получается при обработке гречихи влажностью 11,5 %, что совпадает с рекомендациями, данными на основе лабораторных экспериментов.
Похожие диссертации на Разработка и исследование пневмомеханического шелушителя
