Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние научной проблемы. постановка цели и задач исследований 11
1.1 Эффективность использования соевых белковых продуктов в рационах кормления сельскохозяйственных животных и птицы 11
1.2 Анализ способов, технологий и технических средств приготовления кормов с использованием соевого зерна 23
1.2.1 Анализ способов и технологий получения термообработанных соевых кормовых продуктов 27
1.2.2 Анализ исследований процесса измельчения и технических средств для его осуществления 38
1.2.3 Анализ технологий и исследований по изучению процесса приготовления соевой белковой основы для производства заменителей цельного молока 49
1.2.4 Анализ технологий и технических средств приготовления комбикормов-концентратов 61
1.3 Постановка цели и задач исследования 66
2. Теоретические основы повышения эффективности приготовления кормов с использованием соевого зерна и обоснование параметров технических средств 70
2.1 Классификация технологических операций приготовления кормов с использованием соевого зерна 70
2.2 Структурная схема процесса приготовления кормов с использованием соевого зерна 72
2.3 Экономико-математическая модель процесса приготовления кормов с использованием соевого зерна 76
2.4 Термическая обработка соевого зерна 80
2.4.1 Математическая модель процесса термообработки соевого зерна 80
2.4.2 Обоснование параметров термоагрегата 90
2.5 Обоснование параметров штифтового измельчителя 96
2.6 Получение соевой белковой основы из соевой крупки 136
2.6.1 Обоснование путей повышения эффективности белка из соевой крупки и разделения суспензии 136
2.6.2 Анализ рабочего процесса и обоснование параметров экстрактора-разделителя 139
2.7 Получение экструдированной смеси концкормов с использованием нерастворимой соевой фракции 173
2.7.1 Теоретические основы приготовления кормовых смесей с помощью пресс-экструдера с кольцевой фильерой 173
2.7.2 Обоснование параметров пресс-экструдера с кольцевой фильерой 186
3. Методика экспериментальных исследований 192
3.1 Программа исследований и общие методические положения 192
3.2 Методика экспериментальных исследований процесса термообработки
соевого зерна 194
3.3 Методика экспериментальных исследований процесса измельчения термообработанного соевого зерна 196
3.4 Методика экспериментальных исследований процесса экстракции с одновременным разделением суспензии на жидкую и твердую фракцию 201
3.5 Методика исследования процесса смешивания и баротермической обработки смеси 207
4. Результаты экспериментальных исследований 211
4.1 Результаты исследований процесса термообработки соевого зерна 211
4.1.2 Исследования по обоснованию параметров пропаривателя и барабанной жаровни 213
4.2 Получение термообработанной соевой крупки и обоснование параметров измельчителя 217
4.3 Исследования процесса получения соевой белковой основы из термообработанной соевой крупки .224
4.3.1 Исследования по изучению процесса разрушения соевой крупки 224
4.3.2 Исследования по обоснованию оптимальных параметров экстрактора-разделителя 225
4.3.3 Исследования процесса экстракции белка из соевой крупки 229
4.4 Получение комбикормов-концентратов с использованием соевого белкового компонента 235
4.4.1 Исследования процесса смешивания кормовых компонентов с помощью шнекового пресс-экструдера 235
4.4.2 Исследования по обоснованию параметров шнекового пресс- экструдера 237
5. Производственная проверка основных результатов исследований, их реализация, экономическая эффективность и методика расчета оборудования 249
5.1 Общие сведения о реализации научных разработок 249
5.2 Технология и оборудование по приготовлению соевой белковой основы и комбикормов-концентратов 249
5.3 Технология и технические средства получения белковой соевой основы для приготовления заменителя цельного молока и комбикормов-концентратов 262
5.4 Технологическая линия баротермической обработки и приготовления комбикормов-концентратов 270
5.5 Экономическая эффективность приготовления кормов с использованием соевого зерна 274
5.6 Методика расчета оборудования для приготовления кормов с использованием соевого зерна 284
Общие выводы 288
Литература 294
Приложения 314
- Анализ способов и технологий получения термообработанных соевых кормовых продуктов
- Обоснование путей повышения эффективности белка из соевой крупки и разделения суспензии
- Методика экспериментальных исследований процесса экстракции с одновременным разделением суспензии на жидкую и твердую фракцию
- Технология и оборудование по приготовлению соевой белковой основы и комбикормов-концентратов
Введение к работе
Одной из важнейших проблем животноводства является низкая эффективность процесса производства животноводческой продукции, обусловленная низким качеством кормов и высокими затратами труда и средств на ее получение. Повышения качества кормов и исключение дефицита белка в кормовых рационах животных достигается путем использования в них соевого зерна и продуктов ее переработки. Однако в сыром виде соевое зерно содержит антипитательные вещества, поэтому включение его в рационы в неподготовленном виде не эффективно.
Применяемое в настоящее время оборудование и технические средства для приготовления кормов разработаны без учета таких специфических свойств соевого зерна, как наличие в ней уреазы и ингибитора трипсина, а также высокого содержания жира (до 25 %). В тоже время, известные и существующие способы подготовки соевого зерна к скармливанию и приготовления на его основе высокобелковых кормов, не позволяют достичь требуемого качества с наименьшими затратами труда и средств.
Так, получение соевой белковой основы с использованием соевого зерна, включает высокозатратные операции по предварительному замачиванию (до 20 часов) больших объемов соевого зерна, экстракцию белка, отделение нерастворимого соевого остатка и его дальнейшего использования. Использование термообработанной соевой муки для приготовления белковой основы не эффективно, так как связано со значительными затратами на процесс получения такой муки.
Приготовление кормовых смесей с использованием соевого зерна и продуктов его переработки также требует больших затрат труда и средств. При этом, не всегда достигается требуемое качество белка, связанное с тем, что при мягких режимах тепловой обработки не разрушаются антипитательные вещества, а при жестких режимах белок подвергается денатурации.
Практический опыт использования комплектов оборудования типа АВМ и КПСМ-850 по производству соевой муки для нужд животноводства показал,
7 что требуются определенные изменения структурной схемы, новой компоновки оборудования и технических средств, обоснованию их оптимальных параметров и режимов работы. Прежде всего, они связаны с выбором и обоснованием новой рациональной схемы производства крупки, режимов и параметров термообработки соевого зерна и его измельчения до требуемых размеров частиц, имеющих к тому же однородный гранулометрический состав.
Данный подход позволяет использовать получаемую термообработанную крупку для производства соевой белковой основы и комбикормов-концентратов с минимальными затратами труда и средств при допустимых значениях содержания антипитательных веществ в готовых кормовых продуктах.
Таким образом, существующее противоречие между стремлением повысить эффективность производства животноводческой продукции путем инженерно-технологического обеспечения приготовления кормов с использованием соевого зерна с одной стороны и уровнем знаний о закономерностях процессов получения соевой белковой основы и комбикормов-концентратов с соевым белковым компонентом с другой стороны, порождает научно-техническую проблему, решение которой является важной народно-хозяйственной задачей.
Представленная работа выполнялась в период с 1994 по 2005 год в рамках государственных программ № ГР 01880057515 и № ГР 01.200.117062, а также на основе выполнения хоздоговорных и инициативных НИОКР.
Рабочей гипотезой, исходной при решении сформулированной проблемы являлось предположение о том, что повышение эффективности приготовления кормов с использованием соевого зерна за счет повышения его качества и снижения энергетических и материальных затрат возможно на основе изыскания и выбора рациональных способов и схем термообработки соевого зерна, экстракции белковых веществ, разделения, смешивания и экструдирования, а также установления закономерностей и зависимостей, характеризующие указанные процессы, и являющихся функциями показателей
8 качества, энергетических и материальных затрат с обоснованием области оптимальных значений этих функций.
Методы исследований. Общей методологической основой исследований являлось использование системного подхода, обеспечивающего рассмотрение процесса приготовления кормов с использованием соевого зерна с учетом взаимосвязей параметров.
В аналитических исследованиях использованы методы и положения теоретической механики, теории вероятностей, численные методы математического анализа.
Экспериментальные исследования проводились на пилотных установках с использованием методов планирования многофакторных экспериментов и математического моделирования. Анализ и обработка полученного экспериментального материала осуществлялась с помощью методов математической статистики.
Научную новизну представляют:
теоретические предпосылки повышения эффективности приготовления комбикормовых продуктов и (СБО) с использованием соевого зерна;
экономико-математическая модель оценки эффективности приготовления кормовых продуктов на основе соевого зерна;
полученные в результате аналитического анализа зависимости по обоснованию параметров технических средств и режимов процессов термообработки соевого зерна, получения крупки, экстракции белка. Отделение нерастворимого остатка из суспензии, его смешивания с кормовых продуктовыми компонентами рациона и экструдирования получаемой смеси;
Комплекс технологических решений и технических средств приготовления кормовых продуктов с использованием соевого зерна. Практическая значимость работы. Обоснован технологический процесс
и технические средства приготовления кормовых продуктов на основе термообработанной соевой крупки. Разработана методика расчета основных
9 параметров технических средств приготовления кормовых продуктов на основе соевого зерна и продуктов его переработки, обоснованы режимы и параметры термоагрегата и пресс-экструдера, а также конструкции экстрактора-разделителя и штифтового измельчителя термообработанного соевого зерна для получения крупки.
Реализация результатов работы. Результаты исследований одобрены и рекомендованы к внедрению НТС департамента с.х. администрации Амурской области, а также НТС ассоциации российских производителей и переработчиков сои. Освоение основных результатов исследований осуществлено на межхозяйственном заводе по производству соевых продуктов с.Тамбовка, молочном комбинате «Благовещенский», ООО «Соевые технологии» Амурской области, а также на Лаишевском молочном заводе г.Казань, производственной компании «БАКМ-соя» г.Москва и др.хозяйствах и предприятиях Амурской области. Производство экстрактора-разделителя и штифтового измельчителя освоено на предприятии ООО НПК «Агротехника».
Апробация работы. Результаты исследований рассмотрены, доложены и одобрены на научно-практических конференциях ДальГАУ и ВНИИ сои в 1995-2004г.г., на 2-й и 3-й Международной специализированной выставке «Соя и соевые продукты в XXI веке» в 2001 и 2002 г.г. г.Москва., на II и IV Международных конференциях в СибНИПТИПе г.Краснообск в 2002 и 2004 годах и СибИМЭ в 2004 году.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 50 печатных работ общим объемом 25,2 п.л., в том числе 5 патентов на изобретения. Без соавторов опубликовано 19 печатных работ общим объемом 9,1 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы, включающего 249 наименований, в том числе 13 на иностранном языке. Работа изложена на 357 страницах основного текста, содержит 6 приложений, 68 таблиц, 124 иллюстрации.
Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте РАСХН.
В решении отдельных частных вопросов принимали участие Корбанева И.А., Скрипко О.В., Петров В.В., которым автор выражает искреннюю благодарность.
Анализ способов и технологий получения термообработанных соевых кормовых продуктов
В России, странах СНГ [27, 92, 127, 188, 201, 208, 236, 238] и за рубежом [6, 11, 35] уже в течение многих десятилетий проводятся исследования, по выявлению возможности замены обезжиренного молока в рационах телят соевым белком. Экстракцию белка проводят, как правило, водой и получают соевый изолят или концентрат. Состав соевого белкового концентрата, % в перерасчете на сухие вещества: белок - 71, жир - 0,5-1,5, минеральные вещества - 4-6, сырая клетчатка - 3,5-4. Переваримость его составляет около 96 %, т.е. очень близка к молочному белку. Установлено, что около 50 % молочного белка в ЗЦМ можно заменить соевым белковым концентратом без существенного влияния на развитие молодняка животных. В некоторых странах соя стала доминирующим сырьем. Так, в Дании около 60 % всех заменителей вырабатывается с включением соевого концентрата (до 30 %), который получают из натуральных соевых бобов. Датской фирмой «Архус Олиефабрик А» разработан концентрат соевых белков «Данпро А», который наряду с сухой молочной сывороткой входит в состав заменителей цельного молока для телят, используемого в возрасте телят 3-4 дней и поросят в возрасте двух недель. Состав сухого заменителя цельного молока для телят следующий, %: «Данпро А» - 25, сухая сыворотка подсырная - 38,8, сухая сыворотка без лактозы - 12,5, жир —18,6, эмульгаторы и стабилизаторы - 1,4, минеральные соли -2, D1-метионин - 0,2, фумаровая кислота — 1,5 [35].
По мнению некоторых зарубежных исследователей, соевым белком можно заменять до 70% молочного белка.
Фирма "Пурина протеин Ойропе" (США) в течении нескольких лет ведет исследования по разработке соево-белкового изолята «Пурина-500Е» и «Пурина-710», сырьем для которых являются соевые бобы. Состав соевых белков следующий, в %: масла 20, белка 42, углеводов 33, клетчатки 5. После очистки и удаления кожуры соевых бобов из них экстрагируют масло. Соевые хлопья содержат около 57 % белка и 38 % углеводов. Они являются сырьем для производства соево - белковых изолятов. Сухой белковый изолят представляет собой тонкоизмельченный порошок с содержанием до 92 % белка в сухом веществе [35].
На основе соево-белкового изолята "Пурина-500Е" разработан заменитель цельного молока "Нерс Чоу 200", в состав которого входят, кроме того, сухая сыворотка, сухой сывороточный концентрат с содержанием 40% лактозы, сухое обезжиренное молоко, также стабилизированный этоксихином животный жир. Заменитель обогащен жиро- и водорастворимыми витаминами, жиро- и макроэлементами и лечебными препаратами широкого спектра действия [35]
На одном из заводов США мощностью 3000 т продукции в сутки фирмы "Смокли Мануфактуринг" (г. Декейтур, штат Иллинойс) вырабатывают соевый изолят (90% белка), соевую муку (40% белка), текстурированный белок (40% белка), кормовую муку из шрота, нерафинированное соевое масло и лецитин, используемые в качестве наполнителей, эмульгатора и стабилизатора при выработке заменителей молока и других кормов для сельскохозяйственных животных.
В США на основе подсырной сыворотки и соевого белка создан кормовой продукт "Лакто-Уэй" (44% белка). Фирмой "Пацкерланд" выпускается ежедневно 100 т этого продукта [35].
В Германии выпускают соевый белковый концентрат "Экстрильво-70", используемый при выращивании откормочных и племенных телят. Технология концентрата разработана во Франции. Продукт имеет следующий состав, %: сырой белок - 68-70, жир - 0,5-1,5, углеводы - 17-23, зола - 5-5,5, клетчатка - 2,5-3, в продукте нет глюкозы. «Экстрильво-70» -тонко молотый порошок, его растворимость в воде составляет 30-40 %. Телята 5-дневнего возраста получали корм, состоящий из сухой сыворотки -25 %, кукурузного крахмала — 5 %, остальное «Экстрильво-70». Суточный привес животных составлял около 900 г, средняя масса телят не отличалась значительно от массы телят контрольной группы [35].
Фирма "Юнилевер" (Нидерланды) выпускает сухой ЗЦМ "Гольд Топ" с соевыми белками. Массовая доля протеина в заменителе 23 %, жира 10 %. Заменитель обогащен микроэлементами и витаминами [35].
В Великобритании для кормления животных с однокамерным пищеварением, например, телят, используют заменитель, содержащий соевые белки. Способ получения заменителя заключается в следующем. Сою нагревают в присутствии воды и низших спиртов. Затем жидкость удаляют и смешивают полученную соевую муку с молочной сывороткой до получения смеси молокообразной консистенции. Смесь обогащают жирами, как животного, так и растительного происхождения, витаминами и минеральными добавками. Заменитель содержит органическую кислоту, обладающую консервирующими свойствами [35].
Определенный интерес по производству и использованию заменителей молока на основе соевого белка представляет опыт Чехословакии. Начиная с 1965 г. В Чехословакии организовано промышленное производство ЗЦМ. Здесь выпускается наибольшее количество заменителей цельного молока по сравнению с производством их в других странах. Ежегодный объем производства заменителей обеспечивает увеличение товарных ресурсов молока на 550-600 тыс. т. в год. За счет использования заменителей товарность молока в Чехословакии повысилась с 81 до 92%. Промышленный выпуск кормовых смесей, используемых в качестве ЗЦМ, осуществляется по нескольким рецептам в зависимости от вида животных, их возраста и назначения. Наибольший удельный вес в структуре производства занимают заменители «Лактосан» и Биосан» содержащие соевый белковый компонент [35].
В ряде хозяйств России и стран СНГ с успехом применяли ранее и применяют в настоящее время соевую белковую основу для кормления телят и поросят в качестве добавочного корма и, частично, взамен цельного и обезжиренного молока. В состав его входят соевая мука, измельченный шрот, витамины, фосфатиды, мука злаковых культур, микроэлементы и антибиотики.
В последнее время усилия ученых и практиков нашей страны направлены на поиск эффективных технологий и технических средств приготовления соевого заменителя молочных кормов для молодняка с.х. животных. Основные работы проводились в Краснодарском крае РФ, на Украине и Дальневосточном регионе РФ [128, 201, 238]. В работе [209] представлены
Обоснование путей повышения эффективности белка из соевой крупки и разделения суспензии
Основными компонентами смешиваемых в экструдере продуктов являются белки и крахмалы. При этом можно получать экструдированное кормовые смеси и однородной или пористой макроструктурой. Первые, как правило, содержат до 80 % крахмалов и 10-15 % белков. Экструдированные кормовые смеси с волокнистой макроструктурой содержат до 80 % белков и 10 15 % крахмалов. Таким образом, экструдированные кормовые смеси, содержащие преимущественно крахмал, могут иметь изотропную и анизотропную микроструктуру, а продукты, основным компонентом которых являются белки, характеризуются анизотропной микроструктурой. Общая схема процесса получения экструдированных кормовых смесей по сути, являющихся биополимерами с помощью пресс-экструдера представлена на рис 2. Осуществление процесса смешивания экструдирования таких биополимеров связано с контролем, как минимум, трех параметров: влажности смешиваемого и экструдируемого сырья, температуры в различных зонах экструдера, а также скорости вращения шнека экструдера. При этом в экструдере, как правило, выделяют несколько основных зон - зоны питания и смешивания, зоны плавления и дозирования, а также зону формирования и выхода готового продукта. При использовании данного экструдера предварительно увлажненное и перемешанное сырье попадает в зону питания, где оно дополнительно перемешивается и сжимается с помощью шнека. В зоне питания осуществляется нагрев экструдируемого сырья до температуры 60-80 С. При такой температуре и содержании воды до 30% биополимеры пластифицируются и переходят в высокоэластическое состояние. В зоне плавления, в которой температура обычно поддерживается 120 -190 С, материал переходит в вязко-текучее состояние, образуя расплав смеси биополимеров. В этих условиях происходит денатурация белков и желатинизация крахмалов. При этом кристаллические области способных к кристаллизации биополимеров, например амилозы и амилопектина в составе крахмала, плавятся, а аморфные переходят из неупорядоченного высокоэластического состояния в вязко-текучее. В зоне дозирования завершаются процессы перехода смеси биополимеров в вязко-текучее состояние. Наиболее интенсивно структурообразование расплавов смеси биополимеров протекает под действием сил сдвига и растяжения в головке экструдера и фильере. Это обусловлено изменением реологических условий течения в этих зонах.
В зависимости от конструкции фильеры получают экструдированные смеси, трех типов структур: пористой, волокнистой и однородной макроструктуры. Последние две можно получать, используя охлаждаемые фильеры, в .которых происходит постепенное охлаждение расплава смеси биополимеров и понижение давления, что предотвращает "взрывное" испарение воды на выходе расплава смеси биополимеров из фильеры. При получении экструдированных смесей макроструктуры, наоборот, используют неохлаждаемые фильеры. При выходе расплава смеси биополимеров через такую фильеру происходит резкий сброс давления, что приводит к "взрывному" испарению воды и образованию пористой макроструктуры.
Общий анализ процесса показывает, что необходимыми условиями получения экструдированных смесей являются: увлажнение и пластификация сырья, получение расплава смеси биополимеров, денатурация белков и клейстеризация крахмалов, структурирование расплава под действием сил сдвига и растяжения, его охлаждение и формование. Следует отметить, что наиболее важным из перечисленных условий является получение расплава смеси биополимеров, то есть его переход в вязко-текучее состояние. Способность смеси биополимеров переходить в вязко-текучее состояние обеспечивает проведение самого процесса экструдирования.
В связи с тем, что процесс смешивания кормовых компонентов с помощью пресс-экструдера данного типа ранее не изучался, рассмотрим процесс получения экструдированной коровой смеси с учетом его интенсификации. В качестве оценочного критерия качества получаемой смеси примем коэффициент разброса [131] определитель корреляционной матрицы. Величина R находится в интервале 1 R 0. При идеальном смешивании R=0 (разброс отсутствует). При отсутствии однородности смешивания R=l. В предлагаемом шнековом пресс-экструдере с кольцеобразной фильерой движение материала с помощью шнека осуществляется по винтовому каналу. При этом считаем, что форма «пресса» цилиндрическая с углом наклона профиля витков равным нулю, т.е. поверхность шнека представляет обыкновенную винтовую поверхность (рис. 2.23). Тогда множество точек винтового канала образует векторное поле скоростей{Ах,Ау Az). Скорость движения материала в каждой точке M{x,y,z) Схема для определения параметров винтового шнека пресс-экструдера винтового канала при сделанных выше допущениях вполне определена и может быть представлена векторной линией (рис 2.24).
Методика экспериментальных исследований процесса экстракции с одновременным разделением суспензии на жидкую и твердую фракцию
Анализ зависимости v = f(M), представленной на рисунке показывает, что с увеличением модуля помола возрастает неоднородность фракционного состава получаемого продукта. Данный факт объясняется тем, что процесс измельчения носит вероятностный характер, и число соударений зерна зависит от многих факторов. Основными факторами являются частота вращения рабочего органа измельчителя, количество пальцев на подвижном и неподвижном дисках, а также подача исходного продукта. С увеличением значений первых двух параметров процесса увеличивается степень измельчения соевого зерна, а неоднородность фракционного состава получаемого продукта уменьшается. С увеличением подачи зерна число соударений зерен со штифтами несколько уменьшается и скорости движения, вновь получаемых частиц, снижаются из-за столкновений между собой в рабочей зоне измельчителя. Это приводит к некоторому снижению степени измельчения и, следовательно, к повышению неоднородности фракционного состава получаемого продукта. Затраты энергии на процесс измельчения в этом случае возрастают. Более неоднородный состав получаемого продукта, как показали предварительные опыты, влияет на выход белковых веществ в экстрагент при работе экстрактора-разделителя.
Анализ зависимостей, представленных на рисунке показывает, что пропускная способность штифтового измельчителя в значительной степени зависит от угловой скорости вращения рабочего органа.
При этом зависимость Q = f(co) имеет линейный характер, так как пропускная способность измельчителя увеличивается пропорционально увеличению угловой скорости вращения подвижного диска со штифтами. Анализ зависимостей также показывает, что с увеличением пропускной способности измельчителя снижается удельный расход энергии и при производительности Q=0,28ra7c составляет 8,0 кВтч/т. При этом увеличение подачи исходного продукта выше оптимального значения приводит к увеличению затрачиваемой мощности на процесс измельчения, а качество измельченного продукта снижается. изучению процесса разрушения соевой крупки С целью проверки наших предположений о влиянии влажности соевой крупки на ее сопротивление разрушающим деформациям и установления характера этой зависимости были проведены специальные исследования. Исследования проводились на оборудовании в десятикратной повторности. Результаты опытов обработаны методами математической статистики и приведены на рис. 4.5 Коэффициенты в уравнениях, описывающих кривые 1 и 2 определены методом наименьших квадратов. Зависимость P=f(W) аппроксимирована функцией обратной пропорциональности с высокой степенью точности. Анализ зависимостей (рис. 3.15) показывает, что с увеличением влажности соевой крупки резко снижается усилие разрушения при сжатии и при влажности W =30-40%, для зависимости 1, составляет от 3,7 до 5,0 МПа. Аналогично изменяется и давление разрушения при сдвиге при влажности W= 30-40 %, оно составляет 2,0-3,0 МПа. На основании полученных результатов сделан вывод, что рабочие органы, осуществляющие процесс разрушения крупки путем истирания наиболее предпочтительны с точки зрения снижения затрат энергии. На данном этапе исследований решалась задача по определению наиболее значимых факторов, влияющих на процесс экстракции и разделения, получению математических моделей, описывающих данный процесс и оптимизации основных параметров исследуемого процесса. Экспериментальные исследования проводились на установке, схема и описание которой приводятся в подразделе 3.4. В качестве критериев оптимизации процессов экстракции и разделения были приняты - коэффициент эффективности разделения - ух и удельный расход энергии - у2. В результате обработки априорной информации, а также проведения поисковых исследований были выделены факторы, оказывающие наибольшее влияние на качественные и количественные показатели исследуемых процессов. К ним относятся: xj -угловая скорость вращения конического ротора со, с-1; Х2 - зазор между истирающими рабочими поверхностями //,м; х3 - угол наклона образующей конуса ротора а, град.; х4 - радиус нижнего основания конического ротора R, м. После реализации эксперимента по матрице плана (таблица 4.11) и получения критериев оптимизации проведена обработка результатов и построение математических моделей. Данные расчетов дисперсии откликов и проверка их однородности показали, что дисперсии откликов однородны и, следовательно, можно считать, что влияние ошибок и случайных помех по всем точкам матрицы плана одинаковые. При этом дисперсии параллельных опытов сравнимы между собой.
Анализ полученной матрицы выборочных коэффициентов корреляции показал, что наиболее тесная связь моделируемых показателей ух и уг имеется с факторами xi и Х4. При этом факторы, включенные в модели, можно считать линейно зависимыми.
Анализ частных коэффициентов корреляции показал, что удельный расход энергии в наибольшей степени зависит от величины подачи (х3), что говорит о тесной связи значений в уравнениях регрессии, и можно, учитывая физический смысл явлений, сделать заключение о явной функциональной связи, выраженной соответствующими уравнениями.
Технология и оборудование по приготовлению соевой белковой основы и комбикормов-концентратов
Вентиляционная система предназначена для регулирования процесса обжарки продукта, путем изменения режимов движения воздушного потока в зонах термообработки.
Система состоит из центробежного вентилятора 11 с приводом 12, воздухоотвода 13 с гибкой вставкой и заслонкой 14, регулирующей расход воздуха, проходящего через агрегат. Один конец воздухоотвода входит в барабан и служит опорой для нагревательного элемента.
Барабан агрегата предназначен для ворошения, перемещения и выгрузки продукта во время термообработки.
Барабан состоит из цилиндрического корпуса 15, который закрыт с одной стороны крышкой 16, а с другой стороны уплотнением типа «Лабиринт» 17, предотвращающим просыпание продукта из барабана. Возле уплотнения расположены вентиляционные окна 18 закрытые сеткой. Снаружи к корпусу прикреплена приводная цепь 27 и опорное кольцо 19. Внутри барабана установлены наклонные пластины 21 для ворошения и перемещения продукта, а также ковши 22 для выгрузки продукта после его термообработки. Крышка барабана имеет отверстие для воздухоотвода, проходящего внутрь барабана через гибкую вставку. По наружному краю крышка имеет трапециидальный профиль, с помощью которого она закрепляет барабан от осевого смещения в роликах переднего опорного узла. Вращательное движение барабана осуществляется с помощью привода, состоящего из мотор-редуктора 23 со звездочкой 24, приводного вала 25 со звездочкой 26, цепи 27 входящей в зацепление с цепью, закрепленной на барабане. Привод установлен в левом опорном узле таким образом, что его приводной вал является осью опорного ролика, свободно вращающегося на нем. Передний опорный узел состоит из левой и правой опор 29 с роликами 30, вращающихся на осях в подшипниковых узлах. Задний опорный узел состоит из двух опор 31с роликами 32, свободно установленных на осях.
По роликам обкатывается опорное кольцо барабана. Передний и задний опорные узлы установлены на раме с возможностью изменения межосевого расстояния между их правыми и левыми опорами. Это позволяет изменять горизонтальный угол наклона барабана и, следовательно, регулировать продолжительность процесса термообработки, и использовать термоагрегат для обработки различных зерновых и зернобобовых культур.
Нагревательный элемент предназначен для обжарки продукта в различных температурных режимах. Он расположен внутри барабана и разделен перегородками.
Нагревательный элемент состоит из пучка труб 33, закрепленных в полых трубных решетках. Передняя трубная решетка 34 имеет цапфу, с помощью которой нагревательный элемент опирается на воздухоотвод. Задняя трубная решетка 35 снабжена патрубками подачи пара 36 и отвода конденсата 37 из пучка труб. Патрубки снабжены фланцами, с помощью которых нагревательный элемент крепится к флацам патрубков задней стойки. Обечайка 38 закрепленная на решетке имеет окно выгрузки 39 и шибер 40, расположенные над желобом 41 для выхода продукта. Пучок труб разделен на три части перегородками 42. Два фартука 43 крепятся к внутренним сторонам трубных решеток и перегородками. К фартукам через цепи 44 подвижно крепится поддон 45 с отверстиями, соединенный через тяги 46 с приводом толкателя. Привод толкателя состоит из эксцентричного вала 47 и электродвигателя 48 соединенных через клиноременную передачу.
Рама агрегата состоит из основания, передней и задней стоек, площадок для крепления опорных узлов и вентилятора с приводом вентиляционной системы, а также стоек для крепления пропаривателя. На передней стойке рамы жестко закреплен воздухоотвод, являющийся опорой для нагревательного элемента. В задней стойке расположены патрубки с фланцами для подвода пара и выхода конденсата.
Соевое зерно через загрузочный бункер поступает в пропариватель агрегата, где прогревается за счет контакта с поверхностью донной паровой рубашки, перемешивается и увлажняется паром, выходящим через отверстия в лопастях мешалки. После окончания процесса соевое зерно, через патрубок выхода продукта поступает по лотку в полость барабана, где происходит подсушивание оболочки и нагрев зерна. В результате такой обработки шелуха легко отделяется от зерна. Зерно, ссыпавшись с лотка, падает на дно барабана, где захватывается наклонными пластинами, поднимается и высыпается на нагревательный элемент.
Здесь оно заполняет межтрубное пространство, ограничиваемое фартуками и движущимися возвратно-поступательно поддоном с отверстиями. Медленно просыпаясь между трубами и через отверстия в поддоне, семена нагреваются и прожариваются. Регулировкой угла наклона барабана, а также регулировкой положения шибера выгрузки организуют необходимое движение зерна и время его контакта с трубами нагревательного элемента. Кроме этого, для создания необходимых параметров в процессе термообработки зерна, полость барабана продувается воздушным потоком, регулировка которого осуществляется открытием (закрытием) заслонки воздухоотвода.
Внутри барабана, перегородками на нагревательном элементе, образованы три зоны, которые последовательно проходят семена сои. В первой зоне происходит интенсивное подсушивание оболочки и подготовка зерен к последующему обжариванию. Во второй зоне осуществляется процесс обжарки семян, в результате которого происходит инактивация вредных для организма веществ, содержащихся в сое. В третьей зоне происходит охлаждение семян и выгрузка из агрегата. Семена из нижней части барабана захватываются ковшами и через окно выгрузки подаются на разгрузочный желоб, по которому высыпаются из агрегата.
Конструкция агрегата дает возможность организовать термообработку семян зерновых и зернобобовых культур в потоке. Для контроля температуры семян на выходе, на последнем имеется температурный датчик.
Схема штифтового измельчителя представлена на рисунке 5.2. Он предназначен для получения соевой крупки из термообработанного соевого зерна. В процессе его работы тестированная соя подается в загрузочный патрубок. При воздействии зерна со штифтами оно разрушается на частицы 0,1-0,5 мм. В таблице 5.2 приведена техническая характеристика штифтового измельчителя термообработанного соевого зерна.
