Содержание к диссертации
Введение
1.АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОБРАБОТКИ ПРОПОЛИСА. 10
1.1 Аспекты использования прополиса в народном хозяйстве . 10
1.2 Анализ технологий и средств механизации обработки прополиса. 14
1.3 Анализ способов измельчения, очистки и прессования прополиса. 26
1.4. Анализ выполненных исследований по обработке прополиса. 31
1.5 Анализ выполненных исследований по прессованию материалов. 32
1.6 Постановка проблемы, цель работы и задачи исследования. 34
2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОПОЛИСА. 36
2.1. Программа и методика исследования. 36
2.1.1. Методика определения влажности, объемной массы и угла естественного откоса прополиса. 37
2.1.2. Методика определения коэффициентов трения прополиса. 37
2.1.3. Методика определения влияния температуры на адгезионные свойства прополиса. 40
2.1.4. Методика определения аэродинамических свойств прополиса. 41
2.1.5. Методика определения теплофизических характеристик прополиса. 43
2.2 Результаты исследований. 49
ВЫВОДЫ 57
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА БРИКЕТИРОВАНИЯ ПРОПОЛИСА ВАЛЬЦОВЫМ ПРЕССОМ ФОРМУЮЩЕГО ТИПА. 59
3.1 Модель функционирования технологической линии для обработки прополиса . 60
3.2 Параметрическая модель технологической линии для обработки прополиса. 61
3.3 Конструктивно - технологическая схема вальцового пресса формующего типа для брикетирования прополиса и физическая сущность его работы. 64
3.4 Обоснование производительности и конструктивных параметров вальцевого пресса. 67
3.5 Определение начального объема материала, сжимаемого в одной ячейке и степени сжатия материала вальцовым прессом. 71
3.6 Обоснование частоты вращения вальцов формующего вальцового пресса. 75
3.7 Энергоемкость процесса брикетирования. 77
3.8 Работа и мощность на сжатие прополиса вальцового пресса, 79
ВЫВОДЫ. 85
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПРОПОЛИСА И ЕГО ПРЕССОВАНИЯ В БРИКЕТЫ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ. 86
4.1. Программа и методика исследований. 86
4.1.1 Методика исследований влияния начального размера частиц прополиса и продолжительности измельчения на энергоемкость процесса и степень измельчения. 87
4.1.2 Методика определения влияния основных технологических факторов процесса прессования на прочность брикетов прополиса. 89
4.1.3 Методика определения плотности брикетов, 93
4.1.4 Методика определения предела прочности брикетов на сжатие в радиальном направлении. 93
4.1.5 Методика определения оптимальной формы прессующей ячейки вальцового пресса, 94
4.1.6 Методика определения крошимости брикетов. 97
4.2 Результаты исследований. 99
4.2.1 Результаты исследований по определению влияния начального размера частиц прополиса и продолжительности измельчения на энергоемкость и степень измельчения. 99
4.2.2 Результаты исследований по определению влияния технологических факторов на прочность брикетов прополиса при сжатии в радиальном направлении. 101
4.2.3 Результаты исследований по определению оптимального угла раскрытия прессующей ячейки вальцового пресса, 111
ВЫВОДЫ 112
5. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ОПЫТНО- ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБРАЗЦА ВАЛЬЦОВОГО ПРЕССА ПРОПОЛИСА. 114
5.1 Программа и методика исследования. 114
5.2 Результаты исследований. 118
5.3. Экономическая эффективность применения вальцового пресса прополиса. 123 ВЫВОДЫ 131
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ132
ЛИТЕРАТУРА 135
ПРИЛОЖЕНИЯ 146
- Аспекты использования прополиса в народном хозяйстве
- Методика определения влажности, объемной массы и угла естественного откоса прополиса.
- Модель функционирования технологической линии для обработки прополиса
- Методика исследований влияния начального размера частиц прополиса и продолжительности измельчения на энергоемкость процесса и степень измельчения.
- Экономическая эффективность применения вальцового пресса прополиса.
Введение к работе
В современных экономических условиях одной из важнейших задач, стоящих перед отечественными товаропроизводителями, является насыщение Российского рынка качественными, экологически чистыми пищевыми продуктами. Решение данной задачи позволит нашей стране сохранить свой продовольственный суверенитет, свою независимость от зарубежных фирм поставщиков. В связи с этим для сельского хозяйства большое значение имеет максимальное использование резервов, повышающих продуктивность земельных угодий.
Неоценимую помощь в увеличении продуктивности земельных угодий оказывает пчеловодство. Эта отрасль сельского хозяйства является одним из основных звеньев сельскохозяйственного производства, от успешного развития которой в известной степени зависит повышение продуктивности растиневод-ства и животноводства. Опыленные пчелами многие сельскохозяйственные культуры не только повышают урожайность, но и улучшают посевные свойства семян и товарные качества плодов и овощей. Широкое использование пчел для опыления энтомофильных культур влечет за собой одновременное увеличение производства основных продуктов пчеловодства.
Для успешного выполнения опылительных функций и повышения производства меда, воска, прополиса и других продуктов пчеловодства сама отрасль нуждается в развитии и укреплении.
Пчеловодство России традиционно развивается по трем основным направлениям: медовому, опылительному и разведенческому [105]. Для дальнейшего интенсивного развития пчеловодства необходимо: внедрять научные достижения в практику пчеловодства; совершенствовать формы фермерского пчеловодства, наращивать численность пчелоферм промышленного типа; создавать крупные предприятия по переработке и сбыту меда и другой продукции пчеловодства; s шире использовать современные технологии производства и переработки продуктов пчеловодства.
Одним из доходных направлений пчеловодства может стать промышленная заготовка и обработка прополиса.
Прополис (пчелиный клей) - естественная совокупность биологически активных соединений растительного и животного происхождения, бактерицидное действие которого распространяется на многие возбудители болезней человека. Пчелы получают его при переработке почек деревьев, обогащая ферментами, извлекаемыми в процессе пищеварения из оболочек пыльцевых зерен.
Прополис ценный лечебный препарат, обладающий широким спектром фармакологической активности, при этом абсолютно нетоксичен. Известны его антибактериальное, вирусоцидное и вирусостатическоет действие, а также противовоспалительные, репаративные и анестезирующие свойства[16]. В связи с этим его можно использовать и как самостоятельное лечебное средство, и в комплексе с другими биологически активными веществами и фармакологическими препаратами.
Поскольку прополис представляет собой сырье для производства многих лекарственных препаратов, то спрос на него постоянно увеличивается.
Однако широкому использованию прополиса препятствует тот факт, что применяемые до недавнего времени способы и средства механизации обработки прополиса являются «кустарными», малопроизводительными, приводят к потери ряда полезных веществ и не могут применяться при заготовке больших объемов продукта.
Единственно возможной для использования в промышленных условиях является технология, разработанная А.А. Садовниковым в ГНУ НИИ пчеловодства, при которой процесс обработки прополиса механизирован [7,99,113]. Она обеспечивает получение прополиса соответствующего требованиям ГОСТа 28886 - 90 «Прополис» [24] и представляет собой последовательное выполнение следующих операций: - охлаждение прополисового сырья; грубая очистка прополисовой крошки на блоке решет; измельчение промороженного сырья; очистка измельченного прополиса; брикетирование прополиса.
Однако в данной технологии остаются не обоснованными технологические режимы измельчения, очистки и брикетирования, а также конструкции машин и режимы работы, выполняющих эти операции, остается неизученной экономика процесса обработки прополиса.
Одной из важных операций данной технологии, которая остается не механизированной, является брикетирование.
В связи с вышесказанным целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности обработки прополиса путем разработки промышленной технологии, вальцового брикетного пресса и оптимизации режимов его работы, обеспечивающих снижение затрат труда и увеличение производительности, улучшение качества и товарного вида прополиса.
Народнохозяйственное значение выполненной работы заключается в увеличении производительности линии по обработке прополиса, улучшении качества производимого продукта, снижении энергозатрат и затрат труда на процесс брикетирования.
На защиту выносится: - предложенная линия обработки прополиса, защищенная патентом на полезную модель № 56786 [101]; оптимальные технологические параметры процессов измельчения, очистки и брикетирования прополиса; - модель функционирования и теоретические зависимости, обосновы вающие параметры вальцового пресса для прополиса; показатели физико-механических и теплофизических свойств прополиса; - результаты проверки предложенной технологии в производственных условиях и рекомендации производству.
Аспекты использования прополиса в народном хозяйстве
Об исключительно сильных бактерицидных и дезинфицирующих свойствах прополиса люди знали уже в глубокой древности и использовали его для лечения различных заболеваний. Многие исследователи подтвердили в своих работах [1,16,29,35,48,55,60,85,139,140,141], что прополис обладает разносторонним биологически активным действием.
Прополис - происходит от греческого слова «прополисео» -замазывать, заделывать. Пчелы получают его при переработке почек деревьев, обогащая ферментами, извлекаемыми в процессе пищеварения из оболочек пыльцевых зерен.
Образцы прополиса из различных географических зон отличаются не только по окраске, аромату, но и по химическому составу. Исследования, проведенные рядом ученых [17,34,52,56,92,124,125] свидетельствуют, что даже образцы прополиса из одного улья не имеют одинакового химического состава. Он зависит от видовых особенностей пчел, конструкции улья, растительности вокруг пасеки, природно-климатических условий и времени года.
Значение прополиса в жизни пчел трудно переоценить. Прополисная штукатурка, выделяя из своих смол эфирные масла, создаст в гнезде губительную атмосферу, в которой гибнут микроорганизмы и многие мелкие паразиты. Все зародыши микроорганизмов, оказавшиеся в улье, весьма эффективно блокируются ингибиторами роста [17,31,43]. Используя прополис, пчёлы уменьшают вход в улей через леток, полируют сотовые ячейки, служащие закромами для мёда, цветочной пыльцы и колыбельками для личинок [31,51].
Основными компонентами прополиса являются растительные смолы и бальзамы (50-55%), эфирные масла (10-15%), воск (до 30%), цветочная пыльца (5%) и механические примеси. Довольно высокое содержание воска, объясняется тем, что пчелы иногда применяют его для замазывания щелей наряду с прополисом. Содержание примесей зависит от способа и методов сбора прополиса [49].
Таким образом, прополис имеет сложный состав. К настоящему времени с использованием методов тонкослойной хроматографии и спектрального ядерно-магнитного резонанса из него выделено более 20 различных компонентов и установлено их химическое строение [17,60,132,118].
Методика определения влажности, объемной массы и угла естественного откоса прополиса.
Исследование физико-механических и теплофизических свойств прополиса необходимо при разработке технологии и оборудования для его измельчения, очистки и прессования. Они определяют технологическую сторону этих процессов и выбор оптимальных режимов работы машин. Поэтому задачей исследований является определение численных характеристик исходных свойств прополиса и их свойств при сходных условиях режимам работы соответствующего оборудования.
В связи с изложенным в программу исследований входило:
1. Определение исходной влажности, объемной массы и угла естественного откоса.
2. Исследование влияния температуры на адгезионные свойства и коэффициенты трения прополиса.
3. Изучение аспирационных свойств прополиса и основных его примесей (древесные включения и воск).
4. Определение теплофизических характеристик, таких как теплоемкость и коэффициенты теплопроводности, температуропроводности прополиса.
Методика определения влажности, объемной массы и угла естественного откоса прополиса.
Влажность прополиса определялась путем сушки по ГОСТ 13496.3 - 80 и рассчитывалась по формуле где МИ - масса навески прополиса до сушки, г; Мк - масса навески прополиса после сушки, г.
Взвешивание навесок прополиса производилось на лабораторных технических квадратных весах ВЛТК - 500 с точностью до 0,01 г. Сушке подвергались четыре навески массой 10 г каждая.
Объемной массой прополиса называют его массу (кг), содержащуюся в 1 м3 объема. Для прополиса эта величина зависит, в основном, от средневзвешенного размера частиц [80].
Объемная масса прополиса определялась литровой пуркой ПХ - 1 ГОСТ 7861-74 и рассчитывалась по формуле где у - объемная масса прополиса, кг/м3; G - масса прополиса в емкости, кг; V- объем емкости, м3.
Модель функционирования технологической линии для обработки прополиса
Анализ информации в области технологий получения и обработки продуктов пчеловодства показал, что с позиции системного подхода технологический процесс обработки прополиса можно представить параметрической моделью, состоящей из пяти блоков [37]. Каждый блок представляет собой комплекс операций, объединяющим признаком которых является общая для него технологическая направленность с единой целью. Целостность системы определяется совокупностью операций по: охлаждению прополиса, измельчению, очистке воздушным потоком, нагреванию и прессованию.
В модели применены обозначения: T1J2J3J4-температура прополиса на различных этапах технологического процесса; Тмр - температура в морозильной камере; Ттр - температура в термошкафу; М0 - масса прополисового сырья; Мпр - масса чистого прополиса; Мпр11М - масса примесей; М6р - масса сформированного брикета; у0, у/, - объемная масса прополиса на различных этапах технологического процесса, рбр - плотность брикетов, 1( ,11 - размер частиц по гранулометрическому составу па различных этапах технологического процесса; 1$р — геометрические размеры брикета; Ven - скорость воздушного потока; п\ - частота вращения молотков дробилки; п2 - частота вращения прессующих вальцов; у} - конструктивные параметры измельчителя (конструкция молотков, диаметр выходных отверстий решетки и т.д.); у2 - конструктивные параметры пресса (диаметр вальцов, форма и размер ячеек и т.д.); X/ - показатели эффективности работы измельчителя; Х2 - показатели эффективности роботы вальцового пресса.
Входными параметрами прополисового сырья поступающего от заготовителей являются: температура Ті, средний размер частиц /д, объемная масса уо, и масса продукта с примесями М0. С этими параметрами прополисовое сырье поступает в морозильную камеру, в которой установлена температура Тмр. В морозильной камере прополисовое сырье охлаждается и приобретает параметры Т2, U, у о, М0.
Операция охлаждения предназначена для целенаправленного изменения физико-механических свойств прополиса с целью снижения затрат энергии на измельчение, а так же сведения к минимуму прилипания материала к рабочим органам машин при измельчении и очистке.
Далее охлажденный прополис поступает в измельчитель, где он в процессе работы дробилки, измельчается и несколько нагревается приобретая параметры (Т Тз, h, уі, М0.
Температура нагрева прополиса в процессе измельчения зависит от температуры окружающей среды. В случае отрицательной температуры окружающей среды (обработка продукта производится в зимний период в не отапливаемом помещении) нагрев будет минимальным Т2 и с материалом можно производить дальнейшие технологические операции. При положительной температуре окружающей среды нагрев прополиса будет значительным Т3 и для осуществления дальнейшей очистки материал необходимо предварительно охладить в морозильной камере.
Методика исследований влияния начального размера частиц прополиса и продолжительности измельчения на энергоемкость процесса и степень измельчения.
Обработка прополиса содержит ряд сложных операций по измельчению, очистке и прессованию [75,101]. Аналитическое описание процессов протекающих в материале при выполнение этих операций представляет достаточно сложную задачу, так как обрабатываемый материал обладает лабильными физико-механическими свойствами. В связи с выше изложенным теоретическое обоснование технологических параметров процессов обработки прополиса представляется весьма затруднительным. Поэтому возникает необходимость всестороннего экспериментального исследования процессов измельчения прополиса и прессования его в брикеты, обоснования технологических параметров данных операций.
Основными задачами лабораторных исследований являются: подтверждение теоретических разработок, определение влияния технологических факторов на процессы измельчения, и прессования прополиса в брикеты.
В соответствии с поставленными задачами программа исследований предусматривает:
- определение влияния начального размера частиц прополиса (D), продолжительности измельчения (/1Ш() на энергоемкость и степень измельчения прополиса;
- определение влияния температуры (ТС), давления прессования (Рп) и времени выдержки (t) на плотность и прочность формируемых брикетов прополиса;
- определение влияния геометрических параметров прессующей ячейки вальцового пресса на крошимость брикетов.
Методика определения влияния тіпального размера частиц прополиса и продолжительности измельчения на энергоемкость и степень измельчения.
На интенсивность процесса измельчения прополиса по принятой технологии оказывают влияние его физико-механические свойства, технологические факторы (температура измельчаемого материала, размер измельчаемых частиц и другие), конструкция измельчителя и режимы его работы. Оценить эффективность рабочего процесса измельчителя можно функциональной зависимостью между затратой энергии на этот процесс и степенью измельчения.
Прополис относится к упру го вяз ко пластичным материалам с резко выраженной анизотропией и значительными изменениями прочностных свойств в зависимости от физического состояния. Процесс разрушения такого материала можно представить как усталостный под действием циклической нагрузки.
Установлено, что измельчать прополис наиболее целесообразно в интервале температур минус 5-10 С [7,76], при таких условиях он практически утрачивает свои пластические свойства и приобретает хрупкость, что позволяет легко измельчать посредствам ударных воздействий.
При измельчении прополиса наибольшее распространение получила центрифуга-дробилка «ЦД-1» описание и принцип работы, которой представлены в разделе 1.2
Для проведения эксперимента использовался измельчитель ЭКМУ - 30 (ГОСТ 19423 - 81) со схожей конструкцией и техническими характеристиками [76].
Экономическая эффективность применения вальцового пресса прополиса
Расчет экономической эффективности применения вальцового пресса формующего типа для прессования прополиса в брикеты проводился согласно методике, изложенной в соответствующих работах [22,66,69,70,98,] на основании результатов производственных испытаний, литературных данных и рекомендуемых справочных нормативов.
Основные исходные данные расчета технико-экономических показателей представлены Основные исходные данные для расчета технико-экономических показателей.
Наименование показателей Единицы измерения Прессование прополиса в брикеты
Гидропрессом ОКС - 030 Вальцовым прессом формующего типа
Балансовая стоимость пресса прополиса руб- 6450 22520
Производительность кг/ч 1 72
Количествообслуживающего персонала чел. 1 1
Удельные затраты электроэнергии кВт-ч/кг - 5,48
Закупочная цена килограмма прополиса руб. 850 850
Цена реализации килограмма прополиса руб. 2300 2300
Часовая тарифная ставка руб. 40 40
Доплата за продукцию % 25 25
Отчисления на социальные нужды % 38,5 38,5
Амортизационныеотчисления % П,1 11,1
Отчисления на ТО, ремонт и хранение % 7 7
Коэффициент использования рабочего времени % 0,9 0,9
Цена одного кВт-ч руб. - 1,6
Годовой объем производимого прополиса принимался из фактических данных, полученных в результате анализа производственной деятельности ГУП РО «Рязанская пчела», и составляет 500 кг.
Количество рабочих дней, которые необходимо затратить для обработки всего производимого прополиса рассчитывается по формуле где А - годовой объем производимого прополиса, кг; Qsi производительность линии, кг/ч; тсм - время работы за смену, ч; псм - количество смен в сутки; Ксм коэффициент использования рабочего времени;
Учитывая то, что наиболее трудоемкой и длительной операцией технологии обработки прополиса является операция прессования, производительность линии будет равна производительности пресса. При этом фактическая производительность вальцового пресса принимается с учетом времени на нагрев материала, его загрузку в бункер и предварительную подпрессовку и составит 31 кг/ч.
