Содержание к диссертации
Введение
I Состояние вопроса и задачи исследования
1.1 Существующие технологии подготовки семян сои и других бобовых культур к переработке на кормовые цели 8
1.2.0собенности возделывания и уборки сои в зоне Дальнего Востока и их влияние на качество получаемого товарного зерна 11
1.3.Корма из соевого зерна и способы повышения их питательности 19
1.4. Технические средства для удаления семенной оболочки семян сои и других бобовых культур 24
1.5. Цель и задачи исследования 31
CLASS 2. Теоретические исследования процесса удаления оболочки семян сои CLASS
2.1. Теоретические предпосылки повышения эффективности удаления оболочки семян сои с использованием метода сдвига семядолей 33
2.2. Исследование состояния упругости семян сои при воздействии рабочих органов шелушителя 42
2.3.Теоретическое обоснование конструктивных параметров и кинематических режимов устройства для удаления оболочки семян сои 50
3. Методика экспериментальных исследований
З.1 Общие положения 58
3.2. Определение физико-механических свойств районированных и перспективных сортов семян сои и продуктов их шелушения 60
3.2.1. Методика определения размерных характеристик семян сои... 60
3.2.2.Методика изучения аэродинамических свойств семян сои и продуктов их шелушения 63
3.3. Методика определения зависимости качества удаления семенной оболочки от параметров устройства и свойств сырья 66
3.3.1 Зависимость качества удаления семенной оболочки от характеристик поверхностей деки и вальца 66
3.3.2.3ависимость качества удаления семенной оболочки от длины контактной зоны шелушения 68
3.3.3. Определение скорости и равномерности воздушного потока по сечению камеры при сепарации продукта шелушения 69
3.4. Методика многофакторного эксперимента по оптимизации конструктивных параметров и режимов работы шелушителя семян сои 72
3.5. Методика лабораторно-производственных испытаний опытного образца шелушителя семян сои 81
4. Результаты экспериментальных исследований
4.1. Физико-механические свойства районированных и перспективных сортов семян сои и продуктов их шелушения 85
4.1.1. Размерные характеристики семян сои 85
4.1.2. Аэродинамические свойства продуктов шелушения семян сои. 91
4.1.3. Зависимость качества удаления семенной оболочки от влажности исходного сырья 97
4.2. Влияние длины контактной зоны и физико-механических свойств исходного сырья на качественные показатели работы устройства для шелушения семян сои 98
4.3. Влияние основных, конструктивных параметров и кинематических режимов устройства вальцедекового типа на качественные показатели удаления оболочки семян сои 106
5. Лабораторные и государственные испытания опытного образца шелушителя семян сои
5.1. Лабораторные испытания макетного образца шелушителя семян сои 126
5.2. Государственно-приемочные испытания опытного образца шелушителя семян сои 131
5.3. Экономическая эффективность использования вальцедекового шелушителя семян сои 133
Основные выводы и предложения 138
Список литературы 141
Приложения 156
- Технические средства для удаления семенной оболочки семян сои и других бобовых культур
- Определение физико-механических свойств районированных и перспективных сортов семян сои и продуктов их шелушения
- Физико-механические свойства районированных и перспективных сортов семян сои и продуктов их шелушения
- Влияние длины контактной зоны и физико-механических свойств исходного сырья на качественные показатели работы устройства для шелушения семян сои
Введение к работе
Целью работы является совершенствование процесса и разработка устройства для эффективного удаления оболочки семян сои и обеспечения снижения потерь обрабатываемого сырья, максимальное сохранение его ценных свойств.
Научная гипотеза выбранного направления исследований заключается в использовании метода сдвига семядолей семян сои для снятия ее оболочки с минимальным дроблением зерна, что позволит сократить потери при выделении воздушным потоком легких примесей и максимально сохранить биологическую ценность исходного сырья.
Объектом исследования является технологический процесс удаления оболочки семян сои методом сдвига семядолей.
Предметом исследования является устройство для удаления оболочки семян сои.
Работа выполнялась в отделе переработки сельскохозяйственной продукции ДальНИПТИМЭСХа и является одним из разделов исследований комплексной региональной программы 07/512 «Разработка технологии переработки сои на пищевые и кормовые цели для создания соевой перерабатывающей промышленности на Дальнем Востоке», включенный в план выполнения исследований с 1995 года и соответствует договору между ДальНИПТИМЭСХом и управлением сельского хозяйства АПК администрации Амурской области.
В результате проведенных исследований выявлена эффективность удаления семенной оболочки сои с использованием метода сдвига семядолей, обоснованы оптимальные конструктивные параметры и кинематические режимы устройства для удаления семенной оболочки сои, и проведены его лабораторно-хозяйственные испытания. Лабораторные и государственные испытания опытного образца шелушителя семян сои (ШСС-1) показали, что
7 он обеспечивает требуемое качество работы при снижении потерь в отходы
мелкодробленого зерна сои по сравнению с шелушителем ГРГТ-1 на 14 %.
Расчетный экономический эффект от использования разработанного устройства составляет 60,4 тысячи рублей в год.
На основании полученных результатов исследований подготовлены исходные требования и техническое задание на разработку вальцедекового шелушителя семян сои.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- научная новизна и практическая значимость использования
вальцедекового шелушителя семян сои (ШСС);
- результаты теоретических исследований по выявлению достоинств и
недостатков существующих технологий и конструктивно-
технологических схем шелушителей семян сои и других зернобобовых
культур отечественного и зарубежного производства, определению
наиболее перспективного метода удаления семенной оболочки.
Теоретическое обоснование оценочных показателей работы устройства
для удаления оболочки семян сои методом сдвига семядолей;
- результаты экспериментальных исследований по обоснованию
оптимальных, конструктивных параметров и технологических режимов
работы устройства для удаления семенной оболочки зерна сои методом
сдвига семядолей;
результаты лабораторных и государственных приемочных испытаний, опытного образца шелушителя семян сои;
исходные требования и техническое задание на разработку опытного образца шелушителя семян сои (ШСС) для удаления семенной оболочки методом сдвига семядолей.
Технические средства для удаления семенной оболочки семян сои и других бобовых культур
В производственной практике работы предприятий и организаций пищевой промышленности широкое применение получила технологическая линия КМЗ-308, предназначенная для получения растительного масла из семян зернобобовых культур (рис. 1.З.). Широко используется в подготовке и переработке семян зернобобовых культур технологическая линия получения растительного масла. Которая представляет собой комплект машин для обрушивания маслосемян, отделения оболочки от ядра, механического разрушения его, термической обработки мятки, отжима масла на прессе, фильтрации и накопления в специальной емкости. В соответствии с технологией маслосемена подаются в загрузочный бункер, вместимостью 8 м. куб., из которого норией загружаются в семенорушку для обрушивания семян. В аспираторе оболочка отделяется от ядра и по воздуховоду подается в бункеры. Ядра или семядоли поступают в вальцовый станок и далее в бункеры накопители. Из бункеров мятка направляются в термообработку в четыре жаровни, где они нагреваются до температуры 70С при непрерывном помешивании и увлажнении. После термообработки мятка подается шнековым конвейером в пресс для отжима масла. Прессовое масло самотеком поступает в ванну и далее перекачивается маслонасосом в фильтр и сборник для масла. Жмых отводится от пресса шнековым транспортером в специальный бункер. Производительность такой технологии по семенам соответствует 10-12 тонн в сутки.
В народнохозяйственных целях широкое применение получила соевая мука. При помолах семян сои в муку направляют только измельченный эндосперм. В настоящее время ученые и специалисты пытаются найти эффективный способ предварительного удаления соевой оболочки перед помолом. В этом случае процесс получения соевой муки должен существенно упростится. Вместе с тем особенности строения зерна, прочность алейронового слоя, не всегда в полной мере с низкими затратами, позволяет решить эту важную инженерную задачу. Поэтому пока применяют предварительное неполное шелушение семян сои с использованием системы машин для шелушения крупяных культур, а также экспериментальных и опытных образцов шелушителей семян сои. Одним, из которых является шелушитель зерна ГРП-2, работающий по методу сдвига семядолей. (РисЛ.5.) В технологии получения соевой основы, приготовления соевого белка по «китайскому» или «тайваньскому» способам обязательным условием является снятие соевой оболочки «мокрым» методом. При этом наблюдаются большие материальные и энергетические затраты /128/.
Так на ОАО «Молочный комбинат Благовещенский» для получения соевой основы используются 25 единиц технологического оборудования, в том числе для отделения оболочки от семядолей сои задействовано 1/3 установок и механизмов. Кроме этого по затратам времени процесс производства увеличивается на 12-18 часов /124/.
Таким образом, проведенный анализ существующих технических средств, участвующих в отделении соевой оболочки от семядолей, сделать вывод о имеющихся больших возможностях поиска и разработки более эффективных устройств для шелушения семян сои.
Проведённый анализ качества исходного сырья, технологий и технических средств для подготовки семян сои и других зернобобовых культур к переработке на кормовые и пищевые цели показал, что качество переработки и получения продуктов, приготовленных из сои зависит в немалой степени от качественных показателей исходного материала. В технологиях как отечественного, так и зарубежного производства соевых продуктов используются различные методы удаления соевой оболочки, имеющие достоинства и недостатки. Технические средства поточных технологических линий требуют совершенствования с целью получения высокотехнологичных многофункциональных кормов из сои.
Шелушильные машины ГРП, семенорушка МРН (рис. 1.6. и 1.7) не в достаточной степени обеспечивают качественное удаление семенной оболочки и необходимый технологический процесс максимального сохранения продуктов переработки из сои.
В настоящее время предается особое значение производству и глубокой переработке сои. Целевая отраслевая программа развития производства и глубокой переработке сои в Российской Федерации на период до 2010 года предусматривает строительство 18 заводов по переработке сои, в том числе четыре из них в Амурской области и одного в Приморском крае. Это в свою очередь ставит большие задачи по техническому перевооружению системы машин, обеспечивающих как подготовку семян сои к переработке на кормовые и пищевые цели, так и в целом их глубокую переработку.
Определение физико-механических свойств районированных и перспективных сортов семян сои и продуктов их шелушения
При изучении размерных характеристик исходного сырья, количество исследуемых семян сои принимается равным 300 каждого сорта. Для изучения размеров семян сои мною был специально изготовлен прибор для измерения линейных размеров семян сои (толщина, ширина, длина) (Рис.3.1.).
Исследованиями /5, 100/ было установлено, что для определения характера связи, достаточно изучить от 100 до 300 семян сои. Для выявления закономерности, которая оценивается средиеквадратическим отклонением и коэффициентом корреляции, необходимо брать 300 семян из общей совокупности исходного сырья /53/.
Прибор состоит из основания 3, стойки 2, на которой закрепляется индикаторная головка 1 часового типа ИЧ-1 с точностью измерения до 0,01 мм, столика 4, подвижного стержня индикатора 6, головки подвижного стержня индикатора 7.
Возможности прибора для измерения позволяют изучать размерные характеристики семян зерновых, крупяных культур, сои, а также многих других объектов исследования. Статистическая обработка полученных данных проводилась в соответствии с известными методиками /3, 13, 34, 82/. Результаты заносились в таблицу и представлялись в виде вариационных кривых.
Ранее проведенные исследования Глотовым В.П., Соколовым Б.Ф., Назаренко В.В., Тараненко В.Ф., Терентьевым Ю.В., Притяжной СП. и др. /108, 123, 94, 24, 25, 64/ показывают, что сроки уборки и послеуборочной обработки зерна оказывают существенное влияние на влажность исходного сырья и его аэродинамические свойства, учитываем влажность при проведении эксперимента. Для этого руководствуемся требованиями ГОСТа 17109-88 /28/, где определены следующие состояния семян сои по влажности:
Соя подразделяется на базисные и ограничительные кондиции до 18%.
Исходя из требований ГОСТа 13979.1-68 и его методики была определена влажность исходного материала.
Из высушенного при 100-105С исходного сырья берут две пробы массой по 5 гр. каждая, взвешивая на весах с записью результатов до 0,01 гр. Массовую долю влаги W в процентах, вычисляют по формуле:
За окончательный результат принимают среднеарифметическое двух определений. Относительная погрешность метода, найденная в интервале от 2 до 20%, составляет 3,5%. Допустимые расхождения между максимальными и минимальными значениями при доверительной вероятности 0,95 не должны превышать 10% по отношению к среднеарифметической величине. По этой же методики определяем влажность оболочек семян сои, предварительно перед сушкой снимается оболочка с семядолей и взвешивается соевая оболочка. Затем результаты весов подставляются в формулу (3.1) и по ней определяется влажность оболочки семян сои. Результаты влажности семядолей, соевой оболочки и в целом исходного сырья заносятся в таблицу для использования при проведения экспериментальных опытов.
Физико-механические свойства районированных и перспективных сортов семян сои и продуктов их шелушения
Экспериментальные исследования проводились в соответствии с разработанными методиками раздела 3.2.Исследовались семена сои сортов ВНИИС-1, Октябрь-70, Смена, Луч «Надежды», Соната, Даурия, Вега урожая 2001 года.
Полученные результаты представлены в виде таблиц и вариационных кривых.
Результаты статистической обработки размерных характеристик полноценных семян сои районированных и перспективных сортов даны в таблице 4.1. и в виде вариационных кривых на рис. 4.1,4.2,4.3.
Исследование размерных характеристик семян сои показывают, что эти показатели разных сортов существенно отличаются между собой. Разница в размерах по толщине, ширине и длине может отличаться от 0,2 доі мм.
Семена исследованных сортов можно отнести по форме к группе округлых. У сортов ВНИИС-1, Октябрь-70, Даурия длина в среднем превышает 7 мм., у Смена, Луч Надежды, Соната, Вега длина составляет 6,73 ... 6,9 мм. Ширина семян сои всех сортов колеблется от 6,2 ... 6,86 мм, а толщина от 5,30 до 6,11 мм. Самые высокие размерные характеристики наблюдаются у семян сои сортов «Даурия», «Октябрь-70». Коэффициент сферичности у семян сои исследованных сортов колеблется в пределах 0,84 ... 0,97. Необходимо отметить, что коэффициент сферичности может колебаться в больших пределах даже у одного сорта. Наибольший коэффициент сферичности имеют хорошо выполненные семена сои. Средние значения коэффициента сферичности одного сорта может изменятся по годам /58, 108/.
Абсолютные отклонения размерных характеристик от средних значений составляет 0,2 ... 0,5 мм.
Учитывая, что определяющим размером шелушения семян сои методом сдвига семядолей является толщина, сводим границы зон в (Таблицу 4.2.). Из (Таблицы 4.2), вариационных кривых размерных характеристик семян сои по исследованным сортам видно, что при хорошо подготовленном исходном сырье для шелушения четко определяются границы линейных размеров, необходимых для выбора оптимальных параметров подбора и регулировок рабочих органов шелушильной установки (Таблица 4.3).
Результаты лабораторных исследований, их группировка и вычисление средней арифметической и суммы квадратов отклонений при непрерывной изменчивости линейных размеров семян сои, определили границы зон, в которых максимально проявляется основной объем устойчивых размеров.
Таким образом, сделав выборку линейных размеров по толщине в границах зон группировки, определяем интервалы маневрирования при поиске оптимальных режимов (зазора между вальцом и декой, глубину рифлений на деке) работы шелушителя.
При проведении исследований было также установлено, что размерные характеристики семян сои изменялись в зависимости от их влажности в незначительных пределах. При значительных снижениях влажности и наоборот, изменяются длина и толщина, и семена сои приобретают более округлую или удлиненную форму.
Влияние длины контактной зоны и физико-механических свойств исходного сырья на качественные показатели работы устройства для шелушения семян сои
Важным фактором в процессе шелушения является контактная зона семян сои между рабочими органами шелушителя, при которой обеспечивается момент сдвига семядолей. Для обработки результатов эксперимента воспользуемся формулами (2.55) и (2.63). Экспериментальные опыты будем проводить с целью определения длины зоны контакта семян сои с рабочими органами шелушителя. В эксперименте мы будем исследовать и использовать результаты работы двух шелушителей, один из которых с двумя ваьцами, другой с одним обрезиненным вальцом и рифленой металлической декой. Выбор оптимальных размеров рабочих органов шелушителя семян сои позволит оптимизировать процесс шелушения и подтвердить ряд предложений, составляющих предмет защиты диссертационной работы.
Используя результаты экспериментальных опытов (таблица 4.8.), а также учитывая основные параметры шелушильных машин для шелушения и шлифования крупяных культур /35, 64, 36/ выбираем диаметр обрезиненного вальца равным 235 мм и ширину 385 мм.
Радиус рифления на металлической деке принимаем равный V. диаметра семян сои (Д= 2,5 - 3 мм) /8,9,64,71/. Учитывая, погружения семян сои при шелушении в футеровку валка, зазор между обрезиненным валком, охватывающей поверхностью рифленой металлической деки, принимаем для средней фракции семян сои равный 3 мм. Поверхность резины в пределах 85-90 единиц по Шору обеспечивает максимальную технологическую эффективность и продолжительность работы обрезиненного вальца 120 - 150 часов. Толщину резинового покрытия вальца выбираем с учетом технических условий ГОСТа 17133-83. Для нашей конструкции выбираем группу твердости повышенную (П) /29/, в связи с тем, что предполагаемая нагрузка на шелушитель составляет в пределах 500 тонн в год/128/. Толщину резинового покрытия валка шелушителя семян сои выбираем равную 10,5 мм. Оптимальными значениями коэффициента заполнения меж вальцедековой зоны семенами сои следует считать 0,25 ... 0,33 /48/.
Экспериментальные исследования проводим в соответствии с методикой, изложенной в разделе 3. Схема экспериментальной установки показана на рис. 2.2. и опытного образца на рис. 3.8., а общий вид в приложении 1.
Исходное сырье готовим из сорта сои «Вега» на машине СВУ-5А по фракциям: крупная, средняя, мелкая и несортированная таблица 4.6. Влажность семян сои 9-12%.
При некотором допущении семена сои имеют форму шара. Исследуемое сырье равномерно подавалось на шелушение из бункера питающим валом, при некотором допущении, разъёмом семядолей параллельно касательным к поверхностям вальца и деки. . Масса навески составляла 100 гр. При проведении эксперимента, задаваемыми величинами (факторами) были: зазор между вальцом и декой R; скорость вальца (VB); удельная загрузка (Н); площадь деки (Sg). Масса 1000 семян сои сорта «Вега» равна 168 гр. Площадь Миделево сечения F семян сои сорта «Вега» находим /10/ по формуле: F = —х/хб, (4.1.) где / - длина семян сои, b - ширина семян сои. Данные берем из таблицы 4.1. и подставляем в формулу (3.20) получаем: F=34,7 мм2. Время прохождения рабочей зоны определяется из формулы (2.4). Скорость вальца шелушителей устанавливаем 2,5 м/с, 3,5 м/с, 4,5 м/с. Зазоры между вальцом и декой - 2, 3, 4 мм. Из Таблицы 4.6 видно, что результаты шелушения семян сои устройством с двумя обрезиненными вальцами не значительно зависят от диаметра вальцов. Вместе с тем, используя один обрезиненный валец и облегающую его металлическую деку с рифлениями можно значительно увеличить длину контакта семян сои без особого увеличения обрезиненного вальца. Используя формулу (2.63): C= f , где Д=5мм или 6мм, t = 0,25 мм, d = 6мм или 7 мм, т.е. в зависимости 101 от размерных характеристик семян сои, увеличиваем диаметр рифления на 1-2 мм по сравнению с диаметром семян, сои. Подставляя в формулу (2.63) абсолютные значения такие же как в разделе 2, п 2.3. получаем: ,„ /5 х 6 х 0,25 „ _. Таким образом, длина контакта / семян сои в рифлении деки в 2,5 раза больше чем длина ее контакта при шелушении двухвальцовым устройством (из формулы 2.55) при условии диаметра вальца не более 300 мм, толщина соевой оболочки t = 0,25лш и диаметра семян сои Д = 5 мм. Основным показателем эффективности шелушения семян сои являются (1.1), (1-2), (1.3). Пользуясь этими формулами и результатами экспериментальных исследований по определению оптимальной длины зоны шелушения семян сои (приложение!) производим расчет эффективности шелушения. Результаты заносим в таблицу 4.9. В ходе экспериментальных исследований установлены зависимости влияния изменений длины рабочей зоны шелушителя семян сои (/) на результаты работы устройства (Таблица 4.10.). Из результатов экспериментальных исследований следует, что наиболее оптимальным является длина зоны шелушения равная 235 мм., т.е. длине дуги металлической деке. В данном случае, при графическом построении результатов шелушения семян сои (Рис.4.10.), мы видим, что эффективность отделения соевой оболочки характерна для всех фракций подготовленного соевого исходного материала .Исходный материал проходя 103 этот путь между рабочими органами шелушителя трансформируется в составляющую продукта шелушения: семядоли и соевую оболочку.
