Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний аграрний університет

УДК 631.36:582.739

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обґрунтування раціональних параметрів та режимів роботи машини для переробки сої

Тракслер Іван Степанович

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, професор Дацишин Олександр Володимирович, Національний аграрний університет, професор кафедри механізації переробки та зберігання сільськогосподарської продукції.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, старший науковий співробітник Шацький Віктор Васильович, Інститут механізації тваринництва УААН, старший науковий співробітник лабораторії кормо забезпечення;

- кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Ткач Віктор Васильович, Національний науковий центр "Інститут механізації і електрифікації сільського господарства УААН", завідувач лабораторії науково-технологічних процесів тваринництва і птахівництва.

Захист відбудеться "11" листопада 2008 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус 3, ауд. 65.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус 4, к. 28.

Автореферат розісланий 10 жовтня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д.Г. Войтюк.

Анотація

Тракслер І.С. Обґрунтування раціональних параметрів та режимів роботи машини для переробки сої. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Національний аграрний університет, Київ, 2008.

Дисертаційна робота присвячена теоретичному та експериментальному дослідженню процесу приготування соєвого молока, обґрунтуванню раціональних параметрів та режимів роботи машини для переробки сої. Доведено необхідність вдосконалення технології і розробки нового технічного засобу для приготування соєвого молока, який дозволить зменшити питомі витрати енергії за рахунок поєднання декількох технологічних операцій в одному технічному засобі і підвищити якість кінцевих продуктів.

На основі аналізу існуючих машин та обладнання для переробки соєвих бобів на соєве молоко запропоновано конструктивно-технологічну схему нового технічного засобу. Розроблено математичні залежності, що характеризують роботу технічного засобу і дозволяють теоретично визначити основні конструктивно-технологічні параметри.

За результатами теоретичних і експериментальних досліджень виготовлено експериментальний зразок технічного засобу для приготування соєвого молока, випробування якого дозволило отримати необхідний ступінь подрібнення 1,4-1,6 мм, в'язкість 0,030 ± 0,005 м²/с та густину соєвого молока 1025 ± 5 кг/м³ при продуктивності 130-160 л/год. і питомих енерговитратах 0,005-0,007 кВт·год./л, розрахунковий річний техніко-економічний ефект від застосування розробленого технічного засобу становить 59480,4 грн.

Ключові слова: екстрагування білка, процес тонкого подрібнення-змішування, соєві боби, соєве молоко, технічний засіб, фільтрування.

Аннотация

Тракслер И.С. Обоснование рациональных параметров и режимов работы машины для переработки сои. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Национальный аграрный университет, Киев, 2008.

Диссертационная работа посвящена изучению проблемы повышения эффективности приготовления соевого молока путем обоснования технологической схемы и конструкционных параметров технического средства.

Доказана необходимость усовершенствования технологии и разработки нового технического средства, которое позволит снизить удельные расходы энергии за счет сочетания нескольких технологических операций в одном техническом средстве и повысить качество конечных продуктов. В диссертации обоснована актуальность темы сформулированы цель и задачи исследований, дана общая характеристика работы.

Проведенные исследования показали, что одним из перспективных направлений переработки соевых бобов является производство соево-белковых изолятов и продуктов на их основе: соевое молоко, сыр, окара, майонез, йогурты и другие продукты питания. Технологическое оборудование, которое применяется в большинстве случаев, не отвечает современным требованиям к энергоемкости и металлоемкости, качеству проведения основных технологических операций.

По результатам предыдущего анализа физико-механических свойств соевых бобов, основных способов влияния на измельчаемый продукт, конструкций технических средств для измельчения был предложен альтернативный способ тонкого измельчения-смешивания соевых бобов в водной среде и фильтрования полученной соевой суспензии. Этот способ внедрен в разработанном техническом средстве для приготовления соевого молока.

Так как процессы тонкого измельчения и экстрагирования проходят в рабочей зоне технического средства одновременно то их можно рассматривать как один совмещенный процесс - процесс экстрагирования при непрерывном изменении диаметра и соответственно поверхности распределения фаз (твердой и жидкой).

Также рассмотрена кинетика изменения размера частицы в рабочей зоне и получено конечное уравнение изменения поверхности с одновременным ее возобновлением, которое позволило определить время измельчения от режимных и конструктивных параметров.

Для получения значений физико-механических свойств компонентов, которые входят в разработанные математические выражения и проверки результатов теоретических исследований были проведены экспериментальные исследования.

Представленные в диссертации методы экспериментальных исследований разрабатывались на основе методов планирования экспериментов, прикладного программирования, методов математической статистики, с применением ЭВМ и методов статистического и регрессивного анализа экспериментальных данных. Исследования проводили на специальных приборах и разработанной и изготовленной экспериментальной установке.

После проведения экспериментальных исследований определены рациональные конструктивно-технологические параметры, которые влияют на эффективность процесса.

Также получены регрессивные зависимости и проекции пересечения поверхности отзыва линий равного значения, которые отображают влияние основных конструктивных и режимных параметров на функции отзыва: Q=f(n, H, S); М=f(n, H, S); q=f(n, H,S).

В результате теоретических и экспериментальных исследований изготовлен образец нового технического средства для приготовления соевого молока. Проведенные испытания позволили получить необходимую степень измельчения 1,4-1,6 мм, вязкость 0,030 ± 0,005 м²/с и плотность соевого молока 1025 ± 5 кг/м³ при производительности 130-160 л/ч. При этом удельные энергозатраты составили 0,005-0,007 кВт·ч/л. Расчетный экономический эффект от применения разработанного технического средства составляет 59480,4 грн.

Ключевые слова: экстракция белка, процесс тонкого измельчения-смешивания, соевые бобы, соевое молоко, техническое средство, фильтрование.

Summary

Traksler I. Substantiation of the rational parameters and operating regimes of technical mean for soya processing. - Manuscript.

The dissertation on competition of scientific degree of candidate of technical sciences on a specialty 05.05.11 - machines and means of mechanization of an agricultural production. - National Agrarian University, Kyiv, 2008.

Dissertational work is devoted to theoretical and experimental research of technological process of soya milk preparation, by mean of substantiation studying of a problem of increase of efficiency of soya milk preparation by a substantiation of the construction of existing machines and equipment for its preparation.

And the necessity of improvement of technology and developing of the new technical mean for soya milk production has been proved. The mean will allow to reduce the specific energy cost by mean combining of several technological operations in one technical mean and to increase the quality of the end products.

On the basis of the analysis of then existing machines and the equipment for manufacturing of soya beans we suggest the constructive-technological scheme of a new mean, on which working capacity and an opportunity of blending of the offered design has been confirmed.

As a result of theoretical and experimental researches the sample of a new mean for preparation of soya milk is made. The lead tests has allowed to receive a high degree of blending 1,4-1,6 mm, viscosity 0,030-0,005 м²/s and density of soya milk 1025±5 kg/м³ at productivity 130-160 l/h and specific power inputs 0,005-0,007 kWt·h/t.

The annual economic effect from applying of the developed mean makes 59480,4 UAH.

Keywords: soybeans, process of thin blending - mixing, filtering, a mean, operating disks, soya milk, оkаrа.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Обумовлена необхідністю розробки нових та удосконалення існуючих технічних засобів малої продуктивності для технологічних ліній приготування соєвого молока. Відродження тваринницької галузі України сприяє створенню невеликих сільськогосподарських підприємств та фермерських господарств, які в свою чергу, потребують великої кількості нового ефективного малогабаритного обладнання.

Недосконалість технологій та технічних засобів для приготування соєвого молока зумовлюють великі витрати енергії та знижують якість кінцевого продукту. Перспективними для використання в технологічних лініях переробки соєвих бобів на молоко є технічні засоби, в яких одночасно виконується декілька операцій, що дозволить зменшити енерговитрати. Розробка нових технологій та технічних засобів стримується недостатністю розкриття кінетики процесів тонкого подрібнення-змішування соєвих бобів з водою та екстрагування білка, що призводить до неможливості інтенсифікації процесу і підвищення якості соєвого молока.

Саме тому проведення теоретичних та експериментальних досліджень технічного засобу для приготування соєвого молока, удосконалення технологічної схеми, обґрунтування основних параметрів та режимів роботи, що забезпечать більш високі показники якості виконання технологічного процесу при менших енерговитратах є актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано у рамках науково-дослідної роботи кафедри механізації переробки та зберігання сільськогосподарської продукції Національного аграрного університету за напрямом "Обґрунтування механізованих процесів на сільськогосподарських переробних виробництвах" (державна реєстрація №0105U005932) і зорієнтована на часткове вирішення науково-технічної проблеми впровадження нової техніки відповідно до галузевої програми "Соя України 2005-2010" від 08.09.2004 р.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності приготування соєвого молока шляхом удосконалення технологічного процесу, на основі поєднання операцій та обґрунтування раціональних параметрів і режимів роботи машини для переробки сої.

Для досягнення поставленої мети сформульовані такі задачі:

1. Обґрунтувати технологічну схему технічного засобу для приготування соєвого молока.

2. Теоретично дослідити процес подрібнення-змішування соєвих бобів, екстрагування білка і встановити вплив конструктивних параметрів та режимів роботи технічного засобу на продуктивність, енергоємність з урахуванням фізико-механічних властивостей компонентів, що переробляються.

3. Експериментально визначити фізико-механічні властивості компонентів, що впливають на вихід і якість приготування соєвого молока.

4. Виготовити експериментальний зразок технічного засобу і провести експериментальні дослідження процесу приготування соєвого молока. Визначити раціональні конструктивні та режимні параметри робочих органів.

5. Провести виробничі випробування та дати техніко-економічну оцінку технічного засобу.

Об'єкт дослідження - технологічний процес приготування соєвого молока та технічний засіб для його виконання.

Предмет дослідження - фізика явищ, що визначають закономірності суміщення процесів подрібнення соєвих бобів, їх змішування з водою і екстрагування білка, та їх вплив на раціональні конструктивні параметри та режими роботи технічного засобу, при яких забезпечаться необхідна продуктивність і якість соєвого молока.

Методи дослідження - при вирішенні поставлених завдань використано комплексні розрахунково-експериментальні методи дослідження, які ґрунтуються на використанні методів теоретичної механіки, законів механіки рідин та масообміну, методів математичного моделювання. При проведенні експериментальних досліджень та виробничих випробувань використано методи планування багатофакторних експериментів, статистичного і регресійного аналізів експериментальних даних з використанням обчислювальної техніки.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше доведено технологічну доцільність поєднання операції тонкого подрібнення соєвих бобів, їх змішування з водою, екстрагування білка та фільтрування в одному технічному засобі.

2. Удосконалено математичну модель інтенсифікованих процесів видалення білка із зерен сої за рахунок постійного відновлення реагуючої поверхні розділення фаз.

3. Дістала подальшого розвитку методика визначення ефективності екстрагування білка із соєвих бобів при суміщенні процесів подрібнення-змішування та екстракції.

4. Удосконалено математичні моделі, що адекватно описують залежності продуктивності процесу від конструктивних і режимних параметрів та кількісно оцінюють вихід білка від конструктивних і кінематичних параметрів робочих органів.

Практичне значення одержаних результатів. Обґрунтовано та реалізовано технологічну схему приготування соєвого молока, в якій суміщено три основні операції - вологе тонке подрібнення, змішування і фільтрування соєвої суспензії. Створено новий технічний засіб для приготування соєвого молока (патенти на винахід №69286 і на корисну модель №10418).

Результати виконаних досліджень прийняті заводами-виробниками технологічного обладнання "Агромаш" м. Київ, "Сімферопольський ремонтно-механічний завод" м. Сімферополь і "Асоціації виробників та переробників сої" м. Київ. Дослідний зразок пройшов випробування на Панфіловській дослідній станції Інституту землеробства УААН у 2005 р.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем самостійно проведено аналіз сучасного стану досліджень і розробки машин та обладнання для приготування соєвого молока; теоретично обґрунтовано конструктивно-технологічну схему технічного засобу і визначено його основні параметри; розроблено та виготовлено експериментальний зразок; проведено дослідження та здійснено математичну обробку отриманих результатів; проведено розрахунок економічної ефективності розробленого технічного засобу.

Апробація результатів дисертації. Матеріали основних положень дисертаційної роботи доповідались і одержали схвалення: - на Міжнародній науково-технічній конференції "До 75-річчя факультету механізації сільського господарства" (м. Київ, 2004); - на конференції науково-педагогічних працівників, наукових співробітників та аспірантів НАУ (м. Київ, 2005); - на Міжнародній молодіжній науково-технічній конференції "Консалтинг сільської молоді з питань земельних відносин та започаткування фермерських господарств. Новітні екобіотехнології в АПК" (м. Київ, 2005); - на Міжнародній науково-технічній конференції "Екобіотехнології та біопаливо в АПК" (м. Київ, 2006); - на ХІV Міжнародній науково-технічній конференції ННЦ "ІМЕСГ" "Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" (смт. Глеваха, 2006).

Публікації. Основні положення дисертації викладено в 5 наукових працях у провідних фахових виданнях, що затвердженні ВАК України і 2 патентах України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків (11 сторінок). Загальний обсяг дисертації викладено на 179 сторінках тексту, у тому числі основний текст - на 153 сторінках. Робота включає 75 рисунків, 6 таблиць, список використаних літературних джерел із 149 найменувань, з них 7 іноземних.

2. Основний зміст роботи

У першому розділі "Аналіз механізованих способів та технічних засобів для переробки соєвих бобів" на основі огляду літературних джерел за темою дисертаційної роботи проаналізовано сучасні технології переробки соєвих бобів та обладнання, що застосовуються на підприємствах переробної галузі та визначено напрямки наукових досліджень.

Аналіз проведених досліджень свідчить про відсутність даних щодо узагальнюючих теоретичних та експериментальних досліджень процесу приготування соєвого молока, раціональних параметрів та режимів роботи існуючого обладнання, недостатньо вивчено та обґрунтовано механіку вологого подрібнення-змішування соєвих бобів з водою.

Загальні теоретичні і практичні основи тонкого подрібнення-змішування матеріалу базуються на наукових працях В.П. Горячкіна, С.В. Мельникова, А.Я. Соколова, Е.Н. Гринберга, С.Е. Андреева та ін.

Значний внесок для вирішення питання екстракції зробили: А.Г. Аскельруд, А.С. Черняк, С.П. Рудобашта, В.В. Ключкин, І.О. Протодяконов і ін. З розглянутих теоретичних та експериментальних даних визначено найбільш ефективний спосіб подрібнення-змішування. Дослідженнями процесу розділення суспензій займалися Г.М. Знаменский, В.І. Соколов, В.А. Замбровский, С.Ф. Жигалов, М.І. Даишев, В.А. Жужиков та інші. З розглянутих теоретичних та експериментальних даних випливає, що за розділення суспензій близьких за властивостями до соєвого молока на центрифугах забезпечується найвища швидкість розділення і якість витіснення вологи з осаду.

Розв'язанню проблеми інактивації антипоживних речовин у соєвих бобах присвячена велика кількість робіт ІМТ УААН (м. Запоріжжя) та Інституту кормів УААН. Це праці О.А. Бабича, В.В. Шацького, М.В. Брагинця, Г.А. Єгорова, А.П. Левицького тощо. В них достатньо висвітленні існуючі технологічні прийоми інактивації антипоживних речовин сої, які, в основному, базуються на тепловій обробці зерна.

Аналізом наукової, технічної та патентної літератури встановлено недоліки відомих способів, машин і обладнання для приготування соєвого молока, які пов'язані із складністю і тривалістю виконання основних технологічних операцій, необґрунтованим використанням значної кількості машин та обладнання для досягнення мети. Відзначено, що перспективним напрямком у технології приготування соєвого молока є зменшення кількості одиниць обладнання шляхом поєднання виконання декількох технологічних операцій одним технічним засобом.

На основі аналізу літературних даних запропонована нова конструкція технічного засобу для приготування соєвого молока, сформульовані мета і задачі досліджень.

У другому розділі "Теоретичні дослідження процесу приготування соєвого молока" проаналізовано технологічні операції роботи обладнання, обґрунтовано принципову технологічну і конструктивну схему технічного засобу для приготування соєвого молока, який має чотири робочі зони: І - зона завантаження, подачі та дозування соєвих бобів і води; ІІ - зона попереднього подрібнення соєвих бобів; ІІІ - зона тонкого подрібнення-змішування та екстракції соєвого білка; VІ - зона фільтрування соєвої суспензії і відведення кінцевих продуктів.

У запропонованій технологічній схемі поєднані процеси тонкого подрібнення-змішування соєвих бобів з водою, екстрагування білка в одному технічному засобі при виробництві соєвого молока.

Аналіз залежностей, наведених на рис. 4, показує що зміна величини горизонтального робочого зазору між рухомим та не рухомим дисками від 0,5 до 1,5 мм призводить до зростання продуктивності від 80 до 170 л/год.

Виходячи з того, що тонке подрібнення та екстрагування проходять в робочій зоні технічного засобу одночасно, їх можна розглядати як один процес - екстрагування при безперервному зміненні розміру часток і відповідно поверхні розділення фаз (рідкої та твердої), кінетику якого можна представити у вигляді рівняння:

Відповідно до отриманого рівняння поверхня розподілу фаз змінюється (при подрібненні) за часом, бо безперервно зменшується розмір часток (який визначається еквівалентним діаметром - de).

Як випливає з аналізу отриманих залежностей рис. 5 зменшення розміру частинок твердої фракції відбувається за експоненціальним законом. При цьому швидкість зміни розмірів частинки зменшується за часом, а при значенні ф=4,5-5 с стабілізується.

Оскільки технічний засіб для приготування соєвого молока працює в режимі прямотечійного руху дисперсної та рідкої фаз то процес масообміну між фазами можна виразити такими диференціальними рівняннями:

Після перетворень отримано рівняння, що описує розподіл концентрації білка в розчині за координатою переміщення. Значення концентрації на вході в апарат визначається за умов

де R - радіус камери подрібнення.

Величина коефіцієнта подрібнення b визначається експериментально.

Застосування в технічному засобі конічної центрифуги дозволило використати принцип дії відцентрової сили для розділення соєвого молока і окари. Для визначення умови, при якій відбувається безперервний рух соєвої суміші, розглянуто розподіл сил, що діють на частинку при її переміщенні.

Продуктивність центрифуги має дорівнювати сумі продуктивностей по відведенню окари та соєвого молока за межі перфорованого зрізаного конуса її визначали з використанням методів теоретичної механіки і законів механіки рідин і газів.

Зважаючи на те, що основним кінцевим продуктом на виході з установки є соєве молоко, то загальна продуктивність центрифуги Q2 визначається:

Із аналізу математичного виразу та графіків, що при зростанні густини соєвого молока від 1020 до 1140 кг/м³ продуктивність центрифуги збільшується на 10-15%.

Згідно з технологічним процесом приготування соєвого молока загальна потужність NПТЗ технічного засобу буде дорівнювати сумі потужностей всіх виконавчих механізмів.

соєвий молоко технологічний екстрагування

де NПНІ - потужність, що необхідна для приводу ножа-інтенсифікатора, Вт;

NПРД - потужність, що необхідна для приводу рухомого диска подрібнювача, Вт;

NПЦ - потужність, що необхідна для приводу центрифуги, Вт;

NТЗ - потужність, на подолання тертя в підшипниках і сальниках, Вт.

Зміна частоти обертання робочих органів технічного засобу в діапазоні 1000-3000 об/хв. призводить до збільшення потужності на привід робочих органів від 530 до 1180 Вт.

У третьому розділі "Методика експериментальних досліджень" наведені програма і методика експериментальних досліджень, показники оцінки якості і енергоємності робочого процесу приготування соєвого молока, описані експериментальна установка, методика планування і обробки експериментальних даних.

Програма експериментів включала такі етапи:

- визначення фізико-механічних властивостей бобів сої та соєвого молока;

- проведення експериментів з метою дослідження процесу тонкого подрібнення соєвих бобів робочими органами, які мають різні робочі поверхні та форми;

- визначення раціональних технологічних параметрів та режимів роботи експериментальної установки;

- розробка методики та проведення багатофакторного експерименту;

- визначення продуктивності, модуля подрібнення та енергоємності процесу приготування соєвого молока;

- перевірка адекватності отриманих теоретичних та експериментальних моделей робочих процесів.

Для проведення експериментів розроблено та виготовлено експериментальну установку.

Для оцінки якості виконання технологічного процесу визначали такі показники: продуктивність Q, модуль подрібнення М, густину с, кінематичний коефіцієнт в'язкості соєвого молока н та енергоємність процесу q.

При проведенні експериментальних досліджень було організовано спостереження і фіксування параметрів технологічного процесу приготування соєвого молока. Дослідження проводилися як за однофакторним, так і за багатофакторним експериментами. Однофакторні експерименти проводилися з метою вибору кращої конструкції робочих органів, визначення раціональних режимів та параметрів роботи експериментальної установки за показниками технологічної ефективності і енергоємності.

Проведення багатофакторного експерименту здійснювалось за допомогою плану Бокса-Бенкіна другого порядку. Частота обертання ротора варіювала від 2200 об/хв. до 3000 об/хв., величину робочого зазору між дисками змінювали від 1 до 2 мм, величину бокового зазору між дисками варіювали в межах 0,5-1,5 мм.

У четвертому розділі "Результати експериментальних досліджень" на першому етапі визначено найбільш ефективну конструкцію робочих дисків, що забезпечують необхідний ступінь подрібнення соєвих бобів. Аналіз графіків показав, що в обох випадках збільшення частоти обертання робочих органів призводить до кращого подрібнення соєвих бобів, при цьому вміст фракцій розміром до 0,1-0,4 мм збільшується на 20-35%.

Однак при використанні дисків із рухом матеріалу "на затримання" забезпечується найвищий ступінь подрібнення, тобто вміст фракцій розміром більше 0,63 мм становить 10-12%. Крім того, експериментально визначено: густина соєвого молока-1025 ± 5 кг/м³; густина відфільтрованої окари - 227 кг/м³; коефіцієнт тертя суміші соєвого молока по стальній поверхні - 0,7.

В результаті проведення однофакторних експериментальних досліджень встановлено, що необхідний ступінь подрібнення (1,4-1,6 мм) забезпечується при використанні робочих дисків з рухом матеріалу на "затримання".

У результаті проведених багатофакторних експериментів та статистичної обробки отриманих даних із використанням ЕОМ, одержано математичні моделі для трьох критеріїв оптимізації: продуктивність (Q) експериментальної установки, ступінь подрібнення (М) соєвих бобів та питома енергомісткість (q), що необхідна для приготування соєвого молока.

Адекватність моделі перевірена за допомогою критерію Фішера (F). Експериментальні значення критерію FЕКС. дорівнюють FQ= 1,08; Fq = 1,6; FM= 1,75. Табличне значення FТАБ= 2,35 при числі ступенів вільності для рівня значимості 0,05.

Аналіз рівнянь і побудованих поверхонь відгуку свідчать, що на продуктивність установки найбільше впливає частота обертання та величина бокового зазору між рухомим і нерухомим дисками.

Відповідно на якість подрібнення найбільше впливає величина бокового зазору S між рухомим і нерухомим дисками, а такий фактор як частота обертання n при значному збільшенні значень робочих зазорів призводить до погіршення процесу подрібнення.

Графічна інтерпретація залежності наглядно показує, що при зміні значень основних факторів питома енергомісткість технічного засобу на приготування соєвого молока збільшується від 0,004-0,009 кВт·год/л.

Визначені раціональні параметри технічного засобу, які забезпечують продуктивність приготування соєвого молока на рівні 130-160 л/год (частота обертання 2500-3000 об/хв, величина горизонтального зазору (Н) в межах 0,8-1,2 мм, боковий робочий зазор (S) в межах 0,5-1,0 мм, питома енергомісткість становить 0,005-0,007 кВт·год/л.

У п'ятому розділі "Виробничі випробування та техніко-економічна оцінка технічного засобу для приготування соєвого молока" викладено результати перевірки теоретичних та експериментальних досліджень процесу тонкого подрібнення-змішування соєвих бобів та води.

Виробничі випробування проводилися в цеху виробництва комбікормів Панфіловської дослідної станції Інституту землеробства УААН. Удосконалений дослідний зразок технічного засобу для переробки соєвих бобів на молоко був встановлений у спеціально створену лінію.

Проведені випробування показали, що створений технічний засіб відповідав технологічним умовам роботи в розробленій лінії. Живильними вузлами забезпечувалась рівномірна подача соєвих бобів та води до зони подрібнення-змішування. Продуктивність установки становила 130-160 л/год. соєвого молока. Кількість часток розміром 0,16-0,30 мм становить - 48,3%, 0,30-0,45 мм - 24,6%, фракції 0,45-0,63 мм 17,5%, більше 0,63 мм - 8,6%. Густина соєвого молока знаходилась в межах 1025-1030 кг/м³, в'язкість 0,0030 м²/с.

Оцінка економічної ефективності показала, що впровадження розробленого технічного засобу порівняно з існуючими дає змогу підвищити його продуктивність, зменшити прямі експлуатаційні витрати та питомі капіталовкладення. Розрахунковий річний техніко-економічний ефект від застосування розробленого технічного засобу становить 59480,4 грн.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень технічного засобу для приготування соєвого молока та методика його розрахунку передані для впровадження заводам-виробникам технологічного обладнання "Агромаш" м. Київ, "Сімферопольський ремонтно-механічний завод" м. Сімферополь та "Асоціації виробників та переробників сої" м. Київ.

Висновки

1. На основі аналізу результатів досліджень науковців, які досліджували питання виробництва соєвого молока розроблена нова конструктивно-технологічна схема технічного засобу для приготування соєвого молока, в якій поєднано операції дозування, тонкого подрібнення-змішування компонентів, екстрагування білка та фільтрування соєвої суміші.

2. Теоретичними дослідженнями встановлені і кількісно оцінені залежності кінетики подрібнення соєвих бобів, масообміну при екстрагуванні білка, продуктивності технічного засобу та потужності необхідної на привід робочих органів, з урахуванням фізико-механічних властивостей компонентів та конструктивних і режимних параметрів робочих органів.

3. Експериментальними дослідженнями встановлені основні фізико-механічні властивості компонентів соєвого молока, значення яких входять до математичних виразів теоретичних досліджень та мають такі середні величини: густина соєвого молока - 1025 кг/м³; кінематичний коефіцієнт в'язкості - 0,030 м²/с; густина соєвих бобів - 654кг/м³; коефіцієнт тертя по сталі соєвої суміші -0,7, які можуть бути використані при підрахунках.

4. Обґрунтовано доцільність застосування в технологічній схемі центрифугування (розділення) соєвої суміші для отримання соєвого молока, що дозволить зменшити металоємність та енергоємність обладнання. Визначено раціональні режимні і конструктивні параметри процесу: висота зрізаного конуса центрифуги - 150 мм; діаметр верхньої основи зрізаного конуса - 285 мм; при куті нахилу твірної зрізаного конуса - 34є.

5. На основі теоретичних та експериментальних досліджень робочого процесу технічного засобу встановлено, що раціональними параметрами робочих органів технічного засобу для приготування соєвого молока є: діаметр нерухомого диска - 118 мм; діаметр рухомого диска - 120 мм; величина горизонтального зазору між дисками 1,0-1,2 мм; величина бокового зазору між дисками 0,5-1,0 мм; частота обертання робочих органів технічного засобу 2400-3000 об/хв.

6. За результатами експериментальних і виробничих досліджень експериментальної установки визначено продуктивність по соєвому молоку: 130 - 160 л/год. (14%-му вмісту соєвого білка), що відповідає зоотехнічним вимогам. При цьому питома енергомісткість становить 0,005-0,007 кВт·год./л, фракційний склад твердих домішок у соєвій суспензії знаходиться в межах 0,2-0,63 мм, а нерівномірність подрібнення становить 5-10%, що поліпшує якісні показники соєвого молока.

7. Застосування нового технічного засобу для приготування соєвого молока дозволило знизити прямі експлуатаційні витрати на 32,7%, приведені витрати на 35,3% та підвищити продуктивність на 33%. Річний техніко-економічний ефект у розрахунку на одну машину становить 59480,4 грн.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Статті у наукових виданнях

1. Дацишин О.В. Обґрунтування та вибір раціонального найбільш ефективного способу розділення соєвої суспензії / О.В. Дацишин, І.С. Тракслер // Науковий вісник Національного аграрного університету. - К.: НАУ, 2005. - Вип. 80. - Ч. 1. - С. 251-252. (Здобувач обґрунтував конструктивні особливості обладнання для фільтрування соєвого молока).

2. Дацишин О.В. Вибір раціональної конструкції машини та обґрунтування основних параметрів процесу виготовлення соєвого молока / О.В. Дацишин, І.С. Тракслер // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАТА, 2005. - Вип. 34 - С. 39-41. (Здобувач запропонував конструктивне вирішення задачі вологого тонкого подрібнення з метою оптимізації параметрів технологічного обладнання).

3. Тракслер І.С. Актуальність та перспективи удосконалення обладнання для переробки соєвих бобів на молоко / І.С. Тракслер // Науковий вісник Національного аграрного університету. - К.: НАУ, 2006. - Вип. 95. - Ч. 2. - С. 270-280.

4. Тракслер І.С. Експериментальні дослідження та визначення раціональних параметрів технічного засобу для приготування соєвого молока / І.С. Тракслер // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАТА, 2006. - Вип. 41 - С. 167-171.

5. Тракслер І.С. Приготування соєвого молока // Сучасне птахівництво. / І.С. Тракслер. - 2006.- №11. - С. 17-18.

Авторські свідоцтва і патенти України

6. Деклараційний патент України №69286. A23N1/02. Машини для виготовлення соєвого молока / Дацишин О.В., Тракслер І.С., Петракович Г.П. - №20031212304; Заявл. 24.12.2003; Опубл. 16.08.2004, Бюл. №8. - 2 с.

(Здобувачу належить розробка технічного засобу для приготування соєвого молока).

7. Деклараційний патент України №10418 A23N1/02. Машини для виготовлення соєвого молока / Тракслер І.С. - №u200503898; Заявл. 25.04.2005; Опубл. 15.11.2005, Бюл. №11. - 2 с.

Размещено на Allbest.ru

...