Основы разработки смесителя-усреднителя для линии производства гранулята кроликам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основы разработки смесителя-усреднителя для линии производства гранулята кроликам

Введение

Актуальность работы обусловлена необходимостью и целесообразностью использования отработанного соломенно-грибного субстрата в рационах кормления кроликов. Отсутствие технических средств для получения гранулята на основе данного сырья порождает проблемную ситуацию между желанием товаропроизводителя иметь кормовые продукты высокой биологической ценности и низкой себестоимостью и отсутствием возможности по их приготовлению. Цель исследований - обоснование параметров смесителя-усреднителя влаги в кормовых композициях для линии приготовления кормового гранулята кроликам.

Теоретическим и экспериментальным путем обоснованы модели процесса усреднения влаги в кормовых композициях разработанного состава. Получены оптимальные значения параметров для разработанной конструкции смесителя-усреднителя. Разработана линия производства гранулята для кроликов с использованием соломенно-грибного субстрата, базовой машиной в которой является разработанный смеситель-усреднитель. Получена база данных для использования при проектировании технических средств предложенного типа.

Дефицит белков растительного и животного происхождения и на сегодняшний день остается одной из основных проблем, стоящих перед человечеством.

В этой связи промышленное культивирование съедобных грибов является актуальной задачей для решения проблемы дефицита белка в рационе питания россиян.

Россия обладает огромными ресурсами, пригодными в качестве сырья для культивирования грибов рода «Pleurotus».

В качестве субстратного сырья при культивировании широко используется солома различных зерновых культур, а также древесные опилки и щепа, полисахариды клеточных стенок которых в процессе производства грибов посредством гидролитических ферментов разрушаются с образованием легкодоступных сахаров.

Данное обстоятельство позволяет использовать в качестве сырья для культивирования местное сырье - вешенки, например, в виде соевой соломы получать ценные высокобелковые деликатесные продукты, а отработанный субстрат применять как органическое удобрение для открытого или закрытого грунта (микоудобрение), как субстрат для верми-культуры (микосубстрат), а также как питательную добавку в корма сельскохозяйственных животных (микокорм) [1, 2]. Однако в настоящее время отсутствуют рациональные способы утилизации отработанных субстратных отходов на удобрения и корм. В этой связи отсутствуют и технические средства для реализации данных способов, что существенно снижает эффективность производства съедобных грибов.

В то же время не в полной мере решены вопросы переработки грибов в продукты пищевого назначения различного ассортимента. Таким образом, поставленная для решения проблема имеет важное народнохозяйственное значение.

Целью исследований является обоснование параметров смесителя-усреднителя влаги в кормовых композициях для линии приготовления кормового гранулята кроликам.

Задачи исследований:

- теоретическим и экспериментальным путем получить аналогические и эмпирические модели процесса усреднения влаги в композициях и с их помощью определить оптимальные значения параметров смесителя-усреднителя;

- разработать конструктивно-технологическую схему получения кормовых продуктов с использованием предложенного смесителя-усреднителя.

Методика исследований

При теоретических исследованиях использованы методы механики и теории вероятностей, а при экспериментальных - методика планирования многофакторного эксперимента. Результаты эксперимента обрабатывались методами математической статистики с использованием пакета прикладных программ «Statistika».

Анализ существующих технологических схем приготовления кормовых смесей с использованием грубых (сено, солома и т.д.) и сочных (тыква, корнеклубнеплоды, капуста и т.д.) [3] показал, что для условий, принятых нами в качестве исходных, наиболее приемлемой является следующая схема: погрузка и измельчение отработанного соломенно-субстратного брикета, дозирование измельченного продукта с одновременной его подачей наряду с другими компонентами в смеситель-усреднитель, гранулирование и сушка гранулята. Базовой машиной в данной схеме является смеситель-усреднитель влаги в кормовых композициях (рис. 1).

Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема смесителя-усреднителя

В самом общем случае массовую подачу смесителя-усреднителя предложенного типа (рис. 1) можно представить следующей формулой [3]:

где: D и d, соответственно, - диаметр винта по виткам и впадинам вала;

S - шаг размещения витков винта;

щ - угловая скорость вращения винта;

с₁ - плотность перемещаемой композиции;

ц_н - коэффициент заполнения по поперечному сечению винта продуктам.

С другой стороны, объемную подачу смесителя-усреднителя представим как

где: K - количество витков на длине винта;

t_y - время усреднения влаги в композиции.

С учетом приведенных параметров S и K длину винта приняли равной

(3)

Тогда средняя скорость движения х_у композиции принятого состава и свойств вдоль винта, с учетом достаточности времени для усреднения влаги в ней, составит

соломенный гриб рацион

Длину винта и среднюю скорость движения продукта можно представить как

и

Решая совместно равенства (4) и (6) поочередно относительно параметров K и щ, имеем, что

Анализ выражений (2), (5), (7) и (8) показывает, что неизвестным параметром в них является продолжительность усреднения влаги в композиции - t_y, которая зависит от множества как управляемых, так и неуправляемых (случайных) факторов.

Для получения аналитической модели, характеризующей параметр t_y, условно обозначим принятые компоненты, размещенные уже между витками винта, как «сухой» и «мокрый», причем «сухой» компонент в размере объема V_э имеет в межвитковом пространстве М₁ элементарных объемов, а находящийся с ним в сопряжении «мокрый» компонент в своем объеме V_с имеет М₂ элементарных объемов.

К определенному моменту времени t_i перемещения «сухого» и «мокрого» компонентов количества взаимодействующих между собой элементарных объемов частиц примем равными, соответственно, n₁ и n₂.

За элементарно малый промежуток времени ?t количество «сухих» элементарных объемов частиц, условно говоря, осуществляет S₂·?t успешных «захватов» частиц «мокрого» компонента, где S₂=г₂·с₂, а г₂ - средняя интенсивность «захватов» и с₂ - вероятность смачивания частиц с доведением в них влаги до усредненного состояния.

Для данного случая имеем, что

Разделим данные составляющие этого равенства на ?t при его стремлении к ? и получим:

Для случая с «захватом» элементарных объемов частиц «сухого» компонента «мокрым» получаем:

Начальными условиями для данных дифференциальных уравнений являются следующие:

и

Дифференцируя уравнение (9) по t и заменяя в его правой части из уравнения (10), получаем, что

Общим решением данного дифференциального уравнения является

Воспользуемся гиперболическими функциями, и тогда:

Дифференцирование дает:

Начальные условия дают следующие значения:

и

Исходя из этого, частным решением системы уравнений является

Примем следующие обозначения с целью перехода от абсолютных значений к относительным:

и

и разделим обе части исходных выражений на М₁ и М₂

В результате имеем следующую систему:

Интегрирование данных уравнений при о₁=о₂=1 и t=0 и параметрах

Физический смысл Z₁ и Z₂ заключается в том, что произведение S₁M₁ в равенстве (21) и S₂M₂ в равенстве (22) есть среднее число так называемых «захватов» элементарными объемами «сухого» и «мокрого» компонентов в единицу времени. Таким образом, значение Z₁ есть интенсивность усреднения влаги по «сухому» компоненту, а Z₂ - по «мокрому» компоненту.

Решение системы уравнений (23) путем замены переменных можно представить как

Введем новые переменные - «приведенное время»:

, (25)

 (26)

В результате получим:

С учетом равенства (25) имеем, что

(28)

Следует отметить, что параметр е в большей степени зависит от соотношения М₁/М₂ (например, 2/1=2), чем от соотношения S₁/S₂ (например, ) и, следовательно, характеризуется соотношением компонентов и, соответственно, их физико-механическими показателями, а также структурными и реологическими свойствами. С учетом данных положений для винтового смесителя-усреднителя имеем:

где D и d - диаметр винта по его виткам и валу.

При заданной производительности смесителя-усреднителя шаг его винта рассчитали по формуле

Экспериментальное обоснование параметров смесителя-усреднителя предложенного типа проводили с использованием 3^х-компонентной композиции, включающей в равных частях соломенно-грибной субстрат (морковь + картофель + ламинария, измельченные в пасту) и соевую окару.

Для оценки данного процесса в качестве критерия оптимизации принята однородность смеси, определяемая по методу разделяющего признака (влажности), - и, %.

На основе проведенной математической обработки экспериментальных данных получены математические модели, характеризующие процесс смешивания и усреднения влаги в композициях:

И₁= - 495,03 + 30,55· щ_м + 125,56· t + 48,35· l - 1,0· щ_м· t -

- 1,14· щ²_м - 8,87· t² - 12,36· l²> 100%; (31)

И₂= - 418,31 + 25,74· щ_м + 109,21· t + 34,34· l - 0,69· щ_м· t -

- 0,99· щ²_м - 7,98· t² - 13,89· l²> 100%; (32)

И₃= - 512,20 + 26,86· щ_м + 141,26· t + 27,69· l - 1,62· щ_м· t +

+ 1,75· щ_м· l - 0,78· щ²_м - 9,68· t² - 16,84· l²> 100%, (33)

Адекватность полученных моделей, по результатам регрессионного анализа, с вероятностью Р=0,95, при коэффициентах корреляции R₁=0,98, R₂=0,98 и R₃=0,98, подтверждается неравенством

F_R > F_T = 19,74>3,59,

где щ_м - угловая скорость вращения лопастей мешалки смесителя, равная 6,93-10,85 с^-1;

t - шаг пальцев (лопастей) на валу мешалки, равный 6,38-9,0 см;

l - длина частиц соломенного грибного субстрата, равная 1,24-1,39 мм.

В этом случае однородность распределения влаги в композициях составляет И_{1, 2, 3}=89; 82-93; 13 %, что соответствует предъявляемым требованиям.

На рис. 2 представлена конструктивно-технологическая схема линии приготовления гранулята для кроликов, базовой машиной в которой является смеситель-усреднитель предложенного типа.

Рис. 2. Конструктивно-технологическая схема производства гранулята для кроликов: 1 - многофункциональный мобильный малогабаритный агрегат (МММА); 2 - манипулятор; 3 - захват; 4 - измельчитель-распределитель; 5 - бункер МММА; 6 - поворотный козырек; 7 - шнековый транспортер; 8 - смеситель-усреднитель; 9 - бункера-дозаторы; 10 - лоток; 11 - камерная сушилка «ЭСПИС-4-Универсал»; 12 - фасованный в мешки гранулят.

соломенный гриб рацион

Заключение

В результате проведенных исследований получена научная база данных, необходимых для проектирования технологической линии, содержащей смеситель-усреднитель, с целью их использования в системе производства кормовых продуктов для кроликов с низкой себестоимостью и высокой биологической ценностью.

Список использованных источников

1.Тищенков А.Д. Субстраты для культивирования вешенки. - М. - 1999. - 47 с.

2.Иванова Л.А., Войно В.И., Иванова И.О. Пищевая биотехнология. Кн. 2. - М.: Колос С. - 2008. - 470 с.

3.Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. - Л.: Колос. - 1978. - 560 с.

4.Патент РФ №2555581 Способ приготовления гранулированного кормового продукта / Доценко С.М., Школьников П.Н. и др. Опубл. В Б.И. №19 от 10.07.2015.

5.Патент РФ №2555578 Способ приготовления гранулированного кормового продукта / Доценко С.М., Школьников П.Н. и др. Опубл. В Б.И. №19 от 10.07.2015.

6.Рекомендации по повышению эффективности функционирования системы производства и переработки грибов рода «Pleurotus» / Доценко С.М., Гончарук О.В., Школьников П.Н., Горбунов К.М. - Благовещенск. - 2016. - 11 с.

Размещено на Allbest.ru