Теоретические основы рабочего процесса пресса для производства влажных гранул

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Амурский государственный университет

Теоретические основы рабочего процесса пресса для производства влажных гранул

Доценко С.М.

Аннотация

Обоснована схема пресс-гранулятора для производства соево-сапропелевого гранулята. Выявлены факторы, влияющие на величину потерь давления в камере пресса. Получена аналитическая модель для расчета затрат мощности при осуществлении рабочего процесса прессования и получения влажных гранул в зависимости от объемной производительности прессующего структурирующего узла.

Ключевые слова: КОМПОЗИЦИИ, ПРЕСС, СХЕМА, ДАВЛЕНИЕ, ПОТЕРИ, РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, НАПРЯЖЕНИЕ СДВИГА, МОЩНОСТЬ, ЭНЕРГОЕМКОСТЬ

гранулятор пресс сапропелевый

Одним из основных путей увеличения продуктивности животных и птицы является полноценное кормление, так как несбалансированность рационов по основным и биологически активным веществам ведет к нарушениям процессов обмена (ацитоз, кетоз), снижению естественного иммунитета, заболеваниям системы воспроизводства, что отрицательно сказывается на экономической эффективности работы отрасли животноводства и птицеводства в целом.

Применяемые в настоящее время технологии заготовки грубых и сочных кормов часто нарушаются, что приводит к снижению их качества и большой потере белка, витаминов, макро- и микроэлементов. В связи с этим требуется не только совершенствование существующих, но и поиск новых технологий производства, оценки и использования кормовых продуктов.

В то же время расщепление поступающих в организм питательных веществ с последующими сложными их превращениями, обменными процессами может обеспечиваться только лишь при наличии определенного комплекса ферментов, которые состоят из белковой термолабильной части - апофермента и термостабильной части - кофермента, в состав которого входят витамины и минеральные вещества. Так как живой организм - это целостная система, в которой все процессы протекают во взаимной связи, обусловливая друг друга, то питательные вещества должны поступать с кормом в строго определенных количествах и соотношениях. В этой связи существенного внимания заслуживает сапропель как источник большого количества макро- и микроэлементов в комплексах, созданных самой природой [1].

На сегодняшний день недостаток протеина в кормах составляет до 50% от его потребности, в связи с чем в кормовых рационах в среднем на одну кормовую единицу приходится не более 50-55 граммов перевариваемого протеина вместо 105-110 граммов по нормам.

Дальневосточный регион и, в частности, Амурская область, является основным производителем соевого зерна. Семена сои и вторичное сырье от ее переработки - это ценные высокобелковые продукты с высоким содержанием липидов и витаминов. Такой набор веществ при скармливании животным и птице существенно повышает биологическую ценность рационов и служит основой для повышения их продуктивности.

В этой связи решение вопросов подготовки семян сои к скармливанию, а также использования сапропеля в рационах сельскохозяйственных животных и птицы, является актуальной народнохозяйственной проблемой, требующей своего решения [2].

Решению вопросов, связанных с проблемой приготовления кормовых добавок заданного состава и свойств, посвящены исследования Антонова А.Я., Винокурова Л.Г., Калашникова А.П., Краснощековой Т.А., Крохиной В.А., Куркова Ю.В., Рыжкова В.А., Самуйло В.В., Смекалова Н.А., Шарвадзе Р.Л. и других ученых.

При этом все они были направлены на разработку рецептур и техническое обеспечение получения композиций с использованием соевого, мясокостного, рыбокостного, травяного, гидробионтного, молочного и другого сырья.

В то же время решению проблемы получения белково-минеральных композиций с использованием сои и сапропеля не уделялось должного внимания.

В этой связи отсутствуют научно обоснованные данные, позволяющие проектировать процессы и технические средства для получения кормовых добавок с использованием соевого и сапропелевого сырья.

Целью исследований является разработка теоретических основ рабочего процесса пресс-гранулятора.

Задачи исследований:

для принятой за базовую конструктивно-технологической схемы пресс-гранулятора провести анализ потерь давления при осуществлении рабочего процесса прессования;

получить аналитическую модель для расчета затрат мощности на осуществление процесса прессования при получении влажных гранул.

Процесс предварительного структурирования продукта в виде бинарной композиции и последующего формирования влажных гранул требуемой плотности p(t) можно осуществить с помощью устройства, конструктивно-технологическая схема которого прошла определенную модификацию после того, как была широко апробирована на различных видах продуктов [3-6] (рис. 1).

Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема пресс-гранулятора

1-смеситель кондиционер; 2-привод; 3-камера прессующе-структурирующего узла;

4-винт; 5-коническая камера; 6-цилиндрическая камера;

7-формующе-гранулирующий узел

Отличительной особенностью пресса является наличие в его конструкции структурирующей камеры (поз. 6, рис. 1).

При работе прессующе-структурирующего узла смесителя-гранулятора в его камере необходимо создать давление, которое равно:

P=, 1)

где: - потери давления на преодоление вязкого трения при подаче композиции в коническую (Рк) и цилиндрическую (Рц) камеры;

Рг - потери давления на создание избыточного давления в камере прессующе-структурирующего узла;

?Рэ - прочие потери давления.

При рассмотрении рабочего процесса пресс-гранулятора в качестве обрабатываемого продукта используется соево-сапропелевая бинарная композиция, которую можно отнести к вязкопластичным структурным продуктам, движение которых описывается уравнением Шведова-Бингама:

=Нс+К, (2)

где: - напряжение сдвига;

Нс - предельное напряжение сдвига;

К - пластическая вязкость продукта;

- градиент скорости на границе пристенного слоя и ядра течения (r=ro, где ro - радиус движущегося ядра)

Градиент скорости выразили через параметры камеры- 6 (рисунок 1) при Д2Д3

, (3)

С учетом равенства (2) имеем, что

, (4)

Напряжение внутреннего трения в сдвигаемом слое камеры-6 на ее длине lск представим, как

, (5)

где , - потери давления в цилиндрической камере-6 на ее длине, равной .

Приравнивая правые части уравнений (4) и (5), получаем:

, (6)

Решая равенство (6) относительно параметра , а также заменяя отношение на и на Д2, имеем:

(7)

С другой стороны, зависимость, характеризующая связь объемного расхода через цилиндрическую камеру диаметром Д2 и длиной с градиентом давления , имеет вид Букингема- Рейнера:

, (8)

Принимая, что и исключая последнее слагаемое в уравнении (8) ввиду его малости, имеем:

, (9)

Приравнивая правые части выражений (7) и (9), имеем, что

, (10)

С учетом необходимых преобразований относительно параметра получаем:

, (11)

В свою очередь, потери давления в цилиндрической части камеры можно представить как разность давлений на входе и на выходе :

(12)

Следовательно, на основании выражений (9) и (12) имеем:

, (13)

В силу того, что , получаем следующее равенство:

, (14)

Элементарные потери давления на элементарном участке конической части структурирующей камеры длиной (рис. 1) равны:

, (15)

Интегрирование данного выражения в пределах от нуля до дает:

, (16)

Вследствие того, что есть разность между давлением на входе в коническую часть камеры и давлением на ее выходе , имеем:

, (17)

Однако , а , и тогда:

, (18)

где - давление прессования Н/м2.

При этом, имея значения , можно определить параметр .

Затраты энергии на осуществление рабочего процесса прессующе-структурирующим устройством зависят от его объемной производительности и определяются как

, (19)

где - объемная производительность прессующе-структурирующего устройства м3/с.

Объемная производительность гранулятора определяется как

(20)

где: - диаметр компрессионной камеры, м;

- скорость сдвига, с-1.

Разработанные теоретические положения реализованы при создании пресс-гранулятора для технологических линий приготовления белково-минерально-витаминного и белково-углеводно-минерального кормовых продуктов в соответствии с технологическими решениями, защищенными патентами РФ на изобретения №2563677, №2563673 и №2563676. Экспериментально установлено, что при создаваемом прессом давлении, равном Р = 0,624 , энергоемкость пресса составляет .

Заключение

Проведенным анализом схемы и рабочего процесса предложенного пресса обоснованы подходы к определению потерь давления на всех этапах обработки продукта, что, в конечном итоге, позволило получить аналитическую модель для расчета мощности, затрачиваемой на процесс прессования и структурирования вязкопластичных систем, в виде соево-сапропелевых композиций.

Список использованных источников

Справочник. Комбикорма, кормовые добавки и ЗЦМ для животных / Под ред. Крохиной В.А. - М.: ВО Агропромиздат. - 1990. - 304 с.

Доценко С.М. Научные основы разработки системы заготовки сапропелевого сырья и приготовления кормовой добавки с его использованием / Доценко С.М., Широков В.А., Школьников П.Н. // Научное обозрение, - 2014, №3. - С. 11-19.

Якименко А.В. Совершенствование технологического процесса прессования кормовых смесей и обоснование параметров пресс-брикетировщика / автореферат дисс. канд. техн. наук. - Благовещенск. - 1997. - 24 с.

Апевалов О.В. Обоснование параметров пастоизготовителя для технологической линии приготовления соевых кормов / автореферат дисс. канд. техн. наук. - Благовещенск. - 2011. - 4 с.

Ковалева Л.А. Совершенствование процесса приготовления высокобелковых кормовых смесей для птицы путем обоснования параметров смесителя-гранулятора / автореферат дисс. канд. техн. наук. - Благовещенск. - 2007. - 24 с.

Бушцев С.В. Обоснование и оптимизация параметров технологической линии и технических средств приготовления гранулированной белково-минеральной добавки для с.х. птицы / автореферат дисс. канд. техн. наук. - Благовещенск. - 2012. - 24 с.

Размещено на Allbest.ru