Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Беззубцева М.М. 1 Волков В.С. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»

Представлены результаты исследований кинетических и энергетических закономерностей процесса диспергирования и механоактивации вторичного сырья кондитерского производства – какаовеллы в дисковом электромагнитном механоактиваторе (ЭДМА). Какаовелла составляет 15 % от массы дорогостоящего импортного сырья семян какао-бобов и является побочным продуктом (отходом) перерабатывающей промышленности. Содержание витаминов в какаовелле в два раза выше, чем в ядре какао-бобов. Использование такого ценного по химическому составу вторичного сырья в производстве комбикормов ограничено отсутствием энергоэффективного измельчающего оборудования. Установлено, что величина частиц диспергированного в ЭДМА полуфабриката какаовеллы находится в узком и оптимальном диапазоне дисперсности, регламентированном технологией производства комбикорма. Полученные результаты представляют собой математические зависимости кинетики процесса измельчения. Уравнения кинетики описывают содержание контролируемых фракций измельченной в ЭДМА витаминизированной кормовой добавки – какаовеллы в любой момент времени обработки. Установлено, что относительное возрастание затрат энергии при диспергировании до стандартизированной степени измельчения определяется только отношением затрат времени. Полученные закономерности позволяют моделировать процесс промышленного измельчения в лабораторных измельчителях – механоактиваторах дискового исполнения и проводить оценку энергоэффективности промышленного оборудования.

Статья в формате PDF

546 KB

электромагнитный механоактиватор

производство комбикорма

какаовелла

кинетические закономерности

1. Беззубцева М.М. Энергоэффективный способ электромагнитной активации // Международный журнал экспериментального образования. – 2012. – № 5. – С. 92–93.

2. Беззубцева М.М. Электромагнитный измельчитель // Патент России 2045195,1995. Бюл № 7.

3. Беззубцева М.М., Волков В.С. Теоретические основы электромагнитной механоактивации. – СПб.: СПбГАУ, 2011. – 145 с.

4. Беззубцева М.М., Волков В.С. Прикладная теория способа электромагнитной механоактивации // Известия Международной академии аграрного образования. –2013. – № 16. – Т. 3. – С. 93–96.

5. Беззубцева М. М., Волков В. С. Активатор для тонкого измельчения материалов // Инновационные технологии механизации, автоматизации и технического обслуживания в АПК: сборник материалов Международной научно-практической интернет-конференции. – Орел ГАУ, 2008. – С. 122–126.

6. Беззубцева М.М., Волков В.С. Теоретические исследования электромагнитного способа механоактивации // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2012. – № 5. – С. 72–74.

7. Беззубцева М.М., Волков В.С. Исследование физико-механических процессов в дисковом электромагнитном механоактиваторе (ЭДМА) // Международный журнал экспериментального образования. – 2012. – № 12. – Ч.1. – С. 116.

8. Беззубцева М.М., Волков В.С. Исследование режимов работы электромагнитных механоактиваторов // Успехи современного естествознания. – 2012. – № 8. – С. 109–110.

9. Беззубцева М.М., Волков В.С. Исследование строения магнитного поля электромагнитных механоактиваторов (ЭММА) // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2012. – № 12. – С. 90-91.

10. Беззубцева М.М., Волков В.С. Оптимизация коэффициента объемного заполнения электромагнитных механоактиваторов (ЭММА) // Современные наукоемкое технологии. – 2012. – № 3. – С. 70–71.

11. Беззубцева М.М., Волков В.С. Повышение энергоэффективности безотходной технологии производства корма. Материалы Международной научно-практической конференции / под. ред. А. В. Павлова. – Саратов: Изд-во «КУБиК», 2010.

12. Беззубцева М.М., Волков В.С., Зубков В.В. Исследование аппаратов с магнитоожиженным слоем // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6, Ч. 2. – С. 258–262.

13. Биленко Л.Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах / Л.Ф. Биленко. – М.: Наука, 1984. – 200 с.

14. Волков В.С. Электромагнитный измельчитель // Патент России 84263. – 2009. Бюл. № 19.

15. Калошина Е.Н., Борисенко Е.В. Способ получения корма для сельскохозяйственных животных // Патент России № 2251300. 2005. Бюл. № 13.

Актуальной проблемой предприятий АПК является повышение энергоэффективности производства путем внедрения ресурсо- и энергосберегающих технологий. Значительное ресурсосбережение в кормопроизводстве достигается за счет использования вторичного сырья. Какаовелла составляет 15 % от массы дорогостоящего импортного сырья семян какао-бобов и является побочным продуктом (отходом) перерабатывающей промышленности. Между тем в какаовелле содержится белок, крахмал, дубильные вещества, алкалоид, аминокислоты (лейцин, изолейцин, аланин, валин, тирозин, фениланин), клетчатка, крахмал, пектин и пентазан. На долю углеводов приходится 41–46 %, массовая доля белка, клетчатки и пентозанов превышает их массовую долю в ядре. Содержание витаминов в какаовелле в два раза выше, чем в ядре какао-бобов. Использование такого ценного по химическому составу вторичного сырья в производстве комбикормов ограничено отсутствием энергоэффективного измельчающего оборудования. Традиционное измельчающее оборудование в аппаратурно-технологических системах кормопроизводства не обеспечивает выход продукта с оптимальными качественными и энергетическими показателями. Решение этой проблемы возможно путем внедрения электромагнитного способа механоактивации [3, 4, 6, 12] в технологические схемы переработки сырьевых материалов. В результате теоретических и экспериментальных исследований [1, 5, 7–11] выявлено, что электромагнитные дисковые механоактиваторы ЭДМА-С и ЭДМА-К [2, 14] в технологических линиях производства витаминизированной добавки – какаовеллы обеспечивают получение готового продукта в узком и оптимальном диапазоне дисперсности при минимальных энергозатратах.

Цель работы – исследование энергоэффективности электромагнитных механоактиваторов дискового исполнения на основании анализа кинетических и энергетических закономерностей процесса диспергирования вторичного сырья шоколадного производства – какаовеллы.

Материал и методы исследований

Предметом исследований являются кинетические и энергетические закономерности процесса механоактивации в аппаратах типового ряда ЭДМА.

Результаты исследования и их обсуждение

Технологические требования, предъявляемые к гранулометрическому составу дисперсной фазы комбикорма с использованием витаминизированной добавки – какаовеллы [15], обуславливают использование двух критериев для оценки качества их измельчения – степень измельчения Dδ 1,8 и «проход» фракций размером менее 1,0 мм Dδ1,0.

С целью выявления кинетических и энергетических закономерностей процесса механоактивации какаовеллы были проведены серии опытов на аппаратах типового ряда ЭДМА (патенты РФ № 2045195 и № 84263) при различных режимах работы. Математической обработкой экспериментальных данных получено эмпирическое уравнение, позволяющее определить степень измельчения исследуемого продукта в любой момент времени обработки

(1)

где DδH – степень измельчения материала по контролируемым фракциям в начальный момент времени; t – время измельчения; Gg – коэффициент, характеризующий прочность продукта, его измельчаемость и условия измельчения; Gs – коэффициент, характеризующий скорость измельчения в начальный момент времени и определяющий наклон кинетической кривой к оси абсцисс в начале процесса.

Значения коэффициентов Gg и Gs приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значения коэффициентов уравнения кинетики измельчения какаовеллы в ЭДМА

Сравнительный анализ расчетных значений (Р) и опытных данных (О) представлен в табл. 2.

Математический анализ уравнения (1) показывает, что оно имеет физическое обоснование, так как удовлетворяет граничным условиям процесса измельчения и легко сводится к известному аналитическому уравнению Разумова [13]:

(2)

где Rδ – (Rȕckstand – остаток, нем.) измельченного материала (контролируемого крупного класса) в любой момент времени измельчения t; RδH – содержание крупного класса в начальный момент времени (t = 0);P и K – параметры уравнения кинетики (P = Gg и K = Gs).

В уравнениях (1) и (2) скорость измельчения или в начальный момент времени (когда t → 0) и в конце процесса (при t → ∞) имеет определенную конечную величину (не 0 и не ∞).

Таким образом, коэффициенты уравнения кинетики процесса измельчения какаовеллы в ЭМДА могут быть определены аналитическим путем по двум точкам кинетической кривой, т.е. по двум значениям «остатков» R1,8 и R1 при времени обработки t2 = 2t:

(3)

Таблица 2

Расчетные и опытные данные по измельчению какаовеллы в ЭДМА

Решение этой системы дает следующее значение коэффициентов уравнения кинетики:

(4)

(5)

По формулам (4) и (5) определены коэффициенты Gg и Gs и составлены уравнения кинетики, описывающие содержание контролируемых фракций измельченной в ЭДМА какаовеллы в любой момент времени обработки (табл. 3).

Таблица 3

Уравнения кинетики процесса измельчения в ЭДМА

Продолжительность обработки какаовеллы в ЭДМА до содержания готового класса (1,8 мм) от 30 до 90 % определялась по формуле [13]:

(6)

где

DδН(1,8), Dδ(1,8) – степень измельчения продукта в начальный и конечный моменты времени обработки в ЭДМА.

Относительное возрастание затрат энергии при измельчении какаовеллы от степени измельчения Dδ1,8 = x (0 ˂ x ˂ 90 %) до стандартизированной степени измельчения Dδ1,8 = 90 % определяется только отношением времени измельчения до 90 % ко времени измельчения до Dδ1,8 = x, так как мощность рабочего процесса в ЭДМА при делении сократится.

Из анализа табл. 4 и 5 следует, что относительное возрастание затрат энергии при снижении крупности какаовеллы в типовых рядах аппаратов ЭДМА имеют одинаковые значения, что позволяет моделировать промышленное измельчение в лабораторных условиях.

Зависимость относительных затрат энергии при измельчении какаовеллы электромагнитным способом от содержания в продукте готового класса (1,8 мм) до стандартизированного значения представлена на рисунке.

Таблица 4

Продолжительность обработки какаовеллы от 30 до 90 %

Таблица 5

Относительные затраты энергии при измельчении компонентов корма в ЭДМА

Зависимость относительных затрат энергии при измельчении какаовеллы от содержания в продукте готового класса (1,8 мм)

Выявленная закономерность позволяет моделировать процесс промышленной переработки какаовеллы в лабораторных условиях при условии адекватности силовых и энергетических воздействий на частицы продукта в магнитоожиженном слое рабочих объемов ЭМДА.

Заключение

В результате исследований кинетических закономерностей изменения гранулометрического состава какаовеллы в ЭДМА получено уравнение кинетики, удовлетворяющее граничным условиям процесса измельчения. Уравнение кинетики позволяет определять относительные затраты энергии на обработку продукта до стандартизированной степени измельчения и моделировать промышленное измельчение в лабораторных условиях.

Рецензенты:

Ракутько С.А., д.т.н., профессор, заведующий лабораторией энергоэффективных электротехнологий ГНУ СЗ НИИМЭСХ Россельхозакадемии, г. Санкт-Петербург;

Салова Т.Ю., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «ТиТ» «Санкт-Петербургский аграрный университет», г. Санкт-Петербург.

Работа поступила в редакцию 17.10.2013.

Библиографическая ссылка