авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Разработка комплекса оборудования и исследование процесса разделения рушанки семян рапса

На правах рукописи

РЕНЗЯЕВ АНТОН ОЛЕГОВИЧ РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ОБОРУДОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ РУШАНКИ СЕМЯН РАПСА Специальность: 05.18.12 – процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово – 2013 2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО КемТИПП) Министерства образования и науки РФ

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Сорокопуд Александр Филиппович

Официальные оппоненты: Калошин Юрий Аркадьевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского», заведующий кафедрой «Пищевые машины» Федоренко Борис Николаевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», профессор кафедры «Технологическое оборудование пищевых предприятий»

Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Сибир ский научно-исследовательский институт пере работки сельскохозяйственной продукции» Рос сийской академии сельскохозяйственных наук, п.

Краснообск, Новосибирской обл.

Защита состоится 26 октября 2013 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.02 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г.

Кемерово, бульвар Строителей, 47, тел./факс 8(3842)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (http://www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан « 25 » сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Гореликова Галина Анатольевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обеспечение населения России качественным и без опасным продовольствием на основе переработки собственных сырьевых ресур сов является стратегической целью пищевой и перерабатывающей промышлен ности. Для ее достижения необходимо разрабатывать и внедрять новые техноло гии и оборудование, позволяющие увеличить выработку продуктов питания но вого поколения с повышенными качественными характеристиками.

Одной из основных задач, стоящих перед масложировой промышленно стью, является обеспечение российских потребителей отечественной продукци ей и удовлетворение потребности животноводства в качественных жмыхах и шротах. Стратегией развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года указывается на недостаточное сырьевое обеспечение масличными семенами, малая диверсификация сырьевой базы, в том числе отмечается необходимость увеличения объемов возделывания и переработки рапса.

Биологические особенности рапса позволяют успешно возделывать его в почвенно-климатических условиях России, в том числе в Сибирском регионе.

Увеличение производства рапса позволит обеспечить устойчивое снабжение на селения растительным маслом, животноводство – высокобелковыми кормами.

Учитывая растущий спрос на рапсовое масло и ужесточение требований к его качеству, актуальны исследования по разработке способов и оборудования, по зволяющих решать эти задачи.

Традиционно в производстве растительных масел семена рапса перераба тываются без отделения семенных оболочек от масличного ядра. Раздельная пе реработка ядра и оболочки позволит повысить качество масла и жмыха, снизить затраты на рафинацию и увеличить выход масла. Переработка семян рапса с це лью получения высококачественного масла связана с определенными трудно стями. Малые размеры семян рапса, прочная связь оболочки и ядра, незначи тельные различия в их физических и структурно-механических свойствах соз дают проблемы, которые возможно решать посредством исследования процес сов обрушивания семян, воздушного сепарирования рушанки и разработки обо рудования для их реализации.

Существенный вклад в изучение процессов и разработку оборудования для переработки масличных семян внесли ученые Жислин Я.М., Гинзбург И.Е., Гринберг Е.Н., Веденьев В.Ф., Гортинский В.В., Абрамович Г.Н., Веселов С.А., Панченко А.В. и др. Несмотря на то, что проблеме разделения зерновых мате риалов посвящено значительное число работ, все возрастающие требования к качеству продуктов питания и расширяющийся ассортимент перерабатываемого масличного сырья требуют дополнительных исследований для разработки но вых технических решений. Развитие перерабатывающей базы позволит осуще ствлять эффективную переработку семян рапса и повысить качество продуктов.

Цель работы: Научное обоснование и разработка комплекса оборудова ния для подготовки семян рапса к прессованию масла путём отделения семен ной оболочки от масличного ядра, исследование процессов обрушивания семян и пневмосепарирования рушанки вертикальным воздушным потоком для повы шения эффективности производственных процессов и качества продуктов пере работки.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:



обосновать необходимость разработки комплекса оборудования для реа лизации способа повышения качества рапсового масла и жмыха путем раздель ной переработки семенной оболочки и масличного ядра семян рапса на основе исследования состава и качества продуктов их переработки;

обосновать рациональные конструктивные параметры работы оборудо вания для повторного обрушивания семян рапса (обрушивания рушанки). Реали зовать разработанную конструктивную схему в лабораторно-экспериментальной установке и определить параметры процесса;

изучить аэродинамические свойства компонентов рушанки семян рапса в восходящем вертикальном воздушном потоке;

разработать конструктивную схему пневмосепратора для разделения ру шанки семян рапса методом сепарирования вертикальным воздушным потоком.

Реализовать разработанную схему в экспериментальной установке;

установить оптимальные параметры процесса воздушного сепарирова ния рушанки рапса в пневмосепараторе разработанной конструкции;

провести производственные испытания пневмосепаратора разработанной конструкции. Оценить экономическую эффективность от использования разра ботанного комплекса оборудования в технологической схеме получения рапсо вого масла путем сравнения затрат на стадии его рафинации.

Научная новизна. Научно обоснована разработка комплекса оборудова ния для подготовки семян рапса к прессованию масла путём отделения семен ной оболочки от масличного ядра посредством повторного обрушивания семян и пневмосепарирования рушанки, что позволяет повысить качество рапсового масла и жмыха.

Установлены конструктивные и режимные параметры центробежной ус тановки для повторного обрушивания семян рапса методом однократного удара о стальную волнистую отбойную пластину, обеспечивающие снижение содер жания фракции недоруша.

Изучены аэродинамические свойства компонентов рушанки семян рапса в вертикальном восходящем воздушном потоке, послужившие основой для опре деления высоты воздушных каналов пневмосепаратора для разделения рушанки.

Разработана конструкция пневмосепаратора для разделения рушанки се мян рапса методом вертикального воздушного потока и установлены параметры процесса ее пневмосепарирования.

Теоретическая и практическая значимость. В результате теоретическо го и экспериментального исследования процессов повторного обрушивания се мян рапса и пневмосепарирования рушанки разработан комплекс оборудования для подготовки семян рапса к отжиму в линиях производства растительных ма сел, позволяющий снизить затраты на рафинацию, повысить качество масла и жмыха.

Предложена конструкция центробежной установки для повторного обру шивания семян рапса (обрушивания рушанки) методом удара о волнистую стальную отбойную пластину и установлены параметры её работы.

Разработана конструкция воздушного сепаратора для разделения рушанки семян рапса и установлены оптимальные параметры его работы. Новизна и практическая значимость принятых технических решений подтверждена поло жительным решением о выдаче патента РФ на изобретение «Пневмосепаратор для зерновых материалов» №2012119131/03(028811) от 01.07.2013.

Проведены производственные испытания пневмосепаратора разработан ной конструкции в экспериментальном цехе ООО ПКП «Провансаль» (г. Томск), которые показали высокую эффективность разделения рушанки се мян рапса на фракции масличного ядра и оболочки при установленных парамет рах пневмосепарирования.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе и научно-исследовательской работе, при выполнении дипломных научных работ инженеров, бакалавров и магистров на кафедре «Машины и аппараты пищевых производств» ФГБОУ ВПО КемТИПП.

В диссертации обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в период с 2007 по 2013 г.г. лично автором или при его непосредственном участии, в том числе в рамках хоздоговорной научно исследовательской работы «Разработка способа повышения качества продуктов переработки рапса» №03-03/2010.

Положения, выносимые на защиту: комплекс оборудования для подго товки семян рапса к отжиму в линиях производства растительных масел посред ством повторного обрушивания семян и пневмопрессования рушанки, позво ляющий снизить затраты на рафинацию, повысить качество масла и жмыха;

конструкция пневмосепаратора для разделения рушанки семян рапса в верти кальном воздушном потоке, позволяющая выделить фракцию масличного ядра;

результаты экспериментальных исследований процессов повторного обрушива ния семян рапса и пневмосепарирования рушанки, позволяющие установить их оптимальные параметры.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных средств и методов исследований, обоснованных теоретических по ложений. Основные теоретические положения диссертационной работы и за ключения подтверждены результатами экспериментальных исследований, вы полненных с применением стандартизованных и аттестованных методик и средств измерений с нормированными метрологическими характеристиками.

При выполнении экспериментальных исследований использовались положения теории измерений, планирования эксперимента и математической обработки ре зультатов исследований.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлены, доложены и обсуждены: на II Международной научно практической конференции «Технология и продукты здорового питания» (Сара тов, 2008);

на V Международной научно- практической конференции «Пища.

Экология. Качество» (Новосибирск, 2008);

на III Международной научно практической конференции «Пища, экология и качество» (Кемерово, 2009);

на IV Всероссийской конференции «Пищевые продукты и здоровье человека (Ке мерово, 2011);

на V Всероссийской конференции «Пищевые продукты и здоро вье человека (Кемерово, 2012);

на Инновационном конвенте «Кузбасс: образо вание, наука, инновации» (Кемерово, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных ра бот, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, получено положитель ное решение о выдаче патента РФ на изобретение.





ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из пяти глав, в том числе введения, лите ратурно-патентного обзора, теоретических предпосылок изучаемых процессов, методологической части, результатов собственных исследований, заключений, списка литературы и приложений.

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель работы, приведена ее общая характеристика.

В первой главе представлен литературно-патентный обзор по теме дис сертации. Дана характеристика семян рапса и продуктов их переработки, про анализированы современные технологические схемы производства рапсового масла. Проведён сравнительный анализ конструкций обрушивающих устройств и воздушных сепараторов, используемых для переработки масличных семян. В результате проведенного анализа определенны задачи исследования.

Во второй главе изложены теоретические предпосылки процессов обру шивания и пневмосепарирования зерновых материалов. Рассмотрен механизм обрушивания семян рапса методом удара. В основу этого метода положена клас сическая теория удара, положения которой изложены в работах Гинзбурга И.Е., Гринберга Е.Н., Жислина Я.М. и др. на примере прямого удара двух шаров.

Расчет кинетики удара включает расчет скорости движения частиц и рабо ты, затрачиваемой на разрушение оболочки и ядра семени рапса.

Скорость движения частицы V, м/с, рассчитывается V= · r, (1) - где – угловая скорость вращения барабана, с ;

r – расстояние от центра вала барабана до точки приложения силы, м.

V= 251,2· 0,085 = 21, Работа на разрушение оболочки Ас, Дж, рассчитывается Ас = 87,8 – 1,42 W + 4,55 10-6 1,18, (2) где W – влажность рушанки семян, %.

Ас = 87,8 – 1,424,2 + 4,55 10-6 1,184,2 = 81, Работа на разрушение ядра Ая, Дж, определяется Ая=(1,05 1,07) Ас, (3) Ая = 1,06 81,8 = 86, Следовательно, работа, затрачиваемая на обрушивание, должна нахо диться в интервале от 81,8 Дж до 86,7 Дж, чтобы разрушить оболочку без раз рушения ядра.

Раздел также включает теоретический расчет скоростей витания частиц рушанки, основанный на работах Абрамовича Г.Н., Веденьева В.Ф., Веселова С.А., Гортинского В.В., Панченко А.В. и др.

Пневмосепарирование основано на разности скоростей витания частиц, которая определяется при скорости воздушного потока большей, чем скорость витания одной частицы и меньшей, чем скорость витания другой частицы. При этом условии частицы будут разделяться: первая будет унесена воздушным по током, вторая выпадет из потока вниз.

В расчете принято, что частицы имеют шарообразную форму, для кото рой скорость витания Vs, м/с, рассчитывается Vs = 5.8, (4) - плотность материала частицы, кг/м3;

где – диаметр частицы, м;

В – плотность воздуха, кг/м Vs = 5.8 0,0013 = 6, Расчёт производился по среднему диаметру семян рапса, однако после об рушивания многие семена превращаются в частицы, которые не имеют опреде ленной формы и рассчитать их скорости витания затруднительно. В этой связи определение скоростей витания частиц рушанки семян рапса осуществлялось экспериментально.

В третьей главе дана характеристика объектов и методов исследований.

В работе использовались безэруковые и низкоглюкозинолатные семена рапса сортов «Анизис», «Ратник», «Сибниик-198», «Юбилейный», выращенные в Алтайском крае, Кемеровской, Новосибирской, Омской и Томской областях, а также рушанка семян и продукты переработки – масло и жмых.

При выполнении работы использовались общепринятые и оригинальные методы выполнения измерений, средства измерений с нормированными метро логическими характеристиками.

Экспериментальные исследования выполнялись на следующих лаборатор ных установках: для изучения аэродинамических свойств компонентов рушанки семян рапса;

для повторного обрушивания семян (обрушивания рушанки);

пневмосепараторе для разделения рушанки на фракции методом вертикального восходящего воздушного потока.

Математическое планирование экспериментов осуществлялось с исполь зованием композиционных униформ-ротатабельных планов. Обработка полу ченных данных и их графическая интерпретация осуществлялась в программах MS Excel, MS Word, Statistica 6.0, Kompas v12, Adobe Photoshop CS 5.

В четвёртой главе представлена разработка комплекса оборудования и исследование процессов повторного обрушивания семян рапса и пневмосепари рования рушанки.

Обоснование разработки оборудования для реализации способа по вышения качества продуктов переработки семян рапса. Состав и физико химические свойства семян масличных культур являются специфичными для каждой культуры и обусловлены ее ботаническими особенностями, сортом, ус ловиями возделывания и др. Проведенные исследования химического состава и качества семян рапса, возделываемых в Сибирском регионе, а также продуктов их переработки - масел и жмыхов, показали, что они соответствуют регламенти рованным требованиям. В составе исследованных семян бльшая доля прихо дится на масло (41,8 - 49,6%), далее в порядке убывания располагаются – белок (25,7 - 27,4%) и клетчатка (10,8 - 13,8 %). На эти компоненты приходится около 80 % состава семян, что позволяет рассматривать рапс в качестве ценного сырья для получения питательных веществ.

К семенам крестоцветных культур, предназначенным для получения пи щевого масла, предъявляют требования по содержанию глюкозинолатов (не бо лее 3,0%) и эруковой кислоты (не более 5,0%). Количество глюкозинолатов в исследованных образцах семян составляло от 0,46 до 0,56%. Глюкозинолаты ло кализуются в основном в гидрофильной части семян, и при переработке концен трируются в жмыхах. В исследованных образцах рапсового масла из семян эру ковой кислоты содержалось от 0,5 до 1,9%, что отвечает требованиям.

Рапсовое масло имеет хорошо сбалансированный жирнокислотный состав, обусловленный низким содержанием насыщенных жирных кислот (ЖК), высо ким содержанием мононенасыщенных ЖК олеинового ряда, а также полинена сыщенных ЖК семейств омега-3 и омега-6. Особую ценность имеет дефицитная в питании населения России эссенциальная -линоленовая ЖК семейства омега 3, потребление которой способствует улучшению обмена веществ в организме человека, снижает уровень холестерина в крови и риск развития сердечно сосудистых, нервных и других заболеваний.

Особенностью рапсового масла является присутствие большого количест ва сопутствующих веществ: фосфолипидов, глюкозинолатов, хлорофиллов и не омыляемых липидов. Переработка семян рапса сложна из-за особенностей строения и присутствия веществ, придающих продуктам переработки повышен ную цветность, специфический вкус и запах, значительное количество которых содержится в оболочке семян и переходит в масло при отжиме. Комплекс сопут ствующих веществ рапсового масла устойчив к воздействию химических реа гентов и температур, поэтому его относят к труднорафинируемым. Для непо средственного употребления в пищу и производства продуктов питания исполь зуется только рафинированное рапсовое масло.

После отжима масла образуются вторичные продукты переработки семян – жмыхи, которые используют в качестве кормовой добавки. Наибольшая доля в составе жмыхов приходится на белок (от 35,1 до 38,6%), вторым по количеству компонентом является клетчатка (от 11,1 до 14,2%). В нем также содержится ос таточное количество масла (от 3,8 до 15,1%). Белки рапсового жмыха хорошо сбалансированы и обладают высокой биологической ценностью. В жмыхе кон центрируется значительная часть нежелательных, красящих и ароматических веществ семян рапса, бльшая часть которых находится в составе семенных оболочек, что снижает его качество.

Высокая пищевая ценность рапсового масла и жмыха, а также возрастаю щие требования к их качеству обуславливают необходимость разработки спосо ба и оборудования для переработки семян рапса, позволяющих обеспечить вы сокое качество получаемых продуктов.

Эффективность переработки семян рапса зависит не только от содержания основных питательных веществ, но и от их распределения по структурным час тям (таблица 1).

Таблица 1 - Содержание и состав структурных частей семян рапса Содержание Наименование показателей масличное семенная семена ядро оболочка Массовая доля структурных частей семян, % - 83,3±1,0 16,7±1, Массовая доля влаги, % 8,5±1,2 4,3±0,6 11,6±1, Массовая доля масла, % СВ 45,7±1,6 56,8±4,3 14,2±1, Массовая доля белка, % СВ 27,4±2,4 28,1±0,3 10,2±2, Массовая доля клетчатки в обезжиренном продукте, % СВ 12,3±1,5 8,1±1,6 65,8±9, Как следует из таблицы 1, содержание основных питательных веществ в структурных частях семян не одинаково. Масло и белок концентрируются в мас личном ядре. Содержание влаги в оболочке значительно превышает ее содержа ние в ядре. Более половины состава оболочки приходится на долю клетчатки.

Масличные ядра обладают лучшими органолептическими характеристиками по сравнению с оболочками – имеют менее выраженный специфический вкус и за пах, желтый цвет, в отличие от коричневого цвета оболочки.

Отличия в составе и свойствах структурных частей семян обуславливают необходимость их разделения и использования разных способов их переработки.

Сравнительная характеристика продуктов переработки нефракционированной рушанки семян рапса и фракции масличного ядра представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Состав и качество продуктов переработки семян рапса Продукт переработки Показатели качества нефракционированной фракции рушанки семян масличного ядра Масло нерафинированное Кислотное число, мг КОН/г 1,5–2,3 0,9–1, Перекисное число, ммоль активного 1,4–3,2 1,2–1, ислорода/кг Цветное число, мг йода 70–85 50– Жмых Цвет коричневый желтый Массовая доля влаги, % 5,9–8,6 1,8–4, Массовая доля масла, % СВ 11,0–14,3 5,8–7, Массовая доля белка, % СВ 30,3–37,0 45,4–56, Масло, полученное из фракции масличного ядра, имеет меньшие значения кислотного, перекисного чисел и показатель цветности, что говорит о стабиль ности к окислению и повышении качества. Жмых, полученный после отжима масла из фракции масличного ядра, имеет желтый цвет, содержит меньше влаги при увеличении доли белка на 15-19%. Остаточное содержание масла в жмыхе, полученном из фракции масличного ядра, снижается примерно на 5-6%, что по зволяет говорить об увеличении выхода масла.

Сравнительный анализ жирнокислотного состава масел, полученных из не фракционированной рушанки семян рапса и фракции масличных ядер, показал одинаковый качественный состав жирных кислот при некоторых различиях в количественном составе. В масле, полученном из фракции масличного ядра, увеличилась на 5% доля незаменимой -линоленовой жирной кислоты семейст ва омега-3 (с 9,15% до 9,62%) при снижении доли эруковой кислоты на 25% (с 0,61% до 0,46%), что повышает его качество.

Исследования состава углеводов семенных оболочек и масличных ядер се мян рапса показали, что сахара в структурных частях семян содержатся в незна чительных количествах от 2,35 до 4,87%, большая их часть локализована в ядре.

Семенные оболочки содержат 74,58% пищевых волокон, большая часть которых (70,24%) представлена нерастворимой фракцией. Растворимой фракции пище вых волокон в семенных оболочках содержится 4,35%, она представлена в ос новном полисахаридами и полисахаридными кислотами. Обе фракции пищевых волокон представляют интерес вследствие их влияние на процессы пищеварения и способности к выведению токсичных веществ. Оболочки семян рапса могут служить сырьем для получения препаратов пищевых волокон.

Выполненные исследования позволяют сделать вывод о целесообразности разработки способа комплексной переработки семян рапса, основанного на раз делении их структурных частей. Семенные оболочки при прессовании впитыва ют часть масла, что снижает его выход. Из оболочек в масло переходят крася щие пигменты, ароматические и другие нежелательные вещества, которые необ ходимо удалять на последующих стадиях.

Раздельная переработка семенных оболочек и масличных ядер семян рапса позволит снизить затраты на рафинацию, увеличить выход масла, повысить ка чество и пищевую ценность масла и жмыха. Реализация данного способа пере работки семян рапса возможна посредством эффективного обрушивания семян и пневмосепарирования рушанки, что требует исследований этих процессов и раз работки комплекса оборудования для их реализации.

Разработка конструкции оборудования и исследование процесса по вторного обрушивания семян рапса. Основной проблемой, препятствующей качественному разделению рушанки рапса на воздушном сепараторе, является неполное предварительное их обрушивание. Семена на предприятиях в основ ном обрушивают на вальцовых мельницах. Проходя через вальцы с постоянно установленным зазором, часть семян не полностью обрушивается или чрезмерно измельчаются, так как их диаметр варьируется от 0,7 мм до 1,8 мм. По этой при чине не происходит полного разрушения оболочек и отделения их от маслично го ядра во всей массе зерен, что препятствует эффективному их разделению в дальнейшем. Образующийся продукт представляет собой рушанку, состоящую из трёх фракций: необрушенное (целое) зерно;

зерно с надорванной оболочкой, у которого связь оболочки и ядра не нарушена (недоруш);

обрушенное зерно (смесь частиц ядра и оболочки).

Обрушенная на вальцах рушан ка семян рапса содержит большое ко личество недоруша, в связи с чем воз никает необходимость повторного об рушивания семян (обрушивания ру шанки) с целью обеспечения сниже ния его содержания.

Наиболее простым, эффектив ным, не требующим больших затрат способом обрушивания является од нократный удар о твердую отбойную пластину под действием центробеж ных сил. Для реализации этого спосо ба была сконструирована и изготовле на экспериментальная центробежная установка для повторного обрушива ния семян рапса (рисунок 1).

Установка работает следующим образом: рушанка засыпается в загру зочный бункер 7 с крышкой, в кото ром установлена заслонка 6. При по мощи ЛАТРа устанавливается необ ходимая частота вращения барабана 4, Рисунок 1 – Экспериментальная установка для повторного обрушивания на поверхности которого установлены рушанки рапса радиальные лопатки 5, которые захва 1 – Рама;

2 – Разгрузочный бункер;

3 – Корпус;

тывают материал и под действием 4 – Барабан;

5 – Лопатки;

6 – Заслонка;

7 – За центробежной силы отбрасывают его грузочная воронка;

8 – Отбойная пластина;

9 – Углы наклона отбойной пластины;

10 – Регулятор на отбойную пластину 8. Вследствие угла наклона отбойной пластины удара о пластину нарушается связь оболочки и ядра у частиц фракции недоруша.

Для изучения процесса повторного обрушивания семян рапса использова лась рушанка с влажностью 4,2-5,0%, полученная в производственных условиях на вальцовых мельницах. В экспериментах использовались три отбойных пла стины: волнистая стальная пластина (шаг волны 5 мм, высота 4 мм, выполнена из Стали 3 толщиной 2мм);

плоская стальная пластина толщиной 4 мм, изготов ленная из Стали 3;

плоская пластина из ПВХ толщиной 4 мм. Использование трёх видов пластин позволяет исследовать разные виды ударов: удар со сдвигом о твёрдую волнистую поверхность;

прямой удар о твёрдую плоскую поверх ность;

прямой удар об упругую плоскую поверхность. Углы наклона пластин варьировались от 90° до 100° с интервалом в 5°. Частота вращения барабана из менялась от 500 мин-1 до 2400 мин-1, что соответствует необходимой работе для разрушения связи ядра и оболочки у частиц рушанки. Дальнейшее увеличение частоты вращения барабана приводит к дроблению ядер и образованию большо го количества пылевой фракции.

Эффективность процесса повторного обрушивания семян оценивалась по содержанию фракции недоруша в рушанке. Наименьшее содержание недоруша было получено при использовании волнистой стальной отбойной пластины с углом наклона 90° при частоте вращения барабана 2400 мин-1 (рисунок 2).

Для установления влияния параметров процесса повторного Содержание фракции, % обрушивания семян на содержание фракции недоруш 40 недоруша был реализо ядро ван ПФЭ 32 с использо 30 оболочка ванием стальной вол нистой отбойной пла стины. Варьируемыми факторами являлись:

500 1540 угол наклона отбойной Частота вращения барабана, мин- пластины - Х1,°;

часто та вращения барабана Х2, мин-1. Параметром оптимизации служил Рисунок 2 – Зависимость состава рушанки семян рапса от частоты показатель содержания вращения барабана (мин-1) при использовании стальной волнистой фракции недоруша в отбойной пластины при угле ее наклона 90° рушанке - Y1,%.

В результате математической обработки экспериментальных данных по лучено уравнение регрессии, которое адекватно (коэффициент детерминации 0,90, коэффициент корреляции 0,95) описывает процесс в реализованном диапа зоне изменения варьируемых факторов.

Y1=50,85738 – 0,040X1 – 0,01579 X2 + 0,0560 X22, (5) Анализ уравнения (5) показал, что угол наклона отбойной пластины и частота вращения барабана оказывают влияние на содержание фракции недоруша, при этом набольшее влияние оказывает частота вращения барабана.

Графический анализ полученного уравнения позволил установить опти мальные диапазоны изменения параметров работы установки при повторном об рушивании семян рапса (обрушивании рушанки): угол наклона отбойной пла стины от 90° до 92,5°, частота вращения барабана от 2100 мин-1 до 2400 мин-1.

При данных параметрах происходит наиболее полное отделение оболочки от яд ра без разрушения частиц рушанки на более мелкие составляющие.

Определение аэродинамических свойств компонентов рушанки семян рапса в вертикальном воздушном потоке. Поскольку размеры, масса, пло щадь сечения компонентов рушанки значительно различаются, для определения скоростей витания частиц рушанки рапса была изготовлена экспериментальная установка, которая представляет собой вертикальный воздушный канал прямо угольного сечения (рисунок 3).

Воздушный канал 2 состоит из корпуса, выполненного из ПВХ и орг стекла, который установлен на раму.

Канал между поддерживающей сеткой 3 и ограничивающей сеткой 5 разделен по вертикали на восемь горизонтальных уровней (1у-8у), в которых производи лись замеры скоростей движения воз духа. Снизу в корпус канала при помо щи вентилятора низкого давления 1 по дается воздух. Скорость вращения при вода вентилятора регулируется ЛАТ Ром. На задней стенке канала установ лена измерительная линейка 4 для оп ределения высоты подъема частиц ру шанки. Сверху канал закрыт ограничи вающей сеткой 5. Скорость движения воздуха внутри воздушного канала из меряется термоанемометром МП-53.

Рисунок 3 – Экспериментальная установка Поскольку чувствительный элемент для определения скоростей движения воз термоанемометра не имеет необходи духа в воздушном канале мой гибкости, замеры производились в 1 – вентилятор, 2 – воздушный канал, 3 – одной центральной и четырех перифе сетка поддерживающая, 4 – линейка изме рийных точках (1т-5т) горизонтального рительная, 5 – сетка ограничивающая;

1у-8у сечения канала, которые располагались – горизонтальные уровни замеров;

1т-5т – зеркально. Предварительно произво точки замеров в горизонтальных сечениях дился замер скоростей движения возду канала ха в канале на восьми разных уровнях (1у-8у) в пяти точках горизонтальных сечений каждого уровня (1т-5т). Для этого чувствительный элемент термоанемометра устанавливался в центральной точке горизонтального сечения уровня. Затем при помощи ЛАТРа выставлялась по стоянная скорость движения воздуха в центральной точке сечения и проводи лись замеры скоростей движения воздуха в остальных точках горизонтального сечения данного уровня.

Экспериментально определенны скорости витания частиц рушанки рап са: недорушенных семян (недоруш) 7,3-8,2 м/с;

ядра 2,2-3,5 м/с;

оболочки 0,5-1, м/с. На основании определенных скоростей витания компонентов рушанки была установлена зависимость высоты их подъёма от скорости движения воздуха в воздушном канале (рисунок 4). Из полученных результатов следует, что наибо лее легкой является оболочка. Частицы ядра занимают промежуточное положе ние. Наиболее тяжелыми являются частицы недоруша. Высота подъема всех со ставляющих рушанки возрастает с увеличением скорости движения воздуха в канале.

Скорость движения воздуха, ядро оболочка м/с 5 недоруш 100 200 300 400 500 600 700 800 Высота подъёма, мм Рисунок 4 – Зависимость высоты подъёма частиц рушанки рапса и скорости движения воздуха в канале Разработка конструкции пневмосепратора для разделения рушанки рапса методом сепарирования вертикальным воздушным потоком. Резуль таты определения скоростей витания легли в основу предложенной конструкции экспериментального пневмосепаратора. Разработанный пневмосепаратор имеет вертикальные каналы для разделения частиц рушанки за счет разности их скоро стей витания (рисунок 5).

Пневмосепаратор работает следующим образом: рушанка рапса поступает в загрузочный бункер шнекового дозатора 6, который подает ее в сепарирующий канал. Сепарируемый материал скапливается на поддерживающей сетке 5. Барь ер 4, установленный под углом 8° к вертикальной перегородке между каналами СК1 и ОК1, препятствует дальнейшему движению рушанки по ситу. Более тя желая фракция рушанки (недоруш) при помощи воздуха, подаваемого с опреде ленной скоростью, преодолевает перегородку и ссыпается в осадительный канал ОК1. Более лёгкая фракция (ядро) уносится воздушным потоком и осаждается в канале ОК2. В канале ОК3 осаждается оболочка.

Отработанный воздух попадает в циклон 10, где происходит его очистка от пылевой фракции. Сепарируемый материал разделяется на фракции ядра, оболочки, недоруша, которые осаждаются в соответствующих воздушных кана лах и ссыпаются в сборники, и мелкую фракцию, поступающую в циклон.

Воздух в сепарирующие каналы подаётся двумя вентиляторами. Вентиля тор низкого давления 2 служит для обеспечения скоростей витания частиц и разделения фракций рушанки. Канальный вентилятор 3 служит для задания тра ектории движения частиц. Скорости подачи воздуха двумя вентиляторами опре деляют эффективность процесса сепарирования рушанки семян рапса.

Установка шнекового дозатора с переменным шагом витка позволяет ста билизировать подачу материала в зону разделения. Установка барьера 4 в конце поддерживающей сетки 5 позволяет накапливать сепарируемый материал и обеспечить его равномерное распределение. Достаточное количество каналов с требуемой высотой при необходимой скорости движения воздуха обеспечивает высокую эффективность разделения зернового материала.

Вышеописанное позволит обеспечить стабильность плот ности обрабатываемого зерново го потока, что является главным условием равномерного поля скоростей движения воздуха в сепарирующем канале, а следо вательно, и высокой эффектив ности процесса разделения се парируемого материала.

В работе производились замеры скоростей движения воздуха на входе в каналы.

Вследствие того, что при вклю чении двух вентиляторов одно временно создается определен ное сопротивление движению воздуха, скорость его движения в каналах отличается. Получен ные результаты показали отли чия скорости движения воздуха в каналах от скоростей его пода чи вентиляторами. Результаты замеров легли в основу выбора Рисунок 5 – Воздушный сепаратор для разделения режимов разделения рушанки на рушанки рапса фракции и позволили опреде лить необходимые скорости 1 – Рама, 2 – Вентилятор низкого давления, 3 – Вентилятор канальный, 4 – Барьер, 5 – Сетка поддержи- движения воздуха в пневмосепа вающая, 6 – Дозатор шнековый, 7 – Корпус, 8 – Крепле раторе.

ние перегородки, 9 – Ограничительная перегородка, 10 – Варьируя режимы работы Циклон, СК1– сепарирующий канал: ОК1, ОК2, ОК3 обоих вентиляторов, проводи осадительные каналы лись эксперименты по разделе нию рушанки семян рапса. Наиболее эффективное разделение рушанки на фрак ции наблюдалось при следующих параметрах: скорость подачи воздуха венти лятором низкого давления – 8,00 м/с, скорость подачи воздуха канальным вен тилятором - 10,20 м/с. Скорость движения воздуха в сепарирующем канале СК1, где начинается процесс разделения рушанки, при этом составляла - 7,23 м/с. При данных параметрах сепарирования содержание частиц ядра в сепарированном материале составляло 92%.

Для изучения влияния формы каналов, определяющей траекторию движе ния сепарируемого материала, вертикальные перегородки между каналами пневмосепаратора выполнялись с возможностью изменения угла их наклона (рисунки 6 и 7).

Рисунок 7 – Схема изменения углов наклона Рисунок 6 – Пневмосепаратор с изменяемой перегородок для изменения формы формой воздушных каналов воздушных каналов пневмосепаратора 1 – Рама, 2 – Вентилятор низкого давления, I – наклонная перегородка между сепари 3 – Канальный вентилятор, 4 - Барьер, рующим каналом и осадительным каналом 5 – Сетка поддерживающая, 6 – Дозатор, ОС1;

II - наклонная перегородка между оса 7 – Корпус, 8 – Наклонные перегородки, дительными каналами ОС1 и ОС2;

9 – Ограничительная перегородка, III - наклонная перегородка между осади 10 – Циклон, СК – сепарирующий канал;

тельными каналами ОС2 и ОС3;

ОК1, ОК2, ОК3 - осадительные каналы.

IV – наклонная ограничительная перегородка;

Для варьирования параметров процесса сепарирования положение перего родок I, II изменялось от 60° до 110°, перегородки III – от 60° до 100°, поскольку в положении 110° она перекрывала канал ОК3. Ограничительная перегородка IV служит для корректировки траектории движения частиц сепарируемого мате риала. Для проведения экспериментов при установленных режимах подачи воз духа были получены двенадцать режимов работы пневмосепаратора, отличаю щихся расположением перегородок при разных углах наклона.

Из полученных результатов следует, что изменение углов наклона перего родок оказывает влияние на фракционный состав сепарированного материала.

Наибольшее содержание частиц ядра (93%) в сепарированном материале на блюдалось при углах наклона вертикальных перегородок I, II, III равных 100° и отсутствии перегородки IV. Полученные результаты, позволяют сделать вывод, что изменение формы каналов воздушного сепаратора путем изменения угла на клона перегородок между ними практически не оказывает влияние на увеличе ние содержания ядра в сепарированном материале при усложнении конструк ции, что говорит о нецелесообразности этих изменений.

Фотографии рушанки рапса перед пневмосепарированием и фракции мас личного ядра, полученной после обработки в пневмосепараторе разработанной конструкции, представлены на рисунках 8 и 9.

Рисунок 9 – Фотография фракции ядра Рисунок 8 – Фотография рушанки семян после обработки в пневмосепараторе рапса перед пневмосепарированием разработанной конструкции Исследование параметров процесса разделения рушанки рапса в пневмосепараторе разработанной конструкции.

Для установления области оптимальных значений параметров процесса сепарирования был реализован ПФЭ 32. Параметром оптимизации служил пока затель содержания частиц ядра в сепарированном материале - Y,%. Варьируе мыми факторами являлись: скорость подачи воздуха вентилятором низкого дав ления - Х1, м/с;

скорость подачи воздуха канальным вентилятором - Х2, м/с.

В результате математической обработки экспериментальных данных по лучено уравнение регрессии (6), которое адекватно (коэффициент детерминации 0,91, коэффициент корреляции 0,92) описывает процесс в реализованном диапа зоне изменения варьируемых факторов Y = -840,24+239,532X1+0,14X2-15,38X12, (6) В результате графического анализа полученного уравнения установлены оптимальные режимы работы пневмосепаратора (рисунок 10): скорость подачи воздуха вентилятором низкого давления 7,7-8,0 м/с, скорость подачи воздуха ка нальным вентилятором 9,6-11,3 м/с. Данные режимные параметры позволяют получать содержание частиц ядра в сепарированном материале 92±2%.

Рисунок 10 - Зависимость содержания частиц ядра в сепарированном материале от скоростей подачи воздуха вентилятором низкого давления и канальным вентилятором В пятой главе представлена практическая реализация результатов исследований. Приведены результаты опытно-промышленной апробации раз работанной конструкции пневмосепаратора на ООО ПКП «Провансаль» (г.

Томск). Разработанный пневмосепаратор показал высокую эффективность раз деления рушанки семян рапса на фракции масличного ядра и оболочки. Содер жание частиц ядра в сепарированном материале составляло до 94% при движе нии воздуха в сепарирующем канале со скоростью 7,0-7,3 м/с, которая достига лась подачей воздуха на входе в канал вентилятором низкого давления со скоро стью 8,0 м/с и канальным вентилятором со скоростью 10,2 м/с.

Экономическую эффективность оценивали сравнением затрат на стадию рафинации масла, полученного из нефракционированной рушанки и фракции масличного ядра. Установлено снижение себестоимости масла, полученного из фракции масличного ядра, на 2% за счёт снижения расхода реагентов, отходов и потерь при повышении его качества и безопасности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Обоснована разработка комплекса оборудования для подготовки семян рапса к прессованию масла путём отделения семенной оболочки от масличного ядра посредством повторного обрушивания семян и пневмосепарирования ру шанки на основе исследования состава и качества продуктов их переработки.

Установлено, что масло, полученное из масличного ядра, имеет меньшую цвет ность, большую стабильность к окислению, содержит на 5 % больше незамени мой -линоленовой жирной кислоты семейства омега-3 при снижении доли эру ковой кислоты на 25%, жмых – лучшие органолептические характеристики при увеличении доли белка на 15-19% и снижении остаточного содержания масла на 5-6%.

2. Разработана конструкция центробежной установки для повторного об рушивания семян рапса методом однократного удара об отбойную пластину с целью снижения содержания фракции недоруша. Установлены оптимальные диапазоны параметров работы установки: угол наклона стальной волнистой от бойной пластины от 90° до 92,5°;

частота вращения барабана от 2100 мин-1 до 2400 мин-1.

3. Изучены аэродинамические свойства компонентов рушанки семян рапса в вертикальном восходящем воздушном потоке. Экспериментально определен ны скорости витания частиц рушанки рапса на основе которых была установле на зависимость высоты их подъёма от скорости движения воздуха в канале: не дорушенных семян (недоруш) 7,3-8,2 м/с;

ядра 2,2-3,5 м/с;

оболочки 0,5-1,6 м/с.

4. Разработана конструкция пневмосепратора для разделения рушанки се мян рапса методом вертикального воздушного потока. Установлены оптималь ные диапазоны параметров работы пневмосепаратора: скорость подачи воздуха вентилятором низкого давления 7,7-8,0 м/с;

скорость подачи воздуха канальным вентилятором 9,6-11,3 м/с. Данные параметры позволяют получать содержание частиц масличного ядра в сепарированном материале 92±2%.

5. Проведены производственные испытания пневмосепаратора разработан ной конструкции на ООО ПКП «Провансаль» (г. Томск). Путем сравнения за трат на стадии рафинации установлено снижение себестоимости масла, полу ченного из фракции масличного ядра, на 2% за счёт снижения расхода реаген тов, отходов и потерь при повышении его качества и безопасности.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК 1. Рензяева, Т.В Качество семян крестоцветных масличных культур Сибирского ре гиона и продуктов их переработки / Т.В. Рензяева, А.О. Рензяев, А.А. Проскурин, И.В. Пику лева // Масложировая промышленность. – 2009. – №2. – С. 17 –19.

2. Рензяева, Т.В. Разработка способа повышения качества продуктов переработки рапса и рыжика / Т.В. Рензяева, О.П. Рензяев, А.О. Рензяев // Масложировая промышлен ность. – 2009. – №3. – С. 32 –34.

3. Рензяев, А.О. Пневмосепаратор для разделения зерновых материалов / А.О. Рензя ев, О.П. Рензяев, А.Ф. Сорокопуд // Техника и технология пищевых производств. – 2013. №1. – С. 93-97.

Научные труды институтов, материалы конференций 4. Рензяев, О.П. Исследование процесса обрушения семян рапса и рыжика в произ водстве растительного масла / О.П. Рензяев, А.А. Носов, Д.А. Бобков, А.О. Рензяев // Совер шенствование существующего и разработка нового оборудования для пищевой промышлен ности: сб. науч. работ / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Вып.2. – Кемерово, 2008. – С. 46–49.

5. Рензяев, О.П. Исследование процесса разделения обрушенного семени крестоцвет ных культур на примере рапса / О.П. Рензяев, А.А. Носов, А.О. Рензяев // Совершенствова ние существующего и разработка нового оборудования для пищевой промышленности: сб.

науч. работ / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Вып.2. – Кемерово, 2008. – С. 50–54.

6. Рензяева, Т.В. Жирнокислотный состав масел крестоцветных культур Сибирского региона / Т. В. Рензяева, А.О. Рензяев // Технология и продукты здорового питания: материа лы II международной научно-практической конференции;

ФГ0У ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов: ИЦ «Наука», 2008. – С. 119 –120.

7. Рензяева, Т.В. Пути расширения сырьевой базы пищевой промышленности Сибир ского региона / Т.В. Рензяева, А. О. Рензяев // Пища. Экология. Качество: труды V междуна родной научно-практической конференции;

РАСХН. Сибирское отделение. ГНУ СибНИП ТИП. – Новосибирск, 2008. – С. 363 –364.

8. Рензяев, О.П. Повышение качества продуктов переработки семян рапса и рыжика / О.П. Рензяев, А.О. Рензяев, Т. В. Рензяева // Пища, экология и качество: материалы междуна родной научно-практической конференции / Под общей ред. Е.И. Сизенко. – Кемерово: Куз бассвузиздат, 2009. – С. 184 –186.

9. Рензяева, Т.В. Углеводный состав структурных частей семян рапса и рыжика / Т.В.

Рензяева, А.О. Рензяев. // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресур сов: сб. науч. раб. – Кемерово: КемТИПП, 2009.– Вып.18. – С. 108 –110.

10. Рензяев А.О. Исследование процесса разделения рушанки рапса на воздушном се параторе / Пищевые продукты и здоровье человека: материалы IV Всероссийской конферен ции;

ФГОУ ВПО КемТИПП. Кемерово: 2011. – С.261–262.

11. Рензяев А.О. Исследование процесса обрушивания семян рапса / Пищевые продук ты и здоровье человека: материалы V Всероссийской конференции;

ФГБОУ ВПО КемТИПП.

Кемерово, 2012. – С.343-345.

12. Рензяев А.О. Выбор режимов сепарирования рушанки рапса / Приборное и мето дологическое обеспечение исследований и разработка в области инновационных технологий производства продуктов питания функционального назначение: сб. науч. раб. – ФГБОУ ВПО КемТИПП. Кемерово, 2012. – С.176-178.

13. Рензяев А.О. Установка для воздушного сепарирования зерновых материалов / Кузбасс: образование, наука, инновации: инновационный конвент, 1 т. – Кемеровский науч ный центр СО РАН, Кемерово, 2012. – С. 45-46.

Патенты РФ 14. Положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2012119131/03(028811) от 01.07.2013. Пневмосепаратор для зерновых материалов / Рензяев А.О., Сорокопуд А.Ф., Рензяев О.П.;

заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Кемеровский техно логич. ин-т пищевой пром-ти. – заявл. 10.05.2012. // М.: Роспатент, 2013.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.