Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Коротков Владислав Георгиевич. Синтез процессов и оборудования экструзионной технологии для приготовления комбикормов : диссертация ... доктора технических наук : 05.20.01 / Коротков Владислав Георгиевич; [Место защиты: ФГОУВПО "Оренбургский государственный аграрный университет"].- Оренбург, 2009.- 342 с.: ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 6

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЭКСТРУЗИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 11

1.1 Перспективы использования экструзионных технологий при производстве комбикормов 11

1.2. Анализ структуры технологических процессов производства комбикормов 18

1.3. Измельчение растительного сырья 22

1.4. Смешивание компонентов комбикормов 36

1.5 Экструдирование комбикормов 41

1.6. Обзор методов математического моделирования технологических объектов 62

1.7 Задачи исследования 70

2. ФОРМИРОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ СИНТЕЗА ЭКСТРУЗИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 71

2.1 Системный подход к процессам, реализуемым в

технологических линиях пищевых и кормовых производств 71

2.2 Классификация механических процессов по энергетическому состоянию полуфабрикатов 78

2.3 Синтез технологического объекта 83

2.4 Выводы по главе 88

3 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ИСХОДНОГО СЫРЬЯ 89

3.1 Математическая модель процесса взаимодействия измельчаемого

полуфабриката с рабочими органами роторного измельчителя 89

3.1.1 Силовое взаимодействия среды с рабочими органами измельчителя 89

3.1.2 Энергетический баланс измельчителя 97

3.1.3 Параметры эффекта процесса ударно-истирающего измельчения з

3.2 Методика экспериментальных исследований 103

3.2.1 Назначение экспериментальных исследований 103

3.2.2 Экспериментальная установка, приборы и оборудование, применяемые при исследованиях 104

3.2.3 Характеристики материала, применяемого при исследовании 110

3.2.4 Методика определения внешних величин модели 111

3.2.5 Методика оценки величины энергии, затрачиваемой на образование единицы площади новых поверхностей при измельчении 117

3.2.6 Методика оптимизации исследуемого объекта 117

3.2.7 Программное обеспечение обработки экспериментальных данных... 118

3.3 Экспериментальные исследования 120

3.3.1 Влияние конструктивных параметров измельчителя на образование воздушно-продуктового слоя 120

3.3.2 Условия и программа проведения экспериментальных исследований.. 123

3.3.3 Определение коэффициентов сопротивлений 125

3.3.4 Энергия для образования единицы площади новой поверхности 128

3.3.5 Верификация математической модели 128

3.3.6 Оптимизация рабочих параметров измельчающего механизма 133

3.4 Выводы по главе 138

4 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ ПРИ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ КОМПОНЕНТОВ КОМБИКОРМОВ В ИЗМЕЛЬЧАЮЩЕ-СМЕШИВАЮЩЕЙ МАШИНЕ 140

4.1 Математическая модель процесса взаимодействия смешиваемого полуфабриката с рабочими органами роторного измельчителя смесителя 140

4.2 Методика экспериментальных исследований 1

4.2.1 Назначение экспериментальных исследований 145

4.2.2 Экспериментальная установка, приборы и оборудование, применяемые при исследованиях 145

4.2.3 Методика экспериментальных исследований 152

4.2.4 Методика определения основных параметров процесса

измельчения и смешивания в рабочей камере измельчителя-смесителя 155

4.3 Результаты экспериментальных исследований 156

4.3.1 Программа экспериментальных исследований 156

4.3.2 Исследование влияния конструктивных и технологических параметров на процессы измельчения и смешивания компонентов комбикормов в рабочей камере измельчителя-смесителя 157

4.3.3 Определение основных параметров математической модели процессов

измельчения и смешивания в измельчителе-смесителе вертикального типа 169

4.3.4 Верификация математической модели процессов измельчения

и смешивания в измельчителе-смесителе вертикального типа 175

4.4 Выводы по главе 178

5 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСТРУДЕРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМБИКОРМОВ ПОВЫШЕННОЙ УСВОЯЕМОСТИ 179

5.1 Формирование модели процесса экструзии 179j

5.2 Движение материала в шнековом канале 181

5.3 Движение материала в кольцевых полостях 182

5.4 Движение материала в фильерах матрицы 185

5.5 Внутренняя характеристика системы процесса экструзии 186

5.6 Параметры эффекта процесса экструзии 188

5.7 Оценка процесса смешивания при экструдировании 1

5.7.1 Путь смешивания экструдируемого продукта в канале шнека 192

5.7.2 Сдвиг экструдируемого продукта в канале шнека 192

5.7.3 Сдвиг экструдируемого продукта в компрессионных затворах 194

5.7.4 Путь смешивания продукта в компрессионном затворе 196

5.7.5 Смешивание продукта в формующих полостях матрицы 198

5.8 Методика1 экспериментальных исследований процесса экструдирования. 200

5.8.1 Аппаратурное обеспечение экспериментальных исследований 200

5.8.2 Методика расчета параметров процесса экструдирования 205

5.8.3 Программное обеспечение экспериментальных исследований 208

5.8.4 Методика проведения экспериментов 208

5.9 Экспериментальные исследования воздействия шнекового

прессующего механизма на качество экструдированного полуфабриката 214

5.9.1 Влияние расхода энергии в процессе экструдирования на параметры качества экструдированного продукта 214

5.9.2 Исследование измельчающих и смешивающих свойств экструдера...222

5.9.3 Определение критериальных значений степени воздействия на комбикорм сдвига и пути смешивания 226

5.10 Параметрический синтез прессующего механизма экструдера 229

5.11 Выводы по главе 236

6 ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 238

6.1 Совершенствование конструкций измельчителей и измельчителей-смесителей зерна 23 8

6.2 Совершенствование конструкций экструдеров 2

6.2.1 Новые конструкции головки экструдера 261

6.2.2 Разработка нового питателя экструдера 270

6.2.3 Новые конструкции оборудования для исследования реологических параметров экструдируемого материала 271

6.3 Оценка питательных свойств кормов, полученных по экструзионной технологии 275

6.3.1 Влияние комбикормов с экструдированными карбамидными концентратами на обмен азота у бычков 275

6.3.2 Показатели энергетического обмена у бычков при включении в рационы экструдированных карбамидных концентратов 278

6.4 Реализация результатов исследования 281

6.5 Расчет экономической эффективности внедрения результатов 292

6.6 Выводы по главе 299

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 300

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 303

ПРИЛОЖЕНИЯ 3  

Введение к работе:

Актуальность. Качество комбикормов является одним из основных факторов, определяющих развитие необходимых для страны отраслей, обеспечивающих население продуктами питания. При этом качество, сбалансированность и однородность комбикорма должны обеспечиваться современной технологией и организацией производства. В связи с этим, большой интерес представляют экструзионные технологии переработки сырья растительного происхождения.

Перспективность переработки растительного сырья с помощью термопластической экструзии обусловлена двумя основными причинами: во-первых, большим объемом и разнообразием продукции, производимой с помощью этой технологии, и, во-вторых, экономическим эффектом, который дает производство экструзионных продуктов за счет расширения потребительских свойств производимых кормов. Использование экструзии позволяет сделать процесс приготовления комбикорма легко контролируемым, универсальным по перерабатываемым полуфабрикатам и конечным продуктам.

Использование экструзионного оборудования для приготовления кормов эффективно, если хорошо развита инфраструктура кормоприготовления. Экструзионное оборудование не только расширяет ассортимент кормов, но и увеличивает занятость сельского населения в период межсезонья.

Получаемые в результате экструзионной переработки продукты сложны по химическому составу и обладают комплексом различных свойств, которые составляют в совокупности качество продукции и должны быть учтены при расчете процессов и оборудования и их совершенствовании.

Одним из возможных путей ресурсосбережения является оптимизация технологической системы кормоприготовления за счет адекватного использования возможностей процессов, применяемых в этой системе.

Таким образом, разработка концепции синтеза процессов и оборудования для производства комбикормов на основе экструзионных технологий актуальна.

Работа выполнена в рамках темы «Совершенствование биотехнических систем пищевых производств и кормоприготовления» и включена в тематику НИР Оренбургского государственного университета на 1996 … 2008 гг., номер госрегистрации 01.960.005780.

Цель работы. Совершенствование системы процессов экструзионной обработки растительного сырья и технологического оборудования для получения комбикормов.

Задачи исследования.

1 На основе анализа разработать систему математических моделей описания основных процессов экструзионных технологий.

2 Сформировать комплекс параметров эффекта рассматриваемой системы.

3 Выполнить идентификацию и верификацию математических моделей, входящих в систему.

4 Провести многокритериальную оптимизацию системы.

5 Разработать технические решения рассмотренных процессов и провести экономическое обоснование проведенного параметрического синтеза системы.

Научная новизна. Основные научные результаты, составляющие новизну работы и выносимые на защиту, заключаются в следующем.

1 Разработано представление о напряженном состоянии среды рабочего пространства технологической машины как внутренней характеристике системы реализуемого процесса.

2 Создан комплекс математических моделей, описывающих процессы экструзионной технологии в составе: модели механического взаимодействия воздушно-вихревой зоны, воздушно-продуктового слоя между собой и рабочей камерой молотковой дробилки; модели взаимодействия многокомпонентной комбикормовой смеси с рабочими органами измельчителя-смесителя вертикального типа; модели процесса экструдирования комбикормов с учетом особенностей режима теплого экструдирования. Разработан комплекс критериев, описывающих экструзионные технологии на этапе подготовки полуфабриката и непосредственно при экструдировании.

3 Подтверждена выдвинутая в работе гипотеза о взаимосвязи процесса разрушения с процессом смешивания в рабочей камере дробилки вертикального типа; получены зависимости, позволяющие прогнозировать однородность смеси и средневзвешенный размер частиц получаемого продукта.

4 Определены параметры воздушно-продуктового слоя молотковой ситовой дробилки; установлена необходимость наличия воздушно-продуктового слоя для ведения рационального процесса измельчения; определены параметры взаимодействия воздушно-продуктового слоя с рабочим пространством дробилки и ее рабочими органами; предложена методика, позволяющая прогнозировать модуль помола получаемого продукта.

5 Показана целесообразность применения метода векторной оптимизации для определения рациональных параметров роторного измельчителя.

6 Предложена оценка процесса экструдирования деформацией сдвига, которая определяет качество экструдата. Доказана возможность оценки рабочего процесса и состояния прессуемого продукта за счет изменения крутящего момента, возникающего на шнеке в зазоре компрессионного затвора.

7 Создана методологическая основа оптимального проектирования системы процессов экструзионной обработки растительного сырья и технологического оборудования для получения экструдата.

Практическую ценность имеют.

1 Сокращение энергозатрат на подготовку полуфабриката и экструдирование.

2 Новые конструкции оборудования и способы реализации технологических процессов, защищенные патентами РФ и принятые к производству предприятиями региона.

3 Программные средства для расчета основных рабочих параметров роторных ситовых измельчителей, измельчителей-смесителей с вертикальным вводом продукта, а также для расчета и оптимизации параметров процесса экструдирования.

4 Результаты оптимизации бездековых роторных дробилок с осевым вводом продукта; процессов измельчения и смешивания компонентов комбикорма в роторном измельчителе-смесителе вертикального типа.

5 Технологические режимы процессов измельчения, смешивания и экструдирования, повышающие качество экструдированных кормов.

Реализация результатов диссертационной работы.

На основании полученных в результате научных исследований патентов РФ разработаны конструкции универсального пресса-экструдера, измельчителя ударно-истирающего действия и измельчителя-смесителя вертикального типа, принятые к производству ООО «Орстан» в 2006 году.

ПО «Стрела» с 1992 года выпускает центробежный двухроторный измельчитель Р3-МИЦ5, конструкция которого защищена патентом РФ, также полученным в настоящей работе.

В условиях ОАО по племенной работе «Оренбургское» на основе технологических линий, созданных на основании разработок автора, организовано кормление молодняка КРС экструдированными комбикормами. Использование линий экструдирования кормов в ряде хозяйств Оренбургской области, например СПК «Рассвет», колхоз им. Куйбышева, СПК «Новоуспеновский» и др. дало положительные результаты при кормлении животных и птицы. Применение этих линий одобрено ГНУ Всероссийского НИИ мясного скотоводства РАСХН.

На основании материалов работы разработано учебное пособие, рекомендованное профильным УМО для студентов специальностей, связанных с обработкой растительного сырья.

Результаты исследования опубликованы в 2003 году в монографии «Проектирование экструдеров для отраслей АПК» изданного под грифом УрО РАН.

На защиту выносятся следующие положения.

Концептуальные основы разработки методик, технологических режимов и средств новой техники, эффективных экструзионных технологий.

Представление о напряженном состоянии рабочего пространства машины как о внутренней характеристике систем механических процессов зернопереработки.

Математические модели основных процессов экструзионных технологий, позволяющие производить их оптимизацию, и методики идентификации неизвестных внешних величин предложенных математических моделей.

Новые технико-технологические решения, улучшающие показатели экструдированных кормосмесей и снижающие энергозатраты, а также комплекс программных продуктов по оптимизации экструзионных технологий.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на международных научных и научно-практических конференциях в г. Москве в 1998-2000 гг.; на Российских научно-технических конференциях в 2000-2007 гг. в Казани, Оренбурге, Тольятти, Екатеринбурге, Мелеузе; семинарах Оренбургского государственного университета (1995-2008 гг.).

Теоретические и экспериментальные исследования с производственной реализацией результатов удостоены диплома лауреата премии Правительства Оренбургской области в сфере науки и техники за 2007 год; диплома международного научно-промышленного форума «Инновации 2002», проведенного администрацией Оренбургской области; диплома ярмарки-выставки «Меновой двор» за разработку высокоэффективных наукоемких технологий для перерабатывающей промышленности (2003 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 57 научных трудах (в том числе 14 статьях в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАК, 1 монографии, 1 учебном пособии). Новизна технических решений защищена 24 патентами РФ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертации составляет 338 страниц, содержит 84 рисунка, 28 таблиц, список литературы из 400 наименований, из них 57 на иностранных языках и приложения.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net