НАУЧНО–ПРАКТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ФИЛЬТРАТА СПИРТОВОЙ БАРДЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕЛКОВОГО КОРМОВОГО КОНЦЕНТРАТА тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат наук Муравьев Александр Сергеевич

• Муравьев Александр Сергеевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Муравьев Александр Сергеевич

Введение

Глава 1. Современное состояние теории, техники и технологии как системы процессов при утилизации спиртовой барды

1.1. Спиртовая барда как объект производства

1.2. Современные аппараты баромембранного разделения

1.3. Теоретические основы выпаривания при утилизации фильтрата спиртовой барды

1.4. Применение выпарных аппаратов при выпаривании фильтрата спиртовой барды

1.4.1. Конструкции выпарных аппаратов

1.4.2. Барботажно-выпарные аппараты

1.5. Технологические схемы переработки спиртовой барды

1.6. Цель и задачи исследований

Глава 2. Экспериментально-аналитические методы исследования процессов концентрирования фильтрата спиртовой барды

2.1. Объекты исследований

2.2. Методика исследования

2.3. Ультрафильтрационные методы концентрирования фильтрата барды

2.4. Конструктивные решения баромембранных аппаратов, обеспечи-ваюших снижение поляризационной концентрации перед распылительной сушкой

2.4.1. Мембранный аппарат

2.4.2. Вертикальный мембранный аппарат

2.5. Экспериментальные исследования процесса барботажного выпаривания

2.5.1. Методика проведения эксперимента

2.5.2. Определение рациональных интервалов процесса барбо-тажного выпаривания

2.5.3. Изучение кинетических и гидродинамических закономерностей процесса барботажного выпаривания

2.6. Математическое моделирование процесса выпаривания

2.6.1. Исследование теплофизических характеристик фильтрата барды

2.6.2. Постановка задачи моделирования барботажного выпаривания фильтрата барды

2.6.3. Численно-аналитическое решение математической модели процесса барботажного выпаривания фильтрата барды

2.7. Барботажный выпарной аппарат для концентрирования фильтрата барды

Глава 3. Энерго-эффективные биотехнологии получения белкового концентрата из фильтрата спитовой барды

3.1. Разработка импортозамещающей технологии получения белкового концентрата из фильтрата барды

3.2. Адаптация модели процесса распылительной сушки к условиям сушки фильтрата барды

3.3. Составление алгоритма микропроцессорного управления технологией получения белкового концентрата из фильтрата барды

3.4. Эксергетический анализ технологии получения белкового концентрата из фильтрата спиртовой барды

Глава 4. Оценка эффективности комплексной технологии получения

белкового концентрата и её практическая реализация

4.1. Состав и физико-механические свойства белкового концентрата

из фильтрата барды как объекта производства кормовой добавки

4.2. Определение оптимальных условий хранения белкового концентрата из фильтрата барды методами математической статистики

4.2.1. Обоснование интервалов варьировании входных и выходных факторов

4.2.2. Планирование эксперимента и графическая интерпретация уравнений регрессии

4.2.3. Оптимизация условий хранения белкового концентрата фильтрата барды

4.3. Линия получения кормовой добавки с использованием белкового концентрата из фильтрата барды

Основные выводы и результаты

Список литературы

Список иллюстративного материала

Список таблиц

Приложение А. Сбалансированность экспериментальной установки по материальным и энергетическим потокам

Приложение Б. Расчет материального баланса технологии получения белкового концентрата из фильтрата барды

Приложение В. Решение математической модели процесса распылительной сушки

В.1. Дискретизация основных уравнений

В.2. Решение

Приложение Г. Рецепт полнорационного комбикорма

Приложение Д. Технико-экономический анализ

Приложение Е. Апробация результатов работы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «НАУЧНО–ПРАКТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ФИЛЬТРАТА СПИРТОВОЙ БАРДЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕЛКОВОГО КОРМОВОГО КОНЦЕНТРАТА»

Актуальность темы исследования.

Согласно Федеральному закону № 171-ФЗ от 22.11.1995 (ред. от 29.12.2015) «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции» (ст. 8, п. 5), производство этилового спирта возможно только при условии полной переработки и/или утилизации барды. Возможным решением этой проблемы может служить получение белкового кормового концентрата из фильтрата барды как импортозамещающего продукта, который в составе комбикормов оказывает положительное влияние на процесс воспроизводства животных и птицы, способствует предупреждению их заболеваний, связанных с недостатком витаминов и микроэлементов.

Наиболее распространенной технологией по переработке спиртовой барды является её концентрирование в выпарных аппаратах. При этом процесс выпаривания требует значительных энергетических затрат, а утилизация фильтрата спиртовой барды является отдельной задачей, которая не нашла своего решения в отечественном производстве спирта. В настоящее время сделаны первые попытки по использованию баромембранных технологий для переработки фильтрата спиртовой барды. Однако, недостаточное научное обеспечение сдерживает реализацию концентрирования фильтрата с помощью мембранных установок, что не может не отразиться на экономии энергетических затрат.

Основными зарубежными поставщиками белкового концентрата из фильтрата барды на Российский рынок являются компании Ace Ethanol, Marquis Grain Inc, Zeeland Farm Services и другие. Поэтому создание отечественной конкурентной, экологически безопасной и энергоэффективной технологии получения белкового кормового концентрата из фильтрата спиртовой барды является актуальной задачей.

Определяющую роль в технологии переработки барды играет мембранное разделение фильтрата перед сгущением в выпарных установках при подготовке

к распылительной сушке. Теоретические основы данных процессов и их аппаратурное оформление отражены в работах И. А. Тищенко, Н. А. Ушатинского, И. Т. Кретова, С. Т. Антипова, Н. И. Гельперина, Н. Н. Липатова, Т. Г. Коротковой, Б. А. Лобасенко, Е. Н. Калошиной, а также Т. Брока, У. Маршалла, С. Хоффмана, Р. Шленкера и др.

Научная работа проводилась в рамках Федеральных целевых научно-технических программ Министерства образования РФ и в соответствии с тематическим планом НИР кафедры технологии хлебопекарного, кондитерского, макаронного и зерноперерабатывающего производств ВГУИТ (№ гос. регистрации 01201253866) «Разработка энерго-, ресурсосберегающих и экологически чистых технологий хранения и переработки сельскохозяйственного сырья в конкурентоспособные продукты с программируемыми свойствами и соответствующим аппаратурным оформлением на предприятиях АПК».

Степень разработанности темы исследования. В результате критического анализа известных результатов научных и практических исследований технологии получения белкового кормового концентрата из фильтрата спиртовой барды выработаны основные принципы конструирования экспериментально-технологического участка и адаптации технологических процессов производства кормовой добавки из фильтрата барды к машинной технологии.

Цель работы — разработка ресурсосберегающей, экологически безопасной и энергоэффективной технологии утилизации фильтрата спиртовой барды для получения белкового кормового концентрата и разработка эффективных аппаратов для её реализации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка научно-практических подходов к энергосбережению процессов барботажного выпаривания и распылительной сушки.

2. Исследование теплофизических свойств фильтрата барды как объекта концентрирования при получении белкового кормового концентрата.

3. Экспериментальные исследования кинетических закономерностей процес-

сов баромембранного разделения и барботажного выпаривания фильтрата спиртовой барды горячим воздухом.

4. Получение численно-аналитического решения математической модели процесса барботажного выпаривания фильтрата спиртовой барды.

5. Адаптация математической модели распылительной сушки на основе уравнений Навье-Стокса к сушке фильтрата спиртовой барды.

6. Разработка конструкций мембранных аппаратов и барботажного выпарного аппарата для реализации процессов концентрирования фильтрата спиртовой барды.

7. Создание энергоэффективной технологии получения белкового кормового концентрата из фильтрата барды.

8. Разработка способа управления технологическими параметрами при получении белкового кормового концентрата из фильтрата барды, обеспечивающего наименьшие потери теплоты и электроэнергии.

9. Изучение основных показателей качества белкового кормового концентрата и определение рациональных условий его хранения методами математической статистики.

10. Составление рецептуры полнорационного комбикорма для сельскохозяйственных животных с использованием белкового кормового концентрата.

11. Промышленная апробация, эксергетический анализ и технико-экономическая оценка предлагаемой технологии получения белкового кормового концентрата из фильтрата спиртовой барды.

Научная новизна. Получены функциональные зависимости изменения теп-лофизических характеристик фильтрата спиртовой барды от температуры.

Сформулирована и решена математическая модель процесса ультрафильтрации фильтрата барды по определению изменения слоя поляризационной концентрации. Получены зависимости удельной производительности мембраны от времени протекания процесса ультрафильтрации для фильтрата барды из пшеничного и кукурузного сырья при различных значениях трансмембранного давле-

ния.

Выявлены закономерности кинетики барботажного выпаривания фильтрата спиртовой барды, определены численные значения и диапазон изменения основных кинетических характеристик.

Разработана математическая модель процесса барботажного выпаривания спиртовой барды на основе уравнений непрерывности, а также законов Фика и Фурье; предложено численно-аналитическое решение задачи нестационарного тепло- массообмена с граничными и начальными условиями, а также фазовым переходом на поверхности пузырька для определения зависимости скорости испарения, содержания сухих веществ (СВ), температуры фильтрата и радиуса пузырька от продолжительности процесса.

Методами математического моделирования определены зависимости, позволяющие прогнозировать распределение скорости, температуры и влагосодер-жания капель фильтрата барды в процессе распылительной сушки.

Составлен программно-логический алгоритм управления технологическими параметрами процесса получения белкового кормового концентрата из фильтрата барды, обеспечивающий повышение энергетической эффективности совместно протекающих процессов ультрафильтрации, выпаривания и распылительной сушки.

Научная новизна предложенных технических решений подтверждена 4 патентами РФ и свидетельством РОСПАТЕНТА о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Теоретическая и практическая значимость.

Показана целесообразность использования процесса баромембранного концентрирования фильтрата барды перед выпариванием из кукурузного и пшеничного сырья, позволяющего снизить удельные энергозатраты на 8... 12 % и 14... 18 % соответственно при трансмембранном давлении 500... 950 кПа.

Установлены рациональные режимы барботажного выпаривания, обеспечивающие минимальный расход энергии и высокое качество белкового кормо-

вого концентрата: расход воздуха 22 ... 25 л/мин, температура горячего воздуха 663... 673 К.

Разработана энергоэффективная технология получения белкового кормового концентрата из фильтрата спиртовой барды (Пат. РФ № 2514666).

Разработаны программа для ЭВМ (свидетельство РОСПАТЕНТА о гос. регистрации № 2015619721) и способ управления технологией получения белкового кормового концентрата (Пат. РФ № 2546214).

Разработаны конструкции мембранных аппаратов (Пат. РФ № 2560417, 2558894) и барботажного выпарного аппарата (положительное решение по заявке № 201511112'

Обоснован и развит эксергетический подход к термодинамическому анализу взаимосвязанный процессов, достигнута минимизация термодинамических потерь на 5,47 % от внутрицикловой и внешней регенерации тепловых стоков.

Проведены производственные испытания в условиях ОАО «Воронежский экспериментальный комбикормовый завод (ВЭКЗ)» и ООО «Пивное ремесло», которые показали высокую эффективность предлагаемых решений.

Продана лицензия (договор № 26/15 от 26.10.2015 г.) на право использования интеллектуальной собственности ООО «Пивное ремесло» по патенту на изобретение РФ № 2558894. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения предлагаемых технических решений составит 4,7 млн. р.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты экспериментальных исследований кинетических закономерностей процессов баромембранного разделения и барботажного выпаривания фильтрата спиртовой барды горячим воздухом;

- математические модели процессов баромембранного разделения, барбо-тажного выпаривания и распылительной сушки фильтрата барды;

- технология получения белкового кормового концентрата из фильтрата барды с максимальной рекуперацией и утилизацией вторичных энергоресурсов и способ управления технологическими параметрами для её реализации;

- конструкции аппаратов для концентрирования фильтрата барды.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Работа соответствует п. п. 1, 3 и 4 паспорта специальности 05.18.12 - «Процессы и аппараты пищевых производств» и п. п. 2 и 5 специальности 05.18.01 — «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства».

Степень достоверности и апробация результатов. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на международных, всероссийских, региональных научно-практических конференциях, семинарах и выставках (Воронеж, 2013-2015), (Иваново, 2014), (Алматы, 2014), (Краснодар, 2015), отчетных научных конференциях ВГУИТ (Воронеж, 2013—2014), по итогам которых работа награждена дипломами.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 24 печатных работах, в том числе 8 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 4 патента РФ на изобретения, одно свидетельство РОСПАТЕНТА о регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 170 страниц машинописного текста, содержит 54 рисунка и 26 таблиц. Список литературы содержит 127 наименований, в том числе 37 на иностранных языках.

Глава 1

Современное состояние теории, техники и технологии как системы процессов при утилизации спиртовой барды

1.1. Спиртовая барда как объект производства

Спиртовая барда — основной по объему выхода отход спиртового производства [1—6]. Фильтрат спиртовой барды представляет собой жидкость, содержащую 4-5 % СВ, в т.ч. незаменимые аминокислоты [1; 7—9]. Спиртовая дробина является ценным продуктом, имеющим высокую питательную ценность [10]. Сравнительный анализ [11] состава сухой барды по стандарту ББвЗ (сухая гранулированная барда с растворимыми веществами), исходной барды и фильтрата барды приведен в таблице 1.1.

Сухая барда и исходная барда богаты глюканом, ксиланом и арабинаном, источниками сбраживаемых сахаров при производстве спирта. Общее содержание сахаров (глюкан и ксилан) сухой барды и исходной барды 29,4 % и 33,4 % соответственно, в пересчете на сухое вещество. Сырой протеин составляет 25 % к сухому веществу сухой барды. Сырой жир составляет 11,6 % [12].

Образцы ББвЗ по [13, р. 594] имели следующие теплофизические показатели: среднее содержание влаги 14,7 %, активность воды 0,55, теплопроводность 0,07 Вт/м°С, сопротивление 14,0 м°С/Вт, коэффициент диффузии 0,13 мм2/с, объемная плотность 483,3 кг/м3, угол естественного откоса 31,50. Таким образом, свойства барды аналогичны другим сухим кормовым ингредиентам, таких как кукурузный глютен, корма и другим ингредиенты на основе кукурузы [14]. Теплофизические свойства спиртовой барды на ряде предприятий по [13] приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.1 — Химический состав спиртовой барды

Показатель ББОВ Жидкая барда Фильтрат барды

Сухое вещество 88,8 35,3 7,7

Водные экстрактивные в-ва 24,7 8,8 -

Прочие экстрактивные в-ва 11,6 9,6 -

Сырой протеин 24,9 36,6 -

Глюкан (общий) 21,2 18,5 -

Целлюлоза (16) (12,6) -

Крахмал (5,2) (5,9) -

Ксилан и арабинан 13,5 20,9 -

Ксилан (8,2) (14,9) -

Арабинан (5,3) (5,5) -

Зола 4,5 2,0 -

Компонентный анализ

Сухое вещество 88,9 44,1 6,2

Сырой протеин 27,3 34,4 1,3

Сырой жир 14,5 10,9 1,3

Углеводы 53,5 52,7 2,8

Зола 4,7 2.0 0,8

Питательная ценность

Усвояемые нутриенты - 90,0

Калорийность (ккал/кг) - 446 28

Растворимые волокна - 17,2 0,1

Целлюлоза - 13,6 0,1

Крахмал - 4,2 0,5

Минеральный анализ

Кальций - 113,0 31,0

Фосфор - 0,5 0,1

Поташ - 0,4 0,2

Магний - 0,2 0,1

Сера - 0,6 0,1

Натрий - 0,1 0,1

Хлор - 0,8 0,0

Железо - 61,0 8,0

Марганец - 8,0 2,0

Аминокислотный анализ

Аргинин 1,4 1,5 0,1

Гистидин 0,8 0,9 0,0

Изолейцин 1,1 1,4 0,1

Лейцин 3,3 4,4 0,1

Лизин 1,0 1,1 0,1

Метионин 0,6 0,8 0,0

Цестин 0,5 0,8 0,0

Фенилаланин 1,4 1,8 0,1

Треонин 1,1 1,3 0,1

Триптофан 0,2 0,3 0,0

Валин 1,5 1,8 0,1

Гидроксипролин 0,1 0,0 0,0

Аспартовая кислота 1,7 2,2 0,1

Серин 1,2 1,5 0,1

Глютаматовая кислота 3,3 5,5 0,1

Пролин 2,0 2,8 0,1

Латионин 0,0 0,2 0,0

Глицин 1,1 1,3 0,1

Аланин 1,9 2,53 0,1

Тирозин 1,2 1,40 0,0

Орнитин 0,1 0,03 0,0

Таблица 1.2 — Теплофизические свойства сухой барды

Физический параметр

Предприятие

1 2

3

4

5

6

Влажность, % Активность влаги Температуропроводность, Вт/м °С Термическое сопротивление, м °С/Вт Теплопроводность, мм2/с Насыпная плотность, кг/м3 Угол естественного откоса, град

14,5 13,3

0,55 0,63

0,07 0,07

14,0 15,3

0,13 0,15

485,5 391,0

30,9 33,1

14,5

0,55

0,07

13,8

0,13

489,7

30,5

14,3 0,54 0,07 13,9 0,13е 493,8 31,3

16,0 0,55 0,07 14,2 0,14 479,1 31,0

14,6 0,54 0,07 13,6 0,13 496,1 32,5

1.2. Современные аппараты баромембранного разделения

Для снижения энергетических затрат, связанных с таким энергоемким процессом при утилизации барды, как концентрирование фильтрата барды, в работе рассматриваются процессы баромембранного разделения и сгущения фильтрата в ультрафильтрационных установках. Отечественные спиртовые заводы в подавляющем большинстве, однако, не оснащены мембранными установками. Основным фактором, сдерживающим внедрение таких аппаратов в производство, является отсутствие в отечественной практике утилизации барды теоретических предпосылок, обосновывающих рациональные подходы к моделированию, инженерному расчету и конструктивному исполнению ультрафильтрационных аппаратов. Основной задачей разработки новых конструкций мембранных аппаратов является уменьшение эффекта поляризационной концентрации, вызывающего снижение пропускной способности мембраны, и производительности аппарата. Данному вопросу посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов [15—19].

Известен аппарат для мембранного концентрирования (рисунок 1.1) [20]. Устройство состоит из корпуса 1 с щелями 2, расположенный внутри кожуха 3, поверхность которого выполнена с переменным сечением, патрубка для отвода продукта 4. В полости корпуса 1 находится подвижный шток 5.

Устройство смонтировано к трубчатой мембране 6. Основная часть исходного раствора под давлением подается в мембранный аппарат, за счет создания

6

I

Рисунок 1.1 — Аппарат для мембранного концентрирования:1 — корпус; 2 —щели; 3 —кожух; 4 — патрубок для отвода продукта; 5 — подвижный шток.

противодавления происходит мембранная фильтрация, при чем на внутренней поверхности мембраны образуется слой с повышенным содержанием растворенных веществ. Поток и верхняя часть образовавшегося слоя направляются в корпус 1, где происходит их разделение: поток поступает во внутреннюю полость штока 5, слой —в зазор между корпусом и штоком. Интенсивный отвод слоя в кожухе 3 создается с помощью противодавления в зазоре и кожухе 3, за счет переменного сечения кожуха 3 и возможности движения его относительно штока 5. Кожух 3 устанавливается таким образом, чтобы разность давлений в зазоре и кожухе 3 была максимальной. В этом случае большая часть диффузионного слоя через кольцевые щели 2 попадет в кожух 3.

Мембранный аппарат комбинированного типа [21] работает следующим образом (рисунок 1.2): исходный раствор под давлением, превышающим осмотическое давление растворенных в нем веществ, через штуцер 3 подается в первую камеру плоскокамерного модуля, образованную верхней крышкой 1, прокладкой 22, корпусом плоскокамерного модуля 12 и обратноосмотической мембраной 20. Из камеры получаемый пермеат отводится в канал 15, а оставшийся раствор переходит через проточное окно 25 в следующую камеру. Раствор переходит из камеры в камеру по проточным окнам всего плоскокамерного модуля.

Рисунок 1.2 — Мембранный аппарат комбинированного типа: 1, 2 —крышка; 3 —штуцер для ввода разделяемого раствора; 4 — отвода пермеата; 5, 6 — ретентата и 7 — подачивоздуха; 8 — камера для пермеата первой ступени; 9, 10 —выступ; 11 — трубчатые модули; 12 —корпус плоскокамерного модуля; 13 —впадину; 14 —опорные кольца; 15 —канал для отвода пермеата от плоских мембранных элементов; 16 —вырезы для соединения с выступами крышек, 17 — обратный клапан; 18 —жесткая дренажная сетка; 19 —пористая подложка; 20 — обратноос-мотическая мембрана; 21 — поплавковый уровнемер; 22 — прокладка; 23 — герметизирующая заливка; 24 — байонетное кольцо.

Образующийся при этом пермеат по каналу в корпусе 15 отводится в камеру для пермеата первой ступени 8, а ретентат выводится из аппарата через штуцер 5 в нижней крышке 2. При заполнении камеры для пермеата первой ступени подача разделяемого раствора в плоскокамерный модуль прекращается и включается компрессор, нагнетающий давление в камере для пермеата первой ступени. Обратный клапан 17, установленный на корпусе плоскокамерного модуля 12, препятствует попаданию пермеата из камеры для пермеата первой ступени обратно в канал. Уровень пермеата в камере для пермеата первой ступени отслеживается посредством поплавкового уровнемера 21.

Под действием давления, нагнетаемого компрессором, пермеат первой ступени подается в трубчатые мембранные модули 11, где разделяется на пермеат и ретентат второй ступени. Образовавшийся ретентат через штуцеры 6 выводится из аппарата, а пермеат попадает в камеру для пермеата второй ступени 26, откуда также выводится из аппарата через штуцер 4. При опустошении камеры для пермеата первой ступени компрессор выключается и возобновляется подача разделяемого раствора в плоскокамерный модуль и процесс повторяется.

Мембранный аппарат [22] состоит из корпуса 1, на котором установлен штуцер 2 и кожух 3 (рисунок 1.3). Корпус имеет две кольцевые щели 4 и 5.

1

2 3

Фиг. 1

А-А

8 10

Фиг. 2

Рисунок 1.3 — Мембранный аппарат: 1 — корпус; 2 —штуцер; 3, 13—кожух; 4, 5 —кольцевые щели; 6 —полый шток; 7 —трубчатая мембрана; 8 —лопасти; 9 —диск; 10— цилиндрическая сетка 11 — штуцер; 12 —штуцер исходного раствора; 14 —штуцер для отвода фильтрата; 15 — штуцер подачи газа.

Внутри корпуса находится полый шток 6 с конусом. Положение штока регулируется резьбой. Корпус соединен с трубчатой мембраной 7. Внутри мембранного канала расположены четыре лопасти 8, которые соответственно образуют сектора. Внутри одного из них к валу на малом расстоянии друг от друга крепятся диски 9. В остальных трех секторах к лопастям на определенном расстоянии от мембраны смонтирована цилиндрическая сетка 10. Поворот вала с лопастями осуществляется путем подачи раствора через штуцер 11.

Подача исходного раствора осуществляется через штуцер 12. К корпусу крепится кожух 13 со штуцерами для отвода фильтрата 14 и подачи газа 15. Исходный раствор подается в аппарат через штуцер 12. При фильтровании раствора на внутренней поверхности мембраны образуется подвижный слой поляризационной концентрации. Данный слой выводится штуцером 2 из кожуха 3, а основная часть разделяемого потока —через внутренний объем штока 6. Лопасти 8 разделяют поток на четыре сектора, в одном из них происходит очистка мембраны за счет дисков, создающих турбулизацию потока, а в трех остальных осуществляется формирование слоя поляризационной концентрации. Цилиндрическая сетка 10, закрепленная в трех секторах, способствует сохранению концентрации в отводимом слое, препятствуя его размытию в радиальном направлении. По мере загрязнения поверхности мембраны в других секторах и снижению производительности производят поворот вала с дисками, для чего подают исходный раствор через штуцер 11. Вместе с этим внешние кромки лопастей также осуществляют очистку мембраны. Также для очистки внутренних пор мембраны возможна подача газа через штуцер 15.

Мембранный аппарат с плоскими фильтрующими элементами 1.4 состоит из ряда секций, стянутых во фланцах 1 и 2 с помощью шпилек 3 и гаек 4 [23]. Каждая секция представляет собой пакет мембранных элементов 5, чередующихся с уплотнительными прокладками 7. Пакет уложен в цилиндрическую обечайку 6. Мембранный элемент состоит из двух мембран 8, уложенных на подложки из мелкопористого материала 9, между которыми помещен дренажный материал 10. Для предотвращения вдавливания мембран и подложек в дренажный материал в зоне обжатия располагаются кольца 11 из тонкого жесткого материала. Коллекторы для входа раствора в секцию, распределения его между мембранными элементами и выхода в следующую секцию образованы переточными отверстия всех мембранных элементов. Внутри прокладок 7 размещены кремниевые вставки 12, запаянные между двумя металлическими пластинами 13 в резину 14 и соединенные проводами 18 с генератором ультразвуковой частоты.

Рисунок 1.4 — Мембранный аппарат с плоскими фильтрующими элементами: 1, 2 —фланец; 3 — шпилька; 4 — гайка; 5 — пакет мембранных элементов; 7 — уплотнительная прокладка; 6 — цилиндрическая обечайка; 8 —мембрана; 9 —подложка; 10 —дренажный материал; 11—кольцо; 12 —кремниевая вставка; 13 — металлическая пластина; 14 —резина; 18 —провода.

Исходный раствор поступает в аппарат через штуцер 15, проходит через входной коллектор и последовательно проходит все секции. Сгущенный раствор удаляется через штуцер 16. В каждой секции раствор движется параллельными потоками по всем мембранным каналам.

Пройдя вдоль мембран 8, суспензия собирается в выходном коллекторе и поступает во входной коллектор следующей секции. Фильтрат уходит через сетки 10 и удаляется отводными патрубками 17. отвода продукта 4. В полости корпуса 1 находится подвижный шток 5.

025348000200190200

Мембранный аппарат с неустановившейся гидродинамикой [24] представлен на рисунке 1.5. Исходный раствор подается с помощью патрубка 3 в мембранный канал переменного сечения. Прошедший через полупроницаемую мембрану 2 неподвижного пористого тела 1 фильтрат, поступает в полость, образованную наружной поверхностью неподвижного пористого тела 1 и внутренней поверхностью цилиндра 7, откуда он отводится при помощи патрубка 4.

Рисунок 1.5 — Мембранный аппарат с неустановившейся гидродинамикой: 1 — трубчатый мембранный модуль; 2 — полупроницаемая мембрана; патрубки: 3 — ввода исходного раствора, 4 — вывода фильтрата, 5 — концентрата; 6 — турбулизатор; 7 —цилиндр; 8 —фланцевые соединения; 9 — узлы трения; 10— толкатель; 11—втулка; 12 —металлические шарики; 13—сальниковое уплотнение; 14 —электродвигатель; 15 —плита; 16 —направляющие; 17— кулачковый механизм

После того, как понизятся селективность и проницаемость полупроницаемой мембраны 2 неподвижного пористого тела 1, включают подачу электрического тока на обмотки электродвигателя привода кулачкового механизма 17, в результате чего, под действием пружин 19 и 20 толкатель 10, совершая поступательное перемещение в корпусных цилиндрических деталях 9 узлов трения и фланцах 8, переходит из своего начального положения в конечное, при котором совмещены торцевые плоскости усеченных конусов и цилиндров неподвижного пористого тела 1 и турбулизатора 6, т.е. между наружными поверхностями усеченных конусов неподвижного пористого тела 1 и турбулизатора 6 образуются сужающиеся конические каналы с минимальным кольцевым зазором. При образовании конических каналов между наружными поверхностями усеченных конусов неподвижного 1 пористого тела и турбулизатора 6, поток исходного рас-

твора, направляясь в эти сужающиеся конические каналы, претерпевает увеличение скорости и уменьшение давления, т.е. постоянное изменение во времени основных гидродинамических характеристик.

На выходе потока исходного раствора через минимальные кольцевые зазоры сужающихся конических каналов неподвижного пористого тела 1 и тур-булизатора 6 происходит резкое уменьшение его скорости и резкое увеличение давления в образованном цилиндрическом канале. Одновременно с этим, поток исходного раствора при данных гидродинамических условиях срывается с углов усеченных конусов неподвижного пористого тела 1 и турбулизатора 6 и попадает в цилиндрический канал, в котором между потоком и поверхностями полупроницаемой мембраны 2 и турбулизатора 6 образуются вихревые потоки, приводящие к срыву слоя высокой концентрации с их поверхности и его уносу вместе с концентратом в патрубок 5. Одновременно с этим, основной вихревой поток исходного раствора порождает другие, более мелкие вихревые потоки, которые уносятся основным вихревым потоком вдоль оси трубчатого мембранного модуля, приводя к удалению слоя высокой концентрации на всем участке полупроницаемой мембраны 2 поверхностей усеченных конусов и цилиндров неподвижного пористого тела 1 и турбулизатора 6. После этого снова осуществляют отключение привода кулачкового механизма 17 в таком положении кулачка, при котором турбулизатор 6 занимает положение, при котором образуется канал переменного сечения. Смена положений турбулизатора 6 относительно неподвижного пористого тела 1 приводит к резкому увеличению давления потока исходного раствора, приводящему к дополнительной его турбулизации в канале переменного сечения. При этом продолжается эксцентричное вращение турбу-лизатора 6 внутри неподвижного пористого тела 1. Поскольку давление потока исходного раствора на начальных участках усеченных конусов неподвижного пористого тела 1 и турбулизатора 6 выше, чем на конечных, причин к возникновению вихревых потоков и их срывов с углов усеченных конусов неподвижного пористого тела 1 и турбулизатора 6 нет. Поток исходного раствора при данном

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Муравьев Александр Сергеевич, 2016 год

- / У -

— щ /

■ ■

и Я я я ■ ■ -

1 1 1 1 1 1 -

25

Wр, %

50 75 т, ч

100

125

Рисунок 4.1 — Зависимость равновесной влаж- Рисунок 4.2 — Зависимость равновесной влажности белкового концентрата фильтрата барды ности белкового концентрата фильтрата барды Шр при температуре окружающей среды 20 ° С от времени сорбции при различной относитель-

от относительной влажности воздуха (0),%

ной влажности воздуха, %: 1 — 50; 2 — 60; 3 —

85; 4 — 95

Равновесная влажность при относительной влажности воздуха 60,85 и 95 % составляет соответственно: 24,6 %; 56,2 и 57,4 %. Учитывая, что среднемесячная относительная влажность в складе, где хранилась готовая продукция, изменялась от 70 до 85 %, то при хранении кормовой добавки белкового концентрата фильтрата барды её влажность стремилась к равновесной.

0

0

Увлажнение продукта привело к слипанию его частиц, снижению сыпучести. Следовательно, кормовую добавку необходимо изолировать от окружающего воздуха при хранении, перевозке и отгрузке потребителю, используя мешки с подкладкой. Для краткосрочного хранения компонентов комбикормов в наддозаторных бункерах определяли влияние относительной влажности воздуха и времени хранения на показатели качества и технологические свойства белкового концентрата фильтрата барды. Изменение влажности белкового концентрата фильтрата барды от времени сорбции при различной влажности воздуха представлены на рисунке 4.2.

При хранении навесок добавки массой 3 г (слоем 5 мм) в эксикаторах за 8 часов влажность увеличилась в зависимости от относительной влажности воздуха (ф = 45... 93 %) от 9,0 до 9,6 %, за 24 часа хранения от 10,1 до 13,2 %, а за 72 часа от 14,0 до 17,3 %. Равновесная влажность добавки белкового концентрата фильтрата барды при этом устанавливалась на третьи сутки хранения. Данная закономерность наблюдается лишь в верхнем слое добавки, находящемся в контакте с окружающей средой. При хранении белкового концентрата фильтрата барды в эксикаторах слоем 40 мм за 24 часов нахождения в условиях повышенной относительной влажности воздуха (ф = 90 %) верхний слой достиг высокого значения влажности, а слой на глубине 20... 40 мм увеличил влажность незначительно. При влажности 12 % в общей массе продукт комковался, при влажности свыше 14 % слеживался (таблица 4.2).

Хранение белкового концентрата из фильтрата барды в закрытом экспериментальном бункере в течение 8, 24 и 48 часов при относительной влажности воздуха 83 % позволило установить, что повышенные значения гигроскопичности добавки способствовало увеличению влажности в верхнем слое высотой 10... 30 мм. Через 24 часа влажность возросла до 17,8 % при относительной влажности воздуха 75 %. В остальной массе продукта его сыпучесть и влажность почти не изменились (таблица 4.3).

После 8 и 24 часов хранения продукт высыпали из бункеров. Через 48 часов

Таблица 4.2 — Изменение качества белкового концентрата фильтрата барды в эксикаторах слоем 40 мм в течение 24 часов

Показатели

Относительная влажность воздуха, %

60

75

90

Влажность, % Состояние

Влажность, % Состояние

14,7 слежавшийся

9,3 сыпучий

Верхний слой (5 мм) 15,9 слежавшийся Нижние слои (20... 40 мм) 10,4 сыпучий

17,3 слежавшийся

12,1

скомковавшийся

Таблица 4.3 — Изменение физико-барды при хранении в бункере механических свойств белкового концентрата фильтрата

Показатели До хранения После хранения, час

8 24 48 108

Влажность, % 9 9,5 10,8 11,7 17,3

Угол естественного 30 31 32 35 42

откоса, град.

сыпучесть изменилась незначительно, однако для выпуска продукта из бункеров требовалось механическое воздействие. Через 108 часов сыпучие свойства белкового концентрата фильтрата барды ухудшились, и наблюдалось слеживание.

Для разработки нормы по допустимому содержанию влаги белкового концентрата фильтрата барды установлена зависимость величины угла естественного откоса от значения влажности.

При влажности менее 10 %, продукт, имел отличные технологические свойства (угол естественного откоса не более 30 град), при влажности от 10 до 13 % —хорошие (угол естественного откоса составлял 31... 38 град), при влажности более 13 % —

удовлетворительные (угол естественного откоса более 38 град). Результаты представлены на рисунке 4.3.

& 34

11 12

W, %

Рисунок 4.3 — Зависимость угла естественного откоса от влажности

4.2. Определение оптимальных условий хранения белкового концентрата из фильтрата барды методами математической статистики

4.2.1. Обоснование интервалов варьировании входных и выходных факторов

Высокая гигроскопичность полученного белкового концентрата обуславливает его способность поглощать (сорбировать) из окружающей среды и выделять (десорбировать) в нее пары воды. Количество влаги, удерживаемое белковым концентратом из фильтрата барды, зависит от его химического состава, физико-механических свойств, а также от относительной влажности и температуры окружающего воздуха при хранении.

Для исследования взаимодействия различных факторов, влияющих на хранение белкового концентрата фильтрата барды, использовали статистические методы планирования эксперимента, основанные на нахождении поверхностей отклика и рациональных режимных параметров на основе оценки уравнений регресии.

Основными факторами, влияющими на хранение белкового концентрата фильтрата барды, были выбраны:

Х1 — влажность готового продукта, %;

Х2 — температура окружающего воздуха в складе, °С;

Х3 — расход воздуха на поддержание необходимых условий в складе во время хранения, м3/(ч т);

Х4 — относительная влажность воздуха в складе, %.

Все эти факторы совместимы и некоррелируемы между собой. Пределы изменения входных факторов приведены в таблице 4.4. Выбор интервалов изменения исследуемых факторов обусловлен техническими и технологическими условиями хранения белкового концентрата фильтрата барды.

Выходными факторами были выбраны: У1 — удельные энергозатраты на хранение, (кВтч)/т; У2 — содержание витамина С в продукте, %.

Данный выбор обусловлен их наибольшим влиянием на хранение белкового концентрата фильтрата барды. В данном случае У1 определяет энергоемкость процесса и позволяет оценивать его энергетическую эффективность; У2 определяет качество продукта при хранении.

Таблица 4.4 — Пределы изменения входных факторов

Условия планирования Кодированное значение Значение факторов в точках плана

Х1 (Ш, %) Х2 (Тв, °С) Х3 (^возд, Х4 м3/(ч-т)) (Ф, %)

Основной уровень 0 7 14 7 85

Верхний уровень + 1 8,5 18 9,5 90

Нижний уровень -1 5,5 10 4,5 80

Верхняя «звездная точка» [phone]

Нижняя «звездная точка» -2 4 6 2 75

Программа исследования была заложена в матрицу планирования эксперимента (таблица 4.5).

Таблица 4.5 — Матрица планирования и результаты эксперимента

Кодированные значения

Опыты - Уь (кВт-ч)/т У2, %

Х1 Х2 Х3 Х4

1 2 3 4 5 6 7

1 -1 -1 -1 -1 2,71 1,1

2 -1 1 -1 -1 2,82 3,7

3 1 -1 -1 -1 2,79 2,5

4 1 1 -1 -1 3,32 3

5 -1 -1 1 -1 3,13 2,9

6 -1 1 1 -1 3,44 4,1

7 1 -1 1 -1 3,43 3,2

8 1 1 1 -1 3,35 4,3

9 -1 -1 -1 1 2,91 1,7

10 -1 1 -1 1 3,64 1

11 1 -1 -1 1 3,19 0,7

12 1 1 -1 1 3,5 0,6

13 -1 -1 1 1 3,53 1,9

Продолжение таблицы 4.5

1 2 3 4 5 6 7

14 -1 1 1 1 3,85 2,1

15 1 -1 1 1 3,62 3,1

16 1 1 1 1 3,95 3,9

17 -2 0 0 0 2,96 4,8

18 2 0 0 0 3,44 0,9

19 0 -2 0 0 3,03 0,9

20 0 2 0 0 3,41 3,9

21 0 0 -2 0 2,79 4,1

22 0 0 2 0 3,64 3,8

23 0 0 0 -2 3,02 3,9

24 0 0 0 2 3,6 0,7

25 0 0 0 0 2,99 4,3

26 0 0 0 0 3,27 2,8

27 0 0 0 0 3,12 4,6

28 0 0 0 0 3,06 4

29 0 0 0 0 3,35 4,3

30 0 0 0 0 3,21 4,4

31 0 0 0 0 3,14 4,6

32 0 0 0 0 3,33 4,7

4.2.2. Планирование эксперимента и графическая интерпретация уравнений регрессии

Дли исследования было применено центральное композиционное ротабель-ное униформ-планирование, и был выбран полный факторный эксперимент 24. Критерии оценки: проверка однородности дисперсий — критерий Кохрена, значимость коэффициентов уравнений регрессии — критерий Стьюдента, адекватность уравнений — критерий Фишера. Программной обработкой данных получены уравнения (4.1) и (4.2) адекватно описывающие данный процесс, под влия-

нием входных факторов.

У1 = 3,18 + 0,15 • Х1 + 0,078 • Х2 + 0,21 • Хз + 0,18 • Х4 - 0,024 • Х1 • Х2+

- 0,050 • Х1 • Хз + 0,051 • Х1 • Х4 - 0,020 • Х2 • Хз - 0,029 • Х2 • Х4 (4.1) У2 = 4,21 - 0,092 • Х1 + 0,037 • Х2 + 0,44 • Х3 - 0,67 • Х4 - 0,06 • Х1 • Х2-

- 0,32 • Х1 • Х4 + 0,26 • Х2 • Хз + 0,025 • Х2 • Х4 (4.2)

Анализируя уравнения (4.1) и (4.2), можно выделить факторы, влияющие на рассматриваемый процесс. На критерии оценки наибольшее влияние оказывает относительная влажность воздуха на складе, наименьшее — влажность белкового концентрата из фильтрата барды. Знак «+» перед коэффициентом при линейных членах уравнения показывает, что при увеличении исследуемого параметра изменение выходного параметра увеличивается.

Степень влияния параметров относительно друг друга в уравнении (4.1): 61 : 62 = 1,91; &1 : Ьз = 0,72; 61 : ЬА = 0,84; 62 : &з = 0,36; 62 : &4 = 0,44; Ьз : &4 = 1,17.

Степень влияния параметров относительно друг друга в уравнении (4.2):

61 : 62 = 2,48; 61 : Ьз = 0,20; 61 : ЬА = 0,13; 62 : Ьз = 0,08; 62 : &4 = 0,05; Ьз : 64 = 0,65.

Полученные уравнения (4.1) и (4.2) нелинейны. При выполнении 32 опытов получена информация о влиянии входных факторов и построена статистическая модель процесса, позволяющая определить удельные энергозатраты и содержание витамина С в белкового концентрата из фильтрата барды внутри выбранных интервалов варьирования входных факторов. На рисунках 4.4 и 4.5 показаны номограммы, полученные наложением кривых равных значений для определения удельных энергозатрат (У1) и содержания витамина С (У2).

.85

ЯГ

Х3, м3/ч т

Рисунок 4.4 — Номограмма для определения удельных энергозатрат (У!) и содержания витамина С (У2) от расхода (Х3) и относительной влажности воздуха (Х4) на складе

14

Х2, оС

Рисунок 4.5 — Номограмма для определения удельных энергозатрат (У!) и содержания витамина С (У2) от температура окружающего воздуха на складе (Х2) и расхода воздуха (Х3)

4.2.3. Оптимизация условий хранения белкового концентрата фильтрата барды

Задача оптимизации процесса хранения белкового концентрата фильтрата барды построена следующим образом: определить технологические режимы хранения продукта, которые в широком диапазоне изменения исследуемых параметров процесса хранения приводили к минимуму удельных энергозатрат и максимуму содержания витамина С.

Общая постановка задачи оптимизации представлена следующей моделью:

д = д(Уь У2) ^ орЬ при х Е И

(4.3)

Определим область значений:

В :Ух(Хх, Х2, Хз, Х4) ^ тгп У2(ХЬ Х2, Х3, Х4) ^ тах

(4.4)

12

95

7

2

75

На рисунках 4.6 и 4.7 представлены графические зависимости У1 и У2

от исследуемых параметров, рассчитанные из уравнений регрессии (4.1)-(4.2).

Х4//у //

// Х1

// / Х2

""Л4 у/

Ж

-0.500 0.000 0.500

Отклонение от базовой точки

-0.500 0.000 0.500

Отклонение от базовой точки

Рисунок 4.6 — График зависимости удельных энергозатрат на хранение от входных параметров

Рисунок 4.7 — График зависимости содержания витамина С в кормовом концентрате на основе белкового концентрата фильтрата барды от входных параметров

3 —

В таблице 4.6 сведены выбранные оптимальные интервалы изменения параметров Хг для выходных факторов.

Таблица 4.6 — Пределы изменения параметров

У Х1, % Х2, ос Хз, м3/(ч-т) Х4,%

Ш1П шах Ш1П Шах Ш1П Шах Ш1П Шах

VI 5,9 7,1 7 9 3,1 4,5 68 76

У2 7,6 8,9 13 15 5,2 5,8 77 89

Для принятия окончательного решения по выбору оптимальных режимов процесса хранения белкового концентрата фильтрата барды необходимо решить задачу, накладывая оптимальные, выделенные в таблице 4.6, интервалы входных параметров друг на друга.

В результате были получены рациональные значения интервалов входных факторов: Хх = 6,7... 9,2%; Х2 = 11... 15 °С; Хз = 3,7... 4,9 м3/(ч-т); Х4 = 78... 89%

Для проверки правильности полученных результатов был поставлен ряд экспериментов, результаты которых попадали в рассчитанные доверительные интервалы по всем показателям качества. Среднеквадратичное отклонение при

этом не превышало 8%.

4.3. Линия получения кормовой добавки с использованием белкового концентрата из фильтрата барды

С целью получения образцов комбикорма с использованием белкового концентрата из фильтрата барды и его дальнейшего исследования была разработана технологическая линия приведенная на рисунке 4.8. Исходную барду из аппаратного цеха спиртового завода подают в сепаратор 1, в котором осуществляют ее грубое разделение на кек и фильтрат. Далее фильтрат направляют на тонкое разделение в фильтр тонкой очистки 2, после которого кек соединяют с кеком, полученным после сепаратора 1, и отводят на сушку, а фильтрат с концентрацией сухих веществ 4... 5%, подают в вакуум-выпарной аппарат 3. Фильтрат в аппарате 3 выпаривают под разряжением 0,3... 0,5 атм. и получают сгущенный раствор с концентрацией сухих веществ 30... 40%, который направляют в распылительную сушилку 4. Из сушилки 4 готовый белковый кормовой концентрат с влажностью 8... 10% и дисперсностью 70... 80 мкм подают в наддозаторные бункера 5 для белково-витаминно-минерального сырья (БВМС).

Из бункеров 5 БВМС с помощью дозатора 8 дозируется в необходимом количестве в просеивающую машину 12 через оперативный бункер 11. Сходовую фракцию просеивающей машины 12 направляют через магнитный сепаратор 15 в молотковую дробилку 16 и далее, соединяя с проходовой фракцией машины 12, в смеситель 18. Микрокомпоненты, которые входят в состав рецепта комбикорма из наддозаторных бункеров 7 с помощью дозатора 10 дозируются в смеситель 18. Подготовленное зерновое сырье из наддозаторных бункеров 6 дозатором 9 дозируется в необходимом количестве в молотковую дробилку 17, предварительно пройдя через оперативный бункер 11 и магнитный сепаратор 15.

Измельченное зерновое сырье после дробилки 17 подают в просеивающую машину 13 сходовую фракцию из которой, возвращают на доизмельчение,

Рисунок 4.8 — Технологическая схема производства комбикорма с белковым кормовым концентратом: 1 — сепаратор; 2 —фильтр тонкой очистки; 3 —выпарной аппарат; 4 — распылительная сушилка; 5, 6, 7 — наддозаторные бункеры для белково-витаминно-минерального сырья (БВМС), зернового сырья, микрокомпонентов; 8, 9 —весовые дозаторы; 10 —микродозатор; 11 — оперативные бункеры; 12, 13, 14 — просеивающая машина для БВМС, зернового сырья, крупки; 15 —магнитный сепаратор; 16, 17 —дробилки; 18 — смеситель; 19 — переключатель потоков; 20 — надгрануляторный бункер; 21 — гранулятор; 22 — охладительная колонка; 23 — измельчитель; 24 — винтовой конвейер для гранулированного комбикорма; 25 — бункеры для хранения гранулированного комбикорма; 26 — винтовой конвейер для рассыпного комбикорма; 26 — бункеры для хранения рассыпного комбикорма

а проходовую фракцию направляют в смеситель 18. Из смесителя 18 полученный рассыпной комбикорм с помощью переключатель потоков 19 подают либо на хранение в бункера 27, либо на производство гранулированного комбикорма, линия которого состоит из последовательно установленных надгрануляторного бункера 20, гранулятора 21, охладительной колонки 22 и измельчителя 23. Полученный гранулированный комбикорм направляют на просеивающую машину 14 сходовую фракцию из которой возвращают на доизмельчение, а проходовую на повторное гранулирование в гранулятор 21. Средняя фракция представляет

собой готовую крупку, которую подают на хранение в бункера 25.

В таблице 4.7 представлена рецептура комбикорма КК-52 с применением белкового концентрата из фильтрата барды (приложение Г).

Таблица 4.7 — Оптимальное соотношение белкового концентрата и компонентов комбикорма для рецепта КК-52 при кормлении сельскохозяйственных животных

Компонент Содержание, %

Ячмень 29

Рожь 9

Пшеница 24.4

Отруби пшеничные 19

Дрожжи 7.6

Мел 1.4

Соль 0.4

Меласса 0.2

Шрот подсолнечный 4

Премикс П51-7 2

Кормовая добавка 3

Изготовленные опытные партии белкового кормового концентрата использованы для выработки опытно-промышленных партий комбикормов. Выработка опытных партий комбикормов проводилась на ОАО «Воронежский экспериментальный комбикормовый завод». При хранении комбикорма с использованием белкового концентрата из фильтрата барды не отмечено слеживания, зависания в бункере, истечение было в пределах нормы, фактические отклонения при дозировании не выходили за допустимые. Качество готового комбикорма удовлетворяло требованиям стандарта.

Основные выводы и результаты

1. Сформулирован научно-практический подход к созданию высокоэффективной комплексной технологии переработки фильтрата спиртовой барды для производства белкового концентрата, направленный на интенсификацию процессов ультрафильтрации, барботажного выпаривания и распылительной сушки, а также рационального использования теплоэнергетических ресурсов, что достигается моделированием и проектированием перспективных конструкций баромембранных и барботажно-выпарных аппаратов.

2. Методом нестационарного теплового режима исследованы теплофизиче-ские свойства фильтрата спиртовой барды как объекта концентрирования при получении белкового концентрата.

3. Изучены кинетические закономерности процесса баромембранного концентрирования при режимных параметрах процесса: содержание СВ в исходном фильтрате барды 5... 6 %; трансмембранное давление 500... 950 кПа; барбо-тажного выпаривания при следующих рациональных режимах: расход воздуха 22 ... 25 л/мин, температура воздуха 663 ... 673 К. Содержание СВ в фильтрате барды после мембранного модуля 20. . . 25 % и на выходе из барботажного выпарного аппарата — 30... 35 %.

4. Получено численно-аналитическое решение задачи нестационарного тепломассообмена в процессе барботажного выпаривания фильтрата спиртовой барды

с граничными и начальными условиями, а также фазовым переходом на поверхности пузырька для определения зависимости скорости испарения, массовой концентрации, температуры фильтрата и радиуса пузырька от продолжительности процесса.

5. Адаптирована модель процесса распылительной сушки к сушке фильтрата барды, выполнена идентификация её параметров и получено решение, позволяющее прогнозировать профили распределения скорости, температуры и вла-го содержания капель фильтрата.

6. Разработаны конструкции мембранных (Пат. РФ № 2560417, 2558894) и барботажного вакуум-выпарного аппаратов (положительное решение по заявке № 2015111124) для реализации процессов концентрирования фильтрата барды.

7. Разработаны научно-практические подходы к созданию энергоэффективной технологии получения кормовой добавки из фильтрата барды с использованием холодильной техники (Пат. РФ № 2514666).

8. Разработан способ управления технологическими параметрами при получении белкового кормового концентрата из фильтрата барды, обеспечивающий наименьшие потери теплоты и электроэнергии (Пат. РФ № 2546214).

9. Изучены основные показатели качества белкового кормового концентрата и определены рациональные условия его хранения: начальная влажность белкового кормового концентрата 6,5... 9,0 %; расход воздуха на поддержание необходимых условий в складе 3,5... 4,5 м3/(ч т); температура окружающего воздуха в складе 12... 14 °С; относительная влажность воздуха 75... 85 %.

10. Рассчитан рецепт полнорационного комбикорма № СПК-5-17716-130 для поросят в возрасте от 66 до 108 дней с использованием белкового кормового концентрата по программе «Корм Оптима Эксперт» в условиях ОАО «ВЭКЗ».

11. Проведена промышленная апробация предлагаемых технических и технологических решений в ООО «Пивное ремесло» и ОАО «ВЭКЗ»; выполнены эксергетический анализ и технико-экономическая оценка, свидетельствующие о целесообразности внедрения технологии получения белкового концентрата из фильтрата барды при переработке отходов спиртового производства. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения предлагаемых технических решений составит 4,7 млн. р.

Список литературы

1. Зуева Н. В., Агафонов Г. В., Чусова А. Е. Изучение фракционного состава белковых веществ в кукурузе, нативной послеспиртовой барде и фугате послеспиртовой барды // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2013. — № 3. — С. 43—45.

2. Изучение количественного и качественного белкового состава послеспиртовой зерновой барды / Н. В. Зуева [и др.] // Производство спирта и ликеро-водочных изделий. — 2013. — № 4. — С. 30—33.

3. Послеспиртовая зерновая барда -перспективный источник биологически активных веществ / А. П. Кайшев [и др.] // Производство спирта и ликеро-водочних изделий. — 2011. — № 2. — С. 30.

4. Колошина Е. Е. Повышение питательной ценности спиртовой барды // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2006. — № 2. — С. 35—36.

5. Анализ свойств жидкой послеспиртовой барды / А. Н. Пахомов [и др.] // Наука в центральной России. — 2013. — № 1. — С. 67—69.

6. Саутина Н. В., Востриков С. В. Фракционный состав белка спиртовой дробины // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2006. — № 1. — С. 11—12.

7. Макаров В. И. Оценка биотоксичности фугата пшеничной послеспиртовой барды // Безопасность в техносфере. — 2010. — № 06. — С. 156—161.

8. Mustafa A., McKinnon J. J., Christensen D. A. Chemical characterization and in vitro crude protein degradability of thin stillage derived from barley- and wheat-based ethanol production // Animal Feed Science and Technology. — 1999. — Vol. 80, no. 3-4. — Pp. 247-256.

9. Analysis of heat transfer fouling by dry-grind maize thin stillage using an annular fouling apparatus / M. R. Wilkins [et al.] // Cereal chemistry. — 2006. — Vol. 83, no. 2. — Pp. 121-126.

10. Олейниковой А. Я. Свойства спиртовой дробины и ее использование в производстве печенья // Проблемы ноосферной безопасности и устойчивого развития. — Тамбов : Тамб. гос. техн. ун-т, 2010.

11. Composition of corn dry-grind ethanol by-products: DDGS, wet cake, and thin stillage / Y. Kim [et al.] // Bioresource Technology. — 2008. — Vol. 99, no. 12. — Pp. 5165-5176.

12. Liu K. Chemical Composition of Distillers Grains, a Review // Journal of Agricultural and Food Chemistry. — 2011. — Vol. 59, no. 5. — Pp. 1508-1526.

13. Rosentrater K. A. Some physical properties of distillers dried grains with solubles (DDGS) // Applied Engineering in Agriculture. — 2006. — Vol. 22, no. 4. — Pp. 589-595.

14. The effect of condensed distillers solubles on the physical and chemical properties of maize distillers dried grains with solubles (DDGS) using bench scale experiments / K. V. Probst [et al.] // Biosystems Engineering. — 2013. — Vol. 115, no. 3. — Pp. 221-229.

15. Востриков С. В., Ключников А. И., Зуева Н. В. Исследование процесса ультрафильтрационного разделения и концентрирования белкового комплекса спиртовой дробины // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2006. — № 9. — С. 37—40.

16. Современные отечественные конкурентоспособные обратноосмотиче-ские, нанофильтрационные и микро-фильтрационные мембранные элементы, установки и технологии для ликероводочной и спиртовой промышленности / В. Л. Кудряшов [и др.] // Доклады IV Межд. научно-лракт. конф. НТА «Спиртпром». — Москва, 2004.

17. Morey M. B., Gandhi V. N., Deshmukh S. K. Mathematical model of direct contact membrane distillation for orange juice concentration // International Journal of Chemical Engineering and Applications. — 2014. — Vol. 5, no. 2. — Pp. 147-150.

18. Pharoah J., Djilali N., Vickers G. Fluid mechanics and mass transport in centrifugal membrane separation // Journal of Membrane Science. — 2000. — Vol. 176, no. 2. — Pp. 277-289.

19. Concentration polarization in ultrafiltration and reverse osmosis / S. S. Sablani [et al.] // Desalination. — 2001. — Vol. 141, no. 3. — Pp. 269-289.

20. Аппарат для мембранного концентрирования [Текст] : пат. 2505346 Рос. Федерация : B01D 63/06 (2006.01) / Б. А. Лобасенко, А. Е. Тимофеев, А. Г. Семенов ; Б. А. Лобасенко. — № 2011144272/05 ; заявл. 01.11.2011 ; опубл. 11.05.2013. — 5 с.

21. Мембранный аппарат комбинированного типа [Текст] : пат. 2496560 Рос. Федерация : B01D 61/18 (2006.01) / В. И. Кочетов, С. И. Лазарев, В. Ю. Попов ; "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ. — № 2012114024/05 ; заявл. 10.04.2012 ; опубл. 27.10.2013. — 10 с.

22. Мембранный аппарат [Текст] : пат. 2530100 Рос. Федерация : B01D 63/06 (2006.01) / Б. А. Лобасенко [и др.] ; ФГБОУ ВПО "Кемеровский технологический институт пищевой промышленности". — № 2013138003/05 ; заявл. 13.08.2013 ; опубл. 10.10.2014. — 5 с.

23. Мембранный аппарат с плоскими фильтрующими элементами [Текст] : пат. 2462298 Рос. Федерация : B01D 65/08, 63/08, 69/06 (2006.01) / И. Т. Кре-тов [и др.] ; ГОУ ВПО ВГТА. — № 2011102728/05 ; заявл. 25.01.2011 ; опубл. 27.09.2012. — 7 с.

24. Мембранный аппарат с неустановившейся гидродинамикой [Текст] : пат. 2506990 Рос. Федерация : B01D 63/00 (2006.01) / А. И. Ключников, А. А. Шевцов, И. В. Мажулина ; Воронежский государственный университет инженерных технологий. — № 2012127526/05 ; заявл. 03.07.2012 ; опубл. 20.02.2014. — 9 с.

25. Пономарев А. Н., Ключников А. И., Полянский К. К. Основные направления мембранных технологий при переработке молочной продукции: монография. — Воронеж : изд-во «Истоки, 2011. — 356 с.

26. Остриков А. Н. Процессы и аппараты пищевых производств : учебное пособие. — СПб. : ГИОРД, 2012. — 614 с.

27. Актершев С. П. Рост парового пузырька в предельно перегретой жидкости // Теплофизика и аэромеханика. — 2005. — Т. 12, № 3. — С. 445—457.

28. Гогонин И. И. Теплообмен при испарении и кипении пленки, орошающей пакет горизонтальных труб // Теоретические основы химической технологии. — 2014. — № 1. — С. 103—111.

29. Коновалов В. И., Пахомов А. Н., Пахомова Ю. В. Геометрия, циркуляция и тепломассоперенос при испарении капли на подложке // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. — 2011. — Т. 17, № 2. — С. 371—387.

30. Ловкис З. В., Шепшелев А. А., Арнаут С. А. Конвективный теплообмен в реологических жидкостях с учетом температурного фактора // Пищевая промышленность: Наука и технологии. — 2012. — 4(18). — С. 43—47.

31. Лукашов В. В. К определению температуры поверхности испаряющейся жидкости // Теоретические основы химической технологии. — 2003. — № 4. — С. 351—355.

32. Ahsan A. Evaporation, condensation and heat transfer. — Croatia : InTech, 2011. — x, 582.

33. Alroe J. Modelling the Evaporation of a Liquid Droplet // Momentum. — 2013. — Vol. 2. — P. 1.

34. Campos F. B., Lage P. L. C. Heat and mass transfer modeling during the formation and ascension of superheated bubbles // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2000. — Vol. 43, no. 16. — Pp. 2883-2894.

35. Рейпназарова З. Д., Артиков А. А. Математическая модель процесса выпаривания в рабочей зоне барботажного выпарного аппарата // Химическая промышленность. — 2008. — № 6. — С. 310—313.

36. Guy C., Carreau P. J., Paris J.Heat and mass transfer between bubbles and a liquid // The Canadian Journal of Chemical Engineering. — 1992. — Vol. 70, no. 1. — Pp. 55-60.

37. Ponomarenko V. G., Piskunov Y. N., Krasnukhin O. I. Mathematical mod" eling of nonstationary processes in the heating chamber of evaporation apparatus with an external boiling zone // Chemical and Petroleum Engineering. — 1977. — Vol. 13, no. 8. — Pp. 699-703.

38. Mathematical simulation for non-equilibrium droplet evaporation / V. R. Dushin [et al.] // Acta Astronautica. — 2008. — Vol. 63, no. 11. — Pp. 1360-1371.

39. Mills A. F. Discussion of Direct Contact Condensation and Evaporation // Direct-Contact Heat Transfer / под ред. F. Kreith, R. Boehm. — Springer Berlin Heidelberg, 1988.

40. Ribeiro C. P, Lage P. L. C. Direct-contact evaporation in the homogeneous and heterogeneous bubbling regimes. Part I: experimental analysis // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2004. — Vol. 47, no. 17-18. — Pp. 3825-3840.

41. Ribeiro C. P., Borges C. P., Lage, Paulo L. C. A New Route Combining Direct-Contact Evaporation and Vapor Permeation for Obtaining High-Quality Fruit Juice Concentrates. Part II: Modeling and Simulation // Industrial & Engineering Chemistry Research. — 2005. — Vol. 44, no. 17. — Pp. 6903-6915.

42. Tekelioglu M., Engin T., Soyhan H. S. Analysis of direct contact heat exchangers used in desalination processes: a case study. — 2004.

43. Lage P, Campos F. B. Advances in Direct Contact Evaporator Design // Chemical Engineering & Technology. — 2004. — Vol. 27, no. 1. — Pp. 91-96.

44. Вакуум-выпарной аппарат [Текст] : пат. 2477969 Рос. Федерация : A23L 3/3418 A23B 7/148 A23L 1/212 (2006.01) / А. Н. Остриков, С. В. Дорохин, Е. И. Бочарова ; Воронеж. гос. техн. акад. — № 2011141664/13 ; заявл. 13.10.2011 ; опубл. 27.03.2013. — 9 с.

45. Пленочный выпарной аппарат со стекающей пленкой [Текст] : пат. 2314139 Рос. Федерация : B01D 1/22 B01D 3/28 (2006.01) / Н. А. Войнов, А. Г. Карпеза, А. Н. Войнов ; Сибирский гос. техн. ун-т. — № 2006110821/15 ; заявл. 03.04.2006 ; опубл. 10.01.2008. — 11 с.

46. Выпарной аппарат [Текст] : а. с. 912184 СССР : B01D1/14 / Ю. М. Рабинер, В. П. Тройно ; Киевский технологический институт пищевой промышленности и Украинский государственный институт по проектированию предприятий пищевой промышленности. — № 2858706/23-26 ; заявл. 25.12.1979 ; опубл. 15.03.1982. — 7 с.

47. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М. : Химия, 1971. — 784 с.

48. Multi-stage bubble column humidifier [Текст] : pat. 9120033 USA : B01D19/00, B01D1/14, B01F3/04, C02F1/04 / P. N. Govindan [et al.] ; Massachusetts Institute Of Technology, King Fahd University Of Petroleum And Minerals. — No. 13/916,038 ; 06/12/2013 ; 09/01/2015. — 10 pp.

49. Fluid distillation apparatus having improved efficiency [Текст] : pat. 75C4CC5 USA : B CID 3/C2 CC2F 1/04 (2006.01) / N. Lee, S. F. Sporer ; Lang Chou. — No. 11/280,078 ; 05/17/2007 ; 03/17/2009. — 7 pp.

50. Андросов А. Л., Елизаров И. А., Третьяков А. А. Промышленные технологии переработки послеспиртовой барды // Вестник ТГТУ. — 2010. — Т. 1б, № 4. — С. 9S4—963.

51. Козлова О. А. Проблемы переработки послеспиртовой барды филиалом «Чашникский спиртзавод» КУПП «Полоцкий винодельческий завод» // VIII студенческая научно-практическая конференция факультета бизнеса и права. — Горки, 2012.

52. Стоимостная и эксергетическая оценка использования тепловых насосов при брагоректификации с выпариванием барды / Т. Г. Короткова [и др.] // Известия вузов. Пищевая технология. — 2011. — № 4. — С. 86—88.

53. Возможности повышения энергоэффективности утилизации жидкой послеспиртовой барды / А. Н. Пахомов [и др.] // Наука в центральной России. — 2013. — №S. — С. 14—17.

54. Використання фшьтрату барди в технологи тдготовки крохмалевмю-но'1' сировини до зброджування / Я. А. Боярчук [и др.]. — 2014.

55. Рециклинг фильтрата послеспиртовой барды / Т. М. Коптевич [и др.] // IX Международная научно-техническая конференция. — Могилев, 2013.

56. Цагараева Э. А., Бекузарова С. А. Биологический рециклинг отходов спиртовой промышленности // Известия Горского государственного аграрного университета. — 2013. — № 1.

57. !нтенсифжащя процесу зброджування сусла iз використанням фшьтрату тсляспиртово'1' барди / П. Л. Шиян [и др.] // Hауковi пращ Одесько1' нацю-нально'1' академп харчових технологш. — 2007. — Т. 1, № 30. — С. 63—6S.

58. Julian G. S., Bothast R. J., Krull L. H. Glycerol accumulation while recycling thin stillage in corn fermentations to ethanol // Journal of industrial microbiology. — 1990. — Vol. 5, no. 6. — Pp. 391-394.

59. Гельфанд Е. Д. Производство биогаза — перспективное направление утилизации после спиртовой барды // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2012. — № 4. — С. 24—25.

60. Кузнецов И. Н., Ручай Н. С. Микробиологическая переработка послес-пиртовой барды // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2013. — № 3. — С. 07—10.

61. Фадеева И. В., Атыкян Н. А., Ревин В. В. Отработка условий биоконверсии отходов спиртовой промышленности с помощью молочнокислых бактерий и базидиальных грибов // Вестник нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. — 2009. — № 6—1. — С. 113—119.

62. Alkan-Ozkaynak A., Karthikeyan K. G. Anaerobic digestion of thin stillage for energy recovery and water reuse in corn-ethanol plants // Bioresource Technology. — 2011. — Vol. 102, no. 21. — Pp. 9891-9896.

63. Treatment of thin stillage in a high-rate anaerobic fluidized bed bioreactor (AFBR) / M. Andalib [et al.] // Bioresource Technology. — 2012. — Vol. 121. — Pp. 411-418.

64. Anaerobic digestion of whole stillage from dry-grind corn ethanol plant under mesophilic and thermophilic conditions / C. Eskicioglu [et al.] // Bioresource Technology. — 2011. — Vol. 102, no. 2. — Pp. 1079-1086.

65. Recycling of warmth spirit bards to increase power efficiency of its processing / V. Korotinsky [et al.] // Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering. — 2014. — Vol. 59, no. 1. — Pp. 68-71.

66. Антипов С. Т., Журавлев А. В. Послеспиртовая зерновая барда. Технология переработки // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2005. — №4.— С. 9—11.

67. Каранов Ю. А., Чумак Ю. В. Технологическая схема переработки зерновой барды с получением биогаза // Современная техника и технологии. — 2014. — Т. 5.

68. Римарева Л. В., Лозанская Т. И., Худякова Н. М. Промышленная переработка зерновой барды в смесь кормовую «ОБК» // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2009. — № 3. — С. 25.

69. Сергеев А. Н., Буйнов Л. А., Алексанян И. Ю. Совершенствование технологии сушки спиртовой барды и пивной дробины // Вестник Астраханского ГТУ. — 2000. — С. 187.

70. Utilization of distillery stillage for energy generation and concurrent production of valuable microalgal biomass in the sequence: Biogas-cogeneration-mi-croalgae-products / ". Douskova and Frantisek Kastanek and Ywette Maleterova and Petr Kastanek and Jiri Doucha and Vilem Zachleder(" // Energy conversion and management. — 2010. — No. 51. — Pp. 606-611.

71. Monceaux D. A., Kuehner D. Dryhouse technologies and DDGS production // The Alcohol Textbook. 5th Edn., WM Ingledew, DR Kelsall, GD Austin and C. Kluhspies, Eds., Nottingham University Press: Nottingham. — 2009. — Pp. 303-322.

72. Способ приготовления кормовой добавки на основе послеспиртовой барды и сои [Текст] : пат. 2245629 Рос. Федерация : А23К1/06 / И. В. Бумбар, В. К. Бряков, И. В. Бряков ; Дальневосточный государственный аграрный университет. — № 2003121754/13 ; заявл. 14.07.2003 ; опубл. 10.02.2005. — 4 с.

73. Технологическая линия производства белково-витаминного кормопро-дукта из послеспиртовой зерновой барды [Текст] : пат. 2307155 Рос. Федерация : C12F 3/10 C12P 7/06 A23K 1/06 (2006.01) / С. Т. Антипов, А. В. Журавлев, А. В. Прибытков ; Воронежская государственная технологическая академия. — № 2005107199/13 ; заявл. 15.03.2005 ; опубл. 27.09.2007. — 10 с.

74. Способ приготовления сухой барды и установка для его осуществления [Текст] : пат. 2304416 РФ : A23L 3/48 (2006.01) / А. В. Ежков [и др.] ; ЗАО "Научнопроизводственная компания "Экология"". — № 2005125139/13 ; заявл. 09.08.2005 ; опубл. 20.08.2007. — 6 с.

75. Device for producing DDGS feedstuff by using alcohol lees : 200983821 China : A23K1/06 / Ma Jian [et al.] ; Zhengzhou Engineering Students Center. — No. 200620135196 ; 12/25/2006 ; 12/07/2007. — 7 pp.

76. Method of producing dried distillers grain agglomerated particles [Текст] : pat. 7695747 USA: A23J 3/14 (2006.01) / R. Meier ; Russell Meier. — No. 12010351 ; 09/15/2008 ; 04/13/2010. — 17 pp.

77. ГОСТ 13496.0-80 Комбикорма, сырье. Методы отбора проб. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 58 с.

78. ГОСТ 13496.3-92. Комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения влаги. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 58 с.

79. ГОСТ 13496.2-91. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения сырой клетчатки. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 89 с.

80. ГОСТ 13496.4-93. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания азота и сырого протеина. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 69 с.

81. ГОСТ Р 51417-99. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Определение массовой доли азота и вычисление массовой доли сырого протеина. Метод Кьельдаля. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 247 с.

82. ГОСТ 26226-95. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения сырой золы. — М. : Изд. Стандартов, 1995. — 15 с.

83. ГОСТ 13496.15-97. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания сырого жира. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 87 с.

84. ГОСТ Р 50817-95. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения содержания сырого протеина, сырой клетчатки, сырого жира и влаги с применением спектроскопии в ближней инфракрасной области. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 23 с.

85. ГОСТ Р 51420-99. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Спектрометрический метод определения массовой доли фосфора. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 177 с.

86. ГОСТ 13496.1-98. Корма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания натрия и хлорида натрия. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 73 с.

87. ГОСТ 30503-97. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Пламенно-фотометрический метод определения содержания натрия. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 30 с.

88. ГОСТ 28254-89. Комбикорма, сырье. Метод определения объемной массы и угла естественного откоса. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 9 с.

89. ГОСТ 13496.8-72. Комбикорма. Методы определения крупности размола и содержания неразмолотых семян культурных и дикорастущих растений. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 61 с.

90. ГОСТ 28497-90. Комбикорма, сырье гранулированные. Методы определения крошимости. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 80 с.

91. ГОСТ 13496.9-96. Комбикорма. Методы определения содержания ме-талломагнитной примеси. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 45 с.

92. Правила бактериологического исследования кормов. — М. : Колос, 1975. —

70 с.

93. ГОСТ 13496.7-94. Зерно фуражное, продукты его переработки, комбикорма. Методы определения токсичности. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 77 с.

94. ГОСТ 26972-86. Зерно, крупа, мука, толокно для продуктов детского питания. Методы микробиологического анализа. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 33 с.

95. ГОСТ 52337-2005. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения токсичности. — М. : Изд. Стандартов, 2005. — 399 с.

96. ГОСТ 13496.12-98. Корма. Комбикорма. Комбикормовое сырье. Метод определения общей кислотности. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 56 с.

97. ГОСТ 13496.13-75. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения запаха, зараженности вредителями хлебных запасов. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 34 с.

98. ГОСТ 28396-89. Зерновое сырье, комбикорма. Метод определения па-тулина. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 68 с.

99. ГОСТ Р 53024-2008. Комбикорма, белково - витаминныеминеральные концентраты. Метод определения перекисного числа (гидроперекисей и перок-сидов). — М. : Изд. Стандартов, 2008. — 400 с.

100. ГОСТ 30692-2000. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Атомно-абсорбционный метод определения содержания меди, свинца, цинка и кадмия. — М. : Изд. Стандартов, 2000. — 50 с.

101. ГОСТ 13496.19-93. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания нитратов и нитритов. — М. : Изд. Стандартов, 1998. —23 с.

102. ГОСТ Р 50928-96. Премиксы. Методы определения витаминов А, Д, Е. — М. : Госстандарт России : Издательство стандартов, 1996. — 328 с.

103. ГОСТ Р 52147-2003. Белково-витаминно-минеральные и амидо-вита-минно-минеральные добавки. Методы определения содержания ретинола-ацетата (витамина А), эргокальциферола (холекальциферола) (витамина D), токоферола-ацетата (витамина Е). — М. : Изд. Стандартов, 2003. — 12 с.

104. ГОСТ 27997-88. Корма растительные. Методы определения марганца. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 76 с.

105. ГОСТ 26570-85. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения кальция. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 77 с.

106. ГОСТ 26657-85. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания фосфора. — М. : Изд. Стандартов, 1998. — 23 с.

107. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. — М. : Высшая школа, 202. — 420 с.

108. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2003 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. — М. : Изд. Стандартов, 2003. — 400 с.

109. Грачев Ю. П., Плаксин Ю. М. Математические методы планирования экспериментов. — ДеЛи принт М, 2005.

110. Грачев Ю. П., Тубольцев В. К. Моделирование и оптимизация тепло и массообменых процессов пищевых производств // М.: Легкая и пищевая промышленность. — 1984.

111. Панин И. Г. Статистические методы в обеспечении гарантий качества кормов // Комбикорма. — 2005. — № 4. — С. 45—46.

112. Handbook for experimenters. — Minneapolis : Stat-Ease, Inc, 2016. — 73 pp.

113. Шевцов А. А., Муравьев А. С. Задачи моделирования процесса барбо-тажного выпаривания фильтрата послеспиртовой барды // Известия вузов. Пищевая технология. - 2015. - № 5-6 (347-348). - С. 80-82.

114. Шевцов А. А., Дранников А. В., Муравьев А. С. Постановка задачи математического моделирования процесса барботажного выпаривания фильтрата барды на основе балансовых уравнений // матер. IV Междунар. науч-техн. конф. - Воронеж : ВГУИТ, 2014.

115. Шевцов А. А., Дранников А. В., Муравьев А. С. Численно-аналитическое решение математической модели процесса барботажного выпаривания фильтрата спиртовой барды // Известия вузов. Пищевая технология. - 2016. -№ 1 (349).-С. 78-81.

116. Ultrafiltration of Thin Stillage from Conventional and E-Mill Dry Grind Processes / A. Arora [et al.] // Applied Biochemistry and Biotechnology. — 2010. — Vol. 164, no. 1. — Pp. 58-67.

117. Bonnardeaux /.Potential uses for distillers grains // Department of Agri" culture and Food, Government of Western Australia. — 2007.

118. Шевцов А. А., Дранников А. В., Муравьев А. С. Оптимизация процесса сушки фильтрата послеспиртовой барды // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2013. - 4 (58). - С. 22-25.

119. Шевцов А. А., Муравьев А. С. Модельные представления процесса распылительной сушки фильтрата спиртовой барды на основе уравнений На-вье-Стокса // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2015. - 4 (66). - С. 11-16.

120. Евграфова А. В., Ибраев Д. Ф., Сухановский А. Н. Моделирование конвективных течений в CFD-пакетах // Вестник Пермского университета. - 2012. -№ 3. - С. 37-41.

121. Лаптев А. Г., Фарахов Т. М. Математические модели и расчет гидродинамических характеристик пограничного слоя // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2012. — № 82. — С. 12—47.

122. Ермаков М. К. Исследование возможностей матричных методов для решения уравнений Навье-Стокса // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. — 2010. — Т. 9. — С. 1—8.

123. Яровенко В. Л., Маринченко В. А., Смирнов В. А. Технология спирта. — М. : Под ред. проф. В. Л. Яровенко. — Колос, « 2002.

124. Высокобелковый сухой кормовой концентрат на основе послеспирто-вой барды / И. А. Егоров [и др.] // Птицеводство. — 2012. — № 12. — С. 25—28.

125. Кузин А. В., Мигачева Н. А. Обоснование использования осадка суспензии послеспиртовой барды в качестве компонента гранулированных кормовых смесей // вестник рязанского государственного агротехнологического университета им. П. А. Костычева. — 2011. — № 1. — С. 13—14.

126. Руденок В. А., Ижболдина С. Н. Белковая кормовая добавка из зерновой барды спиртового брожения // Вестник Ижевской государственной селько-хозяйственной академии. — 2012. — 3 (32). — С. 43—44.

127. Сажин Б. С., Булеков А. П., Сажин В. Б. Эксергетический анализ работы промышленных установок. — M., 2000. — 297 с.

128. Bejan A. Fundamentals of exergy analysis, entropy generation minimiza" tion, and the generation of flow architecture // International Journal of Energy Research. — 2002. — Vol. 26, no. 7. — Pp. 1-43.

Список иллюстративного материала

1.1 Аппарат для мембранного концентрирования ............ 15

1.2 Мембранный аппарат комбинированного типа ............ 16

1.3 Мембранный аппарат .......................... 17

1.4 Мембранный аппарат с плоскими фильтрующими элементами . . . 19

1.5 Мембранный аппарат с неустановившейся гидродинамикой . . . . 20

1.6 Вакуум-выпарной аппарат.......................31

1.7 Пленочный выпарной аппарат ..................... 33

1.8 Выпарной аппарат для концентрирования растворов путем непосредственного контакта с газообразным теплоносителем ...... 35

1.9 Выпарной аппарат погружной горелкой ................ 36

1.10 Многокорпусной барботажно-выпарной аппарат...........36

1.11 Аппарат для перегонки улучшенной эффективности ........ 37

1.12 Способ приготовления кормовой добавки на основе спиртовой барды и сои ............................... 39

1.13 Технологическая линия производства белково-витаминного кор-мопродукта из спиртовой зерновой барды .............. 40

1.14 Способ приготовления сухой барды и установка для его осуществления ................................... 41

1.15 Технология получения ББвЗ продукта из отходов спиртового производства ............................... 43

1.16 Способ производства сухой барды стандарта ББвЗ.........43

2.1 Экспериментальная ультрафильтрационная установка........53

2.2 Зависимости удельной производительности мембраны 3, м3/м2 с при различном трансмембранном давлении АР, кПа от времени процесса I, с: (а) —фильтрат барды из пшеничного сырья; (б) — фильтрат барды из кукурузного сырья ................. 54

2.3 Мембранный аппарат ....................................................57

2.4 Вертикальный мембранный аппарат ....................................60

2.5 Схема лабораторной установки ........................................63

2.6 RS Stock №. 200-2525 ....................................................63

2.7 Поверхность отклика интенсивности испарения...........66

2.8 Кинетические закономерности процесса барботажного выпаривания 67

2.9 Зависимость разницы температур от времени процесса.......68

2.10 Зависимости разницы температур воздуха и фильтрата от температуры фильтрата в верхней и нижней частях колонны ..............68

2.11 Распределение температуры раствора в установке по высоте . ... 69

2.12 Профиль температуры по высоте колонны ............................69

2.13 Теплофизические свойства фильтрата барды.............70

2.14 Профили температуры и массовой доли на поверхности пузырька . 74

2.15 Граничные условия математической задачи моделирования процесса барботажного выпаривания ......................................75

2.16 Результаты моделирования ..............................................78

2.17 Барботажный выпарной аппарат....................81

3.1 Технология получения белкового концентрата из фильтрата спиртовой барды ..............................................................85

3.2 Схема лабораторной распылительной установки ......................88

3.3 Распылительная сушилка ................................................89

3.4 Профили скорости, температуры сушильного агента и влагосо-держания капель фильтрата ..............................................93

3.5 Способ управления технологии получения белкового концентрата

из фильтрата спиртовой барды ..........................................94

3.6 Теплотехнологическая система получения белкового концентрата

из фильтрата спиртовой барды ..........................................98

3.7 Цикл холодильной установки......................99

3.8 Т-Б диаграмма цикла холодильной установки............99

4.1 Зависимость равновесной влажности белкового концентрата фильтрата барды от относительной влажности воздуха..........103

4.2 Зависимость равновесной влажности белкового концентрата филь-

трата барды от времени сорбции при различной относительной влажности воздуха............................103

4.3 Зависимость угла естественного откоса от влажности........105

4.4 Номограмма для определения удельных энергозатрат и содержания витамина С от расхода и относительной влажности воздуха

в помещении при хранении ....................... 110

4.5 Номограмма для определения удельных энергозатрат и содержания витамина С от температура и расхода воздуха при хранении . 110

4.6 График зависимости удельных энергозатрат на хранение от входных параметров ............................. 111

4.7 График зависимости содержания витамина С в кормовом концентрате на основе белкового концентрата фильтрата барды от входных параметров ............................. 111

4.8 Технологическая схема производства комбикорма с белковым кормовым концентратом .......................... 113

Список таблиц

1.1 Химический состав спиртовой барды..................................13

1.2 Теплофизические свойства сухой барды ..............................14

1.3 Классификация выпарных аппаратов.................29

1.4 Сравнительная характеристика БВА и классического выпарного аппарата .................................30

2.1 Химический состав фильтрата барды из различного сырья (% СВ) 48

2.2 Технические характеристики керамических мембран........53

2.3 Техническая характеристика RS Stock №. 200-2525 ..................64

2.4 Параметры эксперимента........................66

2.5 Результаты эксперимента по определению эффективности испарения ......................................................................66

3.1 Параметры сушки............................88

3.2 Параметры задачи ............................ 91

3.3 Параметры цикла холодильной установки..............100

3.4 Значения эксергии контрольных поверхностей............100

4.1 Химический состав белкового кормового концентрата из фильтрата барды (в пересчете на а. с. в.)....................102