Снижение удельных энергозатрат на микронизацию фуражного зерна за счет использования двухстороннего подвода теплоты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат технических наук Новикова, Валентина Александровна

• Новикова, Валентина Александровна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Новикова, Валентина Александровна

Введение.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Обзор существующих способов обработки кормового зерна.

1.2 Энергетическая оценка агрегатов для термообработки зерна, их преимущества и недостатки.

1.3 Существующие методики расчета мощности источников излучения.

1.4 Основы теории нагрева и охлаждения материала в процессе термообработки зерна.

1.5 Расчет мощности и основных конструктивных размеров установки для термообработки зерна.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение удельных энергозатрат на микронизацию фуражного зерна за счет использования двухстороннего подвода теплоты»

Актуальность темы. Одним из путей повышения эффективности животноводства является рациональное использование кормов, в частности фуражного зерна. Известно, что значительная часть неподготовленного к скармливанию зерна не усваивается организмом животного и выводится с экскрементами. В связи с этим особую актуальность приобретают различные способы подготовки зерна к скармливанию: измельчение, пропаривание, плющение, гранулирование, экструдирование.

Многочисленные исследования, проведенные в нашей стране и за рубежом, показали высокую эффективность тепловой обработки для повышения биологической ценности корма. Положительным результатом тепловой обработки является улучшение вкусовых качеств зерна в результате образования ароматических веществ. Одним из перспективных способов тепловой обработки зерна является микронизация, в результате которой существенно повышается полезная обменная энергия фуражного зерна, значительно снижается потребление кормов сельскохозяйственными животными. Однако в современных микронизаторах фуражного зерна удельные затраты энергии составляют 150.250 кВт'ч/т.

В связи с изложенным проблема снижения удельных затрат энергии на микронизацию фуражного зерна актуальна, имеет научное и практическое значение.

Работа выполнена в соответствии с общероссийской отраслевой программой 0.51.21 «Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства» и перечнем целевых программ: П.29 «Разработать основные направления долгосрочной федеральной технической политики, систему энергетического обеспечения, развития автоматизации производства и экологии энергетических средств в сельскохозяйственном производстве России» (приказ № 10 от 17.03.95 г. по Главному управлению вузов Минсельхозпрода России).

Цель работы: снижение удельных энергозатрат на микронизацию фуражного зерна за счет использования установки с двухсторонним подводом теплоты.

Задачи исследования:

1. Провести анализ известных технологий тепловой обработки фуражного зерна и обосновать применение инфракрасного излучения для его сушки.

2. Разработать теоретические положения по определению рациональных, режимных и конструктивных параметров установки для термообработки фуражного зерна с пониженными удельными энергозатратами.

3. Разработать методику экспериментальных исследований по изучению влияния двухстороннего подвода теплоты на процесс термообработки фуражного зерна.

4. Провести экспериментальные исследования по определению основных рациональных параметров конструкции установки для термообработки фуражного зерна.

5. Оценить экономическую эффективность обработки фуражного зерна методом микронизации на установке с двухсторонним подводом теплоты.

Объект исследования - процесс микронизации фуражного зерна на установке для его термообработки с двухсторонним подводом теплоты.

Предмет исследования - взаимосвязи и закономерности режимных и конструктивных параметров микронизатора фуражного зерна с количественными и качественными показателями процесса термообработки.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:

1. Обоснован выбор источника инфракрасного излучения, обеспечивающего наибольшее поглощение лучистой энергии зерном, с учетом величины энергии разрушающих усилий зерновок пшеницы.

2. Впервые разработана методика инженерного расчета мощности источника инфракрасного излучения установки для термообработки зерна с двухсторонним подводом теплоты.

3. В результате экспериментальных исследований получена зависимость температуры внутри зерновки от продолжительности термообработки.

4. Получены новые экспериментальные данные о влиянии режимов микронизации на химический состав зерна пшеницы.

Практическая значимость

На основе результатов диссертационной работы разработана, изготовлена и внедрена в сельскохозяйственное производство в ОАО «Кетовская агрохимия» Курганской области установка для термообработки фуражного зерна. Материалы теоретических и экспериментальных исследований используются на практических занятиях по дисциплине «Теплотехника». Определены рациональные режимы микронизации зерновок пшеницы, позволяющие повысить усвояемость продукта и снизить удельные затраты электроэнергии до 88,9 кВт -ч/т.

Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались и получили одобрение на научных конференциях в Курганской ГСХА «Аграрная наука: проблемы и перспективы» (1997-2004 гг.); Международной научно-технической конференции «Достижение науки - агропромышленному производству» (г. Челябинск, 2004-2005 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в восьми научных статьях, получено положительное решение на заявку на изобретение 2004131911/13 от 01.11.2004 года.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Объем диссертации - 122 страницы машинописного текста, в том числе 24 страницы приложений, 36 рисунков, 18 таблиц. Список использованной литературы содержит 133 источника.

Заключение диссертации по теме «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», Новикова, Валентина Александровна

Основные результаты и выводы

Применяемые в сельскохозяйственном производстве установки для термообработки зерна имеют большие энергозатраты, достигающие 150 - 250 кВт-ч на тонну, что увеличивает его себестоимость и экономически не всегда оправдано.

Источник ИК-излучения следует выбирать с учетом спектральных характеристик материала. Наибольшее поглощение происходит при температуре источника 1000 К.

Разработана методика инженерного расчета мощности ИК-излучения, установлено, что максимальная температура источника ИК-излучения наблюдается при шаге спирали равном диаметру сечения проволоки.

При выборе источника инфракрасного излучения, обеспечивающего требуемое количество кормового материала, необходимо учитывать величину разрушающих усилий зерновок пшеницы.

Установлено, что при подводе теплоты к обрабатываемому материалу снизу - от греющей поверхности желоба и сверху - от источника инфракрасного излучения температура внутри зерновки составляет 180°С и давление 10 атм. При такой температуре достигается наилучший эффект дезинсекции, полученный кормовой материал становится благоприятным для пищеварения, снижается его механическая прочность.

Наиболее равномерное распределение температуры греющей поверхности происходит при толщине желоба 5 мм и при расположении ТЭНов на расстоянии 55 мм друг от друга.

Статистической моделью теоретического закона распределения механических разрушающих зерновок пшеницы является третье предельное распределение Э. Гумбеля.

Разработанная установка для термообработки фуражного зерна с двухсторонним подводом теплоты позволяет снизить удельные энергозатраты в 2,81 раза по сравнению с базовым микронизатором.

Годовой экономический эффект от использования установки ожидается 180 тыс. руб., срок окупаемости капитальных вложений должен быть не более двух месяцев.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Новикова, Валентина Александровна, 2006 год

1. Афанасьев В.А. Использование тепловой обработки ячменя с применением ИК-нагрева при производстве комбикормов. Автореф.f- дис. .канд.техн.наук. М., 1979. - С. 23.

2. Басов A.M., Быков В.Г., Лаптев А.В., Файн В.Б. Электротехнология. -М.: Агропромиздат, 1995. С. 256.

3. Белов В.П., Мороз А.К. Технико-экономическое обоснование технологии микронизации кормового зерна // Сельскохозяйственные вести. 2002. - №5. С. 3 - 4.

4. Бергмуд Р. Тепловая обработка зерна для скармливания мясному скоту // Сельское хозяйство за рубежом. 1986. - №8 - С. 6 - 11.

5. Ф 5. Береш И.Д., Игнатова Л.Г., Киянова В.И., и др.Сравнение разных типов инфракрасных приборов для определения содержания белка и влажности зерна пшеницы // Тр.ВНИИЗ, 1988, Вып. 110. С. 95 - 99.У

6. Беркутова Н.С., Швецова И.А. Микроструктура пшеницы. М.: Колос, 1977.-С. 56.

7. Борхерт Р., Юбиц В. Техника ИК-нагрева. Перевод с нем. М. - Л: Госэнергоиздат, 1963. - С. 278.

8. Брагинец Н.В. Микронизация зерна для кормовых целей // Механизация ® и электрификация сельского хозяйства. М.: ВО Агропромиздат, 1989.1. С. 29-31.

9. Быков В.Г., Крахалев А.Н. Требования к нагревательному элементу для инфракрасной сушки овощей // Вестник ЧГАУ 1989 - С. 224.

10. Водяников В.Т. Экономическая оценка энергетики АПК. М.: ИКФ ^ ЭКМОС, 2002. С. 140 - 150 .

11. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964. - С. 576.

12. Галкин А.Д., Галкин В.Д., Гузаиров A.M. Методы и средства повышения эффективности послеуборочной обработки зерна и семян /

13. Рекомендации. Пермь, 2101. - С. 24 - 80.

14. Гинзбург А.С. Дубровский В.П., Казаков Е.Д. и др. Влага в зерне. М.: Колос, 1969.-С. 224.

15. Гинзбург А.С. Инфракрасная техника пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1973. - С. 240 - 253.

16. Грибанова Н.И., Козинский В.А. Исследование сушки семян трав инфракрасным излучением // Труды ИИМиЭСХ, 1975, вып. 97. - С.74 -78.

17. Грибовский К.А. Сушка зерна в полускозном потоке // Труды ИИ-МЭСХ, 1978, вып. 142. - С. 79.

18. Григорьев В.А., Зорин B.JI. Тепло и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник.-М.: Энергоиздат, 1982.- С. 512-516. Гумбель Э. Статистика экстраполярных значений. М.: Мир, 1965. - С. 462.

19. Денисова P.P., Елизаров В.П. Обработка фуражного зерна инфракрасным излучением / Доклады ВАСХНИЛ М., 1981. - С. 18 -20.

20. Денисова P.P., Елизарова В.П. Способы обработки кормового зерна /

21. ВНИИТЭИ сельхоз. М., 1980. - С. 69.

22. Доронин А.Ф. Исследование процесса термической обработки кукурузных хлопьев ИК-лучами Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1979.-С. 23.

23. Жиганков Б.В., Альтерман А.Э., Кравцова Б.Е., и др. Оценка качества зерна пшеницы с учетом содержания «мелких фракций» // Труды ВНИИЗ, 1977, вып. 85. С. 44 - 50.

24. Зоткин В. Изменение показаний качества гороха при экструдировании // Труды ВНИИ комбикорм, пром. 1981, вып. 19. - С. 16-19. Исаченко В.П., Осипова В.А., Суконел А.С. Теплопередача - М.: Энергия, 1965.-С. 340.

25. Козлов В.Г. Производство зерна в одиннадцатой пятилетке // Сельское хозяйство М., 1982. - С. 37 - 40.

26. Козлов В.Г. Производство зерна в одиннадцатой пятилетке // Сельское хозяйство. М.: Знание, 1982, №1. - С. 37 - 40.

27. Лебедев П.Д. Сушка инфракрасными лучами. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1955.-С. 232.

28. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М.: Энергия, 1972.-С. 246.

29. Мешков В.В. Основы светотехники. М.: Энергия, 1979. С. 40 - 50. Михеев М.А., Михеева Н.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1973.

30. Мокеев В.К. Методические указания к практическим занятиям и коллоквиумам по теории вероятностей. Курган: Ml'ПИ, 1980. С. 89.

31. Моторина Т.А., Статирова Н.В. Методика расчета теплообменного аппарата с активным оребрением // Науч.Тр./4 ИМ и Э сельского хозяйства, 1982 с 43-49

32. Олейников В.Д. Агрегаты и комплексы для послеуборочной обработки зерна. М.: Колос, 1977. С. 27 - 91.

33. Применение электрической энергии в сельскохозяйственном производстве. Справочник под ред. П.Н. Листова М.: Колос, 1973. С. 525-529.

34. Резчиков В.А., Дубиничева Р.П. Математическая модель процесса интенсифицированной сушки зерна // Труды ВНИИЗ, 1988, вып 110. -С. 14-20.

35. Резчиков В.А., Дубиничева Р.П. Математическое описание процесса сушки предварительно нагретого зерна // Труды ВНИИЗ, 1985, вып 108.• -С. 1-5.

36. Рычкова Л.П. Регулируемый инфракрасный нагрев в процессах сушки кедровых орехов. Автореф. дис.канд.техн.наук. Л., 1990. С. 7 - 16.

37. Рычкова Л.П. Регулируемый инфракрасный нагрев в процессе сушки кедровых орехов: Автореф. дис.канд.техн.наук. Л., 1990. С. 7 - 18.

38. Сахницкий И.И. Термически обработанная соя и горох в комбикормах // Животноводство, 1985, № 12. С. 20.

39. Сидоренко В.В., Зверев С.В. Технология высокотемпературной микронизации зерна // Сельскохозяйственные вести, 2001. № 4. С. 1 -6.V

40. Скляров Л.А. Эффективность различных способов обработки зерна ячменя с целью повышения его питательности. Автореф. дис. .канд.биол.наук. Дубровицы, 1984. С. 21.

41. Смирнов И.В., Дунин-Барковский Н.В. Курс теории вероятности и математической статистики для технических приложений. // изд. 3-е,ф стереотип. М.: Наука, 1969. - С. 512 - 520.

42. Тутубалин В.Н. Теория вероятностей. //: МГУ, 1972. С. 230.

43. Уколов B.C., Фоменко О.Г., Алешина Л.И. Влияние влагосодержания сушильного агента на процесс сушки зерна // Труды ВНИИЗ, 1988, вып 110.-С.8-14.

44. X 73. Худоногов A.M. Условие оптимальной обработки семян электроинфракрасным нагревом // Сибирский вестник сельскохозяйственных наук. Н., 1986, № 2. С. 103 - 106.

45. Ahmend A. Utilization of maeronized sorghum grain by dairi calves//Gyornal Dairi Science, 1976. V.25. - XA 4. - P. 708-711.

46. Akyurt M., Selcuk M.A. Splar Drier Supplementeil with Auxiary Heating System for Continuous Operation. Solar Energy, 1973, v/14, №3, p.315-318. ARC. The Nutrient Requirements of Liverstock. Supplement I.,C.A.B. -London.1984.-P.88.

47. Availability, Controde, 24 th. May 1973. P. 65-68.

48. Berglund R. Scientistsanolyze grain processing// Feed stuffs, 1965. V. 37. -№38. - P.98-100.

49. Bischof H. Infra-red-an explanation. Finich. Ind., 1982, 6 №5, p.39. Bockholt H.A. De opiosbaarheid von ciwillen en NPN - verbindingen en de betekems dauevan in de rund veevoodmg/ZBedryfsontiwikkeling. -1979. №2.?. 127-132.

50. Boer F., Bickel H. Livestock feed resources and feed evaluation m Europe. 1988.-P. 331-350.

51. Cahnman H.N. Electric irifra-red heating elemente ra-dient infra-red systeme. Class, 1982, 59, №5, p.203

52. Caisford M. Cheaper broiler feeding with "cooked" whole grainy/Farmers1. Weekly, 1975.-P. 81.

53. Carpenter K. Conceptts and Determination of Amino Acid A Ciric D. Vujicicb. Pczetworstwo wazzywi awocowza pomoca Suszenie. -Suszenie praduktow polnych. Polsho jugoslowunskie sumpozjum. Wozszawa, 1977Referatp. 1-22.

54. Comett C.D., Sherrod L.B., Albin R.C. Effect of methods of processing upon digestibility of a new wheat by sheep and cattle.//Joumal Animal ( Science, 1971. V.44. - №2. - P. 234-241. i

55. Costa P., Jensen A., Harmon В., Norton H. Effects of roastings and roasting temperature on the nutritive value of highoisture corn for smine// Journal Animal Science, 1977. V.32. - №4. - P. 716-720.

56. Costa P.Lisine availability of roasted dried and highmoisture corns as determinend by the chick growth assay//Joumal of animal science, 1977. -V.45.-.No3.- P. 457-462.

57. Cristiane M. Influence de traitements technologigues des cereals sur l'amldonet sa "digestibilite in vitro'7/Bull. ENS, 1977. №0.278. - P. 79

58. Denain Ph. Lextrusion a sec: efects et interet en alimentation, son applicationa la graine de soja// Rev. mod. vet., 1986. -V.187. P. 409-416.

59. Ellhiney R. Perspective on pelleting// Feed International. 1989. V.10. №5.-P.24.32.

60. Energiesparende Strahlungsflachen und Regelgerate Ver-minden den Stromverbranch. Technotip, 1982,12, №3, p.68

61. Hale O.M. Effect of physical form diets//Feedstuffs, 1979. V.51. -.Nol7.-P.50-5!.

62. Hale W.H. Influence of processing on the utilization of grains /starch/ byruminants//Joumal Animal Science, 1973. V.37. - №4. - P. 1075-1080.

63. Ham'aham T. Anti-nutrition factors in feed ingredients//Pig intemat, 1987.-V. 17.-.No3 .-P.40-4!.

64. Haudot B. Un precede simple de valorisation et de traitement des ^ ereales//Ekonomie Agricole, 1976. V.30 №1. - P. 10-12.

65. Haythornthwaite A. Extresslon as a tool for improved nutritional value offeeds//FeedCompouder, 1986. -V.6. .Noll. - P. 15-19.

66. Just A. The influence of processing on the nutritive value for pigs//Europ. Association for anim. production 29-th Annual Meeting, 1978. -1402.-P.1-9.

67. Lawrence T. An evaluation if the micronization process for preparing cereals for the growing pig. Effects of digestibility and nitrogen retention//Joumal Animal Production, 1973. V.16. - №2. -P. 99-107.

68. Lawrence T. Effects of mikronization on the digestibitg of whole soya beans and rapesceds for the growing pig//Animal Feed Science and Technologie, 1978.-V.3.-№2.-P. 179-189.V

69. Lawrence T. Grain processing as it effects cattle//Feedstuffs, 1975. -V.43.-№14.-P. 47-51.

70. Layal J.D., Borgida L.P. Biochemishe und nahrwertmabige Beurteilung von versohledenen Getreideverarbeitungsmethoden//Die Muhle-Misohfiittertechn, 1976. -Bd.113. -№9. -P. 121-123.

71. Leitgeb K., Christine IREN. Zum Futterwert der Erbse (pisum sativum L.)und ihre Einsatzmoglichkeiten in der praktischen Tieremahrung// Tieremahrg, 1988. Bd.16. - №1. - P. 1-22.

72. Lucas J.A., Lodge J.A. The nutrition ofjoung pig. London, 1961. P.85-93.

73. Management for better feed efficiency// Pig International. 1989. V.19. №6. -P. 28-29.

74. Mayer G.P., Hurst J.G. Endocrinology, 1978. V.102. - .No 6. - P. 18031807.

75. Morgenthum R., Jung H., Ader F. Die Beiiutteraufhahme von Saugfer-heinunter industicmassigen Produktionsbedingungen/ZRevzuchd. 1975. -Mo. 29. - P. 76-78.

76. Murray J. L1 Infranisatlon aussi//Rev. Aliment. Anim, 1987,418:36-38.

77. New grain roaster sized to fit farmer-feeder and larder lots//Beef» 1976.1. V.12.-.N«7.-P.75.

78. Nioolic J. Uticay mikrozaciya zma tri osnovna tipa kukumza na svoljivost hmljivin materija i bilans dzota u teladV/Zbomik Rad.Poljoprivr.Fak /Unix.-Beograd, 1983. №587. - P. 15-21.

79. Pfost H.B. Eguipment and techniques in starch gelatinization//Feedstuffs, 1971. V.24. - №2. - P. 27. Phelps A. Scientists question benefits of feeding pellets// Feedstuffs. 1988. V. 660. №30.-P. 15.

80. Pierce C.W. Infra-red radiation of seed. Patented Sept. 26, 1972. -Ks3694220.-P.2-99.

81. Rasmussen P., Halm F. Kvaliten of foder tie enmadur i relation till lagring og teknisk forarbejdning//Bereth. Biotekn. inst.ATV, 1978. №86. -P. 49. Rha C. Thermal proporzies of Food Materials. Series Food Materials Boston. 1975, №l,p,414.

82. Saravakos G.D. Charm. S.E. Food Technology, 1968, №2.

83. Seib F. Starch gelatinization chemical and physical effects//Feedstuffs,1971.-V.43.-11.-P. 44-45.

84. Seve В., Aumaitre A., Jaubert P., Tord P., Hounier A., Lapanouse A. Solubisation des proteines de poisson, supplementation on tryptophone et valeur alimemaire pur Ie porcelet//Annales de zootechnie, 1978. V.27. -№3.-P. 423-437.

85. Sibbald J. The effect of heat on the clearance time, true metabolizable energy and true available amino acids of raw soybean'flakes//Poultry Science, 1980. -V.59. №10. - P. 2358-2360.

86. Sommer A., Flak P. Study of changes of properties in thennically andhydrothermically treated feeds. 2. N fractions in fermentation medium at the incubation of treated feeds under in vitro conditions. Arch.anlm.Nutrit., 1987.-37,7/8-P. 713-722.

87. Splitec M. Mikronisace novy zpusob upravy krmiv//Knnivarstvi sluzby, 1974.-№10.-P. 23-24.

88. Tester L. Futterverwertung durch Mikronization pflan-zlioher Futterkomponenten//Geflugelproduzent, 1975.-V.11.-№8. -P.202. Thomos C. Fetal sourres of flavour in pailbrysein -Food Sechab, 1971, 48. №8.

89. Wtical micronisacije zrna tri osnovna tipa kukurusa na svarljivost prenijivoh materija I bi Pansesota u teladi. Zbornila Rad Poljopprivr Fak/univ.-Beograd. 1983, sv. 587. s.15-21.128.129.130.131.132.133.128