Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1 Перспективы применения сои в качестве добавки в корм 10
1.2 Способы обработки зерна сои для инактивации вреднодействующих веществ 12
1.3 Технические средства обработки зерна сои для инактивации вреднодействующих веществ 20
1.4 Технические средства для транспортирования сои в рабочей зоне нагрева 27
ГЛАВА 2. Теоретический анализ теплоэнергообеспечения процесса термической обработки сои при комбинированномэлектронагреве 32
2.1 Обоснование целесообразности применения комбинированного электронагрева зерна сои для удаления вреднодействующих веществ 32
2.2 Теоретический анализ способов передачи теплоты в системе энергообеспечения процесса термической обработки сои при комбинированном ее нагреве 37
2.3 Оценка энергетической эффективности применения комбинированного нагрева сои 46
2.4 Совершенствование вибрационного транспортера применительно к системе энергообеспечения с комбинированным нагревом 52
Глава 3. Программа работ и методика экспериментальных исследований системы энергообеспечения процесса термической обработки сои 55
3.1 Методика экспериментальных исследований энергетических параметров системы энергообеспечения процесса термической обработки сои 55
3.2 Методика экспериментальных исследований режимных параметров системы энергообеспечения процесса термической обработки сои 62
3.3 Методика экспериментальных исследований на установке для влаготепловой обработки сои
комбинированным электронагревом 65
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ с обоснованием параметров системы энергообеспечения 69
4.1 Анализ результатов экспериментальных исследований энергетических параметров системы энергообеспечения с комбинированным нагревом зерна сои 69
4.2 Анализ результатов исследования режимных параметров системы энергообеспечения с комбинированным нагревом сои 81
4.3 Исследование показателей качества зерна сои после термической обработки 91
Глава 5. Результаты производственных испытаний и технико-экономическая оценка эффективности применения системы энергообеспечения процесса термической обработки сои с комбинированным нагревом 101
Заключение 106
Список использованных источников
- Способы обработки зерна сои для инактивации вреднодействующих веществ
- Теоретический анализ способов передачи теплоты в системе энергообеспечения процесса термической обработки сои при комбинированном ее нагреве
- Совершенствование вибрационного транспортера применительно к системе энергообеспечения с комбинированным нагревом
- Анализ результатов исследования режимных параметров системы энергообеспечения с комбинированным нагревом сои
Введение к работе
Актуальность работы. Во всем мире, в том числе и в России, одной из наиболее важных проблем животноводства остается обеспечение сельскохозяйственных животных и птицы питательными и сбалансированными кормами. Основной питательной составляющей корма помимо витаминов и минералов является белок. В настоящее время наиболее часто в приготовлении кормов используется белок животного происхождения. Альтернативой белков животного происхождения в кормовых добавках являются белки растительного происхождения. Ученые выявили, что наиболее перспективной культурой является соя. В белке сои содержатся все незаменимые аминокислоты, по содержанию витаминов, жиров и других питательных веществ соевый белок наиболее близок к белку животного происхождения. Информационно-патентные исследования показали, что использование зерна сои в качестве добавки в корм возможно только после предварительной обработки. Установлено, что наиболее эффективное удаление вреднодействующих веществ происходит при термической обработке. В существующих технических средствах для термической обработки сои подвод теплоты осуществляется только с одной стороны. При такой обработке сои возникает существенный недостаток в виде неравномерности прогрева, что снижает питательную ценность сои, увеличивает длительность обработки и расход электроэнергии. Таким образом, совершенствование процесса термической обработки зерна сои путем перераспределения тепловых потоков с разработкой системы энергообеспечения с комбинированным нагревом (сверху – ИК-источники, снизу – электронагревательная поверхность) является актуальной задачей. Работа выполнена по программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020гг. по теме «Теория и принципы развития процессов энергообеспечения, энергоресурсосбережения и возобновляемых источников энергии».
Цель работы – повышение эффективности термической обработки сои совершенствованием системы энергообеспечения применением комбинированного электронагрева.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Теоретически обосновать целесообразность применения комбинированного нагрева сои для удаления вреднодействующих веществ;
-
Провести теоретический анализ энергетических и режимных параметров системы энергообеспечения процесса нагрева зерна сои;
-
Провести экспериментальные исследования энергетических и режимных параметров системы энергообеспечения с комбинированным и некомбинированным энергоподводом;
4. Обосновать параметры вибрационного транспортера, обеспечивающие
заданный режим движения сои в рабочей зоне комбинированного нагрева;
5. Провести опытно-производственную проверку системы энергообеспечения с
комбинированным нагревом зерна сои и дать технико-экономическую оценку
эффективности ее применения.
Объект исследований – процесс комбинированного нагрева зерна сои для удаления вреднодействующих веществ.
Предмет исследования – закономерности изменения энергетических и режимных параметров системы энергообеспечения комбинированного нагрева сои для удаления вреднодействующих веществ.
Научная новизна работы:
теоретически и экспериментально обоснована целесообразность разработки и применения системы энергообеспечения процесса тепловой обработки сои с комбинированным нагревом (снизу и сверху);
обоснованы энергетические и режимные параметры системы энергообеспечения с комбинированным электронагревом зерна сои;
установлены закономерности изменения температуры зерна сои при различных соотношениях тепловых потоков от инфракрасных излучателей и электронагревательной панели;
получены уравнения, описывающие характер распределения температуры на поверхности и внутри зерна сои при комбинированном нагреве;
- обоснованы параметры вибрационного транспортера, обеспечивающие
заданный режим транспортирования сои в рабочей зоне комбинированного нагрева.
Практическая значимость.
- конструктивно-технологическая схема установки для термообработки зерна сои
с комбинированным энергоподводом (патент на изобретение № 2556899 РФ);
- энергетические и режимные параметры системы энергообеспечения
комбинированного нагрева зерна сои для удаления вреднодействующих веществ;
- аналитические выражения, описывающие взаимное влияние энергетических и
режимных параметров при комбинированном электронагреве зерна сои;
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и получили положительные отзывы на XVII международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции – новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства» (Тамбов, ГНУ ВНИИТиН, 2011г.), на 8-й международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, ГНУ ВИЭСХ, 2012г.), на XVIII международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции – новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства» (Тамбов, ГНУ ВНИИТиН, 2013г.), на международной научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» (Минск, НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства, 2013г.), на 9-ой международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, ГНУ ВИЭСХ, 2014г.), на XI международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию факультета механизации сельского хозяйства, в
рамках XVII Международной агропромышленной выставки «Агроуниверсал-2015» (Ставрополь, СтГАУ, 2015г.). На защиту выносятся:
теоретическое обоснование целесообразности разработки и применения системы энергообеспечения с комбинированным электронагревом сои;
аналитические выражения, описывающие взаимное влияние энергетических и режимных параметров при комбинированном электронагреве зерна сои;
конструктивно-технологическая схема устройства для термообработки зерна с комбинированным энергоподводом (патент на изобретение № 2556899 РФ);
результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию энергетических и режимных параметров системы энергообеспечения с комбинированным нагревом зерна сои для удаления вреднодействующих веществ;
- закономерности изменения температуры зерна сои при различных
соотношениях тепловых потоков от инфракрасных излучателей и
электронагревательной панели;
- результаты экспериментальных исследований по обоснованию параметров
вибрационного транспортера;
Методика исследования. Научно-методической основой для обоснования параметров, создания устройства для термообработки зерна сои с комбинированным энергоподводом и проведения теоретических и экспериментальных исследований явились научные труды по теории и практике решения задач в области механизации и электрификации сельскохозяйственного производства ведущих ученых: Стребкова Д.С., Сыроватки В.И., Растимешина С.А., Тихомирова Д.А., Козина Е.В., Курдюмова В.И., Шулаева Г.М., Стребкова В.Б., Новиковой В.А., Кодацкого Ю.А., Филатова В.В., Гришина И.И., Новиковой Г.В., Шувалова А.М., Вотановской Н.А. и многих других научных деятелей. В работе использован математический аппарат термодинамики, теплообмена, математической статистики, а также методы компьютерного моделирования с использованием прикладных программ.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 23 научных работы, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и одна – в описании патента на изобретение. Общий объем публикаций составляет 4,53 печ. л., из которых 2,83 печ. л. принадлежит лично автору.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, 5 глав, общие выводы и список использованных источников из 149 наименований. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста и содержит 17 таблиц, 28 рисунков и 16 приложений.
Способы обработки зерна сои для инактивации вреднодействующих веществ
Анализ мирового опыта переработки сои показал, что с середины 80х годов на предприятиях малой мощности получил распространение метод «сухой экструзии». Основные преимущества данного метода в сравнении с наиболее распространенными на крупных предприятиях и комбинатах: экологически чистое производство и получаемая продукция, за счет исключения химических реагентов, простота и безотходность производства, максимальная сохранность ценного аминокислотного состава соевых белков.
В связи с отсутствием аналогичного отечественного оборудования для экструзионной обработки сои, этот процесс исследовался в ДальНИПТИМЭСХе. При обработке в пресс-камере зерно сои подвергается комбинированному воздействию давления, температуры и интенсивной механической обработки. При этом инактивируются антипитательные вещества (ингибиторы трипсина, уреаза и др.), устраняются специфические для сои бобовый вкус и запах. За счет резкого падения давления на выходе из пресс-камеры несвязанная влага мгновенно испаряется, обрабатываемая масса вспучивается, увеличивается ее объем и пористость, повышается усвояемость и питательная ценность продукта. В зависимости от заданных режимов обработки и качества исходного сырья, выделяется до 60% содержащегося в семенах сои соевого жира. [22-24]
К негативным аспектам данного метода можно отнести разрушение структуры зерна, вследствие чего значительно уменьшается срок хранения продукта, поскольку разрушенная структура зерна быстро окисляется и становится непригодной для приготовления корма, а также экстракция из сырья соевого жира. СВЧ-обработка и автоклавирование.
В целях снижения расхода энергии и повышения биологической полноценности соевого протеина была проведена серия испытаний по методам переработки соевого зерна (автоклавирование, СВЧ-обработка и комбинированные испытания, включающие в себя автоклавирование и СВЧ-обработку). В ходе исследований было установлено, что при автоклавировании в первую очередь разрушается уреаза, а ингибитор трипсина разрушается только на 45% [11-13]. Наблюдения также показали, что СВЧ-обработка способствует разрушению ингибитора трипсина, а разрушению уреазы только на 40%. Известно, что действие определенного инактивационного фактора (температура, давление, механическая обработка и др.) избирательно направлено на разрушение одного или нескольких антипитательных веществ. В частности, ВВ Ключкин и Н.И. Пилюк установили, что ингибитор трипсина при отрицательной пробе на уреазу разрушается только на 55%. Как показали исследования, по отдельности автоклавирование и СВЧ-обработка не дают желаемого результата. К тому же следует отметить, что при СВЧ-обработке необходимо замачивать семена сои, так как сухие семена не смогут быть обработанными при обработке СВЧ полем, поскольку энергия электромагнитного поля в основном поглощается на трение частиц воды между собой [33-34]. Процесс замачивания – это дополнительные затраты труда и материальных ресурсов. Кроме того, после обработки необходимо будет высушить зерно для дальнейшего хранения. Для сушки зерна после обработки требуются дополнительные оборудование и энергозатраты. Экспериментальные исследования показали, что при СВЧ-обработке сои на ее поверхность выделяется жир, что указывает на разрушение структурной целостности зерна.
При автоклавировании требуется парогенератор с давлением пара 1кг/см2. При таком давлении паровые котлы подлежат обслуживанию службой котлнадзора (Ростехнадзора), что повышает требования к их эксплуатации. Для выработки пара используются различные источники энергии, однако пар является только носителем тепла, следовательно это дополнительные потери энергии. Также следует отметить высокую металлоемкость оборудования для автоклавирования, что увеличивает стоимость обработанного зерна. Использование метода системного анализа позволило установить, что целесообразнее применить комбинированный способ, сочетающий в себе автоклавирование и СВЧ-обработку [11-13].Следует отметить, что способ СВЧ-обработки и автоклавирования предполагает циклический метод обработки, что увеличивает время на различные технологические операции, а использование сразу двух способов обработки влечет за собой существенное увеличение материальных и энергетических затрат.
Проведенные исследования показали, что использование проращенных семян сои в рационах животных позволяет повысить питательность кормовой смеси и снизить содержание антипитательных веществ в семенах сои.[9,10] К тому же при кормлении молодняка сельскохозяйственных животных с целью повышения перевариваемости продукта в технологию подготовки проращенного зерна сои необходимо включать еще операции по термической или баротермической обработке.
Способ проращивания сои предусматривает замачивание очищенных соевых бобов перед проращиванием в течение 20-24 часов. Во время процесса проращивания необходимо контролировать и поддерживать влажность с помощью кондиционирования и орошения. Проращивается зерно сои до длины ростков 5-10 см, затем подвергается влаготепловой обработке при температуре 100 градусов в течение 30-40 минут. Продолжительность проращивания зависит от скорости прорастания и требуемой длины ростков с учетом накопления в них макро- и микроэлементов, а также степени снижения уреазной активности.[37] Таким образом использование проращенных семян сои с предварительным ее замачиванием с термической обработкой увеличивает затраты труда, энергозатраты и средства на подготовку зерна сои к скармливанию сельскохозяйственным животным, что сдерживает широкое применение этого способа для обработки сои. Этот способ обработки зерна является цикличным, что увеличивает время обработки, а существенное время замачивания делает невозможным построение непрерывной технологической линии обработки сои с помощью данного способа.
Диспергирование. В настоящее время для инактивации антипитательных веществ используется метод диспергирования.[31,32]
Роторный измельчитель-диспергатор механо-гидроударно кавитационно-диссипационного действия. Его функционирование основано на применении кавитационного эффекта. В кавитаторе погруженные в жидкость продукты очень тонко измельчаются – до внутриклеточного уровня, чего невозможно достичь другими известными способами. В результате изменяется структура вещества. Обработка соевого зерна в РИД-2 при температуре не выше 70 градусов позволяет разрушать антипитательные вещества, не вызывая при этом денатурацию белка и сохраняя витамины, аминокислоты, лизин, увеличивая их доступность в организме животного. Следует отметить, что авторы [31,32] отмечают улучшение качества обработки сои с использование РИД-2, однако это утверждение вызывает сомнения, так как результаты исследования конкретных показателей по удалению антипитательных веществ в сое не приводятся, а многочисленными авторами доказано, что температура обрабатываемой сои должна быть 110-140 градусов [19-37].
Теоретический анализ способов передачи теплоты в системе энергообеспечения процесса термической обработки сои при комбинированном ее нагреве
Результаты расчетов и экспериментальных исследований показали, что при двухстороннем нагреве сои температура в центре зерна при температуре на его поверхности 110-130 С несущественно отличается от поверхностной температуры, то есть вся масса зерна (в том числе и в центре) прогревается равномерно. Даже при 105 С внутренняя часть зерна нагревается до 95 С и если сою с такой температурой темперировать в течение 15 минут, то уровень уреазы не превысит норму. [92-97]
Таким образом, применение двухстороннего нагрева сои позволяет применить щадящий режим ее термической обработки с равномерным прогревом наружной и внутренней частей зерна, что позволяет удалять антипитательные вещества при сохранении высокого качества обработанного зерна сои. Кроме того, двухсторонний нагрев позволяет сократить время термической обработки и как следствие этого – повысить производительность установки и уменьшить расход электроэнергии.
При одностороннем инфракрасном нагреве важно рассмотреть уровень температуры на обогреваемой и необогреваемой поверхности. Как показали опыты (таблица 2.1) разница температуры между обогреваемой и необогреваемой поверхностью достигает 46-52 С . Неравномерный прогрев внутренней части зерна с температурой необогреваемой поверхности 74-90 С не позволит снизить уровень уреазы до нормируемых значений. В данном случае снизить уровень уреазы возможно лишь повышением температуры и увеличением времени нагрева зерна. [25-28,98-100] Однако это связано с ухудшением качества обработанной сои и как следствие – снижением ее потребительских свойств. Кроме того односторонний нагрев увеличивает время нагрева до заданной температуры и как следствие этого – снижает производительность установки и увеличивает расход электроэнергии. 2.2. Теоретический анализ способов передачи теплоты в системе энергообеспечения процесса термической обработки сои при комбинированном ее нагреве.
Комбинированная система энергообеспечения обеспечивает двухсторонний нагрев зерна сои: сверху – от ИК-источников, снизу – от электронагревательной поверхности прямоугольного лотка транспортирующего устройства. [63-91] Этот процесс теплопереноса сложный, включает перенос теплоты конвекцией от ИК-источника и от электронагревательной поверхности (ЭНП), перенос теплопроводностью от ЭНП, перенос энергии излучением, поглощением, отражением и т.д. Рассмотрим эти вопросы более подробно.
Конвекция – процесс переноса теплоты при перемещении объемов газа или жидкости из области с одной температурой в область с другой температурой (естественная или принудительная – вентилятором, насосом).
Тепловое излучение – процесс распространения теплоты с помощью электромагнитных волн, обусловленный только температурой и оптическими свойствами излучающего тела; при этом внутренняя энергия тела (среды) переходит в энергию излучения.
Теплопроводность представляет собой молекулярный перенос теплоты в телах (или между ними), обусловленный переменностью температуры в рассматриваемом пространстве. Теплопроводность в чистом виде большей частью имеет место лишь в твердых телах.
Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью. Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.
В общем случае суммарный тепловой поток системы энергетического обеспечения процесса термической обработки сои с комбинированным нагревом описывается уравнением Q=Qк+Qл+Qтпэл, (2.9) где Q – суммарный тепловой поток, Вт; Qк – тепловой поток конвективного теплопереноса, Вт; Qл – тепловой поток лучеиспусканием, Вт; Qтпэл – тепловой поток теплопроводностью от электронагревательной поверхности, Вт. Конвективный тепловой поток включает две составляющие: Qк=Qкэл+Qкик, (2.10) где Qкэл – конвективный тепловой поток от электронагревательной поверхности, Вт; Qкик – конвективный тепловой поток от отражателей ИК-источников, Вт. Тепловые потоки излучением: Qл=Qлик+Qлэл, (2.11) где Qлик – лучистый тепловой поток от ИК-источника, Вт; Qлэл – лучистый тепловой поток от электронагревательной поверхности, Вт. Тогда тепловые потоки действующие на сою сверху и снизу: б=бкик+блик+(?тпэл+С?кэл+С?лэл (2-12)
Согласно закона Ньютона-Рихмана количества теплоты, отдаваемой при конвективном теплообмене единицей поверхности тела в единицу времени, пропорционально разности температур поверхности тела и окружающей среды [98] Чк=( к ( н_ о), (2-13) где qK - плотность теплового потока (удельный тепловой поток), Вт/м ; ак - коэффициент теплоотдачи, Вт/м -С; tK - температура нагретой поверхности тела, С; t0 - температура окружающего воздуха в рабочей зоне нагрева, С.
При естественной (не принудительной) конвекции величину ак можно определить по формуле [99] ак =ai/At, (2-14) где а - опытный коэффициент: для горизонтальной поверхности, обращенной вверх зв=3,3, а для обращенной вниз ан=\,3. Применительно к рабочей зоне электронагрева сои снизу горизонтальной поверхностью, обращенной вверх, является поверхность электронагревательного устройства, а поверхностью обращенной вниз -поверхность отражателя ИК-источника. С учетом численных значений аъ и ан коэффициент теплоотдачи, определенный по формуле (2.14) равен: ав=10,2 и ан=4,5 Вт/м -с.
По данным опытов температура электронагревательной поверхности составляет Эн=250 С, температуры окружающей среды и поверхности сои в начале разогрева t = 20 С, в конце нагрева - 120 С Плотность теплового потока от электронагревательной поверхности при конвекции в начале нагрева
Совершенствование вибрационного транспортера применительно к системе энергообеспечения с комбинированным нагревом
В разделе 1 указывается, что существенное влияние на снижение активности уреазы оказывает конечная температура нагрева, то есть при низкой температуре (щадящий режим) сохраняются витамины, аминокислоты и др., но активность уреазы не снижаются до нормативного уровня, что снижает питательную ценность кормов. Нагрев сои до высокой температуры снижает уреазу до нормы, но «жесткий» режим нагрева приводит к снижению витаминов и качества протеина.
В этой связи нами решалась задача: при какой минимально допустимой температуре снизить уровень уреазы до нормы.
Из графика рисунок 4.11 следует, что нагрев сои достаточно доводить до 130 С, при этой температуре активность уреазы не превышает нормы (0,2 pH). При нагреве свыше 140 С, уровень уреазы почти полностью удаляется, но такой «жесткий» режим снижает качество термически
Зависимость активности уреазы от температуры зерна после обработки По данным результатов исследований различных авторов [92-95,107-113]перед началом термической обработки сои ее необходимо увлажнять до значения, при котором в результате обработки зерна уровень уреазы снижается до нормативного показателя. Это связано с тем, что при низкой влажности теплопроводность и теплоемкость сои минимальные и следовательно при нагреве ее поверхностный слой пригорает, а внутренний оказывается недогретым, то есть при низкой влажности нельзя достигнуть положительных результатов. Для уточнения исходной влажности (влажность, при которой целесообразно начинать нагрев зерна) были проведены исследования, результаты которых (рисунок 4.12) показали, что исходная влажность должна быть 18-19%. При этой начальной влажности в результате термической обработки сои уровень уреазы не превышает нормируемых значений (0,2-0,3pH). ц І 1-и0,5 0 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 влажность 12 ,% 13 14 15 16 17 18 19 20 Рисунок 4.12. Динамика снижения уровня активности уреазы при увеличении начальной влажности
Следует отметить, что опыты проведены на макетном образце с мощностью нагревательного устройства 1,9кВт, температуру нагрева при этом доводили до 130 С, а время темперирования составляло 15 минут. Из этого же рисунка следует, что при исходной влажности от 1 до 10% термическая обработка его почти не приводит к снижению активности уреазы. Это указывает на то, что величина исходной влажности – значимый показатель.
Чтобы определить время увлажнения зерна до исходной влажности исследована динамика влагонасыщения различных сортов сои (рисунок 4.13). Рисунок 4.13 Динамика влагонасыщения семян сои различных сортов при замачивании в воде.
Из графика (рисунок 4.13) следует, что скорость влагонасыщения у различных сортов сои разная. Так например, для сорта «Припять» время увлажнения от 0 до исходной влажности (18%) составляет 7 минут, а для сорта «Ланцетная» - 60 минут. Следует отметить, что различная интенсивность увлажнения различных сортов сои обусловлена разным содержанием крахмала в зерне сои. Установлено так же, что при продолжительности замачивания более 60 минут зерно размокает, увлажнение практически прекращается.
В разделе 2 и 5 показано, что интервал времени разогрева (время нахождения сои в рабочей зоне) до заданной температуры напрямую влияет на производительность установки и потери электроэнергии, то есть чем меньше время, тем больше производительность. Однако излишнее стремление к достижению минимального времени разогрева до заданной температуры может привести к тому, что зерно за счет увеличения мощности нагреется быстро, но активность уреазы при этом не снизится до нормируемого значения.
Исследования показали, что у сорта «Соер-5» время разогрева сои до заданной температуры несколько ниже, чем у «Припяти»: при комбинированном нагреве 50сек., при ИК-нагреве – 70 сек (рисунок 4.14).
До 2003-2005гг. у ученых на основании результатов исследований [1-6] сложилось убеждение, что нагрев сои должен продолжаться не менее 3-5 минут. Однако Стребковым В.Б. и другими учеными [105,107,110-117] в технологический процесс обработки сои внесли новшество: после нагрева сои до заданной температуры (130-140С) она без разрыва во времени сразу поступает в термоизолированную емкость и выдерживается там 10-15 минут. Этот процесс назван темперированием. За счет темперирования при средней температуре 85-90С происходит снижение уровня уреазы до нормативного показателя. Такая обработка сои позволяет резко сократить время пребывания сои в рабочей зоне нагрева (жесткий режим) и использовать более щадящий режим (85-90 С) за счет темперирования без воздействия в этот период на поверхность зерна сои теплоты от нагревательных источников.
Для выявления взаимного влияния различных факторов на интенсивность снижения уровня уреазы проведен многофакторный эксперимент. В качестве критерия оптимизации принят минимальный уровень активности уреазы. Методика проведения многофакторного эксперимента приведена в разделе 3.
Анализ результатов исследования режимных параметров системы энергообеспечения с комбинированным нагревом сои
Как видно на рисунке 4.21, ИДП достигает оптимального значения 22,8 % после 90 секунд нагревания с последующим повышением этого показателя до 39,4 % после 100 секунд. То есть, по динамике уровня ИДП в этом варианте опыта после 100 секунд обработки появляются признаки перегрева обрабатываемой сои. В то же время, самый низкий показатель АУ 0,66 рН в сое данного варианта опыта отмечался после 100 секунд обработки (при этом оптимальный уровень по данному тестовому показателю не был достигнут в рамках изучаемого режима обработки). Приведенные данные свидетельствуют о том, что в варианте ИК – облучения сверху в заданном режиме опыта не была достигнута равномерность прогревания сои по всей толщине зернового слоя. А, следовательно, в данном случае сделать заключение о достаточности гидротермической обработки лишь по одному тестовому показателю ИДП не представляется возможным.
Таким образом, исследования показали, что: – гидротермическая обработка сои сорта «Припять влажностью 21 – 22% с использованием только ИК – облучения, мощностью 1,9 кВт, сверху на протяжении 100 секунд позволила снизить АУ до значения 0,66 рН, что свидетельствует о недогреве обрабатываемого материала. При этом оптимальный уровень ИДП в размере 22,8 % отмечался в сое данного варианта после 90 секунд нагревания, а через 100 сек облучения, наблюдалось увеличение ИДП до 39,4 %, что свидетельствовать о наличии чрезмерно жесткого теплового воздействия. Таким образом, вероятно, данный способ и режим обработки не позволили равномерно прогреть слой сои по всей толщине. – гидротермическая обработка сои сорта «Припять», увлажненной до 21-22%, с использованием комбинированного способа подачи тепла (сверху - с ИК – излучателя в размере 1,5 кВт и снизу - с электронагревателя (ТЭН) в размере 0,4 кВт одновременно) в течение 80 секунд позволила снизить АУ до уровня 0,1 рН, а ИДП - до 18,57 % . Таким образом, данный режим обработки сои был оптимальным и достаточным для инактивации антипитательных факторов и сохранения питательной ценности протеина в полученном корме. – оптимального результата гидротермической обработки с использованием для разогрева ИК – облучения при равных прочих условиях не было получено и через 100 секунд воздействия. Следовательно, комбинированный способ подачи тепла был более экономически эффективным, чем ИК – облучение при гидротермической обработке полножирной сои сорта «Припять» при влажности 18 – 20%.
Проведены экспериментальные исследования по нахождению оптимальных параметров вибрационного транспортера, удовлетворяющих условиям обработки зерна сои. Результаты приведены в Приложении 16, таблицы 16.1, 16.2. Анализ результатов экспериментальных исследований позволил определить оптимальные параметры вибрационного транспортера, которые подтверждают результаты теоретических исследований. Также выявлено, что угол наклона транспортера более 116 вызывает неконтролируемое самопроизвольное скатывание зерна по транспортеру. Угол наклона менее 116 не дает возможности регулирования скорости движения потока зерна. Параметры вибрационного транспортера: амплитуда колебаний – 7мм, частота колебаний 623мин-1, угол наклона рабочей поверхности – 116 Выводы:
1. Результатами экспериментальных исследований доказано, что при комбинированном нагреве зерна сои для удаления вреднодействующих веществ, зерно в рабочей зоне необходимо нагревать до температуры 130С. Это требуется для обеспечения температуры после темперирования не ниже 90-95С и снижения уровня активности уреазы до нормируемых значений 0,2-0,3pH.
2. В результате многофакторного эксперимента по исследованию энергетических параметров системы энергообеспечения с комбинированным нагревом зерна сои получено уравнение, описывающее взаимное влияние удельных плотностей тепловых потоков на продолжительность разогрева до заданной температуры. Установлено, что минимальная продолжительность разогрева достигается при соотношении удельных тепловых потоков: 70% -ИК-источники сверху, 30% - электронагревательная поверхность снизу.
3. Многофакторным экспериментом по исследованию режимных параметров термической обработки зерна сои с применением системы энергообеспечения с комбинированным нагревом установлены рациональные параметры обработки сои для удаления вреднодействующих веществ: исходная влажность зерна сои – 18-20%, продолжительность комбинированного нагрева – 70 секунд, продолжительность темперирования – 15 минут.
4. Установлено, что для обеспечения требуемой скорости движения зерна сои и качества его обработки должны быть следующие параметры вибрационного транспортера: амплитуда колебаний – 7мм, частота колебаний 623мин-1, угол наклона рабочей поверхности – 116.