Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одним из направлений использования вторичного сырья в пищевой и перерабатывающей промышленности является производство кормов для скота и птицы. При этом достигается значительная экономия первичного сырья за счет использования вторичного, в том числе пшеницы, фуражного зерна, кормовой свеклы и др. Помимо получения ценных кормов биологического происхождения переработка вторичного сырья имеет еще и экологический аспект, поскольку снижается антропогенная нагрузка на окружающую среду за счет уменьшения массы производственных отходов предприятий.
Переработка вторичного сырья предполагает получение биологически ценного, безопасного и стойкого при хранении корма. Отходами перерабатывающей промышленности являются субстраты, которые служат сырьем для приготовления биопрепаратов. Такие препараты могут применяться для нормализации симбиотической кишечной микрофлоры, являющейся естественным барьером для проникновения патогенов в организм животных. Кроме того, они играют роль иммуномодулятора, вырабатывая собственные анабиотические вещества и стимулируя работу защитных средств организма.
В настоящее время субстраты поступают на биофабрики от сельхозтоваропроизводителей, которые не уделяют надлежащего внимания их хранению, поэтому на субстратах начинает развиваться патогенная микрофлора (различные плесневые грибы и микроорганизмы). Поэтому перед приготовлением биопрепаратов необходимо проводить стерилизацию субстратов с целью угнетения патогенной микрофлоры, которая пагубно влияет на развитие полезной биомассы.
Стерилизация субстратов - долгий и трудоемкий процесс, требующий больших затрат тепловой и электрической энергии, так как он осуществляется с использованием пара, получаемого в электропарогенераторе. При термической обработке значительно увеличивается влажность субстратов, а следо-
вательно, необходимо производить их сушку, что также требует дополнительных энергетических затрат.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что разработка электротехнологии для стерилизации растительных субстратов является актуальной темой научного исследования.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР Кубанского ГАУ по госбюджетной теме «Теоретическое обоснование и практическая реализация энергосберегающего оборудования, электротехнологий и систем автономного электро- и теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей с использованием ВИЭ» на 2011-2015гг. (№ ГРО 1.2011.53641).
Научная гипотеза - использовать озоновоздушную обработку для стерилизации растительных субстратов кормопродуктов можно, если определить параметры озонирования и разработать конструкцию электроозонатора, удовлетворяющую технологическим параметрам стерилизации.
Цель работы - определение эффективных параметров электроозонирования субстратов кормопродуктов для их стерилизации и разработка соответствующей конструкции электроозонатора.
Задачи исследования:
-
Разработать функциональную схему стерилизации субстратов с помощью озоновоздушной смеси.
-
Определить параметры озоновоздушной обработки субстратов с целью их стерилизации.
-
Построить математические модели влияния озона на микрофлору и плесневые грибы на поверхности субстрата.
-
Предложить новое конструктивное решение и режимы работы электроозонатора, позволяющие сократить нагрев диэлектрических пластин разрядного блока.
-
Экспериментально подтвердить полученные теоретические данные.
-
Произвести технико-экономическое обоснование применения озонирования для стерилизации субстратов.
Объектом исследования является процесс стерилизации растительных субстратов, а также электроозонатор барьерного типа.
Предмет исследования - закономерности режимов и параметров электроозонирования при стерилизации субстратов; динамические характеристики электроозонатора.
Методы исследований. В работе использованы основные положения электротехники, теория электрического разряда, методика планирования многофакторного эксперимента, методы теории вероятностей и математической статистики, программное обеспечение STATISTICA 6.0, MathCAD Professional 11.
Научную новизну работы составляют:
1. Функциональная схема технологического процесса стерилизации
субстратов с применением озоновоздушной смеси.
-
Математическая модель влияния параметров озонирования на обсе-мененность субстратов кормопродуктов патогенной микрофлорой и плесневыми грибами, позволяющая определить оптимальные концентрации озоновоздушной смеси и время ее воздействия.
-
Алгоритм для автоматизированного управления процесса стерилизации растительных субстратов с использованием озоновоздушной смеси.
-
Двухэлементная тепловая модель электроозонатора, позволяющая оценить степень влияния энергии лучистого теплообмена на нагрев диэлектрических пластин.
Практическую значимость работы составляют:
технологическая схема озоновоздушной стерилизации субстратов;
оптимальные режимы и параметры озонирования растительных субстратов, снижающие количество микроорганизмов и плесневых грибов;
- конструкция озонатора, позволяющая снизить влияние лучистого
теплообмена, что приведет к снижению нагрева диэлектрических пластин;
алгоритм автоматического управления технологического процесса стерилизации растительных субстратов с использованием озоновоздушной смеси, что позволит упростить создание программы для контроллера;
номограмма для определения размеров газоразрядного устройства электроозонатора по количеству микрофлоры на поверхности субстрата.
На защиту выносятся следующие основные положения:
функциональная схема технологического процесса стерилизации субстратов с применением озоновоздушной смеси;
математическая модель влияния параметров озонирования на обсеме-ненность субстратов кормопродуктов патогенной микрофлорой и плесневыми грибами, позволяющая определить оптимальные концентрации озоновоздушной смеси и время ее воздействия;
алгоритм для автоматизированного управления процесса стерилизации растительных субстратов с использованием озоновоздушной смеси;
двухэлементная тепловая модель электроозонатора позволяющая оценить степень влияния энергии лучистого теплообмена на нагрев диэлектрических пластин;
конструкция озонатора позволяющая снизить влияние лучистого теплообмена на нагрев диэлектрических пластин газоразрядного блока;
номограмма для определения размеров газоразрядного устройства
электроозонатора по количеству микрофлоры на поверхности субстрата.
Реализация результатов исследования. Разработанный электроозонатор используется для дезинфекции фуражного зерна при помощи озоновоздушной смеси в ООО «Зонд» Староминского района Краснодарского края и хозяйстве индивидуального предпринимателя Горяевой Е.С.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:
- 4-й, 5-й и 6-й Всероссийских научно-практических конференциях мо
лодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса»
(г. Краснодар, 2010-2012 гг.);
Международном промышленно-техническом форуме «Технофорум» (г. Волгоград, 2010 г.);
II туре Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства России, номинация «Технические науки» (г. Зерноград, 2011г.);
- 3-й и 4-й Международных научно-практических конференциях
«Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному
на знаниях» (г. Москва, 2011-2012 гг.).
В 2010 году на 4-й Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение АПК» автором получен диплом 2-й степени.
В 2011 году на 3-й Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» автором получен диплом конкурса научных разработок.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 19 научных работах, в том числе 3 статьи - в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Общий объем опубликованных работ составляет 5 п. л., из них на долю автора приходится 2,6 п. л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 117 наименований, в том числе 6 - на иностранном языке, и приложения. Диссертация изложена на 122 страницах машинописного текста, включает 37 рисунков и 23 таблицы.
