Научное обоснование технологии комплексной переработки красного клевера в кормопроизводстве Коротаева Алиса Александровна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Современное состояние теории, техники и технологии как системы процессов при получениибелковых концентратов 10

1.1 Поиск новых видов сырья для повышения качества комбикормов. Растения семейства бобовых в кормопроизводстве 10

1.2 Эффективность использования продуктов переработки протеинсодержащих растений в кормопроизводстве 13

1.3 Анализ технологий получения белковых концентратов из растительного сырья 17

1.4 Особенности конструкций ультрафильтрационных аппаратов и тенденции их совершенствования 22

1.5 Кинетические, тепло- и массообменные закономерности процесса распылительной сушки суспензий из сырья растительного происхождения 36

1.6 Цель и задачи исследования 47

ГЛАВА 2 Объекты и методы исследований 50

2.1 Объекты исследований 50

2.2 Методы исследований 50

ГЛАВА 3 Исследование процесса сушки травяного жома перегретым паром атмосферного давления методами планирования эксперимента

3.1 Экспериментальная установка для сушки жома красного клевера 59

3.2 Кинетика сушки жома вегетативной массы растений

3.3 Расчет продолжительности процесса сушки травяного жома перегретым паром 66

3.4 Поиск рациональных режимов процесса сушки жома красного клевера перегретым паром в кипящем слое методами планирования эксперимента

3.4.1 Обоснование выбора факторов входной и выходной информации 70

3.4.2 Получение уравнений регрессии и проверка их на адекватность 72

3.4.3 Многокритериальная оптимизация процесса сушки и обоснование рациональных режимов в области допустимых технологических свойств продукта 74

ГЛАВА 4 Разработка математической модели процесса распылительной сушки суспензии вегетативной массы растений 83

4.1 Экспериментальная распылительная сушилка для получения порошкообразного протеинового концентрата (ПЗК) 83

4.2 Физико-математическое моделирование процесса распылительной сушки суспензии вегетативной массы растений ...

4.2.1 Аналитическое описание процесса сушки в период постоянной скорости 85

4.2.2 Аналитическое описание процесса сушки в период убывающей скорости сушки 92

ГЛАВА 5 Разработка ресурсосберегающего способа комплексной переработки листостебельной массы красного клевера в кормопроизводстве 99

5.1 Аппаратурно-технологическое оформление способа комплексной переработки протеинсодержащих зеленых растений 99

5.2 Разработка вертикального мембранного аппарата 104

5.3 Способ управления технологическими параметрами комплексной переработки вегетативной массы зеленных растений

5.4 Комплексный анализ показателей качества продуктов переработки красного клевера 117

5.5 Эксергетический анализ технологии комплексной переработки протеинсодержащих зеленых растений 125

5.6 Физико-химический контроль и анализ показателей качества ПЗК при хранении 133

ГЛАВА 6 Эффективность использования продуктов переработки протеинсодержащих растений в кормопроизводстве 136

6.1 Разработка способа ввода ПЗК и травяного жома в состав комбикормов 136

6.2 Обоснование рецептурного состава полнорационных комбикормов с использованием продуктов комплексной переработки красного клевера 138

Заключение 144

Список литературы

• Эффективность использования продуктов переработки протеинсодержащих растений в кормопроизводстве
• Кинетика сушки жома вегетативной массы растений
• Физико-математическое моделирование процесса распылительной сушки суспензии вегетативной массы растений
• Комплексный анализ показателей качества продуктов переработки красного клевера

Введение к работе

Актуальность темы исследования. В соответствии с национальным проектом «Развитие агропромышленного комплекса на 2013–2020 годы» важной задачей является повышение конкурентоспособности российской сельскохозяйственной продукции через техническую и технологическую модернизацию производства. Перед перерабатывающими отраслями АПК стоят важнейшие задачи, связанные с увеличением объема производства продуктов животноводства, повышением экономической эффективности.

Качество комбикорма, его полноценность – это основная проблема современного животноводства. Поскольку основу комбикормов составляют пшеница и кукуруза, отрасль периодически сталкивается с проблемой роста цен на зерновые. Поэтому актуальной является разработка новых рецептур с увеличением доли незерновых компонентов. Из нетрадиционных источников сырья получают экологически безопасные кормовые продукты и пищевые вещества, обладающие высокой биологической ценностью. Среди таких сырьевых источников особое место занимают протеинсодержащие зеленые растения.

Протеиновый зеленый концентрат (ПЗК), получаемый из листостебельной массы растений, отличается высоким содержанием витаминов, растительных белков, сбалансированных по аминокислотному составу, микроэлементов, биологически активных веществ и т. д. В связи с этим перспективным источником получения ПЗК и травяного жома является вегетативная масса красного клевера. Недостаточное изучение красного клевера как объекта кормопроизводства сдерживает создание его комплексной переработки и разработки в направлении импортозамещающих технологий.

Степень разработанности темы.

Основными энергоемкими процессами в технологии переработки протеин-содержащих зеленых растений являются мембранное разделение сока растений, концентрирование сока при подготовке к распылительной сушке и сушка травяного жома. Теоретические основы данных процессов и их аппаратурное оформление отражены в работах А.В. Лыкова, А.С. Гинзбурга, Б.И. Леончика, И.Т. Кретова, В.И. Муштаева, Д.Г. Пажи, М.Ю. Лурье, А.Н. Острикова и др., а также зарубежных ученых – У. Маршалла, М. Межеричера, Р. Робинсона и др.

Цель диссертационной работы – разработка научно обоснованной ресурсосберегающей технологии комплексной переработки красного клевера для получения протеинового зеленого концентрата и травяного жома.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи.

1. Исследование кинетических закономерностей процесса сушки травяного жома листостебельной массы красного клевера в среде перегретого пара.

2. Определение рациональных технологических режимов сушки травяного жома методами планирования эксперимента.

3. Разработка математической модели процесса распылительной сушки концентрированного зеленого сока красного клевера после процесса ультрафильтрации.

4. Разработка технологии комплексной переработки вегетативной массы красного клевера.

5. Разработка способа управления технологическими параметрами линии комплексной переработки вегетативной массы растений.

6. Комплексный анализ качества ПЗК и травяного жома. Изучение динамики изменения показателей качества ПЗК при хранении.

7. Разработка рецептур полнорационных комбикормов с добавлением ПЗК и сухого травяного жома красного клевера.

8. Промышленная апробация, эксергетический анализ и технико-экономическая оценка предлагаемой технологии комплексной переработки листостебельной массы красного клевера.

Научная новизна.

Научно обоснована возможность использования вегетативной массы красного клевера при производстве протеинового зеленого концентрата. Установлены кинетические закономерности сушки жома вегетативной массы красного клевера. Разработана статистическая модель процесса сушки жома красного клевера перегретым паром в кипящем слое и решена задача многокритериальной оптимизации при получении рациональных параметров процесса в области допустимых технологических свойств высушенного продукта. Решена математическая модель процесса распылительной сушки суспензии вегетативной массы растений, позволяющая определять изменение влажности (концентрации СВ) и температуры по радиусу капли в процессе распылительной сушки концентрата ПЗК.

Научная новизна предложенных технических решений подтверждена 3 патентами РФ и свидетельством РОСПАТЕНТА о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Практическая значимость. Разработана энергоэффективная технология комплексной переработки протеинсодержащих зеленых растений (пат. РФ № 2528027).

Определены рациональные интервалы изменения параметров процесса сушки жома красного клевера перегретым паром в кипящем слое: температура перегретого пара на входе в камеру Тп = 400-413 К; скорость перегретого пара Ц_п = 1,8-2 м/с; удельная нагрузка на решетку q = 5-7,5 кг/м²; начальная влажность материала со = 65-70 %.

Получено свидетельство РОСПАТЕНТА о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2015619721 «Расчет процесса распылительной сушки суспензии вегетативной массы растений» и составлен алгоритм управления технологическими параметрами комплексной переработки вегетативной массы зеленых растений (патент РФ № 2603899). Разработана конструкция вертикального мембранного аппарата для сгущения зеленого сока при получении ПЗК (патент РФ № 2558894).

Комплексный анализ качества продуктов переработки красного клевера свидетельствует о преимуществе предлагаемой технологии. Определены условия хранения ПЗК: температура окружающего воздуха в помещении - 287-293 К; относительная влажность воздуха до 40 %; исходная влажность ПЗК - 8–Ю %.

Эксергетический анализ способа получения ПЗК и сухого травяного жома показал высокую степень термодинамического совершенства системы, эксергетический КПД составил 9,64 %, что на 3,82 % выше по сравнению с известными технологиями.

Проведены производственные испытания в условиях ОАО «Воронежский экспериментальный комбикормовый завод» и ООО «МИП», 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.

Методология и методы исследования. Методологическая основа исследования включает комплекс общенаучных методов. Базой для исследований является изучение современного состояния теории, технологии и техники получения порошкообразных протеиновых концентратов как системы процессов, в т. ч. совершенствование мембранного разделения и распылительной сушки суспензий вегетативной массы красного клевера. Предложенная научная программа исследований направлена на создание импортозамещающих технологий переработки протеинсодержащих зеленых растений.

Научные положения, выносимые на защиту:

– результаты исследований по эффективному применению ПЗК и сухого травяного жома красного клевера в составе комбикормов;

– экспериментальные и теоретические данные по сушке травяного жома и распылительной сушке суспензии вегетативной массы растений;

– технология получения протеинового зеленого концентрата и сухого травяного жома из красного клевера с максимальной рекуперацией и утилизацией вторичных энергоресурсов и способ управления технологическими параметрами для её реализации;

– конструкция мембранного аппарата для концентрирования зеленого сока.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается: 1) уровнем экспериментальных исследований с использованием современных методов исследований и приборно-измерительной техники; 2) использованием классических законов естественных наук и применением методов математической статистики при обработке экспериментальных данных; 3) воспроизводимостью и адекватностью теоретических и экспериментальных результатов; 4) широкой апробацией результатов в реальном производстве.

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международных, всероссийских научно-практических конференциях и семинарах, республиканских научно-практических конференциях (Воронеж, 2012–2015), (Барнаул, 2014), (Казань, 2014), (Уфа, 2014), (Иваново, 2014), (Краснодар, 2015), (Москва, 2015), отчетных научных конференциях ВГУИТ (Воронеж, 2013–2016), на английском языке (Australia, 2014), (Romania, 2014).

Результаты работы отмечены: благодарственным письмом за участие в конкурсе наукоемких инновационных идей и проектов в области технических наук «Конкурс инноваций» (2012), дипломом лауреата конкурса "Инженерные технологии XXI века" (2013), дипломом II степени за высокий уровень доклада и активное участие в XIII Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии (2014)», дипломами участника выставок «Инновационные технологии в производстве кондитерских, хлебобулочных, макаронных изделий и зернопродуктов» (2013, 2014), дипломом участника финала конкурса по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (У.М.Н.И.К., 2015), дипломом лауреата премии правительства Воронежской области среди молодых ученых (2015).

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Работа соответствует п.п. 1, 2, 3, 4 паспорта специальности 05.18.12 – «Процессы и аппараты пищевых производств» и п.п. 3, 4, 7, 9 специальности 05.18.01 – «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства»

Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 работ, в том числе

5 статей в журналах рекомендованных ВАК, 8 статей в различных изданиях,
3 патента РФ на изобретения, 1 свидетельство РОСПАТЕНТА о государственной
регистрации программы на ЭВМ, 20 тезисов докладов в материалах и сборниках
научных конференций

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,

Эффективность использования продуктов переработки протеинсодержащих растений в кормопроизводстве

Исследование форм связи влаги зеленого сока методом термического анализа. Технологические режимы распылительной сушки зеленого сока зависят от количества в нем воды. Для наиболее результативного осуществления процесса сушки зеленого сока нужно знать характер связи влаги и участки, где осуществляется преобразование веществ при повышении температуры.

В процессе реализации технологические режимов происходят изменения углеводов, витаминов органических кислот, а также денатурация белка и окисление липидов [97].

Исследования проведены на приборе синхронного термического анализа модели STA 449 F3 Jupiter с держателем образца (ДСК/ТГ) типа S в алюминиевом тигле с проколотой крышкой (пустой алюминиевый тигель с проколотой крышкой использовался как эталон), измерения проводились в среде азота класса 5,0.

В качестве объекта исследования использовали концентрированный зеленый сок красного клевера с содержанием сухих веществ 35 %. Масса навески зеленого сока 10,2039 мг. Для обработки полученных кривых использовалось программное обеспечение: NETZSCH Proteus и Microsoft Excel.

Термоаналитические кривые, применяемые с целью количественной обработки методом неизотермической кинетики, в тоже время регистрируют изменения массы образца (ТГ, %), скорость изменения массы (ДТГ, %/мин), изменения теплового потока (ДСК, мВт/мг), скорость изменения теплового потока (dДСК, мВт/мг/мин) (рисунок 2.1).

В ходе нагрева происходит уменьшение массы образца (кривая ТГ) в пределах 303– 418 K, что вязано с потерей влаги. На кривой (ДСК) наблюдается значительный эндотермический пик при температуре 365,6 K (таблица 2.1), который соответствует наибольшей скорости дегидратации продуктов и сопутствует интенсивной потерей массы образца и кроме того связан с преобразованием веществ зеленого сока и существенным выделением газообразных фракций.

Кинетические характеристики процесса Зеленый сок Температура начала эндотермического процесса, K 340,8 Температура пика эндотермического процесса, K 365,6 Температура окончания эндотермического процесса, K 371,4 Для исследования закономерностей теплового воздействия на зеленый сок был использован метод оценки термогравиметрических кривых в котором участок кривой изменения массы (ТГ) (рисунок 2.1), соответствующий процессу дегидратации, преобразуется в зависимость степени превращения вещества а от температуры Т. На кривой ТГ, определяют изменение массы Am, при определенных значениях температуры, соответствующее количеству испарившейся влаги при температуре т..

Полученная кривая степени превращения вещества а от температуры Т (рисунок 2.2) имеет вид, отражающий сложный характер отношения жидкости и сухих веществ в концентрированном зеленом соке.

Проанализировав полученные данные можно установить три периода испарения влаги и преобразования сухих веществ при тепловой обработке на концентрированный зеленый сок, а также определить температурные диапазоны, которые соответствуют испарению влаги с различной энергией и формой связи. Методики определения химического состава и теплофизических характеристик продуктов комплексной переработки красного клевера.

Теплофизические характеристики обрабатываемого материала дают понимание механизма тепло- и массообмена переноса и влияют на выбор способа сушки. к числу теплофизических характеристик относят удельную теплоемкость с,Дж1(кг-K), коэффициент теплопроводности Я,Вт/(м-K), коэффициент температуропроводности а,м21 с.

При нахождении теплофизических характеристик применен метод нестационарного теплового режима [98], основанный на решении задачи теплопроводности для начальной стадии процесса, а именно метод двух температурно-временных точек, предложенный В.С. Волькенштейн [99].

Измерительная установка Cossfield RT-1394H для определения теплофизических характеристик материала при сдвиговом течении выполнена в соответствии со схемой, представленной на рисунке 2.3.

Определение теплофизических характеристик материала и его плотности предусматривает два этапа.

Функциональная схема измерительной установки: 1- измерительное устройство; 2 - жидкостный термостат; 3 - электродвигатель постоянного тока; 4 - усилитель мощности У-13Н; 5 - преобразователь угловой скорости вращения внешнего цилиндра; 6 - виброчастотный преобразователь силы; 7 - трос; 8 - рычажная система; 9 - усилитель; 10 - выпрямитель; 11 - блок питания; 12 - персональный компьютер, оснащенный многофункциональной платой сбора данных PCШПО - 16Е -1 При определении плотности исследуемого образца должно выполняться условие: i=k Yjv-p-hf mm (2-2) 2=1

Исследования химического, минерального и витаминного состава образцов красного клевера проведены с использованием высокоэффективного жидкостного хроматографа HP3900MXL, оснащенного изократическим насосом, устройством для введения образца и спектрофотометрическим детектором (колонки: HypesilODS 200 2,1 мм; размер частиц 5 мкм; Нр-1пполах; 30 мх0,25 мкм), а также газового хроматографа, оснащенного пламенно-ионизационным детектором и системой электронного регулирования давления HP 3000 CR и Капель 105.

Кинетика сушки жома вегетативной массы растений

Коэффициенты Кг и К2 зависят от рода материала и его свойств, а также от режима и метода сушки. Влияние режима на данные коэффициенты может быть выражено величиной 7V7 - максимальной скоростью в первый период сушки при данном режиме. Это возможно потому, что Niявляется обобщенной величиной, в которой отражено влияние всех параметров, воздействующих на скорость сушки данного материала, и что очень существенно, это влияние распространяется на весь второй период сушки [112]:

Расчеты, проведенные по уравнениям (3.9), (3.10), подтвердили, что величины 1 и 2 для жома, высушенного перегретым паром в виброкипящем слое, можно считать независящими от режима сушки. Входящая в уравнения (3.5), (3.6) и (3.9), (3.10) величина Wср представляет собой равновесную влажность жома. Из литературных источников [61, 113] известно, что если температура сушильного агента равна 100 С и более, то Wс практически равна нулю.

Общая продолжительность процесса сушки тоб состоит из продолжительности сушки в первом периоде т и продолжительности сушки в 1-й г1 и 2-й Г2 частях второго периода. Длительность периода прогрева учитывать не будем исходя из того, что он на кривых сушки жома в развитом виброкипящем состоянии не наблюдается.

Разрешив уравнения (3.5), (3.6) относительно г и воспользовавшись выражением (3.2), получим уравнение для расчета общей продолжительности процесса: Значения относительных коэффициентов сушки и критических влажностей жома при его различной начальной влажности НачальнаявлажностьжомаWHC, % Относительный коэффициент XI Относительный коэффициент Х2 Перваякритическаявлажность жома Втораякритическаявлажность жомаW p2, % 200 0,0052 0,0033 50 34 300 0,0023 0,0022 38,5 30 400 0,0017 0,0014 32 25 Формула (3.11.) справедлива при изменении режимных параметров процесса сушки в следующих интервалах: Т„ = 393 - 423 К; v„ = 1 - 3 м/с; q = 2,5 - 15 кг/м2, WCH = 200 - 400 %. Среднеквадратичное отклонение расчетных данных, полученных по формуле (3.11), от опытных не превышает 10 %.

Представленный метод расчета продолжительности процесса сушки материалов является классическим, обладающий определенными достоинствами и недостатками.

Данные полученные в результате проведенных исследований могут быть использованы для подбора оптимальных режимных параметров процесса сушки, а также при разработке конструкций сушильных установок и способа управления комплексной переработкой листостебельной массы трав (глава 5 раздел 5.3).

Для исследования взаимодействия различных факторов, влияющих на процесс сушки жома красного клевера перегретым паром в кипящем слое, были применены математические методы планирования эксперимента [114]. Математическое описание данного процесса может быть получено эмпирически. При этом его математическая модель имеет вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе экспериментов. Математическая модель изучаемого процесса представляется в виде полинома второй степени: И ИИ Y = b0+ YJbiXi + %ЬиХ? + TKX1XI , (3.12) 2=1 2=1 i j где bo - свободный член уравнения, равный средней величине отклика при условии, что рассматриваемые факторы находятся на средних, нулевых уровнях; Х- масштабированные значения факторов, которые определяют функцию отклика и поддаются варьированию; by - коэффициенты двухфакторных взаимодействий, показывающие, насколько изменяется степень влияния одного фактора при изменении величины другого; Ьи- коэффициенты квадратичных эффектов, определяющие нелинейность выходного параметра от рассматриваемых факторов; і J - индексы факторов; п - число факторов в матрице планирования.

В качестве основных факторов, влияющих на процесс сушки жома красного клевера, были выбраны: Х\ - температура перегретого пара на входе в камеру, К; Xi - скорость перегретого пара, м/с; Хз - удельная нагрузка на решетку, кг/м2; Хл, - первоначальная влажность материала, %. Все эти факторы совместимы и некоррелируемы между собой. Пределы изменения исследуемых факторов приведены в таблице 3.2. Выбор интервалов изменения факторов обусловлен технологическими условиями процесса сушки жома красного клевера в кипящем слое, возможностью уноса частиц материала из сушильной камеры, а также технико-экономическими показателями процесса.

Физико-математическое моделирование процесса распылительной сушки суспензии вегетативной массы растений

Для исследования взаимодействия различных факторов, влияющих на процесс сушки жома красного клевера перегретым паром в кипящем слое, были применены математические методы планирования эксперимента [114]. Математическое описание данного процесса может быть получено эмпирически. При этом его математическая модель имеет вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе экспериментов. Математическая модель изучаемого процесса представляется в виде полинома второй степени: И ИИ Y = b0+ YJbiXi + %ЬиХ? + TKX1XI , (3.12) 2=1 2=1 i j где bo - свободный член уравнения, равный средней величине отклика при условии, что рассматриваемые факторы находятся на средних, нулевых уровнях; Х- масштабированные значения факторов, которые определяют функцию отклика и поддаются варьированию; by - коэффициенты двухфакторных взаимодействий, показывающие, насколько изменяется степень влияния одного фактора при изменении величины другого; Ьи- коэффициенты квадратичных эффектов, определяющие нелинейность выходного параметра от рассматриваемых факторов; і J - индексы факторов; п - число факторов в матрице планирования.

В качестве основных факторов, влияющих на процесс сушки жома красного клевера, были выбраны: Х\ - температура перегретого пара на входе в камеру, К; Xi - скорость перегретого пара, м/с; Хз - удельная нагрузка на решетку, кг/м2; Хл, - первоначальная влажность материала, %. Все эти факторы совместимы и некоррелируемы между собой.

Пределы изменения исследуемых факторов приведены в таблице 3.2.

Выбор интервалов изменения факторов обусловлен технологическими условиями процесса сушки жома красного клевера в кипящем слое, возможностью уноса частиц материала из сушильной камеры, а также технико-экономическими показателями процесса. Критериями оценки влияния различных факторов на процесс сушки жома красного клевера были выбраны: Yi - удельные энергозатраты процесса сушки, отнесенные на 1 кг испаренной влаги, кВт ч/кг; Y2 - влагонапряжение сушильной камеры, кг/(м3с). Таблица 3.2 – Пределы изменения входных факторов Условия планирования Кодированное значение Значения факторов в точках плана

Выбор критериев оценки Y обусловлен их наибольшей значимостью для процесса сушки жома красного клевера. Так Y1 – удельные энергозатраты на процесс сушки определяют энергоемкость процесса, и является важным показателем в оценке его энергетической эффективности, Y2 – влагонапряжение сушильной камеры определяет производительность процесса сушки и напрямую связана с его скоростью. Программа исследования была заложена в матрицу планирования эксперимента (таблица 3.3).

Для исследования было применено центральное композиционное униформротатабельное планирование и был выбран полный факторный эксперимент 24 .

При обработке результатов эксперимента были применены следующие статические критерии: проверка однородности дисперсий – критерий Кохрена, значимость коэффициентов уравнений регрессии – критерий Стьюдента, адекватность уравнений – критерий Фишера [115, 116]. В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие данный процесс под влиянием исследуемых факторов. Анализ уравнений регрессии (3.13) и (3.14) позволяет выделить факторы, наиболее влияющие на рассматриваемый процесс. На критерии оценки наибольшее влияние оказывает температура перегретого пара на входе в сушильную камеру, наименьшее - скорость перегретого пара. Причем знак плюс перед коэффициентом при линейных членах указывает на то, что при увеличении входного параметра значение выходного параметра увеличивается.

Степень влияния параметров относительно друг друга в уравнении (3.13): Ъ1:Ъ2 = 3,71; Ъ1:Ъ3 = 0,48; Ъ1:Ъ4 = 1,58; b2:b3 = 0,13; b3:b4 = 3,3; b2:b4 = 0,42.

Степень влияния параметров относительно друг друга в уравнении (3.14): Ъ1:Ъ2 =0,72; Ъ1:Ъ3 = 9,7; Ъ1:Ъ4 = 1,12; b2:b3 = 7; b3:b4 = 0,12; 62:64 = 0,89.

Полученные уравнения (3.13) и (3.14) нелинейны. Таким образом в результате выполнения тридцати двух опытов получена информация о влиянии факторов и построена математическая модель процесса, позволяющая рассчитать удельные энергозатраты и влагонапряжение объема сушильной камеры внутри выбранных интервалов варьирования входных факторов.

Многокритериальная оптимизация процесса сушки и обоснование рациональных режимов в области допустимых технологических свойств продукта Задача оптимизации сформулирована следующим образом: найти такие режимы работы сушилки, которые бы в широком диапазоне изменения входных параметров процесса сушки доставляли минимум удельных энергозатрат и максимум влагонапряжения сушильной камеры. Общая математическая постановка задачи оптимизации представлена в виде следующей модели:

Введем предположения, что полученные уравнения регрессии (3.13) и (3.14) описывают некоторые поверхности в многомерном пространстве, а по коэффициентам канонической формы установим, к какому виду тел относятся эти поверхности.

Координаты центра Xis находили из системы уравнений, полученных в результате дифференцирования уравнений регрессии (3.13) и (3.14) по Х1,Х2, Х3, Х4 и приравнивая производные к нулю. Зная координаты центра Xis по уравнениям (3.13) и (3.14), определили соответствующие им значения параметров оптимизации Yis. Результаты вычислений представлены в таблице 3.4.

Комплексный анализ показателей качества продуктов переработки красного клевера

Образовавшийся осадок после фильтрации смешивали с травяным жомом в разрыхлителе 2, а очищенный зеленый сок с содержанием сухих веществ 7–9 % нагревали до температуры 50–55 С в подогревателе 14. Для тонкой очистки подогретый сок насосом 15 направлялся в блок микрофильтрационных модулей 16, в результате образовавшийся осадок подавался в разрыхлитель 2, где его смешивают с травяным жомом. При использовании керамических мембран удаление твердой фракции с фильтрующей поверхности модулей 16 происходило за счет высокой скорости разделяемого потока. В накопительной емкости 17 собирается очищенный фильтрат, куда для увеличения сроков хранения готового продукта (протеинового зеленого концентрата) вводили раствор антиокислителя. Антиокислитель использовался для замедления процесса разрушения питательных и биологически активных веществ, для предотвращения окисления жиров, жирорастворимых витаминов.

Использовали промышленно доступные и эффективные биоантиоксиданты, например, такие как эхинолан - Б1 взятого в количестве 750 г/т, анок в количестве – 125 г/т, агидол кормовой в количестве – 140 - 200 г/т, рэндокс в количестве – 250 - 500 г/т., и т.д. Фильтрат циркуляционным насосом 18 из накопительной емкости 17 подавался в блок ультрафильтрационных модулей 19 с керамическими мембранами, после которых фильтрат возвращался в накопительную емкость 17 и далее в блок ультрафильтрационных модулей 19 с образованием контура рециркуляции до тех пор, пока не было достигнуто содержание сухих веществ 25 –35 % в концентрате.

Мойку и регенерацию микро- и ультрафильтрационных мембран в установках 16 и 19 проводили при помощи CIP-станции, состоящей из емкости 23 для раствора кислоты, емкости 24 для дезинфектора в качестве которого может выступать раствор щелочи и подающего насоса 25. Мойку и регенерацию мембран осуществляли в противотоке. Отработанные растворы собирались в емкостях и использовались повторно в следующих циклах мойки и регенерации. Наиболее быстрый и эффективный результат достигался при использовании сильнощелочных препаратов Сalgonit с концентрацией 0,45 – 1,8 % и кислотное средство Divos с концентрацией 0,5 –1 %, для удаления налёта с мембран. Благодаря специально подобранному составу и большому содержанию поверхностно-активных веществ и хелатов достигались прекрасные чистящие свойства и высокая экономичность в применении.

Образовавшийся в модулях 19 пермеат использовался в технологических целях, а полученный концентрат зеленого сока подавали в распылительную сушилку 20 для сушки атмосферным воздухом, нагретым до температуры 100 – 120 С. После процесса распылительной сушки получали порошкообразный протеиновый зеленый концентрат с влажностью 8–10 %. Использование распылительной сушилки позволяло уменьшить продолжительность процесса сушки, которая составила от 15 – 30 с. При этом температура частиц продукта в сушильной камере практически равнялась температуре испарения чистой влаги. Это связано с тем, что частицы имеют насыщенную поверхность. Сушка проходила практически мгновенно. В сочетании с невысокой температурой диспергируемых частиц продукта это позволило получить высококачественный порошкообразный продукт. Такой метод сушки не вызывает денатурацию белков, окисления и значительных потерь витаминов.

Отработанный воздух после распылительной сушилки 20 направлялся в циклон-очиститель 21 для очистки от мелкодисперсной фракции, которую затем объединяли с порошкообразным протеиновым зеленым концентратом.

После шнекового пресса 1 травяной жом с влажностью 65 –70 % вместе с твердой фазой после фильтра 13 и блока микрофильтрационных модулей 16 и направляли в разрыхлитель 2. Далее травянной жом подают в вибросушилку 3, где осуществляли процесс сушки перегретым паром атмосферного давления с температурой 120–130 С и скоростью 1,5 –2,0 м/с в виброкипящем слое до влажности 10–12 % в сухом травяном жоме.

Отработанный перегретый пар с температурой 103–105 С из вибросушилки 3 направляли сначала в циклон-очиститель 22 на очистку от мелкодисперсной фракции, которую объединяли с сухим травяным жомом, а затем очищенный отработанный перегретый пар переключателем потоков 4 разделялся на два потока. Первый поток в количестве равным количеству испаряемой влаги из травяного жома в вибросушилке 3, подают в подогреватель 14, где за счет теплоты конденсации осуществляли подогрев зеленого сока до температуры 50 – 55 С. Второй поток направляли в пароперегреватель 5 для его перегрева до температуры 120 – 130 С греющим паром, полученным в парогенераторе 8 с температурой 145 –150 С, и далее вентилятором 6 возвращали в вибросушилку 3 с образованием контура рециркуляции. Парогенератор 8 оснащен предохранительным клапаном 9 для предотвращения аварийных ситуаций и редукционным клапаном 7 для регулирования температуры греющего пара на выходе из парогенератора 8.

Образовавшийся конденсат греющего пара с температурой 140 –145 С после пароперегревателя 5 отводился в калорифер 10, где происходил нагрев атмосферного воздуха за счет рекуперативного теплообмена через разделяющую стенку калорифера до температуры 75 –80 C с последующим возвратом при помощи насоса 12 в парогенератор 8 с образованием контура рециркуляции. Подачу атмосферного воздуха в калорифер осуществляли с помощью вентилятора .

Предлагаемая технология комплексной переработки красного клевера по сравнению с известным способом [46] позволила: – получить два высококачественных готовых продукта (протеиновый зеленый концентрат и сухой травяной жом) с сохранением в них полезных веществ при сушке в «щадящих» температурных режимах; – использования контуров рециркуляции по отработанному перегретому пару и конденсату греющего пара позволяет повысить экологичность и энергоэффективность технологии – снижение энергоекости применяемой технологии достигается за счет концентрирования сока с применением микро- и ультрафильтрационных модулей; исключить дополнительные затраты энергии на вакуум-выпарной аппарат вследствие того, что концентрирование сока осуществляется в менее энергоемких микро- и ультрафильтрационных модулях; – ввод антиокислителя в накопительную емкость повышает хранимоспособность ПЗК.