Введение к работе
Актуальность темы исследования. Обеспечение населения России качественным и безопасным продовольствием на основе переработки собственных сырьевых ресурсов является стратегической целью пищевой и перерабатывающей промышленности. Для достижения этой цели необходимо создание новых и совершенствование действующих технологических процессов и оборудования, позволяющих производить продукты, отвечающие современным требованиям.
Стратегией развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 года перед масложировой промышленностью поставлена задача обеспечения российских потребителей качественными растительными маслами и удовлетворения потребности животноводства в высокобелковых жмыхах и шротах. В качестве сдерживающих факторов отмечена низкая оснащенность оборудованием, обеспечивающим улучшение потребительских свойств растительных масел, отсутствие технологии обогащения жмыхов и шротов белком, малая диверсификация сырьевой базы, в том числе необходимость увеличения объемов возделывания и переработки рапса.
Рапс является одной из перспективных масличных культур в общемировом производстве пищевых растительных масел. Биологические особенности рапса позволяют успешно возделывать его в почвенно-климатических условиях России, в том числе в Сибирском регионе. К преимуществам рапса относятся низкие затраты на производство и широкий круг возможностей использования продуктов его переработки. Учитывая растущий спрос на рапсовое масло и жмых, ужесточение требований к их качеству, являются актуальными исследования, направленные на совершенствование процессов переработки семян рапса и разработку оборудования для их реализации.
В настоящее время подготовка семян рапса к отжиму масла на предприятиях ведется без отделения семенной оболочки от масличного ядра. Это оказывает негативное влияние на качество масла и жмыха, приводит к безвозвратным потерям масла с оболочкой и высоким затратам на стадии рафинации. Предварительное обрушивание семян, разделение рушанки на фракции масличного ядра и оболочки с последующей их раздельной переработкой позволяют решать эти проблемы. Однако прочная связь оболочки и ядра, малые размеры семян, их физические и структурно-механические особенности создают определенные трудности, для разрешения которых требуются исследования специфики процессов обрушивания семян рапса и разделения рушанки, а также разработка оборудования для осуществления этих процессов.
Существенный вклад в развитие теории рассматриваемых процессов и оборудования внесли ученые Жислин Я.М., Гинзбург И.Е., Гринберг Е.Н., Веде-ньевВ.Ф., Гортинский В.В., ЗлочевскийВ.Л., Мачихина Л.И., Константинова И.С., ДеревенкоВ.В., Абрамович Г.Н., ВеселовС.А., Панченко А.В., Соколов А.Я. и др. Однако расширяющийся ассортимент масличного сырья и все возрастающие требования к качеству продуктов его переработки требуют дополнительных исследований. В связи с этим важным и своевременным является изучение процессов и разработка технических решений, позволяющих осу-
ществлять эффективную переработку семян рапса при одновременном повышении качества масла и жмыха.
Целью работы является научное обоснование и разработка комплекса оборудования для подготовки семян рапса к отжиму масла путём отделения семенной оболочки от масличного ядра на основе исследований процессов обрушивания семян и пневмосепарирования рушанки восходящим воздушным потоком для повышения эффективности производственных процессов и качества продуктов переработки.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
обосновать разработку комплекса оборудования для подготовки семян рапса к отжиму масла посредством отделения семенной оболочки от масличного ядра на основе изучения качества и химического состава структурных частей семян и продуктов их переработки - масла и жмыха;
обосновать рациональные конструктивные параметры оборудования для обрушивания семян рапса на основе исследования процесса повторного обрушивания семян рапса (обрушивания рушанки) методом удара. Реализовать разработанную конструктивную схему в лабораторной экспериментальной установке и установить рациональные параметры ее работы;
изучить аэродинамические свойства компонентов рушанки семян рапса в восходящем вертикальном воздушном потоке;
разработать конструктивную схему пневмосепаратора для разделения частиц рушанки семян рапса на фракции восходящим воздушным потоком и реализовать данную схему в экспериментальной установке, определить оптимальные параметры процесса воздушного сепарирования рушанки семян рапса;
провести производственные испытания пневмосепаратора разработанной конструкции, оценить экономическую эффективность от использования разработанного комплекса оборудования в технологической схеме получения рапсового масла сравнением затрат на стадию рафинации масла, полученного из не-фракционированной рушанки и фракции масличного ядра.
Научная новизна. Научно обоснована разработка комплекса оборудования для подготовки семян рапса к отжиму масла путём отделения семенной оболочки от масличного ядра посредством повторного обрушивания семян и пневмосепарирования рушанки, что позволяет повысить качество рапсового масла и жмыха.
Установлены конструктивные параметры центробежной установки для повторного обрушивания семян рапса посредством изучения закономерностей процесса обрушивания методом удара, обеспечивающие снижение содержания фракции недоруша.
Определены аэродинамические свойства компонентов рушанки семян рапса в восходящем воздушном потоке, послужившие основой для разработки конструктивных особенностей воздушных каналов пневмосепаратора для разделения рушанки на фракции ядра и оболочки.
Разработана конструкция пневмосепаратора для разделения рушанки семян рапса восходящим воздушным потоком и установлены оптимальные пара-
метры процесса воздушного сепарирования, обеспечивающие эффективное разделение компонентов рушанки на фракции ядра и оболочки. Новизна принятых технических решений подтверждена положительным решением о выдаче патента на изобретение.
Теоретическая и практическая значимость работы. Настоящее исследование будет способствовать развитию научно-практического обеспечения процессов подготовки семян рапса к отжиму масла в технологических схемах производства рапсового масла и созданию промышленного оборудования для их эффективной реализации, позволяющего повысить качество продуктов переработки и снизить затраты на рафинацию масла.
Предложена конструкция центробежной установки для повторного обрушивания семян рапса (обрушивания рушанки) методом удара о волнистую стальную отбойную пластину, установлены параметры её работы, позволяющие снизить содержание фракции недоруша.
На основе результатов экспериментального определения аэродинамических свойств частиц рушанки семян рапса разработана конструкция пневмосе-паратора для разделения рушанки на фракции ядра и оболочки. Новизна технических решений подтверждена положительным решением о выдаче патента РФ на изобретение «Пневмосепаратор для зерновых материалов» №2012119131/03(028811) от 01.07.2013.
Проведена производственная апробация пневмосепаратора разработанной конструкции в экспериментальном цехе ООО ПКП «Провансаль» (г. Томск), которая показала высокую эффективность разделения рушанки семян рапса на фракции ядра и оболочки при установленных параметрах пневмосепарирования.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при выполнении учебных научно-исследовательских работ и выпускных квалификационных работ инженеров и магистров на кафедре «Машины и аппараты пищевых производств» ФГБОУ ВПО КемТИПП.
В диссертации обобщены результаты исследований, выполненных в период с 2007 по 2013 г. лично автором или при его непосредственном участии, в том числе в рамках хоздоговорной научно-исследовательской работы «Разработка способа повышения качества продуктов переработки рапса» №03-03/2010.
Методология и методы исследования. Методология работы основывается на комплексном использовании разных методологических подходов, теорий, способов и приемов, направленных на обоснование и разработку технических решений, позволяющих достигнуть поставленной цели. Для реализации поставленных задач использовались общепринятые и специальные методы измерения, эксперимента, моделирования, обработки и анализа результатов исследования.
Положения, выносимые на защиту:
- Результаты исследований качества и химического состава структурных частей семян и продуктов их переработки, служащие обоснованием разработки комплекса оборудования для подготовки семян рапса к отжиму в технологической схеме производства рапсового масла путём отделения семенной оболочки от масличного ядра.
Комплекс оборудования для подготовки семян рапса к отжиму масла в линиях производства рапсового масла посредством реализации процессов повторного обрушивания семян и пневмосепарирования рушанки.
Конструкция и основные режимные параметры работы центробежной установки для повторного обрушивания семян рапса методом удара о волнистую стальную отбойную пластину, позволяющие снизить содержание фракции недоруша.
Результаты экспериментальных исследований аэродинамических свойств компонентов рушанки семян рапса в восходящем воздушном потоке, положенные в основу разработки конструктивных особенностей воздушных каналов пневмосепаратора для разделения рушанки.
Конструкция и основные режимные параметры работы пневмосепаратора для разделения рушанки семян рапса восходящим воздушным потоком, обеспечивающие эффективное разделение компонентов рушанки на фракции ядра и оболочки.
Степень достоверности результатов исследований обеспечивается использованием обоснованных теоретических положений и закономерностей протекания основных механических процессов пищевых производств - измельчения и классификации материалов по степени крупности, а также современных средств и методов исследований. Основные теоретические положения диссертационной работы подтверждены результатами экспериментальных исследований, выполненных с применением стандартизованных и аттестованных методик выполнения измерений и средств измерений с нормированными метрологическими характеристиками. При анализе результатов экспериментов использовались положения теории измерений, методы планирования эксперимента и математической обработки результатов исследований. Основные результаты диссертационной работы отражены в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, обсуждены на конференциях различных уровней, апробированы в производственных условиях, получено положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлены и обсуждены: на II Международной научно-практической конференции «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2008); на V Международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2008); на III Международной научно-практической конференции «Пища, экология и качество» (Кемерово, 2009); на IV Всероссийской конференции «Пищевые продукты и здоровье человека (Кемерово, 2011); на V Всероссийской конференции «Пищевые продукты и здоровье человека (Кемерово, 2012); на инновационном конвенте «Кузбасс: образование, наука, инновации» (Кемерово, 2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, получено положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение.
