Введение к работе
Актуальность темы. Ведомственная целевая программа Министерства сельского хозяйства Российской Федерации «Развитие производства и переработки рапса в Российской Федерации на 2008-2010 годы», а также государственная программа развития сельского хозяйства РФ на 2008-2012 годы предусматривают увеличение производства рапса в России. Рапс относится к культурам, которые обладают большим потенциалом использования, как в сельском хозяйстве, так и промышленности.
В настоящее время в сельскохозяйственной практике рапс, как кормовая и техническая культура, приобретает все большую значимость. Рапсовый шрот, жмых и зеленая масса рапса являются ценным высокобелковым кормом. Посевы рапса позволяют улучшить структуру и плодородие почвы, а также уменьшить засоренность полей. Кроме этого, рапс является источником высококачественного пищевого и технического масла, которые широко применяются в мыловаренной, текстильной, металлургической, полиграфической, кожевенной отраслях, а также для производства экологически безопасного биотоплива.
Одной из важнейших операций технологии возделывания рапса является послеуборочная обработка семян. Обусловленные неравномерностью созревания, разнокачественные семена рапса имеют исходную влажность 15…25%, в то время как кондиционная влажность составляет 7…8%. Вследствие высокой влажности и масличности семена подвержены окислительным изменениям и микробиологической порче. Поэтому для сохранения высоких посевных и технологических качеств семян рапса необходимо проводить своевременную сушку. Из-за отсутствия специального технологического оборудования сушка семян рапса производится на зерносушильном оборудовании. Однако существующие зерносушилки не полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к качеству высушенных семян. Используемый на существующих сушилках конвективный способ подвода теплоты характеризуется большой инертностью, приводящей к перегреву семян, не обеспечивает равномерность высушенных семян. Существует необходимость специальной подготовки и замены некоторых рабочих узлов зерносушильного оборудования для сушки рапса, при этом производительность по рапсу составляет лишь 50…60% от производительности по зерновым культурам. В связи с этим, исследование процесса сушки семян рапса, направленное на решение проблемы сохранения качества продукта и повышения эффективности процесса сушки, представляется актуальной задачей.
Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ» на 2010-2015 гг. «Разработка энергосберегающих, экологически безопасных технологий и технических средств для сушки и сортировки сельскохозяйственных культур» (регистрационный номер 01201060414).
Цель исследований. Повышение эффективности сушки семян рапса путем совершенствования технологического процесса сверхвысокочастотной (СВЧ) сушки и обоснования режимов работы СВЧ-сушильной установки.
Объект исследования. Технологический процесс сушки семян рапса электромагнитным излучением.
Предмет исследования. Закономерность процесса сушки семян рапса электромагнитным излучением с продувкой в псевдоожиженном слое.
Методика исследований. В теоретических исследованиях применены основы теории сушки коллоидных капиллярно-пористых тел, положения теории тепло- и массопереноса, основы теплотехники и теория электромагнитного поля. Экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях проводились в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ и разработанными частными методиками, а также с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Основные расчеты и обработку результатов экспериментов выполняли с применением методов математической статистики и регрессионного анализа, прикладного программного обеспечения в виде офисных программ общего назначения и специализированных математических пакетов.
Научная новизна работы. Разработана математическая модель процесса сушки семян рапса электромагнитным излучением СВЧ-диапазона, численная реализация которой позволяет установить характер изменения температуры и влажности по времени и радиусу семени.
Получены закономерности влияния режимных параметров (мощности СВЧ, исходной влажности и температуры нагрева семян) на кинетику сушки.
Предложены СВЧ-сушильные установки, имеющие новые конструктивные исполнения, подтвержденные патентами РФ на полезные модели № 81567, № 77950 и на изобретение № 2380632.
Практическая ценность. По результатам исследований создана СВЧ-сушильная установка, которую можно применять для сушки семян рапса и других сельскохозяйственных культур. Разработана методика определения и рациональные режимы сушки семян рапса для семенных и для технических целей.
Использование разработанной СВЧ-сушильной установки при сушке семян рапса позволяет получить готовый продукт с требуемым качеством при удельных затратах теплоты 4,1 МДж/кгвлаги, что на 24,1% ниже по сравнению с сушильной установкой СК-2.
Годовой экономический эффект при сушке семян рапса составляет 628,52 рубля на 1 т высушенных семян.
Реализация результатов исследований. Разработанная СВЧ-сушильная установка была исследована и внедрена в производство в ООО МТС «Илишевская» Илишевского района Республики Башкортостан, где она применялась для сушки семян рапса.
Апробация работы. Основные научные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях – международных: Челябинской ГАА (Челябинск, 2009, 2010 гг.), Иркутской ГСХА (Иркутск, 2009 г.), Башкирского ГАУ (Уфа, 2010 г.); всероссийских: Башкирского ГАУ (Уфа, 2008-2010 гг.), Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова (Саратов, 2009 г.); межвузовских: Мордовского ГУ им. И.П. Огарева (Саранск, 2008 г.). Работы, выполненные по теме диссертации, участвовали в конкурсах и грантах: Всероссийский открытый конкурс достижений талантливой молодежи «Национальное Достояние России», 2009 г. (диплом II степени); «Национальное Достояние России», 2010 г. (диплом победителя, золотой знак отличия); конкурс молодых ученых и молодежных научных коллективов на соискание грантов Правительства Республики Башкортостан, 2010 г. (выдан грант на проведение научно-исследовательских работ).
Результаты работы демонстрировались и были отмечены на выставках и форумах: XIX Международная специализированная выставка «Агрокомплекс-2008», г. Уфа (диплом II степени); III Инновационный форум «Российским инновациям – российский капитал», г. Ижевск, 2010 г. (диплом); Российская агропромышленная выставка «Золотая осень», г. Москва, 2010 г. (золотая медаль).
Публикации. По результатам работы над диссертацией опубликовано 16 работ, в том числе 2 патента РФ на полезные модели и 1 патент РФ на изобретение, 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Общий объем опубликованных работ составляет 4,9 п.л., из них автору принадлежит 2,8 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков и 18 таблиц. Список литературы включает 145 наименований, в том числе 17 – на иностранных языках.
