CC BY
11
УДК 631.017.3:621.181
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕМПЕРИРОВАННОЙ СОИ
А.М. Шувалов, доктор технических наук А.Н. Машков, кандидат технических наук Д. С. Чернов, кандидат технических наук
Всероссийский НИИ использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве E-mail: vniiti@mail.ru
Д.А. Тихомиров, член-корреспондент РАН
ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»
Аннотация. Ранее для удаления антипитательных веществ из сои были предложены технология и технологическое оборудование, обеспечивающие двусторонний нагрев (сверху инфракрасными излучателями, снизу - электронагревательной поверхностью транспортирующего устройства) в высокотемпературной рабочей камере до 120-130°С, темперирование при температуре 110-100°С. Разработанная в ФГБНУ ВНИИТиНустановка для термической обработки сои производительностью 240 кг/ч выполнена на базе вибрационного транспортера, несущим устройством которого является качающийся от вибропривода желоб. Обоснованы выбор и параметры системы охлаждения темперированной сои на базе второго вибрационного транспортера с качающимся желобом, включенным в противофазу толкающего устройства и использующего реактивную энергию вибропривода первого транспортера - разжимающей пружины. Кожух с дефлекторами, образующие воздухопровод - камеру охлаждения движущегося по желобу темперированного зерна сои - над качающимся желобом, позволяют исключить второй электровибропривод, экономить электроэнергию, повысить эффективность охлаждения сои, так как вибрация желоба частично отрывает зерно от желоба и поворачивает его в процессе движения, в результате увеличивается поверхность обдува сои холодным воздухом. Разработанная система охлаждения сои проста в конструктивном исполнении, имеет минимальные затраты энергии, в 1,5-2 раза дешевле по сравнению с су-щест-вующимиустановками для охлаждения темперированой сои. Ключевые слова: соя, система охлаждения, темперирование, термическая обработка.
Введение. За последние 10 лет соя показала себя ведущей сельскохозяйственной культурой в растениеводстве России. Выступая на совещании в Благовещенске, Президент РФ В.В. Путин отметил: «Российская соя - самая лучшая соя в мире, потому что она не генномодифицированная, натуральная, такой в мире практически уже не осталось нигде, кроме России».
Согласно многочисленным исследованиям соевое зерно является высокоэффективным кормовым продуктом. Оно богато белком, незаменимыми аминокислотами, витаминами и энергией, но содержит антипитательные вещества, которые сильно снижают его поедаемость животными. Общеизвестны способы снижения в сое антипитательных веществ, самым распространенным и эффективным является термическая обработка ее зерна. Сотрудниками ВНИИТиН теоретиче-
ски и экспериментально обоснована перспективность применения системы энергообеспечения процесса термической обработки сои с комбинированным ее нагревом: сверху - инфракрасными излучателями, снизу - электронагревательными элементами с передачей теплоты через теплопроводный желоб вибрационного транспортера. Обоснованы ее энергетические и режимные параметры. Проведен расчет конструктивных параметров, разработаны эскизные чертежи, создан действующий образец установки для термической обработки сои на базе вибрационного транспортера. Новизна технических решений защищена тремя патентами [1-3]. В результате многофакторных экспериментов получено уравнение регрессии, устанавливающее взаимосвязь режимных параметров термической обработки сои: исходной влажности сои, времени разогрева и времени выдержки в
Journal of VNIIMZH №4(36)-2019
105
температоре, а также получено уравнение регрессии, описывающее взаимосвязь параметров вибрационного транспортера: частоты колебания, угла наклона и амплитуды колебаний. Составлено уравнение теплового баланса, определен требуемый тепловой поток установки для термической обработки сои. Разработана методика расчета конструктивных параметров температора - специального термоизолирующего бункера для отстоя разогретой сои. Обоснованы параметры рекуператора для отбора теплоты в температо-ре от горячей сои.
На основе результатов исследований был создан действующий экспериментальный образец установки для термической обработки сои с комбинированной системой энергообеспечения процесса нагрева зерна. Ее достоинства: за счет перераспределения тепловых потоков сокращается в 1,4 раза время нагрева до заданной температуры зерна сои, в этой же пропорции увеличивается производительность установки. Двухсторонний нагрев позволяет равномерно прогревать весь объем зерна, что повышает качество обработки. Снижается верхний предел допустимой температуры нагрева сои, вместо 140°С ее достаточно нагревать до 120-125°С. Это снижение, а также сокращение времени нагрева позволяет экономить 29,3% электроэнергии.
Результаты и обсуждение. Нашими исследованиями [4-8] установлено, что для качественной обработки сои, т.е. для удаления из нее антипитательных веществ, требуются технология и технологическое оборудование, обеспечивающие ее нагрев в высокотемпературной рабочей камере до 120-125°С, темперирование при температуре 110-100°С. Однако с такой температурой после темперирования ее нельзя отправлять на хранение. В связи с этим был разработан и создан действующий образец простой и надежной системы охлаждения темперированной сои (рис. 1) применительно к действующему экспериментальному образцу установки для ее термической обработки. Так как установка с комбинированным нагревом для термической обработки сои выполнена на базе виб-
рационного транспортера, несущим устройством которого является качающийся от вибропривода желоб, то для упрощения конструкции и экономии материальных затрат и электроэнергии была разработана и создана система охлаждения темперированной сои на базе второго бесприводного вибрационного транспортера с качающимся желобом, включенным в противофазу толкающего устройства и использующего реактивную энергию вибропривода первого транспортера. При этом над качающимся желобом установлен кожух с дефлекторами, образующий воздухопровод - камеру охлаждения движущегося по желобу темперированного зерна сои.
Рис. 1. Действующий экспериментальный образец системы охлаждения темперированной сои:
1 - камера охлаждения; 2 - патрубки для соединения с воздуховодами; 3 - воздуховоды; 4 - приточный вентилятор
Это позволяет: исключить сложный в конструктивном исполнении и дорогостоящий второй электровибропривод; автоматически без применения дозаторов обеспечивать согласование потоков движущегося зерна сои по всей технологической линии, начиная от первого вибрационного транспортера до выхода охлажденной сои на погрузку; обеспечить экономию электроэнергии, так как второй электровибропривод не требуется, а используется реактивная энер-
гия основного вибротранспортера; повышать эффективность охлаждения сои, т.к. вибрация желоба частично отрывает зерно от желоба и поворачивает его в процессе движения, в результате увеличивается поверхность обдува сои холодным воздухом.
Для проверки работоспособности и оценки эффективности охлаждения темперированной сои были проведены экспериментальные исследования; контрольные точки замеров температуры сои по длине камеры охлаждения приведены на рисунке 2.
Рис. 2. Контрольные точки температуры сои в охлаждающей камере
Экспериментальные исследования процесса охлаждения темперированной сои показали, что при движении ее в камере охлаждения в начальный период (точка замеров 2, рис. 3-5) происходит скачкообразный сброс температуры сои с 100°С до 30°С. Это объясняется тем, что температурный напор (разность температуры между нагретым зерном сои и охлаждающим воздухом) в начальный период велик Д*=70°С, и отбор теплоты в это время максимальный. Далее температурный напор уменьшается, и скорость снижения температуры зерна замедляется.
Следует отметить, что в сельхозпредприятиях уборку сои с полей проводят с середины сентября или в октябре месяце, в это время температура наружного воздуха невысо-
кая (5-15°С) и, следовательно, температура воздуха, забираемого приточными вентиляторами для подачи в камеру охлаждения, примерно такая же, как и наружного. Приведенные выше результаты исследований выполнены при температуре воздуха +9°С.
Рис. 3. Изменение температуры сои при движении ее в охлаждающей камере в течение 70 с (¿окр=9°С)
Рис. 4. Изменение температуры сои при движении ее в охлаждающей камере в течение 105 с (¿окр=9°С)
Рис. 5. Изменение температуры сои при движении ее в охлаждающей камере в течение 140 с (¿окр=9°С)
Термически обработанную и охлажденную сою рекомендуется отгружать на хранение при следующем значении температуры:
* = * +10°С
'отгр 'окр 110 С ,
Journal of VNПMZH №4(36)-2019
107
где ¿окр - температура окружающего воздуха, °С.
Как следует из графиков (рис. 3-5), соя, охлаждаемая в камере охлаждения в течение 105-140 с, имеет температуру на выходе 11-19°С, с такой температурой ее можно сразу отгружать на хранение. Следует отметить, что исследования проводились на установке термической обработки сои комбинированным электронагревом производительностью 240 кг/ч, укомплектованной экспериментальным технологическим оборудованием для охлаждения темперированной сои.
Вывод. Полученные результаты экспериментальных и информационно-патентных исследований позволяют заключить, что разработанная система охлаждения сои на базе бесприводного вибрационного транспортера проста в конструктивном исполнении, надежна в работе, в 1,5-2 раза дешевле по сравнению с существующими установками для охлаждения темперированной сои.
Литература:
1. Пат. 2556899 РФ. Устройство для термообработки зерна / Шувалов А.М. и др. Опубл. 20.07.15.
2. Пат. 2615004 РФ. Способ обработки полножирных соевых бобов / Шувалов А.М. и др. Опубл. 03.04.17.
3. Пат. 2645345 РФ. Устройство для термообработки зерна / Шувалов А.М. и др. Опубл. 21.02.18.
4. Шувалов А. Перспективы применения комбинированного электронагрева зерна сои для удаления антипитательных веществ // Вестник ВИЭСХ. 2014. № 3.
5. Определение рациональных параметров гидротермической обработки полножирной сои на основе характера распределения тепла в зерне // Энергообеспечение и энергосбережение в с. х. М., 2014. С. 181-185.
6. Шувалов А.М., Чернов Д.С. Технические средства транспортирования сои в процессе микронизации // Наука в центральной России. 2014. № 1(7). С. 60-63.
7. Влияние способов термообработки на равномерность прогрева зерна сои / Шувалов А.М. и др. // Наука в центральной России. 2017. № 1(25). С. 69-75.
8. Исследование качественных показателей зерна сои в процессе термообработки / Шувалов А.М. и др. // Наука в центральной России. 2015. № 1. С. 12-18.
Literatura:
1. Pat. 2556899 RF. Ustrojstvo dlya termoobrabotki zerna / SHuvalov A.M. i dr. Opubl. 20.07.15.
2. Pat. 2615004 RF. Sposob obrabotki polnozhirnyh soe-vyh bobov / SHuvalov A.M. i dr. Opubl. 03.04.17.
3. Pat. 2645345 RF. Ustrojstvo dlya termoobrabotki zerna / SHuvalov A.M. i dr. Opubl. 21.02.18.
4. SHuvalov A. Perspektivy primeneniya kombinirovan-nogo elektronagreva zerna soi dlya udaleniya antipitatel'-nyh veshchestv // Vestnik VIESKH. 2014. № 3.
5. Opredelenie racional'nyh parametrov gidrotermiches-koj obrabotki polnozhirnoj soi na osnove haraktera ras-predeleniya tepla v zerne // Energoobespechenie i energo-sberezhenie v s. h. M., 2014. S. 181-185.
6. SHuvalov A.M., CHernov D.S. Tekhnicheskie sredstva transportirovaniya soi v processe mikronizacii // Nauka v central'noj Rossii. 2014. № 1(7). S. 60-63.
7. Vliyanie sposobov termoobrabotki na ravnomernost' progreva zerna soi / SHuvalov A.M. i dr. // Nauka v central'noj Rossii. 2017. № 1(25). S. 69-75.
8. Issledovanie kachestvennyh pokazatelej zerna soi v processe termoobrabotki / SHuvalov A.M. i dr. // Nauka v central'noj Rossii. 2015. № 1. S. 12-18.
EXPERIMENTAL STUDIES OF THE TEMPERED SOYBEANS' COOLING SYSTEM A.M. Shuvalov, doctor of technical sciences A.N. Mashkov, candidate of technical sciences D.S. Chernov, candidate of technical sciences
All-Russian scientific research institute for the use of machinery and oil products in agriculture
D.A. Tihomirov, RAS corresponding-member
FGBNY "Federal research of agroengineering center VIM"
Abstract. Before for antinutritional substances soy removal there was the technology and technological equipment, bilateral heat (infrared emitters on top and- transporting installation's surface electrical heating on bottom) in the high temperature working chamber up to 120-130°C, at a temperature of 110-100°C tempering providing. Developed in FGBNY VNIITiN installation for soybeans' thermo treatment at 240 kg/h capacity on the basis of a vibrating conveyor, the carrier unit of which swinging trough from the vibrating drive is made. The tempered soybeans cooling system's choice and parameters on the basis of the second vibratory conveyor with a swinging trough, including in the opposite pushing device and the first conveyor's vibrodrive - spreader spring's reactive energy using. Cover and deflectors which air conducting forming - cooling chamber for moving tempered soybeans - over swinging trough let us the second electrovibration deleting, electricity saving, soybean's cooling efficiency improving, so as the trough's vibration partially the grain from the trough is separating and turns it into motion, in the result of the soybean's cold air blows' surface is increased. The developed soybean cooling system is simply design, has minimal energy costs, in 1,5-2 times cheaper in compared to tempered soybeans cooling's existing installations. Keywords: soybean, cooling system, tempering, thermo treatment.
