CC BY
214
ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
УДК 631.58:631.4(71)
В.И. Беляев
ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ СБЕРЕГАЮЩЕГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В СТЕПНЫХ ПРОВИНЦИЯХ КАНАДЫ
Обширные степные равнины Канады объединены в провинции прерий Манитоба, Саскачеван и Альберта. Климатические условия их характеризуются короткими и теплыми летними месяцами, а также холодными и продолжительными зимними.
На большей части провинций прерий среднегодовое многолетнее количество осадков составляет 360-493 мм (Саскачеван — 360-377 мм, Альберта —
401-437 мм, Манитоба — 375-493 мм).
Провинции прерий зачастую страдают от засухи, порой несколько лет подряд. В зимний период количество осадков составляет 25-28% годового объема, а за вегетацию (апрель-август) — в среднем 67%.
В почвенном покрове степных провинций преобладают темно-каштановые (32%), каштановые почвы (32%) и черноземы (27%).
Основными проблемами земледелия прерий являются засуха и ветровая эрозия. Водная эрозия наиболее развита лишь в районах с повышенным увлажнением.
Поэтому главным направлением развития земледелия степных провинций Канады являются сокращение количества
механических обработок и внедрение сберегающих технологий.
В современных условиях ведения земледелия прерий все большее внимание уделяется вопросам сбережения, улучшения и повышения эффективности использования природных ресурсов за счет интегрированного подхода к разработке и внедрению новых агротехнологий.
О бработка почвы всегда была неотъемлемой частью традиционного земледелия. Интенсивность ее является главным фактором, приводящим к перемещению почвы и последующему изменению структуры, а затем и к деградации. Активное воздействие рабочих органов машин позволяет рыхлить почву, улучшать высвобождение питательных веществ, необходимых для роста растений, уничтожать сорняки, конкурирующие с культурными растениями, а также изменять циркуляцию воды и воздуха в почве. Но при этом интенсивная обработка может отрицательно влиять на структуру почвы и вызывать разрушение почвенных комочков, что, в свою очередь, может привести к развитию эрозии. Интенсивная обработка вызывает также деградацию почвы по причине потери почвенного уг-
лерода и выделения его в атмосферу в виде парниковых газов.
Каковы же наиболее значимые преимущества нулевых технологий, обеспечившие их широкое внедрение в степных провинциях Канады?
Основным достоинством технологий сберегающего земледелия или нулевой обработки почвы является прямое воздействие на взаимосвязь органического вещества и углерода в почве. Органическое вещество является особенно ценным для почвы из-за влияния на физические, химические, биологические свойства и процессы. Увеличение его в почве способствует повышению инфильтрации и способности почвы удерживать воду. В результате наблюдается стабилизация почвенных агрегатов и снижается эрозионноопасность почвы.
Повышение водозадерживающей способности почвы способствует лучшему поглощению влаги и более медленному ее испарению в течение вегетации. Почвы с более высоким содержанием органического вещества могут удерживать больше влаги после каждого дождя, причем эта влага более доступна для растений. А снижение испарения влаги за счет оставления растительных остатков на поверхности почвы повышает эффективность использования влаги.
Интенсивная же обработка почвы повреждает почвенные агрегаты, что приводит к уплотнению почвы и, в свою очередь, затрудняет растениям доступ к питательным веществам и влаге, необходимым для их роста и развития.
Другим важным моментом является то, что органическое вещество может снизить уплотнение почвы за счет улуч-
шения внутреннего и внешнего строения агрегатов, увеличения эластичности почвы, смешивания органических остатков с почвенной основой, наличия сети корневых систем, изменения внутренней силы трения.
Как показывает опыт, использование менее мощной и более легкой техники для работы по сберегающим технологиям также способствует минимизации уплотнения почвы. А дополнительные проходы техники по полю при использовании традиционных технологий обработки почвы усиливает проблему уплотнения почвы по причине повреждения ее структуры.
Важным преимуществом снижения интенсивности обработки почвы и увеличения содержания органического вещества в почве является уменьшение уровня загрязнения воздуха, так как углекислый газ, являясь конечным продуктом разложения органического вещества, выделяется в воздух.
Не менее значимым преимуществом при внедрении нулевых технологий являются снижение удельных капитальных вложений, высокая производительность сельскохозяйственной техники на отдельных видах работ, обеспечивающая существенное сокращение трудозатрат, экономию рабочего времени и ГСМ.
Остановимся на основных принципах и результатах внедрения нулевых технологий в земледелии степной зоны Канады на примере провинции Саскачеван.
В 2006 г. площадь пашни составила 16,7 млн га, в т.ч. засеянная площадь — 13,4 и площадь паров — 3,3 млн га (19,7%).
По традиционной технологии (обработка с заделкой растительных остатков в почву) в 2006 г. культуры возделыва-
лись на площади 2,44 млн га, по минимальным технологиям с оставлением пожнивных остатков на поверхности поля — 2,88, а по нулевой технологии — 8,03 млн га. Для сравнения: в 2001 г. соответствующие значения площадей составляли 4,57 млн га, 4,06 и 5,46 млн га, что указывает на высокие темпы освоения нулевых технологий.
Перечень основных возделываемых культур и структура посевных площадей приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наиболее значимые возделываемые культуры в провинции Саскачеван и их посевные площади в 2006 г.
Внедрение нулевых технологий в Канаде базируется на следующих основных принципах:
1. Постоянное закрытие поверхности полей измельченными растительными остатками и оставление стерни.
2. Севооборот (расширение перечня возделываемых культур и отсутствие посевов одной и той же культуры на поле 2 года подряд).
3. Выбор сортов и применение удобрений.
4. Несколько уровней борьбы с сорняками, болезнями и вредителями.
5. Минимизация затрат на выполнение всего комплекса полевых работ.
Научное обеспечение эффективного сочетания указанных мероприятий выполняется сетью государственных центров (8 станций в четырех почвенноклиматических зонах прерий), где опытным путем ведется отработка отдельных элементов технологий.
В результате указанный комплекс мероприятий успешно реализуется в земледелии степных провинций Канады.
Площадь возделываемых культур по нулевым технологиям в настоящее время достигла 57% (для сравнения: США — 20,9%; Бразилия - 56,9; Аргентина — 55,2; Австралия — 12,5%).
Как показывает анализ структуры посевных площадей за 1981-2006 гг., с внедрением нулевых технологий в провинции Саскачеван существенно сократилась площадь пара (с 33,0 до 20,7%) и возросла площадь посева рапса (в
2 раза). Средние урожайности возделываемых культур представлены в таблице 2).
Таблица 2
Средние урожайности возделываемых культур в провинции Саскачеван при освоении нулевых технологий, ц/га
№ Культура 1981-1993 гг. 1994-2006 гг.
1 Яровая пшеница 18,2 20,2
2 Рапс 12,5 13,1
3 Твердая пшеница 17,4 20,3
4 Ячмень 23,9 26,3
5 Овес 19,4 22,7
6 Лен 10,9 11,8
7 Озимая пшеница 16,9 23,9
8 Рожь 15,7 18,6
По всем возделываемым культурам получена средняя прибавка урожая от
0,6 ц/га (по рапсу) до 7,0 ц/га (по озимой пшенице).
Как показывает анализ, внедрение сберегающего земледелия в степных провинциях Канады через технологии нулевой обработки почвы обеспечило не только сохранение и защиту окружающей среды, но и существенное повышение эффективности сельскохозяйственного производства.
При этом следует отметить, что единственно правильной формулы земледелия, пригодной для всех стран, регионов, хозяйств, нет. Необходимо помнить и то, что No-Till — это целая система, где множество нюансов, что делает ее сложной, но в то же время гибкой. Поэтому, зная условия хозяйства, компоненты технологии и принципы их организации в единую, целостную систему, можно создать свой вариант успешного земледелия с учетом существующего мирового опыта.
№ Культура Посевная площадь, га
1 Яровая пшеница 4309902
2 Рапс 2589988
3 Твердая пшеница 1517571
4 Ячмень 1456868
5 Овес 829605
6 Лен 659638
7 Озимая пшеница 101171
8 Рожь 76890
Итого 11541633
Библиографический список
1. Рейкоски Д.Ч. Сберегающее земледелие: снижение выброса С02, преимущества для экологии и Киотский протокол / Д.Ч. Рейкоски // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. Самара,
2005.
+ + +
2. http://www.agr.gov.sk.ca.
3. http://www.agr.gov.sk.ca/docs/ statistics/Land _Management_Conserva-tion2006.pdf.
4. http://www.nt-ca.org.ua/2006.
УДК 631.363.2
И.Я. Федоренко, А.Ф. Кнорр, И.Н. Горюнов
ТЕОРИЯ МНОГОСТАДИЙНОГО СМЕШИВАНИЯ ИНГРЕДИЕНТОВ КОМБИКОРМОВ
Многостадийное смешивание широко применяется в комбикормовом производстве, в частности при приготовлении премиксов. Кроме того, такой вид смешивания используется в основных линиях, содержащих смесители непрерывного действия, ибо однократное смешивание, как правило, не позволяет получить смесь нужной однородности.
Наиболее трудно распределить в смеси ингредиенты, входящие в нее в малых количествах.
Ингредиент, входящий в комбикорм в самой малой концентрации, будем называть контрольным. Если он распределится равномерно, то и другие ингредиенты будут распределены также равномерно.
Теоретическое описание многостадийного смешивания в технической литературе нами не обнаружено.
Для выявления закономерностей процесса многостадийного смешивания контрольного ингредиента с другими ингредиентами рассмотрим структурную схему приготовления комбикорма, включающую многостадийную обработку.
Пусть технологический процесс осуществляется в смесителях N (рис. 1). Смесители пронумерованы от начала к концу так, что входной поток поступает в смеситель 1, конечный продукт в виде готового комбикорма выходит из смесителя N.
В смесителе N реализуются конечные характеристики процесса, а число смесителей может изменяться в зависимости от условий проведения процесса.
при многостадийном смешивании
Предполагается, что смесители могут быть различной конструкции, функции смесителя может совмещать другая машина, например, молотковая дробилка. В связи с этим на рисунке смесители изображены различными условными обозначениями. С точки зрения теории систем, рассматриваемая система относится по классификации к сложным, поскольку состоит из элементов разных типов.
Время пребывания ^ и ввод ингредиентов в массовой доле 8п являются управляющими переменными в п-ном смесителе, выходным параметром — показатель неоднородности кормосмеси Спвых, рассчитываемый по показателям распределения в смеси контрольного ингредиента.
Итерационное выражение для расчета изменения показателя неоднородности смеси имеет вид:
сы = /(С"Х,ея,0. (1)
Тогда в терминах теории оптимизации математическую модель будут составлять:
1. Оптимизируемая функция — показатель отклонения неоднородности смеси от требуемого по зоотехническим нормам значения на выходе последнего (по ходу потока) смесителя:
J = (Сеы - [С])2 ^ тт , (2)
где [С] — требуемый по зоотехническим нормам показатель неоднородности комбикормовой смеси ([С] = 0,05-0,10) [1, 2].
Если неоднородность комбикормовой смеси хуже требуемой, то это негативно отражается на продуктивности и здоровье животных. Чрезмерное уменьшение неоднородности смеси связано с увеличением материальных за-
трат в процессе производства комбикормов, поскольку необходимо увеличивать число стадий смешивания и номенклатуру технологических машин, закупать оборудование с улучшенными характеристиками и т.д. Все эти нюансы косвенно и учитывает показатель J.
2. Уравнения связи:
СГ = 1(С„е1Л1) ;
СГ = 1(СГ,е2^); (3)
...................
Сеь1х = ((С™, 8 ,1 ) ;
п \ п-1 ’ п1 п / <
п = 1,Н.
3. Ограничения:
О <С < 1; t > 0; 8 <еп <... <еы; еы = [в] , (4)
где [8 — требуемая по нормам кормления концентрация цист артемии.
Многочисленные эксперименты показывают, что кривая смешивания для одной стадии (построенная в координатах: неоднородность смеси С, время /) имеет примерный вид, показанный на рисунке 2.
Рис. 2. Кривая кинетики смешивания для одной стадии
По мере уменьшения неоднородности смеси процесс смешивания замедляется. Математически это может быть
записано в виде:
dC
dt
= -кС
(5)
где к — коэффициент пропорциональности, показывающий зависимость скорости смешивания <^С/^ от технологических свойств сырья и конструктивных особенностей смесителя.
Разделяя переменные в дифференциальном уравнении (5), будем иметь
dC
с
= -kdt
Его интегрирование дает выражение: 1пС = —И + Ы, где N — постоянная интегрирования.
Постоянную находим из начального условия:
і = 0; С = С0.
Отсюда имеем
N = !пС0. (6)
Далее последовательно находим:
1пС - 1пС0 =-Ш ;
I С
1п---= -кї ;
С
С = С0в-
(7)
Последняя формула и является математическим выражением кривой, изображенной на рисунке 2.
Для п-ной стадии формулу (7) можем переписать в виде:
Сп = Сп
(8)
Рассмотрим теперь многостадийный процесс смешивания, который заключается в следующем.
В первом смесителе контрольный компонент смешивают с небольшим количеством других ингредиентов, которые являются для него наполнителем (рис. 1). После смешивания и получения достаточно однородной смеси она поступает во второй смеситель, где добавляется еще некоторое количество ингредиентов. При этом неоднородность смеси по контрольному ингредиенту, достигнутая в первом смесителе, резко нарушается.
Увеличение неоднородности с; в начале каждого смесителя можно считать пропорциональным относительной доле
вп контрольного ингредиента, вносимого дополнительно в данном смесителе:
С7 = С-( 1 + вхя) , (9)
Свих
п-1 — показатель неоднородности
смеси на выходе предшествующей стадии процесса смешивания;
вхп = хп/х — относительная массовая доля контрольного ингредиента, вводимого в данном смесителе (на п-ной стадии смешивания).
Кроме того, ввод на каждой стадии других ингредиентов приводит как бы к интенсификации процесса смешивания, что отражается введением модифицированного коэффициента смешивания:
К = К(1 + 81), (10)
где вп = уп/у — относительная массовая доля других ингредиентов (за исключением контрольного), вводимых на п-ной стадии подготовки комбикормовой смеси.
После смешивания во втором смесителе смесь поступает в третий смеситель, где добавляется очередная порция ингредиентов и проводится очередной цикл смешивания и т.д.
Используя рисунок 1 и формулы (7-10), можем записать математические выражения показателей неоднородности на входе и выходе каждого смесителя:
С1вх = Со (1 + е!) ;
-к1і1( 1+е( )
Свх /-1вых /1 , _х \
2 = Сх (1 + *2; ;
/'-Чвых _____ /^Увх
С2 = С2 ’ е
-к2?2 (1+£*2 )
(11)
Свх ґ'ївььс /1 , „X \
N = С^-1( 1+є*);
Ґ~~1 вых ______ Ґ~~1
СЫ = СЫ
вх е к^И(1~+*И )
где t1, /2, ... tN — время пребывания кормовой смеси в том или ином смесителе.
Учитывая выражение (10), можем получить формулы для оценки показателя неоднородности:
- для одной стадии:
Свых = с^е -кч = с (і + Єіх)е
- для двух стадий:
Свых = сгвых(1 + Є2^)е
~кіїі( 1+Єі ) ш
(12)
~к^2 (1+*2 )
= С (1 + <>
~к111(1+*\ )
(1 + еї)е
~к2*2 (1+*2' )
- для трех стадий:
Свих = С^е - = С °2их( 1 + в\ )е
Свих(1 + в2х )е -кл (1+в2)(1 + взх )е
= С0 (1 + *?)е1+Е1 )(1 + *х2)е
"X )е ~кА( 1+*)
(1 + *3 )е
х )е ~кзЬ (1+*) =
х (1+*3 )
х і ,->-к2?2 (1 + *2 )
х -к3*3 (1+*3 )
; (14)
- для N стадий:
N -[ 'Ук^п( 1+8*)]
СГ = СоП(1 + вХ)е п= , (15)
п=1
где знаком П обозначено произведе-
ние сомножителей (1 + 8*п ) ; п = 1,^ .
Формула (15) позволяет подсчитать показатель неоднородности смеси после N стадий смешивания.
Но сначала проанализируем эту формулу с точки зрения оптимального распределения ввода контрольного и других ингредиентов по различным стадиям процесса.
Для этого выделим в формуле (15) группу сомножителей:
и =(1+ 81) •(1+ 82)... •...(1 + вхх). (16)
Очевидно, чтобы достичь наименьшей неоднородности смеси, величину и необходимо минимизировать:
и(вхп) ^ тт .
Рассмотрим данный вопрос оптимизации на примере двух стадий. Для этого случая выражение (16) можно переписать в виде:
и = (1 + 8)(1 + вх2) .
Итак, для данной задачи оптимизации имеем:
1) функцию цели:
и(ввХ) = (1 + е!)(1 + в2х) ^ тт ; (17)
2) условие связи:
. _ х 1 „х , „х 1 г\
вх + в2 = 1 , или 81 + в2 — 1 = 0 ;
3) ограничения, связанные с положи-
вх вх
тельностью Ь1 и в2 :
8Х > 0 ; в2х > 0 .
Задачи с ограничениями называют задачами условной оптимизации. В простых случаях они могут быть решены с помощью множителей Лагранжа [3, 4].
Образуем функцию Лагранжа в виде:
R = (1 + в;)(1 + в2х) + Я(в^ + в2х — 1) , (18)
где X — множитель Лагранжа.
Экстремуму этой функции отвечает равенство нулю частных производных.
Для нашего случая имеем:
= (1 + 82х) + Л = 0;
с*х
с*2
ся
сл
= (1 + *х ) + л = 0;
= *х +*2х-1 = 0 .
Решая эту систему трех уравнений находим оптимальные значения: £х =5х2= 0,5. Функция и в этом случае равна
и (0,5; 0,5) = 2,25.
Углубленный анализ показывает, что этому условию отвечает экстремум — максимум. Следовательно, минимум функции R, который мы отыскиваем, при данных ограничениях не существует.
Поскольку функция и(вЦ ,в\) монотонна, то на границах необходимо искать ее наименьшее значение.
Такими границами являются:
1) в; = 1 ; 82х = 0 ; и = 2; (19)
2) в2х = 0 ;в2х = 1; и = 2.
Второй случай явно не отвечает физической реализуемости и должен быть заведомо отброшен. Остается случай 1, который утверждает, что все количество контрольного ингредиента должно быть введено на 1-й стадии.
Анализ этой задачи для п стадий дает тот же результат: контрольный ингредиент должен быть внесен на 1-й стадии процесса смешивания.
Рассмотрим далее сомножитель
_ N ~
— 1^( 1+ву )
V(вуп) = е 1 п=‘ ],
входящий в основное уравнение (15).
Поскольку величины и и V не зависят друг от друга, то их можно отдельно и оптимизировать.
Величину У(вУу) нужно оптимизировать за счет рационального распределения ввода ингредиентов, являющихся наполнителем для контрольного ингредиента, по отдельным стадиям (смесителям).
Рассмотрим эту задачу на примере двух стадий. Для этого случая имеем следующую математическую модель:
1) функцию цели:
V = е~к1*1( 1+*1’) . е~к2*2 (1+Є)
(20)
2) условие связи:
ву + в2у = 1 , или £Уу + в2у — 1 = 0 ;
3) ограничения:
ву > 0 ; в2У > 0 .
Как и в предыдущем случае пытаемся решить условную задачу оптимизации с помощью неопределенных множителей Лагранжа.
Функция Лагранжа имеет вид:
___ ,о-к1?1( 1+*1 )
Я = е
-к^^2 (1+*2 )
+ л(*у + *2 -1) = о.
Частные производные приравниванием к нулю:
ся
с*1
ся
с*у
-к^1 (1+*1) ^-к^їі(1+*2 )
= -к2ї2е-к2‘2(1+*є) • е-ш 1+*1) +л = 0 ;
ся
йЛ
= *1 + *2 -1 = 0
Из этой системы уравнений нужно
V у
определить значения е[ и в2 , отвечающие максимальному значению величины V.
Из приравнивания первых двух выражений получаем неожиданный результат, что оптимуму V соответствует условие:
М1 = к^2. (21)
В то же время критических точек по и в2 не обнаруживается. Это означает, что оптимумов данной функции при введенных ограничениях не существует. Картину проясняет график функции V, построенный в зависимости от
(рис. 3).
е
11
Рис. 3. Зависимость величины V от *2
Напомним, что чем меньше V, тем меньше и величина неоднородности
Свих
N , что чаще всего и является функцией цели.
Анализ графика (рис. 3) позволяет утверждать следующее. Если на первой стадии установлен смеситель, осуществляющий более интенсивное смешивание (или материал находится в нем более длительное время), чем смеситель второй стадии, то большую часть ингредиентов нужно подавать в первый смеситель.
Если более совершенный смеситель установлен на второй стадии, то большую часть ингредиентов нужно подавать во второй смеситель.
Если смесители одинаковые и материал находится в них одинаковое время, то безразлично в какой пропорции подаются ингредиенты на 1-ю и 2-ю стадии смешивания.
Подобным образом задача решается при п стадиях. Однако мы не будем этим заниматься, поскольку на практике таким оптимальным распределением ввода ингредиентов при трех стадиях и
более трудно воспользоваться. Причины этого кроются в группировании ингредиентов по технологическим свойствам, необходимости измельчения и т.д.
Тем не менее проведенный анализ и полученные границы позволяют прогнозировать показатель неоднородности комбикормовой смеси на промежуточных или конечной стадиях процесса.
Теперь вспомним, что нам необходимо еще минимизировать величину, отвечающую оптимуму числа стадий смешивания:
3 = (Сы — [С])2 ^ тт .
Условие минимума отвечает нулевому значению производной:
/~1 вых СЫ
[С] = 0 ;
(24)
dJ
~сШ
= 0 .
(22)
Прежде чем вычислять производную, преобразуем величину J:
з = (Свы — [С ])2 = (С;их)2 — 2С;,х[С ] + [С]2.
Находим производную:
01 dN 01 dN
Таким образом, число стадий смешивания, отвечающих минимуму величины J, должно быть найдено из уравнения:
2(СГ — [С]) •(С™)' = 0 . (23)
Поскольку 2 Ф 0, то корни этого уравнения могут быть найдены из условий:
---= 2С™х(С™х)' - 2[С](с;ых)' = 0 ;
^- = 2(СТ - [С]) .(С™)' = 0 .
(СГ)' = 0 . (25)
Решение уравнений (24) и (25) отягощено дискретно меняющимся аргументом, поскольку число стадий N может быть только целым числом. Такие задачи решаются в основном методами динамического программирования, а также при помощи алгоритмов исключения зависимых переменных, «блуждающей трубки», последовательной проверки достижимости. Все эти методы сложны при использовании, содержат много эвристических положений и поэтому ценность полученных результатов вызывает большое сомнение.
В нашем случае оптимальное значение N может быть получено графическим способом, обладающим большой наглядностью (рис. 4).
Пересечение графиков Свых и [С] дает решение — точку А.
В данном примере необходимы три стадии смешивания, чтобы достичь требуемой однородности смеси по распределению в ней контрольного ингредиента.
Таким образом, полученное выражение (15) и предложенный метод оптимизации числа стадий смешивания могут быть положены в основу расчета многостадийной технологии приготовления комбикормов.
Библиографический список
1. Алешин В.Р. Механизация животноводства / В.Р. Алешин, П.М. Рощин. М.: Колос, 1993. 319 с.
2. Кулаковский И.В. Машины и оборудование для приготовления кормов: справочник / И.В. Кулаковский, Ф.С. Кирпичников, Е.И. Резник. М.: Россельхозиздат, 1987. Ч. 1. 285 с.; 1988. Ч. 2. 286 с.
3. Корн Г. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) / Г. Корн, Т. Корн; пер. с англ. М.: Наука, 1974. 832 с.
4. Лачуга Ю.Ф. Прикладная математика. Нелинейное программирование в инженерных задачах / Ю.Ф. Лачуга, В.А. Самсонов, О.Н. Дидманидзе. М.: Колос, 2001. 288 с.
+ + +
УДК 631.3.145 В.А. Завора
О НЕКОТОРЫХ ПРОБЛЕМАХ ПЕРСПЕКТИВНОГО ОСНАЩЕНИЯ ТЕХНИКОЙ РАСТЕНИЕВОДСТВА АПК
Катастрофическое снижение инновационной активности в аграрном производстве за годы так называемых реформ привело к деградации отрасли. АПК «донашивает» то, что было создано в дореформенный период. В 24 раза снизилась поставка тракторов по сравнению с 1990 г., в 50 раз поставка зерноуборочных комбайнов, в 30 раз кормоуборочных, в 100 раз автомобилей.
Обвальное сокращение машиннотракторного парка привело к резкому увеличению нагрузки на сельскохозяйственную технику (нагрузка на 1 трактор в России в 4 раза больше, чем в США; в 15 раз, чем в Германии) [1].
Фактическая обеспеченность сельского хозяйства Западной Сибири к нормативу составляет: по тракторам — 27%, комбайнам — 30%, сеялкам — 39%, культиватором — 32,1% [2]. Имеющийся парк машин не позволяет своевременно и качественно выполнять полевые работы.
По данным РАСХН и МСХ РФ, для реализации стратегии машинно-технологического оснащения аграрного производства, которая должна обеспечить рост валового производства в России к 2010-2012 гг. примерно в 2 раза в сравнении с текущим периодом, потребуется около 1 трлн руб., в том числе на тракторы — 200-250 млрд руб., сельскохозяйственные машины для растениеводства — 400-500, машины и обору-
дования для животноводства — около 150, транспорт — около 80, мелиоративную технику и энергетическое оборудование — около 100 млрд руб.
Реализация главного стратегического ресурса — трех-четырехкратного повышения производительности труда при 20%-ной рентабельности производства сельскохозяйственной продукции к 20152017 гг. — потребует довести до 0,951,1 млн шт. при средней мощности трактора 200 л.с. вместо 80 л.с. в существующем парке машин, а суммарная мощность тракторного парка должна составить 230 млн л.с. Количество зерноуборочных комбайнов планируется довести до 210-250 тыс. шт., основу которого составляют комбайны с пропускной способностью 9-10 кг/с и двигателем мощностью 250 л.с. (50%) и комбайны с пропускной способностью 5-6 кг/с и двигателем мощностью 180 л.с. (35%). Для хозяйств с невысоким экономическим потенциалом планируется поставлять прицепные комбайны. Общая мощность зерноуборочных комбайнов составит 60 млн л.с, а общая мощность перспективного парка энергетических машин для аграрного производства — около 300 млн л.с., что позволит обеспечить каждый гектар пашни энергетической мощностью около 3 л.с. (в настоящее время в странах ЕС этот показатель составляет 3 кВт/га). Пред-
лагается комплектовать парк машин агропредприятий в зависимости от уровня их технологии производства:
- простые технологии при низком уровне доходности хозяйств и урожайности — до 20 ц/га;
- интенсивные технологии с применением минеральных удобрений — до 120 кг/га д.в. и урожайностью до 30-40 ц/га;
- высокоинтенсивные технологии с урожайностью зерновых до 50-60 ц/га.
В перспективной машинно-технологической системе однооперационные агрегаты должны быть заменены на универсально комбинированные с быстрой сменой рабочих органов, что позволит сократить количество машин, например, для производства зерна с 20-30 до 5-6 при этом прогнозируется снижение капиталовложений в 1,5-2 раза.
В современных условиях проявляется очень активная тенденция использования иностранной техники. Иностранные сельхозмашины, несомненно, имеют ряд значительных преимуществ перед отечественной техникой, в первую очередь, это комфортность работы оператора, высокая надежность машин и прогрессивный уровень выполнения технологических операций. Весьма малы ее простои по техническим причинам в поле. Хотя без учета российских условий некоторые рабочие органы (лапы культиваторов), отдельные узлы (полуоси рабочих колес) не выдерживают наших нагрузок. Но такие конструктивные несоответствия фирмы-поставщики устраняют достаточно оперативно.
Иностранная техника обеспечивает строгое соблюдение заданного режима выполнения технологического процесса. Производительность иностранных механизированных агрегатов более чем на 60-80% выше по сравнению с нашими аналогами, меньше расход топлива при строгом соблюдении требований агротехники.
Однако иностранные машины имеют один существенный недостаток — очень высокие цены. Они могут быть эффективно применены в крайне узком интервале условий, где обеспечивается по нашим меркам очень высокая (3545 ц/га) урожайность сельскохозяйственных культур.
Можем ли мы на базе нашей устаревшей промышленности создать что-то новое? Очевидно, нет. Нам нужны современные технологии. Но ни одна иностранная фирма не продаст нам самый новый завод. Другое дело если купив акции этой фирмы, можно добиваться размещения заказов на российских предприятиях, которые можно оснастить отечественным или импортным экономичным оборудованием.
Если иностранная фирма будет строить в России филиал своего головного завода, то нужно добиваться, чтобы она выполняла как минимум два условия:
- в течение 4-5 лет довести уровень локализации до 50%;
- часть машин обязательно отправлять на экспорт, это заставит головную фирму регулярно обновлять выпускаемые виды машин, нельзя ориентироваться на производство техники, которая работает не хуже, чем в Европе или Америке. Внутренний рынок не должен засоряться второсортной техникой.
Мы не можем пойти по пути Китая: тиражировать массовую продукцию. В Китае очень дешевая рабочая сила. Мы обязаны производить более современную и качественную технику. В противном случае через некоторое время станем завозить все из Китая. Заслуживают самого пристального внимания руководителей экономически слабых хозяйств минимальная отработки почвы (Mini Till), прямой посев в необработанную почву (Ыо Till) и сопутствующая им техника. Вышеназванные технологии получили широкое применение во многих регионах России, в том числе и на Алтае. Выпускаемый заводом Алтайсельмаш (г. Барнаул) почвообрабатывающий посевной агрегат ЭРА-П позволяет:
- при внедрении Nо Till снизить в
4 раза число используемых машин, в 4,5 раза расход топлива, в 3,7 раз трудозатраты. Стоимость агрегата в 7 раз ниже суммарной стоимости заменяемых им машин;
- вести широкополосный посев в необработанную почву, совмещенный с:
а) уничтожением вегетирующих сорняков;
б) подготовкой выровненного семенного ложа;
в) измельчением, выравниванием и прокатыванием почвы над засеянными полосами;
- вычесывать подрезанные сорняки на поверхность поля;
- проводить глубокую осеннюю плоскорезную обработку почвы, совмещенную с мульчированием поверхности пожнивными остатками или сохранением стерни;
- одновременно высевать до шести разных культур. Работает без сеяльщиков;
- вернуть в севооборот с минимальными затратами забурьяненные поля;
- органически вписываться в традиционную технологию и поэтапно переходить на технологию Nо Till;
- благодаря высокой универсальности получить дополнительный доход в 500600 тыс. руб. в год.
Алтайсельмаш (г. Барнаул) регулярно проводит семинары по внедрению технологий Mini Till и Nо Till, почвообрабатывающей установки Торнадо, уборочного агрегата ЭРА-У.
Вторичный рынок — развитие технического сервиса в сторону обслуживания рынка подержанных машин, столь популярного за рубежом. За свой 2030-летний срок службы тракторы, комбайны, автомобили перепродаются там два-три раза, переходя из рук в руки. Главными причинами появления вторичного рынка в нашей стране являются повышение цен на новые машины, значительно опережающее в своем росте стоимость продукции растениеводства и животноводства, а также глубокое расслоение сельскохозяйственных товаропроизводителей по финансовым возможностям. Покупают машины на вторичном рынке, как правило, более слабые хозяйства. Таких, к сожалению, в России пока большинство. По данным д.э.н. В. Драгайцева, платежеспособный спрос 301 обследованного в 1999 г. хозяйства Московской области распределился следующим образом: каждое из 46% наиболее бедных хозяйств смогло приобрести технику в расчете на гектар сельхозугодий в 6 и более раз меньше, чем те, которые входили в 12% наиболее рентабельных. Последние и будут, видимо, ориентированы на рынок новых машин. Остальные станут удовлетворять
свою потребность, используя подержанную технику той или иной сохранности [5].
По данным научного прогноза, до 2030 г. комбайновая уборка будет оставаться основным способом сбора зерна. В связи с этим ориентировочное количество комбайнов на 1000 га уборочной площади можно определить по эмпирической зависимости [6]:
1,75 • из
=------------,
К Qм
где из — урожайность зерна, ц/га;
ЗС — коэффициент соломистости хлебной массы;
QМ — пропускная способность молотилки комбайна, кг/сек.
Однако условия, в которых находится современное сельское хозяйство, практически лишенное свободного финансирования, диктуют необходимость применения более точного расчета потребности техники. В связи с этим нами предлагается следующая формула:
F • К
Пк Зб • Q • K • K • K
-fvw Л'З Л-П
ТCM -Т • KCM • До
из (1 + 6С )
где F — общая площадь зерновых культур агропредприятия, тыс. га;
Кі — коэффициент конкретного объема убираемой культуры в общем балансе посевных площадей предпри-
ятия, K. =
F_
F
Г,. — величина площади конкретно убираемой культуры (пшеница, ячмень, овес и т.д.), тыс. га;
— коэффициент, учитывающий влажность хлебной массы;
К3 — коэффициент, учитывающий
засоренность хлебной массы;
Кп — коэффициент, учитывающий полеглость хлебной массы.
Значения коэффициентов К, К3, Кп определены на основе многочисленных исследований (ВИМ, ВНИП, ТИМЭСХ, СибИМЭ, ЧИМЭСХИ): при влажности хлебной массы:
w_,
10 -15 1б - 20 21 - 25
значения KN
1,0
О,9О
0,70
2б - ЗО Зі - З5
О,45
О,2б
засоренность хлебостоя:
3% = до 5 ; 10 — 20 ; 21 — 30 ;
значения К3 1,0 ; 0,90 ; 0,85 ;
31 — 40 _ 41 — 50 _ 51 — 60
0,81 ; 0,77 ; 0,73 ,
где Кп — при уборке полеглых хлебов переоборудованными комбайнами,
Кп = 0,85 — 0,90 ;
ТСМ — продолжительность смены, ч; т — коэффициент использования времени смены в зависимости от длины гона для жатвенных агрегатов;
КСМ — коэффициент сменности;
ДО — оптимальная продолжительность уборки зерновых культур в зоне расположения агропредприятия, дни.
Комбайновый парк рациональной структуры должен обеспечивать выполнение уборочных работ в установленные оптимальные сроки по возможности при наименьшем числе марок.
Библиографический список
1. Широких А. Машинно-технологические станции / А. Широких, Н. Сычев // Сельский механизатор. 1997.
2. Завора В.А. Особенности технической политики МТС / В.А. Завора // Вестник алтайской науки. 2001. № 2.
3. Стратегия машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 года. М.: РАСХН, МСХ РФ, 2003. 64 с.
4. Яшутин Н.В. Технология и техника успешного земледелия / Н.В. Яшутин,
А.И. Хоменко, Е.В. Кофейникова. Барнаул, 2006.
5. Черноиванов В.И. Состояние и основные направления развития технического сервиса / В.И. Черноиванов. // Вестник ЧГАУ. 2000. Т. 31.
6. Завора В.А. Основы эксплуатации мобильных сельскохозяйственных агрегатов / В.А. Завора. Барнаул, 2004. 252 с.
+ + +
УДК 633.34.664.0:636.084 В.И. Земсков,
Г.М. Харченко
ХАРАКТЕРИСТИКА СПОСОБОВ РАФИНАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ
Одной из основных технологических стадий производства масла является процесс рафинации (очистки), поскольку это во многом определяет качество и безопасность конечной продукции.
Применяют схемы полной и частичной рафинации масла [1].
Полная очистка масла обеспечивает получение масел, свободных от механических примесей, без специфических вкуса, запаха и цвета, с заданным содержанием свободных жирных кислот. После полной рафинации у масел практически отсутствуют органолептические признаки (вкус и запах).
Частичная рафинация обеспечивает удаление из масла отдельных групп примесей и заканчивается на заданной
стадии, определяемой дальнейшей переработкой или использованием масла.
Полная очистка масел складывается из следующих процессов: удаление механических примесей; гидратация - удаление гидрофильных примесей (фосфолипидов, белков, углеводов); удаление восков (винтеризация); нейтрализация -удаление свободных жирных кислот и веществ кислой природы; промывка масла - удаление из него оставшихся после нейтрализации частиц мыла; высушивание - удаление влаги; отбеливание - удаление растворенных в масле красящих веществ; дезодорация - удаление из масла ароматических и вкусовых веществ.
Процессы очистки растительных масел исследовали многие ученые. Исследования В.Х. Паронян, Б.Н. Чубинидзе,
А.В Лусовой, И.С. Гавриленко подтвердили, что механические примеси (частички оболочки, жмыха) не только ухудшают товарный вид масла, но и обусловливают протекание ферментативных, гидролитических и окислительных процессов. Кроме того, эти примеси имеют белковое происхождение и способствуют протеканию сахароамин-ных реакций, образованию липопроте-идных комплексов. В результате денатурации белковых веществ в масло переходят одорирующие и красящие вещества. Все эти процессы ухудшают органолептические показатели и физиологическую ценность масел, поэтому механические примеси удаляют сразу же после получения масел. Обычно схема механической очистки включает в себя комбинацию процессов отстаивания, фильтрования и центрифугирования.
Вопросами отстаивания занимались исследователи: А.Г. Касаткин, Г.Д. Ка-вецкий, В.Д. Королев, Ю.И. Дытнерский и другие. Это процесс разделения неоднородных систем под действием силы тяжести. Этот метод длителен и требует громоздкой аппаратуры.
Фильтрация - отделение твердых частиц от масла с помощью тканевых фильтров под давлением или под вакуумом. Прессовые масла (форпрессовое и экспеллерное), как правило, проходят двойную фильтрацию: горячую — при
50...55°С, в результате чего удаляются механические примеси и частично фос-фатиды, и холодную - при 20...25°С, при которой осаждаются фосфатиды, частично белковые и слизистые вещества. Считается, что наиболее совершенным способом выделения мелких взвешенных частиц является осаждение их в центробежном поле. Для этих целей используются центрифуги и сепараторы. При центрифугировании удаляются не только взвешенные примеси, но и вода.
Изучению проблемы повышения эффективности процесса тонкой очистки масла посвящены работы многих научных, проектно-технологических и других организаций. Созданию теоретических основ производства и очистки растительных масел, вопросам совершенствования конструкций аппаратов, оптими-
зации параметров и их рабочих органов посвящены работы В.А. Масликова, И.В. Гавриленко, А.И. Голдовского,
В.П. Кичигина, В.П. Ржехина, В.В. Белобородова, Б.Н. Тютюнникова,
В.Г. Щербакова, С.М. Доценко и др.
Применяют схемы полной и частичной очистки (рафинации) масла.
Полная рафинация обеспечивает получение масел, свободных от механических примесей, без специфических вкуса, запаха и цвета, с заданным содержанием свободных жирных кислот. После полной рафинации у масел практически отсутствуют органолептические признаки (вкус и запах).
Частичная рафинация обеспечивает удаление из масла отдельных групп примесей и заканчивается на заданной стадии, определяемой дальнейшей переработкой или использованием масла.
Последовательность процессов рафинации масла и получаемые при этом виды масел представлены на схеме (рис. 1), из которой видно, что иногда не для всех видов масел проводят весь цикл рафинации, часто ограничиваются только некоторыми операциями, например, выводят механические примеси и фосфолипиды, если все остальные показатели соответствуют требованиям стандартов для данного вида масла [2].
В соответствии с механизмом протекания процессов методы очистки масла условно делят на физические, химические, физико-химические.
К физическим методам относят отстаивание, фильтрацию, центрифугирование. С помощью этих методов из масел удаляют механические примеси и частично коллоиднорастворенные вещества, например, фосфолипиды, выпавшие в осадок, воду, попавшую в масло в процессе его извлечения, воски.
К физико-химическим методам очистки соевого масла относят процессы, с помощью которых из масла удаляются примеси, образующие истинные и коллоидные растворы, без химического изменения веществ, входящих в состав масла. Удаление таких примесей из масла осуществляется путем гидратации и охлаждения масла. К химическим методам очистки соевого масла относят процессы, с помощью которых из масла удаляются примеси в результате химиче-
ского изменения веществ, находящихся в масле (омыление жирных кислот).
Химическая рафинация — традиционный метод, при котором свободные жирные кислоты сырых масел нейтрализуются каустической содой. Полученное в результате мыло натрия отделяется сепараторами. Удаление из масел примесей, образующих при рафинации новые химические соединения, осуществляется путем нейтрализации жирных кислот и других веществ, реагирующих со щелочами, сильными основаниями, кислотами и другими реагентами [3].
Удаление механических примесей
Механические примеси удаляют из сырого масла путем отстаивания, фильтрования и центрифугирования.
Метод отстаивания основан на выпадении частиц, взвешенных в сыром масле, под действием силы тяжести. Примеси в виде твердых частиц, коллоидных растворов, воды имеют более высокую плотность, чем масло, и под действием силы тяжести выпадают в осадок [4]. Отстаивание масла - длительный процесс, требующий использования большого количества емкостей для масла, подготовленного к отстаиванию.
С целью ускорения отделения механических примесей масло отстаивается при повышенных температурах, так как вязкость горячего масла ниже и это ускоряет процесс оседания механических примесей.
в пищу, для производства маргарина, масла Рис. 1. Способы очистки растительных масел
Метод фильтрования основан на том, что поры фильтрующего материала способны пропускать частицы только определенных размеров. Для фильтрования применяются фильтры различных конструкций, работающие под давлением или под вакуумом, периодического и непрерывного действия [5]. В качестве фильтрующего материала может использоваться такой адсорбент, как цеолит [6].
Горячее фильтрование ведется при температуре не ниже 50...55°С. Если горячее масло не очистить от механических примесей, белковых веществ, минеральных загрязнений, то это снижает качество масла и получаемых из него продуктов.
Холодное фильтрование проводят при температуре 20...25°С после горячего. Фильтруется масло, охлажденное до температуры коагуляции в нем фосфа-тидно-белкового комплекса.
Осадок (фуз), полученный в результате отделения твердых или коллоидно-растворенных примесей, состоит из азотсодержащих, углеводсодержащих веществ, фосфолипидов, красящих веществ, масла, мезги, жирных кислот, стеринов, каротиноидов, витаминов и веществ, определяющих запах масла. Фузы обычно не находят прямого применения.
Процесс центрифугирования заключается в отделении примесей от масла под действием центробежной силы, развиваемой на рабочих органах центрифуг. При воздействии центробежных сил смесь масла и примесей разделяет-
ся на две фракции: очищенное масло и примеси.
Гидратация масла
Гидратация - обработка масла водой при нагревании.
В результате гидратации белковые, слизистые вещества и фосфатиды набухают и переходят из коллоидного состояния в нерастворимое, то есть коагулируют и выпадают в осадок. Фосфолипиды и частично адсорбированные на них ароматические, вкусовые и красящие вещества выводятся центрифугированием.
На рисунке 2 приведена схема водной гидратации.
Для подачи сырого масла на теплообменник используется насос специальной конструкции. Сырое масло нагревается до оптимальной температуры процесса. К маслу добавляется горячая вода в количестве, соответствующем содержанию фосфатидов в сыром масле, и интенсивно перемешивается. Вследствие интенсивного смешивания масла и воды, набухание гидратируемых фосфа-тидов происходит очень быстро, и нет необходимости в дополнительном выдерживании продукта в специальной емкости.
Для непрерывного отделения фосфа-тидов, нерастворимых в масле, используется сепаратор. В большинстве случаев рекомендуется дальнейшее снижение содержания фосфатидов посредством промывки масла. В таких случаях к маслу добавляется некоторое количество горячей воды и сепарируется на второй центрифуге.
Рис. 2. Схема водной гидратации
После подобной обработки гидратированное масло либо подается на стадию отбелки, либо высушивается в ва-куум-сушильном аппарате, если в дальнейшем его планируется направить на продажу или хранение.
Фосфатиды используются в животноводстве в качестве кормовой добавки. После высушивания в тонкопленочных испарителях получают коммерческий лецитин. Лецитин — ценный побочный продукт, который используется в качестве эмульгатора в пищевой, косметической и фармацевтической промышленностях.
Щелочная рафинация масла
При щелочной рафинации производится обработка масла щелочью в целях удаления свободных жирных кислот, присутствие которых отрицательно влияет на вкусовые достоинства масла и ускоряет окисление соевого масла, приводящее к их порче. Эффективность нейтрализации соевого масла щелочью определяется величиной кислотного числа масла после нейтрализации. В результате взаимодействия щелочей с жирными кислотами образуются соли жирных кислот - мыла, которые незначительно растворяются в нейтральном масле.
При взаимодействии свободных жирных кислот с нейтральными мылами в масле образуются кислые мыла. Мыла, нагретые до температуры плавления (220...230°С), могут растворяться в нейтральном масле. При охлаждении нейтрального масла с растворенным мылом из масла выделяется студнеобразный осадок. Этот осадок (соапсток) представляет собой смесь мыла, воды, нейтрального масла, механически увлечен-
ного мылом при отстаивании, части красящих веществ, механических примесей. По причине большого различия плотности соапсток легко отделяется от масла.
Нейтрализация
Для нейтрализации кислотности масла применяют растворы щелочей различной концентрации. Распыление щелочи (натриевой, кальциевой) производится равномерно над всей поверхностью масла. Вслед за щелочью в масло вводится 3-4%-ный раствор соли. Раствор соли способствует более быстрому отделению нежелательных примесей от масла.
Концентрированные растворы подаются в масло с температурой 20...25°С, слабые растворы нагреваются до
95...97°С и при такой температуре поступают в масло для нейтрализации. После введения всей щелочи масло в нейтрализаторе перемешивается в течение 15-20 минут. Это делается с целью укрупнения образовавшихся во время нейтрализации хлопьев мыла.
На рисунке 3 приведена схема нейтрализации негидратированного масла. Для кондиционирования негидратируе-мых фосфатидов к сырому негидрати-рованному маслу добавляется небольшое количество ортофосфорной или лимонной кислоты. В некоторых случаях кислота добавляется в емкость с мешалкой перед сепаратором; время обработки может составить несколько часов. Однако более эффективный метод состоит в том, чтобы добавить кислоту перед центробежным смесителем. Интенсивное смешивание позволяет уменьшить время обработки до нескольких минут.
Рис. 3. Схема нейтрализации негидратированного масла
После этого добавляется разбавленная каустическая сода для нейтрализации свободных жирных кислот. С каустической содой добавляется вода в достаточном количестве для гидратации фосфатидов. После нескольких минут обработки в специальных емкостях с мешалками масло нагревается и подается в первый сепаратор для отделения соапстока. Нейтрализованное масло промывается для дальнейшего снижения содержания остаточного мыла. Для этой цели к маслу добавляется некоторое количество горячей воды, смешивается в центробежной мешалке и разделяется на промывочную воду и масло в сепараторе. Остаточная влажность масла окончательно снижается в вакуумной сушилке [7].
Удаление восков (винтеризация)
Масло подвергают вымораживанию для удаления воскообразных веществ в целях улучшения товарного вида.
Масло и воски имеют разную температуру кристаллизации. Для сырого масла температура кристаллизации восков составляет 8°С, гидратированного — 10°С, нейтрализованного щелочами — 12°С. При указанных температурах вос-ки имеют кристаллы максимальных размеров, сравнительно легко отделяются от масла при фильтрации.
При обычной рафинации воски из масла не выводятся. Для их удаления масло сначала охлаждают до 8...12°С, затем подогревают до 20°С. Это делается с целью снижения вязкости масла и получения более крупных кристаллов восков. Затем масло фильтруют. Масло, освобожденное от восков при охлаждении до 0°С, не выделяет мути и остается прозрачным.
Отбеливание масла
Отбеливание - извлечение из масла красящих веществ путем обработки его адсорбентами (животным углем или отбельными глинами, например, цеолитом,
- поверхностно-активными веществами, способными поглощать и удерживать на поверхности красящие вещества).
При этом у масла снижается интенсивность окраски, что часто необходимо для придания маслам лучшего товарного вида.
Адсорбенты не только обесцвечивают масло, но и удаляют белковые и слизистые вещества, мыла.
При отбеливании масло предварительно проходит стадию гидратации и сушки. Слизистые, белковые, смолистые вещества, фосфолипиды и мыла, находящиеся в масле, снижают степень отбеливания, поэтому их предварительно выводят из масла.
Влага снижает адсорбционные свойства отбельных глин, поэтому масло должно иметь влажность 0,1-0,05%.
Дезодорирование масла
Дезодорирование - процесс отгонки ароматических летучих веществ, сообщающих маслу запах и вкус. Носителями вкуса и, особенно, запаха являются легколетучие вещества: углеводороды, альдегиды, кетоны, спирты, низкомолекулярные жирные кислоты и их эфиры, эфирные масла. На дезодорирование направляют предварительно отбеленные масла. Принцип этого процесса основан на различии в температурах испарения ароматических веществ и собственно жиров (триглицеридов).
Дезодорирование является последней стадией полной очистки масла. Процесс осуществляется в дезодораторах. Методы удаления из масла примесей, обуславливающих его вкус и запах, основаны на отгонке из масла летучих веществ. Для дезодорации масел применяют перегретый пар до 325...375°С. Процесс ведется при остаточном давлении 5-8 кПа. Дезодорационная установка работает под высоким вакуумом и позволяет довести температуру масла до 240°С. Кислотность масла при дезодорации снижается намного от первоначальной кислотности. В конденсаторе конденсируется 95% жирных кислот.
Дистилляция масла
Дистилляционное снижение кислотности соевого масла заключается в переводе жирных кислот из жидкого состояния в газообразное. Жирные кислоты способны кипеть и перегоняться, но температура их отгонки высока. Для снижения температуры кипения масло обрабатывают под вакуумом острым водяным паром. Масло перед дистилляцией нагревают до температуры
240...280°С. Вакуум поддерживается от
2 до 5 кПа. Процесс дистилляции жирных кислот из жидких соевых масел ведут при температуре 240...260°С, продолжительность достигает 4 минут.
Выводы
1. Анализ способов механической очистки растительных масел показал, что центрифугирование имеет ряд преимуществ перед отстоем и фильтрацией. Особенно это проявляется при совмещении фильтрации и центрифугирования в одной машине. При центрифугировании с применением адсорбентов можно получить масло, качество которого соответствует требованиям ГОСТов.
2. Гидратация масел направлена на удаление фосфатидов. В результате гидротации белковые, слизистые вещества и фосфатиды набухают и переходят из коллоидного состояния в нерастворимое, то есть коагулируют и, выпадая в осадок, выводятся и частично адсорбированные на них ароматические, вкусовые и красящие вещества.
При доработке технологии центрифугирования путем введения некоторого количества воды можно обеспечить полное удаление фосфолипидов. Что обеспечит очистку масел в одной машине - фильтрующей центрифуге.
Библиографический список
1. Щербаков В.Г. Получение растительных масел / В.Г. Щербаков. М.: Колос, 1992. 357 с.
2. Оборудование предприятий масложировой промышленности / Б.Н. Чу-бинидзе и др.; под ред. Б.Н. Чубинидзе. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. 304 с.
3. Технология производства растительных масел / В.М. Копейковского и др.; под ред. В.М. Копейковского. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 416 с.
4. Паронян В.Х. Научно-практические аспекты производства масложировой продукции / В.Х. Паронян, О.С. Воско-нян, Н.М. Скрябина // Масложировая промышленность. 2004. № 5. С. 12-17.
5. Романков П.Г. Основы процессов химической технологии / П.Г. Романков, Я. Циборовский. Л.: Химия, 1987. 720 с.
6. Земсков В.И. Характеристика цеолитов, используемых в качестве фильтрующего материала в конической центрифуге / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2007. № 6(32). С. 52-53.
7. Шмидт А.А. Теоретические основы рафинации растительных масел / А.А. Шмидт. М.: Пищепромиздат, 1990. 443 с.
+ + +
