CC BY
7УДК 664.8.022.1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ЭНЕРГОЗАМЕЩАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОДУКТА «АЦИДОЛАКТ»
Гербер Ю. Б., доктор технических наук, профессор;
Гаврилов А. В., кандидат технических наук, доцент; Киян Н. С., магистрант; Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»
В статье отражена информация об энергозатратах на производство молочных, и в частности кисломолочных продуктов, что сказывается на их конечной себестоимости. В целях экономии электроэнергии, одним из перспективных направлений в молочном производстве можно считать применение возобновляемых источников энергии, в южных регионах - это преимущественно гелиосистемы. Нами предложено перспективное технологическое решение - энергосберегающая технология производства продукта «Ацидолакт», с использованием гелиоустановки в контуре получения горячей воды для сквашивания продукта, что сможет обеспечить, по предвари-тельнымрасчетам, снижение затрат электроэнергии на 60-70%.
Ключевые слова: ацидолакт, пастеризация, комплексная энергоза-мещающая установка, сквашивание, вакуумный солнечный коллектор, энергосбережение.
USING INTEGRATED ENERGY SUBSTITUTING DEVICE IN MANUFACTURING TECHNOLOGY OF FUNCTIONAL FOODS «ATSIDOLAKT»
Gerber Y. B., Doctor of Engineerings Sciences, Professor;
Gavrilov A. V., Candidate of Engineerings Sciences, Associate Professor; Kiyan N. S., Magister Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University»
The article reflects the information about energy consumption in the production of milk and sour milk products in particular, which affects their ultimate cost. To save energy, one of the most promising trends in milk production can be regarded as the use of renewable energy in the southern regions - is primarily solar. We suggested a promising technological solution - energy efficient production technology «Atsidolakt» product, using the solar circuit in the hot water for the ripening of the product that will be able to provide, according to preliminary calculations, the reduction of energy costs by 60-70%.
Keywords: atsidolakt, pasteurization, complex energy substituting installation, souring, the vacuum solar collector, energy saving.
Введение. Энергосбережение - один из основных способов снижения затрат и повышения эффективности производства пищевых продуктов, в частности молочных.
Установлено, что производство молочной продукции, в особенности кисломолочных продуктов, требует больших затрат энергии, что в результате сказывается на их конечной себестоимости. Общие затраты электроэнергии, необходимые на реализацию технологических процессов, в структуре издержек могут доходить до 28-32%. Из этого следует вывод, что высокая себестоимость готовой молочной продукции связана с недостаточным внедрением на молочных предприятиях энергосберегающих технологий, а также недостатком качественного оборудования для использования возобновляемых источников энергии [1].
В целях экономии электроэнергии, одним из перспективных направлений в молочном производстве можно считать применение гелиосистем [2,4].
Материал и методы исследований. Нами предложено перспективное технологическое решение - энергосберегающая технология производства продукта «Ацидолакт», с использованием гелиоустановки в контуре получения горячей воды для сквашивания продукта, что сможет обеспечить, по предварительным расчетам, снижение затрат электроэнергии на 60-70%.
Для проведения эксперимента использовался вакуумный солнечный коллектор производителя АЬек с тепловыми вакуумными трубками и интегрированным баком. Емкость системы 150 л, количество трубок - 15.
Гелиосистема АЬек позволяет обеспечить автономное горячее водоснабжение и горячую воду для технологических целей (рис. 1).
Рис. 1. Комплексная энергозамещающая установка
Принцип работы гелиосистемы следующий:
Гелиосистема сориентирована на юг и располагается на наклонной площадке, для того чтобы максимально использовать поток солнечной энергии. Угол наклона зависит от географической широты данной местности и находится для наших условий в пределах 35-45 °С.
Солнечный коллектор воспринимает тепловую энергии и используют её для нагрева воды в солнечном бойлере. Бак имеет теплоизоляцию, что позволяет сохранять воду горячей. Бак системы состоит из двух емкостей - внутренней и наружной, пространство между стенками заполнено полиуретаном для теплоизоляции. Внутренний бак: нержавеющая сталь SUS304-2B; толщина - 0,4 мм; диаметр - 360 мм. Внешний бак и рама так же изготовлены из нержавеющей стали. Весь материал подвергнут антикоррозионной обработке.
В дни, когда солнечного излучения недостаточно, или температура воды недостаточно горячая, автоматически может включаться источник тепла, который работает от традиционных видов энергии, например от электричества. Возможен вариант подключения к ветроэнергетической установке, при условии установки стабилизатора параметров электрического тока. В таком случае установка будет по сути являться комплексной энергозамещающей.
Если температура воды поднялась до критической температуры - срабатывает клапан, установленный на баке. Если система переполняется водой, срабатывает наполнительный клапан [3].
Преимущества предлагаемой системы с концентраторами трубчатого типа:
- в данной системе применяются специальные вакуумные трубки, которые не содержат внутри воды. Это позволяет использовать установку в любое время года - круглогодично. Так как внутри трубок нет воды, система может работать даже в случае выхода из строя нескольких трубок. Внутри трубок находятся алюминиевые пластины, между которыми расположен медный тепло-проводящий стержень, который и передает тепло от трубки к воде в баке;
- система является устойчивой к сильным ветрам и граду;
- обладает высокой эффективностью нагрева воды при низкой интенсивности солнечного излучения;
- работа устройства не зависит от жёсткости и химического состава растворённых в воде солей;
- благодаря использованию специальной теплоизоляции внутри бака, горячая вода остается теплой длительное время и через 48 часов имеет температуру не менее 35 °С;
- управлять системой можно при помощи контроллера;
- система не нуждается в применении насоса, так как подача воды осуществляется под давлением от водопровода.
Гелиоустановку использовали в технологическом процессе сквашивания продукта. На ёмкость устанавливались термопары, которые через каждые 12 минут фиксировали температуру подаваемой воды из гелиоустановки. (рис. 2).
Рис. 2. Общий вид системы замера температурных данных на комплексном энер-гозамещающем устройстве и на емкости для сквашивания
Значения записывались программой «Монитор показаний». Это программа регистрации данных, предназначенная для организации сбора и предоставления информации, полученной от контролеров на персональном компьютере. Программа разработана, как приложение Windows и позволяет вести визуальный контроль, как текущих показателей контролеров, так и данных, находящихся в архиве. Данные снимались автоматически, сохранялись в базе данных, а затем представлялись в виде графиков и таблиц, построенных в табличном редакторе Exel.
Вход молока Выход молоко Вход холодной Ши Выход холодной воды Выход горячей еодч Вход горячей еоды На сепаратор
Выход пастертобонного молока
200
400
600
800
1000
Рис. 3. Диаграмма замеров температурных данных при сквашивании молока
Результаты и обсуждение. Среднесуточные показатели температур в гелиоустановке представлены (в табл. 1).
Таблица 1. Средние значения температур в гелиоустановке
Время суток Среднее значение температуры воды в гелиоустановке, °С
10-00 37,71
11-00 45,29
12-00 52,30
13-00 57,45
14-00 63,80
15-00 60,88
16-00 58,57
17-00 53,59
Среднее 53,70
На рисунке 4 представлен график с температурными показателями воды в рубашке, в период сквашивания продукта.
Рис. 4. Температура воды в рубашке в период сквашивания
Выводы. 1) Сравнивая данные температуры горячей воды, полученной в КЭУ (45.. .60 оС), с начальной температурой водопроводной воды - 13.. .15 оС (рис. 3) и нормативные параметры температуры процесса сквашивания молока (32.35 оС) можно сделать вывод о полном замещении тепловых затрат в весенне-летний период работы молочной линии на производстве кисломолочных продуктов.
2) Из графика (рис. 4) видно, что вода, поступающая из гелиоустановки в рубашку технологической емкости, на весь период сквашивания продукта
обеспечивает процесс достаточным количеством теплоты, что принесёт дополнительный экономический эффект от внедряемой технологии.
Список использованных источников:
1. Гербер Ю. Б. Энергоемкость и энергосодержание технологии производства молока / Научные труды ЮФ НУБиП Украины «Крымский агротех-нологический университет». - Симферополь, 2012. - Вып. 146. - С. 12-17.
2. Гербер Ю. Б., Гаврилов А. В. Определение площади поверхности гелиоколлекторов комплексной энер-гозамещающей установки (КЭУ) / Научно-практический журнал «Известия сельскохозяйственной науки Тавриды». - Симферополь, 2015. - Вып. 1 (164). - С. 116-120.
3. Гербер Ю. Б., Гаврилов А. В., Вербицкий А. П. Оптимизация тепловых процессов переработки молока / Научные труды ЮФ НУБиП Украины «Крымский агротехнологический университет». - Симферополь, 2013. -Вып. 156. - С. 6-13.
4. Гербер Ю. Б. Перспективы использования возобновляемых источников энергии в отраслях АПК / Научные труды ЮФ «Крымский агро-технологический университет» НАУ (технические науки) - Симферополь, 2008. - Вып. 113. - С. 3-6.
Сведения об авторах:
Гербер Юрий Борисович - доктор технических наук, профессор, заместитель директора Академии биоресурсов и природопользования по учебной работе, профессор кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО
References:
1. Gerber Y. B. Energy intensity and energy content of the milk production / Proceedings of technology LF NUBiP Ukraine «Crimean Agriculture technology university». - Simferopol,
2012. - Vol. 146. - P. 12-17.
2. Gerber Y. B., Gavrilov A. V. Determination of the surface area of solar collectors integrated energy replacement installation (CPP) / Scientific and practical journal «Proceedings Tauris agricultural science». - Simferopol, 2015. 1 (164). - P. 116-120.
3. Gerber Y. B, Gavrilov A. V., Verbitsky A. P. Optimization of thermal processes milk / Proceedings Law Firm NUBiP Ukraine «Crimean Agriculture technology university». - Simferopol,
2013. - Vol. 156. - P. 6-13.
4. Gerber Y. B. Prospects for the use of renewable energy sources in the agribusiness sectors / Proceedings Law Firm «Crimean Agriculture technology University» UNAM (engineerings sciences). - Simferopol, 2008. -Vol. 113. - P. 3-6.
Information about the authors:
Gerber Yriy Borisovych - Doctor of Engineerings Sciences, Professor, the deputy director of the Academy of Life and Environmental Sciences on educational work, Professor of department of technology and equipment of production and processing of products of stock-raising Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I.
«КФУ имени В. И. Вернадского», е-таЛ: gerber_1961@mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского»;
Гаврилов Александр Викторович-кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», заместитель декана факультета механизации производства и технологии переработки сельскохозяйственной продукции Академии биоресурсов и природопользования по учебной работе, е-тай: tehfac@ mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского»;
Киян Наталья Сергеевна - магистрант кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».
Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: gerber_1961@mail.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe;
Gavrilov Alexander Viktorovich -Candidate of Engineerings Sciences, Associate Professor, Associate Professor of department of technology and equipment of production and processing of products of stock-raising Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», deputy of dean of faculty of mechanization of production and technology of processing of agricultural produce of the Academy of Life and Environmental Sciences, e-mail: tehfac@mail.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe;
Kiyan Natalia Sergeevna - graduate student of the department of technology and equipment production and processing of livestock products of the Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.
