CC BY
35
Literatura
1. Kosouhov F.D. Metody raschyota, sposoby i sredstva snizheniya poter' elektricheskoj energii i povysheniya eyo kachestva v sel'skih raspredelitel'nyh setyah 0,38 kV pri nesimmetrichnoj nagruzke: dis. ... dokt. tekhn. nauk: 05.20.02. / LSKHI. - L., 1989. - 501. s.
2. Kosouhov F.D. Analiz skhem transformatornogo preobrazovatelya chisla faz // Izvestiya vuzov. Elektromekhanika. - 1979. - №7. - S. 639-646.
3. Kostenko M.P. Elektricheskie mashiny. CHast' obshchaya: uchebnik. - M.-L.: Gosenergoizdat, 1944. - 815 s.
4. Epifanov A.P. Elektricheskie mashiny: uchebnik. - SPb.: Izdatel'stvo «Lan'», 2006. - 272 s.
5. Zeveke G.V., Ionkin P.A., Netushil A.V., Strahov S.V. Osnovy teorii cepej: uchebnik. - M.: Energoatomizdat, 1989. - 528 s.
6. Bessonov L.A. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki: uchebnik. - M.: Izdatel'stvo «Vysshaya shkola», 1967. - 776 s.
7. Mel'nikov N.A. Matrichnyj metod analiza elektricheskih cepej: uchebnik. - M.: Energiya, 1975. -464 s.
8. ZHukov L.A., Kartashov N.I., Ryzhov YU.T., Doroshenko A.I. Diskretnoe bystrodejstvuyushchee regulirovanie moshchnosti batarej staticheskih kondensatorov s pomoshch'yu tiristornyh vyklyuchatelej // Elektrichestvo. - 1977. - №7. - S. 68-71.
9. Butyrin P.A., Gusev G.G., Kuzhman V.V., Mihoev D.V. Matematicheskoe i fizicheskoe modelirovanie fil'trokompensiruyushchego ustrojstva na osnove katkona// Elektrichestvo. - 2014. -№11. - S. 58-62.
10.Dovgun V.P., Stashkov I.A., Nikolaev I.F. Mnogofunkcional'nye fil'trokompensiruyushchie ustrojstva dlya sistem tyagovogo elektrosnabzheniya peremennogo toka// Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Elektromekhanika. - 2016. - № 3 (545). - S. 55-60.
УДК 631.363. 25 DOI 10.24411/2078-1318-2020-11166
Доктор техн. наук, проф. М.А. КЕРИМОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, martan-rs@yandex.ru)
ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ОТ МИКРОРАЗМЕРНЫХ ФРАКЦИЙ
ДО НАНОЧАСТИЦ
Известно, что содержащиеся в корме питательные вещества, белки, жиры, углеводы, витамины и минералы усваиваются организмом сельскохозяйственных животных не полностью. Степень их усвоения зависит от множества факторов, один из которых -доступность структуры продукта для «атакующих» ферментов, способствующих его перевариванию. Для увеличения питательности корма используют различные технологические приемы: регулирование уровня клетчатки и пектиновых веществ, выбор способа обработки, управление качеством конечного продукта. В некоторых случаях с изменением технологического процесса, например, при добавлении термической обработки, отдельные свойства корма теряются. Поэтому из доступных способов повышения усвояемости корма животными наиболее предпочтительным является измельчение продукта до мелкодисперсного состояния.
В настоящее время существует множество лечебных препаратов и биологических добавок, созданных на основе порошков различных органических компонентов. Например, порошок на основе хвойных пород деревьев является источником витаминов Е, К, F, провитамина А, каротиноидов, биофлавоноидов и витаминов группы В. Из хвои, побегов сосны или ели извлекают компоненты, используемые в ветеринарной медицине.
Получение субстрата с целевыми компонентами требуемого качества вызывает определенные затруднения в производстве. В основном это связано со спецификой органических продуктов: они имеют водянистую структуру, характеризуются недостаточной
твердостью для перемалывания и, как правило, не должны подвергаться воздействию чрезмерно высоких температур. Для первичной обработки компонентов применяются шаровые, вихревые, молотковые и другие установки. Измельчение может осуществляться дроблением, размолом, истиранием, резанием. При таких способах обработки сложно получить конечный продукт с размером компонентов менее 50 мкм.
Цель исследования. Процессы измельчения органического сырья в ряде случаев приблизились к естественному пределу скорости. Их дальнейшая интенсификация на существующей технологической платформе представляется трудноразрешимой задачей. Попытки решить проблему путем модернизации оборудования или улучшения его конструктивных параметров являются неэффективными. Для повышения качества функционирования технологического процесса необходимы новые схемотехнические решения, базирующиеся на информационных технологиях, компьютерная поддержка которых требует соответствующего инструментального обеспечения.
Материалы, методы и объекты исследований. Возникает необходимость в организации исследований, сочетающих поисковый эксперимент с использованием методов биоинформатики.
В связи с этим разработка способа наноизмельчения различных видов органического сырья на основе использования энергоэффективного технологического оборудования и оперативного контроля качества выходных процессов является актуальной задачей.
Разнообразие видов дробления и большой ассортимент продуктов обуславливает многотипность дробильного оборудования. Процесс измельчения материала с использованием разнообразных дробильных машин еще не получил вполне завершенного теоретического обоснования [1, 2, 3, 4].
Академик П.А. Ребиндер предложил гипотезу, которая базируется на учете изменения объема поверхности деформируемого тела [5]. Согласно этой гипотезе работа измельчения может быть представлена суммой работы, затрачиваемой на упругую и пластическую деформацию, и работы на образование новой поверхности их частиц, т.е.
где ДУ - работа упругих и пластических деформаций в объеме тела ДУ, пропорциональная этому деформируемому объему;
<!• Д51 - работа, затрачиваемая на образование новой поверхности. Взаимосвязь затрат энергии на измельчение сырья и получаемого в результате этой работы субстрата, состоящего из частиц определенной дисперсности, может быть представлена в формализованном виде:
где К - энергия, затрачиваемая на процессы деформации и образования продуктов износа рабочих органов измельчающей машины;
Шц - число циклов деформации частиц измельчаемого продукта; Ор - разрушающее напряжение измельчаемого продукта; Е - модуль упругости измельчаемого продукта;
Кк - энергия на образование единицы новой поверхности для данного продукта; Д5 - вновь образованная поверхность;
Ь - безразмерный коэффициент для машины данной конструкции при процессе образовавшейся новой поверхности.
КПД процесса измельчения определяется следующим соотношением:
А = ц-ДУ +а- ДБ1,
(1)
А' = К + тц — + Кк • ДБ • Ь,
ц 2-Е к
(2)
т = У6 . (3)
К+тц^+Кк-АБ-Ь
Можно сделать вывод, что для повышения эффективности функционирования технологического процесса измельчения органического сырья необходимо [6, 7, 8]:
- уменьшать упругие деформации;
- сокращать число циклов деформации частиц измельчаемого продукта;
- снижать разрушающие напряжения измельчаемого продукта.
Результаты исследований. Использование дезинтеграторов для формирования встречных потоков определенной части сырья позволяет достигать желаемых показателей. При этом одна и та же частица сырья в процессе соударений будет несколько раз подвергаться неоднократному воздействию повышенных температур, которое приведет к заданному изменению параметров продукта. Для каждого вида производимого продукта целесообразно заранее задавать объемы частей сырья и скорость встречных потоков, что обеспечит усиление указанного эффекта [9, 10].
Технологический процесс изготовления порошка на данном агрегате можно изобразить в виде блок-схемы (рис. 1):
Сырьё
А
1М Ь21 ьп
ж
Измельчение в закрытом объеме
41
1п
- V
а
Оптимизатор
Конечный продукт
Рис. 1. Блок-схема технологического процесса изготовления порошка
Здесь приняты следующие условные обозначения:
Ч - человек (оператор); Т - технологические условия; Е - эффективность функционирования установки; Х - вектор-функция входных параметров; В - вектор-функция неуправляемых параметров; У - вектор-функция выходных параметров.
Составляющими вектор - функции Х приняты - температура окружающей среды (°С); Жое - влажность воздуха (окружающей среды), %; п - частота вращения дисков, мин-1.
Составляющими выходного процесса У являются качественные показатели получаемого продукта.
Оптимизатор анализирует качество функционирования дезинтегратора по степени дисперсности материала а и подает управляющий сигнал на систему в виде ю (скорости вращения дисков) при выходе значений а за пределы установленного технологического допуска.
Мелкодисперсный продукт изготавливается разработанным способом с помощью установки, включающей барабан с ограниченной зоной столкновения частиц сырья. Материальные потоки формируются за счет вращения двух дисков, по концентрическим окружностям которых установлены пальцы-била. Пальцы одного диска расположены с зазором между двумя рядами пальцев второго диска. Разнонаправленное вращение дисков обеспечивается с помощью электромоторов. При этом достигаются заданная скорость встречных круговых потоков измельчаемого сырья, а также степень замкнутости зоны соударения частиц, достаточная для обеспечения соответствующего подъема температуры получаемого продукта.
Рис. 2. Схема установки для мелкодисперсного измельчения сырья: 1, 6 - валы; 2, 3 - диски; 4 - пальцы била; 5 - загрузочная воронка; 7 - разгрузочная воронка
К конструктивным особенностям разработанной установки следует отнести:
- технологичность конструкции установки;
- низкое удельное энергопотребление;
- возможность дистанционного управления;
- разнообразие компоновочных решений.
Выводы. Разработан способ измельчения материалов растительного и животного происхождения для формирования оптимального состава субстрата (порошка) за счет управления интенсивностью реагирования компонентов сырья между собой. Способ направлен на сохранение в конечном продукте содержащихся в исходном материале полезных веществ.
Измельчение сырья производится в ограниченной зоне во встречных потоках частиц. Интервал возможных скоростей от 100 до 450 м/с обеспечивает заданную интенсивность столкновения (разрушения) частиц материала и превращения их в порошок. Поддержание температуры процесса не ниже температуры пастеризации продукта обеспечивает обеззараживание порошка. Это позволяет формировать состав результирующего порошка в соответствии с целями его дальнейшего использования.
Технологическое оборудование, предназначенное для реализации предложенного способа измельчения органического сырья, включает контейнер в форме барабана, в котором ограничивается зона столкновения потоков частиц исходного материала. Потоки формируются за счет разнонаправленного вращения торцевых элементов контейнера в форме барабана с помощью электродвигателя. При этом целесообразно для каждого вида производственного продукта заранее задавать объемы сырья и скорость встречных потоков, что усиливает указанный эффект.
Использование мелкодисперсных органических порошков в агротехнологических приложениях является перспективным направлением. Они обладают способностью структурировать продукт, выполнять роль разрыхлителей и поглотителей избыточной влаги. Мелкодисперсные порошки можно использовать в медицине, как ветеринарные средства или в качестве вещества для улучшения свойств строительных материалов. На данный момент главной проблемой использования предлагаемой технологии являются малые объемы производства и, соответственно, высокая стоимость конечного продукта.
Литература
1. Патент 2236154 Российская Федерация, МПК A23L 1/29, A23L 1/30(2004.09), A61K 8/19, A61K 8/24, A61K 8/27, A61K 8/64, A61K 8/67, A61K 8/73, A61K 8/92, A61K 8/97, A61K 8/98, A61Q 19/00. Профилактический продукт, биологически активная пищевая добавка, парфюмерно-косметический продукт на основе порошка скорлупы кедровых орехов и способ его получения/ Ветров И.В., Попов А.А.; заявитель и патентообладатель Ветров И.В., Попов А.А. - № 2002116115/13; заявл. 20.06.2002; опубл. 20.09.2004. - 18 с.
2. Патент 2536886 Российская Федерация, МПК51 В02С 19/00, В02С 13/00. Способ измельчения материалов во вращающемся барабане ферромагнитными мелющими телами / Смотрицкий А.В., Смотрицкий А.А., Червяков С.А., Борисков Ф.Ф., Овчинник Д.А.; заявитель и патентообладатель ООО «Бюро современных технологий». - 2013131301/13, заявл. 08.07.2013; опубл. 27.12.2014, Бюл. №36. - 8 с.
3. Патент 2693302 Российская Федерация: МПК А23К 10/30, А23К 40/107/00. Способ приготовления комбинированного корма для крупного рогатого скота / И.Е. Припоров, Т.Н. Бачу; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубиллина». - № 2018138826; заявл. 02.11.2018; опубл. 02.07.2019. Бюл. № 19.
4. Патент RUS 2656619 17.10.2016. Устройство для измельчения сыпучих материалов / П.А. Савиных, В.Е. Саитов, В.А. Сухляев, И.И. Иванов, А.В. Палицын, Н.Н. Кузнецов.
5. Василенко П.М. Механизация и автоматизация процессов приготовления и дозирования кормов/ соавт. И.И. Василенко; ВАСХНИЛ. - М.: Агропромиздат, 1985. - 224 с.
6. Дружинин Р.А. Совершенствование рабочего процесса ударно-центробежного измельчителя: дис...канд. техн. наук. - Воронеж, 2014. - 169 с.
7. Москвичев Ю.А., Фельдблюм В.Ш. Химия в нашей жизни. Продукты органического синтеза и их применение: монография. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2007. - 411 с.
8. Припоров И.Е., Бачу Т.Н. Направления совершенствования технологий приготовления белковых коромов // Известия Оренбургского ГАУ. - 2019. - №2 (76). - С. 104-106.
9. Припоров И.Е. Системные исследования приготовления белковых комбикормов // Тракторы и сельхозмашины. - 2019. - №1. - С. 75-81.
10.Сергеев Н.С. Центробежно-роторные измельчители зерна: дис... доктора техн. наук. -Челябинск, 2008. - 315 с.
Literatura
1. Patent 2236154 Rossijskaya Federaciya, MPK A23L 1/29, A23L 1/30(2004.09), A61K 8/19, A61K 8/24, A61K 8/27, A61K 8/64, A61K 8/67, A61K 8/73, A61K 8/92, A61K 8/97, A61K 8/98, A61Q 19/00. Profilakticheskij produkt, biologicheski aktivnaya pishchevaya dobavka, parfyumerno-kosmeticheskij produkt na osnove poroshka skorlupy kedrovyh orekhov i sposob ego polucheniya/ Vetrov I.V., Popov A.A.; zayavitel' i patentoobladatel' Vetrov I.V., Popov A.A. - № 2002116115/13; zayavl. 20.06.2002; opubl. 20.09.2004. - 18 s.
2. Patent 2536886 Rossiyskaya Federatsiya, MPK51 V02S 19/00, V02S 13/00. Sposob izmel'cheniya materialov vo vrashchayushchemsya barabane ferromagnitnymi melyushchimi telami / Smotritskiy A.V., Smotritskiy A.A., Chervyakov S.A., Boriskov F.F., Ovchinnik D.A.; zayavitel' i patentoobladatel' OOO «Byuro sovremennykh tekhnologiy». - 2013131301/13, zayavl. 08.07.2013; opubl. 27.12.2014, Byul. №36. - 8 s.
3. Patent 2693302 Rossiyskaya Federatsiya: MPK A23K 10/30, A23K 40/107/00. Sposob prigotovleniya kombinirovannogo korma dlya krupnogo rogatogo skota / I.Y. Priporov, T.N. Bachu; zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VO «Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet im. I.T. Trubillina». - № 2018138826; zayavl. 02.11.2018; opubl. 02.07.2019. Byul. № 19.
4. Patent RUS 2656619 17.10.2016. Ustroystvo dlya izmel'cheniya sypuchikh materialov / P.A. Savinykh, V.Y. Saitov, V.A. Sukhlyayev, I.I. Ivanov, A.V. Palitsyn, N.N. Kuznetsov.
5. Vasilenko P.M. Mekhanizaciya i avtomatizaciya processov prigotovleniya i dozirovaniya kormov/ soavt. I.I. Vasilenko; VASKHNIL. - M.: Agropromizdat, 1985. - 224 s.
6. Druzhinin R.A. Sovershenstvovaniye rabochego protsessa udarno-tsentrobezhnogo izmel'chitelya: dis...kand. tekhn. nauk. -- Voronezh, 2014. - 169 s.
7. Moskvichev Y.A., Fel'dblyum V.SH. Himiya v nashej zhizni. Produkty organicheskogo sinteza i ih primenenie: monografiya. - YAroslavl': Izd-vo YAGTU. - 411 s.
8. Priporov I.Y., Bachu T. N. Napravleniya sovershenstvovaniya tekhnologiy prigotovleniya belkovykh koromov // Izvestiya Orenburgskogo GAU. - 2019. - №2 (76). - S. 104-106.
9. Priporov I.Y. Sistemnyye issledovaniya prigotovleniya belkovykh kombikormov // Traktory i sel'khozmashiny. - 2019. - №1. - S. 75-81.
10.Sergeyev N.S. Tsentrobezhno-rotornyye izmel'chiteli zerna: dis... doktora tekhn. nauk. -Chelyabinsk, 2008. - 315 s.
