CC BY
24
УДК 631.363
А.В. Фоминых, Е.Н. Михайлюк, С.В. Фомина, Н.А. Ковшова
МЕТОДИКА РАСЧЁТА ПНЕВМОТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ
ЭКСТРУДОРОВАННОЙ СОИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ИМЕНИ Т.С. МАЛЬЦЕВА», КУРГАН, РОССИЯ
A.V. Fominykh, E.N. Mikhailyuk, S.V. Fomina, N.A. Kovshova CALCULATION METHOD OF PNEUMATIC EXTRUDED SOYBEAN HANDLING INSTALLATION FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T.S. MALTSEV», KURGAN, RUSSIA
Александр Васильевич Фоминых
Alexandr Vasilyevich Fominykh доктор технических наук, профессор [email protected]
Евгений Николаевич Михайлюк
Bvgenii Nikolaevich Mihailyuk [email protected]
Светлана Владимировна Фомина
Svetlana Vladimirovna Fomina кандидат технических наук, доцент [email protected]
Надежда Александровна Ковшова
Nadezhda Aleksandrovna Kovshova [email protected]
Аннотация. В экструдерах под действием высокого давления и трения измельчённые бобы сои разогреваются до высокой температуры. После экструдера необходимо быстрое охлаждение экструдата до температуры, не превышающей температуру окружающего воздуха. При этом обеспечивается высокое качество экструдированной сои, а показатель уреазы (УРУ) не превышает допустимого значения - 0,3. После экструдеров сою необходимо перемещать по технологической линии. Для этих целей нами впервые предложено использовать пневмотранспортную установку. Новизна технического решения подтверждена патентом на полезную модель № 93636.
Изложены устройство и работа пневмотранспортной установки, которые имеют ряд преимуществ: в них нет движущихся деталей, они сравнительно легко очищаются и обеззараживаются, имеют меньшую металлоёмкость, при транспортировании соя быстро охлаждается. На инженерном факультете Курганской ГСХА разработана схема всасывающей (вакуумной) установки для транспортирования полножирной экструдированной сои от экструдеров.
Исходными данными для расчёта пневмотранспортной установки являются: характеристика полножирной экструдированной сои (гранулометрический состав, скорость витания частиц каждой фракции, влажность, насыпная плотность); производительность; режим и условия работы; параметры трассы перемещения груза.
Изложена методика расчёта пневмотранспортной установки полножирной экструдированной сои, и определены её конструктивные и технологические параметры. Для пневмотранспортной установки полножирной экструдированной сои выбраны трубопроводы от экструдеров диаметром 100 мм; циклон отделитель ЦН-15-800х1УП, изготовленный нами из нержавеющей пищевой стали марки 12Х18Н10Т; в качестве циклона пылеуловителя - батарея циклонов 4 БЦШ 300; для создания потребного напора выбраны и соединены последовательно два вентилятора ВВД-5.
Ключевые слова: корма, соя, экструдирование, пневмотранспорт, температура, циклон, охлаждение, качество, конструктивные параметры.
Abstract. Under the high pressure and friction in the extruders milled soybeans are heated to the high temperatures. After the extruder the extrudate must be rapidly cooled to a temperature not exceeding the ambient temperature. High quality extruded soy is ensured at the same time, and the urea enzyme index (URU) does not exceed the permissible value which is 0.3. After the extruders the soybeans need to be moved along the processing line. First we proposed to use a pneumatic conveying unit for these purposes. The novelty of the technical solution is confirmed by the patent for useful model No. 93636.
The device and operation of the pneumatic conveying installation are outlined, which have a number of advantages. There are no moving parts in them, they are relatively easy to clean and disinfect, they have less metal consumption, and soybeans quickly cool during the transportation. A scheme of a suction (vacuum) installation for transporting full-fat extruded soybean from the extruders has been developed at the engineering department of Kurgan State Agricultural Academy.
The method of calculating the pneumatic full-fat extruded soybean handling installation unit is described, also its design and technological parameters are determined. For the pneumatic full-fat extruded soybean handling installation, pipelines from the extruders with a diameter of 100 mm were selected; cyclone separator TsN-15-800h1UP, made from stainless steel food grade 12X18H10T; as a cyclone of a dust collector is a battery of cyclones 4 BTsSh 300; to create the required head, two fans VVD-5 are selected and connected in series.
Keywords: stern, soybean, extrusion, pneumatic handling installation, temperature, cyclone, cooling, quality, design parameters.
Введение. Среди полножирных компонентов кормов лидирует экструдированная соя [1, 2]. Высокое качество продукта - показатель уреазы (УРУ), который не превышает допустимого значения 0,3. Данное значение обеспечивается действием высокого давления и трения, вследствие чего измельчённые бобы разогреваются до температуры 135-140 °С. После экструдера необходимо быстрое охлаждение экструдата до температуры, не превышающей температуру окружающего воздуха на 10 °С [3, 4]. После экструдеров сою необходимо перемещать по технологической линии. Для этих целей нами впервые предложено
использовать пневмотранспортную установку. Новизна технического решения подтверждена патентом на полезную модель № 93636 [5-8].
Методика. Пневмотранспортные установки обладают рядом преимуществ: в них нет движущихся деталей, они сравнительно легко очищаются и обеззараживаются, имеют меньшую металлоёмкость, при транспортировании продукт быстро охлаждается. На инженерном факультете Курганской ГСХА [9-12] разработана схема всасывающей (вакуумной) установки для транспортирования полножирной экструдированной сои от экструдеров (рисунок 1). Но-
Вестник Курганской ГСХА № 2, 2019 Технические науки 79
визна технического решения подтверждена патентом на полезную модель № 93636.
1 - бункер экструдера; 2 - выход из экструдера; 3 - трубопровод от экструдеров до циклона отделителя; 4 - циклон отделитель; 5 - вход в норию; 6 - трубопровод от циклона отделителя до циклона пылеуловителя; 7 - циклон пылеуловитель; 8 - трубопровод от циклона пылеуловителя до вентилятора; 9 - вентилятор.
Рисунок 1 - Схема пневмотранспортной установки экструдированной сои
На лабораторном сепараторе К 293Б «Петкус» определили скорость витания частиц каждой из пяти фракций. Получены значения: для фракции 2,0 мм - 9,33 м/с; 1,2 мм
- 4,67 м/с; 0,8 мм - 4,66 м/с; 0,5 мм - 3,67 м/с; 0,5 мм -3,33 м/с. Определили влажность экструдированной сои
- 12% и насыпную плотность - 550 кг/м3. Производительность одного экструдера - 1000 кг/час.
В процессе пневматического транспортирования сыпучих материалов по транспортному трубопроводу основным показателем, характеризующим режим работы установки, является насыщенность воздуха частицами транспортируемого материала, т. е. концентрацией смеси, по которой проводятся все основные расчёты установки. Различают массовую и объёмную концентрации смеси, понимая под этим отношение весов и объёмов транспортируемого материала и транспортирующего воздуха.
= ^ (1) аъ
где р - массовая концентрация, кг/кг;
От - расход экструдированной сои, кг/час; Оь - расход воздуха, кг/час.
Работа пневмотранспортной установки. В установках всасывающего типа материал движется под воздействием разрежённого воздуха. Струя экструдированной сои из экструдеров 2 попадает в трубопровод 3 от экструдеров до циклона отделителя 4. В циклоне 4 соя отделяется от воздуха и через шлюзовой затвор (на рисунке не показан) по самотёку поступает в норию 5. Норией экструдированная соя подаётся в охладитель. По трубопроводу 6 воздух подаётся в циклон пылеуловитель 7, где из воздуха отделяется оставшаяся экструдированная соя. Она собирается в нижней части пылеуловителя, через шлюзовой затвор подаётся в самотёк, в норию 5 и далее в охладитель. После пылеуловителя 7 воздух по трубопроводу 8 поступает в вентилятор 9 и выбрасывается в атмосферу.
В результате расчёта пневмотранспортной установки определяются расход воздуха и потери давления. По результатам расчёта пневмотранспортной установки выбираются: диаметра трубопровода, циклон отделитель, циклон пылеуловитель и вентилятор. Исходными данными для расчёта пневмотранспортной установки являются [8-10]: характеристика полножирной экструдированной сои (гранулометрический состав, скорость витания частиц каждой фракции, влажность, насыпная плотность); производительность; режим и условия работы; параметры трассы перемещения груза.
Результаты. На рисунке 2 показан определённый нами гранулометрический состав экструдированной сои.
1,2 0,8 0,5 <0,5
Рисунок 2 - Гранулометрический состав экструдированной сои
Объёмная концентрация определяется по формуле:
5=^, (2)
Рм
где б - объёмная концентрация, м3/м3; р - плотность воздуха, кг/м3; рм - плотность экструдированной сои, кг/м3.
Экспериментальные исследования движения твёрдых частиц по горизонтальным трубопроводам показали, что нормальное транспортирование материала наблюдается при скорости, в среднем, на 100% выше соответствующей скорости воздуха для вертикальных труб при одинаковых размерах труб и одинаковой подаче материала.
Значения концентрации смеси во всасывающих установках обычно находится в пределах 0,05-10 кг/кг. Скорость витания и надёжная скорость транспортирования каждой фракции экструдированной сои нами определены экспериментально. Исходя из известной величины концентрации смеси р и расчётной производительности Ор секундный расход воздуха определяется по формуле [11, 12]:
, (3)
По полученным значениям Ов и скорости воздуха V определяют диаметр трубопровода:
с1т =
(4)
По полученному значению выбирают ближайшее значение диаметра в соответствии с ГОСТом на трубы. Подсчитывают значение расхода воздуха для выбранного по ГОСТу диаметра трубы:
= Я ■ V, (5)
где Б - площадь сечения трубопровода согласно ГОСТу. Массовая концентрация пересчитывается по формуле:
м= *
р-(2в-3,6
(6)
По окончательному значению Ов выбирают циклон отделитель из каталога.
Определяются потери давления в установке, рисунок 1. По потерям давления в установке и расходу воздуха из
каталога выбирают вентилятор.
Для пневмотранспортной установки экструдированной сои выбраны:
- трубопроводы от экструдеров диаметром 100 мм;
- циклон отделитель ЦН-15-800х1УП, изготовленный нами из нержавеющей пищевой стали марки 12Х18Н10Т;
- в качестве циклона пылеуловителя батарея циклонов 4 БЦШ 300;
- для создания потребного напора выбраны и соединены последовательно два вентилятора ВВД 5.
Выводы:
1. впервые предложена и разработана схема пневмо-транспортной установки полножирной экструдированной сои. Новизна технического решения подтверждена патентом на полезную модель № 93636;
2. разработана методика расчёта пневмотранспортной установки с учётом свойств полножирной экструдированной сои и определены её конструктивные и технологические параметры;
3. выбрано оборудование пневмотранспортной установки полножирной экструдированной сои: трубопроводы от экструдеров диаметром 100 мм; циклон отделитель ЦН-15-800х1УП; батарея циклонов 4 БЦШ 300; два вентилятора ВВД 5.
Список литературы
1 Фоминых А.В., Овчинников Д.Н., Фомина С.В. Линия производства полножирной экструдированной сои с рекуперацией тепловой энергии // Вестник Курганской ГСХА. 2014. № 3. С. 83-85.
2 Фоминых А.В., Шарипов А.Г Дополнительный источник белка // Сельский механизатор. 2004. № 8. С. 33.
3 Сергеев Н.С., Яворский В.И., Николаев В.Н. Экстру-дер с эксцентричной нарезкой лопастей // Научные проекты Южно-Уральского государственного аграрного университета / под ред. д-ра с.-х. наук, профессора М.Ф. Юдина. Челябинск: ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ, 2016. С. 57-62.
4 Сергеев Н.С., Николаев В.Н., Яворский В.И. Исследование эксцентричной нарезки лопастей винта на рабочий процесс экструдера. Технические науки - агропромышленному комплексу России: материалы международной науч.-практ. конференции. Челябинск: Изд-во ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ, 2017. С. 279-284.
5 Фоминых А.В., Фомина С.В. Установка для сушки ока-ры // Научные результаты - агропромышленному производству: сб. материалов меж-дународной научно-практ. конф. Курган: Изд-во Курганской ГСХА, 2004. Т. 2. С. 419-420.
6 Фоминых А.В., Фомина С.В., Мялин М.И. Технологическая линия приготовления сухой окары для приготовления комбикормов // Вестник Курганской ГСХА. 2016. № 3 (19). С. 78-80.
7 Фоминых А.В., Фомина С.В. Производство полножирной экструди-рованной сои // Научное обеспечение реализации направления «Ускоренное развитие животноводства»: сборник научных трудов ВНИИМЖ. М: АНО «Издательский центр «Москвоведение», 2006. Т. 16. Ч. 3. С. 105-112.
8 Фоминых А.В., Родионов С.С, Мялин М.И. Охладитель экструдированной сои // Научные результаты - агропромышленному производству: сб. материалов международной научно-практ. конф. Курган: Изд-во Курганской ГСХА, 2004. Т. 2. С. 410-412.
9 Алексеев С.В., Фоминых А.В., Мялин М.И., Фомина С.В. Разработка технологической линии приёмки и хранения бобов сои // Вестник Кур-ганской ГСХА. 2018. № 2 (26). С. 68-72.
10 Фоминых А.В., Савельев А.В., Фомина С.В. Расчёт энергетических характеристик шахтного охладителя полножирной экструдированной сои // Вестник Курганской ГСХА. 2012. № 2. С. 63-66.
11 Сергеев Н.С., Дмитрюк М.В., Сергеев Д.Н. Устройство для измерения угла трения при движении сыпучего материала по твердой поверхности // Вестник ЧГАА. 2015. Т. 71. С. 76-80.
12 Брус И.Д., Тураев Н.С. Расчет установок пневмотранспорта: учебно-методические указания: Томск: Томский политехнический университет, 2008. 23 с.
List of references
1 Fominykh A.V., Ovchinnikov D.N., Fomina S.V. Production line of full-fat extruded soybeans with recuperation of heat recovery // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2014. № 3. Pp. 83-85.
2 Fominykh A.V., Sharipov A.G. An additional source of protein // Rural mechanicizer. 2004. № 8. P. 33.
3 Sergeev N.S., Yavorsky V.I., Nikolaev V.N. Extruder with eccentric cutting blades // Scientific projects of South Ural State Agrarian University / ed. Dr. of Agriculture, professors M.F. Yu-din. Chelyabinsk: South Ural State Agrarian University, 2016. Pp. 57-62.
4 Sergeev N.S., Nikolaev V.N., Yavorsky V.I. Study of the eccentric cutting blades on the extruder workflow. Technical sciences - to the agro-industrial complex of Russia: materials of the international scientific-practical conference. Chelyabinsk: Publishing house of FSBEI HE South-Ural State Agrarian University, 2017. Pp. 279-284.
5 Fominykh A.V., Fomina S.V. Installation for drying of okara // Scientific results for agro-industrial production: source book of international scientific and practical conf. Kurgan: Publishing house of Kurgan State Agricultural Academy, 2004. V. 2. Pp. 419-420.
6 Fominykh A.V., Fomina S.V., Myalin M.I. Technological line for the preparation of dry okara for the preparation of mixed feeds // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2016. № 3 (19). Pp. 78-80.
7 Fominykh A.V., Fomina S.V. Production of full-fat extruded soybeans // Scientific support for the implementation of the direction "Accelerated Livestock Development": a collection of scientific papers of All-Russian Research Institute of livestock breeding mechanization. M: Autonomous non-profit organization "Publishing center" Moscow studies", 2006. V. 16. Part 3. Pp. 105-112.
8 Fominykh A.V., Rodionov S.S., Myalin M.I. Extruded soybean cooler // Scientific results for agro-industrial production: source book of international scientific and practical conf. Kurgan: Publishing house of Kurgan State Agricultural Academy, 2004. V. 2. Pp. 410-412.
9 Alekseev S.V., Fominykh A.V., Myalin M.I., Fomina S.V. Development of the technological line for acceptance and storage of soybeans // Vestnik of Kurgan SAA. 2018. № 2 (26). Pp. 68-72.
10 Fominykh A.V., Saveliev A.V., Fomina S.V. Calculation of the energy characteristics of the full-fat extruded soybean shaft cooler // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2012. № 2. pp. 63-66.
11 Sergeev N.S., Dmitryuk M.V., Sergeev D.N. Device for measuring the angle of friction during the movement of the bulk material on a solid surface // Vestnik ChSAA. 2015. V. 71. Pp. 76-80.
12 Brus I.D., Turaev N.S. Calculation of pneumatic handling installation: teaching and guidance. Tomsk: Tomsk Polytechnic University, 2008. 23 p.
