CC BY
6
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ 99
И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
Solovev Yaroslav Sergeevich - Research Associate, Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production - branch of Federal State udgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM», spin-cod: 6076-8405.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Статья поступила в редакцию 22.11. 2022; одобрена после рецензирования 24.03.2023; принята к публикации 27.03.2023
The article was submitted 22.11.2022; approved after reviewing 24.03.2023; accepted after publication 27.03.2023
Научная статья УДК 663.915
doi : 10.24412/2078-1318-2023 -1 -99-110
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА МЕХАНОАКТИВАЦИИ МАТЕРИАЛОВ В МАГНИТООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
ФЕРРОТЕЛ
Владимир Сергеевич Волков1, Марина Михайловна Беззубцева 2
1 Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Петербургское шоссе, д. 2, Пушкин, Санкт-Петербург, 196601, Россия; vol9795@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-3151-814X 2Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Петербургское шоссе, д. 2, Пушкин, Санкт-Петербург, 196601, Россия; mysnegana@mail.ru; https://orcid.org/0000-0001-8469-7981
Реферат. Повышение уровня технологического суверенитета перерабатывающих производств АПК является приоритетным направлением развития аграрного сектора экономики. В настоящее время все еще существует проблема зависимости производства готовых кормовых смесей от импортных поставок компонентов, вводимых в корм для повышения его протеиновой и энергетической ценности. Эксперты в этой области выявили, что на долю сбалансированных кормов приходится только 35%. На основании анализа результатов поисковых патентно-информационных исследований определено, что одним из перспективных направлений в этой области является механоактивация перерабатываемого материала в аппаратах с магнитоожиженным слоем. Цель таких системных исследований -выявление условий для формирования оптимального поля силовых нагрузок по частицам механоактивируемого перерабатываемого продукта. Установлено, что энергонапряженного, многоточечного и равномерного поля силовых воздействий по частицам перерабатываемого продукта с эффективным управлением физико-механическими свойствами рабочего процесса
100 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
передачи энергии слою продукта можно достичь при использовании аппаратов с магнитоожиженным слоем ферротел. Доказано, что синергия энергетических потоков, подводимых к электромеханическим диспергаторам (ЭМД), позволяет рассматривать эти аппараты как усилители мощности. Для подтверждения представленных в статье теоретических предпосылок были проведены экспериментальные исследования процесса механоактивации компонентов агроруд (кремнийсодержащих ингредиентов, добавляемых в рацион животных и птиц в количестве до 90%) на запатентованном авторами ЭМД с магнитоожиженным слоем ферротел. Для полноценного рациона кормления КРС и птицы в корме должен присутствовать кремнийсодержащий компонент агроруд (например, диатомит) и алюмосиликат, обладающий сорбционным, ионообменным, молекулярно-ситовым и каталитическим свойствами. Выявлено, что при механоактивации диатомита массовая доля частиц в диапазоне от 20 до 80 мкм возрастает в 2,1 раза по сравнению с использованием в аппаратурно-технологических схемах переработки агроруды традиционных механических мельниц. Достигается повышение реакционной способности частиц материала с интенсификацией таких технологических процессов, как адсорбция и растворение.
Ключевые слова: магнитоожиженный слой, механоактивация, усилитель мощности, агроруды
Цитирование. Волков В.С., Беззубцева М.М. Научное обоснование интенсификации процесса механоактивации материалов в магнитоожиженном слое ферротел // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2023. - № 1 (70). - С. 99-110. doi: 10.24412/2078-1318-2023 -1 -99-110
SCIENTIFIC SUBSTANTIATION OF THE INTENSIFICATION OF THE PROCESS OF MECHANICAL ACTIVATION OF MATERIALS IN THE MAGNETICALLY
FLUIDIZED FERROTEL LAYER
Vladimir S. Volkov1, Marina M. Bezzubtseva2
1Saint-Petersburg State Agrarian University», Peterburgskoye shosse, 2, Pushkin, Saint-Petersburg,
196601, Russia; vol9795@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-3151-814X 2Saint-Petersburg State Agrarian University», Peterburgskoye shosse, 2, Pushkin, Saint-Petersburg, 196601, Russia; mysnegana@mail.ru; https://orcid.org/0000-0001-8469-7981
Abstract. Increasing the level of technological sovereignty of the processing industries of the agro-industrial complex is a priority direction for the development of the agricultural sector of the economy. At present, there is still a problem of the dependence of the production of ready-made feed mixtures on imported supplies of components introduced into the feed to increase its protein and energy value. Experts in the field have found that only 35% of the feed is balanced. Based on the analysis of the results of exploratory patent information studies, it was determined that one of the promising areas in this area is the mechanical activation of the processed material in apparatuses with a magnetically fluidized layer. The purpose of such systematic studies is to identify the conditions for the formation of the optimal field of force loads on the particles of a mechanically activated processed product. It has been established that an energy-intensive, multi-point and uniform field of force effects on the particles of the processed product with effective control of the physical and mechanical properties of the working process of transferring energy to the product layer can be achieved using apparatuses with a magnetically fluidized layer of ferrotels. It has been proven that the synergy of energy flows supplied to electromechanical dispersers (EMD) makes it possible to consider these devices as power amplifiers. To confirm the theoretical prerequisites presented in the
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ 101
И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
article, experimental studies of the process of mechanical activation of the components of agro-ores (silicon-containing ingredients added to the diet of animals and birds in an amount of up to 90%) were carried out on the patented by the authors EMD with a magnetically fluidized layer of a ferrotel. For a complete diet for feeding cattle and poultry, the feed must contain a silicon-containing component of agro-ore (for example, diatomite) and aluminosilicate, which has sorption, ionexchange, molecular sieve and catalytic properties. It was found that during mechanical activation of diatomite, the mass fraction of particles in the range from 20 to 80 microns increases by 2.1 times compared with the use of traditional mechanical mills in the hardware and technological schemes for processing agro-ore. An increase in the reactivity of the particles of the material is achieved with the intensification of such technological processes as adsorption and dissolution.
Keywords: magnetically fluidized layer, mechanical activation, power amplifier, agricultural ores
Citation. Volkov, V.S., Bezzubtseva, M.M. (2023), Scientific substantiation of the intensification of the process of mechanical activation of materials in the magnetically fluidized ferrotel layer, Izvestya of Saint-Petersburg State Agrarian University, vol. 70, no. 1, pp. 99-110. (In Russ.) doi: 10.24412/2078-1318-2023 -1 -99-110
Введение. В современных условиях проблематика импортозамещения с комплексным и системным подходом к решению задач повышения уровня технологического суверенитета производств АПК является приоритетным направлением развития аграрного сектора экономики. В отдельных случаях выпуск биотехнологической продукции пока еще находится в критической зависимости от импорта входящих в их состав ингредиентов, что недопустимо в настоящее время. Отраслевое развитие связано с поиском прорывных технологий и оборудования, основанных, прежде всего, на результатах фундаментальных теоретических и прикладных исследований ведущих научных школ российских ученых и работах коллективов сотрудников приоритетных научно-исследовательских институтов с созданием базового научно-обоснованного задела для дальнейших исследований. При этом, как показала практика, приоритетными являются исследования в рамках интеграции образование-наука-практика производства. Необходим инновационный подход при выборе направлений интенсификации процессов переработки сырья АПК, обеспечивающий как улучшение качества готовых изделий, так и решение важнейших задач повышения энергоэффективности всего цикла их производства.
Из всего многообразия предлагаемых в этой области технологий, как показали результаты комплексных поисковых патентно-информационных исследований, одним из приоритетных и перспективных направлений является механоактивация перерабатываемого материала в аппаратах с магнитоожиженным слоем. Использование электрофизических методов в аппаратурно-технологических системах переработки сырья в АПК с механохимическим воздействием на его компоненты априори позволяет целенаправленно управлять структурными свойствами самого материала и в результате получать более качественные ингредиенты и готовую продукцию с новыми заданными технологией производства физико-химическими свойствами в достаточно широких диапазонах и в конечном итоге на базе этих исследований решать одну из основных проблемных задач АПК — увеличение ассортимента биотехнологической продукции, выпускаемой отечественными предприятиями.
102 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
Цель исследования - выявление оптимальных силовых и энергетических условий для максимальной «накачки энергией» материалов под действием механических сил в диспергаторах.
Материалы, методы и объекты исследования. Обоснование интенсификации процесса механоактивации материалов проведено на базе основополагающих теорий в области механо- и трибохимии, раскрывающих физико-химическую сущность активации поверхностей в процессах разрушения материалов под действием механических нагрузок, а также фундаментальной теории электромагнитной механоактивации в аппаратах с магнитоожиженном слое ферротел [1-8]. Использованы экспериментально-статические методы исследований, метод высокоскоростного кинематографирования и аналитические методы дисперсионного анализа распределения частиц по фракционному составу. Объектом исследования являются физико-механические процессы в магнитоожиженном слое ферротел, обеспечивающие переход материала в механоактивированное состояние с минимальными энергозатратами и максимальной «энергетической накачкой» компонентов продукта в процессах его производства на предприятиях АПК.
Результаты исследования. В настоящее время создание прорывных технологий в науке становится возможным только на стыке фундаментальных исследований в различных областях знаний.
Решение поставленных в статье задач построено не на предметном, а на проблемном системном подходе — интеграции основных положений в области механактивации материалов и комплексном изучении явлений электрофизических воздействий, реализуемых в аппаратах с магнитоожиженным слоем ферротел.
Согласно теории механоактивации, при силовом воздействии в материале формируется поле напряжений с последующей релаксацией и трансформацией подведенной энергии как в тепловую, так и в энергию пластических деформаций, способствующих переходу вещества в метастабильное состояние, приводящее в конечном итоге к формированию дефектов структуры и дислокациям, по которым и происходит разрушение материала с образованием новых поверхностей — поверхностей, обладающих высокой реакционной способностью. От 10 до 20% подведенной энергии накапливается в материале в процессе механоактивации. Эта поверхностная энергия и используется для интенсификации широкого спектра процессов переработки сырьевой базы с получением продукции, обладающей новыми свойствами. Степень эффективности реализации этого процесса, т. е. готовности вещества (или, другими словами, степень его «энергетической накачки») к эффективной работе в системе, зависит, прежде всего, от используемого инструментария — типа измельчающего оборудования.
Из анализа теории процесса измельчения следует, что наиболее эффективным способом воздействия являются ударно-истирающие нагрузки, реализуемые на предприятиях отрасли в аппаратах механического принципа действия. К ним относятся различные конструкции молотковых и шариковых мельниц, дезинтеграторы. В последние годы большое распространение получили вибрационные диспергаторы, позволяющие в некоторой степени интенсифицировать процесс за счет увеличения частоты и амплитуды воздействия на частицы продукта со стороны рабочих размольных элементов (шаров) и создать достаточно равномерное многоточечное силовое воздействие на продукт. Между тем, как показал мониторинг этих аппаратов, качественный переход на энергоэффективный путь развития отрасли с их использованием затруднен в связи с высокими энергетическими потерями и
ЭЛЕКТР О ТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОР УДОВАНИЕ И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
недостаточно эффективным управлением таким важным с технологической точки зрения показателем, как селективность частиц измельченного материала.
Чем тоньше помол, тем больше энергозатратность мельниц. Механическое разрушение частиц материала при тонком помоле сопровождается трением и сдвиговой деформацией. Между тем, именно при тонкой тонине продукта создаются наиболее благоприятные условия для «энергетической накачки» частиц материала. Увеличиваются удельная поверхность частиц и их кривизна, в результате значительно возрастает поверхностная энергия, способствующая интенсификации таких процессов, как растворение, адсорбция, кристаллизация и формирование биотехнологической продукции с новыми свойствами [9-12].
Эффективное управление с небольшими затратами мощности достигается путем использования энергии постоянного по знаку и регулируемого по величине электромагнитного поля. Формирование движения рабочих органов (например, ферромагнитных элементов шарообразной формы) с разностью скоростей в рабочем объеме достигается за счет использования приводного двигателя (рис. 1).
Рисунок 1. Схема электромеханического диспергатора: 1 — рабочий объем с ферромагнитными размольными органами; 2 — обмотка управления ЭМД; — частота вращения
электродвигателя
Figure 1. The scheme of the electromechanical dispersant: 1 — the working volume with ferromagnetic grinding organs; 2 — the EMD control winding; m— the motor speed
Индуктивность обмотки электромагнита Lэ(t) можно представить выражением:
Lэ(t) = Lэo + (Крэтах - Кр.э)Ьэ (t), (1)
где Крэ — степень заполнения рабочего объема ферродинамичной средой; Крэтах предельная степень заполнения ферродинамичной средой; Lэo — индуктивность ОУ при предельном значении степени заполнения (Крэ = Крэтах). Выражение для предельного значения степени заполнения рабочего имеет вид:
0 < К
рэтах
- Крэ <<1.
(2)
Анализ выражения (2) показал, что составляющая (Крэтах — Крэ)Ьз(Г) является переменной величиной.
При (Крэтах — Крэ) Ьз(1) <<Ьэо, Ьз(х)~ Ьэо выражение (1) можно представить в виде:
t d+Ri = Uy Тэо dt
104 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
В выражении (3) R и Uy - постоянные величины. Сила тока определена выражением ^ = Uy/R. А так как магнитное поле в рабочей камере пропорционально величине WуIу (где Wy — число витков ОУ), то при достаточно большом числе витков Wy электрический ток имеет малое значение. В этой связи мощность, затраченная на создание магнитного поля Р1 = UyIy, и энергетический поток со стороны управляющей обмотки представляют собой пренебрежимо малые величины. При этом, как показала практика, величина силовых контактов между рабочими элементами в их магнитоожиженном слое значительно возрастает (примерно в 10 раз). Синергия энергетических потоков в электромеханических диспергаторах позволяет рассматривать эти аппараты как усилители мощности [13].
Рисунок 2. Стадии передачи энергии слою ферротел при формировании поля силовых нагрузок в рабочем объеме ЭМД: 1 — рабочий объем; 2 — магнитоожиженный слой из ферромагнитных размольных органов сферической формы; В — индукция электромагнитного поля; n — частота смещения рабочих поверхностей рабочего объема; v — угол наклона отдельных цепочек в ферродинамичной среде; Рт — тангенциальная составляющая сил взаимодействия между ферромагнитными размольными органами; Рц — нормальная составляющая сил взаимодействия между ферромагнитными размольными органами (PN = fPN); F — сила, обязанная относительному смещению поверхностей рабочего
объема c использованием электродвигателя или вращающегося магнитного поля Figure 2. Stages of energy transfer to the ferrotel layer during the formation of the field of power loads in the working volume of the END: 1 — working volume; 2 — magnetically liquefied layer of ferromagnetic grinding bodies of spherical shape; B — electromagnetic field induction; n — displacement frequency of working surfaces of the working volume; v — angle of inclination of individual chains in a ferrodynamic medium; Pn — tangential component of the interaction forces between ferromagnetic grinding bodies Pn — normal components of the interaction forces between ferromagnetic grinding bodies organs (Pn = fPn); F is the force due to the relative displacement of the surfaces of the working volume using an electric motor or a rotating magnetic field
Как уже отмечалось, для интенсификации процессов механоактивации материалов необходимо сформировать в рассматриваемых типах аппаратов поле силовых (разрушающих) нагрузок в виде ударных воздействий со сдвиговой деформацией, что обусловливает введение способа измельчения трением.
На рис. 2 изображены стадии передачи энергии слою ферротел в рабочих объемах ЭМД с формированием ударно-истирающих нагрузок в магнитоожиженном слое ферротел.
Указанный способ создания поля силовых нагрузок для интенсификации процессов механоактивации сухих порошкообразных продуктов реализован в конструктивной форме ЭМД (Патент РФ № 202025) (рис. 3).
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ 105
И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
Рисунок 3. Электромеханический диспергатор для механоактивации порошковых материалов (Патент РФ 202025) 1 — рабочий объем; 2, 3 — кольцевые электромагниты с токовой обмоткой управления; 4, 5— выносной подковообразный электромагнит с токовой обмоткой управления; 6 - ферромагнитные размольные органы Figure 3. Electromechanical dispersant for mechanical activation of powder materials (RF Patent 202025) 1 — working volume; 2, 3 — ring electromagnets with current control winding; 4, 5 — remote horseshoe electromagnet with current control winding; 6 - ferromagnetic grinding organs
Экспериментальные исследования, выполненные на модели ЭДМ с регулируемой высотой рабочего объема, подтвердили, что доминирующим способом воздействия на частицы продукта являются процессы трения. В табл. 1, 2, 3 выборочно представлены результаты исследований в режимах работы ЭМД: В=0,4Тл, п =24с-1, Крзтах = 0,35. Эксперимент проведен по методике [14] с учетом существования в зоне контакта четырех видов фрикционных связей [15; 16].
106 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
Таблица 1. Зависимость тангенциальной составляющей сил взаимодействия Рт40-2, н/м2 между ферромагнитными элементами от высоты рабочего объема (h) при h=25 мм Table 1. Dependence of the tangential component of the interaction forces Pt 10-2, N/m2 between ferromagnetic elements on the height of the working volume (h) at h=25 mm
B, Тл 0,152 0,25 0, 375 0,5 0,652 0,75 0,872 1,0 1,125
Рт-10-2, н/м2 0,8 1,4 2,0 2,5 3,0 3,6 4,2 4,8 5,4
Таблица 2. Зависимость тангенциальной составляющей сил взаимодействия Рт-10-2, н/м2 между ферромагнитными элементами от высоты рабочего объема (h) при h=75 мм Table 2. Dependence of the tangential component of the interaction forces Pt 10-2, N/m2 between ferromagnetic elements on the height of the working volume (h)(h) at h=75 mm
B, Тл 0,152 0,25 0, 375 0,5 0,652 0,75 0,872 1,0 1,125
Рт-10-2, н/м2 0,5 1,1 1,5 2,0 2,5 2,8 3,3 3,6 3,9
Таблица 3. Зависимость тангенциальной составляющей сил взаимодействия Рт-10-2, н/м2 между ферромагнитными элементами от высоты рабочего объема (h) при h=150 мм Table 3. Dependence of the tangential component of the interaction forces Pt 10-2, N/m2 between ferromagnetic elements on the height of the working volume (h) at h=150 mm
B, Тл 0,152 0,25 0, 375 0,5 0,652 0,75 0,872 1,0 1,125
Рт-10-2, н/м2 0,4 0,8 1,1 1,5 1,8 2,2 2,5 2,6 2,9
Для подтверждения рассмотренных в статье положений об интенсификации процесса механоактивации материала путем формирования поля энергонапряженных управляемых разрушающих ударно-истирающих силовых воздействий в магнитоожиженном слое ферротел были исследованы параметры процесса измельчения кормовых добавок — компонентов агроруд (диатомита) на ЭМД (рис. 4). Диатомит - это кремнийсодержащий ингредиент, добавляемый в рацион животных и птиц в количестве до 90 % [17-20]. Для решения аналитических задач механоактивации использован высокоточный анализатор Микросайзер 201А, позволяющий представлять результаты анализа в виде зависимости весовой доли частиц от их диаметра с выводом функций распределения частиц по размерам. Функции распределения измельченных частиц диатомита в ЭМД при различных режимах работы аппарата выборочно представлены на рис. 4.
3XERTP0TEXH0X0FHH, 3.UERTP00E0Py%0BAHHE JQ7
H 3HEPFOCHAEMEHHE AFPOnPOMLim^EHHOFO ROMn^ERCA ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
100
90
80
70
10
0 ф---
0 20 40 60 80 100
Размер частиц, мкм
Рисунок 4. Функция распределения измельченных частиц диатомита в ЭМД при режимах работы: 1 - B = 0,2 Тл; Кз = 0,3; n = 20 c-1; 2 - B = 0,35 Тл; Кз = 0,33; n = 22 c-1 3- B = 0,4 Тл; Кз =
0,35; n = 24 c-1
Figure 4. Distribution function of crushed diatomite particles in EMD under operating modes: 1 - B = 0.2 Tl; Kz = 0.3; n = 20 c-1; 2 - B = 0.35 Tl; Kz = 0.33; n = 22 c-1 3- B = 0.4 Tl; Kz = 0.35; n = 24 c-1
Анализ экспериментальных данных показал, что механоактивация диатомита в магнитоожиженном слое ЭМД в режиме работы B = 0,4 Тл; Кз = 0,35; n = 24c-1 позволяет получить продукт в заданном технологией [17-20] диапазоне дисперсности от 20 до 80 мкм. При этом массовая доля частиц в этом диапазоне составляет 68%. Вновь образованная поверхность увеличивается в 2,1 раза (по сравнению с результатами измельчения диатомита на традиционных механоактиваторах). Априори возрастает реакционная способность активированного в ЭМД продукта, что интенсифицирует процесс его переработки в готовую продукцию - кремнийсодержащий компонент кормовой добавки, входящей в рацион кормления животных и птиц.
Заключение. На основании аналитических исследований можно сделать вывод, что качественный переход на энергоэффективный путь развития перерабатывающих предприятий АПК с использованием традиционного механического оборудования затруднен в связи с высокими энергетическими потерями и недостаточно эффективным управлением таким важным с технологической точки зрения показателем, как селективность частиц измельченного материала. Выявлено, что энергонапряженное, многоточечное и равномерное поле силовых воздействий по частицам перерабатываемого продукта с эффективным управлением физико-механическими свойствами рабочего процесса передачи энергии слою
108 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
продукта можно достичь при использовании аппаратов с магнитоожиженным слоем ферротел. В результате исследований синергии энергетических потоков, подводимых к электромеханическим диспергаторам, доказано, что этот тип аппаратов является усилителем мощности. Величина силовых контактов между рабочими элементами в их магнитоожиженном слое значительно возрастает (примерно в 10 раз). В ЭМД частицы продукта механоактивируются многоточечными энергонапряженными ударно-истирающими воздействиями со стороны размольных тел - элементов магнитоожиженного слоя аппаратов. На основании анализа параметров процесса измельчения диатомита на ЭМД установлено, что частицы продукта имеют высокий показатель селективности в заданном технологией [ 17-20] диапазоне дисперсности от 20 до 80 мкм. Вновь образованная поверхность увеличивается в 2,1 раза (по сравнению с результатами измельчения диатомита на традиционных механоактиваторах). Значительно возрастает поверхностная энергия, что интенсифицирует реакционную способность кремнийсодержащего компонента в процессах производства кормовой добавки.
Список источников литературы
1. Theoretical Studies of the Method of Electromagnetic Mechanical Activation / M.M. Bezzubceva, V.S. Volkov, N.Y. Krishtopa, M.A. Mastepanenko, S.Z. Gabrielyan: Part of the Lecture Notes in Networks and Systems book series (LNNS, vol. 206) // The Challenge of Sustainability in Agricultural Systems. -2021. - P. 981-989.
2. Беззубцева, М.М. Инновационные разработки научной школы «Эффективное использование энергии, интенсификация электротехнологических процессов»: монография / М.М. Беззубцева, В.С. Волков. - СПб.: СПбГАУ, 2022. - 317 с.
3. Максвелл, Д. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля / Д. Максвелл.- М.: ЁЁ медия, 2015. - 823 с.
4. Fisher, H. Maxwell's Treatise on Electricity and Magnetism: The Central Argument / H. Fisher. - Santa Fe: Green Lion Press, 2014.
5. Donnevert, J. Maxwell's Equations / J. Donnevert. - 1 Auf. - Wiesbaden GmbH: Springer Fachmedien, part of Springer Nature, 2020. - 173 р.
6. Misbah, I. Simulation of magnetic dipole and dual stratification in radiative flow of ferromagnetic Maxwell fluid / I. Misbah, A. Muhammad. - Heliyon, 2019. - Vol. 5, issue 4. - e01465.
7. Гринес, В. З. Динамические системы и топология магнитных полей в проводящей среде / В.З. Гринес, Е.В. Жужома, О.В. Починка // Современная математика. Фундаментальные направления. - 2017. - Т. 63. - Вып. 3. - С. 455-474.
8. Лебедев, В.А. Сущность и закономерности динамики процесса обработки феромагнитными гранулированными средами во вращающемся электромагнитном поле / В.А. Лебедев, Ю.М. Вернигоров, А.А. Кочубей // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - 2016. - № 1 (52). - С. 84-91.
9. Кафаров, В.В. Системный анализ процессов химической технологии: измельчение и смешение: монография / В.В. Кафаров, Дорохов И.Н., Арутюнов С.Ю. - М.: Юрайт, 2018. - 441 с.
10. Новожонов, В. И. Механоактивация оксидных и слоистых материалов: монография / Новожонов В. И., Поляков П.В., Гильманшина Т.Р. и др. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2015. - 164 с.
11. Талако, Т.Л. Исследование механизма влияния механоактивации на самораспространяющийся высокотемпературный синтез материалов / Т.Л. Талако // Известия национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. - 2014. - № 1. - С. 25-32.
12. Широков, Г.Ю. Механохимия. Теоретические основы / Г.Ю. Широков. - Иваново: ФГБОУ ВПО Ивановский государственный химико-технологический университет, 2015. - 214 с.
13. Беззубцева, М.М. Анализ эффективности способов измельчения шоколадных масс / М.М. Беззубцева, В.С. Волков, А.В. Котов // Успехи современного естествознания. - 2015. - № 1. - С. 1160-1163.
14. Беззубцева, М.М. Методология исследований способа электромеханического диспергирования: монография / М.М. Беззубцева, В.С. Волков- СПб.: СПбГАУ, 2021. - 191 с.
15. Пуговкин, П.Р. Модель образования сцепляющего усилия в ЭПМ / П.Р. Пуговкин, М.М. Беззубцева
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ Ю9
И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
// Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 1987. - № 10. - С. 91-95.
16. Ahmadian, H. Granule attrition by coupled particle impact andshearing / H. Ahmadian, M. Ghadiri // Advanced Powder Technology. - 2021. - 32 (1). - Р. 204-210. - URL: https://doi.Org/10.1016/j.apt.2020.12.001 (assecced 01.12.22).
17. Патент на полезную модель № 2669299 Российская Федерация. Биологически активная кормовая добавка для животных и птиц и способ ее изготовления; заявл. 22.11. 2017; опубл. 09.10.2018 / М.П. Никифорова.
18. Патент на полезную модель № 2663014 Российская Федерация. Способ изготовления биологически активной кормовой добавки для животных и птиц; заявл. 14.08.2017; опубл. 01.08.2018 / М.П. Никифорова.
19. Measurement method for dispersion states of filler particles in particulate composite materials by macroscopic permittivity / K. Kushimoto, M. Moriyama, A. Shimosaka, Y. Shirakawa, J. Hidaka, S. Ishihara, J. Kano // Advanced Powder Technology. - 2020. - 32 (1). - Р. 272-282. - URL: https://doi.org/10.1016/j.apt.2020.12.003 (assecced 01.12.22).
20. Современные корма для ценных объектов аквакультуры: новые кормовые источники протеина, решение проблемы замены рыбной муки / Пономарев С.В. и др. // Инновационные решения для повышения эффективности аквакультуры: матер. Всерос. науч.- практ. конф. (ВДНХ, 5 февраля 2019 г.). - М.: Перо, 2019. - С. 305-309.
References
1. Bezzubceva, M.M., Volkov, V.S., Krishtopa, N.Y., Mastepanenko, M.A., Gabrielyan, S.Z. (2021), Theoretical Studies of the Method of Electromagnetic Mechanical Activation: Lecture Notes in Networks and Systemsthis (LNNS, vol. 206), The Challenge of Sustainability in Agricultural Systems, рр. 981-989, Springer International Publishing, Heidelberg.
2. Bezzubtseva, M.M., Volkov, V.S. (2022), Innovacionny'e razrabotki nauchnoj shkoly* «Effektivnoe ispoVzovanie e'nergii, intensifikaciya elektrotexnologicheskixprocessov» [Innovative developments of the scientific school "Efficient use of energy, intensification of electrotechnological processes"], monograph, St. Petersburg, SPbGAU, 317 p. (In Russ.)
3. Maxwell, D. (2015), Izbrannye sochineniya po teorii elektromagnitnogo polya [Selected works on the theory of the electromagnetic field],YOYO media, Moscow. (In Russ.)
4. Fisher, H. Maxwell's (2014), Treatise on Electricity and Magnetism: The Central Argument, Santa Fe, Green Lion Press.
5. Donnevert, Jürgen (2020), Maxwell's Equations, vol. 1, Springer Fachmedien, part of Springer Nature, Wiesbaden GmbH.
6. Misbah, Ijaz, Ayub, Muhammad (2019), Simulation of magnetic dipole and dual stratification in radiative flow of ferromagnetic Maxwell fluid, Heliyon, vol. 5, issue 4, e01465.
7. Grines, V.Z., Zhuzhoma, E.V., Pochinka, O.V. (2017), Dynamic systems and topology of magnetic fields in a conducting medium, Sovremennayamatematika. FundamentaVny'e napravleniya, vol.63, pp. 455-474.
8. Lebedev, V. A., Vernigorov, Yu. M., Kochubey, A. A. (2016), The essence and regularities of the dynamics of the process of processing with ferromagnetic granular media in a rotating electromagnetic field, Progressive technologies and systems of mechanical engineering, no. 1 (52), pp. 84-91. (In Russ.)
9. Kafarov V. V., Doroxov I.N., Arutyunov S. Yu. (2018), System analysis of chemical technology processes: grinding and mixing: monograph, Yurayt, Russia.
10.Novozhonov, V. I., Polyakov, P.V., GiFmanshina, T.R. (2015), Mechanical activation of oxide and layered materials: monograph, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia.
11. Talako, T.L. (2014), Investigation of the mechanism of the influence of mechanical activation on self-propagating high-temperature synthesis of materials, Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Series of physical and technical sciences, vol.1, pp. 25-32.
12. Shirokov, G.Yu. (2015), Mekhanohimiya. Teoreticheskie osnovy [Mechanochemistry. Theoretical foundations], Ivanovo State Chemical and Technological University, Ivanovo, Russia. (In Russ.)
13. Bezzubtseva, M.M., Volkov, V.S., Kotov, A.V. (2015), Analysis of the effectiveness of methods for grinding chocolate masses, Successes of modern natural science, no. 1, 1160-1163. (In Russ.)
14. Bezzubtseva, M.M., Volkov, V.S. (2021), Metodologiya issledovanij sposoba elektromekhanicheskogo dispergirovaniya: monografiya [Methodology of research on the method of electromechanical dispersion: monograph], St. Petersburg, SPbGAU, 191 p. (In Russ.)
15. Pugovkin, P.R., Bezzubtseva, M.M. (1987), Model of bond force formation in EPC, Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Elektromekhanika, no 10, pp. 91-95. (In Russ.)
110 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND AGRO-INDUSTRIAL ENERGY SUPPLY
16. Ahmadian, H., Ghadiri, M. (2021), Granule attrition by coupled particle impact and shearing, Advanced Powder Technology, 32 (1), рр. 204-210, available: https://doi.org/10.1016/j.apt.2020.12.001 (assecced 01.12.22).
17. Patent RU 2669299 Rossijskaya Federaciya (2018), Biologicheski aktivnaya kormovaya dobavka dlya zhivotny'x i pticz i sposob ee izgotovleniya [Biologically active feed additive for animals and birds and the method of its manufacture], M.P. Nikiforova; 09.10.2018. (In Russ.).
18. Patent RU 2663014 Rossij skaya Federaciya (2018), Sposob izgotovleniya biologicheski aktivnoj kormovoj dobavki dlya zhivotny'x i pticz [Method of manufacturing biologically active feed additives for animals and birds], M.P. Nikiforova; 01.08.2018. (In Russ.).
19. Kushimoto, K., Moriyama, M., Shimosaka, A., Shirakawa, Y., Hidaka, J., Ishihara, S., Kano, J. (2020), Measurement method for dispersion states of filler particles in particulate composite materials by macroscopic permittivity, Advanced Powder Technology, 32 (1), pp. 272-282, available: https://doi.org/10.1016/j.apt.2020.12.003 (assecced 01.12.22).
20. Ponomarev, S.V., et al. (2019), Sovremennye korma dlya cennyh ob"ektov akvakul'tury: novye kormovye istochniki proteina, reshenie problemy zameny rybnoj muki [Modern feeds for valuable aquaculture objects: new feed sources of protein, solving the problem of replacing fish meal], Innovative solutions to improve the efficiency of aquaculture, Materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference (EANE, February 5, 2019), Moscow, Pero. (In Russ.)
Сведения об авторах
Беззубцева Марина Михайловна - доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой энергообеспечения предприятий и электротехнологии, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», spin-код: 7467-3451, Scopus author ID: 57221199057. Волков Владимир Сергеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры энергообеспечения предприятий и электротехнологии, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», spin-код: 2725-8803, Scopus author ID: 57224405947.
Information about the authors
Marina M. Bezzubtseva - Doctor of Technical Sciences, professor, Head of the Department of Energy Supply of Enterprises and Electrical Technology, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "St. Petersburg State Agrarian University", spin-code: 7467-3451, Scopus author ID: 57221199057.
Vladimir S. Volkov - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Energy Supply of Enterprises and Electrotechnology, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "St. Petersburg State Agrarian University", spin-code: 2725-8803, Scopus author ID: 57224405947.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Статья поступила в редакцию 21.02.2023; одобрена после рецензирования 15.03.2023; принята к публикации 27.03.2023
The article was submitted 21.02.2023; approved after reviewing 15.03.2023; accepted after publication 27.03.2023
