CC BY
8УДК 631.369.258/638.178
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ГИДРОВИБРАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ
ВОСКОВОГО СЫРЬЯ
ПРОТАСОВ Андрей Викторович, аспирант, Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева, protasof.andrei@mail.ru
Пчеловодство является важнейшей отраслью сельского хозяйства, от развития которой в значительной мере зависит урожайность многих сельскохозяйственных культур. Одной из задач механизации пчеловодства является получение после всех технологических процессов высококачественного сырья. Наряду с такими важнейшими продуктами пчеловодства, как мед и перга, воск является не менее важным и ценным продуктом как для отрасли в частности, так и для сельского хозяйства в целом. Зачастую воск заменяется на другие углеводороды, так как в настоящее время промышленность не в состоянии полностью обеспечить большой спрос на него. Очистка пчелиных сотов от загрязнений является очень сложным физическим процессом, который заключается в удалении из ячеек пчелиных сотов различных механических и органических загрязнений, представляющих собой испорченную пергу; оболочки коконов, оставшиеся в ячейках сотов после вывода личинок пчел; ульевой сор в виде остатков мертвых пчел и т.д. Наиболее широкое распространение в настоящее время имеют ручные или частично механизированные технологии, в связи с чем восковое сырье, обработанное таким образом, часто подвергается влиянию различных химических и физических воздействий, которые приводят к снижению качества получаемого продукта, высоким затратам энергии и большой трудоемкости технологических процессов. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что разработка и внедрение в производство специальных средств механизации и высокоэффективных энергосберегающих способов очистки пчелиных сотов от загрязнений является актуальной проблемой механизации пчеловодства.
Ключевые слова: воск, очистка, вибрационная установка
Введение
Большая часть воска, от общего его производства, применяется для изготовления вощины, используемой в пчеловодстве для постройки пчелиных сотов [1-6]. Воск широко применяется и в других отраслях промышленности. Он совершенно незаменим в парфюмерии и косметике.
Традиционным способом воск получают путем перетопки старых сотов, имеющих большое количество загрязнений, которые приводят к ухудшению качества и чистоты получаемого продукта [6-12]. Известны и широко применяются промышленные технологии переработки воскового сырья,
но, с учетом их себестоимости и логистических затрат, переработка сильно загрязненного сырья представляется не всегда рентабельной [12-18].
Цель и задачи исследования. В связи с вышесказанным, целью исследования является изучение процесса гидровибрационной очистки воскового сырья.
Материалы и методы исследования Для решения обозначенной выше задачи в соответствии с патентом РФ № 2634432 была изготовлена гидровибрационная установка, конструкция которой представлена на рисунке 1.
1 - рабочая камера; 2 - неподвижная рама; 3 - крышка; 4 - электрический вибровозбудитель Рис. 1 - Лабораторная установка для гидровибрационной очистки воскового сырья
© Протасов А. В., 2018 г.
б*
Вестник РГАТУ, № 3(39), 2018
Установка представляет собой рабочую камеру, внутри которой располагается очищаемый пчелиный сот. На внешней стороне камеры закреплен электрический вибровозбудитель. Рабочая камера расположена на раме посредством пружинного подвеса.
Установка работает следующим образом: пчелиный сот закрепляется в специальных пазах внутри рабочей камеры 1. Камера вибрационной установки заполняется водой, так, чтобы сото-рамка была полностью погружена. Верхняя часть корпуса закрывается специальной крышкой 3. После чего включают электродвигатель вибровозбудителя 4, который раскручивает эксцентрик, оказывая тем самым на воду, находящуюся в корпусе и соторамку, вибрационное воздействие. Под действием вибрации происходит вымывание механических и органических загрязнений из ячеек сота. Извлеченные механические и органические загрязнения скапливаются на дне корпуса. После завершения процесса очистки электродвигатель вибрационной установки отключают, открывают крышку и извлекают очищенную соторамку.
Анализируя результаты предварительно проведенных исследований, можно заключить, что факторами, наиболее значимо влияющими на процесс очистки, являются: время вибрационного воздействия, температура воды во время гидровибрационного воздействия в корпусе установки, а также продолжительность предварительного замачивания соторамки перед очисткой.
Критерием оптимизации являлось отношение количества загрязнений, оставшихся в соте к их начальному количеству, выраженное в процентах, определяется по формуле: Ма+п-Мач
где
мгр~ мач
Мс1+п-массасоторамкичерезп-минуточистки,(г); М - масса полностью очищенной соторамки,(г);
Мгр - масса «грязной» соторамки до начала очистки, (г).
Для оценки влияния исследуемых факторов на критерий оптимизации был использован трехфак-торный трехуровневый план проведения экспериментов второго порядка Бокса-Бенкина, близкий к D-оптимальному.
Время вибрационного воздействия выбрано таким образом, чтобы 80-90% сотов оставались неповрежденными, так как под действием вибрации сот разламывается. Температура воды во время опытов варьировалась в диапазоне от +13° С до +33° С. Логично предположить, что по мере повышения температуры процесс набухания и растворения перги будет протекать быстрее, но при этом восковая основа сота размягчится, утратит свои прочностные свойства. Нагретые соты весьма уязвимы для вибрационного воздействия, поэтому верхняя граница температуры не превышала +33°С.
Продолжительность замачивания, то есть время выдержки сотов в воде перед очисткой, выбирали таким образом, чтобы, с одной стороны, добиться максимального насыщения выбракованной перги водой, а с другой стороны, сделать процесс технологичным, то есть ограничить время замачивания 23 часами. Более длительная выдержка может привести к порче продукта.
Перед проведением опытов соты, привезенные из Рыбновского района Рязанской области, были разделены на 3 группы, по 50 сотов в каждой. Предварительно соты выдерживались в воде на протяжении времени, требуемого в опыте. После этого каждый сот закреплялся в корпусе гидровибрационной установки, которую приводили в действие согласно намеченному плану. Очищенный сот извлекали и взвешивали, после чего ручным способом удаляли остатки загрязнений из каждой ячейки сота и повторно взвешивали. Величину критерия оптимизации вычисляли по формуле. Опыты проводились с трехкратной повторностью.
Таблица - Факторы и уровни их варьирования.
Обозначение Наименование Уровни варьирования факторов Интервал
факторов факторов -1 0 +1 варьирования
Время вибрационного воздействия, мин 1 2 3 1
Т Продолжительность замачивания, ч 1 12 23 11
Температура воды, °С 13 23 33 10
Результаты исследования
В результате статистической обработки экспериментальных данных было получено следующее уравнение регрессии:
Р= -42,37+30,^+3,34Т+6,87^+0,66^+2^х3--0,01ТХз-22,87^-0,13Т2-0,23^2,
где Р - степень чистоты пчелиного сота,%; t - время вибрационного воздействия, мин; Т - продолжительность замачивания, ч; - температура воды, °С.
Статистические данные прошли проверку по коэффициенту Кохрена, а также величине дисперсий. Проведенный анализ позволяет утверж-
дать, что статистические данные в значительной мере точны и надежны. Значения коэффициентов в уравнении показывают, что все исследуемые факторы оказывают значимое влияние на исследуемый процесс. Наиболее значимым факто-
ром, судя по коэффициенту регрессии, является продолжительность вибрационного воздействия.
На рисунке 2 представлена графическая зависимость критерия оптимизации от исследуемых параметров.
Рис. 2 - Зависимость критерия оптимизации от времени вибрационного воздействия и температуры воды в корпусе установки
Заключение
Анализ установленных зависимостей и оптимизация полученной математической модели показывают, что максимальная степень чистоты 90,9% достигается при t = 1,9 минут, Т = 16,3 часа и ^=22,4° С.
Список литературы
1. Бышов, Н. В. Исследование гигроскопических свойств перги [Текст] / Н. В. Бышов, Д. Е. Каширин // Вестник КрасГАУ. - 2013. - №2. - С.122-124.
2. Бышов, Н. В. Исследование установки для извлечения перги из сотов [Текст] / Н. В. Бышов, Д. Е. Каширин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2012. - № 2. - С. 31-32.
3. Бышов, Д. Н. К вопросу влияния загрязнений, содержащихся в пчелиных сотах, на выход товарного воска [Текст] / Д. Н. Бышов, Д. Е. Каширин, В. В. Павлов // Сборник материалов международной научно-практической конференции, посвященной дню российской науки. - Пенза, 2015. - Том. 2. - С. 280-282.
4. Исследование адгезионных свойств перги содержащийся в перговых сотах [Текст] / Д. Н. Бышов, Д. Е. Каширин, А. В. Куприянов, В. В. Павлов // Вестник КрасГАУ. - 2015. - № 7. - С. 174-178.
5. Каширин, Д. Е. Усовершенствование технологического процесса отделения перги от восковых частиц [Текст] / Д. Е. Каширин // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ имени В.П. Горячкина. - 2009. - №4 (35). - С. 24-26.
6. Каширин, Д. Е. Способ и устройство для извлечения перги [Текст] / Д. Е. Каширин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2010. - № 5. - С. 34-36.
7. Бышов, Н. В. Исследование гигроскопических свойств перги [Текст] / Н.В. Бышов, Д.Е. Ка-
ширин, А.В. Куприянов // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. — 2011.
- № 2-2. - С. 14-15.
8. Бышов, Н. В. Исследование отделения перги от восковых частиц [Текст] / Н. В. Бышов, Д. Е. Каширин // Техника в сельском хозяйстве.- 2013.
- № 1. - С.26-27.
9. Исследование процесса получения воска из воскового сырья различного качества [Текст] / Н. В. Бышов, Д. Н. Бышов, Д. Е. Каширин, И. А. Успенский, В. В. Павлов // Вестник КрасГАУ. - 2015. - № 6. - С. 145-149.
10. Исследование процесса механической очистки перговых гранул от органических оболочек [Текст] / Д. Н. Бышов, Д. Е. Каширин, С. Н. Го-белев, Н. В. Ермаченков, В. В. Павлов // Вестник КрасГАУ. - 2016. - № 2. - С. 73-77.
11. Исследование влияния влажности и температуры на прочностные свойства перги [Текст] / Д. Н. Бышов, Д. Е. Каширин, С.Н. Гобелев, А.В.Куприянов В. В. Павлов // Вестник КрасГАУ. -2016. - № 1. - С. 97-101.
12. Бышов, Д. Н. К вопросу гидровибрационной очистки пчелиных сотов от загрязнений [Текст] / Д. Н. Бышов, Д. Е. Каширин, А. В. Протасов // Материалы 68-ой Международной научно-практической конференции, посвященной Году экологии в России/ Министерство сельского хозяйства российской федерации; ФГБОУВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева». - Рязань, 2017. - С. 77-80.
13. Исследование эффективности очистки воскового сырья в воде при интенсивном механическом перемешивании [Текст] / Д. Н. Бышов, Д. Е. Каширин, В. В. Павлов, М. Б. Угланов, Б. А. Нефедов, В. А. Макаров, С. Д. Полищук // Вестник
^ Вестник РГАТУ, № 3(39), 2018
tj
Красноярского государственного аграрного университета. - 2017. - № 12 (135). - С. 115-122.
14. Обоснование режимов очистки перги от загрязнений [Текст] / Д. Н. Бышов, Д. Е. Каширин, С. Н. Гобелев, Н. В. Ермаченков, В. В. Павлов // Современные энерго- и ресурсосберегающие экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства: сборник научных трудов. - Рязань, 2016. С. - 162-164.
15. Бышов, Д. Н. Исследование гигроскопических свойств загрязнителей воскового сырья [Электронный ресурс] / Д. Н. Бышов, Д. Е. Каширин, В. В. Павлов // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2016. - № S2. - С. 35.
16. Павлов, В. В. К вопросу очистки воскового сырья путем диспергирования загрязняющих компонентов [Текст] / В. В. Павлов, Д. Н. Бышов, Д. Е.
Каширин // Наука молодых - инновационному развитию АПК : материалы X Юбилейной Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. Башкирский государственный аграрный университет.- 2017. - С. 226-233.
17. Бышов, Д. Н. Исследование отделения перги от восковых частиц [Текст] / Н. В. Бышов, Д. Е. Каширин // Техника в сельском хозяйстве. - 2013. - № 1. - С. 26-27.
18. Каширин, Д. Е. Исследование пластических свойств восковой основы пчелиных сотов [Текст] / Д. Е. Каширин, А. В. Куприянов // Актуальные проблемы и их инновационные решения в АПК : сборник научных трудов, посвящается 60-летию инженерного факультета. Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Ко-стычева. - Рязань, 2011. - С. 84-85.
THE SUBSTANTIATION OF THE PARAMETERS OF THE PROCESS OF HYDRO-VIBRATION
CLEANING OF WAX RAW MATERIALS
Protasov Andrey V., postgraduate student, Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, protasof.andrei @ mail.ru
Beekeeping is the most important branch of agriculture, the development of which largely depends on the yield of many crops. One of the tasks of mechanization of beekeeping is to obtain, after all technological processes, high-quality raw materials. Along with such important products of beekeeping as honey and pepper, wax is an equally unimportant and valuable component both for the industry in particular and for agriculture in general. In view of the great need, often the wax is replaced with other hydrocarbons, because at present the industry is not able to fully meet its demand. The process of cleaning honey bees from contamination is a very complex physical process and consists in removing from the cells of honeycombs of various mechanical and organic contaminants, which are spoiled pengu, shells of cocoons remaining in the cells of honeycombs after the removal of the larvae of bees, hive litter in the form of remains of dead bees etc. The most widespread at present are manual or partially mechanized technologies, and therefore the wax raw materials processed in this way are often influenced by various chemical and physical influences that lead to a disruption in the quality of the product obtained, high energy costs, and labor-consuming technological processes. On the basis of the foregoing, it can be concluded that the development and introduction into production of highly efficient energy-saving methods for cleaning bee honeycombs from pollution and special means of mechanization is an actual problem of mechanization of beekeeping.
Key words: wax, cleaning, vibration plant
Literatura
1. Byshov N.V. Issledovaniye gigroskopicheskikh svoystv pergi / N.V. Byshov, D.Ye. Kashirin // Vestnik KrasGAU - 2013. - №2. - S.122-124.
2. Byshov N.V. Issledovaniye ustanovki dlya izvlecheniya pergi iz sotov /N.V. Byshov, D.Ye. Kashirin // Mekhanizatsiya i elektriffkatsiya sel'skogo khozyaystva. - 2012. - №2. - S. 31-32.
3. Byshov D.N. K voprosu vliyaniya zagryazneniy, soderzhashchikhsya v pchelinykh sotakh, na vykhod tovarnogo voska /D.N. Byshov, D.Ye. Kashirin, V.V. Pavlov//Sbornik materialov mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy dnyu rossiyskoy nauki. Penza 2015 g. Tom. 2 S.280-282.
4. Byshov D.N. Issledovaniye adgezionnykh svoystv pergi soderzhashchiysya v pergovykh sotakh / D. N. Byshov, D. Ye. Kashirin, A.V. Kupriyanov, V. V. Pavlov // Vestnik KrasGAU. - 2015. - № 7. - S. 174-178.
5. Kashirin D.Ye. Usovershenstvovaniye tekhnologicheskogo protsessa otdeleniya pergi ot voskovykh chastits/D.Ye. Kashirin//Vestnik FGOU VPO MGAU imeni V.P. Goryachkina. - 2009. - №4 (35). - S.24-26.
6. Kashirin D.Ye. Sposob i ustroystvo dlya izvlecheniya pergi / D.Ye. Kashirin // Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N.I. Vavilova. - 2010. - №5. - S.34-36.
7. Byshov N.V. Issledovaniye gigroskopicheskikh svoystv pergi / N.V. Byshov, D.Ye. Kashirin, A.V. Kupriyanov //Vestnik Michurinskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta №2-2, 2011. S.14-15.
8. Byshov N.V. Issledovaniye otdeleniya pergi ot voskovykh chastits /N.V. Byshov, D.Ye. Kashirin// Tekhnika v sel'skom khozyaystve - 2013. - №1. - S.26-27.
9. Byshov N.V. Issledovaniye protsessa polucheniya voska iz voskovogo syr'ya razlichnogo kachestva / N. V. Byshov, D.N. Byshov, D. Ye. Kashirin, I.A. Uspenskiy, V.V. Pavlov //Vestnik KrasGAU. - 2015. - № 6. - S. 145-149.
10. Byshov D.N. Issledovaniye protsessa mekhanicheskoy ochistki pergovykh granul ot organicheskikh obolochek // D.N. Byshov, D. Ye. Kashirin, S.N. Gobelev, N.V. Yermachenkov, V.V. Pavlov / Vestnik KrasGAU. - 2016. - № 2. - S. 73-77.
11. Byshov D.N. Issledovaniye vliyaniya vlazhnosti / temperatury па prochnostnyye svoystva регд/ / D. N. Byshov, D. Уе. ^Ыг/п, S.N. Gobelev, A.V.Kupr/yanov КК Pavlov// Vestn/k KrasGAU. - 2016. - № 1. - S. 97-101.
12. Byshov D.N. К voprosu g/drov/brats'юnnoy och/stk/ р^еПпу^ sotov ot zagryaznen/y / D.N. Byshov, D.Уe. Kash/r/n, АУ. Protasov // Mater/aly 68-оу Mezhdunarodnoy nauchno-prakt/cheskoy konferents//, posvyashchennoy Godu еко1од// V Ross//. M/n/sterstvo sel'skogo khozyaystva ross/yskoy federats//; FGBOUVO «Ryazansk/y gosudarstvennyy agrotekhnolog/chesk/y ип^е^Ш /теп/ Р.А. Kostycheva». 2017. S. 77-80.
13. Byshov D.N. Issledovan/ye effekt/vnost/ о^^к/ voskovogo syr'ya V vode рг/ /ntens/vnom mekhan/cheskomperemesh/van///D.N. Byshov, D.Уe. Kash/r/n, Pavlov, М.В. ид1апоц В.А. Nefedov, V.A. Макагоц S.D. Ро1^^ик //Vestn/k Krasnoyarskogo gosudarstvennogo адгагподо ип^е^Ша. 2017. № 12 (135). S. 115-122.
14. ByshovD.N. Obosnovan/ye rezh/movо^^к/регд/ otzagryaznen/y/D.N. Byshov, D.Уe. Kash/r/n, S.N. Gobelev, N.V. Уегта^еп^, Pavlov // V sbom/ke: Sovremennyye епегдо- / resursosberegayushch/ye ekolog/chesk/ ustoych/vyye tekhnolog// / s/stemy sel'skokhozyaystvennogo pro/zvodstva Sbom/k паи^пу^ trudov. 2016. S. 162-164.
15. Byshov D.N. Issledovan/ye g/groskop/chesk/kh svoystv zagryazn/teley voskovogo syr'ya / D.N. Byshov, D.Уe. Kash/r/n, Pavlov//Е1еШоппуу nauchno-metod/chesk/y zhumal Omskogo GAU. 2016. № S2. S. 35.
16. Pavlov К voprosu о^^к/ voskovogo syr'ya р^ет d/sperg/rovan/ya zagryaznyayushch/kh котропеп^ / V.V. Pavlov, D.N. Byshov, D.Уe. Kash/r/n // V sbom/ke: №ика тоЫу^ - /nnovats/onnomu razv/t/yu APK mater/aly X УиЬ/1еупоу Vseross/yskoy nauchno-prakt/cheskoy konferents// тоЫу^ и^епу^. Bashk/rsk/y gosudarstvennyy адгагпуу ип^е^Ш. 2017. S. 226-233.
17. Byshov D.N. Issledovan/ye otdelen/ya регд/ ot voskovykh chast/ts / N.V. Byshov, D.Уe. Kash/rin // ТеШ/ка V sel'skom khozyaystve. 2013. № 1. S. 26-27.
18. Kash/r/n D.Уe. Issledovan/ye plast/chesk/kh svoystv voskovoy osnovy р^еНпу^ sotov / D.Уe. Kash/rin, АУ. Kupriyanov // V sbom/ke: АМиаШууе ргоЫету / /^ /nnovats/onnyye reshen/ya V APK Sbom/k паи^пу^ trudov. Posvyashchayetsya 60-Ш/уи /nzhenemogo fakul'teta. Ryazansk/y gosudarstvennyy agrotekhnolog/chesk/y ип^е^Ш /теп/ Р.А. Kostycheva. Ryazan', 2011. S. 84-85.
