CC BY
13
По своему химическому составу - сухой свекловичный жом это: около 45% целлюлозы, и около 50% веществ на основе пектина. Содержание протеина - около 2%, сахаров - до 0,7%. Влажность не превышает 14%. прочая доля приводиться на зольные и минеральные элементы, а также органические кислоты и витаминоподобные соединения.
Основным применением представляется -использование его в кормовых целях выкармливания КРС и остальных животных. По уровню питательности, он сопоставим с силосом кукурузы. Между тем, кормление сухим свекловичным жомом особенно уместно в сочетании с прибиоти-ками. Это необходимо ввиду того, что в нем содержится большое процентное наличие клетчатки.
При процедуре гранулирования к сухому свекловичному жому может быть добавлена меласса и другие добавки. Эта позволяет значительно улучшить кормовую питательность продукта.
Материалы и методы
Для исследования взаимодействия различных факторов, влияющих на процесс гранулирования амидоминерального свекловичного жома, применяются математические методы планирования эксперимента. Математическое описание данного процесса может быть получено эмпирически. При этом его математическая модель имеет вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе экспериментов.
Результаты и обсуждение
Выбор интервалов изменения входных факторов обусловлен технологическими условиями процесса гранулирования амидоминерального свекловичного жома, а также технико-экономическими показателями процесса [3].
Критериями оценки влияния входных факторов на процесс гранулирования амидоми-нерального свекловичного жома являются: у1 -удельные энергозатраты процесса гранулирования,
Математическая модель изучаемого процесса представлена в виде полинома второй степени:
п п п
¥ = Ъ0 + ^ЪХ (!)
¿=1 ¿=1 ¿<у
где Ьо - свободный член уравнения, равный средней величине отклика при условии, что рассматриваемые факторы находятся на средних, «нулевых», уровнях; X - масштабированные значения факторов, которые определяют функцию отклика и поддаются варьированию; Ьу - коэффициенты двухфакторных взаимодействий, показывающие, насколько изменяется степень влияния одного фактора при изменении величины другого; Ьц - коэффициенты квадратичных эффектов, определяющие нелинейность выходного параметра от рассматриваемых факторов; 1, у - индексы факторов; п - число факторов в матрице планирования.
Выбираем следующие основные факторы, влияющие на процесс гранулирования амидо-минерального свекловичного жома:
х1 - зазор между вальцом и матрицей, м; Х2 - расход пара в пресс-гранулятор, кг/т; хз - количество поданного продукта, т/ч; х4 - количество введённой мелассы,% Все эти факторы не коррелируемы между собой. Пределы изменения исследуемых факторов приведены в таблице 1.
. .
отнесенные на 1 т, (кВт*ч) / т; у2 - крошимость гранул,%.
Выбор критериев оценки у обусловлен их наибольшей значимостью для процесса гранулирования амидоминерального жома. Так, у1 определяет энергоемкость процесса и является важным показателем в оценке его энергетической эффективности, у2 определяет крошимость гранул процесса гранулирования. Программа исследования была заложена в матрицу планирования эксперимента.
Таблица
Пределы изменения входных факторов
Table
Limits of change in input factors
Значения факторов в точках плана
Условия планирования Кодированное значение Values of factors in the points of the plan
Planning conditions Coded value Xi X2 X3 X4
5 м, F, кг/т Q, т/ч Y,%
Основной уровень | Basic level 0 403 1,15 20 2
Интервал варьирования | Variation interval Д 15 0,175 15 0,5
Верхний уровень | Top level +1 418 1,325 27,5 2,5
Нижний уровень | Lower level -1 388 0,975 7,5 1,5
Верхняя «звездная» точка | Top "star" point +2 433 1,5 35 3
Нижняя «звездная» точка | Lower "star" point -2 373 0,8 5 1
Для исследования применяем центральное композиционное ротатабельное униформпла-нирование и полный факторный эксперимент ПФЭ 24. Число опытов в матрице планирования для четырех входных параметров равно 32. Порядок опытов рандомизировали посредством таблицы случайных чисел, что исключает влияние неконтролируемых параметров на результаты эксперимента. При их обработке применяем следующие статистические критерии: Кохрена, Стьюдента, Фишера [4]. В результате получаем нелинейные уравнения регрессии, описывающие данный процесс:
^ = 105,2 + 0,95X -1,8558X -0,6775X -
-1,9875X - 0,06667X2 + 0,08333X2 - (2)
-0,1041Х32 - 0,06667X2
Г2 = 22,2 + 0,4612X - 0,63X - 0,3445X +
+1,3804X + 0,02062XX + 0,02062ХХ - (3)
-0,0826X2 + 0,0298Х22 - 0,0576X2 + 0,0298Х42
Анализ уравнений регрессии (2) и (3) позволяет выделить факторы, влияющие на рассматриваемый процесс. На критерии оценки наибольшее влияние оказывает количество введённой мелассы, наименьшее - количество
Рисунок 1. Кривые равных значений удельных энергозатрат от зазора между вальцом и матрицей 5, м и количеством поданного продукта в пресс-гранулятор, Q, т/ч: 1-100; 2-101,25; 3-102,5; 4-103,75; 5-105; 6-106,25; 7-107,5; 8-108,7; 9-110
Figure 1. Curves of equal values of specific energy consumption from the gap between the roller and the matrix 5, m and the quantity of the product fed into the press granulator, Q, t/h: 1-100; 2-101,25; 3-102,5; 4-103,75; 5-105; 6-106,25; 7-107, 5; 8-108,75; 9-110
поданного продукта. Причем знак «плюс» перед коэффициентом при линейных членах указывает на то, что при увеличении входного параметра значение выходного параметра увеличивается.
Степень влияния параметров относительно друг друга в уравнении:
V Ъ2 = 0,51;Ъ,: Ъъ = 1,4; Ъ, : ЬА = 0,47;
Ь :Ь = 0,36; Ъ :Ь = 0,34; Ъ2:Ъ4 = 0,93. ( )
Степень влияния параметров относительно друг друга в уравнении
Ь : Ь = 0,73;Ь : Ь = 1,338; \ : Ъ4 = 0,33;
Ь :Ь = 0,55; Ъ3:Ъ4 = 0,249; Ъ2 :Ъ4 = 0,45 ( )
Полученные уравнения нелинейные.
В результате выполнения тридцати двух опытов получена информация о влиянии факторов и построена математическая модель процесса, позволяющая рассчитать удельные энергозатраты и крошимость гранул внутри выбранных интервалов варьирования входных факторов.
На рисунках 1-4. показаны кривые равных значений выходных параметров, которые несут смысл номограмм и представляют практический интерес.
11 а и%
Рисунок 2. Кривые равных значений удельных энергозатрат от расхода пара F, кг/т и количеством поданного продукта в пресс-гранулятор, Q, т/ч: 1-100; 2-101,25; 3-102,5; 4-103,75; 5-105; 6-106,25; 7-107,5; 8-108,75; 9-110
Figure 2. Curves of equal values of specific energy consumption from steam consumption F, kg/t and the amount of product fed into the press granulator Q, t/h: 1-100; 2-101,25; 3-102,5; 4-103,75; 5-105; 6-106,25; 7-107,5; 8-108,75; 9-110
6 7 3 9 10 11 12 13
Рисунок 3. Кривые равных значений крошимости от зазора между вальцом и матрицей 5, м и количеством поданного продукта в пресс-гранулятор, Q т/ч: 1-19,5; 2-20,25; 3-21; 4-21,75; 5-22,5; 6-23,25; 7-24; 8-24,75; 9-25,5
Figure 3. Curves of equal values of crumbling from the gap be-tween the roller and the matrix 5, m and the amount of product fed into the press granulator, Q, t/h: 1-19,5; 2-20,25; 3-21; 4-21,75; 5-22,5; 6-23,25; 7-24; 8-24,75; 9-25,5
t 5 6 7 8 9 V 77 IP V К
Рисунок 4. Кривые равных значений крошимости от расхода пара F, кг/т и количеством поданного продукта в пресс-гранулятор, Q, т/ч: 1-19,5; 2-20,25; 3-21; 4-21,75; 5-22,5; 6-23,25; 7-24; 8-24,75; 9-25,5
Figure 4. Curves of equal values of crumbling from steam con-sumption F, kg/t and the amount of product fed into the press granulator, Q, t/h: 1-19,5; 2-20,25; 3-21; 4-21,75; 5-22,5; 6-23,25; 7-24; 8-24,75; 9-25,5
Задача оптимизации сформулирована следующим образом: найти такие режимы работы пресс-гранулятора, которые бы в широком диапазоне изменения входных параметров
8 9 Ю 11 12
а, т/ч
Рисунок 5. Номограмма для определения удельных энергозатрат y и крошимости y2 в зависимости от расхода пара и количества поданного продукта в пресс-гранулятор
Figure 5. Nomogram for determining specific energy consump-tion y1 and crumbling y2 depending on the steam consumption and the amount of product fed into the press granulator
Q.m/ч
Рисунок 6. Номограмма для определения удельных энергозатрат y и крошимости y2 в зависимости от зазора между вальцом и матрицей и количества поданного продукта в пресс-гранулятор
Figure 6. Nomogram for determining specific energy consumption y1 and crumbling y2 depending on the gap between the rollers and the matrix and the amount of product fed into the press granulator
процесса гранулирования. На рисунках 1-4 представлены зависимости удельных энергозатрат и крошимости от входных параметров. удельных энергозатрат и максимум.
Дранникдв АВ и др. <Вестник,ФГУИМ, 2022, Т. 84, №. 1, С. 17-23
Общая математическая постановка задачи оптимизации представлена в виде следующей модели:
q - q(Y1,Y2) >opt; D: Y (X, X2, X3, XA)-^ min
Y2( X1 X2, X3, X4)
xeD
xeD »max;
(6)
Y > 0, i -1,2; X, <[-2;2], j -1,4
Согласно критерию оптимизации для принятия окончательного решения по выбору оптимальных режимов исследуемого процесса была решена компромиссная задача (таблица 2).
у,, квт*ч/т
Рисунок 7. Зависимость удельных энергозатрат от входных параметров.
Figure 7. The dependence of the specific energy consumption on the input parameters.
Рисунок 8. Зависимость влагонапряжения сушильного барабана от входных параметров. Figure 8. The dependence of the moisture voltage of the drying drum on the input parameters.
Таблица 2. Оптимальные интервалы параметров
Table 2.
Optimal parameter intervals
Yi xi, м Х2 кг/т Х3, т/ч Х4,%
min max min max min max min max
Yi 0,2-Ш4 0,4-Ш4 56 62 11 12 2 6
Y2 0,2-Ш4 0,4Т04 59 62 10 12 6 10
post@vestnik-vsuet.ru
В результате были получены рациональ ные интервалы изменения параметров:
X - (0,2...0,4)-10-4м X. - 56...62 кг/т
хъ - 10...12 т / ч X - 2...10 %
(7)
Для проверки правильности результатов был поставлен ряд параллельных экспериментов. Полученные результаты попадали в рассчитанные доверительные интервалы по всем критериям качества. При этом среднеквадратичная ошибка не превышала 5,4%.
Для интенсификации процесса гранулирования и повышения качества готового материала, предложена конструкция пресс-гранулятора с возможностью подачи пара непосредственно к месту контакта материала и прессующего ролика, а также возможностью регулирования силы прижатия прессующих роликов к материалу.
Рисунок 9. Конструкция пресс-гранулятора с подводом пара и устройством регулирования силы прижатия ролика к материалу: 1-ролик; 2-направляющая роликов; 3-форсунка для ввода пара; 4-разгрузочный патрубок; 5-загрузочное устройство; 6 - дверца; 7-ручка; 8-вал; 9-стойка; 10 - перфорированный барабан; 11-прижимная площадка; 12-пружина
Figure 9. The design of a press granulator with steam supply and a device for regulating the force of pressing the roller to the material: 1-roller; 2-roller guide; 3-steam nozzle; 4-discharge nozzle; 5-loader; 6-door; 7-handle; 8-shaft; 9-post; 10-perforated drum; 11-pressure platform; 12-spring.
Пресс-гранулятор работает следующим образом.
Материал подаётся в загрузочное устройство 5 и попадает в рабочую зону гранулятора, которая состоит из корпуса 13 и перфорированного барабана 10.
При попадании продукта на поверхность барабана, он форсунками для ввода пара размягчается, и роликами 1 продавливается через отверстия барабана, после чего по разгрузочному патрубку 4 выводится из пресс-гранулятора.
Рабочим органом пресс-гранулятора являются ролики, которые установлены на валу 8, и приводятся в вращение под действием привода.
Для очистки и промывки пресс-гранулятора имеется дверца 6, а для установки имеется стойка 9.
Пресс-гранулятор отличается тем, что:
1) имеет направляющие 2 по которым с помощью пружин 12 определяется усилие на материал роликами, так что пружина сжимается при большой загрузке материала, позволяя ролику прокатом сначала выровнять слой продукта, а далее выдавить его через отверстия в барабане. Пружины зафиксированы на прижимных площадках 11.
2) В корпус барабана вмонтирована форсунка пара, которая впрыскивает пар непосредственно в слой продукта перед воздействием ролика на продукт.
Заключение
Предложенная модель пресс-гранулятора позволит улучшить качество продукта и снизить энергозатраты при производстве гранул.
Литература
1 Дранников А.В., Квасов А.В., Бубнов А.Р., Костина Д.К. К вопросу разработки технологии амидоминерального гранулированного свекловичного жома // Инженерия техники будущего пищевых технологий: материалы Международной научно-технической конференции. Воронеж: ВГУИТ, 2018. С. 277-279.
2 Пат. №2674609, RU, А26К 10/30, А23К 10/37. Способ производства амидоминерального гранулированного свекловичного жома и линия для его осуществления / Дранников А.В., Шевцов А.А., Квасов А.В., Бубнов А.Р., Костина Д.К. № 2017146690; Заявл. 28.12.2017; Опубл. 11.12.2018, Бюл. № 35.
3 Ковриков И.Т., Кириленко A.C. Повышение производительности пресс-грануляторов путем ограничения рабочего пространства дополнительными контактными поверхностями // Известия вузов пищевая технология. 2011. № 5-6.
4 Ладыгин E.JI. Оптимизация конструктивных и технологических параметров одноматричного шестеренного пресса // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2012. № 4(08). С. 151-160.
5 Макаренков Д.А., Назаров ВН. Исследование процессов гранулирования комплексных удобрений с учетом физико-химических и реологических свойств компонентов // Вестник МГОУ. Серия «Ее - 126 тественные науки». 2012. № 2. С. 49-54.
6 Скидело В.В. Технологический процесс гранулирования комбикорма шестеренным гранулятором с горизонтальными равновеликими колёсами матрицами // Вестник АПК Ставрополья. 2016. № 3. С. 68.
7 Мюллер О.Д., Мелехов ВН., Любов В.К., Тюрикова Т.В. Математическая модель процесса формирования древесных гранул // Лесной журнал. 2015. № 2. С. 104-122.
8 Алексеев Г.В., Гончаров М.В., Леу А.Г., Кривопустов В.В. Численные подходы к моделированию процесса женандирования// Вестник ВГУИТ. 2017. № 79(2), С. 53-60. doi: 10.20914/2310-1202-2017-2-53-60
9 Новоселов А.Г., Гуляева Ю.Н., Дужий А.Б., Сивенков A.B. Разработка и проектирование ферментационного оборудования для аэробного культивирования одноклеточных микроорганизмов. СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014. 91 с.
10 Скидело В.В., Щербина ВН. Компактный гранулятор для крестьянских фермерских хозяйств// Сельский механизатор. 2011. №. 12.
11 Алексеев C.B., Усков Г.Е., Гончаров C.B. Влияние комбикормов с БВМК на молочную продуктивность коров // Аграрный вестник Урала. 2010. № 5 (71 ). С. 74-74.
12 Афанасьев В.А., Киселев A.A. Разработка технологии влажного прессования углеводно-витаминно-минеральных добавок с повышением содержания мелассы // Вестник ВГУИТ. 2015. № 1 (63). С. 70-73.
13 Афанасьев В.А., Денисов О.В., Киселев A.A. Проектирование, конструирование и разработка современного оборудования для комбикормовых предприятий // Инновационное развитие техники пищевых технологий: материалы Международной научнотехнической конференции. Воронеж, 2015. С. 220-224.
14 Guofeng W., Yuanjuan G., Dezhi R., Zhao J. et al. Research on dust control of mobile straw granulator // Computers and Electronics in Agriculture. 2021. V. 189. P. 106375. doi: 10.1016/j.compag.2021.106375
15Ветюгов A.B., Богородский A.B., Безпепкин В.А., Романов В.П. и др. Расчет основных параметров процесса гранулирования в новой установке для получения гранул // Огнеупоры и техническая керамика. 2012. № 10. С. 32-38.
16 Киселев A.A., Аникин A.A., Чернухин Ю.В. Математическая модель течения расплава в канале гранулятора // Вестник ВГУИТ. 2016. № 1 (67). С. 11-15.
17 Ковриков И.Т., Кириленко A.C. Повышение производительности прессгрануляторов путем ограничения рабочего пространства дополнительными контактными поверхностями // Известия вузов. Пищевая технология. 2011. № 5-6. С. 78-81.
18 Шевцов A.A., Дранников A.B., Востроилов A.B., Курчаева Е.Е., Дерканосова A.A., Торшина A.A. Разработка технологии получения высокоэффективных полнорационных гранулированных комбикормов // Вестник ВГУИТ. 2020. Т. 82. №2. С. 137-145. doi: 10.20914/2310- 1202-2020-2-137-145
19 Pelletizing //Desmet Ballestra Stolz. URL: http://www.desmetballestrastolz.com/PDF/gb_pelletizing.pdf
20 The Pelleting Process // California Pellet Mill Co. URL: http://www.cpm.net/images/download_files /filel251467542.pdf
21 Ковриков И.Т., Кириленко А.С. Математическая модель напряженного состояния растительного материала в цилиндрических фильерах матрицы прессгранулятора // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2013. № 2 (298). С. 25-34.
References
1 Drannikov A.V., Kvasov A.V., Bubnov A.R., Kostina D.K. On the issue of developing technology for amido-mineral granulated beet pulp. Engineering technology for the future of food technologies: materials of the International Scientific and Technical Conference. Voronezh, VSUET, 2018. pp. 277-279. (in Russian).
2 Drannikov A.V., Shevtsov A.A., Kvasov A.V., Bubnov A.R. et al. A method for the production of amido-mineral granulated beet pulp and a line for its implementation. Patent RF, no. 2674609, 2018. (in Russian).
3 Kovrikov I.T., Kirilenko A.S. Improving the productivity of press granulators by limiting the working space with additional contact surfaces. Izvestiya vuzov pishchevaya tekhnologiya. 2011. no. 5-6. (in Russian).
4 Ladygin E.L. Optimization of design and technological parameters of a single-matrix gear press. Scientific journal of the Russian Research Institute of Land Reclamation Problems. 2012. no. 4(08). pp. 151-160. (in Russian).
5 Makarenkov D.A., Nazarov V.I. Study of the processes of granulation of complex fertilizers, taking into account the physicochemical and rheological properties of the components. Vestnik MGOU. Series "EU - 126 natural sciences". 2012. no. 2. pp. 49-54. (in Russian).
6 Skidelo V.V. Technological process of compound feed granulation by a gear granulator with horizontal equal-sized wheels matrices. Bulletin of the APK of Stavropol. 2016. no. 3. pp. 68. (in Russian).
7 Muller O.D., Melekhov V.I., Lyubov V.K., Tyurikova T.V. Mathematical model of the wood pellet formation process. Forest Journal. 2015. no. 2. pp. 104-122. (in Russian).
8 Alekseev G.V., Goncharov M.V., Leu A.G., Krivopustov V.V. Numerical approaches to modeling the process of zhsnandirovaniya. Proceedings of VSUET. 2017. no. 79(2). pp. 53-60. doi: 10.20914/2310-1202-2017-2-53-60 (in Russian).
9 Novoselov A.G., Gulyaeva Yu.N., Duzhiy A.B., Sivenkov A.V. Development and design of fermentation equipment for aerobic cultivation of unicellular microorganisms. St. Petersburg, NRU ITMO; IKiBT, 2014. 91 p. (in Russian).
10 Skidelo V.V., Shcherbina V.I. Compact granulator for peasant farms. Rural mechanic. 2011. no. 12. (in Russian).
11 Alekseev S.V., Uskov G.E., Goncharov S.V. Influence of compound feeds with BVMK on the milk productivity of cows. Agrarian Bulletin of the Urals. 2010. no. 5 (71). pp. 74-74. (in Russian).
12 Afanasiev V.A., Kiselev A.A. Development of technology for wet pressing of carbohydrate-vitamin-mineral additives with an increase in the content of molasses. Proceedings of VSUET. 2015. no. 1 (63). pp. 70-73. (in Russian).
13 Afanasiev V.A., Denisov O.V., Kiselev A.A. Design, construction and development of modern equipment for feed mills. Innovative development of food technology technology: materials of the International Scientific and Technical Conference. Voronezh, 2015. pp. 220-224. (in Russian).
14 Guofeng W., Yuanjuan G., Dezhi R., Zhao J. et al. Research on dust control of mobile straw granulator. Computers and Electronics in Agriculture. 2021. vol. 189. pp. 106375. doi: 10.1016/j.compag.2021.106375
15 Vetyugov A.V., Bogorodsky A.V., Bezlepkin V.A., Romanov V.P. Calculation of the main parameters of the granulation process in a new installation for the production of granules. Refractory materials and technical ceramics. 2012. no. 10. pp. 32-38. (in Russian).
16 Kiselev A.A., Anikin A.A., Chernukhin Yu.V. Mathematical model of the melt flow in the granulator channel. Proceedings of VSUET. 2016. no. 1 (67). pp. 11-15. (in Russian).
17 Kovrikov I.T., Kirilenko A.S. Improving the productivity of press granulators by limiting the working space with additional contact surfaces. Izvestiya vuzov. Food technology. 2011. no. 5-6. pp. 78-81. (in Russian).
18 Shevtsov A.A., Drannikov A.V., Vostroilov A.V., Kurchaeva E.E., Derkanosova A.A., Torshina A.A. Development of technology for obtaining highly efficient complete granulated feed stuff. Proceedings of VSUET. 2020. vol. 82. no. 2. pp. 137-145. (in Russian). doi:10.20914/2310-1202-2020-2-137-145
19 Pelletizing. Desmet Ballestra Stolz. Available at: http://www.desmetballestrastolz.com/PDF/gb_pelletizing.pdf
20 The Pellet Process. California Pellet Mill Co. Available at: http://www.cpm.net/images/download_files/file1251467542.pdf
21 Kovrikov I.T., Kirilenko A.S. Mathematical model of the stress state of plant material in the cylindrical die of the press granulator matrix. Fundamental and applied problems of engineering and technology. 2013. no. 2 (298). pp. 25-34. (in Russian).
Сведения об авторах Алексей В. Дранников д.т.н., декан, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия, drannikov@list.ni
https://orcid.org/0000-0002-3060-8688 Виталий Ю. Овсянников д.т.н., профессор, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036. Россия, ows2003@mail.ru
https://orcid.org/0000-0001-9388-6303 Николай Ю. Ситников к.т.н., директор по комбикормовому производству, ГК РУСМИТ, ул. Мира, Каширское, Воронежская обл., 396350. Россия, sit-work@yandex.ru
https://orcid.org/0000-0002-3690-6336 Алексей Р. Бубнов аспирант, ассистент, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036. Россия, alex.bunov.97@mail.ru
https://orcid.org/0000-0001-6532-5509 Александр С. Дубровин студент, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия, kenjirun@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-0167-7235
Вклад авторов
Все авторы в равной степени принимали участие в написании рукописи и несут ответственность за плагиат
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Information about authors Alexey V. Drannikov Dr. Sci. (Engin.), dean, machines and apparatuses of food production department, Voronezh State University of Engineering Technologies, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia, drannikov@list.ra
https://orcid.org/0000-0002-3060-8688 Vitaly Yu. Ovsyannikov Dr. Sci. (Engin.), professor, machines and apparatuses of food production department, Voronezh State University of Engineering Technologies, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia, ows2003@mail.ra
https://orcid.org/0000-0001-9388-6303 Nikolay Yu. Sitnikov Cand. Sci. (Engin.), feed production director, GK RUSMIT, st. Mira, Kashirskoe, Voronezh region, 396350, Russia, sit-work@yandex.ra
https://orcid.org/0000-0002-3690-6336 Alexey R. Bubnov graduate student, assistant, machines and apparatuses of food production department, Voronezh State University of Engineering Technologies, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia, alex.bunov.97@mail.ra
https://orcid.org/0000-0001-6532-5509 Alexander S. Dubrovin student, machines and apparatuses of food production department, Voronezh State University of Engineering Technologies, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia, kenj iran@mail.ra https://orcid.org/0000-0003-0167-7235
Contribution
All authors are equally involved in the writing of the manuscript and are responsible for plagiarism
Conflict of interest
The authors declare no conflict of interest.
Поступила 13/01/2022_После редакции 07/02/2022_Принята в печать 28/02/2022
Received 13/01/2022 Accepted in revised 07/02/2022 Accepted 28/02/2022
ФестнщВТУИт:/ Proceedings of VSUET ISSN 2226-910X E-ISSN 2310-1202
DOI: http://doi.org/10.20914/2310-1202-2022-1-24-28_Оригинальная статья/Research article_
УДК 637.1(51+621.57)_Open Access Available online at vestnik-vsuet.ru
Разработка математического обеспечения процесса регулирования температуры молока на выходе из секции охлаждения
Дмитрий М. Бородулин 1 borodulin_dmitry@list.ru ® 0000-0003-3035-0354
1 Кемеровский государственный университет, ул. Красная, 6, г. Кемерово, 650000, Россия_
Аннотация. Автоматизация любых производств невозможно без соответствующего математического обеспечения систем автоматизации. Системы автоматического регулирования используются для различных параметров технологических процессов. Одним из основных технологических параметров в молочном производстве является температура, в связи с этим важной задачей автоматизации молочных производств является ее контроль и регулирование на различных участках технологических линий. Для этого была создана информационная схема технологического объекта управления с обозначением регулируемых технологических параметров. В результате анализа штатной эксплуатации технологического объекта управления установлены следующие параметры: температура холодной воды, коэффициент передачи данного канала; температура исходного молока, коэффициент передачи данного канала; температура окружающего воздуха, коэффициент передачи данного канала; давление холодной воды, коэффициент передачи данного канала; расход исходного молока, коэффициент передачи данного канала. Расчет одноконтурной системы автоматического регулирования температуры молока на выходе из секции охлаждения выполнена в программе IPC-CAD. В результате обработки полученных данных выяснилось, что, переходные процессы «апериодический» и «с умеренным затуханием» обладают достаточным запасом устойчивости, так как степень затухания больше 0,75. Динамические ошибки в режимах настройки и проверки на грубость указанных процессов различаются на 0,02, то есть различия незначительны. Запас устойчивости «апериодического» процесса выше, а динамическая ошибка несущественно превышает остальные варианты, поэтому для дальнейшего применения выбран именно этот вид переходного процесса. Таким образом, применение системы автоматического регулирования на основе разработанного математического обеспечения является целесообразным и эффективным, так как позволит сократить брак и повысить качество выпускаемой продукции за счет своевременного качественного регулирования основного технологического параметра -температуры молочного сырья. Из этого следует, что применение данной одноконтурной системы автоматического регулирования является целесообразным в молочной промышленности.
Ключевые слова: молоко, автоматизация производств, технологический процесс, математическое обеспечение, молочное предприятие
Mathematical Support to Control Milk Temperature at Cooling Outlets
_Dmitriy M. Borodulin 1 borodulin_dmitry@list.ru ® 0000-0003-3035-0354
1 Kemerovo State University, Krasnaya str., 6, Kemerovo, 650000, Russia_
Abstract. Automation of any production is impossible without the appropriate software for automation systems. Automatic control systems are used for various parameters of technological processes. Temperature is one of the main technological parameters in dairy production. Therefore, its control and regulation in various parts of technological lines is an important task for the automation of dairy production. For this, an information scheme of the technological control object was created with the designation of the controlled technological parameters. The following parameters were established as a result of the analysis of the normal operation of the technological control object: cold water temperature, transmission coefficient of this channel; the temperature of the source milk, the transmission coefficient of this channel; ambient air temperature, transmission coefficient of a given channel; cold water pressure, transmission coefficient of this channel; raw milk consumption, transmission coefficient of this channel. Calculation of a single-loop system for automatic control of milk temperature at the outlet of the cooling section was made using the IPC-CAD program. As a result of processing the obtained data, it was found that the transient processes "aperiodic" and "with moderate attenuation" have a sufficient margin of stability, since the degree of attenuation is greater than 0,75. Dynamic errors in the modes of tuning and checking for roughness of these processes differ by 0,02, that is, the differences are insignificant. The margin of stability of the "aperiodic" process is higher, and the dynamic error does not significantly exceed the other options, so this type of transient process was chosen for further application. Thus, the use of an automatic control system based on the developed software is expedient and effective, as it will reduce rejects and improve the quality of products due to timely quality control of the main technological parameter - the temperature of raw milk. From this it follows that the use of this single-circuit automatic control system is appropriate in the dairy industry.
Keywords: milk, automation of production, technological process, mathematical support, dairy enterprise
Введение
Главной задачей автоматизации производственных процессов на молочных предприятиях является внедрение полностью автоматизированного производственного участка [1-3]. Основные результаты этого: • реализация заданного технологического режима, обеспечение высокой точности дозировки компонентов;
Для цитирования Бородулин Д.М. Разработка математического обеспечения процесса регулирования температуры молока на выходе из секции охлаждения // Вестник ВГУИТ. 2022. Т. 84. № 1. С. 24-28. doi:10.20914/2310-1202-2022-1-24-28_
© 2022, Бородулин Д.М. / Borodulin D.M.
• контроль качества продукции на различных этапах производства [4];
• своевременное обнаружение и сигнализация выхода за допустимые пределы значения параметров технологического процесса, результатом чего является сокращение количества брака продукции, расхода сырья и, как следствие, себестоимости единицы продукта;
• расширение возможностей статистического и экономического анализа [5-10]
For citation
Borodulin D.M. Mathematical Support to Control Milk Temperature at Cooling Outlets. Vestnik VGUIT [Proceedings of VSUET]. 2022. vol. 84. no. 1. pp. 24-28. (in Russian). doi:10.20914/2310-1202-2022-
1-24-28_
This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License
