CC BY
19
УДК 664
ОЦЕНКА МОДЕРНИЗАЦИИ ГРАНУЛЯТОРА В СВЕКЛОСАХАРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Т.Г. Морозова, В.Б. Морозов
Рассматривается процесс сахаропроизводства в укрупнённом понимании, отмечены основные выходы технологии. Для эффективной переработки свекловичного жома рассмотрен подход, реализованный в конструкции валковых грануляторов. Предложена модернизация матрицы конструкции с использованием сложной геометрии каналов. Для модернизированного варианта проведён расчёт эффективности нового варианта геометрии канала в формате влияния на производительность грануля-тора. Показана целесообразность модернизации.
Ключевые слова: сахарное производство, свекловичная стружка, жом, гранулирование, прессование, модернизация, эффективность, оценка.
Производство сахара из свёклы является сложным организационно-технологическим комплексом, представляющим собой совокупность систем по обработке сырья и многократной очитке продукта. Обобщённая схема свеклосахарного производства авторами представляется в структуре двух основных технологических блоков и двух дополнительных (рис. 1). Первичная обработка/подготовка плодов сырья и следующая за ним экстракция сахара из соответствующих диффузионных растворов - первый блок комплекса. Следующий блок непосредственно представляет собой источник формирования готового продукта. Два других предназначены для сложной системы доочистки многочисленных продуктовых выходов. Такие продуктовые выходы условно можно отнести к отходам, причём в свеклосахарном производстве таковых много. Так, к ним можно отнести отходы от чистки плодов (на рис. 1 не показаны). Весомыми отходами являются измельчённые и обессахаренные остатки сахарной свёклы - жом в его различных формах и вариантах, а также меласса - концентрированные сахаросодержащие «загрязнения», полученные при многократной очистке сахаросодержащих растворов (диффузионного сока, сиропа, утфе-ля и т.д.).
Представленная внутренняя модель имеет 3 основных выхода, один из которых - сахар. Два других представляют весьма энергоёмкие вещества для сельского хозяйства, перерабатывающей и химической промыш-ленностей. Вопрос работы с ними - актуальная технологическая задача, эффективно решаемая в различных форматах.
Небольшая масса объёма высушенного жома в сыпучем состоянии не позволяет эффективно реализовывать производственные мощности складских помещений и соответствующую грузовместимость транспортных систем. Для снижения описанного негативного влияния наиболее применимым и целесообразным выступает гранулирование сушёного жома. В таком случае масса объёма возрастает многократно (до 600...800 кг/м3), весомо снижаются убытки от потери жома в рамках работ по раз-
125
грузке/загрузке материала и соответственно при транспортировке, снижается трудоёмкость, например, механизация кормоприготовления и раздачи на предприятиях агропромышленного комплекса.
е.
Подготовка сырья и первичная экстракция Сахаров
САХАРОСОДЕРЖАЩИИ РАСТВОР
ОТХОДЫ
Основная(первая) кристаллизация сахара
САХАРОСОДЕРЖАЩИИ РАСТВОР
САХАРОСОДЕРЖАЩИИ РАСТВОР
% 8
Рис. 1. Внутренняя модель технологических преобразований
в производстве сахара
Жомовые сухие вещества составляют пектиновых элементы 48...50 %, целлюлозы 22...25 %, гемицеллюлозы 21...23 %, азотистых веществ 1,8...2,5 %, золы 0,8...1,3 %, сахара 0,15...0,20 %. Также следует учесть наличие в необработанном жоме витамина С и белка. Дополнительно жом содержит лизин и треонин - весьма редкие элементы аминокислоты в зерновом сырье [1].
Состав несахаров жома формирует основную сельскохозяйственную направленность его использования в качестве различного корма для скота. Питательность жома является промежуточным кормовым материалом: между традиционными кормами - овёс и луговое сено, с одной стороны, и азотистыми веществами. Содержание безазотистых компонентов, характеризующихся высокой усвояемостью у скота, в полтора раза выше, чем у лугового сена и сравнимо с их содержанием в овсе.
Также следует учитывать обеднённость жома протеином (азотистые вещества), микроэлементами, витаминами и фосфором. С целью улучшения кормовых характеристик засушенного жома, осуществляется добавле-
ние мелассы, богатой витаминами и микроэлементами, карбамида, богатого протеином, обесфторенных фосфатов как источника фосфора, сульфата натрия, меди, цинка, сернокислого кобальта. Таким образом формируется следующий состав амидоминерального жома в гранулах: сушеного жома -77 %, мелассы - 9,5 %, карбамида - 6 %, обесфторенного фосфата - 6 %, сульфата натрия - 1,5 %, микроэлементов - 0,015...0,03 %, кормовая ценность - до 70 кормовых единиц на 100 кг.
Геометрические характеристики гранул жома: цилиндр одинакового диаметра и определённого диапазона длин (высот). Плотность гранул составляет 1225 кг/м3, временной интервал окончательного набухания - от трёх часов. Контроль качества [6] показывает, что гранулированный жом в комплексе с мелассой, а также дополнительно подогретый традиционно с помощью горячего пара позволяет сформировать затребовано твёрдые, обогащённые полезными компонентами гранулы.
Наиболее используемые технологические устройства - ротационные прессы, обладающие высокой надёжностью, компактностью и производительностью [2]. Наиболее распространены валковые грануляторы с плоской или цилиндрической матрицей (рис. 2).
а б
Рис. 2. Принципиальные схемы работы валковых грануляторов для жома: а - с горизонтальной матрицей; б - с цилиндрической
матрицей
Основным элементом гранулятора является вращающаяся от двигателя матрица 1 с отверстиями в ней. Над матрицей или внутри неё расположены свободно вращающиеся рифлёные валки 2. При вращении матрицы валки катятся по ней. Сушеный жом 4 поступает на матрицу или внутрь её и перекатывающимися валками продавливается через отверстия в ней. Возникающие при этом гранулы 5 срезаются ножом 3. Для лучшего соединения сухого жома 4 в него дополнительно добавляется мелисса.
Задача аргументированной модернизации конструкции с сохранением функциональности, габаритности, массовых характеристик решалась в формате конструктивного изменения формы отверстий матрицы [3]. Уже принявшийся вариант в технологиях прессования и гранулирования зерна, предложен к реализации в валковых грануляторах для жома. Предложено вместо цилиндрических каналов матрицы использовать конически-цилиндрическую форму (рис. 3) [4].
С целью оценки модернизации гранулятора в свеклосахарном производстве определено значение фактической производительности по формуле
01 = 0.015Р21ркгпмх = 9600 кг / ч. (1)
где d, I - диаметр и длина гранулы для имеющегося варианта матрицы, соответственно, 1,27, 7,7 см; р - плотность гранулы в момент прессования, 0,11 г/см3; к - число отверстий в матрице, принимаем 480; г - число прессующих валков, по рис. 2 ъ = 2; пм - частота вращения матрицы, принимаем 222 об/мин.; х - коэффициент наполнения матрицы, для имеющегося варианта 0,7.
а б
Рис. 3. Модернизация каналов матрицы: а - цилиндрические каналы; б - цилиндрически-конические каналы
(модернизированный вариант)
Для модернизированного варианта значение диаметра d в формуле
(1) становится значением Бср:
£>ср = л 1 , 2 = 1,3 см, (2)
\ВН1 + dh2
где /^=2,75 см, h2=4,95 см - длины конической и цилиндрической части канала, соответственно; В - максимальный диаметр цилиндрической части модернизированного канала, 2,52 см.
Исходя из формулы (1), с учётом d = Бср и формулы (2), при коэффициенте наполнения матрицы х для модернизированного варианта, равном 0,75, определена производительность модернизированного гранулято-ра
Q2 = 10776 кг / ч.
Исходя из производительности матрицы со стандартными показателями и производительностью с измененными показателями, можно рассчитать увеличение производительности в процентах. Оно составляет 12 %.
Таким образом, применение конически-цилиндрического профиля каналов матрицы ротационного гранулятора для жома позволит обеспечить повышение производительности [5] за счёт фактического увеличения проходимости матрицы, а также роста степени заполняемости матрицы из-за нового суммарного полезного объёма.
Список литературы
1. Азрилевич М.Р. Заменители сахара // Пищевые ингредиенты. 2003. № 2. С. 42 - 45.
2. Гребенюк С.М., Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н. Технологическое оборудование сахарных заводов. М.: Колос, 2007. 520 с.
3. Морозов В.Б. Анализ функционально-структурных компонентов машин сельскохозяйственного назначения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. Вып. 1. С. 23 - 28.
4. Морозов В.Б. Оценка модернизации ротора автоматической центрифуги ФНП-1251-Л2 сахарного производства // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 5. Ч. 3. С. 58 - 64.
5. Сосков В.Б. Принцип совмещения операций в новом устройстве отбора проб жидкостей // Вестник машиностроения. 2004. № 8. С. 84.
6. Gorelov A.S., Preis V.V., Morozov V.B. Design principles for integrated automated statistical quality-control systems in manufacturing // Russian Engineering Research. 2008. Vol. 28. № 3. P. 251 - 254.
Морозова Татьяна Геннадьевна, аспирантка, nusichka-89@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Морозов Владимир Борисович, канд. техн. наук, доцент, qtay@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEVELOPMENT AND ANALYSIS OF THE APPLICABILITY OF THE SAMPLER FOR THE QUALITY CONTROL OF BEET CHIPS SUGARBEANPRODUCTION
T.G. Morozova, V.B. Morozov
The article considers the process of sugar production in an integrated sense, marked the main outputs of the product technology. For efficient processing of beet presscake, an approach implemented in the design of roll granulators is considered. A matrix upgrade was proposed using a complex channel geometry. For the upgraded version, the efficiency of a new version of the channel geometry was calculated in the format affecting the performance of the granulator. The expediency of modernization is shown.
Key words: sugar production, beet chips, presscake, granulation, pressing, modernization, efficiency, evaluation.
Morozova Tatiana Gennadjevna, postgraduate, nusichka-89@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Morozov Vladimir Borisovich, candidate of technical sciences, docent, qtay aramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University
