CC BY
18
УДК 621.928
В. И. Чарыков, И. И. Копытин, В. А. Новикова
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
МЯСОКОСТНОЙ МУКИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА»
V. I. Charykov, I. I. Kopitin, V. A. Novikova IMPROVEMENT TECHNOLOGY COOKING MEAT AND BONE MEAL
FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV»
Аннотация. Изложены результаты эксперимента, определяющего основные факторы, влияющие на степень очистки мясокостной муки в межполюсном пространстве сепаратора. Исходя из квинтэссенции получения кормовой добавки, определено влияние основных независимых факторов, влияющих на эффективность ее очистки в межполюсном пространстве сепаратора. Представлены результаты экспериментальных исследований. Построены трехмерные поверхности отклика с различными вариантами значений факторов. Из их анализа определены оптимальные значения конструктивно-режимных параметров электромагнитного сепаратора.
Ключевые слова: электромагнитный сепаратор; металломаг-нитная частица; магнитная индукция; полиномиальная модель; мясокостная мука.
Виктор Иванович Чарыков
Victor Ivanovich Charykov доктор технических наук, профессор
Viktor52-CHIMESH@yandex.ru
Валентина Александровна Новикова
Valentina Aleksandrovna Novikova кандидат технических наук, доцент nowikova1959@yandex.ru
Введение. Мясокостная мука обладает высокой пищевой ценностью и используется как в натуральном виде, так и в качестве премикса для изготовления комбикормов. Мясокостная мука используется в качестве корма для домашней птицы, свиней и для обогащения комбикормов для молодняка и при откорме сельскохозяйственных животных, крупного рогатого скота, птицы и рыбы. Добавление мясокостной муки позволяет обогатить корм протеинами, полезными аминокислотами, витаминами, минералами и увеличить его питательную ценность. Кроме того, она помогает нормализовать обмен веществ.
В соответствии с ГОСТ 17536-82 «Мука кормовая животного происхождения. Технические условия» массовая доля металломагнитных примесей размером
Summary. Experiment results defining the major factors influencing extent of meat and bone meal purification in separator interpolar space are stated. Proceeding from quintessence of receiving feed additive, how the major independent factors influence on purification efficiency in separator interpolar space is defined. Results of pilot studies are presented. Three-dimensional response surfaces with various options of factors values are constructed. Optimum values of constructive-regime parameters of electromagnetic separator are defined.
Keywords: electromagnetic separator; metallomagnetic particle; magnetic induction; polynomial model; meat and bone meal.
Игорь Иванович Копытин
Igor Ivanovich Kopytin docent_ik@mail.ru
до 2-х мм должна составлять не более 200 мг на 1 кг муки. Из этого можно сделать вывод, что степень очистки мясокостной муки электромагнитным сепаратором-железоотделителем должна составлять 0,985.
Технологический процесс получения мясокостной муки представлен на рисунке 1. Линия производства сухих животных кормов К7-ФКЕ предназначена для выработки мясокостной муки и технического или кормового жира из смеси мякотного сырья и кости [1].
Процесс производства кормовой муки на этой линии включает: обработку сырья в термоаппарате (стерилизация, частичное обезжиривание, предварительное обезвоживание), измельчение вареного сырья, сушку, охлаждение и измельчение шквары, упаковку и взвешивание кормовой муки, маркировку тары. Смесь мякотного и костного сырья измельчают до размера 50 мм и элеватором подают в шнековый обезвоживатель. В нем сырье подвергается тепловой обработке при давлении пара внутри рубашки и в шнековом валу аппарата 0,35-0,4 МПа в течение 20 минут. Температура продукта на выходе из аппарата составляет не менее 90 °С.
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2016 Теаш^аше науки 77
В процессе варки сырья выделяется до 3 % жира, 20 % воды в виде бульона и до 25 % сокового пара. Водно-жировая смесь через решетку в днище аппарата непрерывно отводится в жироловку, над которой установлена сетка с отверстиями диаметром не более 3 мм. Сваренное сырье поступает в молотковую дробилку, где измельчается до частиц размером менее 25 мм и да-
лее по обогреваемому элеватору подается в трехсек-ционную сушилку. Сушка длится 40-45 мин., при этом выделяется вторичный пар, который отводится в конденсатор, а сухой продукт с массовой долей влаги 9-10 % элеватором подается в шнековый охладитель. Предварительно охлажденную кормовую муку измельчают в молотковой дробилке (диаметр отверстий решетки - 4 мм).
1 - измельчитель; 2 - элеватор; 3 - обезвоживатель; 4 7 - сушильный агрегат; 9 - охладитель
■ жироловка; 5, 10 - дробилки; 6, 8 - элеваторы обогреваемые;
Рисунок 1 - Линия производства сухих животных кормов К7-ФКЕ
Целью работы является исследование факторов, определяющих степень очистки кормовой добавки от металлических примесей в рабочей зоне электромагнитного сепаратора.
Задачи исследования:
1 Установить основные факторы, влияющие на степень очистки мясокостной муки в межполюсном пространстве сепаратора.
2 Определить уровни варьирования основных факторов.
3 Исследовать влияние основных факторов на степень очистки мясокостной муки в рабочей зоне сепаратора.
Материалы и методы. С целью изучения процесса очистки мясокостной муки электромагнитным полем, в лаборатории кафедры «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» Курганской ГСХА им. Т.С. Мальцева была разработана и изготовлена экспериментальная установка электромагнитного сепаратора под условным названием УСС-5М2 (рисунок 2).
Результаты исследований. В конце линии (рисунок 1) предлагается установить электромагнитный сепаратор - железоотделитель УСС-5М2. Для того, чтобы степень очистки мясокостной муки соответствовала требованиям ГОСТ, был произведен расчет рабочей зоны сепаратора.
Рисунок 2 - Экспериментальная установка
В электромагнитных сепараторах серии УСС, разработанных в Курганской ГСХА, широкое применение нашли полюсные наконечники с «дырочными» концентраторами (концентраторы с отверстиями) [2]. Дырочные концентраторы имеют существенное преимущество перед горизонтальными и вертикальными концентраторами: они просты в изготовлении, имеют большую длину концентрирующих участков. В то же время создание электромагнитной индукции в них происходит несколько иначе и потому они требуют специального изучения для определения оптимальных размеров длины окружности отверстий и расположения этих отверстий в полюсных наконечниках, т. е. расстояния между отверстиями. Нами в процессе изучения влияния «дырочных» концентраторов на создание элек-
тромагнитной индукции использовалось простое рядное расположение отверстий, а не шахматное, как часто используются в других видах работ. В этом случае на степень очистки будут влиять следующие факторы: й - длина окружности отверстий, t - расстояние между отверстиями, В - величина магнитной индукции в рабочей зоне.
Эти факторы варьировались нами в определенных пределах, величина которых представлена в таблице 1. Для того чтобы можно было использовать математический аппарат методики активного планирования эксперимента, эти факторы были закодированы [3; 4].
В качестве математической модели процесса, описывающей влияние указанных факторов на степень очистки был использован полином второй степени.
Таблица 1 - Уровни и интервалы варьирования факторов
Факторы Кодовое обозначение Интервалы варьирования Уровни факторов
Основной 0 Верхний + 1 Нижний -1
О - длина окружности отверстий, мм ^ 4 72 76 68
1 - расстояние между отверстиями, мм Х2 2 10 12 8
В - величина магнитной индукции, мТл Х3 40 180 220 140
Для получения математической модели процесса в виде полинома второй степени нами использовался некомпозиционный план второго порядка [3]. Эти планы представляют собой определенные выборки строк из полного факторного эксперимента типа 3К. В этих планах каждая переменная варьируется всего на трех уровнях: +1, 0, -1 в то время как центральные композиционные ротатабельные планы второго порядка предусматривают использование каждого фактора на пяти уровнях. Некомпозиционные планы характе-
ризуются наличием в строках матрицы планирования большого числа нулей, в результате чего существенно упрощается вычисление коэффициентов модели. Кроме того, некомпозиционные планы второго порядка для 3, 4, 6 и 7 факторов требует постановки меньшего числа опытов по сравнению с соответствующими ротатабельными центральными композиционными планами второго порядка.
В таблице 2 приведена матрица некомпозиционного плана второго порядка для трех факторов.
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2016 Теаш^аше науки 79
Таблица 2 - Матрица некомпозиционного плана второго порядка
Номер опыта Х0 Х1 Х2 Х3 Х Х2 Х Х3 Х2 Х3 Х12 Х2 Х32 у
1 + + + 0 + 0 0 + + 0 У1
2 + + - 0 - 0 0 + + 0 У2
3 + - + 0 - 0 0 + + 0 Уз
4 + - - 0 + 0 0 + + 0 У4
5 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 У5
6 + + 0 + 0 + 0 + 0 + Уб
7 + + 0 - 0 - 0 + 0 + У7
8 + - 0 + 0 - 0 + 0 + У8
9 + - 0 - 0 + 0 + 0 + У9
10 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 У10
11 + 0 + + 0 0 + 0 + + У11
12 + 0 + - 0 0 - 0 + + У12
13 + 0 - + 0 0 - 0 + + У13
14 + 0 - - 0 0 + 0 + + У14
15 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 У15
По данными этих опытов согласно матрице планирования получена математическая модель процесса, характеризующая зависимость степени очистки от исследуемых факторов. Эта модель представлена полиномом второй степени:
у = Ь0 + \ х + Ъ2 х2 + Ьз хз + Ь12 х х2 + I Ъ13 Х1Х3 I Ъ 23 Х2 Х3 I Ъ1Х1 I Ъ 22 Х2 Ъ зз Х3 (1)
Результаты опытов представлены в таблице 3.
После обработки результатов эксперимента было получено уравнение регрессии в натуральных значениях факторов, описывающее их влияние на степень очистки сыпучего продукта. Для модернизированного электромагнитного сепаратора УСС-5М2 уравнение имеет следующий вид:
у = 0, 983 + 0,028£> + 0,021г + 0,0945 + 0,096£2 -- 0,089^2 - 0,0945 (2)
Номер опыта Х0 Х1 Х2 Хз Х1Х 2 Х1Х3 Х2Х3 Х12 Х22 Х32 у
1 + + + 0 + 0 0 + + 0 0,85
2 + + - 0 - 0 0 + + 0 0,78
3 + - + 0 - 0 0 + + 0 0,76
4 + - - 0 + 0 0 + + 0 0,73
5 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0, 98
6 + + 0 + 0 + 0 + 0 + 0,92
7 + + 0 - 0 - 0 + 0 + 0,67
8 + - 0 + 0 - 0 + 0 + 0,80
9 + - 0 - 0 + 0 + 0 + 0,71
10 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,98
11 + 0 + + 0 0 + 0 + + 0,91
12 + 0 + - 0 0 - 0 + + 0,69
13 + 0 - + 0 0 - 0 + + 0,86
14 + 0 - - 0 0 + 0 + + 0,67
15 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,96
Таблица 3 - Результаты опытов
Достоверность полученной полиномиальной модели оценивали с помощью Р-критерия Фишера. Рассчитанный критерий Фишера равен Гр=2,65, что меньше табличного Гг=19,4. Это свидетельствует об адекватности полученной полиномиальной модели [3; 4].
После обработки данных и получения полиномиальной математической модели строим трехмерные поверхности отклика с различными вариантами значений
факторов и последующим анализом. В виду того, что наиболее значительное уменьшение среднеквадратиче-ской ошибки происходит при увеличении числа повтор-ностей до трех, то при проведении основного эксперимента ограничиваемся тремя повторностями в каждом опыте [3; 4]. На рисунках 3, а, б в представлены поверхности отклика у(х1,х2), у(х1,х3), у (х2,х3).
а) б) в)
Рисунок 3 - Поверхности отклика: а - характеризующая значение степени очистки в зависимости от величины магнитной индукции и расстояния между концентраторами; б - характеризующая значение степени очистки в зависимости от величины магнитной индукции и длины окружности концентратора; в - характеризующая значение степени очистки от длины окружности концентратора и расстояния между концентраторами
Анализ зависимости изменения от расстояния между отверстиями и величины магнитной индукции (рисунок 3, а) максимум степени очистки наблюдается при расстоянии между отверстиями 9-11 мм и величине магнитной индукции 180-200 мТл.
Анализ изменения длины окружности отверстия концентратора и величины магнитной индукции (рисунок 3, б) при (х2 = 0) показывают, что максимум степени очистки наблюдается при длине окружности равной 72 мм и величине магнитной индукции 180-200 мТл.
Анализ поверхности отклика (рисунок 3, в) показывает, что наиболее выгодным вариантом сочетания фак-
торов для максимума степени очистки является: длина окружности равная 72 мм и расстояние между отверстиями 9-11 мм.
Вывод. Качество очистки мясокостной муки зависит от величины магнитной индукции в рабочей зоне сепаратора, а величина магнитной индукции зависит от конструкции концентратора магнитного поля. Концентратор следует выполнять в виде овала с длиной окружности 72 мм и расстоянием между отверстиями 9-11 мм.
Список литературы
1 Рогов И. А., Забашта А. Г., Казюлин Г. П. Общая технология мяса и мясопродуктов. - М.: Колос, 2000.
- 367 с.
2 Чарыков В. И. Факторы, определяющие эффективность электромагнитной сепарации устройствами серии УСС // Вестник ЧГАУ, Челябинск. - 2001. - Т. 34.
- С. 83-86.
3 Адлер Ю. П. Введение в планирование эксперимента. - М. : Металлургия, 1969. - 155 с.
4 Спиридонов А. А. Планирование экспериментов при исследовании технологических процессов. - М. : Машиностроение, 1981. - 184 с.
