CC BY
22
ВестникВТУИТ/Proceedings of VSUET, Т. 81, № 1, 2019-
Оригинальная статья/Original article_
УДК 664:542.69:621.867.4
DOI: http://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-1-19-26
Разработка высокоэффективной технологии влаготепловой обработки зерна и конструкции кондиционера-пропаривателя
Валерий А. Афанасьев 1 vnii_kp@gmail.ru
Александр Н. Остриков 1 oan@vsuet.ru
Владимир В. Мануйлов 1 manuylovv@mail.ru
Алексей И. Александров 1 alex-nadezhda@mail.ru
1 Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия Аннотация. В результате выполненных экспериментальных исследований были определены основные кинетические закономерности исследуемого процесса пропаривания и обоснован выбор рациональных режимов процесса влаготепловой обработки зерна: пропаривание паром ячменя и пшеницы до влажности 19% при расходе пара 100-180 кг/ч и давлении 0,20-0,35 МПа в течение 10-12 минут, а кукурузы - от 15 до 16 минут. Эти разработанные режимы обеспечивают наилучшие условия для термомеханической деструкции белково-углеводного комплекса с целью повышения доступности его действию пищеварительных ферментов и увеличение переваримости крахмала, не снижают переваримость протеина и улучшают санитарное состояние. Была разработана методика инженерного расчета, которая легла в основу создания оригинальной конструкции кондиционера-пропаривателя. Выполненный конструктивный расчет включал расчет смесителя-увлажнителя, расчет струйной форсунки и определение дисперсных характеристик при распыливании пара, а также тепловой расчет кондиционера-пропаривателя, который позволил определить расход пара и подобрать рациональную температуру нагрева зерен и величину их влажности. Отличительной особенностью кондиционера-пропаривателя является более высокая производительность вследствие существенного ускорения процесса диффузии влаги внутрь зерен; возможность улучшения качества за счет повышения степени клейстеризации крахмала вследствие подобранных технологических режимов пропаривания.
Ключевые слова: технология, пропаривание, зерно, па
Development of highly efficient technology of grain moisture-heat _treatment and the design of conditioner steamer_
Valery A. Afanasiev 1 vnii_kp@gmail.ru
Alexander N. Ostrikov 1 oan@vsuet.ru
Vladimir V. Manuilov 1 manuylovv@mail.ru
Alexey I. Aleksandrov 1 alex-nadezhda@mail.ru
1 Voronezh state university of engineering technologies, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia Abstract. As a result of the conducted experimental studies, the main kinetic regularities of the steaming process under investigation were determined and the choice of rational modes of grain moisture-heat treatment was validated: steaming of barley and wheat with steam to a moisture content of 19 % at a steam consumption of 100-180 kg/h and a pressure of 0.20-0.35 MPa for 10-12 minutes, and corn - for 15-16 minutes. These developed modes provide the best conditions for the thermomechanical destruction of the protein-carbohydrate complex in order to increase its availability to digestive enzymes and increase the digestibility of starch, do not reduce the digestibility of protein and improve sanitary condition. A method of engineering calculation was developed, which formed the basis for the creation of an original design of conditioner steamer. The performed constructive calculation included the calculation of the mixer-humidifier, the calculation of the jet nozzle and the determination of the dispersed characteristics during steam atomization, as well as the thermal calculation of the conditioner steamer, which made it possible to determine the steam consumption and determine the rational heating temperature of the grains and their moisture content. A distinctive feature of the conditioner steamer is a higher productivity due to the significant acceleration of diffusion process of moisture into grains; the possibility of improving the quality by
increasing the degree of starch gelatinization due to selected technological steaming modes._
Keywords: technology, steaming, grain, steam, conditioner steamer, calculation method
Введение
Зерно злаковых культур наряду с другими видами питательных веществ содержит много крахмала, усвоение которого при кормлении животных происходит медленно, при этом продуктивно используются только определенные формы и то в небольшом количестве [2, 3]. По данным ряда исследований, усвояемость
Для цитирования Афанасьев В.А., Остриков А.Н., Мануйлов В.В., Александров А.И. Разработка высокоэффективной технологии влаготепловой обработки зерна и конструкции кондиционера-пропаривателя // Вестник ВГУИТ. 2019. Т. 81. № 1. С. 19-26. doi:10.20914/2310-1202-2019-1-19-26
питательного потенциала крахмала в созданной природной форме не превышает 20-25% в зависимости от вида культур. Поэтому задача новых технологий переработки зерна состоит во внедрении таких способов обработки исходного сырья, которые позволили бы перевести крахмал в удобную для усвоения организмом животных форму [1, 4]. Это возможно при разрушении
For citation
Afanasiev V.A., Ostrikov A.N., Manuilov V.V., Aleksandrov A.I. Development of highly efficient technology of grain moisture-heat treatment and the design of conditioner steamer. Vestnik VGUIT [Proceedings of VSUET]. 2019. vol. 81. no. 1. pp. 19-26. (in Russian). doi:10.20914/2310-1202-2019-1-19-26
зернистой структуры крахмала на клеточном уровне, что способствует разрыву природных связей между отдельными составляющими частями и переводу в более простые углеводы в виде декстринов и сахаров, т. е. происходит желатинизация крахмала или декстринизация его на более простые составляющие [2, 3].
Без специальной обработки трудноусвояемой является и клетчатка, которая содержится в большом количестве в зерне и бобах, особенно в их верхних защитных слоях и оболочках. Поэтому разрабатываемые способы углубленной переработки исходного зернового сырья должны способствовать деструкции части целлюлозно-лигниновых образований клетчатки в природных формах в более простые виды моносахаров [5].
Под воздействием теплоты и влаги в зерне протекают сложные биохимические процессы, в результате которых происходит клейстеризация и декстринизация крахмала. Клейстеризацию определяют как разрыв оболочек крахмальных гранул под воздействием возрастающего внутри зерна давления. Благодаря клейстеризации комплекс молекул нативного крахмала легче расщепляется на простые растворимые углеводы, так как ферменты, превращающие полисахариды в моносахара, на оклейстеризо-ванный крахмал действуют гораздо интенсивнее. Действие высоких температур при нагревании вызывает деструкцию крахмала, сопровождающуюся укорачиванием цепей макромолекул и образованием легкорастворимых углеводов, в первую очередь, декстринов [6].
Пропаривание зерна сопровождается увеличением его влажности, причем приращение влажности будет определяться условиями процесса: состоянием слоя обрабатываемого зерна, условиями и характером обтекания зерен потоком пара, параметрами и его количеством, длительностью воздействия.
При разработке режимов процессов необходимо стремиться к тому, чтобы вся влага, внесенная паром, была поглощена зерном.
Механизм увлажнения зерна паром определяется сорбцией влаги поверхностью зерен и последующим ее внутренним переносом. Вопросы проникновения влаги в зерно изучались многими исследователями, которыми установлено, что при увлажнении паром влага в зерновку практически равномерно проникает по всей ее поверхности. В начальные моменты обработки, когда температура зерна низкая, происходит конденсация пара на его поверхности и дальнейшее диффузионное проникновение влаги внутрь зерна.
В неподвижной паровой среде увлажнение зерна незначительно. Для достижения необходимой интенсивности увлажнения и приращения влажности следует увеличить скорость потока пара или количество его на единицу веса материала [4, 5, 8-10].
Цель работы - обоснование выбора технологических режимов влаготепловой обработки зерна и расчет и обоснование конструкции кондиционера-пропаривателя.
Результаты и обсуждения
Исследованиями установлено, что пропари-вание при избыточном давлении 0,05-0,35 МПа не позволяет повысить влажность обрабатываемого зерна до 18-20% без предварительного замачивания. Известно, что зерно ячменя состоит в основном из гидрофильных биополимеров -белков и углеводов, которые обладают способностью поглощать и удерживать влагу.
Температура зерна в зависимости от условий процесса пропаривания повышается до 95-97 °С в течение 2-3 мин. При этом на интенсивность тепло- и влагообмена оказывает существенное влияние расход пара.
Производство требует интенсивного ведения процессов, поэтому, учитывая условия пропаривания: перемешиваемый лопатками слой зерна с начальной температурой 10-20 °С, подвод пара в нескольких точках аппарата и др., принимаем для исследования расход пара в пределах от 110 до 550 г/(кгмин).
Установлено, что эффективность процесса увлажнения зерна ячменя влажным паром очень высокая, особенно в начальный период до полного насыщения водой. Сравнение расчетных и фактических данных увлажнения зерна показывает, что в первые 3 мин около 90 % пара поглощается зерном. В дальнейшем по достижении влажности 27-30% темп увлажнения зерна замедляется, однако, но нашему мнению, длительная обработка паром должна увеличить степень клейстеризации крахмала зерна.
Эффективность увлажнения зерна зависит от параметров поступающего пара. При одинаковом расходе пара и продолжительности обработки процесс увлажнения происходит более интенсивно при подаче пара с меньшим давлением. Результаты опытов по обработке ячменя влажным паром при давлении 0,150,20 МПа показывают, что процесс увлажнения проходит более интенсивно. Так, влажность зерна достигает величины 30-33% в течение 3-5 мин при расходе пара 0,11 кг/мин на 1 кг зерна (рисунок 1).
45
40
35
30
25
20
2
1 - 110 г/(кг*мин) 2 - 220 г/(кг*мин)
0 5 10 15 20 25 т, мин 30
Рисунок 1. Характер изменения влажности зерна при обработке паром при давлении 0,15-0,2 МПа
Figure 1. The nature of changes in the moisture content of grain when processing with steam pressure of 0.15-0.2 МРа
Увеличение расхода пара хотя и интенсифицирует процесс увлажнения зерна, однако приводит к большему его расходу и, следовательно, экономически нецелесообразно. В процессе обработки ячменя паром отмечены изменения физико-механических свойств. Так, температура зерна после пропаривания возросла до 85-90 °C, объемная масса пропаренного ячменя снизилась с 670 до 610-630 кг/м3, что объясняется набуханием зерна при увлажнении.
Помимо физико-механических свойств изменениям подверглись и биохимические свойства зерна. Выявлено влияние длительности обработки и расхода пара на степень клейсте-ризации крахмала. Полученные результаты (рисунок 2) позволяют сделать вывод о том, что степень клейстеризации крахмала увеличивается с увеличением длительности пропарива-ния и практически не зависит от расхода пара в исследованных пределах.
100
§ 80
g 60
'О §
й40
щ
к щ
rs ^20
■
2
....... Ч1
10 кг/ч 20 кг/ч 30 кг/ч 40 кг/ч 50 кг/ч
0
15
30
45
60 т, мин 75
Рисунок 2. Влияние расхода пара и длительности пропаривания на степень клейстеризации крахмала ячменя
Figure 2. The effect of steam consumption and steaming time on the degree of gelatinization of barley starch
В процессе пропаривания молекулы воды, образующие пар, располагают большим запасом кинетической энергии и беспрепятственно преодолевают влагоудерживающие слои зерна. В результате обработки паром зерно гораздо быстрее увлажняется и набухает, чем при обработке водой.
Расчет смесителя-увлажнителя. Скорость движения зерна по корпусу смесителя определяется по формуле:
bn sin 2а ■ (m -1), . ч
v =-1--(cosa -®srna) =
120 v ;
0,05 ■ 342 ■ sin 60o ■ (5 -1)
=----x
120
x(cos30o -0,3■ sin30o) = 0,35 м/с,
где и - скорость движения смеси по корпусу смесителя, м/с; b - ширина лопатки, м; n - частота вращения вала, мин-1; а - угол наклона лопаток, град.; m - количество лопастей в одном шаге, шт.; ф - коэффициент трения.
Диаметр камеры смесителя определяется из выражения:
D =
V
1,27 • Q
и-р-K •цу
1,27 • 0,833
- = 0,36 м, У 0,35 • 500 • 0,3 • 0,4 • 0,4
где V = 400 мм - диаметр камеры смесителя, м; Q = 3000 кг/ч = 0,833 кг/с - производительность, кг/с; р = 500 кг/м3 - насыпная плотность ячменя смеси, кг/м3; К - коэффициент влияния формы лопаток; г] = 0,4 - коэффициент влияния величины зазора; \у = 0,4 - коэффициент заполнения камеры смесителя; и - осевая скорость смеси, м/с.
Оптимальное расстояние между лопастями определяется по формуле:
l = -
•sina -cosa -cosy
cos (a + y) 0,05 •О, 5 •О, 87 •О, 66 0,19
= 0,075 м,
где I - оптимальное расстояние между лопастями, м; у - угол трения продукта о лопасть (у = 50о). Шаг лопастей определяется из выражения: £ = (т-1)-1 = (5-1)- 0,075 = 0,3 м.
Рабочая длина камеры смесителя определяется по формуле:
Ь = (89)-£ = 8-0,39-0,3 = 2,42,7 м.
4
3
Расчет кондиционера-пропаривателя. Шаг шнека Н, м, и диаметр вала шнека d, м (рисунок 3): Н — К• В — 0,9• 0,6 = 0,54 м;
й — К • В = 0,28• 0,6 = 0,168 м,
где коэффициенты K = 0,7...0,9; Kl = 0,25...0,4.
Шаг шнека выбираем равным H = 0,6 м. По полученному значению d = 168 мм подбираем стальную бесшовную холоднотянутую трубу для изготовления вала с размерами (по ГОСТ 8734-78): наружный диаметр d = 168 мм; толщина стенки - 14 мм (рисунок 3).
Рисунок 3. Шнек с полым валом: 1 - опорная цапфа; 2 - виток; 3 - полый вал; 4 - ведущая цапфа
Figure 3. Screw with hollow shaft: 1 - support axle; 2 - turn; 3 - hollow shaft; 4 - drive axle
Угол подъема винтовой линии шнека на периферии, od, рад:
= arctg [ H/ (nD )] =
= arctg[0,6/{3,14 • 0,6)] = 0,3083 рад.
Угол подъема винтовой линии шнека у вала ad, рад:
ad = arctg [ Hl (nd )] =
= arctg [0,61 (3,14 • 0,168 )] = 0,721 рад.
С достаточной для инженерных расчетов точностью принимаем среднеарифметический угол подъема винтовой линии Оср, рад:
aqj=095(aD+ad) =
= 0,5(0,3083 + 0,721) = 0,5147 рад « 29°^ .
Коэффициент отставания транспортируемого материала Ko:
К0 = 1 -[cos2Оср -0,5/sin(2acp)] =
= 1 — [cos2 29 jw и, ubin^z, • ¿y ju jj — u, j.
Зерно, которое транспортируется в шнеко-вых кондиционерах, обладает адгезией. В этом случае в качестве f используется коэффициент внутреннего трения.
Предельный диаметр вала шнека d^, м:
d^ = (H/n)tgp = (0,6/3,14) - 0,6 = 0,115 м,
где tg^ = f - коэффициент трения, f = 0,6 (ф - угол трения).
Диаметр вала шнека d всегда принимается больше dпр. Таким образом, условие d > dпр (0,168 м > 0,115 м) выполняется.
Наибольший изгибающий момент в последнем витке шнека по внутреннему контуру Ми, (Нм)/м:
.. 4ХВ2 1,9 - 0,7а"4 -1,2а"2 - 5,2 1п а
М max . ? ? ? ? —
32
0,3 - 106 - 0,62 32
1,3 + 0,7 a -
1,9-0,7 • 3,57-4 -1,2• 3,57-2 -5,21П3,57 _ Х 1,3 + 0,7 • 3,57-2 —
— -8785,5 Н • м/м,
где a = D/d - отношение диаметров шнека и вала шнека (а = 600/168 = 3,57). Толщина витка шнека 8, м:
8 =
1
6М„
И
6 - 8785,5 145 -106
= 19 -10-3 м «19 мм,
где [а] = 145 МПа - допускаемое напряжение материала витка шнека при изгибе.
Допускаемое напряжение при изгибе можно принять равным допускаемому напряжению при растяжении. Номинальное допускаемое напряжение при растяжении для стали 20 равно [а] = 145 • 106 Па [7].
Угловая частота вращения шнека м, с-1, определяется исходя из производительности П, кг/с, его геометрических параметров и коэффициента отставания ^ из зависимости
П — 0,125(D2 -d2)(Н-8)(1 -Ко)ру/со,
где р - плотность транспортируемого ячменя, кг/м3; у - коэффициент подачи, учитывающий степень заполнения межвиткового пространства и режим работы формующего устройства. Для транспортирующего кондиционера у = 0,7.
Тогда
0,833
ю -
0,125-(0,62 - 0,1682)'
«0,2 с-1.
( 0,6 - 0,019 )(1 - 0,5 )• 0,7 • 530
Площадь внутренней цилиндрической поверхности корпуса шнекового устройства по длине одного шага Fв, м2:
^в — яВ ( Н-8) —
— 3,14• 0,6(0,6-0,019) —1,095 м2.
Площадь поверхности витка шнека по длине одного шага Fш, м2:
F„, =
1
ж DL -ndl + H ln
D + 2L
1
4ж ^ d + 2l
x 3,14-0,6-2-3,14-0,168-0,8 + 0,62ln
43,14 0,6 + 2-2
0,168 + 2-0
= 0,294 м2,
где L и l - длины винтовых линий, соответствующие диаметрам шнека и вала, м;
Ь = у/н2 + ( лО>)2 =70,62 +(3,14 0, б)2 = 2 м; I = ^Н2+(пй)2 = ^0,62+(3,14-0,168)2 = 0,8 м.
Условие работоспособности шнекового кондиционера соблюдается, т. к. ^в > (1,095 м2 > 0,294 м2) [7].
Крутящий момент на валу шнека Мт Н м:
= 0,131 • 2 • 0, М О6 (о, б3 - 0,1683) 29°^ - 9,78 кН • м, где п = 2 - число рабочих витков шнека.
Осевая сила, действующая на вал шнека ^ос, Н:
£ос = 0,392п(О -й2)Ртах =
= 0,392 - 2 (0,62 - 0,1682) 0,1 -106 = 26011 Н.
Нормальные Ссж, Па, и касательные т, Па, напряжения в опасном сечении вала шнека
стсж = ; т= Мкр/ ,
где F - площадь поперечного сечения полого
вала шнека, м2
F = d2 - £ ) =
3 14
= ^(0,1682 - 0,142) = 0,00677
м
где d, dвн - соответственно наружный и внутренний диаметры полого вала шнека ^ = 0,168 м; dвн = 0,14 м). Полый вал выбирается с целью облегчения конструкции шнека.
Для полого вала
стсж = 26011/0,00677 = 3,84 МПа .
Полярный момент сопротивления полого вала шнека Wр, м3:
p 16
3 i
d.
4 Л
1 _ вн d4
= 0,2 - 0,1683
1 -
0,2d3
0,14 0,1684
' О d4
\
4
= 491-10-6 м3.
Для полого вала
т = 0,00978/491-10~6 = 19,9Па .
Эквивалентное напряжение Сэкв, для полого вала
^экв Ч^ж + 4Т =
= ^(3,84-106)2 + 4(19,9)2 = 3,85 МПа.
Па,
Проверим условие прочности полого вала шнека
3,85 МПа < 180 МПа,
где [с] - допускаемое напряжение материала вала, Па. Принимаем, что вал шнека изготовлен из стали 12x18H10T, для которой [с] = 180106 Па = = 180 МПа.
Таким образом, условие прочности для полого вала выполняется.
Мощность, затрачиваемая на привод шнекового кондиционера N, кВт:
N = 10-3 М1рф =
= 10-3 - 9,78 -103 - 0,2/0,65 « 3 кВт,
где ^ ~ 0,65 - КПД привода.
В кондиционерах используются сварные шнеки. В этом случае для получения шнека диаметром D, м, с заданным диаметром вала d, м, и шагом H, м, следует изготовить кольца (рисунок 4) с наружным Do и внутренним do диаметрами и разомкнутыми на угол выреза ао.
Рисунок 4. Кольцевая заготовка для шнека Figure 4. Ring preparation for the screw
Длина шнека Lшн, м
LmH = z-H = 7-0,6 = 4,2 м.
Ширина винтовой поверхности b, м: b = 0,5(D - d) = 0,5(0,6 - 0,168) = 0,216 м.
Угол выреза ао, рад: ав= 2ж-(L -1)/b = = 2-3,14 -(4,2 - 2,938)/0,216 = = 0,442 рад = 25° ^j .
Если на валу предварительно проточить винтовую канавку под витки шнека, то размеры колец-заготовок рассчитываются с учетом глубины и ширины канавки.
Определение дисперсных характеристик при распиливании пара. Проведенный анализ основных типов гидравлических форсунок показал, что применительно к исследуемому процессу увлажнения зерна наиболее предпочтительны струйные форсунки.
BecmwuKjBry^T/Proceedings of VSUET, Т. 81, № 1, 2019,
Струйная форсунка (рисунок 5) пред-
ставляет собой насадок с соплом, из которого вытекает струя, распадающаяся на капли относительно крупного размера и образующая факел с малым корневым углом и значительной дальнобойностью струи. Наилучшее равномерное мелкодиспергированное распыливание пара наблюдалось при использовании форсунок с диаметром 0,8-1,0 мм.
Вид
Разм ер d, мм
0,8 1,0 1,2 1,5 2,0 2,5 3,0
Рисунок 5. Струйная форсунка Figure 5. Jet nozzle
Для определения дисперсных характеристик распыливаемого пара было получено критериальное уравнение
^ = 3,2 We-06 bp"0005 f-d, V l L
где ds2 - средний объемно-поверхностный диаметр пара, м; dc - диаметр соплового канала конически расходящейся струйной форсунки,
м; We = (w2/pn) / с - критерий Вебера;
Lp = (¡рис) / дД - критерий Лапласа; Wп - скорость пара на выходе из форсунки, м/с; с - поверхностное натяжение пара, Н/м; рп - плотность пара, кг/м3; Дп - динамическая
вязкость пара, Пас; l - длина соплового канала форсунки, м; D - диаметр факела распыла пара (за диаметр факела принят диаметр сечения - , внутри которого протекает не менее 95 % всего пара); L - дальнобойность факела распыла пара, м.
Тепловой расчет кондиционера-пропарива-теля. Исходные данные: начальная влажность зерна 12%; конечная влажность зерна 20%; начальная температура зерна на входе 20 °С; конечная температура зерна на выходе 70 °С. Удельная теплоемкость сухих веществ зерна ячменя составляет 1,423 кДж/(кгК). Удельная теплоемкость воды составляет 4,19 кДж/(кгК) [8-10]. Уравнение теплового баланса.
QH + QH + Q + Q = ак + QK + Q ,
¿--св ¿--в ¿--ув ¿--оп ¿--св ¿--в ¿--пот '
где Он = GCBe3tH - теплота, вносимая сухим веществом зерна, кДж/ч; QH = GCB- теплота,
уносимая сухим веществом зерна, кДж/ч; Gсв - производительность кондиционера в расчете на сухое вещество зерна, кг/ч; Сз - теплоемкость зерна ячменя, кДж/(кгК), (сз = 1,423 кДж/(кгК)); ^ и ^ - соответственно температура поступающего и выходящего из кондиционера зерна, °С; Овн — Овн- теплота, вносимая влагой зерна, кДж/ч; Qув — Оувсв?окр -
теплота, вносимая влагой при увлажнении зерна (tокр температура окружающей среды) (если кроме пара в кондиционер вносится водаХ кДж/ч; QоП — Вп [гп + сп (гг - гк ] - тетлота, вносимая острым паром при увлажнении зерна (Dп - расход острого пара на увлажнение зерна), кг/ч; Гп - скрытая теплота парообразования водяного пара, определяется по таблицам теп-лофизических свойств воды по температуре; сп - теплоемкость насыщенного водяного пара; ^ - температура насыщенного пара при рабочем давлении пара, кДж/ч; ^ — (( + Дш + GJB ) -
теплота, уносимая влагой шрота, кДж/ч; О" и Ок - соответственно количество влаги в поступающем и выходящем из кондиционера зерне Ов — Ов - О, кг/ч; св - теплоемкость влаги св = 4,2 кДж/(кгК); г в - скрытая теплота парообразования влаги, кДж/кг (гв определяется по таблицам теплофизических свойств воды по температуре; сп - теплоемкость паров влаги (свп = 1,94 + 0,000330, кДж/(кг К); где QпOT -тепловые потери с поверхности кондиционера (принимаются равными в размере 3-5% от общей теплоты), кДж/ч.
Расход пара Dп, кг/ч, будет
Dп = Q/iп,
где iп - теплосодержание острого пара, кДж/кг.
В результате проведенных исследований и выполненного расчета была разработана оригинальная конструкция кондиционера-пропари-вателя, реализующая предлагаемую технологию влаготепловой обработки зерна [11, 12].
Отличительной особенностью кондиционера-пропаривателя (рисунок 6) является более высокая производительность вследствие существенного ускорения процесса диффузии влаги внутрь зерен; возможность улучшения качества за счет повышения степени клейстеризации крахмала вследствие подобранных технологических режимов пропаривания. Технические характеристики кондиционера-пропаривателя приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Технические характеристики кондиционера-пропаривателя
Table 1.
Technical characteristics of the air conditioner-steamer
Параметр Parameter Значение Value
Производительность на комбикорме, т/ч | Productivity on compound feed, t/h 0,8-1,6
Установленная мощность, кВт | Installed power, kW 3
Расход пара, кг/ч | Steam consumption, kg / h 100-150
Частота вращения лопастного вала, об/мин | Blade shaft rotation frequency, rpm 342
Количество лопастей, шт. | Number of blades, pcs. 26
Угол поворота лопастей, град | Angle of rotation of the blades, hail 35-55
Шаг между лопастями, мм | Blade spacing, mm 128
Внутренний диаметр смесительной камеры, мм | Internal diameter of mixing chamber, mm 208
Длина смесительной камеры, мм | The length of the mixing chamber, mm 1822
Радиальный зазор между лопастями и внутренней поверхностью смесительной камеры, мм Radial clearance between the blades and the inner surface of the mixing chamber, mm 2
Габаритные размеры ДхШхВ, мм: | Overall dimensions LxWxH, mm: 2188x322x780
Масса, кг | Weight, kg 240
Рисунок 6. Кондиционер-пропариватель Figure 6. СоМШот^ steamer
ЛИТЕРАТУРА
1 Пелевин А.Д., Пелевина Г.А., Венцова И.Ю. Комбикорма и их компоненты. М.: ДеЛи принт, 2008. 519 с.
2 Рынок комбикормов в Российской Федерации // Аграрная наука. 2018. № 6. С. 8-9.
3 Шаршунов В.А., Рукшан Л.В., Понома-ренко Ю.А., Червяков А.В. Технология и оборудование для производства комбикормов. Часть 2. Технологическое оборудование комбикормовых предприятий. Минск, 2014.
4 Шаршунов В.А. , Рукшан Л.В., Понома-ренко Ю.А., Червяков А.В. Технология и оборудование для производства комбикормов. Часть 1. Технология комбикормов. Минск, 2014.
5 Афанасьев В.А. Энерго- и ресурсосберегающие технологии комбикормов. Воронеж: ВГУИТ, 2017. 473 с.
6 Афанасьев В.А., Остриков А.Н. Приоритетные методы тепловой обработки зерновых компонентов в технологии комбикормов. Воронеж, 2015. 336 с.
7 Остриков А.Н., Абрамов О.В., Прибытков А.В., Потапов А.И. Практикум по курсу «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств»: учебное пособие. Воронеж: ВГУИТ, 2014. 204 с.
Заключение
Применение экспериментально подобранных технологических режимов пропарива-ния позволило увеличить производительность кондиционера-пропаривателя за счет активных гидродинамических режимов и существенного ускорения процесса диффузии влаги внутрь зерен, а также улучшить степень усвоения термообработанных зерен за счет повышения степени клейстеризации крахмала.
8 Cheevitsopon E., Noomhorm A. Effects of superheated steam fluidized bed drying on the quality of parboiled germinated brown rice // Journal of Food Processing and Preservation. 2015. V. 39. № 4. P. 349-356.
9 Ramachandran R.P., Bourassa J., Paliwal J., Cenkowski S. Effect of temperature and velocity of superheated steam on initial condensation of distillers' spent grain pellets during drying // Drying technology. 2017. V. 35. № 2. P. 182-192.
10 Bourassa J., Ramachandran R.P., Paliwal J., Cenkowski S. Drying characteristics and moisture diffusivity of distillers' spent grains dried in superheated steam // Drying technology. 2015. V. 33. № 15-16. P. 2012-2018.
11 Johnson P., Paliwal J., Cenkowski S. Analysing the effect of particle size on the disintegration of distiller's spent grain compacts while drying in superheated steam medium // Biosystems Engineering. 2015. V. 134. P. 105-116.
12 Ramachandran R.P., Akbarzadeh M., Paliwal J., Cenkowski S. Three-dimensional CFD modelling of superheated steam drying of a single distillers' spent grain pellet // Journal of food engineering. 2017. V. 212. P. 121-135.
13 Шамин А.Е., Заикин В.П., Игошин А.Н., Лисина А.Ю. Проблемы уборки зерна в России // Вестник НГИЭИ. 2018. № 6 (85). С. 130-138.
REFERENCES
1 Pelevin A.D., Pelevin A.G., Ventsov I.Yu. Kombikorma i ih komponenty [Feed and their components]. Moscow, DeLi print print, 2008. 519 p. (in Russian).
2 Feed market in the Russian Federation. Agrarnaya nauka [Agricultural science]. 2018. no. 6. pp. 8-9. (in Russian).
3 Sharshunov V.A., Rukshan L.V., Ponomarenko, Y.A., Chervyakov A.V. Tekhnologiya i oborudovanie dlya proizvodstva kombikormov. Chast' 2. Tekhnologicheskoe oborudovanie kombikormovyh predpriyatij [Technology and equipment for feed production. Part 2. Technological equipment feed enterprises]. Minsk, 2014. (in Russian).
4 Sharshunov V.A., Rukshan L.V., Ponomarenko, Y.A., Chervyakov A.V. Tekhnologiya i oborudovanie dlya proizvodstva kombikormov. Chast' 1. Tekhnologiya kombikormov [Technology and equipment for feed production. Part 1. Technology of animal feed]. Minsk, 2014. (in Russian).
5 Afanasiev V.A. Energo- i resursos-beregayushchie tekhnologii kombikormov [Energy and resource-saving technologies of compound feeds]. Voronezh, VSUET, 2017. 473 p. (in Russian).
6 Afanasiev V.A., Ostrikov A.N. Prioritetnye metody teplovoj obrabotki zernovyh komponentov v tekhnologii kombikormov [Priority methods of heat treatment of grain components in animal feed technology]. Voronezh, 2015. 336 p. (in Russian).
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Валерий А. Афанасьев д.т.н., профессор, кафедра технологии хлебопекарных, кондитерских, макаронных и зерноперерабаты-вающих производств, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия, vnii_kp@gmail.ru
Александр Н. Остриков д.т.н., профессор, кафедра технологии жиров, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия, oan@vsuet.ru
Владимир В. Мануйлов к.т.н., кафедра технологии хлебопекарных, кондитерских, макаронных и зерноперерабатывающих производств, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия, manuylovv@mail.ru
Алексей И. Александров к.т.н., кафедра технологии жиров, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия, alex-nadezhda@mail.ru
КРИТЕРИЙ АВТОРСТВА Все авторы в равной степени принимали участие в написании рукописи и несут ответственность за плагиат КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
ПОСТУПИЛА 06.02.2019 ПРИНЯТА В ПЕЧАТЬ 04.03.2019
7 Ostrikov A.N., Abramov O.V., Pribitkov A.V., Potapov A.I. Praktikum po kursu "Raschet i konstruirovanie mashin i apparatov pishchevyh proizvodstv" [Workshop on the course "Calculation and design of machines and apparatus of food production"] Voronezh, VSUET, 2014. 204 p. (in Russian).
8 Cheevitsopon E., Noomhorm A. Effects of superheated steam fluidized bed drying on the quality of parboiled germinated brown rice. Journal of Food Processing and Preservation. 2015. vol. 39. no. 4. pp. 349-356.
9 Ramachandran R.P., Bourassa J., Paliwal J., Cenkowski S. Effect of temperature and velocity of superheated steam on initial condensation of distillers' spent grain pellets during drying. Drying technology. 2017. vol. 35. no. 2. pp. 182-192.
10 Bourassa J., Ramachandran R.P., Paliwal J., Cenkowski S. Drying characteristics and moisture diffusivity of distillers' spent grains dried in superheated steam. Drying technology. 2015. vol. 33. no. 15-16. pp. 2012-2018.
11 Johnson P., Paliwal J., Cenkowski S. Analysing the effect of particle size on the disintegration of distiller's spent grain compacts while drying in superheated steam medium. Biosystems Engineering. 2015. vol. 134. pp. 105-116.
12 Ramachandran R.P., Akbarzadeh M., Paliwal J., Cenkowski S. Three-dimensional CFD modelling of superheated steam drying of a single distillers' spent grain pellet. Journal of food engineering. 2017. vol. 212. pp. 121-135.
13 Shamin A.E., Zaikin V.P., Igoshin AN., Lisina A'Yu Problems of grain harvesting in Russia. Vestnik NGIEI [Herald NGIEI]. 2018. no. 6 (85). pp. 130-138. (in Russian).
INFORMATION ABOUT AUTHORS Valery A. Afanasiev Dr. Sci. (Engin.), professor, technologies of baking, confectionery, macaroni and grain processing industries department, Voronezh state university of engineering technologies, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia, vnii_kp@gmail.ru
Alexander N. Ostrikov Dr. Sci. (Engin.), professor, technology of fats, processes and devices of chemical and food production department, Voronezh state university of engineering technologies, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia, oan@vsuet.ru
Vladimir V. Manuilov Cand. Sci. (Engin.), technologies of baking, confectionery, macaroni and grain processing industries department, Voronezh state university of engineering technologies, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia, manuylovv@mail.ru
Alexey I Aleksandrov Cand. Sci. (Engin.), technology of fats, processes and devices of chemical and food production department, Voronezh state university of engineering technologies, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia, alex-nadezhda@mail.ru
CONTRIBUTION
All authors equally participated in the writing of the manuscript and are responsible for plagiarism
CONFLICT OF INTEREST
The authors declare no conflict of interest.
RECEIVED 2.6.2019
ACCEPTED 3.4.2019
