CC BY
2
УДК 631.3 DOI 10.51794/27132064-2022-4-51
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКИХ САХАРИСТЫХ КОРМОВ ИЗ ЗЕРНА РЖИ
С.Ю. Булатов, доктор технических наук, доцент
B.Н. Нечаев, кандидат технических наук, доцент
C. В. Семенов, аспирант
ГБОУ ВО Нижегородский государственный инженерно-экономический университет
E-mail: bulatov_sergey_urevich@mail.ru
А.Г. Сергеев, кандидат технических наук
ООО «Доза-Агро»
E-mail: office@ukdoza.com
А.А. Зыкин, кандидат технических наук
ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет»
E-mail: zykin.andrey@mail.ru
Аннотация. Представлены результаты исследований по определению энергетических показателей рабочего процесса установки для приготовления патоки из зерна ржи. Дана информация о современном состоянии технологии и технических средств приготовления зерновой патоки, обоснована актуальность научного направления. Приведены условия проведения опытов, обозначены параметры и критерии оценки работы установки. Выявлены закономерности влияния угла установки пассивного измельчителя на удельные энергозатраты процесса производства патоки, полную потребляемую мощность электродвигателя, интенсивность нагрева водно-зерновой смеси и качественные показатели готовой патоки. Установлено, что наименьшие удельные энергозатраты наблюдаются при угле установки измельчителя а= 60°, минимальная потребляемая мощность - при использовании в качестве измельчителя решетки с отверстиями диаметром 3 мм, наименьшие удельные энергозатраты наблюдаются в случае выполнения измельчителя в виде решетки с отверстиями диаметром 6 мм, а наибольшие - при выполнении измельчителя в виде сплошной пластины. Установлено, что наиболее длительный и менее затратный способ приготовления ржаной патоки - с использованием в качестве измельчителя решетки с диаметром отверстий 3 мм. Сделан вывод, что в качестве пассивного измельчителя предпочтительнее использовать решетку с отверстиями диаметром 6 мм; что позволяет снизить удельные энергозатраты на производство ржаной патоки до 56,4 Вт-ч/кг. При этом оптимальный угол наклона измельчителя - угол в 60°. Ключевые слова: зерно, измельчитель, патока,установка, энергозатраты.
Для цитирования: Результаты исследований работы установки для приготовления жидких сахаристых кормов из зерна ржи / Булатов С.Ю. и др. // Техника и технологии в животноводстве. 2022. № 4(48). С. 51-55.
Введение. В последние годы интенсивно развивается технология переработки зерновых в патоку, которая при введении в рацион сельскохозяйственных животных оказывает благоприятное воздействие на их продуктивность [1-3]. Актуальность данного научного направления обозначена правительством РФ [4]. В настоящее время ведутся работы по совершенствованию технологии производства зерновой патоки [5-7]. Однако, как показал анализ литературных и интернет-источников, на сегодняшний день практически отсутствует научное обоснование техниче-
ской составляющей данной технологии. Поэтому научные исследования, направленные на совершенствование и обоснование параметров технических устройств для приготовления зерновой патоки, являются актуальными. Ранее нами были проведены исследования по изучению рабочего процесса установки для приготовления патоки из зерна пшеницы и ячменя и определены конструкционные параметры, позволяющие получить качественную патоку с минимальными энергозатратами. В статье приведены результаты исследований по изучению рабочего процес-
са установки при приготовлении ржаной патоки. Необходимость данных исследований обусловлена различием в физико-механических свойствах и геометрических размерах зерновок различных культур.
Цель исследований - изучение влияния конструкционных параметров установки на ее энергетические показатели и качество ржаной патоки.
Материалы и методика исследований. Эксперименты проводились в лаборатории ГБОУ ВО НГИЭУ на лабораторной установке, устройство, принцип работы и методика исследований которой подробно изложены в работах [8, 9]. При проведении эксперимента по приготовлению патоки из зерна ржи отталкивались от оптимальных параметров пассивного измельчителя, полученных в предыдущих опытах, когда изучался процесс приготовления патоки из зерна ячменя и пшеницы [8, 9]. В частности, угол а установки пассивного измельчителя составлял 60°, а расстояние Б от насадка до решетки - 205 мм (рис. 1).
Была проведена серия опытов по определению влияния параметров пассивного измельчителя на качество ржаной патоки и энергетические параметры процесса приготовления. Рассматривалось влияние диаметра отверстий решетки пассивного измельчителя и угла его установки на энергетические и качественные показатели: полная потребляемая мощность, удельные энергозатраты
процесса приготовления патоки, количество целых зерен в готовой патоке, остаток патоки на сите с отверстиями 3 мм. В качестве пассивного измельчителя использовали решетку с отверстиями диаметром 6 и 3 мм, а также сплошную гладкую пластину (рис. 2).
ЧППЛ.ЩЩИПЩЩЩ ----
Рис. 1. Пассивный измельчитель: а - схема; б - общий вид; 1 - накопительная емкость; 2 - корпус
измельчителя; 3 - съемная крышка измельчителя; 4 - измельчитель (решетка или пластина); 5 - насадок; 6 - фланец насадка
а) б) в)
Рис. 2. Общий вид измельчителя в форме: а - решетки с отверстиями диаметром 3 мм; б - решетки с отверстиями диаметром 6 мм; в - пластины
Результаты исследований и обсуждение. Результаты исследований представлены в виде графиков. На первом этапе исследований изучили влияние угла установки пассивного измельчителя на удельные энергозатраты процесса приготовления ржаной патоки. В качестве пассивного измельчителя использовали сплошную пластину, установленную на расстоянии 8=205 мм относительно насадка. Выбор значения параметра 8 обусловлен результатами предшествующих экспериментов, в которых убедительно доказано превосходство именно данного значения [8]. Как видно из графика, наименьшие удельные энергозатраты наблюдаются при угле установки измельчителя а=60° и составляют 57 Втч/кг. Это, в среднем, на 11,5% ниже, чем при углах 45 и 75°, когда удельные энергозатраты составляют 63,7 и 62,5 Втч/кг, соответственно (рис. 3). В связи с этим было принято решение проводить дальнейшие исследования при угле установки пассивного измельчителя 60°.
О, Вт ч/кг 64,0
T, °С 70
62,0 60,0 58,0 56,0 54,0 52,0
57,0 Вт ч/кг Е
а = 60о Е
60 50 40 30
ЛШ
mi ,-k- - -ir "
r
10
20
30
40
50
60
--■--ёо=0мм; - -A- do=3 мм;
t, мин ■do=6 мм
Рис. 4. Изменение температуры зерновой патоки T в зависимости от размеров отверстий решетки пассивного измельчителя do
W, кВт 5,0
Рис. 3. Влияние угла установки пластины а" на удельные энергозатраты G
На следующем этапе исследований вместо пластины устанавливали решетку. При этом интерес представляло влияние размеров отверстий решеток на потребляемую мощность. Были изготовлены два типа решеток -с отверстиями диаметром 3 и 6 мм. Время нагрева ржаной патоки при использовании в качестве измельчителя решетки с отверстиями диаметром 3 мм составило 60 мин., а при ёр=6 мм - 43 мин., потребляемая мощность -2,9 и 3,9 кВт, соответственно (рис. 4, 5).
Рис. 5. Влияние параметров пассивного измельчителя do на полную потребляемую мощность W электродвигателя при производстве ржаной патоки
При приготовлении ржаной патоки с использованием пластины в качестве измельчителя (ёр=0 мм) потребляемая мощность сопоставима с вариантом исполнения измельчителя в виде решетки с отверстиями диаметром ёо=6 мм и также составила 3,9 кВт. Однако наименьшие удельные энергозатраты наблюдаются в случае выполнения измельчителя в виде решетки с отверстиями диаметром 6 мм, они составляют 56,4 Втч/кг. При выполнении измельчителя в виде решетки с отверстиями диаметром 3 мм данный показатель на 3,3 % выше и составляет 58,3 Втч/кг. Наибольшие затраты в рассматриваемых вариантах наблюдаются при выполнении измельчителя в виде сплошной пластины и составляют 59 Втч/кг (рис. 6). Наиболее длительный и менее затратный способ приготовления ржаной патоки - использование в качестве измельчителя решетки с диаметром отверстий 3 мм.
0
т1, шт 40
59,0 58,5 58,0 57,5 57,0 56,5 56,0 55,5 55,0
Рис. 6. Влияние параметров пассивного
измельчителя на удельные энергозатраты в процесса производства ржаной патоки
Это объясняется тем, что в данном случае созданы наихудшие условия для разрушения зерна, процесс ферментации протекает медленнее, и вязкость водно-зерновой смеси также меняется медленнее. Данное утверждение подтверждается результатами анализа качества ржаной патоки. Так, полное отсутствие в патоке целых зерен в случае применения в качестве измельчителя решетки с отверстиями 3 мм достигается через 200 циклов, в то время как в остальных случаях -через 150 циклов (рис. 7).
Наибольшее содержание продукта на сите с отверстиями диаметром 3 мм также в случае приготовления патоки с использованием в качестве измельчителя решетки с диаметром отверстий 3 мм. Наименьший остаток на сите с отверстиями диаметром 3 мм наблюдался при использовании решетки с отверстиями 6 мм, что свидетельствует о лучшем разрушении зерна в процессе приготовления патоки и ее более высокой однородности (рис. 8). Тем не менее, следует отметить тот факт, что к концу процесса приготовления ржаной патоки во всех случаях зерна полностью измельчались, получалась однородная жидкая смесь без остатка на сите с отверстиями диаметром 3 мм. Таким образом, в случае приготовления ржаной патоки при выборе типа пассивного измельчителя следует отталкиваться от критерия удельных энергозатрат.
35 30 25 20 15 10 5 0
1 1 \
\
\
\\ \\ \
\] \ \
\ \\ \
ч\ \\ \ \
\ ------ -■ ■—и » — < »
0 50 100 150 200 250 300 350 N число
циклов
— ёо=3 мм; —■— ёо=0 мм; —• ёо=6 мм Рис. 7. Изменение содержания целых зерен ржаной патоке в зависимости от параметров пассивного измельчителя
т2, % 20
15
10
0
* \\
\ \ 4 \ \ \ \ ч \
\ \ Тч \ V -
ж «а. N
80 180 280 380
—•— ёо=3 мм; —■— ёо=0 мм; К, число - ± - ёо=6 мм циклов
Рис. 8. Изменение остатка патоки на сите с отверстиями 03 мм в зерновой патоке в зависимости от параметров пассивного измельчителя
Б ыл проведен сравнительный анализ химического состава зерновых паток, который показал, что ржаная патока содержит сахаров в 4,4 раза больше, чем патока из пшеницы, и в 5,8 раз больше, чем патока из ячменя [10]. Следовательно, при приготовлении зерновой патоки более рационально использовать зерно ржи.
Выводы. Проведенные исследования процесса приготовления патоки из зерна ржи позволяют сделать вывод, что в качестве пассивного измельчителя предпочтительнее использовать решетку с отверстиями диаметром 6 мм, что позволяет снизить удельные энергозатраты на производство ржаной патоки до 56,4 Втч/кг. При этом оптимальный угол наклона измельчителя - угол в 60°.
5
Литература:
1. Донкова Н. Влияние зерновой патоки на рост и развитие телят // Вестник КрасГАУ. 2014. № 9. С. 147-149.
2. Перевозчиков А.В., Воробьева С. Л., Березкина Г.Ю. Влияние скармливания зерновой патоки на уровень молочной продуктивности и качество молока // Известия Горского ГАУ. 2019. Т. 56. № 1. С. 60-64.
3. Переработка зерна на кормовые сахара для животных / К.Я. Мотовилов и др. // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 10. С. 43-45.
4. ФНТП развития с. х. на 2017-2025 г. URL: http:// mcx.ru/activity/statesupport/programs/technical-program
5. Донкова Н.В., Донков С. А. Биотехнология получения сахаров из зернового сырья // Вестник КрасГАУ. 2014. № 6. С. 211-213.
6. Волончук С. Подготовка зерна пшеницы инфракрасным облучением для получения кормовой патоки // Современные наукоемкие технологии. 2015. № 10. С. 12-14.
7. Савиных П. Новые технологии и технические средства получения патоки из зерна злаковых культур // Актуальные вопр. совершенствования технологии пр-ва и перераб. продукции с. х. 2017. № 19. С. 359-361.
8. Marczuk A. Research on the work process of a station for preparing forage // Sustainability. 2020. № 3. С. 1050.
9. Малозатратная установка для производства зерновой патоки / Сергеев А.Г. и др. // Сельский механизатор. 2020. № 5-6. С. 26-27.
10. Приготовление зерновой патоки из зерна / Булатов С.Ю. и др. // Вестник МичГАУ. 2021. № 4. С. 143-146.
Literatura:
1. Donkova N.V. Vliyanie zernovoj patoki na rost i razvi-tie telyat // Vestnik KrasGAU. 2014. № 9. S. 147-149.
2. Perevozchikov A.V., Vorob'eva S.L., Berezkina G.YU. Vliyanie skarmlivaniya zernovoj patoki na uroven' molo-chnoj produktivnosti i kachestvo moloka // Izvestiya Gor-skogo GAU. 2019. T. 56. № 1. S. 60-64.
3. Pererabotka zerna na kormovye sahara dlya zhivotnyh / K.YA. Motovilov i dr. // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2012. № 10. S. 43-45.
4. FNTP razvitiya s. h. na 2017-2025 g. URL: http://mcx. ru/activity/state-support/programs/technical-program
5. Donkova N.V., Donkov S.A. Biotekhnologiya poluche-niya saharov iz zernovogo syr'ya // Vestnik KrasGAU. 2014. № 6. S. 211-213.
6. Volonchuk S. Podgotovka zerna pshenicy infrakrasnym oblucheniem dlya polucheniya kormovoj patoki // Sovre-mennye naukoemkie tekhnologii. 2015. № 10. S. 12-14.
7. Savinyh P.A., Kazakov V.A. Novye tekhnologii i tekh-nicheskie sredstva polucheniya patoki iz zerna zlakovyh kul'tur // Aktual'nye vopr. sovershenstvovaniya technolo-gii pr-va i pererab. produkcii s. h. 2017. № 19. S. 359-361.
8. Marczuk A. Research on the work process of a station for preparing forage // Sustainability. 2020. № 3. S. 1050.
9. Malozatratnaya ustanovka dlya proizvodstva zernovoj patoki / Sergeev A.G. i dr. // Sel'skij mekhanizator. 2020. № 5-6. S. 26-27.
10. Prigotovlenie zernovoj patoki iz zerna / Bulatov S.Y. etc. // Vestnik MichGAU. 2021. № 4. S. 143-146.
THE INSTALLATION FOR LIQUID SUGARY FEED PREPARATION FROM RYE GRAIN'S OPERATING
RESEARCH RESULTS S.Y. Bulatov, doctor of technical sciences, docent V.N. Nechaev, candidate oftechnical sciences, docent S.V. Semenov, post-graduate student
GBOU VO Nizhny Novgorod state university of engineering and economics A.G. Sergeev, candidate oftechnical sciences 000 «Doza-Agro»
A.A. Zykin, candidate oftechnical sciences FGBOU VO «Vyatka state university»
Abstract. The energy parameters determination of the plant for molasses preparation from rye grain working process's research results are presented. Information about the grain molasses preparing technology and technical means' current state is given, scientific direction's relevance is substantiated. The conducting experiments' conditions are given, and installation's operation parameters evaluating criteria are indicated. The regularities of the installation's passive shredder angle influence on the molasses production process's specific energy consumption, the electric motor's total power consumption, the water-grain mixture heating's intensity and finished molasses' quality indicators are revealed. It is established that the lowest specific energy consumption at the installation's shredder angle a = 60 the minimum power consumption at a shredder's grate holes with 3 mm diameter, the lowest specific energy consumption when shredder is made in the grate's holes with 6 mm diameter form, and the largest - when the shredder is made in solid plate's form are observed. It has been established that rye molasses preparing the longest and least expensive method is a grate with a hole of 3 mm diameter as a shredder using. It is concluded that it is preferable a grate's holes with 6 mm diameter as passive shredder to use, which at rye molasses' production specific energy consumption to 56,4 W*h/kg reducing. At the same time, the optimal angle of shredder's inclination is 60°. Keywords: grain, shredder, molasses, installation, energy consumption.
For citation: The installation for liquid sugary feed preparation from rye grain's operation research results / Bulatov S.Yu. etc. // Machinery and technology in livestock. 2022. No. 4(48). p. 51-55.
