Курманов Аяп Конлямжаевич

д.т.н., доцент  Костанайского
ГосударственногоУниверситет им. А. Байтурсунова, г. Костанай, Казахстан
 
УДК637134:637.18


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Повышение эффективности роторного диспергатора

 

Аннотация:  В работе приводятся результаты экспериментального  исследования повышения эффективности роторного диспергатора при приготовлении заменителя цельного молока для выпойки телят профилакторного периода. На основе экспериментальных исследований получены оптимальные значения конструктивно-режимных параметров роторного диспергатора . 
Ключевые слова: Заменитель цельного молока, ЗЦМ, молоко, диспергатор, диспергация, роторный диспергатор, крупно-рогатый скот, жир, центрифуга, центрифугирование, методика, смесь, статор, эксперимент

 

 

     Современный этап развития животноводства основан на  производстве  новых высококачественных легкоусвояемых поликомпонентных продуктов с высокой пищевой и биологической ценностью.

       Скотоводство – ведущая отрасль животноводства и одним из решающих факторов получения максимальной и  качественной  продукции  является сохранение и выращивание здорового поголовья молодняка крупного рогатого скота. За последние годы наука о кормлении животных накопила большое количество экспериментальных данных о влиянии различных питательных веществ, а также незаменимых аминокислот, витаминов,  макро-  и  микроэлементов, антибиотиков, гормонов, ферментов и других факторов на обмен веществ, эффективность использования корма. Эти данные  служат  для  дальнейшего совершенствования теории и практики кормления сельскохозяйственных животных. Они обеспечивают реализацию генетического потенциала продуктивности животных. Чем выше уровень кормления, тем выше продуктивность животных и ниже затраты корма на единицу продукции. Для повышения эффективности кормов применяется диспергация, которая наряду с повышением питательной ценности молочных и комбинированных продуктов, улучшает их качество, а именно, консистенцию и вкус. Улучшение вкусовых характеристик продуктов при диспергации связано с уменьшением размеров частиц дисперсных фаз и соответственном увеличе-нии суммарной площади их поверхности. В результате интенсифицируется их воздействие на вкусовые рецепторы, что усиливает вкусовое восприятие [1]..

      Сущность процесса диспергации заключается в дроблении частиц   дисперсной фазы до размеров, равных нескольким микрометрам и их равно­мерном распределении в пространстве (перемешивании) [2].
     Эффективность процесса диспергации можно оценить, подвергнув образец молока отстаиванию или центрифугированию и замерив жирность полученных фракций.
     Цель данного исследования заключалась в выявлении механизма диспергации частиц ЗЦМ высокочастотным механического воздействием смеси. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
   1. Анализ различных этапов процесса диспергации, полученных компьютерной обработкой материалов эксперимента с целью выявления механизмов дробления частиц дисперсной фазы.

     2.0пределение параметров обработки ЗЦМ путём их измерения.

С учётом перечисленного намечена программа исследований по  методике экспериментальных исследований ( рис.1).

 Методика предусматривает определение:

1.Качества разделения смеси на фракции от частоты вращения ротора, продолжительности обработки смеси, количество окон внутренней обечайки статора и концентрации ЗЦМ в смеси.

      2.Оптимизационные эксперименты позволяют установить влияние комплекса факторов на эксплуатацию роторного диспергатора предназначенного для переработки ЗЦМ и определить оптимальные режимы его работы.

    3.Сравнительные эксперименты позволяют установить влияние одного фактора на качество диспергации при постоянных трех факторах.

     4.Определение качества разделения смеси на фракции и степени однородности смеси.

 

Рисунок 1. Методика экспериментальных исследований.

    

       В соответствии с принятой методикой экспериментальные исследования включали: создание дисперсионной среды ,  генерирование высокочастотных механических возмущений  и воздействий  на ЗЦМ. Установка оснащалась средствами измерения параметров создаваемых возмущений.

Результаты измерений обрабатывались как вручную, так и на компьютере

Схема экспериментальной установки, созданной для достижения постав­ленных целей, представлена на рисунке 2.
В качестве плана реализации эксперимента выбран некомпозиционный план Бокса-Бенкина для 4-х факторов, варьируемых на 4-х уровнях  [2]. В качестве критерия оптимизации выбрали качество разделения  смеси на фракции, которая количественно оценивалось толщиной слоя выделенного жира при центрифугировании и измерялась в мм.

Рисунок 2: 1-вариатор скоростей; 2- электродвигатель; 3-роторный диспергатор; 4-крепление корпуса диспергатора; 5-емкость.

При использовании плана эксперимента сделали кодировку параметров. Замеры качества разделения  смеси на фракцию проводим при 3-х кратной повторности для всех опытов.

На основании полученных результатов исследований, проведённых по частной методике, получено уравнение регрессии, адекватно описывающее процесс движения ЗЦМ в корпусе лабораторной установки в зависимости от оборотов  ротора, продолжительности обработки, количества окон внутренней обечайки статора и концентрации ЗЦМ в смеси. Критерием  отклика эксперимента является качество разделения  смеси на фракции.

         y=3,2-0,569X1-0,093X2+0,356X3+0,10X4-1,9875X1X2-0,595X1X4+0,195X2X3+0,18X2X4-0,309X12-0,3315X22+1,2335X32                  (4.1)

         Доверительные интервалы приняты по табличному значению критерия Стьюдента, адекватность проверена по табличному значению критерия Фишера. [2 ].          Адекватность моделей подтверждается с вероятностью Р = 0,99 при FT>FR (при FT = 19,42; FR = 1,32).Модель адекватна

         Проведённый эксперимент по методике, адекватность полученного уравнения регрессии, подтвердили работоспособность выбранных параметров измельчения материала, т.е. создания однородной смеси ЗЦМ с заданными параметрами обработки.

      Для обработки полученных результатов было применена программа «MathCAD». В качестве критерия отклика эксперимента являлась качество разделения смеси на фракции.

На основании анализа полученных данных при использовании компьютерной программы получены значения в кодированном варианте.

                  

При этом оптимальное значение критерии оптимизации частоты вращения ротора 2470 об/мин (258,5с-1), продолжительность обработки 320с, количество окон внутренней обечайки статора 12 шт. и концентрация ЗЦМ в смеси 0,110 ±0.005 кг.

Степень однородности смеси в проведенных экспериментах определялась по методике Г. М. Кухты . Результаты статистической обработки данных степени однородности приведены в таблице 1.

Степени однородности смеси:  λ ср. =91%; λ min.=83%; λmax. =98%.

     λ <85%- в 2-х экспериментах смесь плохого качества, что составляет 7% от общего количества экспериментов, 85% <λ <90-92 % - в 8 экспериментах смесь удовлетворительного качества, что составляет 30% от общего количества экспериментов,  λ >92% в 17 экспериментах, что составляет 63% от общего количества экспериментов.

        Всего в 93% проведенного эксперимента  однородность смеси удовле-творительного и хорошего качества.

                      Таблица 1– Результаты статистической обработки

 

Качество разложения смеси на фракции
                          Уэксп, мм

Степень однородности смеси

                   λ,%

1

2,11

87

2

3,47

92

3

2,22

83

4

3,11

92

5

4,30

95

6

3,93

93

7

4.22

98

8

4,19

94

9

1,95

91

10

3,52

97

11

2,03

84

12

3,14

95

13

4,50

92

14

4,70

89

15

3,30

92

16

4,11

95

17

3,9

87

18

4,80

93

19

2,81

89

20

3,81

93

21

3,36

92

22

4,00

91

23

3,28

91

24

3,00

88

25

3,20

92

26

3,31

87

27

3,11

92

ср.

3,45

91



Экспериментальный роторный диспергатор внедрен  в производство. В таблице 2 приведены показатели экономической эффктивности применения роторного диспергатора.

 

 

 

 


    Таблица 2– Показатели экономической эффективности применения роторного  диспергатора.

Показатели

Серийный
АВМ-0,8

Экспериментальный роторный диспергатор

Производительность, т/ч

0,275

0,313

Эксплуатационные расходы,руб./кг

74,79

51,23

Затраты труда, чел.ч/кг

2,00

2,00

Приведённые затраты, руб./кг

          86,89

59,67

Экономический эффект, руб./кг

-

27,12

Срок окупаемости машины, лет

-

1,7 года

 

          Выводы.
1.       Проведённый анализ существующих исследований по приготовлению диспергированных структурированных смесей, разработанная классификация технических решений позволил обосновать новую конструкцию роторного диспергатора для приготовления заменителя цельного молока. Такое устройство и технология на ее основе обладает преимуществом перед существующими и является актуальным для современного сельского хозяйства при выращивании молодняка крупно–рогатого скота.

2.Разработаны исходные требования на изготовление и эксплуатацию ро-торного диспергатора для приготовления заменителя цельного молока.

3.Экономический эффект от внедрения роторного диспергатора равен 27120  рублей на тонну смеси, срок окупаемости роторного диспергатора составил 1,7 года, что подтвердило эффективность проведённых исследований

 

                               Список литературы.
1.  Воропаева B.C. Производство заменителей цельного молока для сельскохозяйственных животных. М., Пищевая промышленность, 1977, 130 с

2. Малахов H.H. Процессы и аппараты пищевых производств / H.H. Малахов, Ю.М. Плаксин, В.А. Ларин - Орел Юрловский государарственный технический университет, 2001. - 687 с.

3. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М. Машиностроение. 1980. София. Техника –с.237

 

110007, г. Костанай, ул. Чернышевского, 59,каб. 309А

8(7142)21-30-81, 87051930271, rys-kyanush@list.ru