863

В отходы картофеля входят:

-естественная убыль массы картофеля за счет испарения влаги;

-гниение картофеля (фитофтороз, мокрая гниль);

-механически поврежденный картофель;

-мелкий картофель;

-израстание картофеля в конце срока хранения;

-примеси (земля, камни и др.)

Причинами столь значительных отходов являются:

-недостаточный контроль в период сортирования и закладки картофеля;

-отклонения в работе системы вентиляции (нарушения температурного режима, образование конденсата на стенах и верхнем слое картофеля и т.д.).

Для сокращения потерь картофеля при хранении, можно предложить следующие мероприятия:

1.Контроль при сортировке и закладке картофеля, чтобы уменьшить долю поврежденных, зараженных и мелких клубней, а также долю посторонних примесей.

2.Соблюдение температурного режима, интенсивности и скорости циркуляции воздуха в овощехранилище за счет совершенствования систем автоматического регулирования.

3.Контроль газового состава воздуха в овощехранилище, т. е. изменение соотношения в нѐм кислорода и углекислого газа, в частности, снижение концентрации кислорода и повышение – углекислого газа (до определѐнных пределов), способствует замедлению дыхательных процессов, а, следовательно, сказывается на эффективности хранения самым благоприятным образом.

4.Внедрение системы озонирования воздуха. Дезинфекция хранилищ с помощью озона может практически полностью снять проблему преждевременного гниения продукции и несвоевременного ее созревания. Кроме того, озонирование картофеля увеличивает его питательную ценность за счет повышения содержания в клубнях крахмала и витамина С, а также сдерживает его прорастание [3].

Литература

1.А.Н. Постников, Д.А. Постников Картофель; М., 2006. – 151 с.

2.Л.А. Трисвятский, Б.В. Лесик, В.Н. Курдина Хранение и технология сельскохозяйственных продуктов; М. Агропромиздат, 1991. -415 с.

3.ООО «САПСАНВНЕШТОРГ» [электронный ресурс] // Вентиляция овощехра-

нилищ – Режим доступа: http://www.proektant.ru/content/1819.html, - Загл. с экрана.

341

УДК 636.085

Е.В. Пепеляева – ст. преподаватель Руководитель – М.А. Трутнев, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭКСТРУЗИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НА СОДЕРЖАНИЕ АМИНОАЗОТА В ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТАХ

На современном этапе развития животноводства большое значение имеет получение высококачественных кормов. Среди известных нам технологий кормопроизводства – экструдирование находит все более широкое применение. Использование кормов, приготовленных способом экструзионной переработки, позволяет оказывать влияние на динамику роста животных, а также на качественные показатели получаемой от них продукции [2, 3]. Экструдированные корма обладают высокими пищевыми качествами, хорошо перевариваются и усваиваются, могут храниться длительное время не теряя своих свойств.

Экструдирование зерновых продуктов достаточно сложный процесс, в процессе проталкивания шнеком через полость экструдера материал размягчается и пластифицируется и под большим давлением выпрессовывается через матрицу преобразуясь в конечный продукт. При этом на продукт осуществляется совместное воздействие механическим напряжением сдвига, давлением и температурой, в результате чего создаются условия для протекания термодинамических процессов, приводящих к изменению структуры конечного продукта, и его питательных свойств.

Следует отметить, что наличие в процессе экструзии диссипативных тепловыделений, определяемых сдвигом, приводит к взаимному влиянию температурных, кинематических и силовых условий, затрудняя нахождение их влияния на качество готового продукта непосредственно. [4] Изменение частоты вращения прессующего шнека экструдера не только меняет эффективный сдвиг, но и длительность пребывания материала в канале шнека. Поэтому, изучение влияния параметров процесса экструдирования на кормовые качества, непосредственно на шнековом экструдере затруднено.

В связи с тем, что изучение влияния параметров непосредственно на шнековом экструдере затруднено, была разработана установка совместно с Институтом механики сплошных сред УрО РАН [1]. В измерительном узле установки использована схема ротационной вискозиметрии. Установка позволяет исследовать образец весьма однородный по объему, при этом не только механически воздействовать на материал, но и исследовать изменения материала во времени, вызванные структурными превращениями. Рабочая камера имеет боковые стенки и два диска. Диски имеют рифления для уменьшения эффекта скольжения исследуемого материала по их поверхностям. Установка позволяет задавать и контролировать в рабочей камере необходимое давление, температуру, скорость нижнего диска и измерять момент нагрузки на нижнем диске.

342

Для изучения всех факторов и описания поверхности изменения аминоазота в экструдате зерновых продуктов использовали квадратичную модель пла-

на Box-Behnkena.

Эксперимент проводили следующим образом. Измельченную крошку зерна озимой ржи, доводили до влажности 23%. Далее образец массой 15 гр. помещали в предварительно разогретую до температуры 130°С рабочую камеру лабораторной установки, где на него осуществляли воздействие усилием с помощью верхнего плунжера, скоростью сдвига с помощью нижнего плунжера, вращающего с определенной окружной скоростью. По истечении заданного интервала времени воздействие останавливали. На основании зарегистрированных показаний датчиков усилия, перемещения верхнего диска, крутящего момента на нижнем диска, частоты вращения нижнего диска вычисляли давление в рабочей камере и эффективную скорость сдвига. Воздействие на зерновой материал повторяли согласно плана эксперимента: при давлении в диапазоне 1÷4МПа, скорости сдвига 5÷20 с-1, времени воздействия 50÷150с.

Кормовые свойства экструдируемого зерна определяли по содержанию свободного аминоазота, характеризующего доступность низкомалекулярных пептидных соединений и аминокислот для всасывания в пищеварительном тракте животного.[5]

Исследования проводили в лаборатории Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН. Результаты лабораторных исследований содержания свободного аминоазота в экструдате зерна озимой ржи приведены в таблице.

Обработку опытных данных производили на ПК с помощью программы

STATGRAPHICS Plus 4.0.

На основе данных полученных в ходе проведенного многофакторного эксперимента и их обработки получены графические зависимости содержания свободного аминоазота от давления, эффективной скорости сдвига и времени пребывания материала в канале экструдера (Рис. 1-3).

343

Рис. 1. График зависимости содержания свободного аминоазота от давления и скорости сдвига при среднем значении времени воздействия на материал Т=100с

Рис. 2 График зависимости содержания свободного аминоазота от давления и времени воздействия на материала при средней скорости сдвига γ=12,5с-1

Рис. 3. График зависимости содержания глюкозы от скорости сдвига и времени воздействия на материал при среднем давлении Р=2,5 МПа

344

В ходе эксперимента выяснилось, что на увеличение содержание свободного аминоазота в экструдате влияют изменения всех параметров давления, скорости сдвига и временя воздействия на материал.

Анализируя зависимость содержания свободного аминоазота от параметров (давления, скорости сдвига и времени пребывания материала в канале шнека) воздействующих на зерновой материал в процессе экструдирования можно сделать вывод, что наибольшее содержание свободного аминоазота (более 5,3 мг%) получается при давлении в диапазоне от 1,5 до 3 МПа, скорости сдвига в диапазоне от 7 до 15 с-1 и времени пребывания материала в канале шнека от 50 до 120 с. Результаты эксперимента позволяют оптимизировать параметры процесса экструдирования и дают теоретическую базу для проектирования экструдеров с заданными характеристиками качества продукции при относительно низкой энергоемкости процесса.

Литература

1.Патент на изобретение №2408883 РФ, МПК G01N 33/02. Способ определения зависимости пищевой ценности биопродукта от параметров физико-механического воздействия на него и устройство для этого/ Е.В. Славнов, А.И. Судаков, Е.В. Пепеляева, В.П. Коробов, М.А. Трутнев (РФ). - №2009102462/13; Заявлено 26.01.2009// Бюл. №22. – 10.08.2010. – 8 с.

2.Производство и скармливание экструдированного зерна озимой ржи: рекомендации/ Ситников В.А., Трутнев М.А., Пепеляева Е.В., Славнов Е.В. – Пермь. ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2012. – с.32.

3.Ситников В.А., Морозков Н.А., Славнов Е.В. Нетрадиционные способы подготовки концентрированных кормов и результаты скармливания их животным// Аграрный вестник Урала. – 2008. - №3 – с.52-55.

4.Славнов Е.В., Коробов В.П., Лемкина Л.М. Получение концентрированных кормовых добавок экструзионной обработкой зерна озимой ржи с оценкой пищевой ценности // Аграрный вестник Урала. – 2008. – №3 – с.80-83.

5.Хазиахметов Ф.С. Рациональное кормление животных: Учебное пособие. – СПб.: Издательство «Лань», 2011. – 368с.

УДК 631.2

С.Ю. Черников - студент 4 курса В.С. Новосельцев – научный руководитель, к.т.н., доцент кафедры «Детали

машин» ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА

РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ КОТЛОВАННЫХ СООРУЖЕНИЙ

В зданиях сельскохозяйственного комплекса при проектировании и эксплуатации сооружений сельскохозяйственного назначения (оптовых баз) необходимо поддерживать заданный температурно-влажностный режим для сохранения продукции сельскохозяйственного назначения и увеличения сроков его хранения[1].

Чтобы это обеспечить, необходимо определять теплопотери этих сооружений, для того чтобы в дальнейшем ориентироваться в способах и методах обработки воздуха, с помощью которых мы и будем поддерживать температурновлажностный режим.

345

Посчитанные теплопотери будем учитывать при дальнейшей обработке воздуха в системах вентиляции и кондиционирования.

Целью работы является изучение расчетных случаев в теоретическом аспекте и применение его на практике как связующего звена при инженернотехнических расчетах.

Котлованными считаются сооружения, заглубленные в грунт по уровню перекрытия менее 10 м.

При расчете теплопотерь этих сооружений различают три расчетных случая.

1.Толщина грунтового слоя над сооружением h1 больше толщины прогрева грунта δр.

2.Толщина грунтового слоя над сооружением h1 меньше толщины прогрева грунта δр.

3.Часть ограждения сооружения находится на уровне дневной поверхности или выше.

Первый расчетный случай. Определение теплопотерь производят по формулам, приведенным для подземных сооружений. При этом расчетная температура грунта для потолка, стен и пола вычисляется соответственно на уровнях Н1

,Н2 , Н3 ( рис. )

Рис. Схема котлованного сооружения

К подземным относят сооружения,заглубленные в грунт по уровню перекрытия на 10 м и более. Потери тепла через ограждения таких сооружений Qогр, Вт ( ), определяют по формуле

где Qосн – теплопотери через плоские или условно плоские ограждения; Qдоп – дополнительные теплопотери через холодные углы.

рая справедлива при условии, что толщина ограждения и массива грунта больше толщины прогрева

346

где -коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, равный =5,8 ;

1,13*√ = dp- расчетная толщина прогрева массива грунта, м;

z- продолжительность непрерывного подвода тепла, ч; α- коэффициент температуропроводности, ,

сгр – удельная теплоемкость грунта,

Начальная температура грунта tsp меняется с глубиной и зависит от среднегодовой температуры воздуха, амплитуды годового колебания температуры на поверхности земли, притока тепла от центра земли и теплофизических характеристик грунтов [2].

Температура грунта tsp на глубине Н определяется по формуле

где tср.в – среднегодовая температура воздуха в данном географическом пункте;

tс.п. – величина превышения среднегодовой температуры поверхности грунта над среднегодовой температурой воздуха за счет растительного и снежного покрова (принимается по карте превышения среднегодовой температуры поверхности грунта над среднегодовой температурой воздуха [3] ); для расчетов температуры грунта в городах рекомендуется вводить значения tс.п. с коэффициентом 1,3;

А0 / 2,73Н/3 – амплитуда колебаний температур грунта на глубине Н, принимается в теплый период со знаком плюс, в холодныйсо знаком минус, значения амплитуды годовых колебаний температур грунта А0 определяются по карте амплитуды колебания среднемесячных температур поверхности грунта[3].

Амплитуда колебаний температуры уменьшается с глубиной [4]. Дополнительные потери тепла через холодные углы учитываются путем

где β-форм-фактор, значения которого определяются по формулам, приведенным в таблице 17 Значения формфактора [5].

Величина Qогр представляет мощность источника тепла, необходимую для поднятия температуры воздуха в подземном сооружении до расчетной величи-

347

ны tв за z ч. При постоянном функционировании сооружения z= 8760 ч ( 1 год ). Для того чтобы определить теплопотери в каждом помещении сооруже-

ния, находят величину

где Qогр - общие теплопотери через ограждающие конструкции, Qосн - потери тепла через плоское ограждение.

Алгоритм расчета теплопотерь для второго и третьего расчетного случая проводится аналогично расчету теплопотерь для первого расчетного случая.

1-й расчетный случай : сооружение функционирует постоянно, материалжелезобетон, форма сооруженияпараллелепипед, размеры : a=6 м; b=20 м; h2=3 м; грунтглина красно-коричневая, толщина грунтового слоя над сооружением h1=4 м, внутренняя поверхностьусловно гладкая, бетонная, сооружение расположено в г. Пермь, время годазима, температура внутри сооружения +18 .

2-й расчетный случай :h1=2 м, остальные параметры те же.

3-й расчетный случай : покрытие сооружения находится на уровне дневной поверхности, его толщина- 1 м, коэффициент теплоотдачи наружной поверхности = 7 , остальные параметрыте же, что и в 1-м случае.

Задача : Определить необходимую толщину изоляции из шлакобетона для котлованного сооружения, обеспечивающую поглощение тепла в толще изоляции. Остальные параметры те же, что и в 1-м случае.

Результаты расчета теплопотерь для первого, второго и третьего расчетных случаев представлены в таблице.

Таблица

Сравнительная характеристика общих теплопотерь трех расчетных случаев

Из приведенных значений теплопотерь для трех расчетных случаев, представленных в таблице, можно сделать вывод, что максимальные теплопотери будут в третьем расчетном случае, минимальные – в первом.

Данные расчетов могут быть использованы при проектировании и построении котлованных сооружений.

Литература

1.Пеклов А.А., Степанова Т.А. Кондиционирование воздуха. Киев: Высшая школа, 1987 –

328с.

2.Гусев В.М., Ковалев А.П., Попов В.П., Потрошков В.А. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Л.: Стройиздат,1981 – 343с.

348

3.Максименко А.И., Новосельцев В.С., Сиротин В.Б. Технические системы сооружений.

Пермь, 1985 – 134с.

4.Пашков А.К., Полярин Ю.Н. Складское хозяйство и складские работы. М.: ИКЦ « Ака-

демкнига », 2003 – 367с.

5.Бочкарев С.В., Новосельцев В.С. Системы обеспечения защитных сооружений: учебное пособие, т. 1. Пермь, 2000 – 382с.

УДК 631.374.

М.Ю. Четвериков – аспирант М.А. Трутнев – научный руководитель, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА

ЭКСТРУДЕР С РАЗГРУЖЕННЫМ ШНЕКОМ

Для получения высококачественных кормов и повышении эффективности животноводческой отрасли сельского хозяйства аграрии последнее время все чаще используют современные технологии производства кормов. Одной из таких является экструдирование с применением зерновых экструдеров. Экструдер используется для переработки пшеницы, ячменя, кукурузы, гороха, сои, а также для всевозможных смесей зерновых и бобовых культур. Принцип действия экструдера основан на выдавливании перерабатываемого сырья через специально устроенные в стволе экструдера фильеры, при котором перерабатываемая масса подвергается высокому давлению до 50 атмосфер и температуре 100-150 градусов [1].

При воздействии температуры и давления происходят сложные физикобиологические процессы, при которых сырье преобразуется на более простые от первоначального состояния составляющие, клетчатка распадается на вторичный сахар, крахмал — на простые сахара. Кроме того, из-за воздействия больших температур перерабатываемое сырье полностью обеззараживается от вредных для животных и птицы ингибиторов – трипсина, протеазы, уреазы и др.

После процесса экструдирования зерна из-за большой разницы давления на входе и выходе из ствола экструдера происходит резкое высвобождение энергии, по скорости равной взрыву, что приводит к значительному увеличению его в объеме. Современные экструдеры применяются для производства экструдированных кормов из любых видов зерновых и бобовых культур, а также для переработки полножирной сои, которая является отличным высокобелковым кормом для всех сельскохозяйственных животных и птицы [1].

Большинство одношнековых экструдеров представляют собой цилиндрический корпус с загрузочным патрубком и приводом, шнек переменного диаметра или с переменным шагом и выходную матрицу с возможностью регулирования выходных параметров ( рис. 1а) [2].

Основным недостатком шнековых экструдеров является то, что в осевом направлении на шнек действует значительная осевая нагрузка, вследствие чего в подшипниковом узле опоры шнека приходится устанавливать радиальноупорные подшипники.

349

Е.В. Славновым и др. [3] предложено для компенсации осевой нагрузки выходные фильеры экструдера жестко связать с выходным концом шнека (рис.1 б). Но в этом случае для изменения параметров процесса необходимо разбирать экструдер и менять выходные фильеры. Не лишена этого недостатка и другая конструкция (рис. 1 в) [4].

Р0

а- экструдер с механической регулировкой конуса; б- экструдер с разгруженным шнеком; в- экструдер с конусной насадкой

Мы предлагаем выполнить выходную матрицу в виде двух конусов, наружного и внутреннего, с возможностью их перемещения для регулировки режимов, а внутренний конус жестко связать с выходным концом шнека и за счѐт давления материала на него уравновесить осевую составляющую, действующую на шнек. Шнек становится разгруженным в осевом направлении, при этом нет необходимости устанавливать в опоре шнека упорные подшипники, достаточно обычных радиальных подшипников. Установка мундштука (наружного конуса) на резьбе упрощает регулировку экструдера, так как не требуется дополнительного привода или разборки экструдера.

На рис. 2 представлен предлагаемый экструдер

Рис. 2. Экструдер с разгруженным шнеком

1-корпус; 2-шнек; 3- конус; 4-привод вращения; 5-мундштук; 6- загрузочный бункер

350