Исследование динамики и механизма тепломассопереноса при сушке гранулированных комбинированных и растительных кормовых продуктов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат технических наук Синяк, Станислав Владимирович

• Синяк, Станислав Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Синяк, Станислав Владимирович

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА

Анализ современного состояния и перспектив производства сухих гранулированных кормов для продуктивных и непродуктивных животных с целью обоснования конструкторских решений и рациональных способов сушки

1.1. Современное состояние, перспективы производства и использования нетрадиционных кормовых продуктов

1.2. Анализ современного состояния способов и конструкций установок для сушки гранулированных кормовых продуктов

1.3. Анализ способов гранулирования продуктов животного и растительного происхождения

ГЛАВА

Изучение основных теплофизических, структурно-механических, гигроскопических характеристик и термодинамики взаимодействия гранулированных кормовых продуктов и воды

2.1. Теплофизические характеристики экспандированных кормовых продуктов

2.2. Структурно-механические характеристики экспандированных продуктов

2.3. Гигроскопические характеристики и термодинамика взаимодействия гранулированных кормовых продуктов и воды

ГЛАВА

Обоснование инфракрасного энергоподвода в процессе сушки гранулированных продуктов

ГЛАВА

Изучение кинетики и разработка рациональных режимных параметров процесса сушки гранулированных кормовых продуктов

ГЛАВА

Расчет температурных полей в экспандированных гранулах кормовых продуктов на основе моделирования тепломассопереноса в процессе конвективной сушки

ГЛАВА

Совершенствование технологии кормовых продуктов и установок для сушки и гранулирования

6.1. Описание предполагаемой технологической схемы производства экспандированных кормовых продуктов и рекомендуемые сушильные установки

6.2. Рекомендуемые конструкции гранулятора и сушильной установки для производства гранулированных кормов для непродуктивных животных

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование динамики и механизма тепломассопереноса при сушке гранулированных комбинированных и растительных кормовых продуктов»

При производстве кормов для рыб, птицы, непродуктивных животных и крупного рогатого скота выдвигается проблема повышения эффективности переработки сырья биологического происхождения с выработкой качественных, сбалансированных и экологически безопасных кормовых продуктов на базе совершенствования технологических процессов и оборудования.

В результате более чем десятилетних экономических преобразований в России сложилась ситуация, когда основная масса кормов, особенно для непродуктивных животных (кошек, собак и т. п.) производится с привлечением иностранных технологий. Даже принимая во внимание высокую цену и отсутствие прямого соотношения стоимости и целевых требований на кормовые продукты, наблюдается недоверие потребителя к кормам отечественного изготовления. Причиной нередко является тот факт, что предлагаемый ассортимент их весьма скудный и не всегда полностью отвечает требованиям ветеринарии.

Среди факторов кормового питания, имеющих важное значение для поддержания здоровья . и работоспособности, особая роль принадлежит полноценному и регулярному снабжению организма животных всеми необходимыми микронутриентами (витаминами, минеральными веществами, микроэлементами, в том числе минорными компонентами пищи). Организм животных не синтезирует указанные соединения и должен получать их в готовом виде с кормами, причём ежедневно, так как способность запасать незаменимые вещества впрок у организма отсутствует.

В связи с этим, научный и практический интерес представляет изучение технологических возможностей увеличения биологической и физиологической ценности кормового рациона с использованием в рецептуре отходов зерновой, овощеконсервной, рыбной и мясной промышленности и сорбентов природного происхождения.

Узким» местом, сдерживающим широкое внедрение линий по производству кормов являются финишные операции технологий кормов, такие как измельчение, экструдирование, гранулирование, обезвоживание и т.д., учитывая их высокую энергоемкость и особенности механизма внутреннего тепломассопереноса. В связи с этим актуальным является выбор экологически безопасных методов переработки, позволяющих повысить эффективность проведения процессов и получения высоко качественного продукта.

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом НИР АГТУ и региональной программой «Создание в Астраханской области комплекса по производству сухих плодоовощных продуктов, переработке и утилизации отходов и производство на их основе кормов, кормовых добавок и других продуктов и товаров» в ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» на кафедре «Технологические машины и оборудование».

Цель и задачи диссертационной работы является повышение интенсивности предварительной обработки и сушки гранулированных кормовых продуктов различных целевого назначения, начальной консистенции и функциональных особенностей на основе теоретических и экспериментальных исследования динамики и механизма тепломассопереноса.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- исследовать и обобщить теплофизические (ТФХ), физико-химические (ФХС), структурно-механические (CMC)), оптические (ОХ) и терморадиационные (ТРХ) свойства и характеристики исследуемых продуктов;

- обосновать рациональные способы энергоподвода для гранулированных кормов для непродуктивных животных и экспандированных кормовых продуктов для сельскохозяйственных животных, птицы и рыбы;

- выявить влияние основных факторов на интенсивность сушки, на базе экспериментально-аналитического исследования динамики и механизма тепломассопереноса при экструдировании, экспандировании, гранулировании и обезвоживании кормовых продуктов с различным целевым назначением и структурой;

- изучить и проанализировать эволюцию температурных полей от влияющих параметров путем физико-математического моделирования процессов сушкиэкспандантов;

- предложить конструкторские решения реализации рациональных способов сушки, методов предварительного экструдирования, экспандирования и гранулирования сырья на базе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований по интенсификации тепломассообмена.

Анализ поставленных цели и задач для ее реализации позволяет скомпоновать структуру диссертационной работы.

Структура работы.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ И МЕХАНИЗМА ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ СУШКЕ ГРАНУЛИРОВАННЫХ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ

Цель - повышение интенсивности предварительной обработки и сушки гранулированных кормовых продуктов различных целевого назначения, начальной консистенции и функциональных особенностей на основе теоретических и экспериментальных исследований динамики и механизма тепломассопереноса

Анализ современного состояния и перспектив производства сухих гранулированных кормов для продуктивных и непродуктивных животных с целью обоснования конструкторских решений и рациональных способов сушки свойств и \

Изучение комплекса I характеристик объекта сушки 1 на основе экспериментов и У литературных данных

Исследование влияния основных факторов на эффективность сушки кормов.

Экспериментально е исследование кинетики процесса сушки

Расчет полей температур

Экспериментально-аналитическое изучение сушки гранулированных кормовых продуктов

Анализ данных по кинетике сушки экспацдированных кормовых продуктов. Выбор рационального способа.

Разработка рационального режима сушки кормовых продуктов различного целевого назначения т

Разработка вариантов проведения процессов гранулирования, сушки кормов для непродуктивных животных и паросорбции и сушки экспацдированных кормовых продуктов ббщие выводы и заключений

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Синяк, Станислав Владимирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проанализированы технологии кормов, их обезвоживания и методы его интенсификации, прогрессивные конструкции сушилок, а также способы предварительной обработки продуктов перед сушкой: гранулирование, паросорбция.

2. Значительная величина энтропийной составляющей свободной энергии для исследованных продуктов предопределяет выбор объемных способов энергоподвода (ИК-кондуктивный при сушке кормов для непродуктивных животных и конвективный всесторонний подвод энергии для экспандированных кормовых продуктов) и целесообразность предварительного диспергирования (экструдирование, гранулирование, экспандирование), что также обусловлено отрицательной величиной термоградиентного коэффициента при высокой влажности, что нетипично для традиционных пищевых и кормовых продуктов.

3. Для обоснования выбранного способа комбинированного энергоподвода исследованы и аппроксимированы оптические свойства кормов для непродуктивных животных, а также функции распределения объемной плотности поглощенной энергии в гранулах.

4. Исследованы динамика и механизм внутреннего тепломассопереноса, получены функциональные зависимости целевой функции оптимизации процессов сушки, разработаны способы конвективной сушки экспандантов и радиационно-кондуктивной атмосферной сушки гранулированных кормов для непродуктивных животных и предварительной обработки (гранулирование, паросорбция).

5. При реализации физико-математической модели тепломассообмена для экспандированных кормовых продуктов обоснованы краевые условия и получены поля температур, вследствие невозможности их экспериментального исследования.

6. Усовершенствована технология сухих экспандированных продуктов и рекомендованы рациональные конструкции установок для паросорбции и сушки. Разработаны варианты проведения процессов гранулирования, радиационно-кондуктивной атмосферной сушки высоковязких гранулированных кормов для непродуктивных животных, а также паросорбции и конвективной сушки экспандированных продуктов, обоснованы рациональные режимы.

Рекомендованы конвейерная установка с комбинированным энергоподводом для сушки гранулированных кормов для непродуктивных животных с эластичным экструдером и гранулятором для высокоадгезионных продуктов, внедренная на

Астраханском мясокомбинате (ООО «Парад») в линии производства гранулированных кормовых продуктов по утвержденным техническим условиям и разработанной технологической инструкцией с участием автора на производство кормов для непродуктивных животных.

Проведены экспериментальные работы по кормлению молоди осетровых рыб гранулированными кормами на ФГУП «КаспНИРХ», получены положительны результаты.

Работа «Оригинальные технологии и оборудование для сушки, экспандирования и гранулирования пищевых и кормовых продуктов» выполненная при участии автора, отмечена дипломом и серебряной медалью на V Московском международном салоне инноваций и инвестиций 2005 г.

Конечные результаты, полученные в диссертационной работе, приняты к использованию и внедрению на предприятиях: ООО «Биотехсинтез» и ООО Рыбопромышленная судоходная компания «Держава-шиппинг», где отмечены достаточный научно-технический уровень и актуальность исследований и рекомендаций, а также экономическая эффективность практической реализации результатов работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Синяк, Станислав Владимирович, 2005 год

1. Авраменко В.Н. и др. Инфракрасные спектры пищевых продуктов /В.Н.Авраменко, Н.П.Есельсон, А.А.Заика. М.: Пищевая промышленность, 1974. 174 с.

2. A.c. 1592687 СССР5 Г 26 В 17/10 3/10/ № 3886202/24-06. Заявл. 14.05.85г. опубл. 15.09.90г. Бюл. №34.

3. Александрова Т. А. Сравнительное исследование пен и высоконцентрированных эмульсий. Канд. дисс. Ростов: Ростовский ГУ, 1969.-22 с.

4. Алексанян И.Ю., Алянский Р.И. и другие Корм сухой для домашних животных -001./ Москва 1999г. Минсельхозпрод РФ. ВГНИИ Контроля, стандартизации и сертификации ветпрепаратов. ТУ №9296-001-47806006-99.

5. Алексанян И.Ю., Буйнов A.A. Высокоинтенсивная сушка пищевых продуктов. Пеносушка. Теория. Практика. Моделирование, Монография. /Изд-во АГТУ. Астрахань.2005 г.

6. Алексанян И.Ю., Максименко Ю.А., Синяк C.B. Моделирование осциллирующих рациональных режимов сушки / Сборник трудов XVII

7. Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях». Казань: КГТУ. 2005. т.9. С. 143-145.

8. Алексанян И.Ю., Попова С.Б., Синяк C.B. Инженерные аспекты исследования и производства экспандированных гранулированных пищевых и кормовых продуктов // Известия вузов. Пищевая технология. 2004. №5-6. С. 69-72.

9. Алексанян И.Ю., Попова С.Б., Синяк C.B. Интенсификация процессов тепломассообмена при производстве экструдированных сухих биополимерных систем // Вестник АИНиГ. Атырау: АИНиГ, 2004. №5. С. 99-103.

10. Алексанян И.Ю., Синяк C.B., Антошкин О.В. Совершенствование технологии экспандированных гранулированных продуктов // Известия вузов.Пищевая технология. 2004. №4. С. 39 - 41.