Тишанинов Максим Анатольевич. Оптимизация вспомогательных операций в технологии малотоннажной переработки гречихи

Краткое описание

Тишанинов Максим Анатольевич. Оптимизация вспомогательных операций в технологии малотоннажной переработки гречихи : Дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 : Тамбов; Мичуринск, 2005 202 c. РГБ ОД, 61:05-5/3735

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ТЕХНИКИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ (ГНУ ВИИТИН)
МИЧУРИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
К писи

Тишанинов Максим Анатольевич
ОПТИМИЗАЦИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ В ТЕХНОЛОГИИ МАЛОТОННАЖНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ГРЕЧИХИ
Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации
сельского хозяйства
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научные руководители: доктор технических наук, профессор Горшенин В.И.
Тамбов - Мичуринск - 2005
2
РЕФЕРАТ
Ключевые слова: СЕПАРАЦИЯ, ГРЕЧИХА, ТРИЕР, ПЕРЕРАБОТКА, ПРИМЕСИ, КРУПА, ПАРАМЕТРЫ, РЕЖИМЫ РАБОТЫ, СТЕПЕНЬ ВЫДЕЛЕНИЯ, ОПТИМИЗАЦИЯ, КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ, ПОТЕРИ ПРОДУКТА, ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ЗЕРНОВКА, ТЕХНОЛОГИЯ, ЯДРИЦА.
Выполнен анализ существующих средств разделения зернового вороха, состояния исследований процессов очистки зерна.
Проведен теоретический анализ грузопотоков зерна и технологических потерь при его хранении.
Разработаны варианты технологий переработки из условий обеспечения качества исходного сырья. Представлена математическая модель для обосно¬вания решений по очистке.
Разработан метод обоснования технологических классов качества пере-рабатываемого сырья, включающий в себя математическую модель взаимо¬связи характеристик сырья с качеством продукта при многовариантных соче¬таниях технологических операций выделения примесей.
Проведен теоретический анализ качества процесса триерной сепарации гречихи с учетом формы и размеров зерновки, вариантов ориентации в ячее и условий выпадения из нее.
Разработана и изготовлена экспериментальная установка для исследова¬ния процессов очистки гречихи и крупы от длинной примеси с принципиаль¬но новой схемой подачи разделяемых компонентов.
Разработаны новые частные методики исследования физико¬механических свойств компонентов зерновой смеси и процессов их разделе¬ния.
Выявлены закономерности выделения примесей из зерна и крупы в за¬висимости от содержания примеси, размера фракций, режимов работы и па¬раметров триерного устройства.
з
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
Введение 6
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований... 9
1.1. Анализ способов и технических средств приема, накопле¬ния и перевалки при переработке зерна 9
1.2. Анализ взаимосвязи качества исходного сырья с ка¬чеством конечного продукта 11
1.3. Анализ технических средств разделения зернового вороха 15
1.3.1. Анализ технических средств решетного разделения зернового вороха 20
1.3.2. Анализ технических средств пневматического сепа¬рирования зернового вороха 23
1.3.3. Анализ технологических средств триерной очистки зерна 25
1.4. Состояние исследований процессов сепарации сы¬пучих материалов 26
Выводы по главе 36
Цель и задачи исследований 37
2. Теоретический анализ технологии вспомога¬тельных операций при переработке гречихи 38
2.1. Теоретический анализ грузопотоков зерна и дина¬мики его качества при его хранении 38
2.2. Обоснование решений по выбору состава и после¬довательности технологических операций 44
2.3. Метод обоснования требований к качеству перера¬батываемого сырья 52
2.4. Теоретический анализ триерного отделения гречихи
от примесей 58
Выводы по главе 74
3. Программа и методики экспериментальных ис¬следований 75
3.1. Программа экспериментальных исследований 75
3.2. Методики исследований 76
3.2.1. Методика исследований трибометрических свойств зерна и . крупы ; 76
3.2.2. Методика исследований триерной очистки зерна гречихи от примесей 81
3.2.3. Методика исследований триерной очистки продукта (ядри¬цы) от примесей 93
Выводы по главе 96
4. Результаты и. анализ экспериментальных
97
исследовании
4.1. Анализ темпов годового поступления гречихи на переработку 97
4.2. Результаты поисковых исследований качественных показателей очистки зерна и ядрицы при полидис- персной засоренности 99
4.3. Результаты исследований трибометрических
СВОЙСТВ зерновок 112
4.4. Результаты исследований качества очистки гречихи
от примесей 116
4.5. Результаты исследований качества очистки ядрицы
от примесей 123
4.6. Технологический расчет приемных и накопитель¬ных емкостей 131
4.7. Технологическая и экономическая оценка результа¬тов исследований... I33
Выводы по главе 136
Общие выводы 138
Список использованных источников 140
Приложения 151
ВВЕДЕНИЕ
До недавнего времени в России наблюдался дефицит гречневой крупы. Для исправления этой ситуации предприятия различных отраслей промыш¬ленности приступили к разработке и производству технологических линий по переработке гречихи в крупу в малых объемах. Однако у большинства та¬ких предприятий из-за недостатка опыта создания подобной техники стали возникать проблемы, связанные с высокими эксплуатационными затратами при производстве крупы, низким выходом продукта и недостаточным его ка¬чеством по причине сильной засоренности исходного сырья.
У поступающих на переработку партий гречихи средний уровень засо-ренности составляет 10%, а максимальный достигает 40%. Такое сырье гре- чезаводы не принимают на переработку, так как из него нельзя получить то-варную крупу. В то же время малые перерабатывающие производства, зачас¬тую, не имеют оборудования для подработки зернового вороха. Очистка ос¬новным оборудованием технологической линии переработки гречихи за счет аспирационной системы и разделения компонентов зерновой смеси на ре¬шетных станах не позволяет гарантировать качество конечного продукта на уровне действующего стандарта.
Включение дополнительных средств очистки зерна и крупы в состав технологических линий переработки гречихи связано с рядом технических, технологических, организационно-экономических ограничений, требующих обоснованной базы данных для принятия решений по их реконструкции и модернизации. Создание научной базы для принятия указанных решений со-ставляет одну из задач исследований, результаты которых представлены в настоящей работе.
Анализ технологий малотоннажной переработки гречихи показал, что резервы повышения их эффективности в большой степени связны с процес¬сами очистки исходного сырья. Однако изученность этого процесса явно не-достаточна. Большинство исследований проводились на зерновых смесях с малой степенью засоренности относительно фактического уровня качества зерна, производимого в последние годы. Практически отсутствуют знания по очистке продукта, а в этом есть необходимость при высокой засоренности сырья. Поэтому необходимо расширить базу знаний по процессам выделения примесей из сырья гречихи и продуктов его переработки. Необходимо также решать задачи временного хранения и резервирования производства по опе¬ративным запасам исходного сырья.
Учитывая вышесказанное, необходима научная основа для проектиро-вания и эффективного использования перерабатывающих линий. Кроме того необходима база данных для расчета цен за услуги по переработке, с учетом затрат на временное хранение и дополнительную очистку сырья дифферен-цировано по уровням его засоренности и используемым вариантам техноло¬гий подработки сырья.
Актуальность задачи оптимизации вспомогательных операций при пе-реработке гречихи и состояние исследований процессов сепарации предо-пределили цель исследований: повышение эффективности использования линии переработки гречихи за счет оптимизации состава и обеспечения ка¬чества вспомогательных технологических процессов.
Исследования проводились по программе НИР Российской академии сельскохозяйственных наук (задание 01.02) в государственном научном уч-реждении ВИИТиН и Мичуринском государственном аграрном университете в 2002 - 2005 г.г.
На защиту выносятся:
- способ подачи разделяемых компонентов в полость цилиндра, обес-печивающий возможность получения объективных закономерностей для сравнительной оценки режимов работы и параметров сепарирую¬щих устройств;
- экономико-математические модели оптимизации хранения и пере¬валки зерна гречихи с повышенной засоренностью;
- математическая модель оптимизации процессов дополнительной очистки сырья (продукта) при вариантных технологических условиях;
- теоретические закономерности процесса триерной сепарации гречи¬хи с учетом формы, размеров зерновки, вариантов ориентации в ячее, условий выпадения из нее и диапазоны углов подъема зерновок;
- экспериментальные закономерности изменения качественных показа-телей триерной очистки гречихи и крупы от конструктивно-режимных параметров;
- новое сочетание физических эффектов разделения зерновых смесей и техническое средство для их реализации.
1.1. Анализ способов и технических средств приема, накопления и пе- . . ревалки при переработке зерна
Поставка исходного сырья на переработку осуществляется в мешках, а также россыпью в самосвалах и других транспортных средствах. В первом случае необходимы операции ручной разгрузки мешков с машины, переноса, взвешивания, складирования и последующей подачи на переработку. Во вто¬ром случае обеспечивается возможность механизации операций приема, на¬копления и перевалки зерна с использованием традиционных технических средств: автомобилеподъемников, завальных ям, зернопогрузчиков и т.д.
Сырье может временно храниться напольйо или в бункерах. При на¬польном хранении зерно размещают насыпью или в таре на полу склада при высоте слоя не более 4 м в зависимости от влажности и засоренности, кото¬рые определяют сохранность зерна и его потери при хранении /60/. В этом случае зерновая масса соприкасается с наружным воздухом и при проветри¬вании складов от зерна частично отбирается тепло и влага. Это дает возмож¬ность сохранять некоторое время зерно с повышенной влажностью без ак¬тивного вентилирования, располагая его в складе тонким слоем (не более 1 М). Однако зернохранилища с напольным способом хранения имеют сущест¬венный недостаток — малый коэффициент использования объема здания и, в связи с этим, повышенную стоимость. Такие зернохранилища трудно меха¬низировать.
Зерно в бункерах мало соприкасается с атмосферным воздухом, поэтому оно аэрируется незначительно. В бункерах размещают, как правило, сухое зерно. Зерно с повышенной влажностью можно кратковременно хранить при условии, что бункер оборудован установкой для активного вентилирования, а само зерно прошло послеуборочное дозревание.
Технологический объем при хранении зерна в силосах используется на¬много лучше, чем при напольном хранении, проще и дешевле механизиро¬вать трудоемкие работы. Для сооружения бункерного хранилища требуются дорогостоящие и зачастую удаленные от места строительства материалы. Однако затраты на сооружение бункерного хранилища быстро окупаются в результате более высокой производительности труда и низких издержек по эксплуатации.
Под перевалкой понимают перемещение груза от одного технического средства к другому. Различают следующие виды перемещения: вертикальное (вверх и вниз), горизонтальное, под углом к горизонту. Способы перевалки делятся на механизированные и немеханизированные. К последним относит¬ся перемещение грузов вручную.
Наиболее простым является перемещение зерна самотеком под действи¬ем собственной силы тяжести. Здесь характерным показателем является ко¬эффициент трения материала самотечных устройств. Недостатком этого спо¬соба перемещения зерна является то, что угол наклона к горизонту у течек и зернопроводов, по которым движется зерно, должен быть (25...40)°, вследст¬вие чего увеличиваются габариты производственного помещения.
К механизированным средствам перевалки относятся различные виды транспортеров. Для вертикального транспортирования зерна вверх наиболее эффективны нории. При перемещении зерна под углом ленточные транспор¬теры более предпочтительны по сравнению со шнековыми и скребковыми, так как не травмируют зерно при движении. В то же время по техническому исполнению они сложнее вибротранспортеров и самотечных устройств, а по сравнению с пневмотранспортерами имеют ряд технологических и техниче¬ских ограничений (по высоте подачи материала, объемной компановке, за¬грязнению и потерям продукта в процессе транспортирования) /18,27,56,65,69/.
Пневмотранспортеры в настоящее время являются одним из самых пер-спективных видов транспортирования сыпучих материалов. Основное пре-
имущество их применения заключается в возможности полного обеспечения комплексной механизации и автоматизации перевалочных'. Кроме того, пнев-мотранспорт исключает потери груза при транспортировании, улучшает санитарно-гигиенические условия работы и техники безопасности, обеспечи¬вает возможность сочетать процесс транспортирования зерна с рядом других технологических операций (сушка, охлаждение, очистка от примесей и т.д.). • Широкое распространение на зерноперерабатывающих линиях получили также вибрационные транспортеры. Они достаточно эффективны в использо¬вании, не травмируют зерно, позволяют одновременно с транспортированием осуществлять очистку и подогрев зерна /103,122/.
С учетом вышеизложенного, на зерноперерабатывающих предприятиях ( и технологических линиях по переработке зерна в качестве основных техно- / логических средств приема, накопления и перевалки сырья предпочтительно применять завальные ямы, бункера, нории, вибрационные и пневматические ^ транспортеры, а также самотечные устройства.

Список литературы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Анализ качества гречихи, поступающей на переработку, показал, что средний уровень ее засоренности составляет 10%, а максимальный дос¬тигает 40%. В структуре засорителей овес является наиболее трудноотдели¬мой примесью. Без использования средств дополнительной очистки невоз¬можно получить товарную крупу, соответствующую требованиям ГОСТа.
2. Наиболее интенсивный период поступления гречихи на переработ¬ку приходится на сентябрь-декабрь, 68% поступившего сырья относится к 3 технологическому классу качества. Технологические потери при хранении, перевалке и транспортировке пропорциональны массе и времени хранения зерна, зависят от кратности и качества вспомогательных операций.
3. Теоретическим анализом установлены следующие условия для при¬нятия решений по совершенствованию технологии очистки: величина затрат на очистку сырья (продукта) и технологических потерь не должна превышать величину дополнительной выручки от реализации более качественного про¬дукта; стоимость возвратимых потерь должна быть больше затрат на их вы¬деление из отходов.
4. Предложенный метод обоснования технологических классов сырья по засоренности позволил установить ограничительные требования к произ¬водству зерна и приему на переработку: не классное сырье (засоренность свыше 14%) требует увеличения тарифа за переработку на 0,20 руб/кг, что экономически не целесообразно.
5. Впервые аналитическим путем определены диапазоны углов выпа¬дения из ячей частиц тетраэдральной формы (6...72 град) с учетом опреде¬ляющих факторов: частоты вращения триерного цилиндра (3,35...5,0 с'1), со¬отношения размеров зерновок к радиусу ячеи (£/г=0,8...1,12), граничных ва¬риантов размещения зерновки в ячее, и условий выпадения (скольжение, пе¬реваливание).
6. Основное оборудование линии за счет аспирационной системы и Г решетного сепарирования позволяет обеспечить степень выделения приме¬сей, равную 0,63 с вероятностью 0,9. При этом допустимый уровень засо¬ренности исходного сырья составляет 1,08%. Более 99% сырья необходимо подвергать дополнительной очистке с тем, чтобы получить крупу 1-го сорта - с содержанием примесей не более 0,4%.
7. Сочетанием методов непрерывного отбора проб в процессе разде¬ления зерносмесей и регламентированной (раздельными управляемыми по¬токами) подачи зерна и примесей, исключающими традиционные погрешно¬сти эксперимента установлено, что:
- оптимальными положениями лотка с учетом показателя интенсивности очистки гречихи и ядрицы является наклон передней кромки лотка в диапазоне 55...65 град;
- в исследованном диапазоне изменения угла наклона триерного цилиндра от 0 до 1 град, оптимальным по величине потерь следует считать диапа-
j зон 0...0,6 град;
^ - оптимальная частота вращения триерного цилиндра - 3,35 с'1;
- степень выделения примесей при очистке гречихи от овса находится в диапазоне 80...90 %, потери зерна с отходом составляют не более 0,1 %, при очистке ядрицы - степень выделения составляет 90...99 %, потери с отходом не более 3 %.
8. На основе результатов исследований трибометрических свойств зер¬новок, в качестве перспективного предложения запатентовано устройство для выделения длинной примеси из гречихи (патент РФ №2236913), осно¬ванное на сочетании физических эффектов: вязкое трение, форма и размеры.
9. Технико-экономический расчет показал, что при годовой наработке 2640 ч экономический эффект, полученный от повышения качества продук¬ции составляет 1,15 млн. руб.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. G. Pippel, KDT/Ing. О. Walther, KDT. Zellenausleser hochster Leistungsfa- higkeit // Agrartechnik, №11, 1986. c.503-505. Повышение производи¬тельности сепаратора. Агротехника.
2. Абидуев А.А. Исследование процесса выпадения длинных зерен из ячеек цилиндрического триера. - В кн.: Совершенствование технологии и организации уборки и послеуборочной обработки зерна. Новосибирск, 1983 г.
3. Абидуев А.А. Исследование процесса выпадения зерен из ячеек триера опрокидыванием. - В кн.: Индустриальные технологии и средства ком¬плексной механизации с/х производства Сибири. Новосибирск, 1981.
4. Абидуев А.А. Исследование процесса выпадения коротких зерен из ячеек цилиндрического триера. - В кн.: Механизация и автоматизация процессов уборки и обработки зерновых культур. Новосибирск, 1984 г. с. 160-164.
5. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование экспери¬мента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - 279 с.
6. Алленов Д.Н. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., Тамбов 2002 г.
7. Амельянц А.Г., Тишанинов М.А. Метод обоснования технологических классов качества перерабатываемого зерна // Достижения науки и тех¬ники АПК, 2003, №8, с. 29-32.
8. Амельянц А.Г., Тишанинов М.А. Обоснование средств механизации вспомогательных и дополнительных операций технологии переработки гречихи. - Тамбов: ВИИТиН, 2002г. - 68с.
9. Амельянц А.Г., Тишанинов М.А. Частные методики исследований про¬цессов очистки зерна. - Тамбов: ВИИТиН, 2003г. - 49с.
10. Аниканова З.Ф. Качество новых районированных сортов крупяных культур // Основные направления научно-технического прогресса в крупяной промышленности: Сб. докл. Всес. науч.- практ. конф., Крас-нодар, 9-13 апр., 1990, - М., 1991, - с. 33 - 37.