Подход к повышению эффективности комплексов послеуборочной обработки зерна

Литература

1. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, И.Н. Добычин, В.С. Комба-лов. - М.: Машиностроение, 1997. - 528 с.

2. Торопынин, С.И. Коэффициенты и площади трения поверхностей дисков фрикционов тракторов «Кировец» / С.И. Торопынин, А.Ю. Селин // Вестн. КрасГАУ. - 2007. - №3 (18). - C.l55—159.

3. Евдокимов, Ю.А. Экзоэлектронная эмиссия при трении / Ю.А. Евдокимов, Ю.И. Семов. - М.: Наука, 1973. - 180 с.

4. Новиков, И.И. Теория термической обработки металлов: учеб. пособие / И.И. Новиков. - М.: Металлургия, 1986. - 480 с.

5. Термическая обработка в машиностроении: справ. / под ред. Ю.М. Лахтина. - М.: Машиностроение, 1980. - 783 с.

6. Вилль, В.И. Сварка металлов трением / В.И. Вилль. - Л.: Машгиз, 1959. - 88 с.

7. Михеев, М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева. - М.: Энергия, 1973. - 207 с.

'-------♦------------

УДК 631.36:664.7 Н.В. Цугленок, О.Г. Дьяченко, С.К. Манасян, Ю.А. Книга

ПОДХОД К ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСОВ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА

В статье описывается один из возможных подходов к повышению эффективности комплексов послеуборочной обработки зерна, применимый для большинства сельскохозяйственных предприятий страны, а также некоторые экономические аспекты его организации.

Ключевые слова: зерно, комплекс послеуборочной обработки зерна, технология.

N.V. Tsuglenok, O.G. Dyachenko, S.K. Manasyan, Yu.A. Kniga THE APPROACH TO THE INCREASE OF THE AFTERHARVEST GRAIN PROCESSING COMPLEXES EFFICIENCY

One of the possible approaches to the increase of the afterharvest grain processing complexes efficiency suitable for the majority of the country agricultural enterprises and also some economic aspects of its organisation are described in the article.

Key words: seed, afterharvest grain processing complexes, technology.

В течение многих лет такие ведущие международные организации, как Организация экономического сотрудничества и развития, Продовольственная сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) и Всемирная организация здравоохранения проявляют большую озабоченность в связи с неблагоприятной продовольственной ситуацией в мире. Многочисленные исследования экспертов показывают, что современная ситуация в экономике питания позволяет богатым странам мира не только ежегодно закупать зерно для использования в продовольственных целях, но и направлять его на корм скоту, в то время как развивающиеся страны не могут получить даже минимального количества зерна непосредственно для питания людей. Наша страна в этом отношении занимает промежуточное положение, и решение проблем послеуборочной обработки зерна имеет большое значение для обеспечения продовольственной безопасности. Ежегодно сотни тысяч тонн пшеницы, риса и сои во всем мире становятся жертвой плесневых грибов, насекомых-вредителей хлебных запасов, грызунов и птиц. Особенно это характерно для бедных стран. При этом, в силу действия закона уменьшающегося предельного производства (математически выражающегося пороговыми функциями логистического характера), урожаи в богатых странах за счет применения удобрений изменяются незначительно (как и потери в результате применения более совершенных технологических комплексов послеуборочной обработки зерна), тогда как в других странах то же количество удобрений (как и более эффективные машинные технологии) дало бы гораздо больший эффект.

Зерно в любой год убирают и обрабатывают на протяжении относительно короткого периода времени (1-3 месяца в зависимости от вида культуры). Для первичной обработки, хранения и транспортировки его в районы потребления требуется разветвленная система средств (комплексов послеуборочной обработки зерна). Они могут быть подразделены на шесть категорий: хозяйственный зерноток (зерноочистительносушильный пункт хозяйства); местный элеватор (для подработки и хранения зерна, убранного с полей окружающих хозяйств; региональный элеватор (располагается в зоне высокой плотности населения - районном центре и т.п.); экспортный элеватор; импортный элеватор; элеваторы, расположенные на перерабатывающих предприятиях. Комплекс послеуборочной обработки зерна каждой из этих категорий должен быть обеспечен необходимыми машинами и технологическим оборудованием соответствующей производительности и вместимости (поэтому наиболее удобным представляется обеспечение наиболее дробного типоразмерного ряда - «линейки» - на основе создания техники, имеющей блочно-модульную структуру) [1].

В то же время рост механизации и повышение производительности зернотоков и элеваторов - одна из причин несчастных случаев, число и тяжесть которых в последние десятилетия значительно возросли (особенно при работе в закрытых пространствах сушильных камер, силосах и бункерах; при фумигации зараженного зерна; при погрузочно-разгрузочных работах; работе вблизи или на узлах зернотранспортных средств, а именно на нориях, ленточных, скребковых и винтовых конвейерах, а также при пожарах и взрывах пыли). Необходимо отметить, что в общем случае, как конструкторы, так и обслуживающий и ремонтный персонал, в недостаточной степени оценивают опасность взрыва пыли и пожаров, имеющую очень важное значение и тяжелые последствия [2].

Зерно - живая субстанция. Уже через десять дней, в силу естественных биофизических процессов, оно начинает терять клейковину и свою питательную ценность. Превращается из продовольственного в фуражное, теряет качество и рыночную стоимость (с переходом в более низкий класс оно теряло в среднем по 350 руб. за тонну по ценам 2007 года).

По экспертной оценке специалистов ВНИИЗ (Резчиков В.А. и др.), потери зерна в среднем по России составляют 17%, что больше по сравнению с дореформенным периодом в 2-3 раза. В отдельных регионах при неблагоприятных погодных условиях хозяйства теряют по 25-40% собранного урожая. В это время средний мировой показатель потерь составляет 5%. Разрыв колоссальный.

Производительность комбайнов в России недостаточна, изношен машинно-тракторный парк, недостаточно единиц техники. Уборка ведется в любую погоду, круглосуточно, в результате чего с полей поступает сырое и засоренное зерно. И при этом производительность пунктов послеуборочной обработки отстает от уборочной техники в 2-3 раза [3].

Опираясь на указанные данные, совершенно очевидна необходимость повышения производительности комплексов с целью уменьшения послеуборочных потерь урожая [1-3].

Основными способами повышения производительности комплексов при их модернизации могут являться увеличение количества оборудования либо замена имеющегося на более производительное. Однако при заниженных финансовых возможностях большинства сельскохозяйственных предприятий эти способы трудноосуществимы. Значит нужно изыскивать имеющиеся скрытые ресурсы повышения эффективности работы зерноочистительно-сушильных комплексов.

В качестве одного из способов достижения поставленной задачи нами предлагается заменить стандартный приемный бункер (завальную яму) на вентилируемый приемно-загрузочный бункер.

Загружаемое зерно при нахождении в предлагаемом бункере активно вентилируется подогретым воздухом. В связи с этим зерновая масса теряет влагу, находящуюся на ее поверхности, в результате чего становится более пригодной для очистки. Отметим, что для эффективной работы зерноочистительных машин влажность поступающего материала не должна превышать 18%. Конструкции таких специализированных приемных бункерных установок [4] и многоцелевых [5], применяемых не только для подсушивания и предварительного подогрева до основного процесса в зерносушилках, но и для досушивания (при недоведении до кондиционной влажности зерна) после сушки в зерносушилке до 17-18%, разрабатываются на кафедре сельскохозяйственных и мелиоративных машин КрасГАУ.

При наиболее широко распространенном в сельском хозяйстве конвективном способе сушки теплота, необходимая для нагрева материала и испарения из него влаги, передается ему конвекцией от теплоносителя (агента сушки), одновременно играющего роль и влагопоглотителя и массоносителя. При этом в общем случае кинетика процессов тепло- и массообмена в упрощенном и усредненном виде представляется в виде следующих основных положений теории сушки, разработанной академиком А.В. Лыковым [4] .

В начальный период (рис. 1, участок 0-11), материал нагревается, а влага в основном испаряется с его поверхности.

Второй период сушки (от 11 до 12) происходит при постоянной температуре етах материала. Скорость сушки АШМ в этот период достигает максимального значения.

Рис. 1. Диаграмма сушки зерна

В отличие от осредненного процесса сушки коллоидных капиллярно-пористых тел, оптимальная динамика сушильного процесса характеризуется следующими особенностями (и достижима при выполнении соответствующих условий):

- наименьшая продолжительность первого периода (т.е. наискорейшее достижение зерном предельно допустимой температуры нагрева);

- поддержание этой максимальной температуры зерна на примерно постоянном уровне на протяжении второго периода сушки;

- полное исключение третьего периода сушки (т.е. либо выпуск зерна из сушильной камеры в момент перехода состояния процесса из второго периода в третий, либо начало процесса охлаждения зерна с этого момента).

Так как зерновая масса из приемного бункера будет подаваться с пониженной влажностью и повышенной температурой, то длину участка 04і на графике можно уменьшить. В действительности это будет проявляться как уменьшение времени прогрева зерна и достижение наибольшей скорости сушки [6].

На схеме, представленной на рис. 2, изображена логическая структура работы и влияния предлагаемого устройства [7] на машины и оборудование комплексов, расположенных по технологической цепочке.

Рис. 2. Влияние приемно-загрузочного бункера на эффективность работы оборудования комплекса

по очистке и сушке зерновых культур

Таким образом, внедрение применяемого устройства позволяет повысить производительность зерноочистительно-сушильного комплекса за счет:

- подачи зерновой массы с более низкой влажностью, обеспечивая достаточно высокое качество очистки на зерноочистительных машинах;

- уменьшения времени на достижение наибольшей скорости сушки (участка 11-12); повышения производительности зерносушилки;

- усовершенствования технологической схемы комплекса послеуборочной обработки зерна, а в случае применения многофункциональных бункерных приемно-накопительных сушильно-вентиляционных устройств, использования гибкой поточной технологии с учетом изменения условий функционирования комплекса.

Разработка недорогих, но эффективных технических средств и технологических схем их рационального использования, позволит при условии одновременного проведения соответствующей перестройки экономических структур скорректировать указанную выше пагубную глобальную тенденцию и повернуть ее на устранение неравенства в производстве и распределение зерна, а также в определенной степени сгладить негативные тенденции, связанные со сложившимся с 90-х годов диспаритетом цен между сельскохозяйственной техникой и сельскохозяйственной продукцией.

Возможно для этого должна быть создана новая международная организация (имеющая свои региональные отделения во всех областях, участвующих в экспорте и импорте зернопродуктов), ответственная за все аспекты производства, обработки, хранения и переработки зерна. Основными ее функциями и задачами (при условии, что все заинтересованные стороны демонстрируют свою добрую волю) могут быть следующие: тщательная организация рынка наиболее важных зерновых товаров; накопление сбалансированных резервных запасов; стабилизация цен на основные зерновые товары и другую сельскохозяйственную продукцию стратегического значения с установлением их нижних границ и диапазонов возможного изменения; лучшая организация потока зерновой продукции и других продовольственных товаров из стран-экспортеров в страны-импортеры. Это позволит сгладить негативные тенденции, связанные со сложившимся диспаритетом цен между сельскохозяйственной продукцией (в частности, зерновой) и пищевой перерабатывающей продукцией (в частности, хлебопекарной).

Конкуренция в зерновом бизнесе требует эффективных комплексов послеуборочной обработки зерна: совершенных зерносушилок; зерноочистительных машин; зернохранилищ; норий; транспортеров; конвейеров; бункеров активного вентилирования; зернометателей; протравливателей; дозаторов; датчиков, детекторов и других устройств для контроля уровня материала (зерна), скорости, температуры, влажности, нагрузки, повреждения заземления, статического электричества, потока, положения (задвижек, перекидных клапанов, телескопических самотеков, распределительных устройств), трения ленты, давления в матерчатом фильтре аспирационной системы, искрения; пультов управления; систем блокировки, сигнализации, автоматизации, микропроцессорных систем управления [8]. Важными условиями их эффективной работы являются невысокие затраты труда, повышение прибыльности, уменьшение простоев, более высокая производительность, а также надежность оборудования и выполнение всех требований безопасности.

Литература

1. Манасян, С.К. Технологии сушки зерна («Чем суше, тем лучше») / С.К. Манасян // Агропресс. - 2008. -№ 3. - С. 8-11.

2. Цугленок, Н.В. Проблемные вопросы сушки и послеуборочной обработки зерна / Н.В. Цугленок, С.К. Манасян // Ресурсосберегающие технологии механизации сельского хозяйства: прил. к «Вестн. КрасГАУ». - Красноярск, 2003. - №1. - С.122-125.

3. Цугленок, Н.В. Современное состояние и перспективы развития зерносушильной техники / Н.В. Цугленок, С.К. Манасян, Н.В. Демский // Проблемы современной аграрной науки. - Красноярск, 2008. - 66 с.

4. Цугленок, Н.В. Теоретические основы процессов тепло- и массообмена при сушке зерна / Н.В. Цугленок, С.К. Манасян // Ресурсосберегающие технологии механизации сельского хозяйства: прил. к «Вестн. КрасГАУ». - Красноярск, 2004. - № 2. - С. 52-54.

5. Манасян, С.К. Математическое моделирование процесса сушки зерна / С.К. Манасян, Д.В. Глездов, В.М. Усольцев // Ресурсосберегающие технологии механизации сельского хозяйства: прил. к «Вестн. КрасГАУ». - Красноярск, 2003. - №1. - С. 125-129.

6. Манасян, С.К. Матричная модель состояния сложной технической системы / С.К. Манасян // Ресурсосберегающие технологии механизации сельского хозяйства: прил. к «Вестн. КрасГАУ». - Красноярск, 2003. - №1. - С.135-140.

7. Цугленок, Н.В. Новые технологии сушки и сепарации зерна / Н.В. Цугленок, С.К. Манасян // Аграрная наука на рубеже веков: мат-лы регион. науч. конф. - Красноярск, 2006. - 272 с.

8. Манасян, С.К. Мониторинг процесса сушки зерна в позонной шахтной зерносушилке I С.К. Манасян II Аграрная наука на рубеже веков: мат-лы регион. науч. конф. - Красноярск, 2006. - C. 273-275.

'--------♦------------

УДК 636.087 С.М. Биркин, Н.М. Антонов

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СХЕМЫ АНАЭРОБНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА

Намечены задачи повышения эффективности функционирования биогазовых установок с теплоэнергетической точки зрения. Рассмотрены преимущества и недостатки нескольких технологических схем обогрева биогазовых установок, предназначенных для утилизации навоза животноводческих ферм и комплексов в различных климатических условиях.

Ключевые слова: биогаз, биореактор, анаэробный, температура, теплоснабжение, навоз, утилизация, субстрат, схема.

S.M. Birkin, N.M. Antonov

PERFECTION OF THE SCHEME OF ANAIROBIC PROCESSING OF THE WASTE OF ANIMAL INDUSTRIES

Imrovement of the scheme of stock-breeding waste anaerobic processing. The tasks to increase biogas installations fanctioning efficiency from the heat power standpoint are given in the article. Advantages and disadvantages of the technological schemes of biogas installations heating intended for utilization of stock-breeding farms and complexes manure in different climatic conditions are considered.

Key words: biogas, bioreactor, anaerobic, temperature, a heat supply, manure, utilization, substratum, scheme.

Животноводческие предприятия постоянно сталкиваются с проблемой утилизации и переработки больших масс экскрементов. Существующие мероприятия по утилизации биологических отходов характеризуются значительными капитальными затратами и требуют существенных трудовых и энергетических затрат [1].

В связи с постоянным ростом цен на энергоносители наиболее перспективным способом обработки и обеззараживания жидкого навоза на животноводческих комплексах является его анаэробная переработка в биогазовых установках. Применение биогазовых установок (БГУ) позволяет не только производить очистку сточных вод, но также получать ценное удобрение и органическое топливо - биогаз.

Для протекания процесса анаэробного сбраживания необходимо: проводить предварительный подогрев биомассы до необходимой температуры; поддержанивать постоянный уровень температуры; постоянно подавать подготовленные питательные вещества в биореактор; следить за стабилизацией консистенции сбраживаемого материала в реакторе путем полного перемешивания одновременно с подачей питательных веществ - свежего субстрата.

Анаэробная переработка отходов приводит к необходимости направлять до 40-50 % продуцируемого биогаза на теплоснабжение технологического оборудования, остальное количество биогаза можно использовать для внутрихозяйственных нужд животноводческих комплексов. При работе оборудования в системах термической обработки навоза происходят большие потери тепла, а имеющиеся теплообменные устройства малоэффективны и ненадежны при работе на навозных стоках [2]. Увеличить долю товарного биогаза можно путем совершенствования энергоснабжения биогазовой установки [4].

Повышение энергоэффективности биогазовых установок необходимо рассматривать в контексте решения следующих задач:

- уменьшение затрат тепла по статьям расхода на собственные нужды установки, определение наиболее эффективных теплообменников;

- уменьшение механических и электрических затрат на перемещение и перекачку жидкостей;

- увеличение скорости протекания реакций, что позволит увеличить дозы загрузки биореактора.

Способ обогрева БГУ осуществляется по следующим схемам. По принципу подключения к сетям теплоснабжения можно выделить однотрубную и двухтрубную схемы (рис. 1-2). Основное различие предла-