Модернизация линий получения кормовых паток из зернового сырья с использованием функционально-стоимостного анализа

УДК 636. 087 В.В. Аксенов, Е.Г. Порсев, А.К. Гпадков

МОДЕРНИЗАЦИЯ ЛИНИЙ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВЫХ ПАТОК ИЗ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА

В статье приведена оценка изготовления и функционирования технологических линий по производству кормовых паток из зернового сырья на основе функционально-стоимостного анализа, что позволило снизить затраты на изготовление линий и энергопотребление на производство кормовых паток.

Ключевые слова: кормовая патока, зерновое сырье, технологическая линия, энергопотребление, производство.

V.V. Aksenov, E.G. Porsev, A.K. Gladkov MODERNIZATION OF THE LINES FOR FODDER MOLASSES RECEPTION FROM GRAIN RAW MATERIALS WITH THE FUNCTIONAL AND COST ANALYSIS APPLICATION

The estimation of manufacturing and functioning of the technological lines on beet molasses production from grain raw materials on the basis of the functional and cost analysis that has allowed to lower expenses for line manufacturing and power consumption in the process of beet molasses production is given in the article.

Key words: fodder molasses, grain raw materials, technological line, power consumption, production.

Эксплуатация любых производств требует постоянных обновлений как в самих технологиях, так и в модернизации технических средств, на которых осуществляются технологические процессы.

Один из возможных путей совершенствования технологических процессов - выявление недостатков в процессе эксплуатации и их ликвидация, или уменьшение негативного влияния на ход процессов. Этот эволюционный подход имеет право на существование, однако его реализация длительна во времени и не всегда приводит к желаемым результатам.

Модернизация технологий и технических средств на основе функционально-стоимостного анализа более революционный путь улучшения функционирования производства и его результативность более высокая.

Под функционально-стоимостным анализом (ФСА) понимается метод системного исследования функций объекта (изделия, процесса, структуры), направленный на минимизацию затрат в сферах проектирования, производства и эксплуатации объекта при сохранении или повышении его качества и полезности [1]. Цель метода ФСА может быть сформулирована как выявление в объектах исследований излишней стоимости и энергопотребления и нахождение путей их уменьшения [2].

При проведении ФСА на этапе проектирования и совершенствования конструкции и технологической подготовки производства решаются следующие задачи [3-5]:

- отработка конструкции на технологичность;

- разработка оптимальных технологических процессов;

- выбор надежных средств технического оснащения;

- совершенствование технологии производства;

- совершенствование структуры и отдельных видов технического оснащения;

- оптимизация организации производства.

Все работы по проведению ФСА - технологии и организации производства - необходимо осуществлять последовательно по этапам [3, 4]: подготовительному, информационному, аналитическому, творческому, исследовательскому, рекомендательному и внедренческому.

Подготовительный этап. Целью этапа является проведение организационных мероприятий, необходимых для обеспечения выполнения ФСА анализируемого объекта.

Анализируемый объект - технологическая линия производства кормовых паток из различных видов крахмалосодержащего сырья [6].

Информационный этап. Цель этапа - сбор и изучение технико-экономической информации об объектах исследования (конструкциях машин и технологических процессах изготовления и сборки). При этом подбираются наиболее существенные данные, позволяющие получить полную характеристику объекта анализа.

Наряду с исходной подбирается предварительная информация, ориентирующая на совершенствование исследуемого объекта, которая помогла бы определить первоначальные направления такого совершенствования, послужила бы стимулятором поиска новых решений для выполнения объектом требуемых функций. Это могут быть сведения о конструкции, технологических процессах изготовления, применяемых предметах и средствах труда, экономических условиях, результатах производства и реализации изделия, о показателях его эксплуатации.

Аналитический этап. В отличие от анализа серийно выпускаемых изделий, ФСА на стадии НИР и ОКР имеет свои особенности. Наиболее характерными из них являются:

- увязка этапов ФСА с традиционными этапами НИР и ОКР;

- периодичность проведения анализа на каждой стадии НИР и ОКР, достигаемая повторением сочетания аналитического, творческого и рекомендательного этапов ФСА.

Функциональная модель обычно строится в два приема: первоначально на основании технических требований заказчика с учетом аналога проектируемого изделия, а затем на основании выдвинутых идей и решений при компоновке вариантов конструкции изделия.

В результате проведенных исследований и полученных экспериментальных данных разработана и запатентована принципиально новая технология глубокой переработки зерновых крахмалоносов на кормовые сахаропродукты с содержанием легкоусвояемых сахаров от 16 до 31 %, основанная на гидромеханическом и гидроимпульсном воздействии на сырьё [6-8]. Данная технология внедрена на базе ряда сельхозпроизводителей в Новосибирской и Томской областях, Алтайском и Красноярском крае.

Предлагаемый способ биоконверсии зерновых крахмалоносов осуществляется за счет технических средств, на которых все технологические операции скоординированы и представляют единый технологический комплекс: от очистки и активации используемой воды до хранения готовой продукции.

Производительность действующих технологических линий составляет до 12 т в смену (с возможностью увеличения производительности). Общая установленная на линии электрическая мощность 35 кВт, энергопотребление ~ 15 - 17кВтч на 1 т выпускаемой продукции.

Технология переработки зерновых крахмалоносов на кормовые патоки включает 5 этапов: подготовка зерна, подготовка воды, получение зерновой суспензии, её клейстеризация с последующим ферментативным разжижением и ферментативным осахариванием зернового крахмала (рис. 1). Подготовка зернового сырья заключается в измельчении зерна до фракции крупной дроблёнки.

Подготовка воды необходима, с одной стороны, для ее очистки от тяжелых металлов, в первую очередь от железа, свинца, хрома и т.п., органических примесей, а также для корректировки рН среды, так как оптимальные результаты для ферментативного гидролиза крахмалов наблюдаются в диапазоне значений рН от 4,0 до 5,5. Для этого водные растворы солей подвергают электродиализу с отбором кислой фракции электроактивированной воды. Смешивание измельченного зерна с подготовленной водой ведут в специальном аппарате - роторно-пульсационном диспергаторе (РПД). Соотношение воды и зернового сырья зависит от вида последнего и лежит в диапазоне сырье : вода = 0,75 - 1,5 : 3.

После внесения дробленого зерна смесь перемешивают в РПД до 2 ч. В ходе перемешивания происходит разогрев массы до 60-75°С и полная гомогенизация водно-зерновой суспензии. При такой термомеханической обработке суспензии происходит желатинизация крахмала, находящегося в зерне, в результате чего вязкость раствора значительно повышается. Для разжижения раствора добавляют амилолитиче-ские ферменты. После разжижения вносят глюкоамилазный препарат и проводят осахаривание крахмала. Общая продолжительность процесса зависит от вида сырья и находится в пределах 6-8 ч.

Рис. 1. Структурная схема линии приготовления зерновой патоки

В результате такой обработки зернового сырья получаются кормовые смеси, содержащие легкопере-вариваемые углеводы - глюкозу и мальтозу.

Функциональная модель линии. В каждом из этих устройств можно выделить общие структуры, некоторые из которых близки и по конструктивному исполнению (емкости, транспортеры, насосы и др.). По функциональному назначению необходимо их подразделять на рабочие органы, осуществляющие воздействие на продукт, источник энергии, управление потоком энергии и среду, по которой энергия передается.

Выполнение устройствами и их механизмами своих функций может сопровождаться нежелательными эффектами (НЭ). Анализ работы технологической линии позволил выявить и классифицировать эти нежелательные эффекты. Их перечень при различных технологических операциях приводится в таблице.

Перечень нежелательных эффектов

Обозначение Описание НЭ при различных технологических операциях

НЭ 1 Загрязнение зерна инородными включениями; слеживание и комкование зерна, повышение уровня зараженности микрофлорой

НЭ 2 Увеличение энергопотребления, возможное ухудшение качества зерна, засорение металлическими включениями

НЭ 3 Неоднородное дробление зерна, увеличение энергопотребления, запыление помещения, засорение металлическими включениями

НЭ 4 Окисление продукта, слеживание и зависание продукта

НЭ 5 Зависание массы зерна, увеличение трудозатрат

НЭ 6 Увеличение материалоемкости производства

НЭ 7 Увеличение энергопотребления и металлоемкости

НЭ 8 Увеличение энергопотребления, повышение опасности химического отравления и взрывоопасность

НЭ 9 Увеличение энергопотребления

НЭ 10 Увеличение энергопотребления и металлоемкости

НЭ 11 Увеличение энергопотребления и металлоемкости, увеличение трудозатрат на подготовку производства

НЭ 12 Увеличение затрат на обеспечение параметров хранения, дополнительная дезинфекция емкости хранения, увеличение металлоемкости

Следует обратить внимание и на следующее обстоятельство. В общем структура отражает только наиболее устоявшиеся, статические связи в системе. А так как действительные свойства системы обычно проявляются через динамические связи, действия и взаимодействия, то и возможности познания этих свойств в большей мере появляются при функциональном описании системы.

Проведенный анализ по классификации функций, выполняемых устройствами линии, позволил разделить их на основные (О) и вспомогательные (В) (рис. 2).

Для совместного рассмотрения технологических процессов, функций (основных и вспомогательных), выполняемых устройствами линии и возникающих при этом нежелательных эффектов, требуется их совмещение. Результаты совмещения отражены на рис. 2.

Свертывание функций технологической линии. Подготовленные данные позволяют перейти к свертыванию функций. Свертывание конструкции производится с целью повышения идеальности анализируемого изделия в соответствии с объективными закономерностями развития технических систем.

Процедура свертывания конструкций заключается в последовательном рассмотрении элементов структурно-элементной схемы изделия и выяснении возможности функционирования изделия без рассматриваемого элемента. Для каждого элемента конструкции формулировка свертывания записывается следующим образом: "изделие (указать) может успешно функционировать без элемента (указать), если (указать условия)". При свертывании конструкции ставится задача ликвидировать все элементы-носители ненужных и вспомогательных, а по возможности и основных функций. При этом полезные функции свернутых элементов (основные и вспомогательные) передаются оставшимся элементам конструкции. Свертывание техпроцесса производится с целью повышения его идеальности в соответствии с объективными закономерностями развития технических систем, снижения материальных и энергетических затрат.

Процедура свертывания техпроцесса заключается в последовательном рассмотрении элементов структурно-элементной схемы техпроцесса и выяснении возможности изготовления изделия без рассматриваемых элементов. Для каждой составляющей техпроцесса формулировка свертывания записывается следующим образом: изделие, элемент конструкции можно изготовить, не выполняя техпроцесс, операцию, если определены условия [3, 4]. Для технологий при свертывании исключаются или упрощаются технологические операции.

Рис. 2. Совмещение функций и нежелательных эффектов