XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

В соответствии с приоритетными направлениями развития науки и техники «Энергоэффективность и энергосбережение», а также «Рациональное природопользование и ресурсосбережение», организация любого производства, в том числе и сельскохозяйственного должна соответствовать современным стандартам. Это требование подтверждается также и необходимостью обеспечения технологического суверенитета. В настоящее время наблюдается рост производства сельскохозяйственной продукции. Постоянно повышается ее качество. Отечественные селекционеры добиваются значительных успехов при выведении новых пород животных и сортов овощей и фруктов. Однако, остается актуальным вопрос переработки сельскохозяйственной продукции. Анализ современных методов переработки показал, что наиболее перспективными являются электротехнологические методы воздействия. Они соответствуют требованиям энергоэффективности и способствуют интенсификации традиционных процессов. Среди основных следует выделить следующие продукты животноводства: мясо, молоко, шерсть. Однако, ассортимент продукции значительно расширяется, когда первичные продукты перерабатываются с использованием современных пищевых технологий. Для эффективной переработки необходимы процессы нагрева, выпаривания, измельчения, перемешивания, обеззараживания, охлаждения, сушки или увлажнения. Все перечисленные процессы могут быть интенсифицированы электротехнологическими методами воздействия с использованием электрической энергии.

В сельскохозяйственных электротехнологиях применяются различные формы электрической энергии:

 энергия электромагнитного поля разных частот;

 энергия электрического поля широкого спектра частот;

 энергия постоянного и переменного электрического тока от микро- до макровеличин, включая электроимпульсные токи.

Электроэнергия на обрабатываемые объекты может оказывать тепловое, механическое, физико-химическое и биологическое действие. Электрический ток в электролитах – это направленное движение ионов в электрическом поле, а прохождение электрического тока в электролите сопровождается поляризацией среды, массопереносом и электрокинетическими явлениями такими как электроосмос, электрофорез. Поляризация – смещение и выравнивание электрических потенциалов под действием электрического поля.

Поляризация бывает электронная, ионная, миграционная, ориентационная.

Электролиз – это совокупность окислительно-востановительных реакций, протекающих на электродах, помещенных в электролит при прохождении через него постоянного электрического тока.

Электроосмос – это движение жидкости через капилляр или пористую диафрагму под действием сил внешнего электрического поля. Электроосмос обусловлен тем, что на границе двух фаз (твердой и жидкой) за счет перераспределения электрических зарядов образуется двойной электрический слой. Если вдоль границы этих сред приложить разность потенциалов от внешнего источника, то заряженный слой жидкости под действием сил внешнего поля будет перемещаться в сторону противоположно заряженного источника, увлекая за собой за счет внутреннего трения и слои незаряженной жидкости. Так возникает движение жидкости относительно твердой фазы.

Электрофорез – это движение частиц твердой фазы суспензии вместе с адсорбированными на их поверхности ионами, которые под действием сил внешнего электрического поля будут перемещаться в сторону противоположно заряженного полюса.

Кроме основных видов первичной продукции представляют интерес отходы производства, потенциально пригодные для использования в кормовой промышленности.

К таким видам вторичного сырья можно отнести отходы шерстомойного производства — белок, жир и другие питательные вещества, которые остается в отходах, переработки и остаются в сточных водах.

Соответственно необходимо разработать технологические основы для переработки вторичных отходов (выпады из-под трясилок трепальных машин, сеток сушильных и пыльных камер, осадок от сточных вод и чистки моечных машин), которые в естественном виде не могут быть непосредственно использованы, как удобрения или корм.

На этапе поисковых исследований была проведена работа по выявлен ию возможности утилизации безвозвратных отходов и использования их в качестве нового вида сырья. Изучение компонентного состава и свойств отходов производства позволило разработать технологию переработки их в кормовых целях.

Схема переработки представлена на рис. 1.

Рисунок 1. — сема переработки отходов шерстомойного производства

По условиям технологии полученный гидролизат фильтруется и поступает либо на сгущение в выпарной аппарат, либо в сушилку. Наибольший интерес представляет технологическая линия, в которой осуществляется высушивание полученного продукта. Это осуществляется в сушилке, производительностью не менее 60 дм3 испаренной влаги в час. Во время сушки температура на фильтре не должна превышать (70±5) °С, на выходе — (60±5) °С. В результате получают сухой сыпучий порошок темно­коричневого цвета со специфическим, не гнилостным и без затхлости запахом с массовой долей сухих веществ (90±3) %, в том числе сырого протеина не менее 13%. Размеры частиц должны быть в пределах 3-6 мм. Полученный сухой гидролизат подают на фасовочное устройство для расфасовки и упаковки. Таким образом, из отходов производства, не использующихся ранее на какие – либо цели, получается ценный пищевой продукт – кормовая добавка с содержанием белка не менее 13%, при добавлении которой в рацион животных сокращаются затраты дорогостоящих белковосодержащих продуктов. Анализ технологического оборудования для осуществления наиболее энергоемкого процесса сушки показал, что наиболее перспективным видом воздействия является электротехнологический способ инфракрасного (ИК) облучения [1 - 4]. При этом, экспериментальные исследования показали, что наиболее перспективными являются ИК-облучатели Сравнительные исследования двух видов длинноволновых инфракрасных облучателей в процессе сушки отходов шерсти в сопоставимых условиях показали, что термический к.п.д. инфракрасного облучателя, выполненного на основе трубчатых и слюдопластовых электронагревателей на 15...20% выше к.п.д. инфракрасного облучателя, выполненного на основе нихромовых электронагревателей (рис. 2).

Рисунок 2. — Экспериментальные кривые нагрева сырья при облучении облучателями 1 — ИК-облучатель на основе нихромовых излучателей; 2 — ИК-облучатель на основе трубчатых слюдопластовых излучателей

ВЫВОДЫ

Для обеспечения технологического суверенитета необходимо постоянно проводить оценку существующих технологий переработки пищевой продукции. Переработка пищевых отходов с использованием современных технологий посредством электротехнологических методов воздействия позволяет получать новые виды продуктов, перспективных для сельскохозяйственного производства, отвечающих требованиям качества, энергоэффективности и ресурсосбережения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Беззубцева М.М., Волков В.С. Энергоэффективные электротехнологии и электрооборудование агроинженерного сервиса, природопользования, переработки и хранения сельскохозяйственной продукции: практикум для обучающихся по направлению 35.04.06 Агроинженерия, профиль «Электротехнологии и электрооборудование». – СПБ: СПбГАУ, 2022. – 154 с.

Беззубцева М.М., Ковалев М.Э. Электротехнологии переработки и хранения сельскохозяйственной продукции – учебное пособие, 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 242 с.

Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В., Обухов К.Н. Инновационные электротехнологии в АПК: учебное пособие, 2015. – СПб.: СПбГАУ. – 148 с.

Арендарчук А.В/ Электротермическое оборудование направленного излучения / А.В. Арендарчук, А.П. Слободский. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 80с.