Научно-технические аспекты разработки системы и устройств для производства инновационных продуктов на основе соево-растительных композиций

Дальневосточный регион и, в частности, Амурская область являются основным производителем соевого зерна. Семена сои и продукты ее переработки - это ценные высокобелковые продукты с высоким содержанием жира, витаминов и минеральных солей. Такой набор веществ, при скармливании его животным и птице, существенно повышает биологическую ценность рационов и служит основой для повышения их продуктивности [1, 2].

Однако при этом необходимо обеспечить повышение степени поедаемости сои, а также биологической доступности содержащегося в ней протеина. С этой целью семена сои необходимо подвергать дополнительным процессам обработки. Таким образом, решение вопроса подготовки семян сои к вскармливанию для использования их в рационах сельскохозяйственных животных и птицы является актуальной народнохозяйственной проблемой.

Цель исследования

Целью исследования является разработка методологического подхода к получению инновационных продуктов на основе соево-растительных композиций.

Материал и методы исследования

Вполне очевидно, что процесс получения продуктов на основе соево-морковных композиций в виде заменителя молочных кормов (ЗМК) и концентрированных кормов (КК) на основе нерастворимого жомового соево-растительного остатка (НЖСРО) связан с определенными материальными и трудовыми затратами.

В связи с этим на стадии проектирования данного процесса возникает объективная необходимость в оценке вариантов с целью выбора наиболее эффективного из существующих или вновь разрабатываемых.

В основу такой оценки должна быть положена величина дохода, получаемого как производителем инновационных кормовых продуктов, так и потребителем, осуществляющим замену более дорогостоящего кормового продукта на менее дорогостоящий, например цельного молока на ЗМК на основе соево-растительной композиции.

Результаты исследования и их обсуждение

С учетом вышеуказанных факторов экономико-математическую модель оценки технологических и технических решений на стадии проектирования данного процесса можно представить следующей системой уравнений:

Э =У C —З -С).Q . t.k ^ max;

i            pi      Э      ИС      i       и

ПЗ

У( З + Ен . К )• Q . t. k ^ min;

Э   Нi   i   и

где Э i - экономический эффект от производства ЗМК и КК; к н - коэффициент, учитывающий налоговые отчисления; C pi , З э и С ис - стоимость соответственно заменителя молочных кормов и комбикормов, эксплуатационные расходы, а также стоимость исходного сырья и т.д. (семян сои, тыквы, моркови и воды); Q i - производительность линии по производству ЗМК и КК; t - время работы линии; к и - коэффициент использования времени работы линии; ПЗ - приведенные затраты; Е н — нормативный коэффициент эффективности ( Е н =0,15); К — капитальные вложения; N yд — энергоемкость процесса производства ЗМК и КК; N - потребляемая мощность; X — степень измельчения исходного сырья.

На рисунке 1 представлена схема классификации основных операций по получению

ЗМК.

Рисунок 1 - Схема классификации основных операций процесса приготовления кормовых продуктов на основе соево-растительных композиций

Требования, предъявляемые к процессу приготовления продуктов жидкой и сухой формы, получаемых на основе соево-растительных композиций:

• -    жидкая фракция, получаемая на основе соево-растительных композиций, должна содержать количество сухих веществ не менее 10-12 %;

• -    сушеная жомовая фракция в виде нерастворимого соево-растительного остатка должна содержать сухие вещества в количестве не менее 88-90 %.

Получить данные продукты возможно и целесообразно в результате реализации технологической схемы, включающей следующие операции (рис. 2): подача сырьевых компонентов в виде замоченных семян сои, измельченной или тыквы или моркови, воды ^ смешивание ^ подача соево-растительной композиции на измельчение и экстракцию ^ отжим жидкой фракции и ее накопление в резервуаре - танке ^ сбор жомовой фракции на лотки и ее сушка в сушилке с использованием активного вентилирования.

Рисунок 2 - Принципиальная технологическая схема приготовления соево-морковных продуктов

Структурная схема линии производства данных видов продуктов представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Структурная схема процесса производства продуктов жидкой и сухой формы на основе соево-растительных композиций: У вх (1) - входные управляемые параметры процесса;

У вых '(1 1 )(К св ), У вых” (1 2 )(К св- ), У вых" '(1 з )(К св"' ) - выходные параметры процесса, где К св - концентрация сухих веществ; МФУ - многофункциональное устройство; АЗМ - агрегат для приготовления заменителя молока; СУ - сушильное устройство

Реализация данной схемы на первой стадии обработки сырья в виде совокупности перечисленных операций возможна и целесообразна с помощью многофункциональной машины блочно-модульного типа, совмещающей такие операции, как смешивание, измельчение, экстракция белковых и других веществ в экстрагент (воду), а также отжим влаги из НЖСМО.

На рисунке 4 представлена функциональная схема устройства для производства продуктов на основе соево-растительных композиций.

Данные методологические подходы реализованы путем создания специального многофункционального устройства для приготовления инновационных продуктов в виде ЗМК и концкормов на основе соево-морковных композиций.

При оптимальных значениях параметров, равных:

• -    частота вращения винта n =70,14 мин^-1;

• -    диаметр отверстий решетки d o =2,54 мм;

• -    количество ножей К н =2 шт.

Концентрация сухих веществ в ЗМК составила К СВ =14% при затратах мощности N a =15,87 Вт^ч/кг.

Рисунок 4 – Функциональная схема устройства для производства продуктов на основе соево-растительных композиций

Полученные аналитические и эмпирические данные были положены в основу расчета экономического эффекта. При этом экономическая эффективность от производства ЗМК для производителя составила 15 351 000 руб. в год, а от производства комбикормов для потребителя - 1 968 750 руб. в год.

Заключение

Разработанная на основании анализа экономико-математическая модель оценки технологии и технических средств приготовления продуктов на основе соево-растительных композиций позволяет на стадии их проектирования получить данные, объективно характеризующие эффективность функционирования системы данного назначения. Научно обоснованные принципиальная, структурная, функциональная и аппаратурная схемы предложенного процесса и многофункционального устройства позволяют конструировать технические средства нового поколения для производства инновационных продуктов высокой биологической ценности.