Разработка ресурсосберегающей технологии и технических средств для производства и комплексного использования семян льна-долгунца в условиях северо-западного региона российской федерации

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4 5

В пятом разделе «Разработка технологии производства льняного масла на пищевые и технические цели в условиях малых предприятий» дано обоснование сырьевой зоны производства масла, усовершенствована конструкция шнекового пресса ПШМ-250, определены основные технологические параметры производства масла.

Основу сырьевой зоны составляют льноводческие хозяйства, которые могут производить не только тресту, но и семена, ранее остававшиеся в поле, перерабатывать отходы, получающиеся при послеуборочной обработке семян в льносеменоводческих хозяйствах льносемстанциями.

В настоящее время крупные масложировые комбинаты страны льняное масло не производят. Появившиеся в последние годы малые предприятия
(г. Кашин Тверской области, Нижний Новгород, Ярославль и др.) не обеспечивают население своих регионов этим полезным продуктом. Поэтому создание предприятий по производству льняного масла на современной технической основе является весьма актуальным.

Среди различных типов прессов в настоящее время наиболее распространенными являются шнековые прессы. Нами взят за основу переоборудованный пресс ПШМ-250.

С

целью производства льняного масла на пищевые и технические цели в конструкцию пресса ПШМ-250 были внесены следующие изменения: уменьшена частота вращения шнека до 18…76 мин^–1 путем установки редуктора и сменных шестерен; уменьшен угол выхода жмыха путем проточки регулировочной и нагревательной шайб; дополнительно установлено измельчающее устройство, обеспечивающее резку «льняной трубы» на кусочки размером 31520 мм (рис. 20).

Рис. 20. Схема отжима масла и измельчения жмыха:

1 – вал; 2 – бункер семян; 3 – задвижка; 4 – шнек подающий; 5 – шайба переходная; 6 – зеерная головка; 7 – прессующие шнеки; 8 – нагревательная шайба; 9 – конусная шайба; 10 – регулирующая шайба; 11 – «труба жмыха»; 12 – измельчитель жмыха; 13 – кусочек жмыха; 14 – сборник масла; 15 – болт

Количество (Q_м) и качество (К_м) льняного масла зависит от ряда факторов исходного материала, т.е. семян.

К количественным факторам исходного материала отнесли: фактическую урожайность семян (У_фс), которая зависит от количества стеблей (К_ст) на 1 га, головчатости стеблей (Р_г), фазы зрелости семян (Ф_з), коэффициента выхода годных семян (К_гс) из коробочки, коэффициента потерь (К_пс) семян, фактического коэффициента выхода масла (К_фм) из семян.

К качественным показателям исходного материала отнесли: фазу зрелости (Ф_з), чистоту семян (Ч_с), наличие вредных примесей (С_пр), температуру нагрева масла (t_м) в технологическом процессе производства.

Влияние перечисленных факторов на количество и качество льняного масла изображено на рис. 21.

Р

ис. 21. Блок-схема модели определения количества и качества льняного масла от исходного материала

Качество растительных масел в соответствии с требованиями ГОСТа определяется следующими показателями: цветностью, прозрачностью, кислотным, йодным числами, содержанием влаги, плотностью.

Из перечисленных показателей наиболее важными, характеризующими качественные изменения растительных масел будут йодное и кислотные числа.

Нашими исследованиями установлено, что на пищевые цели годны семена в фазе желтой спелости, когда содержание жира достигает наивысшего и постоянного значения для данной культуры региона.

Тогда указанную зависимость можно представить в следующем виде:

К_м= f(Ч_с, С_пр, t_м). (68)

Семена льна на пищевые цели по чистоте должны соответствовать I и II классу. В регионе нет опасных дикорастущих культур, влияющих на пищевые качества масла, поэтому окончательно на качества масла будет сказываться температура масла в процессе его производства:

К_м=f(t_м). (69)

Должны учитываться также технические факторы количества и качества масла: содержание жира в семенах (С_ж), количество пропусков через пресс(К_пр), величина развиваемого давления (Д_г) в зеерной головке пресса, способ получения масла (С_пм) («холодный», «горячий»), качество фильтрации (К_ф). Указанные зависимости можно представить в общем виде:

Q_т.м=f(С_ж, К_пр, Д_г, С_пм, К_ф). (70)

Содержание жира в семенах льна-долгунца в фазе полной спелости по нашим исследованиям постоянное (С_ж=31…32%), давление прессуемой массы (Д_г) в процессе также постоянно при выбранном способе («горячий», «холодный»). Тогда качество масла при выбранном способе производства зависит от качества фильтрации. Эту зависимость в общем виде можно представить:

К_м=f(К_ф). (71)

Производство пищевого льняного масла может быть осуществлено по двум технологическим схемам: «холодным или «горячим» способами.

При производстве льняного масла «горячим» способом семена льна помещаются в жарочный шкаф для доведения влажности семян до 7…8% с целью большего выхода масла. Нагрев семян не должен превышать 60…65С, время прогрева в шкафу 15…20 мин. Семена должны периодически перемешиваться. Готовность семян определяется появлением на них маслянистого блеска.

Переоборудованный пресс ПШМ-250А при переходе на «горячий» режим работы для прогрева зеерной головки должен поработать 10…15 мин на семенах льна. Только после ее прогрева можно выйти на номинальный режим работы, регулируя производительность пресса и остаток жира в жмыхе с помощью регулировочной гайки.

Выбрав режим работы переоборудованного пресса, нужно постоянно с помощью термометра следить за температурой масла в щелях зеерной головки (на уровне оси шнека), которая не должна превышать 60…65С.

При «холодном» способе производство льняного масла на пищевые цели осуществляется без поджарки семян, температура нагрева масла снижается до 50…55С. Масло, изготовленное «холодным» способом, сохраняет все питательные вещества, но период хранения его сокращается.

В результате исследований были получены следующие результаты: коэффициент выхода масла из семян льна-долгунца составляет 0,177…0,21 при «холодном» способе и 0,22…0,27 при «горячем» способе; коэффициент выхода жмыха равен 0,68…0,7 при «холодном» способе и 0,65…0,68 при «горячем» способе; выход фосфатидов составляет 0,03…0,3.

Были определены качественные показатели произведенного масла по следующим признакам: прозрачности, цветному и кислотному числам. Полученные данные представлены в табл. 2.

Таблица 2

Физико-химические свойства масла

№ образца	Величина зазора, мм	Средняя температура, С	Плотность, г/см³		Прозрач-ность	Цветное число	Кислотное число, мг/г
№ образца	Величина зазора, мм	Средняя температура, С	после выработки	после отстаивания	Прозрач-ность	Цветное число	Кислотное число, мг/г
1	20	97	0,9273	0,9263	17	45,5	0,5
2	21	82	0,9277	0,9269	17,5	52,5	0,6
3	22	80	0,9304	0,9273	15	45,0	0,6
4	23,5	60	0,9296	0,9290	12	31	0,46
5	24	88	0,9338	0,9257	23	84	0,5

Из данных табл. 2 видно, что при величине зазора 23,5 мм между торцом зеерной головки и регулировочной гайки и температуре 60С коллоидно-дисперсные системы масла имеют более высокую агрегативную устойчивость, чем при других перечисленных температурах.

Плотность образцов масла после отстаивания незначительно ниже. Уменьшение плотности можно объяснить осаждением твердых грубодисперсных частиц в период отстаивания. Цветное число льняного масла изменялось от 31 до 84, а кислотное число почти не изменялось.

При «горячем» способе количество остатков жира в жмыхе при 18 и
28 мин^–1 снизилось до 46 г/кг, т.е. на 23%, а при 78 мин^–1 снизилось до 80 г/кг, т.е. на 38,5%. Нужно отметить, что при «горячем» способе происходит нарастание скорости выделения масла из жмыха на всех выше перечисленных оборотах. Это можно объяснить большим количеством разрушенных айлероновых зерен под воздействием температуры в процессе поджарки семян.

Одним из основных факторов, влияющим на качество получаемого масла, является сравнительно высокая температура, которая возникает в шнековых прессах из-за наличия трения между прессуемым материалом, шнеком и зеерной головкой.

Учеными ВНИИЖа установлено, что ферментативный гидролиз глюкозидов и триглицеридов может протекать в льняной мятке в процессе переработки семян льна при увлажнении и медленном (15…20 мин) прогреве в жаровне до 60…70°С. В этом случае образуется синильная кислота и ее соли и свободные жирные кислоты.

При быстром нагреве мятки (1…5 мин) от 55 до 60°С не происходит гидролиз и получаются масла пищевого достоинства, жмых безопасен для кормления животных.

Поэтому определение рациональных режимов работы пресса представляет научный и практический интерес. Нами проведены исследования по изменению температуры масла в разных по длине зеерной головки зонах при различных оборотах шнека.

Исследования температуры льняного масла в зеерной головке проводились с различным числом оборотов шнека (28, 55, 70, 76, 110 мин^–1) и зазором между нагревательной шайбой и регулировочной гайкой, при котором происходит наиболее полный отжим масла.

П

осле обработки опытных данных были построены графики зависимости температуры масла от числа оборотов шнека «n» и места расположения точки измерения температуры от начала зеерной головки «l».

Р и с. 22. Зависимость температуры нагрева масла от длины зеерной головки при l = 0;
l = 50 мм; l = 100 мм; l = 150 мм.

В целом экспериментальные данные могут быть аппроксимированы уравнением вида:

t = 26,5 + (1,75 + 0,15 ∙ х)(0,36 n + 0,002 n²), (72)

где х – координата точки зеерной головки, в которой замерялась температура масла, мм, n – частота вращения шнека, мин^–1.

Н

а скорость окисления жиров влияет состав окисляемого жира, наличие кислорода, температура, присутствие катализаторов и ингибиторов процесса окисления. Нужно учитывать и способ получения жиров, т.е. особенности технологии.

Рис. 23. Зависимость температуры нагрева масла от частоты
вращения шнека при: l = 0;
l = 50 мм; l = 100 мм; l = 150 мм.

Для торможения процесса окисления жиров широко используются ингибиторы: синтетические и природные антиоксиданты, синергисты.

В работе были проведены исследования по влиянию антиоксидантов на окислительную стойкость пищевого льняного масла.

В качестве антиоксидантов была использована аскорбиновая кислота, биогенные фосфатиды и композиция АК + БФЛ, которые вносились в соотношении 0,1% к массе масла. Степень окисления масла оценивалась величиной перекисного числа, определяемого стандартным йодометрическим методом.

Результаты исследований приведены в табл. 3.

Таблица 3

Изменение перекисного числа от продолжительности хранения с применением добавок

Виды добавок	Перекисное число10^–2
Виды добавок	свежевыработанное	через 1 месяц хранения	через 2 месяца хранения	через 3 месяца хранения	через 4 месяца хранения	через 5 месяцев хранения
1. Без добавок	2,4	5,4	5,63	13,0	12,3	11,3
2. С добавлением БФЛ	2,4	3,6	3,77	10,6	9,25	7,79
3. С добавлением АК	2,37	3,85	3,11	3,04	3,2	3,2
4. С добавлением АК+БФЛ	2,4	2,86	2,06	1,49	0,85	0,58

Анализируя данные таблицы 3, наблюдаем: применение антиоксидантов БФЛ, АК, АК+БФЛ снижает перекисное число, удлиняет срок хранения льняного масла в несколько раз.

Полезность скармливания жмыхов была проверена в производственных условиях колхоза «Заря» Шекснинского района Вологодской области. Было сформировано 4 группы коров, отобранных по принципу аналогов по удою и времени отела. Опыт проводился в сентябре–октябре 1992 года.

За период двухмесячного скармливания жмыха коровам II и III групп наблюдается значительное увеличение жира в молоке (на 0,35…0,36%). Укоров контрольной группы и I опытной группы жирность в молоке практически не изменилась.

Если в предварительный период средний удой коров контрольной группы был выше и составлял 9,95 кг против 9,61 кг у коров опытной группы, то за период опыта средний удой коров опытной группы стал выше на 0,37 кг по сравнению с контрольной группой (7,05 кг и 6,68 кг).

Из проведенных опытов можно сделать следующие выводы:

– включение в рацион коров 1 кг и 1,5 кг жмыха способствовало обеспечению животных каротином;

– более полноценное кормление коров II и III опытных групп оказало влияние на увеличение жира в молоке на 0,35 и 0,36% и повышение удоя на 0,37.

В шестом разделе «Экономика производства и переработки семян на льняное масло» приведены результаты исследований по технико-экономической оценке, ожидаемому эффекту от внедрения в производство предложенных разработок.

Эффективность ресурсосберегающей технологии и технических средств представлена в таблице 4.

В результате внедрения предлагаемых нами разработок: сепарации льновороха, плющения коробочек расход топлива на сушку 1 т семян снизился с 330 кг/т до 182 кг/т, т.е. в 1,82 раза, а расход электроэнергии также снизился в 1,69 раза (с 126,4 до 76,7 кВтч/т).

Таблица 4

Эффективность ресурсосберегающей технологии производства семян льна-долгунца

Показатели	Базовая технология	Ресурсо-берегающая	Ресурсосберегающая в % к базовой
1 Затраты труда на 1 га льна	22,2	16,3	73,4
на 1 т семян	5,6	4,0	71,4
2 Расход топлива, т на 1 га льна	2,6	1,99	76,5
на 1 т семян	0,65	0,49	75,4
3 Расход электроэнергии, кВт-ч
на 1 га льна	50,6	30,7	60,7
на 1 т семян
4 Эксплуатационные расходы
на 1 га льна	56,72	56,2	99,0
на 1 т семян	141,8	130,5	92,0

Внедрение механизации загрузки льноворохом тракторного прицепа с нарощенными бортами повышает производительность труда в 1,8 раза, снижает расход топлива с 9,54 кг/т до 3,6 кг/т, т.е. в 2,65 раза.

Размер годового экономического эффекта составит:

- от экономии фонда заработной платы – 43617 руб.;

- от снижения потерь семян в результате модернизации очесывающего барабана – 376000 руб.;

- от экономии ГСМ – 236800 руб.;

- от экономии электроэнергии – 6004 руб.;

- от использования полученной льняной мякины – 66640 руб.

Общий годовой экономический эффект составит 729061 руб.

Кроме того, строительство межхозяйственного цеха по производству льняного масла может дать 120 т масла, кормов – 435 т, т.е. строительство цеха окупится в течение 0,7 года.

Хозяйство получит размер дополнительного дохода с 1 га посева льна в сумме 5769 руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Предложена общая методика комплексной оценки возделывания льна-долгунца, включающая методики комплексной оценки посевной, периода вегетации и уборки льна.

В каждый период включены объективные (климатические параметры) факторы: температура и влажность почвы, температура и влажность воздуха, количество и интенсивность осадков, количество полученной фонометрически активной радиации (ФАР), оказывающие влияние на величину и качество полученной продукции.

2. Разработана и предложена, с обоснованием оптимальных сроков проведения полевых работ, энергосберегающая технология производства семян и тресты, обеспечивающая высокий урожай семян (4 ц/га) и тресты
(40 ц/га) и качество районированных сортов льна-долгунца.

3. Способ наполнения льноворохом прицепа с нарощенными бортами (а.с. № 1551276) обеспечивает механизацию равномерной загрузки прицепа, повышая производительность льноуборочного агрегата на 14,9%.

4. Предложенная и проверенная в производстве модернизация очесывающего аппарата льнокомбайна ЛК-4А обеспечивает снижение потерь урожая семян на 94…144,8 кг/га, стеблей льна – в 2…3,9 раза.

5. Разработана математическая модель энергосберегающей технологии сушки льновороха:

- в процессе сушки льновороха установлена предельно допустимая температура нагрева семян – 50С, убранных в фазе полной спелости с сохранением посевных качеств;

- определена оптимальная плотность льновороха (при комбайновой уборке) – 80 кг/м³, соответствующая толщине слоя льновороха 0,45…0,5 м;

- сепарация влажного льновороха освобождает от сушки путанину, снижая влажность льновороха на 17%, повышает производительность труда при сушке на 35…40%;

- применение «мягкого плющения» коробочек после сепарации снижает удельный расход топлива на 1 кг испаренной влаги на 35…40%;

- реверсирование теплоносителя повышает скорость сушки льновороха в 1,45 раза, при соблюдении агротехнических требований по неравномерности влажность семян (2%).

7. Исследования показали, что для сокращения энергоресурсов и улучшения качества семян необходим контроль процесса их сушки, осуществляемый индикатором влажности льновороха ИВЛ-01 (а.с.
№ 1733524). Применение индикатора позволило получать семена оптимальной влажности (102%), а также снизило расход энергоресурсов на 40 %.

8. Предложенная нами технология производства льняного масла позволяет повысить выход масла с 70 до 90%.

9. Экспериментально доказана возможность измельчения льняного жмыха путем установки дискового измельчителя в технологическом процессе работы шнекового пресса ПШМ-250А. Скармливание жмыха КРС повышает удой на 0,37 л в сутки и жирность молока на 0,36%.

10. Размер дополнительного дохода от полноты сбора семян льносеющего хозяйства (на 100 га) составит 442 640 руб.

11. Размер дополнительного дохода со 100 га посевов льна от переработки семян на льняное масло (при У_с=4 ц/га) составит 772 600 руб.

Общий годовой экономический эффект от производства и переработки семян (со 100 га при У_с=4 ц/га) составит 1215200 руб.

Blog