Обґрунтування раціональних параметрів  процесу змішування сухого бурякового жому з рецептурними компонентами

Кравець, Антон Павлович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6766

Title:	Обґрунтування раціональних параметрів процесу змішування сухого бурякового жому з рецептурними компонентами
Authors:	Сухенко, Владислав Юрійович Кравець, Антон Павлович
Keywords:	сушарка;гранулювання;буряковий жом;мікроелементи;раціональні умови;рецептурні компоненти
Issue Date:	2025
Abstract:	Магістерська робота виконана на аркушах формату А4, кількість сторінок – 72, формул – 55 , рисунки – 29, літературних джерел – 53, плакати виконано на форматі А1 – 10 аркушів. Метою є розширення асортименту кормових добавок на основі створення енергоефективного способу одержання сухого бурякового жому з додаванням різних компонентів. Методи дослідження: базується на системному аналізі, а також математичному та комп'ютерному моделюванні процесу сушки бурякового жому в барабанній сушарці. При вирішенні завдань використовувалися теоретичні та розрахунково-експериментальні методи дослідження. Математичні розрахунки виконувались сучасних комп'ютерних програм. Новизна отриманих результатів. Обґрунтовано технологію отримання гранульованого бурякового жому з введенням меляси, карбаміду та солей мікроелементів. Розроблено математичну модель, яка описує розподіл полів температур і вмісту вологи в частинці бурякового жому. Встановлено основні кінетичні закономірності процесу змішування бурякового жому з рецептурними компонентами. Розроблено моделі процесу сушіння бурякового жому та процесу змішування його з рецептурними компонентами у широкому інтервалі зміни вхідних факторів.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6766
Appears in Collections:	133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
КРМ Кравець А..pdf Restricted Access		3.38 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА
МАШИНОБУДУВАННЯ
КАФЕДРА ПРОЕКТУВАННЯ ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ ТА ВЕРСТАТІВ
НОВОГО ПОКОЛІННЯ

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до магістерської кваліфікаційної роботи

другий (магістерський)
(рівень вищої освіти)

на тему «ОБҐРУНТУВАННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ
ЗМІШУВАННЯ СУХОГО БУРЯКОВОГО ЖОМУ З РЕЦЕПТУРНИМИ
КОМПОНЕНТАМИ»

Виконав: студент 2 курсу, групи мПВ-43
спеціальності 133 – Галузеве машинобудування
(шифр і назва, спеціальності, )
Обладнання переробних і харчових виробництв
(назва освітньо-професійної програми)
Антон КРАВЕЦЬ
(ім’я та прізвище)
Керівник д.т.н., проф.Владислав СУХЕНКО
(ім’я та прізвище)
Рецензент Євген ДРОБОТУН
(ім’я та прізвище)

Черкаси 2025

Зміст

Реферат 5
Abstract 6
Перелік умовних позначень 7
Вступ 8
РОЗДІЛ 1 СУЧАСНИЙ СТАН ПРОЦЕСУ СУШІННЯ ТА 11
РОЗРОБЛЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОГО СУШИЛЬНОГО
ОБЛАДНАННЯ

1.1Аналіз сушильних установок для сушки жому 1 1
цукрових буряків
1.2 Конвективне сушіння перегрітою парою 17
1.3 Сушіння жому гарячим повітрям 20
1.4 Сушіння жому перегрітою парою 22
РОЗДІЛ 2 ВПЛИВ РЕЖИМІВ І СПОСОБІВ СУШІННЯ НА ЯКІСТЬ 24
ЖОМУ

2.1 Порівняльний аналіз характеристик жому цукрових буряків, 24
висушеного гарячим повітрям і перегрітою парою
2.2 Порівняльний аналіз якості сухого жому цукрових буряків, 25
висушеного гарячим повітрям і перегрітою парою
2.3 Дослідження здатності сухого жом утримувати вологу 27
РОЗДІЛ 3 ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ СУШКИ БУРЯКОВОГО 31
ЖОМУ
3.1 Удосконалена конструкція барабанної сушарки для бурякового 31
жому

3.2 Спосіб виробництва бурякового жому та лінії виробництва 33
3.3 Обґрунтування прийнятих технічних та технологічних рішень 37
3.4 Кінетичні закономірності сушіння бурякового жому 38
3.5 Математична інтерпретація кінетичних закономірностей 44
3.6 Дослідження процесу сушіння бурякового жому 44
3.6.1 Обґрунтування інтервалів варіювання вхідних та вихідних 44
факторів
3.6.2 Оптимізація процесу сушіння бурякового жому в барабанній 46
сушарці
3.7 Моделювання процесу сушки 48
3.8 Перевірка результатів моделювання 50
РОЗДІЛ 4 ДОСЛІДХЕННЯ ПРОЦЕСУ ЗМІШУВАННЯ СУХОГО 53
БУРЯКОВОГО ЖОМУ З РЕЦЕПТУРНИМИ КОМПОНЕНТАМИ
4.1 Установка для змішування сухого жому з рецептурними 53
компонентами

4.2 Кінетичні закономірності процесу змішування 55
4.3 Дослідження процесу змішування 58
4.3.1 Обґрунтування інтервалів варіювання вхідних та вихідних 58
факторів
4.3.2 Оптимізація процесу змішування сухого бурякового жому з 59
рецептурними компонентами

Висновки 66
Перелік посилань 67

РЕФЕРАТ
Магістерська робота виконана на аркушах формату А4, кількість сторінок
– 72, формул – 55 , рисунки – 29, літературних джерел – 53, плакати виконано
на форматі А1 – 10 аркушів.
Метою є розширення асортименту кормових добавок на основі створення
енергоефективного способу одержання сухого бурякового жому з додаванням
різних компонентів.
Методи дослідження: базується на системному аналізі, а також
математичному та комп'ютерному моделюванні процесу сушки бурякового
жому в барабанній сушарці. При вирішенні завдань використовувалися
теоретичні та розрахунково-експериментальні методи дослідження.
Математичні розрахунки виконувались сучасних комп'ютерних програм.
Новизна отриманих результатів. Обґрунтовано технологію отримання
гранульованого бурякового жому з введенням меляси, карбаміду та солей
мікроелементів. Розроблено математичну модель, яка описує розподіл полів
температур і вмісту вологи в частинці бурякового жому. Встановлено основні
кінетичні закономірності процесу змішування бурякового жому з рецептурними
компонентами. Розроблено моделі процесу сушіння бурякового жому та процесу
змішування його з рецептурними компонентами у широкому інтервалі зміни
вхідних факторів.
Ключові слова: сушарка, гранулювання, буряковий жом, мікроелементи,
раціональні умови, рецептурні компоненти.

ABSTRACT

The master's thesis is made on A4 sheets, the number of pages is 72, formulas are
55, figures are 29, literary sources are 53, posters are made on A1 format - 10 sheets.
The goal is to expand the range of feed additives based on the creation of an
energy-efficient method for obtaining dry beet pulp with the addition of various
components.
Research methods: based on system analysis, as well as mathematical and
computer modeling of the process of drying beet pulp in a drum dryer. When solving
the problems, theoretical and computational-experimental research methods were used.
Mathematical calculations were performed using modern computer programs.
Novelty of the results obtained. The technology for obtaining granulated beet
pulp with the introduction of molasses, urea and salts of trace elements is substantiated.
A mathematical model has been developed that describes the distribution of temperature
fields and moisture content in a beet pulp particle. The main kinetic patterns of the
process of mixing beet pulp with prescription components have been established.
Models of the process of drying beet pulp and the process of mixing it with prescription
components in a wide range of input factors have been developed.
Keywords: dryer, granulation, beet pulp, microelements, rational conditions,
prescription components.

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ
ПЕР – паливно енергетичні ресурси;
ВТС –високі температури сушіння;
q − питома теплота фазового перетворення;
rс – питома теплота пароутворення, кДж/кг;
с – питома теплоємність продукту, кДж/(кг К);
ρ0− щільність продукту, що висушується, кг/м3;
λ− коефіцієнт теплопровідності сухого продукту, Вт/(м К);
k-коефіцієнт провідності, м2/c;
bo - вільний член рівняння;
X - масштабовані значення факторів;
bij-коефіцієнти двофакторних взаємодій;
bii - коефіцієнти квадратичних ефектів;
i, j – індекси факторів;
n - число факторів у матриці планування.

ВСТУП

Зростання екологічних викликів і підвищення цін на енергоресурси
спричинили значну зацікавленість у впровадженні енергетичних зберігаючих
технологій для переробки харчової продукції. Сьогодні питання ефективної
переробки сільськогосподарської сировини з метою скорочення її збитків,
продовження термінів зберігання, покращення якості готової продукції і
підняття їх конкурентної спроможності є одним із ключових пріоритетів
України. Одним з найбільш перспективних шляхів розв'язання цих завдань є
розробка ефективних сушильних установок, здатних забезпечувати значну якість
готової продукції завдяки використанню нинішніх технологій при щонайменших
витратах енергетичних ресурсів та зведенні втрат до мінімуму. Однак наразі
впровадження сучасного сушильного обладнання та технологій здійснюється
хаотично, без належного залучення вітчизняних розробок і технічних рішень.
Головними мотивами цього є брак наукових підходів до розробки
замкнутих енергетичних ресурсозберігаючих технологій для висушування
сировини, а також відсутність відповідного обладнання для їхньої реалізації.
Особливо це стосується методу аналізу і визначення процесів, що виникають в
складових частинах таких систем, а також недоліків у проведенні комплексного
аналізу сушильного обладнання.
Глобальне зростання цін на паливо спричинило активне запроваджування
енергетичних зберігаючих технологій у розвинених країнах, зокрема в процесах
сушіння сировини і матеріалів у аграрному секторі та переробній промисловості.
Це дозволить значно знизити питомі витрати паливних і енергетичних ресурсів
(ПЕР). Важливу роль у отриманні заданих результатів відіграла узгоджена
політика країн, спрямована на збереження енергоресурсів та захист
навколишнього середовища. У зв’язку з цим значний потенціал для збільшення
енергетичної ефективності, а раціональне застосовування паливно-енергетичних
ресурсів здатне принести суттєві економічні вигоди.

Сучасний комплекс для висушування рослинної сировини тобто
бурякового жому є складною багаторівневою системою, де всі елементи тісно
взаємопов’язані. Його основою виступає тепловий технологічний комплекс,
який з’єднує компоненти технологічних, теплообмінних і механічних
обладунків. У цьому комплексі одночасно відбуваються складні процеси, що
перебувають у постійній взаємодії. З огляду на складність взаємних внутрішніх
зв’язків, характеристик цих процесів, важливо підходити до розгляду його
функціонування системно. Це стосується як оцінки загальної ефективності, так і
вирішення поставлених задач для всього комплексу, так і для окремих системних
деталей. Важливими є питання енерго- та ресурсозбереження, вирішення яких
дозволить отримати якісну та конкурентоспроможну продукцію, що забезпечує
вітчизняне сільське господарство високоякісними комбікормами та кормовими
добавками.
Актуальність теми є розробка способу отримання збагаченого бурякового
жому, який надалі може бути використаний не тільки як цінний кормовий
продукт у годівлі сільськогосподарських тварин, але і як компонент у складі
різних комбікормів.
Завдання роботи:
–здійснити аналіз процесу висушування бурякового жому та обґрунтувати
доцільні режими виконання цього процесу.
– провести дослідження впливу різних методів і умов сушіння на
результативність процесу.
– аналіз енергетичної ефективності сушильних установок;
– аналіз кінетичних закономірностей процесу сушіння бурякового жому в
барабанній сушарці;
– вивчення кінетичних закономірностей процесу змішування сухого
бурякового жому з рецептурними компонентами та визначення раціональних
умов проведення процесу;
– вдосконалення конструкції барабанної сушарки для бурякового жому з
комбінованим енергетичним підведенням.

Об’єкт дослідження: конструкція сушарки з комбінованим енергетичним
підведенням.
Предмет дослідження: основні кінетичні закономірності процесу
змішування бурякового жому із рецептурними компонентами.
Практичне значення отриманих результатів: Вдосконалена
конструкція барабанної сушарки для сушіння жому цукрових буряків з
комбінованим енергетичним підведенням, це дозволило підвищити якість
готового матеріалу та інтенсивність процесу сушіння за рахунок посекційної
обробки жому з індивідуальним підведенням сушильних агентів.

РОЗДІЛ 1
СУЧАСНИЙ СТАН ПРОЦЕСУ СУШІННЯ ТА РОЗРОБЛЕННЯ
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОГО СУШИЛЬНОГО ОБЛАДНАННЯ

1.1 Аналіз сушильних установок для сушки жому
цукрових буряків
При значних ресурсах сировини буряка, застосовування жому
залишається доволі обмеженим.[5] Основними стримуючими факторами
розвитку виробництва сухого жому є низький рівень технологій переробки,
високі енергетичні витрати на процес сушіння та недостатня якість кінцевого
продукту. Проводився ґрунтовний аналіз ринку виробництва цукру, який показав
активне функціонування та значну конкурентну спроможність сегменту, що
включає буряковий жом, а також інші відходи цукрового виробництва.
Загальний обсяг виробництва продукції цього асортименту в Україні перевищив
184 мільйони 300 тисяч гривень у 2011 році. Однак на вітчизняних цукрових
підприємствах досі не запроваджено комплексний підхід до утилізації жому.
Аналізуючи сучасні тенденції у піднесенні режиму сушіння харчової
рослинної сировини, варто зазначити, що експериментальні дослідження
сьогодні зосереджуються на впровадженні низьких температурних технологій.
Такі підходи зумовлені тим, що ключову роль у ході підготовки доброякісного
сухого жому відіграє саме метод висушування, який призначає делікатний
температурний режим із застосуванням теплоносіїв, позбавлених сировини
згоряння. Зважаючи на фізичні і хімічні характеристики продукту, процес
висушування жому слід здійснювати таким чином, щоб уникнути підгоряння
поверхневого шару сировини.
Відношення таких складників, що входять до складу жому визначають не
однакову величину вмісту вологи рослинної сировини. Однакові показники
вмісту вологи найвищу енергію взаємозв’язку вологи з сировиною демонструє
пектин, у той час як крохмаль і целюлоза мають меншу, а у сахарози найнижчий
рівень. Наявність цих складників у сировині відіграє ключову роль у визначенні

тривалості процесу сушіння, а також у споживанні теплової енергії й витрат
ресурсів.
Сушильні установки для бурякового жому (рис. 1.1) класифікуються за
такими основними ознаками:
– тип конструкції сушарок;

– температурний режим роботи;

– метод передачі тепла;

– вид сушильного агенту;

– особливості шару продукту.

На цукрових підприємствах найсильніше розповсюдження отримали
барабанні сушарки прямоточної дії. Вони можуть різнитися за величиною,
наявністю насадок та окремими конструктивними властивостями, однак
принцип їхньої роботи залишається однаковим. Серед основних переваг цього
виду сушарок варто виділити надійність у використанні та здатність ефективно
сушити різноманітні типи сировини. Серед недоліків барабанних сушарок
можна виділити використання димових газів як теплоносія, надто значну
температуру відпрацьованого агенту, спалювання невеликих часточок жому під
час висушування через нерівний температурний розподіл продовж поперечного
перерізу барабана, а також значну металоємність обладнання.
На сьогоднішній день створено сучасніші будови барабанних сушильних
установок, які дозволяють знизити витрати пального завдяки застосуванню
протитечії та поперечного потоку теплоносія і сировини. У цих пристроях
збільшено частину променевого теплообміну в суцільному процесі теплової
передачі, а також зменшено час знаходження сировини в ємкості. До цієї
категорії належать сушильні установки від таких відомих компаній «Бюттнер» і
«Буккау-Вольф» (Німеччина) [13].
У комплексній сушарці для висушування жому, представленій на рисунку
1.2, процес висушування жому поділяється на два етапи та здійснюється прямо
течійною. Перший етап, який відбувається у вертикальній сушарці, передбачає
короткотривале сушіння в режимі загального витіснення. Такий підхід дозволяє

значно підвищити нульову температуру без ризику перегрівання жому.

Рисунок 1.1 – Класифікація процесу сушіння і сушильного обладнання для
цукрових буряків

На другому етапі здійснюється процес остаточного висушування жому
буряка при помірних температурах, під час якого видаляється вся волога.
Дозволяється використання цієї сушарки просто неба. Основними її недоліками
є складність конструкції, висока металоємність, викиди в повітря спрацьованого
сушильного агенту температура якого становить сто п’ятдесят градусів.

Рисунок 1.2 – Схема сушильної комбінованої установки:
1 – завантажувальний бункер; 2 – живильник; 3 – прямовисна сушарка;
4 – ємність змішування; 5 – тепловий генератор; 6, 7 – вентилятори;
8 – димовий насос; 9 – циклон; 10 –транспортер гвинтовий;
11 – барабанна сушильна установка

На сьогоднішній день за кордоном активно впроваджуються
високотемпературне висушувальне обладнання з три прохідним барабаном
сушильним. У таких системах вдосконалено сам підхід до процесу сушіння, що
значно підвищує їх ефективність, рисунок 1.3.
Основним такого сушильного обладнання є:
– повітряна суміш газоподібна а сировина проходять крізь барабан за декілька
ходів;
– вилучення сировини та очищення спрацьованих газів від пилу жому
виконуються за допомогою одного пристрою – циклону.
Загальний час висушування сировини коротший, ніж у звичайній
установці.

Рисунок 1.3 – Схема сушильного барабана трьох прохідного:
1 – внутрішній циліндр; 2 – центральний циліндр; 3 – верхній циліндр.

Серед доступних варіантів сушарок парові установки, що застосовують
перегріту пару як сушильний агент, є більш ефективними та економічно
вигідними порівняно з сушарками високих температур. Ці пристрої почали
застосовуватися у цукровому виробництві відносно недавно, та демонструють
успішне функціонування в багатьох країнах світу. Найуспішніший пристрій
такого типу було створений у Данії і наразі серійно виробляється кількома
компаніями: BMA AG (Німеччина), DDS (Швеція) та SADAM (Франція) [11–14].
У цьому обладнанні що представлено на рисунку 1.4 використано один із
найефективніших методів сушіння це процес в псевдозрідженому прошарку. У
сушарці впроваджено положення рециркуляції утвореної другорядної пари, а
також положення диференціації, це коли найбільші частинки жому залишаються
в обладнанні довше, чим дрібні. Це дозволяє досягти рівномірного процесу
сушіння усього жому.
Сушильна установка DDS демонструє високу ефективність, переробляючи
за добу двісті шість тон жому, з яких отримують п’ятдесят сім тон сухого
продукту з вологістю десять процентів. На відміну від сушильних установок
DDS, установки компанії SADAM сконструйовані для здійснення процесу

кондуктивного висушування сировини з використанням пари невисокого тиску.
Французька компанія SADAM під час розробки кондуктивної установки
для низькотемпературного сушіння жому мала на меті кілька важливих цілей. У
комбінованій установці, описаній у [3] і зображеній на схемі рисунок 1.2, цей
процес поділено на два етапи, що здійснюються прямотечійним методом. На
першому етапі, який відбувається у вертикальній установці, проводиться
короткотривале сушіння в розпорядку загального витіснення. Це дає змогу
значно підвищити первинну температуру, запобігаючи при цьому перегріву
сировини. На другому етапі здійснюється досушування за невеликих
температур, під час якого видаляється волога з середини. Ця сушарка може
експлуатуватися просто неба. Основні її недоліки полягають у складності
будови, високій металоємності та викиданні в повітря спрацьованого
сушильного агенту з значною температурою.
Застосовування теплого повітря як сушильного агенту значно змінює
температурний порядок висушуння жому, що дозволяє впроваджувати сушіння
низьких температур [13]. Існує два типи сушіння високих температур (ВТС):
паралельне, за якого водночас із традиційною схемою здійснюється сушіння
стислої сировини волога становить десять процентів, та останнє, яке
здійснюється перед направленням сировини в сушарку для висушування
високими температурами.
Обчислення свідчать, що ощадливість початкової енергії в вихідному епізоді
становить сімдесят процентів, тоді як у наступному шістдесят процентів. Низько
температурне сушіння є більше ефективним, проте її впровадження пов’язане з
тривалими термінами і суттєвими капітальними затратами. Отже, варіант
Низько температурне сушіння може виконувати важливу роль як перехідний
етап.

Рисунок 1.4 – Схема установки парової для висушування жому:
1 – циклон; 2 – ежектор; 3 – решітка; 4 – паровий перегрівач;
5 – вентилятор; 6 – конденсатор; 7 – сектор; 8 – лопатевий ротора; 9 – ротор

1.2 Конвективне сушіння перегрітою парою

Процеси які відбуваються перегрітою парою в сушарках було
рекомендовано ще більше ніж століття тому, перше його промислове
використання задокументоване приблизно вісімдесят років потому в Німеччині
[23, 24]. Однак активний інтерес до цієї теорії почав зростати лише в останні
роки, що пояснюється світовою економічною кризою та безперервним
підвищенням цін на енергоресурси [5]. Технологія сушіння перегрітою парою
потребує значних комплексних заходів порівняно зі звичайними методами
сушіння. Для її впровадження необхідне складне пристосування сушарок, що

вимагає забезпечення додаткових умов. Через цей фактор виробництвом таких
сушарок займається менше десятка світових компаній. Проте перевага сушіння
перегрітою парою є безсумнівними — вона забезпечує легку рекуперацію або
відновлювання спрацьованої пари, для більшості сушильних установок
залишається складним і дорогим завданням. Серед основних переваг сушіння
перегрітою парою, окрім низького енергетичного споживання, можна виділити:
процеси окиснення відсутні і згоряння, вибухова безпечність і висока якість
отримуваної сировини. [16, 17].
Підвищена температура сировини в період сушіння перегрітою парою у
поєднанні з низьким опором водяної пари в сушильній установці є ключовими
факторами, що сприяють швидшому процесу сушіння. На відміну від
традиційного сушіння гарячим повітрям, яке спричиняє утворення поверхневого
посилення і водонепроникних оболонок, сушіння перегрітою парою створює
такі бар'єрів у більшості харчової сировини.
Найбільш розповсюдженою сировиною, для якої застосовують сушіння
перегрітою парою, є жом. Це обумовлено, насамперед, перевагами переходу від
традиційного конвективного сушіння до використання сушіння перегрітою
парою. Наприклад, для зменшення кількості вологи жому в стандартній високої
температури сушарці потрібно витратити близько п’ять тисяч кДж/кг теплової
енергії на випарювання вологи. Натомість сушарка BMA AG виробництво
Німеччина вживає лише дві тисячі дев’ятсот кДж/кг. Жом, висушений в
установці BMA, має більш насичений вигляд у порівнянні з продукцією сушарки
конвективної. Однак, незважаючи на цю перевагу, витрати на обладнання
залишаються значними, а термін окупності триватиме від шести до семи років.
Наслідки досліджень висушування жому свідчать, що вміст вологи
швидше змінюється при використанні перегрітої пари порівняно з значно
нагрітим повітрям при однаковій температурі. Підвищення температури з сто
тридцяти до сто вісімдесяти градусів скорочує термін висушування гарячою
парою на сорок вісім процентів, тоді як нагрітим повітрям — на тридцять чотири
проценти. Це пояснюється явищем затвердіння у випадку використання

гарячого повітря. Водночас, властивості жому цукрових буряків залишаються
незмінними незалежно від вибраного сушильного осередку.
Кінетика сушіння перегрітою парою значною мірою визначається
температурою та швидкістю пари. Підвищення температури і збільшення
швидкості руху пари знижають термін процесу сушіння [99, 101, 102]. У
дослідженнях, що стосувалися сушіння перегрітою парою сировини, отриманої
з пивоварного та спиртового виробництв, було встановлено, що на початковому
етапі сушіння з поверхні сировини випаровується тільки вільновідпущена
волога. Процес зневоднення активізується після нагрівання сировини до
температури понад сто градусів.
При зростанні температури пари з ста до сто восьмидесяти градусів
спостерігається зниження наявності крохмалю в подрібненій сировині
бродильного виробництва на п'ятнадцять процентів а виробництва спиртів на
одинадцять процентів. Проте цей процес практично не позначається на зміні
кількості білка. Зміна концентрації крохмалю є його неповним желатинуванням
під дією значних температур, а також утворенням комплексних сполук елементів
сировини або утворенням твердого крохмалю, чи обох факторів водночас.
Попередні дослідження підтвердили переваги застосування пари перегрітої у
виробництві окремих видів харчової сировини зокрема рису шліфованого [10].
Окрім енергетичних переваг такого підходу, процес гелевого утворення, що
охоплює весь розмір зерна, сприяє списуванню крохмалю, покращуючи його
дифузійні можливості. Важливу роль у цьому відіграє швидкість втрати вологи:
при низькій швидкості гель утворюється переважно на верхній поверхні зерна,
що ускладнює випаровування води з його внутрішніх шарів.
Амарант вважається однією з найбільш багатообіцяючих харчових
культур завдяки високому вмісту білка та мінеральних речовин у насінні. У ході
промислових досліджень, де застосовували перегріту пару для обробки
амаранту, було виявлено швидке утворення желатинового крохмалю, ефективне
знезараження та зниження температури сировини завдяки густому пару на
поверхні.

Пристосування сушарок до роботи з перегрітою парою є складним
процесом, що потребує впровадження необхідних технічних рішень. У світі
виготовлення парових сушарок здійснюють менш ніж десять високої
технологічності підприємства. Основними перевагами сушіння за допомогою
перегрітої пари, замість низького енергетичного споживання, є неприсутність
окислювальних та горючих резонансів, вибухова безпечність і, як норма, висока
якість кінцевого продукту.
Дослідження показали, що в процесі сушіння харчової сировини за
допомогою перегрітої пари співвідношення швидкості процесу до вихідної
швидкості залежить від кількості вологи в продуктах. У дослідженому обсязі
величин перегрітої пари зміна швидкості описується відповідною функцією.
Максимальне значення функції становить одиницю, а щонайменше дорівнює
нулю. Було встановлено, що протягом тривалого етапу сушіння швидкість
залишається постійною, а процес завершується після отримання напруженого
рівня вмісту вологи в продуктах.
Наслідки опрацьовувань дозволяють зробити висновок, що для будь-якого рівня
вмісту вологи матеріалу хід сушіння прямо пропорційна вихідній швидкості, яку
можна вважати відповідною оптимальним умовам роботи процесу. Такий підхід
є практичним, оскільки на ранніх етапах сушіння випарювання відбувається з
верхньої поверхні матеріалу, температура випарювання лишається наближеною
до первинної температури, а швидкість сушіння визначається величиною
конвективного теплового обміну з перегрітою парою.

1.3 Сушіння жому гарячим повітрям

Переміну вмісту вологи жому в залежності від швидкості і температури
сушильного середовища, можна достатньо точно описати за допомогою
рівняння:
(1.1)
У процесі встановлення коефіцієнтів, які визначають залежність зміни
вмісту вологи жому бурякового від швидкості висушування при різних

температурах, їх значення розраховують на основі наступного виразу:
При 70оС
(1.2)

При 90 °С
W = (0,0043υ – 0,0019)τ2 – (0,1053υ + 0,1302) τ + 5,25; (3.2) (1.3)

При 100 °С
W = (0,0081υ – 0,0068)τ2 – (0,1468υ + 0,1042) τ + 5,25. (1.4)

Таблиця 1.1
Зміна вмісту вологи бурякового жому від швидкості і
температури сушильного агенту

Графічне зображення отриманих математичних залежностей зміни
вологовмісту жому під час сушіння (рівняння 1.2 – 1.4), побудованих на основі
проведених досліджень та наведених на рис. 1.5 за швидкості сушильного агенту
3 м/с, підтверджує адекватність отриманих математичних моделей.

Рисунок 1.5 – Графіки математичних залежностей
зміни вологовмісту бурякового жому в процесі сушіння гарячим повітрям

1.4 Сушіння жому перегрітою парою

На початковому етапі сушіння жому парою перегрітою швидкість
видалення вологи залишається майже постійною і близькою до нуля. Тому
врахування цього періоду для створення статистичних математичних моделей є
недоцільним. У період зниження швидкості процес сушіння також
характеризується незначними змінами швидкості. У процесі сушіння жому за
допомогою перегрітої пари основна дія температури сушильного агенту на
швидкість випаровування вологи проявляється в період постійної швидкості
сушіння. Таким чином, кінетика зневоднення бурякового жому залежно від
швидкості та температури пари може бути доволі точно описана у формі
рівняння регресії саме для цього періоду.
Визначення вмісту вологи жому бурякового при температурах висушування
сімдесят, дев’яносто і сто градусів обчислюється за наступною формулою:
(1.3)

Таблиця 1.2
Зміни вмісту вологи бурякового жому від температури пари перегрітої

Проведено аналіз зневоднення жому для створення методу, який
дозволить оцінити вплив характеристик самого процесу на його інтенсивність.
Визначальним параметром обрано коефіцієнт теплової передачі, який
використовується в рівнянні для розрахунку щільності теплового потоку. Цей
параметр, відомий як об'ємний коефіцієнт теплової передачі, виступає
коефіцієнтом пропорційності, що визначає кількість тепла, необхідної для
видалення вологи з одного метра кубічного сировини за одиницю часу з
урахування різниці температур між тепловими носіями в один градус.
Вибір обумовлений тим, що для насипного жому, без стороннього
стискання, при невеликій висоті шару приблизно до восьми сантиметрів, яка
сприяє кращій вентиляції сировини, але не допускає створення вагового шару,
неможливо з необхідною точністю встановити активну поверхню частинок маси
сировини, які проходять процес сушіння. У випадку сушіння зразка низькою
температурою, об’ємний коефіцієнт теплової віддачі визначався наступним
чином:
(1.4)
Вираховуємо значення теплового потоку, необхідного для визначення
теплового балансу сушарки:
(1.5)

РОЗДІЛ 2
ВПЛИВ РЕЖИМІВ І СПОСОБІВ СУШІННЯ НА ЯКІСТЬ ЖОМУ
2.1 Порівняльний аналіз характеристик жому цукрових буряків,

висушеного гарячим повітрям і перегрітою парою

Вислів "якість" враховує такі параметри як процес виконання зневоднення
матеріалу, так і після його завершення. Високі характеристики відіграють
ключову роль у виробництві сучасних промислових продуктів з відповідними
властивостями, а також у покращенні доброякісності вже існуючих матеріалів.
Сушіння та супутні фізичні і хімічні процеси, що виникають під час
сушіння та регідратації, значною мірою визначають якість сировини після її
зневоднення. Метод сушіння та параметри оброблення суттєво впливають на такі
характеристики сировини, як колір, в’язкість, густина, пористість та здатність
до сорбції. Процес відновлення часто розглядають як показник ступеня
пошкодження сировини, за рахунок процесу сушіння та підготовчою обробкою.
Цей процес охоплює три взаємопов’язані етапи: набухання сировини, її
набрякання, а також вимивання розчинних сухих речовин.
Основною сировиною застосовували свіжий жом цукрового буряка,
представлений у вигляді січки розміром до одного міліметра, а його вологість
становить вісімдесят процентів. Висушений жом розглядали як змінювався
колір, здатність утримувати вологу та кількість сухої сировини. Колір визначали
за допомогою методу Р. Хантера, який заснований на аналізі трьох вимірів це
прозорість та кут відтінку, що показано на рисунку 2.1. Колір сировини
оцінювали за значеннями прозорості у діапазоні від нуля, що є чорним до сто
являється білий, а також за відтінками. Для кожного зразка проводили по
декілька вимірів.
Суху сировину визначали шляхом її висушування у шафі для сушки при
температурі сто п’ять градусів до моменту стабілізації їхньої маси. Метод
забезпечує точність ±0,1 %.

Рисунок 2.1 – Схема вимірювання по методу Р. Хантера

2.2 Порівняльний аналіз якості сухого жому цукрових буряків,

висушеного гарячим повітрям і перегрітою парою

На даний час вже проводилися дослідження кінетики сушіння жому з
використанням гарячого повітря та перегрітої пари. Процес сушіння при
застосуванні гарячого повітря виконувався при температурі сорок, шістдесят,
вісімдесят і сто градусів, а перегрітим паром відбувалося сушіння за температури
сто тридцять, сто сорок, сто п’ятдесят градусів. Жом сушили до досягнення
вмісту сухої речовини у матеріалу не нижче восьмидесяти шести проценту, який
відповідає стандарту ДСТУ за 2006 рік.
Сушіння гарячим повітрям впливає на підвищення рівня забарвленості.
Результати досліджень свідчать про те, що насичення змінюється залежно від
стану висушування, що представлено в таблиці 2.1. У зв'язку з цим головних
завдань було проведення лабораторних випробувань це досягнення найменшого
рівня зафарбованості висушеного жому рисунок 2.2. При сушінні гарячим
повітрям колір жому залишається практично незмінним, поки вміст сухих
речовин не досягне вісімдесят процентів. Подальше зниження вологовмісту
сировини призводить до зростання його забарвленості. Під час висушування
перегрітою парою колір залишається практично незмінним до моменту
досягнення сімдесят процентів сухих речовин. Однак у міру продовження
сушіння починає з'являтися жовтуватий відтінок сировини. Це можна пояснити

початком частинної регідратації сировини, яка супроводжується утворенням
жовтих відтінків.
Таблиця 2.1

Визначення кольору цукрових буряків у процесі сушіння жому за
допомогою перегрітої пари та гарячого повітря

Характеристики всіх висушених зразків сировини, які не залежать від
температурного режиму та методів сушіння, повністю відповідають вимогам
ДСТУ за 2006 рік. Такі властивості сухої сировини зберігається стабільною
протягом усього терміну гарантованого зберігання за належних умов.

Рисунок 2.2 – Зміна кольору жому цукрових буряків під час сушіння гарячим
повітрям і перегрітою парою.

2.3 Дослідження здатності сухого жом утримувати вологу

Для оцінки спроможності сухої сировини утримувати вологу, зразок
масою до двох грам поміщали в ємність, додавали дистильовану воду
температура якої становила двадцять градусів і проводили насичення при тій
самій температурі. В процесі насичення перемішування сировини проходило
через п’ять хвилин. Центрифугування проходило на протязі десяти хвилин.
Утримування вологи розраховували як співвідношення кількості води, яка
залишалася у волокнах жому, до кількості води, що залишалася в ємності,
віднесене до маси сухих речовин. Похибка вимірювання становить один грам
води на грам сухого жому.
Вплив різних режимів сушіння сировини на його можливості до відновлення
оцінювали за відповідним методом. Для цього сировину, отриману з
дифузійного обладнання, ділили на дві частини. Одну частину віддавали на
сушку в жомосушильний барабан до досягнення вологи чотирнадцять. Другу
частину висушували у лабораторних умовах до аналогічної вологості [5, 6].
Для оцінки відновлювання сухого жому варто визначити показник, який
характеризує здатність матеріалу до поглинання вологи. Зазвичай таким
показником виступає коефіцієнт набухання, що відображає співвідношення між
відновленою масою сировини зразка після його замочування і первинною
масою.

(2.1)

На рисунку 2.3 показано залежність коефіцієнта набухання від тривалості
процесу для трьох типів сировини в даному випадку жому. Криві 1 та 2
відображають результати для зразків промислового гранульованого та сипучрнр
жому, тоді як крива 3 демонструє дані для зразків жому кондуктивного сушіння.
Найвищий показник коефіцієнта набухання був зафіксований в лабораторних
зразках. Ймовірно, це пов’язано з тим, що зневоднення відбувається за
невеликих температур, що дозволило утримуваній вологі більш-менш
залишитися в сировині. У результаті кінцева величина вологи була двадцять

вісім процентів. Утворення кірки а потім її знищення забезпечили умови для
безперешкодного потрапляння вологи в сировину і її взаємодії зі структурою
речовини.

Рисунок 2.3 – Графіки для різних типів жому: 1 – гранульованого;
2 – розсипчастого; 3 – сушіння гарячим повітрям

Перебільшене навантаження тепла на одиницю сировини спричиняє
значне знищення пористої структури жому, що призводить до створення кірки
на його поверхні. Це, своєю чергою, ускладнює потрапляння вологи всередину,
через що її взаємодія з твердою поверхнею сировини відбувається дуже
повільно. Внаслідок руйнування клітин волога не поширюється всередину, а
заполоняє тільки відкриті пори сировини.
Коефіцієнт набухання недостатньо точно відображає процес відновлення,
оскільки враховується лише співвідношення завершальної маси зразка до його
початкової. Сьогодні все частіше використовують інший показник, який більш
точно демонструє, як вологість сировини наближається до його первісного стану
або наскільки загальна кількість сировини після обводнення співвідноситься з
початковою масою, зазвичай прийнятою за одиницю. Таким значенням є

коефіцієнт відновлення, який визначається за формулою:
(2.2)

а вологість відновленої сировини визначається:

(2.3)

В наслідок виконаних досліджень встановлено, що висушений жом із
застосуванням методу низьких температур, набухає здебільшого на протязі від
п’ятнадцяти до двадцяти хвилин. Протягом цього часу коефіцієнт відновлення
досягає значень менше одиниці. Максимальний показник становитиме 0,93
через тридцять хвилин для жому, який сушився при температурі сто градусів.
Для цього було виконано ряд експериментів із зразками жому гранульованого і
сипкого. Отримані результати показали, що жом, набухає протягом двадцяти
хвилин у випадку коли він гранульований на рисунку 2.4 крива один і вісімдесят
хвилин для сипкого це крива два на цьому рисунку. За цей проміжок часу жом
досягає ступеня зволоження 0,69. Найбільший коефіцієнт відновлення жому
гранульованого складає 0,76 і досягається через тридцять п’ять хвилин. Через
механічні ушкодження, спричинені процесом гранулювання, жом позбується
форми та зміняється на рідинно-порошковий стан. Для сипкого жому
максимальний коефіцієнт відновлення становить 0,78 і спостерігається сто п’ять
хвилин.

Рисунок 2.4 – Графік відновлення стану жому

На початкових етапах зволоження волога активно поглинається, особливо
протягом перших п'яти хвилин. Згодом цей процес поступово уповільнюється, і
матеріал майже досягає стану насичення. Найкращі результати відновлення
стружки жому помітні при сто градусах. Це тому, що за цих умов відбувається
руйнування клітин структури стружки, що забезпечує вільний доступ вологи до
внутрішніх шарів сировини.
Результати які представлені на рисунку 2.4, показують залежність
відновлення зразків висушеного жому від терміну обводнення та температури
висушування. Для цього було застосовано рівняння відповідного типу.
(2.4)
Щоб визначити коефіцієнти рівняння 2.4 було застосовано відповідну
програму. Значення всіх коефіцієнтів записано в таблиці 2.2

Таблиця 2.2
Коефіцієнти для відновлення сухого жому

РОЗДІЛ 3
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ СУШКИ БУРЯКОВОГО ЖОМУ

3.1. Удосконалена конструкція барабанної сушарки
для бурякового жому

Застосовувані в різних галузях промисловості агрегати барабанного типу
дуже різноманітні і відрізняються за своїм призначенням, конструктивним
виконанням, а також за режимом роботи. Барабанні сушильні агрегати набули
широкого поширення в сушінні різної сипкої сировини. Основним компонентом
барабанних сушарок є обертовий циліндричний барабан, який може бути
розташований горизонтально або під нахилом. Усередині цього барабана вздовж
його довжини переміщується і висушується сипуча сировина. Барабанна
сушарка для бурякового жому представлена рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 – Барабанна сушарка для бурякового жому: 1, 2 – секції
нерухомого циліндричного кожуха; 3, 4 – підшипники кочення; 5, 6 – секції
перфорованого барабана; 7 – завантажувальний пристрій; 8 - патрубок для
подачі гарячого повітря; 9 - патрубок для подачі перегрітої пари; 10 - патрубок
для відведення відпрацьованого повітря; 11 – отвори для відведення

відпрацьованої перегрітої пари; 12, 13, 14 - торцеві стінки; 15 – горизонтальний
циліндр; 16 – шнек; 17, 19, 20 – електродвигун; 18, 21, 22 – зубчаста передача;
23 –отвір; 24 - заслінка; 25 - бункер для вивантаження матеріалу; 26 – патрубок
для відведення відпрацьованої перегрітої пари

Барабанна сушарка для бурякового жому має нерухомий циліндричний
кожух, що включає секції 1, 2. Концентрично секціям кожуха в підшипниках
кочення 3, 4 встановлені секції 5, 6 перфорованого барабана. Барабанна сушарка
також містить завантажувальний пристрій 7, патрубок для подачі гарячого
повітря 8 секцію 5, патрубок для подачі перегрітої пари 9 секцію 6, розміщені під
кутом природного укосу дисперсного матеріалу щодо горизонту, патрубок для
відведення відпрацьованого повітря 10 і отвори для відведення відпрацьованої
перегрітої пари 11, розташовані у верхній частині торцевої стінки 12 секції 2
нерухомого кожуха.
На виході з секції 5 перфорованого барабана в торцевій стінці 13 і на вході
в секцію 6 перфорованого барабана в торцевій секції 14 співвісно встановлений
у підшипниках кочення 3, горизонтальний 4 циліндр 15, на внутрішній поверхні
якого закріплений шнек 16. Причому через центр 16 проходить горизонтальна
вісь 17, що спирається на підшипник кочення 18. Обертання секцій 3 з 6
відповідно електродвигунів 21, 22 та зубчастих передач 23, 24.
У барабанній сушарці передбачено отвір 25 із заслінкою 26 для виведення
висушеного жому з секції 6 перфорованого барабана в бункер для вивантаження
матеріалу 27, який у свою чергу забезпечений патрубком для відведення
відпрацьованої перегрітої пари 28.
Барабанна сушарка для бурякового жому працює наступним чином.
Вихідний матеріал через завантажувальний пристрій 7 надходить
всередину першої секції 5 перфорованого барабана обертається і піддається
сушінню в пересипається шарі гарячим повітрям, який подається через патрубок
8. Відпрацьоване повітря надходить в секцію 1 нерухомого циліндричного
кожуха і далі відводиться із сушарки через патрубок 10.

Підсушений буряковий жом направляється в горизонтальний циліндр, що
обертається 15 і переміщається всередині нього за допомогою шнека 16, який
жорстко закріплений на внутрішній поверхні циліндра 15, виключаючи
змішування сушильних агентів у секціях 5, 6 перфорованого барабана.
Далі матеріал потрапляє у другу секцію 6 перфорованого барабана, де
здійснюється його сушіння до кінцевої вологості перегрітою парою, яка
подається через патрубок 9. Сухий буряковий жом через отвір 25 надходить у
бункер для вивантаження матеріалу 27 і потім виводиться з сушарки. Час
знаходження матеріалу в сушарці, і кінцева вологість його регулюється за
допомогою заслінки 26.
Частина відпрацьованої перегрітої пари надходить у бункер 27 через отвір
25, а решта через отвори 11, розташовані у верхній частині торцевої стінки 12
секції 2 нерухомого кожуха, після чого видаляється вся відпрацьована перегріта
пара. від сушарки через патрубок 28. Таким чином, пропонована барабанна
сушарка дозволяє:
- підвищити якість готового матеріалу, оскільки передбачено
індивідуальний привід кожної секції перфорованого барабана і як наслідок
посекційне регулювання швидкості обертання перфорованого барабана;
- підвищити інтенсивність проведення процесу сушіння бурякового жому
внаслідок того, що забезпечується посекційне сушіння дисперсного матеріалу
сушильними агентами різного температурного потенціалу, які при цьому не
змішуються і за рахунок можливості регулювання кількості матеріалу, що
перевантажується з однієї секції барабана в другий.

3.2 Спосіб виробництва
бурякового жому та лінії виробництва

Лінія для виробництва бурякового жому з мінеральними добавками
представлено рисунку 3.2.

Лінія включає послідовно з'єднані підігрівач 1; змішувач 2 з форсунками 3;
низькотемпературну 4 і високотемпературну сушарки 5; гранулятор 6;
охолоджувач 7, а також теплообмінник-утилізатор 8; мішалку-розчинник 9, з
сорочкою що гріється; парова ежекторна холодильна машина, що включає
парогенератор (котел) 10, турбіну протитиску 11, ежектор 12, холодильний
приймач 13, випарник 14, конденсатор-пароперегрівач 15, терморегулюючий
вентиль 16; дільники потоків 17, 18; насос для меляси 19; насос для розчиненої
суміші 20; насоси 21, 22; вентилятори 23, 24.
Пропонований спосіб виробництва гранульованого бурякового жому
реалізується на лінії наступним чином.
Спочатку вихідну мелясу насосом 19 направляють у підігрівач 1 для її
підігріву до температури 60...75 °С, а потім вводять за допомогою форсунок
3змішувач 2 у кількості 14...16 % до маси одночасно подається в змішувач 2
віджатого до вмісту сухих речовин 15...17 % бурякового жому. Отриману суміш
після змішувача направляють у низькотемпературну сушіння 4, в якому
здійснюють сушіння повітрям з температурою 80...85 °С до вмісту сухих речовин
у суміші 25...27 %. Далі проводять сушіння у високотемпературній сушарці 5
перегрітою парою з температурою 138...145 °С до вмісту сухих речовин у суміші
90…95 % з подальшою її подачею в гранулятор 6.
При цьому одночасно на гранулювання насосом 20 направляють
попередньо розчинену в мішалці-розчиннику 9 при температурі 72…77 °С
суміш, що включає 70 % меляси, 18 % карбаміду та 12 % солей мікроелементів.
Причому при гранулюванні кількість розчиненої суміші з мішалки-розчинника 9
становить 27%, а жом та меляси після високотемпературної сушарки 5 – 75%. З
гранулятора 6 отриманий гранульований буряковий жом який подають в
охолоджувач 7 для охолодження до температури 19…21 °С холодним повітрям
з температурою 12…14°С подальшою його подачею вентилятором 23 в
низькотемпературну сушарку 4.
Відпрацьоване повітря після низькотемпературної сушарки 4 з
температурою 50…52 °З направляють у холодоприймач 13 пароежекторної

холодильної машини, де його охолоджують до температури 10…12 °З рахунок
рекуперативного теплообміну з парами холодоагенту.

Рисунок 3.2 – Лінія для виробництва бурякового жому: 1 - підігрівач; 2-
змішувач з форсунками 3; низькотемпературну 4 і високотемпературну
сушарки 5; гранулятор 6; охолоджувач 7, теплообмінник-утилізатор 8; мішалку-
розчинник 9, з сорочкою що гріється; паро ежекторну холодильну машину, що
залучає парогенератор (котел) 10, турбіну протитиску 11, ежектор 12,
холодильний приймач 13, випарник 14, конденсатор-пароперегрівач 15,

терморегулюючий вентиль 16; дільники потоків 17, 18; насос для меляси 19;
насос для розчиненої суміші 20; насоси 21, 22; вентилятори 23, 24

Як холодоагент використовують воду, яка з випарника 14 виходить у
вигляді парів, що мають температуру 4…6 °С понижений тиск 0,00085…0,00095
МПа, що створюється внаслідок ежекції холодоагенту робочою парою під
тиском 1…1,2 МПа в ежекторі 12. Після ежектування суміш робочої пари та пари
холодоагенту з тиском 0,4…0,5 МПа направляють конденсатор-пароперегрівач
15 на перегрів пари до температури 135...140 °С, використовуваного як
сушильний агент у високотемпературній сушарці 5. Утворився в конденсаторі-
пароперегрівачі 15 конденсат суміші робочої пари та пари холодоагенту з
температурою 140…150 °С подають у гріючу сорочку мішалки-розчинника 9 на
підігрів суміші меляси, карбаміду та солей мікроелементів до температури
70…75 °С. Далі конденсат з гріючої сорочки мішалки-розчинника 9 насосом 22
направляють у дільник потоків 18 з якого одну частину через терморегулюючий
вентиль 16 повертають у випарник 14 для підготовки холодоагенту, а іншу
частину повертають у парогенератор (котел) 10 з утворенням контуру
рециркуляції. При спалюванні палива в парогенераторі (котлі) 10 отримують
гостру пару тиском 3,5...4,0 МПа, що подається потім у турбіну протитиску 11, в
якій його тиск знижують до 1...1,2 МПа з одночасним виробленням
електроенергії.
Відпрацьований перегріту пару після високотемпературної сушарки 5 з
температурою 105...110 °З допомогою дільника потоків 17 поділяють на два
потоки. Один потік після перегріву до температури 135…140 °З конденсаторі-
перегрівачі 15 вентилятором 24 повертають в високотемпературну сушарку 5 з
утворенням контуру рециркуляції, а інший, у кількості випареної вологи у
високотемпературній сушарці 5, подають теплообмінник-утилізатор 8 на
нагрівання до температури 80...82 °С повітря, використовуваного в якості
сушильного агенту в низькотемпературній сушарці 4. конденсат, що утворився в
теплообміннику-утилізаторі 8 відпрацьованого перегрітої пари після сушарки 5

з температурою 97...98 °С насосом 21 направляють у підігрівач 1 на підігрів
меляси до температури 65-70 °С.
Таким чином, пропонований спосіб виробництва гранульованого
бурякового жому та лінія для його здійснення дозволяють:
- підвищити кормові властивості бурякового жому внаслідок збагачення
його мелясою, карбамідом та солями мікроелементів;
- знизити витрати на транспортування та зберігання готового продукту за
рахунок його гранулювання;
- підвищити енергетичну ефективність та експлуатаційну надійність
роботи лінії, оскільки передбачено використання пароежекторної холодильної
установки, яка на відміну від теплової насосної установки, найкраща з
енергетичної точки зору на таких підприємствах як цукрові заводи і більш
надійна в умовах реальної експлуатації через відсутність рухомих частин;
- реалізацію на практиці (на цукробурякових заводах) внаслідок того, що у
винаході наведено режимні параметри отримання готового продукту на кожній
із стадій його виробництва.

3.3 Обґрунтування прийнятих технічних та технологічних рішень

Обґрунтуванням і технічним, а також технологічним є «Удосконалення
способу та обладнання для отримання мелясового гранульованого бурякового
жому» як модернізацію схеми була обрана барабанна сушарка типу БН.
Після застосування модернізації, а саме барабанної сушильної установки
для сушіння бурякового жому, підвищується продуктивність лінії і так само при
подальшому змішуванні на жом з мелясою ми отримуємо меласований
гранульований жом, який перевершує звичайний сушений, а тим більше сирий і
кислий жом за низкою ознак:
1) тривалість зберігання;
2) спрощення способу транспортування;
3) багатий цінними інгредієнтами;

4) поживний, ніж сирий або сушений жом.
Продукція вироблена після модернізації може бути використана для
продажу на фермерські угіддя для корму великої рогатої худоби, не тільки в
нашій країні, але і використовуватися для продажу в інші країни.

3.4 Кінетичні закономірності сушіння бурякового жому

Криві сушіння, швидкості сушіння та криві нагріву бурякового жому
сушильним агентом (повітрям) при різних режимних параметрах процесу
представлені рисунки 3.3-3.7.
Збільшення температури повітря від 373 до 433 К веде до зростання
швидкості сушіння, отже до скорочення тривалості процесу. При збільшенні
швидкості сушіння період прогріву скорочується, а крива виглядає менш
пологою. Збільшення швидкості руху повітря також прискорює процес
висушування та видалення вологи з поверхні матеріалу проходить найбільш
інтенсивне. При збільшенні питомого навантаження матеріалу на поверхню
канальної насадки підвищується опір матеріалу, що уповільнює процес сушіння.
Збільшення частоти обертів сушильного барабана призводить до інтенсифікації
процесу.
Характер зміни кривих відповідає періодам прогріву, постійної та спадної
швидкості сушіння. Процес сушіння бурякового жому в барабанній сушарці
починається з прогріву продукту, і все тепло припадає на нагрівання продукту,
що видно на кривих нагріву, випаровування основної вологи припадає на період
постійного сушіння.

Рисунок 3.3 – Криві сушіння та швидкості сушіння
бурякового жому при різних температурах сушильного агенту
(n = 2 хв-1; V = 1,15 м3/с)
Позначення кривих:
1 - крива сушіння при температурі Тв = 433о К
2 - крива сушіння при температурі Тв = 413о К
3 - крива сушіння при температурі Тв = 393о К
4 - крива сушіння при температурі Тв = 373о К

Криві нагріву бурякового жому при різних температурах
сушильного агенту
Рисунок 3.4 – Кінетичні криві процесу сушіння бурякового жому в
барабанній сушарці:
а – криві сушіння U = f(τ) (1-4) та швидкості сушіння dU/dτ = f(τ) (1-4)
бурякового жому при різних температурах сушильного агенту; б – криві нагріву
Tв = f(τ) бурякового жому при різних температурах сушильного агенту, K

Криві сушіння бурякового жому при різні витрати повітря в сушильному
барабані (Tв=393оК; n=2 хв.-1)

Рисунок 3.5 – Криві сушіння U = f(τ) (1-3) та швидкості сушіння
dU/dτ = f(τ) (1-3) жому при різному витраті повітря в сушильному барабані

Позначення кривих: 1 - при витраті повітря у барабані Vв=1,5 м3/с;
2 - при витраті повітря у барабані Vв=1,15 м3/с;
3 - при витраті повітря у барабані Vв=0,8 м3/с

Криві сушіння бурякового жому при різному питомому навантаженні
барабана; (Tв=393 Ко; n=2 хв-1;Vв=1,15 м3/с)

Рисунок 3.6 – Криві сушіння U = f(τ) (1-3) та швидкості сушіння
dU/dτ = f(τ) (1-3) бурякового жому при різному питомому навантаженні

Позначення кривих: 1 - при питомому навантаженні qуд = 8 кг/м3;
2 - при питомому навантаженні qуд = 16 кг/м3;
3 - при питомому навантаженні q 3
уд = 32 кг/м

Криві сушіння та швидкості сушіння бурякового жому при різній
частоті обертання сушильного барабана (Tв = 393 К; Vв = 1,15 м3/с)

Рисунок 3.7 – Криві сушіння U = f(τ) (1-3) та швидкості сушіння
dU/dτ = f(τ) (1-3) бурякового жому при різній частоті обертання
сушильного барабана

Позначення кривих:1 - за частоти обертання барабана n=3 хв-1;
2 - за частоти обертання барабана n=2 хв-1;
3 - при частоті обертання барабана n=1 хв-1

Такий спосіб енергопідведення дозволяє зберегти переваги сушіння
нагрітим повітрям і при цьому знизити температуру матеріалу для підвищення
якості готового продукту.

3.5 Математична інтерпретація кінетичних закономірностей

В результаті математичної обробки кінетичних закономірностей були
отримані критеріальні рівняння (3.1) та (3.2), що описують процес теплообміну
між матеріалом та сушильним агентом.
Для періоду постійної швидкості сушіння:
(3.1)
Для періоду зменшення швидкості сушіння:
(3.2)
де Nu - критерій Нуссельта;
Re – критерій Рейнольдса;
Pe - критерій Пекле;
Gu – критерій Гухмана.
Залежності (3.1) та (3.2) справедливі в наступних інтервалах зміни
режимних параметрів: температура сушильного агенту (повітря) на вході в
сушильний барабан Т 3
в = 373…438 K, витрата повітря Vв = 0,9…1,6 м /с, питоме
навантаження qуд = 8 ... 32 кг/м3, частота обертання барабана n = 1,5...4 хв-1,
початковий вміст вологи Uн = 0,9%, рекомендована кінцевий вологовміст Uк =
0,15...0,14%. Кут нахилу сушильного барабана у всіх дослідах складає приблизно
3-5˚. [2, 8, 9, 10].

3.6 Дослідження процесу сушіння
бурякового жому
3.6.1 Обґрунтування інтервалів варіювання вхідних
та вихідних факторів

Для вивчення взаємодії різних чинників, які впливають на процес сушіння
бурякового жому за допомогою перегрітої пари зі зниженим тиском,

використовують для планування експерименту математичну методику [11, 14,
17]. Опис цього процесу створюється емпіричним шляхом. Отримана модель
представлена у вигляді регресивного рівняння, побудованого на основі
статистичних методів та даних експериментальних досліджень.
Модель математична проаналізованого процесу подана у формі полінома
другого ступеня:
(3.4)
Вибираємо такі основні фактори, що впливають на процес сушіння
бурякового жому:
Х1 - температура сушильного агенту на вході в сушильний барабан, К;
Х 3
2 - витрата сушильного агенту (повітря), м /с;
X3 - питоме навантаження бурякового жому на сушильний барабан, кг/м3;
Х4 - частота обертання сушильного барабана, хв.-1.
Вибір інтервалів зміни вхідних факторів обумовлений технологічними
умовами процесу сушіння бурякового жому в активних гідродинамічних
режимах, можливістю винесення частинок матеріалу із сушильної камери, а
також техніко-економічними показниками процесу. Критеріями оцінки впливу
вхідних факторів на процес сушіння бурякового жому є: Y1 - питомі
енерговитрати процесу сушіння, віднесені на 1 кг випареної вологи, (кВт год)/кг;
Y2 – волога напруга сушильної камери, кг/(м3∙год).
Оцінювання значення Y зумовлений їхньою найбільшою важливістю для
стану сушіння бурякового жому. Дане значення визначає енергоємність процесу
та є важливим показником в оцінці його енергетичної ефективності, Y2 визначає
продуктивність процесу сушіння та безпосередньо пов'язаний з його швидкістю.
Програма дослідження була закладена в матрицю планування експерименту.
Для дослідження застосовуємо центральне композиційне планування та
повний факторний експеримент (ПФЕ). Число дослідів у матриці планування для
чотирьох вхідних параметрів дорівнює 32. В результаті отримали нелінійні
рівняння регресії, що описують цей процес:

(3.5)
(3.6)

3.6.2 Оптимізація процесу сушіння бурякового жому
в барабанній сушарці

Завдання оптимізації сформульовано наступним чином: знайти такі
режими роботи сушарки, які б у широкому діапазоні зміни вхідних параметрів
процесу сушіння доставляли мінімум напруги вологості сушильної камери. На
рисунках 3.8-3.9 представлені залежності питомих енерговитрат та вологої
напруги від вхідних параметрів. Питомих енерговитрат і загальна математична
постановка задачі оптимізації представлена у вигляді наступної моделі:
(3.7)

Рисунок 3.8 – Залежність питомих енерговитрат від вхідних параметрів

Рисунок 3.9 – Залежність вологої напруги сушильного барабана від
вхідних параметрів

В результаті було отримано раціональні інтервали зміни параметрів:
Х1 = 373 ... 420о К; Х2 = 1,15 ... 1,30 м3/с; Х3 = 8...29 кг/м3; Х4 = 1,10 ... 2,35 хв-1

Для перевірки правильності результатів було поставлено ряд паралельних
експериментів. При цьому середньоквадратична помилка не перевищувала 5 %.

3.7 Моделювання процесу сушки

Частинка жому представлена у вигляді паралелепіпеда, в якій перенесення
теплоти та маси обумовлено фазовими перетвореннями та описується
диференціальними рівняннями матеріального та теплового балансів [4, 6, 11]:
(3.8)
(3.9)
де С - концентрація розподіленої вологи, кг/кг; Т-температура, K; τ - час, с;
–тепло, яке діє в даній точці, Вт/м3; q − питома теплота фазового
перетворення; rс – питома теплота пароутворення, кДж/кг; с – питома
теплоємність продукту, кДж/(кг К); ρ0− щільність продукту, що висушується,
кг/м3; λ− коефіцієнт теплопровідності сухого продукту, Вт/(м К); k-коефіцієнт
провідності, м2/c; відносний коефіцієнт термодифузії
вологого матеріалу, кг /(кг. K). Для досягнення кінетичної відповідності між
розрахунковими та експериментальними даними у кожній точці частинки
бурякового жому в момент часу τ = 0 задаються координати у тривимірному
просторі. Вважається, що для будь-якого τ на інтервалі часу, де τк−час сушіння,
відомі швидкість сушіння продукту ∂u(t) / ∂τ і зміна лінійних розмірів частинки
продукту, що висушується від часу: . В межах
частинки жому відбувається теплообмін із середовищем, що має температуру tс.
Відповідно до (3.8)–(3.9) пропонується алгоритм чисельного вирішення
нестаціонарного крайового завдання теплопровідності зі змінними
тепломасообмінними коефіцієнтами продукту, що висушується, граничними і

початковими умовами, а також фазовим переходом з рухомою межею розділу
фаз.
Рівняння теплопровідності з рухомими межами, за умови, що теплові
масообміні коефіцієнти постійні на інтервалі часу, представлялося у вигляді
рівняння теплопровідності з нерухомими межами:
(3.10)
Початкові умови:
(3.11)
Граничні умови:
(3.12)
Система рівнянь (3.10)–(3.12) приведена до безрозмірного вигляду:
(3.13)
(3.14)

(3.15)
Для вирішення задачі нестаціонарної теплопровідності (3.10)–(3.15)
використано зональний метод розрахунку температурних полів при сушінні
бурякового жому. Процес сушіння розбивався на деякі часові інтервали. У межах
кожного інтервалу геометрична форма частки: щільність, теплофізичні та
масообміні показники, початковий розподіл температури і вміст вологи за
обсягом частинки, а також щільність масового і теплового потоку з вологою, що
випарувалася, постійні.

3.8 Перевірка результатів моделювання

Наведено математичну модель, яка описує розподіл полів температур і
вмісту вологи в частинці бурякового жому прямокутної форми при сушінні. Як
вихідні рівняння були прийняті диференціальні рівняння матеріального та
теплового балансів, в якій перенесення теплоти та маси обумовлений фазовими
перетвореннями. Для вирішення математичної моделі розроблено алгоритм
чисельного рішення нестаціонарного крайового завдання теплопровідності зі
змінними тепловими масообмінними коефіцієнтами висушуваного продукту,
граничними та початковими умовами, а також фазовим переходом з рухомим
граничним поділом фаз. Вихідна система рівнянь приведена до безрозмірного
виду. Для вирішення задачі нестаціонарної теплопровідності використано
зональний метод розрахунку температурних полів при сушінні бурякового жому.
Процес сушіння розбивався на деякі часові інтервали. В межах кожного
інтервалу геометрична форма частинки, її щільність, теплофізичні та
масообмінні характеристики; початковий розподіл температури і вологовмісту
за обсягом частинки, а також щільність масового і теплового потоку з вологою,

що випарувалася. Зональний метод розв'язання задачі нестаціонарного
тривимірного рівняння теплопровідності для паралелепіпеда з урахуванням
внутрішніх джерел теплоти було перевірено за експериментальними даними
стаціонарного сушіння бурякового жому з використанням вихідних даних.
Для реалізації зонального методу отримано залежності зміни лінійного
розміру частинки бурякового жому по просторовій координаті х та її вмісту
вологи в процесі сушіння. При постійних значеннях вмісту вологи і розмірів
частинки, що висушується, методом машинного експерименту знайдені поточні
значення коефіцієнта фазового перетворення за умови максимального
зближення розрахункових і експериментальних даних. Запропонований метод
розрахунку розподілу температурних полів і полів вмісту вологи при сушінні
бурякового жому в змінних режимах з використанням тривимірного рівняння
теплопровідності показав відповідність розрахункових та експериментальних
даних з похибкою моделювання 9%. Отримані результати були використані для
розробки двох ступеневого способу сушіння бурякового жому.
Запропонований метод розрахунку двоступінчастого сушіння бурякового
жому дозволив забезпечити максимальну кінетичну відповідність при
практичній реалізації температурних режимів в області допустимих
технологічних властивостей продукту, що висушується.
Процес сушіння полягає в перенесенні вологи, що знаходиться в
капілярно-пористому тілі, в пароподібний стан і видалення пари в навколишнє
середовище. Наявність фазових перетворень, неоднорідності істотно ускладнює
математичне моделювання процесу сушіння. Більше того, технологічні вимоги
сушіння переважну більшість продуктів рослинного походження призводять до
необхідності застосування змінних режимів. Тому питання математичного опису
процесів сушіння при різних технологічних параметрах в умовах стаціонарного
режиму та їх використання для моделювання процесів сушіння у змінному
режимі набувають принципового значення у вирішенні оптимізаційних завдань.
Дуже перспективним у цьому напрямі є уявлення безперервного процесу у
вигляді дискретних значень за часом, коли задається часовий інтервал

дискретизації, в якому параметри сушильного агенту та теплофізичні
характеристики продукту набувають фіксованих значень. В основі відновлення
безперервного процесу сушіння за його тимчасовими інтервалами використана
теорія апроксимації, тобто наближення опису математичного об'єкта сушіння до
вихідного з допустимою похибкою.
Як правило, температурні режими при сушінні харчової рослинної
сировини визначають інтенсивність і тривалість процесу, а значення
температурних градієнтів продукту визначають його якість. Через складність
експериментального визначення полів температур у одиничних частинках
принципово важливим є розробка методів моделювання, що забезпечують
високу точність та достовірність одержаних результатів, що безпосередньо
пов'язано з розробкою сушильної техніки нового покоління.

РОЗДІЛ 4
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ЗМІШУВАННЯ СУХОГО
БУРЯКОВОГО ЖОМУ З РЕЦЕПТУРНИМИ КОМПОНЕНТАМИ
4.1 Установка для змішування сухого жому з рецептурними
компонентами

Складність явищ, що відбуваються в змішувачі, ускладнюють математично
точно виразити картину розподілу компонентів в залежності від їх фізико-
механічних властивостей, технологічних та конструктивних факторів. Тому
основний шлях дослідження процесу змішування – експериментальний.
Змішувачі (рис. 4.1) є змішувачами універсальної дії та призначені для
перемішування сипких матеріалів, а також сумішей різної в'язкості від рідких до
напівтвердих.
Змішувачі мають такі переваги:
- Конструкція перемішуючих органів забезпечує ефективне приготування
суміші різних складів за мінімальний часовий проміжок;
- Змішувачі можуть вбудовуватися у виробничі лінії та складні
технологічні системи;
– Управління змішувачем забезпечує зручність в обслуговуванні та роботі;
– Регулювання частоти обертів лопатей дозволяє оператору в широкому
діапазоні змінювати режим приготування суміші;
–Технологічність конструкції та запас міцності забезпечують багаторічну
експлуатацію при двозмінному режимі роботи.

Рисунок 4.1 – Схема змішувача

У змішувальній ємності знаходяться дві горизонтально розташовані
лопаті, що обертаються в протилежних напрямках з різними швидкостями.
Під впливом лопатей матеріал, що перемішується, здійснює складний
просторовий рух всередині ємності і відчуває значні деформації зсуву і стиску,
що забезпечують рівномірний розподіл компонентів за обсягом замісу.
При попаданні матеріалу в зону між лопатою та корпусом змішувальної
ємності відбувається його розминання, а коли матеріал виходить із зони впливу
лопаті, то відразу підхоплюється другою лопатою. Вивантаження готової суміші
виконується поворотом змішувальної ємності щодо станини або вивантаженим
шнеком.
Таким чином, використання запропонованого змішувача дозволить
скоротити тривалість технологічного циклу отримання готової суміші, а, отже,
знизити питомі енерговитрати на змішування при досягненні найкращої
однорідності одержуваної суміші.

4.2 Кінетичні закономірності процесу змішування

Дослідження з кінетики змішування проводяться у безперервному режимі
на змішувачі. Коефіцієнт варіації визначається шляхом відбору проб. Для цього
виготовлений спеціальний пристрій, який дозволяє відбирати проби.
Відбір проб здійснюється за середньою довжиною змішувача. Остаточний
коефіцієнт варіації визначаємо дослідним шляхом.
Параметри процесу змішування в кожному досліді підтримуються
постійними в інтервалі значень: частота обертання робочого органу змішувача n
= 30 - 140хв-1, ступінь заповнення бункера 0,2 - 1, кількість введеної меляси См =
10-15%, час змішування 70-220 с початковий коефіцієнт варіації К = 35,
рекомендований коефіцієнт варіації 4-6%.
Криві змішування бурякового жому та підігрітої меляси при різних
режимних параметрах процесу представлені на рисунках 4.3-4,6. Збільшення
частоти обертання робочого органу змішувача від 30 до 140хв−1 призводить до
зменшення коефіцієнта варіації, отже скорочення часу змішування. При
збільшенні ступеня заповнення камери змішувача коефіцієнт варіації
зменшується, час змішування збільшується. При збільшенні концентрації меляси
в змішувачі зменшується коефіцієнт варіації, а час змішування збільшується.
При збільшенні тривалості змішування коефіцієнт варіації зменшується. При
збільшенні концентрації меляси в змішувачі зменшується коефіцієнт варіації, а
час змішування збільшується. При збільшенні тривалості змішування коефіцієнт
варіації зменшується.

Рисунок 4.2 – Криві змішування К=f(τ) (1-3) бурякового жому

Рисунок 4.3 – Криві змішування К=f(τ) (1-3) бурякового жому при
різному ступені заповнення змішувача α
Позначення кривих:
1 – крива змішування при різній ступені заповнення змішувача α=0,2;
2 – крива змішування при різній ступені заповнення змішувача α=0,6;
3 – крива змішування при різній ступені заповнення змішувача α=1,0

Рисунок 4.4 – Криві змішування К=f(τ) (1-3) бурякового жому при різній
концентрації меляси суміші См, %

Позначення кривих:
1 – крива змішування при різній кількості добавленої меляси См=10 %;
2 – крива змішування при різній кількості добавленої меляси См=12 %;
3 – крива змішування при різній кількості добавленої меляси См=15 %

Рисунок 4.5 – Криві змішування К=f(τ) (1-3) бурякового жому при різній
тривалості змішування τ, с
Позначення кривих:
1 – крива змішування при тривалості змішування τ=100 с;
2 – крива змішування при тривалості змішування τ=140 с;

3 – крива змішування при тривалості змішування τ=160 с.

Отже, найбільш значущим параметром при змішуванні є частота обертання
робочого органу.

4.3 Дослідження процесу змішування
4.3.1 Обґрунтування інтервалів варіювання вхідних та вихідних
факторів

Для вивчення взаємодії різних чинників, що впливають на процес
змішування бурякового жому з підігрітою мелясою, застосовуються математичні
методи планування експерименту. Емпіричним шляхом може бути отриманий
опис цього процесу. У зв'язку з цим, математична модель представлена у формі
рівняння регресії, визначеного на основі статистичних методів із врахуванням
результатів експериментів. Досліджуваний процес описується за допомогою
математичної моделі у вигляді полінома другого ступеня:
(4.1)
Вибираємо такі основні чинники, що впливають процес змішування: Х1 —
частота обертання робочого органу змішувача n, об/хв; Х2 - ступінь заповнення
робочої камери змішувача; X3 - концентрація меляси в суміші, %; Х4 - тривалість
змішування τ, с.
Критеріями оцінки впливу вхідних факторів на процес змішування
бурякового жому з мелясою є: Y1 - питомі енерговитрати процесу змішування
(кВт∙год)/кг; Y2 – неоднорідність змішування, %. Обрання еталонів оцінювання
Y зумовлений їхньою високою значущістю для процесу змішування бурякового
жому з мелясою. Так, Y1 визначає енергоємність процесу і є важливим
показником в оцінці його енергетичної ефективності, Y2 визначає
продуктивність процесу змішування та безпосередньо пов'язаний з його
швидкістю.

Для дослідження застосовуємо центральне композиційне планування та
повний факторний експеримент ПФЕ. Число дослідів у матриці планування для
чотирьох вхідних параметрів дорівнює 32. Послідовність експериментів із
використанням випадкових чисел, яка виключає вплив неконтрольованих
факторів на результати дослідження. В результаті отримуємо нелінійні рівняння
регресії, що описують цей процес:
(4.2)
(4.3)
Аналіз рівнянь регресії (4.2) та (4.3) дає змогу визначити фактори, які
впливають на досліджуваний процес. Критерії оцінки найбільше впливає частота
обертання робочого органу змішувача, найменший – тривалість змішування.
Знак плюс перед коефіцієнтом при лінійних членах свідчить про те, що зі
зростанням вхідного параметра значення вихідного параметра також зростає.

4.3.2 Оптимізація процесу змішування сухого бурякового жому з
рецептурними компонентами

Завдання оптимізації сформульовано наступним чином: знайти такі
режими роботи змішувача, які в широкому діапазоні зміни вхідних параметрів
процесу змішування доставляли мінімум питомих енерговитрат процесу
змішування і мінімум неоднорідності суміші. На рисунках 4.6, 4.7 представлені
залежності питомих енерговитрат та коефіцієнта неоднорідності змішування від

вхідних параметрів процесу. Загальна математична постановка задачі
оптимізації представлена у вигляді наступної моделі:
(4.4)

Рисунок 4.6 – Залежність питомих енерговитрат від вхідних параметрів

Рисунок 4.7 – Залежність коефіцієнта неоднорідності від вхідних
параметрів

Для перевірки правильності результатів було поставлено ряд паралельних
експериментів. Отримані результати потрапляли до розрахованих інтервалів за
всіма критеріями якості. При цьому середньоквадратична помилка не
перевищувала 5%. На основі експериментальних та теоретичних даних
запропоновано модернізацію конструкції робочого органу змішувача.
Змішувач (рис. 4.8) містить корпус 1 із завантажувальними патрубками 2 і
форсунками 3, має три послідовно розташованих камери 4, 5 і 6. Усередині
корпусу 1 розташовані швидкохідний 7 і тихохідний 8 вали, причому
швидкохідний вал 7 розташований усередині тихохідного валу 8 і проходить
через три камери.
У першій камері 4 встановлений швидкохідний вал 7 з розташованими
спочатку двома очищаючими лопатями 9, а потім лопать 10. Очищаючі лопаті 9
на швидкохідному валу 7 і опора 11 між першою 4 і другий камерами 5 камери
корпусу змішувача 1 мають профіль, відповідний профілю лопаті. У верхній
частині першої 4 камери розташовані форсунки 3 для подачі рідких і в'язких
компонентів. Через другу 5 і третю камери 6 проходить тихохідний вал 8, який
приводиться в обертання від швидкохідного валу 7 за допомогою планетарної
зубчастої передачі, розташованої в опорі 11 між першою 4 і другою камерами 5
корпусу 1.
Ця планетарна передача забезпечує протилежний напрям обертання водил
14 і валу 8, центрального колеса 12, на якому жорстко кріпиться вал 8, так як
передатне відношення i має негативне значення числа зубів зубчастих коліс 12 і
13. У другій камері 5 тихохідний вал 8 забезпечений конусоподібними лопатями
16 (рис. 4.8 в).
Внутрішня циліндрична поверхня другої камери 5 корпусу змішувача 1
забезпечена зубчастим вінцем 17, взаємодіє з зубчастим колесом 18, підшипник
кочення якого 19 насаджений на вісь 20, причому вісь закріплена на стійкі 21,
яка приварена до тихохідного валу 8, а до торцевої частини зубчастого колеса 18
жорстко закріплена рамна мішалка 22 (рис. 4, в) на тихохідному валу 8 у другій

камері 5 між лопатями 16 у площині, перпендикулярної осі валу 8, встановлені
стрічкові спіралі 23, що приводяться в обертання за допомогою конічних
зубчастих коліс 20 від швидкохідного валу 7 (рис. 4.9 а та в). Зубчасті колеса в
цьому випадку формують просторову зубчасту передачу, яка забезпечує
передачу обертання між валами з перехрещеними осями. У пропонованій
конструкції змішувача стрічкові спіралі 23 встановлені під кутом до центральної
осі і обертаються з великою кутовою швидкістю, що дозволяє забезпечити як
турбулізацію багатофазної суміші, що містить компоненти з різною
дисперсністю частинок, так і збільшити пропускну здатність, а отже
продуктивність змішувача.
На тихому валу, що знаходиться в третій камері 6, 8 жорстко закріплений
одно західний шнек 25 зі змінним кроком витків.

(а) – загальний вигляд

(б) - поздовжній розріз опори 5

(в) – переріз Б-Б та переріз В-В

г) поздовжній розріз камери змішувача 5

Рисунок 4.8 – Змішувач з зигзагоподібним робочим органом

1 – корпус; 2 – завантажувальні патрубки; 3 – форсунки; 4-6 - камери;
7, 8 – швидкохідний та тихохідний вали; 9 - очищувальні лопаті;
10 – зиґзаґові лопаті; 11 - опора; 12 – зубчасті колеса; 13 – внутрішній
вінець; 14 - ведені водила; 15 – сателіти; 16 - конусоподібні лопаті;
17 - зубчастий вінець; 18 – зубчасте колесо; 19 – підшипник; 20 - вісь;
21 – стійка; 22 - рамні мішалки; 23 – спіралі; 24 - конічні зубчасті колеса;
25 – шнек

Рамні мішалки 22 у другій камері 5, що здійснюють обертання навколо
власної осі при русі внутрішньої поверхні камери 5 за допомогою взаємодії вінця
17 і зубчастого колеса 18, здійснюють витіснення змішуваних високов'язких
компонентів із застійних зон змішувача між камерами 4 і 5.

Робочими органами, конусоподібними лопатями 16 і стрічковими
спіралями 23, створюються три види руху суміші в змішувачі: тангенціальне,
радіальне та осьова течії. Під час тангенціальної течії суміш у змішувачі
рухається здебільшого по концентричних колах, які паралельні площині
обертання робочих елементів. Перемішування забезпечується завдяки вихровим
потокам, що формуються на їхніх краях.
Добротність змішування досягає найгіршого рівня, коли швидкість
обертання суміші співпадає зі швидкістю обертання робочих органів, таких як
конусоподібні лопаті 16 і стрічкові спіралі 23. Радіальний рух характеризується
переміщенням суміші від центральної осі обертання до стінок змішувача під
кутом, перпендикулярним осі обертання валів 7 і 8. Водночас осьовий рух
компонентів суміші проходить паралельно до осі обертання цих валів.

ВИСНОВКИ

1.Розроблено та обґрунтовано спосіб отримання гранульованого
бурякового жому з додаванням меляси, карбаміду та солей мікроелементів.
2.Встановлено основні кінетичні закономірності процесу сушіння
бурякового жому в барабанній сушарці з канальними насадками.
3.Встановлено основні кінетичні закономірності процесу змішування
бурякового жому з рецептурними компонентами з обґрунтуванням методами
математичної статистики раціональних режимів проведення процесу.
4.Вдосконалення конструкції барабанної сушарки з комбінованим
енергопідведенням, що дозволяє підвищити якість готового матеріалу та
інтенсивність проведення процесу сушіння за рахунок посекційної обробки
жому з індивідуальним підведенням сушильних агентів.
5.Вдосконалення способу виробництва гранульованого бурякового жому,
що дозволяє підвищити кормові властивості сухого бурякового жому внаслідок
збагачення його мелясою, карбамідом та солями мікроелементів, а також лінію
для його здійснення.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1.ГулийІ.С., ОрловЛ.О.. Обладнання підприємств переробної і харчової
промисловості /За ред. академіка Гулого І.С./ – Вінниця – Нова книга, 2001, -
575с
2.Булгаков В. М., Калетнік Г. М., Кравченко І. Є. Теоретична механіка. :
навч. посіб. К. : Хай-ТекПpес, 2011. 608 с.
3.Паламарчук І. П., Янович В. П., Михальова Ю. О. Розробка
вібровідцентрового змішувача для виробництва сипких субстанцій.
Всеукраїнський науково-технічний журнал Техніка, енергетика, транспорт АПК.
№1 (96) 2017. С. 104–107.
4.Цуркан О. В., Полєвода Ю. А., Волинець Є. О. Особливості конструкції
комбінованого змішувача для переробних і харчових виробництв.
Всеукраїнський науково-технічний журнал, «Вібрації в техніці та технологіях».
2016. No 1(81). С. 149–154.
5.Севостьянов І. В., Поліщук О. В., Слабкий А. В. Розробка та дослідження
установки для двокомпонентного віброударного зневоднення відходів харчових
виробництв. Восточно-европейский журнал передовых технологий. 2015.
№5/7(77). С. 40-46.
6.Гунько І. В., Севостьянов І. В., Орлюк Ю. Т. Дослідження напрямків
удосконалення пластинчастих теплообмінників. Техніка, енергетика, транспорт
АПК. 2019. №2 (105). С. 59–65.
7.Дейнеко Л. Екологічна ефективність розвитку харчової промисловості.
Вісн. аграр. Науки, 1999. № 9. C. 66-68.
8.Берник І.М. Аспекти кавітаційної технології водопідготовки харчової
галузі. Всеукраїн. наук.-практ. конф. «Інновації у розвитку харчових технологій
та економіки країни», 4-5 черв. 2020 р. Могилів-Подільський, 2020. 6 с.
9.Омельянов О. М. Особливості використання механічних коливань в
технологічних процессах Вібрації в техніці та технологіях. 2017. No4(87) С. 129–
134.

10.Берник П. С., Стоцько З. А., Паламарчук І. П. Механічні процеси і
обладнання переробного та харчового виробництва. Київ : Видавництво
Національного університету «Львівська політехніка», 2008. 336 с.
11.Гвоздєв О. В., Спірін А. В. Системний підхід у підвищенні ефективності
використання технічних засобів комбікормового виробництва. Збірник наукових
праць ВНАУ. Серія: Технічні науки. 2015. No1(89) Т1. С.43–47.
12.Солона О. В., Котов Б. І., Спірін А. В., Калініченко Р. А Обґрунтування
параметрів поєднаних процесів мікронізації і подрібнення із застосуванням
вібраційних технологій при переробці зерна на корм. Вібрації в техніці та
технологіях. 2016. No 3(83). С. 213–217.
13.Кондратюк Д. Г., Дмитренко В. П. Комплексні експериментальні
дослідження виготовлення кормової суміші для тваринництва. Збірник наукових
праць ЛНТУ. Перспективні технології та прилади. 2016. No 9 (2) С. 237–244.
14.Цуркан О. В. Розробка та дослідження енергоощадного вібраційного
змішувача для внесення преміксів в комбікорми : дис. кандидата техн. наук :
05.05.11. Вінниця, 2004. - 145 с.
15.Цуркан О. В., Полєвода Ю. А., Волинець Є. О. Особливості конструкції
комбінованого змішувача для переробних і харчових виробництв.
Всеукраїнський науково-технічний журнал, «Вібрації в техніці та технологіях».
2016. No 1(81). С. 149–154.
16.Нович В. П., Купчук І. М., Полєвода Ю. А., Михайловська М. А.
Створення фото аналітичного методу експрес-оцінки вихідної однорідності
сипких матеріалів. Збірник наукових праць ВНАУ. Серія Технічні науки. 1(84).
2014. С. 182–187.
17.Янович В. П., Калетнік Г. М. Обґрунтування режимних та
конструктивних параметрів гіраційного млина для виробництва високоактивних
преміксів. Всеукраїнський науково-технічний журнал Вібрації в техніці та
технологіях. No1 (84) 2017. С. 15–21.

18.Цуркан О. В. Розробка та дослідження енергоощадного вібраційного
змішувача для внесення преміксів в комбікорми : дис. кандидата техн. наук :
05.05.11. Вінниця, 2004. 145 с.
19.Пазюк В.М., Токарчук О.А., Токарчук Д.М. Сучасний стан проблеми
енергоефективності в світі та в Україні. Техніка, енергетика, транспорт АПК.
2021. No1(112). C. 88 –99.
20.Дубчак В.М., Новицька Л.І., Теорія ймовірностей та математична
статистика: методичні вказівки для самостійної підготовки здобувачів вищої
освіти першого (бакалаврського) рівня освіти галузі знань галузі знань 12 –
«Інформаційні технології», спеціальності 122 – «Комп’ютерні науки та
інформаційні технології» денної та заочної форми навчання.; Вінн. нац. аграр.
ун-т. Вінниця: ВНАУ, 2020. 134 с.
21.Середа Л.П, Швець Л.В, Гунько І.В, Пришляк В.М. Методичні
рекомендації написання та оформлення дипломних робіт для студентів денної та
заочної форм навчання факультету механізації сільського господарства освітньо-
кваліфікаційного рівня «Магістр». Вінниця.: 2015. 23 С.
22.Калетнік Г.М., Войтюк В.Д., Бондар С.М. та ін. Управління інженерною
діяльністю виробничих і сервісних підприємств АПК. Київ, 2010. 448 с.
23.Спірнін А. В., Цуркан О. В. Оцінка на конкурентоздатність вібраційного
змішувача. Вібрації в техніці та технологіях. 2004. №2. С. 70–72.
24.Кукта Р. М., Колесник А.Л., Кукта С.Г. Механізація і автоматизація
тваринництва: Навчальний посібник. К.: Віща школа, 1990. 335 с.
25.Гайвась Б. Математичне моделювання конвективного сушіння
матеріалів з урахуванням механотермодифузійних процесів / Б. Гайвась //
Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології. – 2010. –
Вип. 12. – С. 9–37.
26.До вивчення впливу зовнішнього електричного поля на сушіння
пористих тіл / В.Ф. Кондрат, Б І. Гайвась, Ю.М. Губер, Б.М. Гнідець // Наук.
вісник. — Львів: УкрДЛТУ, 2006. — Bип. 16.2. — С. 97–107.
27.Дендюк М.В. Аналіз напружено-деформівного стану та

диференціальної усадки в період регулярного режиму сушіння
пиломатеріалів / М.В. Дендюк, Б.П. Поберейко, Я.І. Соколовський //
Науковий вісник УДЛТУ. — 2002. — Bип. 12.8. — С. 140-146.
28.Дементьєва Т.Ю. Інтенсифікація процесів тепловологопереносу при
сушінні зернового матеріалу із застосуванням мікрохвильового
електромагнітного поля: автореф. дис. канд. техн. наук / Т.Ю. Дементьєва.
– О.: ОДАХ, 2012. – 22 с.
29.Дубковецький І.В. Дослідження біологічно активних речовин при
конвективному, кондуктивному і мікрохвильовому зневодненні сортів глоду
/ І.В. Дубковецький, І.Ф. Малежик, Я.В. Євчук // Наукові праці ОНАХТ. –

2012. – Вип. 41., Т. 1 – С. 87–92.
30.Майстренко Н.Ю. Резерви використання вторинних теплових
енергетичних ресурсів у харчовій промисловості України / Н.Ю. Майстренко //
Проблеми загальної енергетики. – 2013. – № 2 (33).– С. 43-48.
31.Праховник, А.В. Контроль ефективності енерговикористання –
ключова проблема управління енергозбереженням / А.В. Праховник,
В.Ф. Находов, О.В. Борисенко // Энергосбережение. Энергетика.
Энергоаудит. – 2009. – № 8. – С. 41–55.
32.ДСТУ 4714:2007. Паливно-енергетичні баланси промислових
підприємств. – Введ. 2007–07–01. – К.: Держспоживстандарт України, 2007. – 25
с.
33.Шот А. Світові тенденції та перспективи розвитку нетрадиційних та
відновлювальних джерел енергії в Україні. / А. Шот // Наукові записки
Львівського університету бізнесу та права. – 2011.– Вип. 6.– С. 220–226.
34.Гелетуха Г.Г. Енергозабезпечення Україні: погляд у 2050 р. /Г.Г.
Гелетуха, Т.А. Желєзна, М.М. Жовмір та ін // Зелена енергетика. – 2003.– № 4
(12). –
С. 4-6.
35.Словник законодавчих термінів: Біомаса [Електронний ресурс] / NAU-
Online. – Режим доступу: http://www.zakon.nau.ua/doc/?uid=1078.25635.0/
– 28.08.2007 р.

36.Гелетуха Г.Г. Перспективи використання відходів сільського
господарства для виробництва енергії в Україні. [Електронний ресурс] / Г.Г.
Гелетуха, Т.А. Желєзна// Аналітична записка БАУ № 7.– 2014.
www.uabio.org/activity/uabio-analytics.
37.Гелетуха Г.Г. Оцінка енергетичного потенціалу біомаси в Україні./ Г.Г.
Гелетуха, Т.А. Желєзна, М.М. Жовмір, Ю.Б. Матвєєв, О.І. Дроздова
//Ч.1.Відходи сільського господарства та деревна біомаса
Пром.теплотехніка. – 2010, Т. 32, № 6, С. 58-65.
38.Заєць О.С. Безвідхідна переробка цукрових буряків / О.С. Заєць,

В.О. Штангеєв, Ю.О. Заєць та ін. – К.: Урожай, 1992. –184 с.
39.Касіянчук В.Д. Економічні перспективи використання топінамбура, як
нетрадиційної сировини/ Науково-інформаційний вісник І. Франківського
університету права ім. Короля Данила Галицького. – Івано- Франківськ: РВВ
Івано-Франків. ун-ту права ім. Короля Данила Галицького, 2007. - C. 266–271.
40.Галінська О.С. Удосконалення способів отримання екстракту з
топінамбуру / О.С. Галінська, І.О. Баклан, О.С. Бессараб // Veda a technologie:
krok do budoucnosti – 2015: ХІ Mezinarodni vedecko-prakticka conference,
27.02.2015 – 05.03.2015. - Praha : Publishing Houso, 2015. – Dil. 17. – С. 42-44.
41.Руденко В.М. Математична статистика. Навч. посібн.– К: Центр
учбової літератори, 2012.– 304 с.
42.Іващенко Н.В. Узагальнення кінетики сушіння зв’язкодисперсних
структурованих харчових продуктів / Н.В. Іващенко, О.Ф. Буляндра,
В.В. Шутюк // Цукор України. 2012.—№ 6—7 (78–79).—С. 38—41.
43.Кулинич О.І. Теорія статистики: Підручник. 2-ге доп. і допр.

Видання / О.І. Кулинич.—Кіровоград: ДЦУВ, 1996.—С. 97—157.
44.Снєжкін Ю.Ф. Харчові порошки з рослинної сировини. Класифікація,
методи отримання, аналіз ринку / Ю.Ф. Снєжкін, Ж.О. Петрова. —
К.:Біотехнологія. — 2010. — № 5. — Т. 3. — С. 31—42.
45.Бессараб О.С. Технологія сушіння плодів та овочів : конспект лекцій
для студ. спец. 7.091706 ден. та заоч. форм навч. / Уклад.: О.С.
Бессараб, В.В. Шутюк. — К.: НУХТ, 2002. — 84 с.

46.Самійленко С.М. Методологічні засади оптимізації тепло-
технологічного комплексу цукрового виробництва : автореф. дис. ... канд. тенх.
наук : 05.14.06 «Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика»
/ С.М. Самійленко; НУХТ. - К., 2012. – 23 с.
47.Самійленко С.М. Методологічні засади термодинамічного аналізу
теплообмінних систем цукрового виробництва. Частина 1 /
С.М. Самійленко, С. М. Василенко, О. Ф. Буляндра та ін. // Наукові праці

НУХТ. – 2012. – № 44. – С. 61-70.
48.Самійленко С.М. Методологічні засади термодинамічного аналізу
теплообмінних систем цукрового виробництва. Частина 2 / С.М.
Самійленко, С.М. Василенко, О.Ф. Буляндра та ін. // Наукові праці НУХТ.
– 2012. – № 45.– С. 43–52.
49.Термодинамічний аналіз підігрівників і теплообмінників цукрового
виробництва / С.М. Самійленко, С.М. Василенко, О.Ф. Буляндра та ін. // Цукор
України. – 2012. – № 3 (75). – С. 39-45.
50.Василенко, С.М. Аналіз ефективності теплообмінників та підігрівників
в структурі теплотехнічного комплексу цукрового виробництва
/ С.М. Василенко, С.М. Самійленко та ін. // Цукор України. – 2011. – № 2. –
C. 27 – 32.
51.Бурдо, О.Г. Дослідження процесу сушіння в рекуперативній
зерносушарці / О.Г. Бурдо, І.В. Безбах, О.В. Зиков // Зернові продукти і
комбікорми .– 2014.– № 3.– С. 47-50. [Електронний ресурс]– Режим доступу:
http://nbuv.gov.ua/j-pdf/Zpik_2014_3_12.pdf
52.Використання теплових насосів у процесах сушіння / Ю.Ф.
Снєжкін, Д.М. Чалаєв, В.С. Шаврін, Р.О. Шапар, О.О. Хавін, Н.О.
Дабіжа // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 106-
110.
53.ГулийІ.С., ОрловЛ.О.. Обладнання підприємств переробної і харчової
промисловості /За ред. академіка Гулого І.С./ – Вінниця – Нова книга, 2001, -
575с.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets