CC BY
8в
естник АПК
Агроинженерия -; № 1(13), 2014 " "
УДК 621.311: 637.13
53
Атанов И. В., Капустин И. В., Ефанов А. В.
Atanov I. V., Kapustin I. V., Efanov A. V.
СНИЖЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ОБРАБОТКИ И ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОКА
REDUCTION OF ENERGY CONSUMPTION IN THE TECHNOLOGICAL TREATMENT AND PROCESSING OF MILK
Рассматриваются вопросы энергосбережения на обра- The article examines the energy efficiency in treatment
ботку и переработку молока. Предложенные технические и and processing of milk. The authors proposed technical and
технологические разработки направлены на снижение рас- technological developments aimed at reducing energy con-
хода электроэнергии в технологических процессах молоч- sumption in industrial processes of dairy and milking units, milk
ных и доильно-молочных блоков, молокоприемных и моло- collection and milk processing items..
коперерабатывающих пунктов. Key words: energy saving, reduction of power consump-
Ключевые слова: энергосбережение, снижение рас- tion, treatment and processing of milk. хода электроэнергии, обработка и переработка молока.
Атанов Иван Вячеславович -
кандидат технических наук,
проректор по учебной и воспитательной работе,
доцент кафедры применения электрической энергии
в сельском хозяйстве
Ставропольский государственный
аграрный университет
Тел.: 45-15-45
Е-таИ: [email protected]
Капустин Иван Васильевич -
кандидат технических наук,
профессор кафедры технологического оборудования животноводческих и перерабатывающих предприятий
Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: 8-928-285-51-83 Е-т^1: [email protected]
Ефанов Алексей Валерьевич -
кандидат технических наук,
декан электроэнергетического факультета
доцент кафедры электроснабжения и эксплуатации
электрооборудования
Ставропольский государственный
аграрный университет
Тел.: 8-918-757-76-89
Е-т^1: [email protected]
Atanov Ivan Vyacheslavovich -
Ph.D. in Technical Sciences,
Vice-Rector for Education and Studies
Docent of the Department of Electrical Application
of Energy in Agriculture
Stavropol
State Agrarian University
Tel.: 45-15-45
E-mail: [email protected]
Kapustin Ivan VasiTevich -
Ph.D. in Technical Sciences,
Professor of Department of process equipment in
livestock and processing
enterprises
Stavropol State
Agricultural University
Tel.: 8-928-285-51-83
E-mail: [email protected]
Efanov Alexei Valer'evich. -
Ph.D. in Technical Sciences,
Dean of the Faculty of Electric Power
Docent of the Department of
Electric power supply and Operation of electrical
equipment
Stavropol State Agrarian University Tel.: 8-918-757-76-89 E-mail: [email protected]
Одним из ключевых факторов стоимости получаемого сельскохозяйственного продукта является его энергоёмкость. Снижение энергоемкости становится в настоящее время доминирующим критерием эффективности ведения производства и рационального использования ресурсов (энергетических, водных, биологических, финансовых и трудовых).
Освоение эффективных ресурсосберегающих технологий и техники в животноводстве - важнейшая цель Стратегии машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 г [1].
На животноводческих фермах и комплексах основными потребителями энергии являются следующие объекты: здания для содержания животных, кормоприготовительные цехи, молочные и доильно-молочные блоки. В качестве источников энергии наибольшее распространение получили жидкое топливо и электроэнергия. Зарубежный и отечественный опыт показывает, что в последние годы в животноводстве наметилась тенденция перехода на использование мобильных машин многофункционального назначения, привод которых обеспечивается от двигателей внутреннего сгорания. Так, появление на рынке измельчителей-смесителей-
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
естник АПК
Ставрополья
раздатчиков кормов делает нецелесообразным сооружение на фермах дорогостоящих стационарных кормоцехов, на долю которых приходилось до 35-40 % электроэнергии, потребляемой животноводческим объектом. В настоящее время на животноводческих объектах все большее распространение получают именно самоходные кормосмесители, что подтверждает анализ рынка реализуемой кормораздаточной техники [2].
Также вместо стационарных электрифицированных средств для уборки и транспортировки навоза к местам его переработки и хранения все чаще используются мобильные агрегаты, обеспечивающие комплексное выполнение этихопераций.
Таким образом, произошло перераспределение используемой в животноводстве энергии по ее видам: для механизации процессов приготовления и раздачи кормов, уборки и транспортировки навоза все больше используется жидкое топливо, а основными потребителями электроэнергии становятся процессы машинного доения коров, обработки и хранения молока, отличающиеся высокой технологической значимостью [3] и энергоемкостью [4].
В результате обработки данных разработанных нами технологических карт распределение потребления электрической энергии на различные технологические операции в молочных и доильно-молочных блоках выглядит следующим образом (рис. 1).
70 60 50 40 30 20 10 0
§
s
1 Г -
2 4 6 7
70 60 50 40 30 20 10 0
1 Г - 1 -
3 5 6 7
Q кВт ч/т
снижение затрат энергии, в первую очередь, на процессы охлаждения и хранения молока.
Основными направлениями энергосбережения являются использование теплоты компрессионных холодильных машин в технологических целях, а также природных источников энергии, в частности энергии холода в зимние месяцы года.
Схема линии охлаждения молока с использованием регенерации теплоты для подогрева водопроводной воды, используемой для поения животных, показана на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема обработки молока с применением резервуара-охладителя с предварительным охлаждением и регенерацией теплоты для подогрева воды:
1 - градирня; 2 - молокосборник; 3 - молочный насос НМУ-6; 4 - фильтр; 5 - аккумулятор холода; 6 - водяной насос; 7 - пластинчатый охладитель молока АДМ-13000; 8 - резервуар-охладитель; 9 - терморегулирующий вентиль; 10 - компрессор; 11 - водяной конденсатор; 12 - предохранительный клапан; 13 - водорегулирующий вентиль;
14 - водонагреватель; 15, 16 - краны; 17 - автопоилки
Холодильные машины с рекуперацией теплоты выпускают также ведущие производители технологического оборудования для первичной обработки молока, такие как Mueller Europa, DеLaval, Westfalia Surge и другие. Функциональная схема такой машины представлена на рисунке 3.
Рисунок 1 - Расход электроэнергии в молочном (а) и доильно-молочном (б) блоках:
1 - доение коров; 2 - очистка молока; 3 - охлаждение молока; 4 - хранение молока; 5 - параметры микроклимата;
6 - горячее водоснабжение; 7 - прочие затраты
Как видно из рисунка 1, самым высокоэнер-гозатратным процессом в доильно-молочных линиях является охлаждение молока с его последующим хранением до момента отправки потребителю. При традиционной технологии в совокупности на это расходуется в среднем 38-42 кВт.ч электроэнергии на 1 т молока (50-68 %), а 20-25 % суммарного расхода электроэнергии приходится на горячее водоснабжение и обеспечение параметров микроклимата в производственном помещении. Этим определяется актуальность разработки технологий и устройств, обеспечивающих
Вода холодная
Вода, подогретая в конденсаторе —► Вода, нагретая в рекуператоре
Хладагент газообразный — Хладагент жидкий
Рисунок 3 - Схема работы холодильной машины с рекуперацией теплоты
%
в
естник ЛПК
Ставрополья
:№ 1(13), 2014
направление потока молока а)
Агроинженерия
55
В лабораториях Ставропольского государственного аграрного университета ведутся работы по разработке энергосберегающего оборудования для линий обработки и переработки молока [5]. В частности, разработаны и испытаны в производственных условиях опытные образцы аккумулятора естественного холода, универсального резервуара многофункционального назначения и очистителя-охладителя молока. Так, использование разработанной конструкции очистителя-охладителя с фильтром двухступенчатой очистки молока (рис. 4, а) в сравнении с серийно выпускаемой установкой ОМ-1А позволяет снизить удельные затраты электроэнергии на 2,6 кВт.ч/т.
Универсальный резервуар многофункционального назначения (рис. 4, б) обеспечивает выполнение технологических операций: нагревание, охлаждение, пастеризацию молока и молочных продуктов (в частности, пастеризацию и созревание сливок), за счет чего снижение расхода электроэнергии на тепловые процессы достигает 17 % [6]. Наличие лопастной мешалки позволяет интенсифицировать процессы смешивания и теплообмена, а также осуществить сбивание сливок в сливочное масло.
Применение для тепловой обработки молока гидродинамических пастеризаторов обеспечивает высокий КПД (80 % и более) и снижение энергоемкости процесса пастеризации за счет исключения нагрева промежуточного теплоносителя.
Важным направлением экономии электроэнергии является ее рациональное использование. Это достигается, с одной стороны, путем согласования мощностей электрооборудования с конкретным потребителем, с другой - путем применения агрегатов и оборудования с регулируемым электроприводом [7]. Причем алгоритм управления преобразователя частоты необходимо выбирать такой, чтобы обеспечивался максимальный коэффициент полезного действия электродвигателя во всем диапазоне скоростей [8]. Линия обработки и переработки молока должна представлять собой поточно-технологическую линию, работающую в режиме, соответствующем требуемой производительности.
Данные обработки результатов лабораторных и производственных испытаний разработанных опытных образцов энергосберегающего оборудования для линий обработки и переработки молока представлены на рисунке 5.
; 100
£ 95 Е 90 ® 85 8 80 £75
си
а 70
£65
8 60
о
£ 55
50 45
38 % 49 %
наименьшее значение
- наибольшее значение
б)
Рисунок 4 - Очиститель-охладитель молока (а) и резервуар универсальный многофункционального назначения (б): 1 - фильтр; 2 - охладитель
Рисунок 5 - График снижения расхода электроэнергии в линиях обработки и переработки молока при внедрении энергосберегающего оборудования
Модернизация технологических линий обработки и переработки молока с полным включением перечисленного энергосберегающего оборудования обеспечит снижение расхода электроэнергии в пределах 38-49 %, что объ-
56
"" — — Jj Ставрополья
научно-практический журнал
ясняет целесообразность внедрения представленных инженерно-технологических решений в производство.
Представленный материал может быть использован при проектировании, разработке и реконструкции молочных и доильно-молочных
блоков животноводческих ферм и комплексов, а также молокоприемных и молокоперерабаты-вающих пунктов. Предложенные технические и технологические разработки направлены на снижение расхода электроэнергии на процессы обработки и переработки молока.
Литература
1. Лачуга Ю. Ф. и др. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года. М. : ФГНУ «Росинформагро-тех», 2009. 80 с.
2. Липкович Э. И., Бондаренко А. М., Краснов И. Н. и др. Модульная ферма с низкозатратной экологически чистой технологией производства молока. Ростов н/Д : «Терра Принт», 2010. 196 с.
3. ГОСТ Р 52054-2003. Молоко натуральное коровье - сырье. Технические условия. Введен 2004-01-01. Изд. офиц. М. : Изд-во стандартов, 2003. 6 с.
4. Трухачев В. И., Капустин И. В., Буд-ков В. И., Грицай Д. И. Технологическое и техническое обеспечение процессов машинного доения коров, обработки и переработки молока : учебное пособие. 2-е изд. СПб. : Издательство «Лань», 2013. 304 с.
5. Трухачев В. И., Краснов И. Н., Капустин И. В. и др. Молокоприемные и моло-коперерабатывающие пункты : монография. Ставрополь : АГРУС, 2013. 312 с.
6. Капустина Е. И. Оборудование для цехов малой мощности // Сельский механизатор. 2005. № 9. С. 26.
7. Хорольский В. Я., Атанов И. В., Шемякин В. Н. Энергосбережение в электроустановках предприятий, организаций и учреждений : учебно-практическое пособие. Ставрополь : АГРУС, 2011. 100 с.
8. Ефанов А. В., Любицкий М. В., Гаса-нов И. Э. Алгоритм расчета механических и энергетических характеристик частотно регулируемого асинхронного двигателя при U1/f1 = const // Материалы 41-й научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2011 год. Т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь : СевКавГТУ, 2012. С. 71-73.
References
1. Lachuga Yu. F et al. Strategy of machine-technological modernization of agriculture in Russia until 2020. M. : FSSI «Rosinforma-groteh», 2009. 80 p.
2. Lipkovich E. I., Bondarenko A. M., Kras-nov I. N. et al. Modular farm with low-cost environmentally friendly technology of milk production. Rostov n/D: «Terra-Print», 2010. 196 p.
3. State standard GOST R 52054-2003. Natural cow milk as raw material. Specifications. Introduced 2004-01-01. Official ed. Moscow : Publishing House of the standards. 2003. 6 p.
4. Trukhachev V. I., Kapustin I. V., Budkov V. I., Gritsay D. I. Technological and technical support of machine milking cows, milk treatment and processing: Textbook. 2nd ed. SPb. : Publisher «Lan», 2013. 304 p.
5. Trukhachev V. I., Krasnov I. N., Kapustin I. V. et al. Milk processing and milk collection units: monograph. Stavropol : AGRUS, 2013. 312.
6. Kapustina E. I. Equipment for small power plants // Rural mechanic. 2005. № 9. P. 26.
7. Khorolsky V. Y., Atanov V. I., Shemyakin V. N. Energy conservation in electricity-generating equipment at enterprises, organizations and institutions: teaching practical guide. Stavropol : AGRUS, 2011. 100 p.
8. Efanov A.V. Algorithm for calculating mechanical and energy characteristics of frequency controlled induction motor with U1/ f1 = const //Proceedings of the 41 Scientific Technical Conference on the Research Results of Staff of the NCSTU for 2011. Volume One. Natural and exact sciences. Technical and applied science. Stavropol : NCSTU 2012. P. 71-73.
