Совершенствование технологии уборки незерновой части урожая с разработкой режимов и параметров установки для изготовления утеплительных плит

Центральное место в сельском хозяйстве занимает растениеводство, а именно производство зерновых культур. Зерновые обеспечивают большую часть возрастающей потребности населения в пище (около 88% энергии человек получает из растений в виде углеводов, белков, жиров и около 80% витаминов, минеральных солей и других физиологически незаменимых веществ). В целом растительные продукты составляют 93% рациона человека, около 80% побочной биомассы растений участвуют в формировании плодородия почвы. Растения способны синтезировать в процессе фотосинтеза биологически ценные вещества, используя для этого практически неограниченные энергетические и сырьевые ресурсы природной среды (солнечную радиацию, СОг, азот, кислород, воду, минеральные вещества и др.) [79].

Побочным продуктом производства зерна является солома. Объем соломы в среднем по сортам и культурам в полтора раза больше объема зерна. Раньше практически весь объем соломы использовался сельскохозяйственными производителями на свои нужды. Главной причиной появления излишков соломы стало использование нефти и природного газа. Лошади, волы и буйволы, которые во всем мире веками являлись источниками энергии для сельского хозяйства, были вытеснены двигателями внутреннего сгорания. Солома больше стала не нужна для подстилки или кормления получивших отставку тягловых животных. В то же время работники сельского хозяйства всего мира убедились, что «синтетические» удобрения, в особенности азот, производимые главным образом посредством химических процессов, энергию для которых дают минеральные углеводороды, — привлекательный и эффективный заменитель навоза. После второй мировой войны эти удобрения в большинстве крупных районов зерносеяния вытеснили навоз, став главным средством поддержания плодородия почвы. Скот, который держали в районах земледелия главным образом для того, чтобы получать навоз, стал многим работникам сельского хозяйства в этих районах не нужен. Даже там, где он оставался, использовали мало соломы для подстилки, потому что труд крестьян, необходимый для работы с подстилочным навозом, подорожал [72].

Одновременно с резким сокращением использования соломы для кормления животных и подстилки сокращалось ее использование и для других целей. Солому теперь гораздо реже, чем раньше, используют для покрытия крыш, для плетения корзин или упаковочной тары, не говоря уже о других традиционных способах ее использования. Стало обычным оставлять ее на поле либо в виде высокой стерни, либо там, где ее сбросит комбайн.

В результате улучшения сортов и использования нефтепродуктов стали получать большие урожаи зерна и соломы. Солому, на которую приходится около половины сухого вещества урожая, стали рассматривать по большей части как нежелательную. Ежегодно возобновляющийся источник энергии теряется, в то время как расходуются ограниченные запасы ископаемых углеводородов, как утверждают некоторые [118] расточительно.

Из вышесказанного следует, что необходимы технологии, позволяющие получать из соломы топливо для промышленных и бытовых нужд, строительные материалы, утеплители и учитывая, что в соломе содержится целлюлоза, получение низкосортной бумаги, картона и другой подобной продукции.

Поэтому исследование процесса изготовления утеплительных плит несомненно актуальная задача.

Цель работы.

Разработка технологии использования соломы зерновых культур в качестве утеплителя путем горячего прессования.

Объект исследования.

Процесс горячего прессования соломы зерновых культур.

Научная новизна — исследован процесс прессования соломы с применением нагрева;

— теоретически обоснована прочность утеплительных плит изготовленных из соломы в зависимости от их теплопроводности;

— обоснованы оптимальные параметры температуры нагрева, усилия прессования и времени выдержки при производстве утеплительных плит из соломы.

Практическая значимость.

— разработан способ производства утеплительных плит из соломы зерновых культур (патент РФ № 2 220 043);

— разработана технологическая схема производства утеплительных плит из соломы зерновых культур;

— обоснована экологически чистая технология, позволяющая за счет использования соломы повысить эффективность производства зерновых культур.

На защиту выносятся.

— обоснование возможности использования соломы в качестве сырья для производства утеплительных плит;

— теоретические исследования технологического процесса прессования соломы;

— экспериментальные исследования и рекомендации по выбору рациональных параметров технологического процесса получения утеплительных плит из соломы.

Реализация результатов исследования.

— результаты диссертационной работы приняты к внедрению в ФГУП учхоз-племзавод «Комсомолец» Мичуринского государственного аграрного университета [Приложение А];

— лабораторная установка внедрена в учебном процессе Мичуринского государственного аграрного университета. Аналитические и экспериментальные исследования включены в курсы лекций и лабораторных занятий по дисциплине: «Основы проектирования и строительства перерабатывающих предприятий» [Приложение А].

Апробация работы.

Основные положения и результаты исследований диссертационной работы были доложены и одобрены на юбилейной научно-практической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов Мичуринского государственного аграрного университета посвященной 70-летию университета, г. Мичуринск 2001 г.- Международной научно практической конференции молодых ученых и специалистов «Аграрная наука в начале XXI века» г. Воронеж 2002 г.- 54 научной конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Рязанской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора Костычева П. А., г. Рязань 2003 г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано четыре печатные работы, в том числе патент на изобретение.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 137 страницах, содержит 52 рисунка, 8 таблиц, 9 приложений. Список использованной литературы включает 122 наименования, из них 28 на иностранном языке.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. Анализ обзорного материала показал, что объем соломы по массе сухого вещества в полтора раза превышает объем производства зерна. Из всей массы соломы только 18 — 20% находит рациональное использование. Установлено, что из всего многообразия способов использования излишков соломы наиболее эффективным является — производство утеплительных плит для помещений сельскохозяйственного назначения. Проведенные исследования показали, что на процесс производства утеплительных плит из соломы зерновых культур влияют следующие факторы: температура нагревательных плит прессаусилие прессованиявремя выдержки в прессе.

2. Теоретически исследовано и экспериментально проверено, что зависимость прочности от усилия прессования на участке от 1000 до 1600 кН/м является линейной и имеет следующий вид: р = 0,175 • Р + 245, [кг/м3].

3. Экспериментальными исследованиями получена зависимость изменения прочности утеплительных плит от температуры нагрева, усилия прессования и времени выдержки под давлением имеющая линейный характер: ух = 1,342 + 0,351 хх + 0,172×2 + 0,082×3 где yi — прочность соломенной плитых — температура нагрева, х2 -усилие прессования и хз — время выдержки под давлением. Оптимальными параметрами для производства утеплительных плит из соломы зерновых культур по предложенной технологии являются: температура нагревательных плит прессапрессования — 1000кН/м — время выдержки в прессе.

160°Сусилие 8 минут.

4. Зависимость коэффициента теплопроводности утеплительных плит из соломы от температуры нагрева, усилия прессования и времени выдержки под давлением имеет линейный характер и описывается следующим уравнением: у2 = 0,9 375 + 0,738 хх + 0,0035×2 + 0,175×3 где X] - температура нагрева, х2 — усилие прессования и Хз — время выдержки под давлением. Наибольшее влияние оказывает температура нагрева.

5. Разработанная технология позволяет получать утеплительные плиты из соломы со следующими показателями: размер плит 1000×500×50мм, прочность плит от 0,74 до 1,74Мпа, коэффициент теплопроводности от 0,080 до 0,096Вт/м-К.

6. Энергетические затраты на производство утеплительных плит из соломы составляют примерно 1200МДж/т. В денежном выражении (по ценам на 2004 г.) себестоимость производства одной утеплительной плиты составляет 10,75 руб. (0,83руб/кг). Энергозатраты на производство керамзита, который в данный момент является наиболее распространенным утеплителем, составляют примерно ЗОООМДж/т. В денежном выражении 2,08руб/кг. Таким образом, разница в энергетических затратах между получением плит из рулонов соломы и производством керамзита составила 1800МДж/т. или 1,25руб/кг. Экономическая оценка данной технологии показывает ее эффективность и целесообразность применения в сельскохозяйственном производстве.

7. Наиболее целесообразно применение плит для утепления потолочных перекрытий с последующей гидроизоляцией и нанесением стяжки из бетона, а также стен каркасных зданий. Рекомендуется для утепления складских и других помещений сельскохозяйственного назначения.

Разработанная технология принята для внедрения в ФГУП учхоз-племзавод «Комсомолец» Мичуринского государственного аграрного университета.