spfpХранение и переработка сельхозсырьяStorage and Processing of Farm Products2072-96692658-767XРОСБИОТЕХ10.36107/spfp.2021.224spfp-224Research ArticleТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕTECHNOLOGICAL PROCESSES, MACHINES AND EQUIPMENTИспользование информационных технологий для оптимального проектирования экструзионной техники при обработке семян рапсаhttps://orcid.org/0000-0002-0279-7119ТокареваМарина АфанасьевнаTokarevaMarina A.tokareva@mail.osu.ruФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет»РоссияOrenburg State UniversityRussian Federation20210608202102150164Copyright © Токарева М.А., 20212021Токарева М.А.Tokareva M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.spfp-mgupp.ru/jour/article/view/224

Описано преимущество использования экструзии для технологического процесса получения рапсового масла и жмыха с учетом требований к качеству. Приведена математическая модель процесса экструдирования с оттоком жидкой фазы.Представлены теоретические и практические исследования шнеков экструдера с различными геометрическими размерами. Приведенные результаты исследования проб образцов полученного нерафинированного рапсового масла показывают возможность его использования как качественного сырья для производства биодизельного топлива. С другой стороны, включение в рацион кормления сельскохозяйственных животных экструдированного рапса позволяет решить проблему низкой продуктивности сельскохозяйственных животных из-за  неполноценного кормления по белку и аминокислотам, так как жмых является эффективным источником энергии, аминокислот и минеральных веществ. Таким образом, экструзия является фактически идеальным безотходным технологическим процессом. Представлены результаты вычислительного эксперимента для получения технико-экономических параметров процесса экструдирования по определенным значениям конструктивных, геометрических и реологических параметров малогабаритного пресс-экструдера ПЭШ-30/4. Описан процесс оптимизации шнека экструдера по методу рабочих характеристик. На основании построенных зависимостей мощности от производительности и относительной производительности по маслу от производительности экструдера, зависимости кпд от производительности построены оптимальные области при изменении шага, высоты и толщины лопастей шнека. Эти области позволили обоснованно выбрать геометрические размеры и диапазон скорости вращения шнека для обеспечения максимального КПД работы одношнекового экструдера с учетом требований к готовой продукции. Использование разработанного программного обеспечения позволяет рассчитывать технико-экономические параметры процесса и проводить оптимизацию рабочих органов экструдера в целях повышения эффективности технологического оборудования.

экструзияодношнековый экструдервычислительный экспериментоптимизация геометрических параметроввысотатолщинашаг лопасти шнекаReferencesАлбин, Д., Майо, К., & Бузман, Д. (2019). Экструдирование кукурузы и использование ее в рационах молочных коров. Комбикорма, 7-8, 28-29.Albin D., Mayo K., Buzman D. Ekstrudirovaniye kukuruzy i ispol′zovaniye yeye v ratsionakh molochnykh korov [Extrusion of corn and its use in the diets of dairy cows]. Kombikorma [Compound feed], 2019, no. 7-8, pp. 28-29.Алексеев, В., & Аксенова, О. И. (2015). Корректирование расчетов оборудования для снижения его энергоемкости на базе моделирования технологического процесса экструдирования. Техника машиностроения, 22(3), 27-37.Alekseyev.V., Aksenova O.I. Korrektirovaniye raschetov oborudovaniya dlya snizheniya yego energoyemkosti na baze modelirovaniya tekhnologicheskogo protsessa ekstrudirovaniya [Correction of calculations of equipment to reduce its energy consumption on the basis of modeling the technological process of extrusion]. Tekhnika mashinostroyeniya [Engineering], 2015, vol. 22, no. 3, pp. 27-37.Алтайулы, С., Шаймерденов, Ж., & Королькова, Н. В. (2016). Инновационная технология производства льняного масла двукратным прессованиям семян льна с экструдированием. Технологии и товароведение сельскохозяйственной продукции, 2, 28-30.Altayuly S., Shaymerdenov ZH., Korol′kova N.V. Innovatsionnaya tekhnologiya proizvodstva l′nyanogo masla dvukratnym pressovaniyam semyan l′na s ekstrudirovaniyem [Innovative technology for the production of flaxseed oil by double pressing of flax seeds with extrusion]. Tekhnologii i tovarovedeniye sel′skokhozyaystvennoy produktsii [Technologies and commodity science of agricultural products], 2016, no. 2(7), pp. 28-30.Артемов, Р. В., Арнаутов, М. В., Бочкарев, А. И., Баскакова, Ю. А., Артемов, А. В., Кокшаров, А. Е., & Биндюков, С. В. (2019). Обоснование рациональных параметров экструдирования растительных компонентов на оборудовании малой мощности для получения комбикормов для аквакультуры. Труды ВНИРО, 176, 182-192.Artemov R.V., Arnautov M.V., Bochkarev A.I., Baskakova YU.A., Artemov A.V., Koksharov A.E., Bindyukov S.V. Obosnovaniye ratsional′nykh parametrov ekstrudirovaniya rastitel′nykh komponentov na oborudovanii maloy moshchnosti dlya polucheniya kombikormov dlya akvakul′tury [Substantiation of rational parameters of extrusion of plant components on low-power equipment for obtaining compound feed for aquaculture]. Trudy VNIRO [Proceedings of VNIRO], 2019, vol. 176, pp. 182-192.Бакуменко, О. Е., Алексеенко, Е. В., & Рубан, Н. В. (2019). Возможности использования сублимированных растительных порошков при производстве зерновых экструдированных продуктов. Хранение и переработка сельхозсырья, 1, 116-127.Bakumenko O.E., Alekseyenko E.V., Ruban N.V. Vozmozhnosti ispol′zovaniya sublimirovannykh rastitel′nykh poroshkov pri proizvodstve zernovykh ekstrudirovannykh produktov [Possibilities of using freeze-dried plant powders in the production of grain extruded products]. KHIPS [KhIPS], 2019, no.1, pp. 116-127.Бессонова, М. П., Пономарева, М. А., & Якутенок, В. А. (2017). Расчет течения степенной жидкости в одношнековом экструдере. Вестник Томского государственного университета. Математика и механика, 49, 81-104. https://doi.org/10.17223/19988621/49/8Bessonova M.P., Ponomareva M.A., Yakutenok V.A. Raschet techeniya stepennoy zhidkosti v odnoshnekovom ekstrudere [Calculation of the flow of a power-law fluid in a single-screw extruder]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika [Bulletin of the Tomsk State University. Mathematics and Mechanics], 2017, no. 49, pp. 81-104.Брагинец, С. В., Бахчевников, О. Н., & Алферов, А. С. (2018). Экструдирование смеси зерновых и зеленых кормов. Сельский механизатор, 2, 28-29.Braginets S.V., Bakhchevnikov O.N., Alfёrov A.S. Ekstrudirovaniye smesi zernovykh i zelenykh kormov [Extruding a mixture of grain and green fodder]. Sel′skiy mekhanizator [Rural mechanic], 2018, no. 2, pp. 28-29.Бузоверов, С. Ю. (2019). Использование процесса экструдирования для повышения качества зерновых продуктов. Международный журнал гуманитарных и естественных наук, 8, 9-12.Buzoverov S.YU. Ispol′zovaniye protsessa ekstrudirovaniya dlya povysheniya kachestva zernovykh produktov [Using the extrusion process to improve the quality of grain products]. Mezhdunarodnyy zhurnal gumanitarnykh i yestestvennykh nauk [International Journal of Humanities and Natural Sciences], 2019, no 8-2, pp. 9-12.Василенко, В. Н., Фролова, Л. Н., Дерканосова, А. А., Михайлова, Н. А., Щепкина, А. А., & Давыдов, А. М. (2018). Математическое обеспечение процесса экструдирования аномально-вязких сред методами планирования эксперимента. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 80(3), 37-42. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2018-3-37-42Vasilenko V.N., Frolova L.N., Derkanosova A.A., Mikhaylova N.A., Shchepkina A.A., Davydov A.M. Matematicheskoye obespecheniye protsessa ekstrudirovaniya anomal′no-vyazkikh sred metodami planirovaniya eksperimenta [Mathematical support of the process of extruding anomalously viscous media by methods of experiment planning]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernykh tekhnologiy [Bulletin of the Voronezh State University of Engineering Technologies], 2018, vol. 80, no. 3 (77), pp. 37-42.Горб, С. С. (2019). Технологический процесс экструдирования и анализ современных конструкций пресс-экструдеров для приготовления концентрированных кормов в животноводстве. Научная жизнь, 2, 98-103.Gorb S.S. Tekhnologicheskiy protsess ekstrudirovaniya i analiz sovremennykh konstruktsiy press-ekstruderov dlya prigotovleniya kontsentrirovannykh kormov v zhivotnovodstve [Technological process of extrusion and analysis of modern designs of press-extruders for the preparation of concentrated feed in animal husbandry]. Nauchnaya zhizn′ [Scientific life], 2019, no. 2, pp. 98-103.Гукасян, А. В., Кошевой, Е. П., Косачев, В. С., Схаляхов, А. А., & Меретуков, З. А. (2019). Моделирование реологических зависимостей процесса экструдирования масличного материала. Новые технологии, 3, 41-50. https://doi.org/10.24411/2072-0920-2019-10304Gukasyan A.V., Koshevoy E.P., Kosachev V.S., Skhalyakhov A.A., Meretukov Z.A. Modelirovaniye reologicheskikh zavisimostey protsessa ekstrudirovaniya maslichnogo materiala [Modeling of rheological dependencies of the process of extruding oilseed material]. Novyye tekhnologii [New technologies], 2019, no. 3, pp. 41-50.Гукасян, А. В., Сошников, В. К., Михайлов, Е. А., & Яворская, А. В. (2019). Модель кинетики отжима при экструдировании масличных материалов // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 1, 65-69.Gukasyan A.V., Soshnikov V.K., Mikhaylov E.A., Yavorskaya A.V. Model′ kinetiki otzhima pri ekstrudirovanii maslichnykh materialov [Model extraction kinetics by extruding oleaginous materials]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Pishchevaya tekhnologiya [Proceedings of the higher educational institutions. Food technology], 2019, no. 1 (367), pp. 65-69.Заруба, А. С., Мустафаев, С. К., Калиенко, Е. А., & Андржайчак, А. А. (2015). Изучение качества льняных масла и жмыха, полученных по новой технологии двукратного прессования семян льна с экструдированием. Электронный сетевой политематический журнал «Научные труды КубГТУ», 2, 69-78.Zaruba A.S., Mustafayev S.K., Kaliyenko E.A., Andrzhaychak A.A. Izucheniye kachestva l′nyanykh masla i zhmykha, poluchennykh po novoy tekhnologii dvukratnogo pressovaniya semyan l′na s ekstrudirovaniyem []. Elektronnyy setevoy politematicheskiy zhurnal "Nauchnyye trudy KubGTU" [Electronic network polythematic journal "Scientific works of KubGTU"], 2015, no. 2, pp. 69-78.Зубкова, Т. М., & Колобов, А. Н. (2015а). Влияние экструдирования семян рапса на качество готовой продукции. Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 5, 11-14.Zubkova T.M., Ishakova E.N., Kuz′min M.I. Programmnaya sistema provedeniya parametricheskoy vektornoy optimizatsii [Software system for parametric vector optimization]. Svidetel′stvo o gosudarstvennoy registratsii programm dlya EVM [Certificate of state registration of computer programs], no. 2013660216, 2013.Зубкова, Т. М., & Колобов, А. Н. (2015б). Использование программного обеспечения для определения и прогнозирования показателей качества экструдированной продукции. Программные продукты и системы, 3, 123-129. https://doi.org/10.15827/0236-235X.111.123-128Zubkova T.M., Kolobov A.N. Vliyaniye ekstrudirovaniya semyan rapsa na kachestvo gotovoy produktsii [Influence of rapeseed extrusion on the quality of finished products]. Vestnik Rossiyskoy akademii sel′skokhozyaystvennykh nauk [Bulletin of the Russian Academy of Agricultural Sciences], 2015, no. 5, pp. 11-14.Зубкова, Т. М., Ишакова, Е. Н., & Токарева, М. А. (2014). Разработка программного обеспечения визуализации процедуры многомерной оптимизации функциональных показателей технологического процесса. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики СПбГУ ИТМО, 3, 156-162.Zubkova T.M., Kolobov A.N. Ispol'zovanie programmnogo obespechenija dlja opredelenija i prognozirovanija pokazatelej kachestva jekstrudirovannoj produkcii [Using software to determine and predict the quality indicators of extruded products]. Programmnye produkty i sistemy [Software products and systems], 2015, no. 3, pp.123-129.Исмагилов, Р. Р., & Малютина, К. В. (2018). Вязкость водного экстракта и содержание питательных веществ в зерне озимой ржи при экструдировании. Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 5, 74-77.Zubkova T.M., Ishakova E.N., Tokareva M.A. Razrabotka programmnogo obespechenija vizualizacii procedury mnogomernoj optimizacii funkcional'nyh pokazatelej tehnologicheskogo processa [Development of software for visualization of the procedure for multidimensional optimization of functional indicators of the technological process]. Nauchno-tehnicheskij vestnik informacionnyh tehnologij, mehaniki i optiki SPbGU ITMO [Scientific and Technical Bulletin of Information Technologies, Mechanics and Optics, St. Petersburg State University ITMO], 2014, no.3, pp. 156-162.Кальницкая, О. И., Карелина, Е. А., Семенов, Г. В., Бабин, Ю. В., Тагиров, А. М., & Михайлов, И. В. (2013). Оценка качества и безопасности белкового гидролизата как основы для получения экструдированных продуктов. Хранение и переработка сельхозсырья, 1, 38-40.Ismagilov R.R., Malyutina K.V. Vyazkost′ vodnogo ekstrakta i soderzhaniye pitatel′nykh veshchestv v zerne ozimoy rzhi pri ekstrudirovanii [The viscosity of the aqueous extract and the content of nutrients in the grain of winter rye during extrusion]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State Agrarian University], 2018, no. 5 (73), pp. 74-77.Кононенко, С. И. (2017). Экструдирование кормов - путь к увеличению рентабельности животноводства. Эффективное животноводство, 1, 32-33.Kal′nitskaya O.I., Karelina E.A., Semenov G.V., Babin YU.V., Tagirov A.M., Mikhaylov I.V. Otsenka kachestva i bezopasnosti belkovogo gidrolizata kak osnovy dlya polucheniya ekstrudirovannykh produktov [Assessment of the quality and safety of protein hydrolyzate as a basis for extruded products]. Khraneniye i pererabotka sel′khozsyr′ya [Storage and processing of agricultural raw materials], 2013, no. 1, pp. 38-40.Корякина, М. А. (2011а). Оптимизация параметров шнека экструдера для получения рапсового масла. Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 3, 71-74.Kononenko S.I. Ekstrudirovaniye kormov - put′ k uvelicheniyu rentabel′nosti zhivotnovodstva [Extrusion of feed - the way to increase the profitability of animal husbandry]. Effektivnoye zhivotnovodstvo [Effective animal husbandry], 2017, no. 1 (131), pp. 32-33.Корякина, М. А. (2011б). Повышение эффективности работы одношнекового экструдера на основе структурно-параметрического синтеза для прессования семян рапса (Дисс. канд. техн. наук). Оренбург: ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».Korjakina, M. A. Optimizacija parametrov shneka jekstrudera dlja poluchenija rapsovogo masla [Optimization of the parameters of the extruder screw for rapeseed oil production]. Izvestija Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State Agrarian University], 2011, no. 3, pp. 71-74.Лисицын, А. Н., Быкова, С. Ф., Давиденко, Е. К., & Минасян, Н. М. (2007). Биологические особенности сортов рапса и физиологические ценности жмыхов и шротов. Масложировая промышленность, 6, 18-20.Korjakina M.A. Povyshenie jeffektivnosti raboty odnoshnekovogo jekstrudera na osnove strukturno-parametricheskogo sinteza dlja pressovanija semjan rapsa: diss. kand. tehn. nauk [Improving the efficiency of a single-screw extruder based on structural-parametric synthesis for pressing rapeseeds. Cand. Sci. (tech.) thesis.]. Orenburg, 2011. 163 p.Лисицын, А. Н., Григорьева, В. Н., & Смирнова, Е. Е. (2000). Возможные пути использования семян рапса. Масложировая промышленность, 4, 14-15.Lisitsyn A.N., Bykova S.F., Davidenko E.K., Minasyan N.M. Biologicheskiye osobennosti sortov rapsa i fiziologicheskiye tsennosti zhmykhov i shrotov [Biological characteristics of rapeseed varieties and physiological values of oilcakes and meal]. Maslozhirovaya promyshlennost′ [Oil and fat industry], 2007, no. 6, pp. 18-20.Мартынова, Д. В. (2016). Оптимизация процесса экструдирования белково-клетчатко-крахмалосодержащего сырья. Интеллект. Инновации. Инвестиции, 3, 151-156.Lisitsyn A.N., Grigor′yeva V.N., Smirnova E.E. Vozmozhnyye puti ispol′zovaniya semyan rapsa [Possible ways of using rape seeds]. Maslozhirovaya promyshlennost′ [Oil and fat industry], 2000, no. 4, pp. 14-15.Марченко, А. П., & Семенов, В. Г. Альтернативное биотопливо на основе производных рапсового масла. Химия и технология топлив и масел, 3, 31-32.Martynova D.V. Optimizatsiya protsessa ekstrudirovaniya belkovo-kletchatko-krakhmalosoderzhashchego syr′ya [Optimization of the process of extruding protein-fiber-starch-containing raw materials]. Intellekt. Innovatsii. Investitsii [Intellect. Innovation. Investments], 2016, no. 3, pp. 151-156.Никитина, В. Ю. (2016). Экструдирование соевых бобов. Новая наука: Проблемы и перспективы, 6-2, 209-211.Marchenko A.P., Semenov V.G. Al′ternativnoye biotoplivo na osnove proizvodnykh rapsovogo masla [Alternative biofuel based on rapeseed oil derivatives]. Khimiya i tekhnologiya topliv i masel [Chemistry and technology of fuels and oils], 2001, no. 3, pp. 31-32.Никонов, О. И., & Бегдан, Н. В. (2017). Двухстадийное экстрагирование в технологических схемах переработки масличного сырья. Альманах мировой науки, 1-1, 62-65.Nikitina V.YU. Ekstrudirovaniye soyevykh bobov [Soybean extrusion]. Novaya nauka: Problemy i perspektivy [New Science: Problems and Prospects], 2016, no. 6-2 (85), pp. 209-211.Останин, Л. М. (2014). Рапсовое масло – сырье для производства биотоплива. Вестник Казанского технологического университета, 17(2), 227-228.Nikonov O.I., Begdan N.V. Dvukhstadiynoye ekstragirovaniye v tekhnologicheskikh skhemakh pererabotki maslichnogo syr′ya [Two-stage extraction in technological schemes for processing oilseed raw materials] Al′manakh mirovoy nauki [Almanac of world science], 2017, no. 1-1 (16), pp. 62-65.Пахомов, В. И., Брагинец, С. В., Алферов, А. С., Гайдаш, М. В., & Степанова, Ю. В. (2016). Исследования процесса экструдирования смеси зерновых концентратов с измельченной зеленой массой бобовых трав. Вестник Донского государственного технического университета, 16(2), 154-159. https://doi.org/10.12737/19684Ostanin L.M. Rapsovoye maslo – syr′ye dlya proizvodstva biotopliva [Rapeseed oil is a raw material for biofuel production]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Kazan Technological University], 2014, no. 2, vol. 17, pp. 227-228.Пахомов, В. И., Брагинец, С. В., Бахчевников, О. Н., Алферов, А. С., & Степанова, Ю. В. (2017). Результаты экспериментальных исследований процесса совместного экструдирования фуражного зерна и зеленой массы люцерны. Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии, 9, 45-48.Pakhomov V.I., Braginets S.V., Alferov A.S., Gaydash M.V., Stepanova YU.V. Issledovaniya protsessa ekstrudirovaniya smesi zernovykh kontsentratov s izmel′chennoy zelenoy massoy bobovykh trav [Investigations of the process of extruding a mixture of grain concentrates with crushed green mass of legumes] Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Don State Technical University], 2016, vol. 16, no. 2 (85), pp. 154-159.Пономарева, М. А., Филина, М. П., & Якутенок, В. А. (2016). Циркуляционное течение высоковязкой неньютоновской жидкости в канале одношнекового экструдера. Вестник Томского государственного университета. Математика и механика, 2, 97-107. https://doi.org/10.17223/19988621/40/10Pakhomov V.I., Braginets S.V., Bakhchevnikov O.N., Alferov A.S., Stepanova YU.V. Rezul′taty eksperimental′nykh issledovaniy protsessa sovmestnogo ekstrudirovaniya furazhnogo zerna i zelenoy massy lyutserny [Results of experimental studies of the process of joint extrusion of feed grain and green mass of alfalfa]. Vestnik Kurskoy gosudarstvennoy sel′skokhozyaystvennoy akademii [Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy], 2017, no. 9, pp. 45-48.Пристач, Н. В., & Пристач, Л. Н. (2017). Жмых рапсовый в кормлении скота. Сельскохозяйственные вести, 1, 8-9.Ponomareva M.A., Filina M.P., Yakutenok V.A. Tsirkulyatsionnoye techeniye vysokovyazkoy nen′yutonovskoy zhidkosti v kanale odnoshnekovogo ekstrudera [The circulating flow of a high-viscosity non-Newtonian fluid in the channel of a single-screw extruder]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika [Bulletin of Tomsk State University. Mathematics and Mechanics], 2016, no. 2 (40), pp. 97-107.Pristach N.V., Pristach L.N. Zhmykh rapsovyy v kormlenii skota [Rapeseed cake in cattle feeding]. Sel′skokhozyaystvennyye vesti [Agricultural news], 2017, no. 1, pp. 8-9.Pristach N.V., Pristach L.N. Zhmykh rapsovyy v kormlenii skota [Rapeseed cake in cattle feeding]. Sel′skokhozyaystvennyye vesti [Agricultural news], 2017, no. 1, pp. 8-9.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.