Инжиниринг электротехнологий переработки и хранения сельскохозяйственной продукции

М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, В.С. ВОЛКОВ

ИНЖИНИРИНГ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЙ 
ПЕРЕРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ 
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

ПРАКТИКУМ
для обучающихся по направлению подготовки 35.06.04 «Технологии, средства 
механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном 
хозяйстве» профиль 05.20.02 «Электротехнологии и электрооборудование в
сельском хозяйстве

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2017

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ 
ФГБОУ ВО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, В.С. ВОЛКОВ

ИНЖИНИРИНГ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЙ 
ПЕРЕРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ 
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

ПРАКТИКУМ
для обучающихся по направлению подготовки 35.06.04 «Технологии, средства 
механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном 
хозяйстве» профиль 05.20.02 «Электротехнологии и электрооборудование в
сельском хозяйстве

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2017

УДК 621.311(07) 
ББК 40.76

Составители:
М.М. Беззубцева, В.С. Волков. Инжиниринг электротехнологий переработки и хранения 
сельскохозяйственной продукции: практикум для обучающихся по направлению 35.04.06 
«Агроинженерия», профиль «Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем». - 
СПб: СПбГАУ, 2017. - 214 с.

Рецензенты:
доктор техн. наук, профессор (ИТМО) А.Г. Новоселов;
доктор техн. наук, ведущий научный сотрудник (ИАЭП) С.А. Ракутько

Практикум предназначен для обучающихся по направлению 35.04.06 «Агроинженерия», профиль 
«Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем» при изучении дисциплины «Инжиниринг 
электротехнологий переработки и хранения сельскохозяйственной продукции». Содержание пособия 
соответствует 
действующей 
программе 
дисциплины 
и 
включает 
основные 
разделы 
изучения 
электротехнологических процессов, применяемых на предприятиях АПК.
В практикуме представлены методики исследований, расчета и проектирования электротехнологий 
переработки и хранения сельскохозяйственной продукции, разработанных на кафедре «Энергообеспечение 
предприятий 
и электротехнологии» 
по 
научной 
школе 
«Эффективное 
использование энергии, 
интенсификация электротехнологических процессов». 
Рассмотрены технологии электромагнитной 
механоактивации, 
электротехнологии 
обеззараживания 
и 
дезинсекции 
технологических 
сред 
сельскохозяйственного назначения, а также энергоэффективные способы хранения овощей. Приведена 
методика анализа эффективности внедрения 
инновационных электротехнологий в аграрный 
сектор 
экономики.
Структура построения глав пособия предопределяет не только усвоение методологии исследований 
и расчета электротехнологических процессов переработки и хранения продукции процессов, но 
и 
представляет широкий спектр проблемных вопросов для самостоятельной научно-исследовательской и 
практической деятельности обучающихся.
Практикум может быть использован магистрами, аспирантами, научными сотрудниками и 
инженерами, работающими в различных областях АПК и занимающимися проблемами энергосбережения 
в энергетических линиях потребителей.

УДК 621.311(07) 
ББК 40.76

© М.М. Беззубцева, 
© В.С Волков,
© СПбГАУ, 2017

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................5
Глава 1. Методика экспериментальных исследований.................................................. 9
1.1. Характеристика экспериментов.....................................................................................9
1.2. Планирование и обработка результатов экспериментов при многофакторном 
методе исследования.............................................................................................................19
Глава 2. Методические рекомендации по выполнению научно-исследовательской 
работы......................................................................................................................................... 36
2.1. Интенсификация процессов хранения сельскохозяйственной продукции с 
использованием методов электротехнологий...................................................................36
2.2. Интенсификация процессов переработки сельскохозяйственной продукции с 
использованием методов электротехнологий...................................................................51
2.3. Сравнительный анализ процессов переработки сельскохозяйственной продукции 
с использованием методов электротехнологий................................................................67
Глава 3. Методики и задания по электротехнологическим расчетам процессов 
переработки и хранения сельхозпродукции..................................................................... 75
3.1. Расчет установки аэрозольной обработки птицы.....................................................75
3.2. Расчет электрического ионизатора воздуха.............................................................. 78
3.3. Расчет электрокоагулятора белков..............................................................................88
3.4. Расчет параметров рабочей камеры установки обработки электрическим током 
влажных кормовых материалов...........................................................................................91
3.5. Расчет электрического плазмолизатора растительного сырья............................... 98
3.6. Расчет установок инфракрасного нагрева................................................................101
3.7. Выбор низкотемпературных трубчатых излучателей для сушки зерна............. 106
3.8. Расчет генераторов импульсов.................................................................................. 111
3.9. Расчет обмотки электромагнитного сектора семяочистительной машины.......120
3.10. Расчет обмотки магнитострикционного преобразователя и выбор 
ультразвукового генератора...............................................................................................126
Глава4. Методика анализа эффективности инвестиционных проектов 
инновационных электротехнологий переработки и хранения
сельскохозяйственной продукции....................................................................................132
4.1. Показатели эффективности инвестиционного проекта......................................... 132
4.2. Показатели энергоэффективности ЭТУ....................................................................139
Анализ целесообразности применения инновационных электротехнологических 
процессов и установок в аппаратурно-технологических линиях производства.......142
Заключение...............................................................................................................................148
Литература................................................................................................................................149
Приложение А..........................................................................................................................163
Приложение Б ..........................................................................................................................187
Приложение В..........................................................................................................................195
Приложение Г..........................................................................................................................199
Приложение Д..........................................................................................................................204

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях возникает потребность подготовки 
агроинженерных 
кадров 
электротехнических 
специальностей, 
способных в своей профессиональной деятельности обеспечить 
промышленное 
производство 
импортозамещающими
инновационными 
энергоэффективными 
аппаратурнотехнологическими процессами и установками, основанными на 
использовании методов электротехнологий. 
Выполнение этой 
задачи возможно в случае вооружения молодых специалистов 
новейшими знаниями в области инновационных электрофизических, 
электрохимических, электробиологических и электротермических 
методов интенсификации традиционных процессов переработки и 
хранения сельскохозяйственного сырья и полуфабрикатов.
При этом самостоятельная работа обучающихся выходит на 
принципиально новый уровень, изменяются приоритеты целевых 
задач обучения. 
Самостоятельное решение расчетных заданий, 
представленных в практикуме, 
обязывает обучающихся освоить 
элементы методики, что способствует развитию рационального 
творческого 
мышления 
и 
организации 
их 
мыслительной 
деятельности. При этом достаточно большое внимание уделено 
вопросам 
самостоятельной 
оценки 
эффективности
электротехнологических 
процессов 
в 
рамках 
их 
практической 
реализации при разработке инвестиционных проектов 
(например, 
при 
оценке 
реализуемости 
и эффективности 
инвестиционного 
проекта в процессе его разработки, а также сравнении вариантов 
проекта при внедрении в аппаратурно-технологические системы 
ЭТУ).
Практикум 
составлен 
в 
соответствии 
с 
программными 
документами развития отрасли, а именно, концепцией развития 
электрификации сельского хозяйства, Федеральным законом РФ «Об

5

энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о 
внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской 
Федерации», стандартами серии управления энергоэффективностью 
BS EN 16001:2009 и ISO 50001, энергетической стратегией России на 
период 
до 
2030 
года, 
стратегией 
инновационного 
развития 
агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 

2 0 2 0 
года, 
а также 
концепцией энергетического 
обеспечении 
сельскохозяйственного производства в условиях многоукладной 
экономики.
В электрохимических процессах с помощью электрической энергии 
осуществляется разложение химических соединений и их разделение 
в жидкой среде под действием электрического поля (электролиз).
Электрофизические 
методы 
используют 
специальные 
физические эффекты для превращения электрической энергии как в 
тепловую, 
так 
и 
в 
механическую 
(электроэрозионные, 
ультразвуковые, магнитоимпульсные, технологии).
В аэрозольных технологиях 
энергия электрического поля 
используется для сообщения электрического заряда взвешенным в 
газовом потоке частицам и для перемещения их в заданном 
направлении.
Наряду 
с 
перечисленными 
методами 
нашли 
применение 
технологические процессы и установки, в которых основные и 
вспомогательные операции реализуются за счет непосредственного 
механического (силового) воздействия электрического и магнитного 
полей на обрабатываемые изделия и материалы. Такие методы и 
установки можно классифицировать по виду полей, воздействующих 
на 
объекты 
технологической 
обработки: 
стационарные, 
пульсирующие, вращающиеся, бегущие.
Наиболее 
известны 
и 
широко 
применяемые 
электротехнологические 
установки 
(ЭТУ) 
используют 
силовое 
действие 
стационарных 
электрического 
и 
магнитного 
полей. 
Например, 
стационарные 
электрические 
поля 
применяются 
в 
аэрозольных 
технологиях 
(пылегазоочистка, 
электроокраска, 
нанесение порошковых покрытий), в электрических сепараторах, в

6

устройствах водоочистки.
Стационарные магнитные поля используются в магнитных 
сепараторах для извлечения ферромагнитных предметов и частиц из 
сырья и отходов, для разделения смесей, при водоочистке, а также 
для 
захвата 
или 
фиксации 
стальных 
заготовок 
и 
удаления 
металлоотходов из рабочей зоны при металлообработке.
С использованием пульсирующих магнитных полей работает 
ряд электродинамических устройств и некоторые виды магнитных 
или электродинамических сепараторов.
Воздействие импульсных электромагнитных полей применяется в 
устройствах 
для 
магнитоимпульсной 
обработки 
материалов 
давлением и при электродинамической сепарации.
Вращающиеся и бегущие магнитные поля используются в МГД- 
технологиях, 
обработке 
жидких 
металлов 
(перемешивание, 
транспортировка и т.д.), при электродинамической сепарации и 
водоочистке.
Отличительной 
особенностью 
всех 
указанных
электромеханических технологических устройств является то, что их 
рабочим телом непосредственно служат обрабатываемые изделия и 
материалы, т.е. отсутствуют промежуточные электромеханические 
преобразования энергии.
Представленные 
в 
практикуме 
примеры
электротехнологических процессов эффективно применяют в самых 
различных областях — химии, металлургии, машиностроении, 
медицине и в сельском хозяйстве. Они с успехом заменяют в ряде 
случаев традиционные методы и позволяют получать результаты, не 
достигаемые ранее известными способами. Особое внимание 
в 
практикуме 
уделено 
методикам 
и 
алгоритмам 
расчета 
электротехнологических процессов, анализу полученных результатов 
и формулированию выводов. Структура построения глав практикума 
предопределяет 
не 
только 
усвоение 
методик 
расчета 
электротехнологических процессов и установок, но и обеспечивает 
наиболее полное понимание теоретических основ этих процессов и 
представляет 
широкий 
спектр 
проблемных 
вопросов 
для
7

самостоятельной 
научно-исследовательской 
и 
практической 
деятельности обучающихся.
В 
результате 
исследований и самостоятельного 
выполнения 
практических 
расчетных 
заданий 
при 
изучении 
дисциплины 
«Инжиниринг 
электротехнологий 
переработки 
и 
хранения 
сельскохозяйственной продукции», обучающийся должен приобрести 
следующие компетенции:
ОПК-5 владение логическими методами и приемами научного 
исследования;
ОПК-7 способность анализировать современные проблемы науки и 
производства в агроинжерии и вести поиск их решения;
ПК-5 способность и готовность организовывать самостоятельную 
и коллективную научно-исследовательскую работу, вести поиск 
инновационных решений в инженерно-технической сфере;
ПК-7 
способность 
проведения 
инженерных 
расчетов 
для 
проектирования систем и объектов;
ПК-9 
способность 
проектировать 
содержание 
и технологию 
преподавания, управлять учебным процессом.
Практикум предназначен для обучающихся по направлению 
35.04.06 «Агроинженерия», профиль «Энергетический менеджмент и 
инжиниринг энергосистем» при изучении дисциплины «Инжиниринг 
электротехнологий переработки и хранения сельскохозяйственной 
продукции». Практикум может быть также использован магистрами, 
аспирантами, научными сотрудниками и инженерами, работающими 
в 
различных 
областях 
АПК 
и 
занимающимися 
проблемами 
энергосбережения в энергетических линиях потребителей.

8

Глава 1. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Характеристика экспериментов

Наиболее важной составной частью научных исследований 
являются эксперименты. Это один из основных способов получить 
новые научные знания. Эксперимент - научно поставленный опыт 
или 
наблюдение 
явления 
в 
точно 
учитываемых 
условиях, 
позволяющих следить за его ходом, управлять им, воссоздавать его 
каждый раз при повторении этих условий. От обычного, обыденного, 
пассивного 
наблюдения 
эксперимент 
отличается 
активным 
воздействием исследователя на изучаемое явление.
Основной целью эксперимента является проверка теоретических 
положений (подтверждение рабочей гипотезы), а также более 
широкое и глубокое изучение темы научного исследования.
Эксперимент 
должен 
быть 
проведен 
по 
возможности 
в 
кратчайший срок с минимальными затратами при самом высоком 
качестве полученных результатов.
Различают 
эксперименты 
естественные 
и 
искусственные. 
Естественные эксперименты характерны при изучении явлений 
природы, в условиях производства, быта и т. п. Искусственные 
эксперименты 
широко 
применяются 
в 
естественнонаучных 
исследованиях. В этом случае изучают явления, изолированные до 
требуемой 
степени, 
чтобы 
оценить 
их 
в 
количественном 
и 
качественном отношениях.
Иногда 
возникает 
необходимость 
провести 
поисковые 
экспериментальные исследования. Они необходимы в том случае, 
если затруднительно классифицировать все факторы, влияющие на 
изучаемое 
явление 
вследствие 
отсутствия 
достаточных

9

предварительных данных. На основе предварительного эксперимента 
строится программа исследований в полном объеме.
Экспериментальные 
исследования бывают лабораторные и 
производственные. Лабораторные опыты проводят с применением 
типовых приборов, специальных моделирующих установок, стендов, 
оборудования и т. д. Эти исследования позволяют наиболее полно и 
доброкачественно, с требуемой повторяемостью изучить влияние 
одних характеристик при варьировании других. Лабораторные опыты 
в случае достаточно полного научного обоснования эксперимента 
(математическое 
планирование) 
позволяют 
получить 
хорошую 
научную информацию с минимальными затратами. Однако такие 
эксперименты не всегда полностью моделируют реальный ход 
изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении 
производственного эксперимента.
Производственные экспериментальные 
исследования 
имеют 
целью изучить процесс в реальных условиях с учетом воздействия 
различных случайных факторов производственной среды. Одной из 
разновидностей 
производственных 
экспериментов 
является 
собирание материалов в организациях, которые накапливают по 
стандартным формам те или иные данные. Ценность этих материалов 
заключается в том, что они систематизированы за многие годы по 
единой методике. Такие данные хорошо поддаются обработке 
методами статистики и теории вероятностей. В ряде случаев 
производственный эксперимент эффективно проводить методом 
анкетирования. Для изучаемого процесса составляют тщательно 
продуманную методику. Основные данные собирают методом опроса 
производственных организаций по предварительно составленной 
анкете. Этот метод позволяет собрать очень большое количество 
данных наблюдений или измерений по изучаемому вопросу. Однако к 
результатам 
анкетных 
данных 
следует 
относиться 
с 
особой 
тщательностью, поскольку они не всегда содержат достаточно 
достоверные сведения.
В 
зависимости 
от 
темы 
научного 
исследования 
объем 
экспериментов 
может 
быть 
разным. 
В 
лучшем 
случае 
для

10

подтверждения 
рабочей 
гипотезы 
достаточно 
лабораторного 
эксперимента, 
но 
иногда 
приходится 
проводить 
серию 
экспериментальных исследований: предварительных (поисковых), 
лабораторных, полигонных на эксплуатируемом объекте.
В 
ряде 
случаев 
на 
эксперимент 
затрачивается 
большое 
количество 
средств. 
Научный 
работник 
производит 
огромное 
количество наблюдений и измерений, получает множество диаграмм, 
графиков, выполняет неоправданно большое количество испытаний. 
На обработку и анализ такого эксперимента затрачивается много 
времени. Иногда оказывается, что выполнено много лишнего, 
ненужного. Все это возможно, когда экспериментатор четко не 
обосновал цель и задачи эксперимента. В других случаях результаты 
длительного, обширного эксперимента не полностью подтверждают 
рабочую гипотезу научного исследования. Как правило, это также 
свойственно для эксперимента, четко не обоснованного целью и 
задачами. Поэтому прежде чем приступить к экспериментальным 
исследованиям, необходимо разработать методологию эксперимента.
Методология эксперимента — это общая структура (проект) 
эксперимента, т. е. постановка и последовательность выполнения 
экспериментальных 
исследований. 
Методология 
эксперимента 
включает в себя следующие основные этапы:

1. разработку плана-программы эксперимента;

2 . оценку 
измерений 
и 
выбор 
средств 
для 
проведения 
эксперимента;
3. проведение эксперимента;
4. обработку и анализ экспериментальных данных.
Приведенное количество этапов справедливо для традиционного
эксперимента. 
В 
последнее 
время 
широко 
применяют 
математическую 
теорию 
эксперимента, 
позволяющую 
резко 
повысить 
точность 
и 
уменьшить 
объем 
экспериментальных 
исследований.
В этом случае методология эксперимента включает такие этапы:

1. разработку плана-программы эксперимента;

11