WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Разработка и исследование процесса получения сухих комбинированных смесей в центробежном аппарате

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

ШИЛОВ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ КОМБИНИРОВАННЫХ СМЕСЕЙ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ АППАРАТЕ

Специальность: 05.18.12 - процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово -2012


2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»


Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:


доктор технических наук, доцент Бакин Игорь Алексеевич

Иванец Галина Евгеньевна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», профессор кафедры «Прикладная математика и информатика»

Хмелев Владимир Николаевич,

доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе Бийского технологического института (филиала) ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова»

Государственное научное учреждение Сибирский научно-исследовательский институт переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии, г. Новосибирск


Защита  состоится  «02»   июля  2012  года  в   10     часов  на  заседании диссертационного   совета  Д   212.089.02   при   ФГБОУ  ВПО   «Кемеровский технологический  институт  пищевой  промышленности»  по  адресу:   650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47. тел./факс 8 (3842) 39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности».

С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ (http://vak. ed.gov. ru/ru/dissertation) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан «28» мая 2012 г.


Ученый секретарь диссертационного совета


Голуб О.В.


3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В целях реализации приоритетного национального проекта "Развитие АПК" предусматривается развитие индустриальных технологий нового поколения, в основу которых заложены высокое качество получаемой продукции, выпуск принципиально новых высокопроизводительных и ресурсосберегающих машин и оборудования.

В настоящее время возрастает потребительский спрос на изделия с определенным содержанием различных компонентов, поэтому большое внимание уделяется технологиям комбинированных продуктов с заданными характеристиками (обогащенных витаминами, биологически активными добавками и т.д.). Получение комбинированных продуктов путем смешивания сухих ингредиентов является универсальным и перспективным способом. Аппаратурное оформление процессов сухого смешивания конструктивно является более простым и технологичным, ниже по стоимости, чем при получении смесей жидких компонентов и последующей их сушкой.

Существующее смесительное оборудование, используемое для получения многокомпонентных комбинированных смесей, является устаревшим, при этом качество смешивания и эффективность процесса часто не отвечают производственным требованиям.

Научной базой исследований в данной области явились работы Макарова Ю.И., Ахмадиева Ф.Г., Иванца В.Н., Иванец Г.Е., Баранцевой Е.А., Федосенко-ва Б.А., Селиванова Ю.Т., Першина В.Ф., Борщёва В.Я. и ряда других ученых.

Современные технологии производства сельскохозяйственной продукции и пищевых продуктов предъявляют высокие требования к физико-механическим свойствам сыпучих материалов, которые являются важнейшими характеристиками при переработке сырья и полуфабрикатов, а также определении и контроле качества готовой продукции. Для научно обоснованного учета этих свойств в различных областях техники и технологии необходима систематизация данных о физико-механических характеристиках продуктов.

В связи с этим научное обоснование и разработка нового высокоэффективного смесительного оборудования для получения смесей комбинированных продуктов заданного качества, проведение комплексных исследований физико-механических свойств сыпучих материалов, обеспечивающих стабильность качества полуфабрикатов и готовой продукции, является актуальной научной задачей, представляющей практический интерес для пищевой и ряда других отраслей народного хозяйства.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», грантами губернатора Кемеровской области «Разработка научно-практических аспектов создания дозировочно-смесительного оборудования для производства комбинированных кормов и продуктов питания», «Инновационное развитие высокоэффективных технологических процессов производства комбинированных продуктов» (2007 г., 2010 г., грантодержатель - Бакин И.А.).


4

Цель работы: теоретическое обоснование и разработка смесителя центробежного типа для получения сухих комбинированных продуктов с заданным соотношением компонентов, проведение комплексных исследований физико-механических свойств сыпучих смесей, обеспечивающих стабильность качества полуфабрикатов и готовой продукции.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

  1. теоретическое и экспериментальное обоснование новой конструкции смесителя центробежного типа для получения сухих комбинированных смесей с соотношением компонентов до 1:200, в которой интенсификация процесса смесеобразования достигается путем организации направленного движения материальных потоков в рабочем объеме аппарата;
  2. развить теорию процессов смесеобразования дисперсных комбинированных материалов в центробежных аппаратах с применением кибернетического подхода;
  3. исследовать влияние основных параметров процессов смесеобразования на качество композитных мучных смесей и смесей на основе сухого обезжиренного молока с целью выявления оптимальных режимов работы смесительного оборудования;
  4. провести комплексные исследования физико-механических свойств сыпучих материалов, обеспечивающих стабильность качества полуфабрикатов и готовой продукции;
  5. разработать и апробировать аппаратурное оформление процесса смешивания в технологических схемах получения композитных мучных смесей и многокомпонентных заменителей цельного молока для пищевой, комбикормовой и других отраслей АПК с использованием новой конструкции аппарата.

Объектом исследования являлись технологические параметры процессов получения смесей сухих комбинированных продуктов, конструктивные и режимные параметры работы смесительного оборудования.

Предметом исследования было установление закономерностей, определяющих механизм процесса смесеобразования сыпучих дисперсных материалов в технологии композитных мучных смесей и смесей на основе сухого обезжиренного молока.

Научная концепция. В основу теоретического и экспериментального обоснования процесса получения сухих комбинированных продуктов с заданным соотношением компонентов положен комплексный подход, основанный на исследовании качественных показателей смешивания в зависимости от параметров работы аппарата, изучении структурно-механических свойств полуфабрикатов и готовой продукции, разработке аппарата, обеспечивающего повышение эффективности и качества процесса за счет направленного движения материальных потоков в его рабочем объеме.

Научная новизна.

- Научно обоснована и экспериментально доказана возможность получения смесей сухих комбинированных продуктов с заданным соотношением компонентов в новой конструкции смесителя центробежного типа;


5

-Разработана математическая модель, реализованная на ЭВМ, позволяющая оценить сглаживающую способность центробежного смесителя, проанализировать его динамические характеристики и инерционные свойства;

-Экспериментально исследовано влияние режимных и геометрических параметров работы нового смесительного оборудования на качество смешивания сыпучих дисперсных материалов. Получены новые экспериментальные данные и режимы технологических параметров процессов получения композитных мучных смесей и смесей на основе сухого обезжиренного молока;

- Изучены физико-механические свойства сухих комбинированных смесей. Установлены зависимости, связывающие качество смесей полуфабрикатов и готовой продукции с их структурно-механическими свойствами, а также их стабильность в процессе хранения.

Практическая значимость работы определяется тем, что использование полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований позволяет улучшить характеристики оборудования для получения смесей сухих комбинированных продуктов, интенсифицировать процесс смешивания сыпучих материалов. Конструкция смесителя центробежного типа защищена патентом РФ № 106848.

При непосредственном участии автора разработано аппаратурное оформление стадий смешивания в технологических схемах: получения мучных композитных смесей; сухих многокомпонентных заменителей цельного молока.

Материалы диссертационной работы используются в НИР и учебном процессе на кафедре «Процессы и аппараты пищевых производств» ФГБОУ ВПО КемТИПП в лекционных курсах, дипломном и курсовом проектировании при подготовке бакалавров и магистрантов.

Автор защищает результаты теоретического и экспериментального исследования процессов смесеобразования сухих комбинированных продуктов с заданным соотношением компонентов; новую конструкцию смесителя центробежного типа и результаты экспериментальных исследований технологических параметров процессов получения композитных мучных смесей и смесей на основе сухого обезжиренного молока.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных конференциях: ФГБОУ ВПО КемТИПП (2007 - 2012 г.г.); «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (Барнаул, 2006); «Непрерывное профессиональное образование и карьера XXI в» (Юрга, 2007); «Пищевые технологии» (Казань, 2007); «Конкурентоспособность территорий и предприятий меняющейся России» (Екатеринбург, 2007); «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни» (Воронеж, 2008); «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен патент РФ на полезную модель. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложе-


6

ний; включает 58 рисунков, 7 таблиц. Основной текст изложен на 115 страницах, приложения на 19. Список литературы включает 119 наименований.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность и сформулирована цель работы, приведена ее общая характеристика, структура исследований (рис. 1).

В первой главе показаны перспективы использования сухих комбинированных смесей, обосновано присутствие стадии сухого смешивания в технологических линиях их производства. Проанализировано состояние и перспективы развития смесительного оборудования. Выявлено, что для решения поставленных задач наиболее перспективными являются аппараты центробежного типа. Показана необходимость учета физико-механических свойств комбинированных смесей в процессе их производства и хранения. Проведен анализ методов и приборов для определения структурно-механических свойств полуфабрикатов и готовой продукции.

Во второй главе рассматриваются вопросы математического описания процесса смешивания на основе кибернетического подхода. В качестве объекта исследования выбрана динамическая система, включающая в себя смеситель центробежного типа (СНД) и дозаторы объемного типа (Д1, Д2, ДЗ) (рис. 2).

Передаточная функция (ПФ) системы Ws(S) записывается в виде (1):

Ws(S) = Wd(S)-Wc(S),(1)

где Wd(S), WC(S) - ПФ соответственно блока дозаторов и смесителя. ПФ блока дозаторов Wd(S) определяется следующим образом (2):

Рис. 2. Функционально-структурная схема объекта моделирования

Wd(S) = Wdl+Wd2+Wd3,       (2)

где Wdl(S), Wd2(S), Wd3(S) - ПФ дозаторов Д1, Д2 и ДЗ соответственно.

ПФ каждого дозатора как инерционного звена (3):

(3)

Wdi(S)=     кл

TdrS + \

где kdi- коэффициент передачи дозатора, который учитывает неравенство входной и выходной величин при установившемся режиме работы дозатора; Tdi- постоянная времени дозатора.

Смеситель рассматривался как звено динамической системы со свойствами низкочастотного фильтра. При этом ПФ, описывающая основные закономерности процесса смешивания, представлялась звеном второго порядка с запаздыванием (4):

к

-т-S

(4)

Tc2-S2+Tcl

Wc{S) =

S + 1

где kc - коэффициент передачи  (кс смесителя; т - время запаздывания.

постоянные времени

1); тс1, тс2


7

Теоретическое обоснование актуальности темы исследований на основе анализа научно-технической и патентной информации

Цели и задачи исследований

Анализ перспектив использования и развития производства сухих комбинированных смесей

В качестве входных воздействий представлено математическое описание дискретно-релаксационных сигналов, формируемых при порционном дозировании, и гармонических сигналов - при непрерывном дозировании.

Полученная модель реализована в программно-прикладном пакете MathCAD, что позволило оценить сглаживающую способность центробежного смесителя, проанализировать его динамические характеристики и инерционные свойства.

В третьей главе приводится описание стендов для получения сухих комбинированных смесей и исследования их физико-механических свойств.

Стенд для получения сухих комбинированных смесей включает дозировочное оборудование (спиральный, порционный, шнековый дозаторы, компрес-сорно-дозирующий блок жидких компонентов), смеситель центробежного типа, устройство для отбора проб из готовой смеси, пульт управления и прибор для определения концентрации ключевого компонента в смеси.

Смеситель (рис. 3, а) (патент РФ № 106848), состоит из: цилиндрического корпуса 1, эллиптической крышки 2 с загрузочным патрубком 3, эллиптического днища 4 с подшипниковым узлом 5, в котором закреплен вал 6. В нижней части вала 6 установлен ворошитель 7, выполненный в виде двух лопастей. В днище имеется разгрузочный патрубок 12.

ротор вид сверху

а)

б)

Рис. 3. Смеситель центробежного типа

а) ротор с перфорированным диском; б) ротор с криволинейными поверхностями

В работе изучены два варианта конструктивного исполнения ротора. Для приготовления увлажненных смесей - ротор выполнен в виде перфорированного диска 8, над отверстиями которого расположены дугообразные закрылки 9 (рис. 3, а). На основании ротора концентрично закреплен полый усеченный конус 10 с перепускными окнами 11. Для приготовления сухих смесей использовался ротор (рис. 3, б), выполненный в виде плоского основания 1 и полого усеченного конуса 2, имеющего четыре диаметрально противоположных углубления, представляющих собой криволинейные поверхности второго порядка. Верхняя кромка ротора имеет криволинейную поверхность, представляющую комбинацию четырех выступов и четырех впадин.

В первом варианте (рис. 3, а) в рабочем объеме аппарата организовано движение опережающих потоков (через отверстия в перфорированном диске и перепускные окна на конусном роторе) и рециркулирующих потоков (возврат компонентов смеси на ротор ворошителем 7), вследствие чего повышается интенсивность и эффективность процесса смесеобразования и, как следствие, улучшается качество смешивания.


9

Во втором конструктивном варианте (рис. 3, б), благодаря наличию выступов и впадин на кромке ротора, достигается различное время схода частиц компонентов с его поверхности. Это позволяет значительно увеличить степень поперечного перемешивания на роторе, что существенно интенсифицирует процесс смешивания.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследования процессов смешивания.

На первом этапе проведена параметрическая идентификация разработанной математической модели. ПФ центробежного смесителя с ротором с криволинейными поверхностями и с ротором с перфорированным диском имеют вид (5) и (6) соответственно.


W(S)

W(S)

(5,6)

240-512 +32-5" + 1                   750-S2+55-S + 1

Оценены сглаживающие способности смесителя при частоте дозирующего сигнала ю > 0,3 рад/с. В аппарате с ротором в виде с перфорированного диска колебания питающих потоков сглаживаются более чем в 66,7 раза, в смесителе с ротором с криволинейными поверхностями - более чем в 22,7 раза. На рис. 4 представлен суммарный сигнал блока дозаторов (а) и отклик системы на него (б). Результаты анализа показывают, что предлагаемая конструкция центробежного смесителя достаточно хорошо сглаживает пульсации питающих потоков, характерные для дозаторов объемного типа.



t, с

а)                                                                    г'с     б)

Рис. 4. Суммарный сигнал блока дозаторов (со = 4,4 рад/с) (а) и отклик системы на него (б)

hl(t) - переходный процесс смесителя с ротором с криволинейными поверхностями;

h2(t) - переходный процесс смесителя с ротором с перфорированным диском

При содержании одного или нескольких компонентов менее 1% обеспечить равномерную и согласованную подачу всех ингредиентов в непрерывно-действующий смеситель затруднительно, поэтому компоненты с малым содержанием дозировались в аппарат порционно, с интервалом времени меньшим, чем продолжительность пребывания частиц материала в аппарате.

На втором этапе исследованы процессы получения мучных композитных смесей. Объектом исследований являлись компоненты, входящие в рецептуру мучных композитных смесей для приготовления сахарного печенья. В качестве ключевого компонента использовался ферромагнитный трассер.


10


1

9,4%

^^^^^^^^^^ш

^^^^^^^^^^ш

^^^^^^н

^І

^^^¦1

SHI^HH^^BI

^^^¦1

/,/Уо

19!

ищ

5,8°/с

;^^^^В

І^^^^Е*

¦¦ц

^щ

1

^^^ЩЩ

^НІ

^ш

'і^^^Шк

^^^ШШ

1HI

¦¦!

I^^^Hf

^¦^¦R

¦¦н

\шш.

i^^^HI

^^^¦°ш

'І^ЩЦ

ІНШІ

^шшш

¦

Изучено влияние на качество смешивания конструктивного исполнения ротора (рис. 5): с криволинейными поверхностями (1); гладкий конус с окнами (2); гладкий конус с окнами и волнообразной кромкой (3). Лучшие результаты

получены на конструкции

ротора с криволинейны

ми поверхностями (значе

ние коэффициента неод

нородности Vc = 5,8%,

при частоте вращения

10,42 с"1 и коэффициенте

загрузки К3 = 0,3), на

которой                        проведены

дальнейшие исследования процессов смешивания сухих комбинированных смесей.

12                                                                           3

Конструкция ротора Рис. 5. Влияние конструктивных параметров на качество смешивания сухих сыпучих материалов

Выбор рациональных режимных параметров приготовления мучных композитных смесей проводился с использованием методов регрессионного анализа. Предварительно в ходе экспериментальных исследований выявлены диапазоны изменения рабочих параметров: частота вращения вала ротора nmin = 10,42 с"1, nmax = 27,63 с"1; коэффициент загрузки аппарата К3 min = 0,3, K3max = 0,67; время смешивания т min = 60 с, т тах = 180 с. Уравнение в натуральном масштабе, определяющее влияние режимных параметров на качество смеси, имеет вид (7).

Vc= 12,149 + 0,299 • zx-14,44 • z2 - 0,042 • z3 + 0,047 -z2-z^       (7)

14 12

10 S 6 4 2 О

где zi- частота вращения вала ротора (п, с"1); z2 - коэффициент загрузки

аппарата   (К3);   z3   -   время   смешивания   (г,   с).   Адекватность   уравнения

установлена по критерию Фишера (Fp = 2,68,FKp = 4,35).

16 т—     —г-     —г-     —г-Уравнение   (7)   справедливо

А—_^^^---------------------------------------------------

при соотношении компонентов до 1:200. В соответствии

10,42 об/с-60 с                                          ,              ,ч

0,5 Кз. %

0,6

0,3

0,4

0,7

Рис. 6. Зависимость коэффициента неоднородности (Vc, %) от коэффициента загрузки (К3) аппарата

ю,42об/с-1зосс прямыми (рис. 6) макси-27,63об/с-бо с мальное значение коэффици-27,63об/с-180 с ента неоднородности (14%) наблюдается при наибольшей частоте вращения (27,63 с"1) и при наименьшей величине К3 (0,33). Минимальное значение коэффициента неоднородности (3,7 %) наблюдается при наименьшей частоте вращения (10,42 с"1) и при наибольшем коэффициенте загрузки (0,67). Стандартными программными средствами по уравнению (7) определены


11


рациональные значения параметров: п = 10,42 с" ; К3 = 0,67; t= 180 с , при которых коэффициент Vcпринимает минимальное значение 3,7%.

Для мучных композитных смесей (по рецептуре печенья сахарного «Земляничное»), вырабатываемых по технологии с использованием возвратных продуктов (крошки печенья) опытным путем получен массив основных физико-механических характеристик (начальное сопротивление сдвигу т0, Па, коэффи-циенты внутреннего Двнут и внешнего Двнеш трения, насыпная плотность р, кг/м ) в зависимости от среднего размера частиц (рис. 7, 8, 9).

зи             4,5              5

Размер часп щ, мм

-*- Предварительная нагрузка 9.81 Н -•- Предварительная нагрузка 39,24 Н -*- Предварительная нагрузка 5S.86 Н

Рис. 7. Зависимость начального сопротивления сдвигу от среднего размера частиц

Из анализа зависимостей

(рис. 7) следует, что с повыше

нием размера частиц в смеси

происходит линейное уменьше

ние значений начального сопро

тивления сдвигу. С увеличением

предварительной нагрузки с

9,81 Н до 58,86 Н на площадь

0,017 м сопротивление сдвигу

повышается, что можно объяс

нить уплотнением частиц и уве

личением межмолекулярных сил.

Из графиков (рис. 8) следует, что

с увеличением размеров частиц в

смеси происходит линейное

уменьшение         коэффициентов

трения (т.к. уменьшается площадь контакта частиц и фаз), и если сравнить значения коэффициентов Внешнего Двнеш И ВНуТ-РЄННЄГО ТреНИЯ Двнут, ТО ЯВНО ВИДНО   Двнеш   <   Двнут-   ЭТО   МОЖНО

2              2,5             3,5           4,5              5

Размер частиц, мм

—¦— Коэффициент внешнего трения —¦- Коэффициент внутреннего трения

Рис. 8. Зависимость коэффициентов внешнего и внутреннего трения от среднего размера частиц

объяснить тем, что силы взаимодействия между частицами больше, чем частиц с поверхностью контакта. Из анализа зависимостей (рис. 9) следует, что прямые, характеризующие объемную насыпную плотность и плотность после 100 и 625 ударов параллельны, т.е. с повышением размеров частиц в смеси происходит линейное уменьшение значений плотности, а с увеличением количества ударов на материал происходит уменьшение объема смеси, следовательно - увеличение насыпной плотности.

На третьем этапе проведены исследования процессов получения смесей на основе сухого обезжиренного молока с малыми добавками жидкости на конструкции смесителя с ротором в виде перфорированного диска, над   отвер-


12


с увеличением частоты вращения ротора и содержанием жировой фазы значение коэффициента неоднородности возрастает, при этом большее влияние оказывает содержание жировой фазы.

(8)

Vc= 2,165 + 0,002^ - 0,031х2 + 0,014хх

2            2,5              3,5           4,5

Размер чйстіщ. и.см

-^- Объемная насыпная плотность ¦— Плотность после 100 ударов —*— Плотность после 625 удлров

Рис. 9. Зависимость насыпной плотности от среднего размера, частик


стиями которого расположены дугообразные закрылки. С использованием методов регрессионного анализа установлена зависимость коэффициента неоднородности от частоты вращения ротора и содержания жировой фазы в смеси (8).

x2,R

0,82

Предварительно в ходе экспериментальных исследований выявлены следующие диапазоны изменения рабочих параметров: частота вращения вала ротора от 10,42 с"1 до 27,63 с"1; содержание жировой фазы в смеси от 3% до 31%. Анализ полученной зависимости (8) показал, что

где X] - частота вращения ротора, с" ;х2-содержание жировой фазы в смеси, %. Взаимное влияние факторов на значение коэффициент неоднородности показано на рис. 10. Установлено, что минимальное значение коэффициента неоднородности (2,53%) достигается при минимальных значениях частоты вращения ротора (10,42 с"1) и содержании жировой фазы в смеси (3%).

25 Л

о о

ей

19.8

о о

14.2

к о

о

Дальнейшие исследова

ния были направлены на рас

смотрение механизма сдвиго

вых деформаций смесей на

основе сухого обезжиренного

молока (рис. 11, 12 и 13). Из

анализа зависимостей началь

ного сопротивления сдвигу,

коэффициентов внутреннего и

внешнего трения, насыпной

плотности следует, что с по

вышением содержания жиро

вой фазы в смеси происходит

увеличение значений указан

ных параметров, что можно

Ю.42 13.86 17.3 20.75 24.19 27.63 объяснить ростом числа адге-

Частота вращения вала ротора, с"               зионных и когезионных мос-

Рис. 10. Взаимное влияние факторов на                   тиков межДУ частицами.

коэффициент неоднородности

Рис. 12. Зависимость коэффициента внешнего и внутреннего трения от содержания жировой фазы

Проведены исследования физико-механических показателей смесей в процессе хранения (рис. 14, 15, 16, 17). С течением времени по мере равномерного распределения жировой фазы наблюдается значительный рост когезион-ных сил за счет происходящих изменений свойств контактирующих частиц. Увеличение начального сопротивления сдвигу, коэффициентов внутреннего и внешнего трения, насыпной плотности обусловлено повышением липкости соприкасающихся частиц продукта, а также уплотнением структуры образца.


14


і-ч

о

о

Е

о

G

К G

3 О

ев

Я


600

500

400

300


3

д\

У = 4.63Х+ 403,8

R2= 0.9736 ^

\\

.—*?       У = 4.633Х + 400,88 R2= 0,9769

У = 5,376Х+ 377,7 R2= 0.919

31

3        10        17        24

Содержание жировой фазы, % масс

1-начальная плотность; 2-плотность после 100 ударов; 3-плотность после 625 ударов

Рис. 13. Насыпная плотность сухих молочных смесей от содержания жировой фазы



Начальное сопротивление

0             у сдвигу, Па

0 дней 10 дней

7                27

30 дней

15      Содержание жировой фазы, %


Коэффициент внутреннего

утрения

0 дней 10 дней

7

30 дней

15       Содержание жировой фазы, %


Рис. 14. Зависимость начального                         Рис. 15. Зависимость коэффициента

сопротивления сдвигу от содержания             внутреннего трения от содержания жировой

жировой фазы и срока хранения продукта                фазы и срока хранения продукта

В заключительном разделе главы представлены результаты промышленной апробации в условиях сельскохозяйственного производственного кооператива «Согласие» и ООО «Селяна» Кемеровского района Кемеровской области.

Результаты исследований по определению физико-химических показателей полученных смесей (с различным содержанием жировой фазы) представлены в табл. 1. Наблюдается обратная зависимость снижения кислотности при увеличении содержания жировой композиции. Индекс растворимости соответствует рецептуре. Содержание массовой доли влаги для некоторых образцов превышает рекомендованные значения ВНИКМИ, что можно объяснить условиями выработки и сорбцией влаги из воздуха производственного помещения.


15


О дней

10 дней

30 дней

Коэффициент внешнего

О             /          трения

¦|_г,      Содержание жировой фазы, %

Рис. 16. Зависимость коэффициента

внешнего трения от содержания жировой

фазы и срока хранения продукта


Насыпная плотность

р, кг/м

3

Содержание жировой фазы, %

Рис. 17. Зависимость насыпной

плотности от содержания жировой

фазы и срока хранения продукта


Таблица 1 - Результаты определения физико-химических показателей

 

№ образца

Массовая доля жира, %

Кислотность,

от

Индекс

3

растворимости, см

Массовая доля влаги, %

по рецептуре

эксперимент

1

3

3,5

23

0,2

6,06

2

7

7

22

0,2

5,83

3

11

10,5

21

0,2

5,78

4

15

14,5

20

0,2

5,6

5

19

19

19

0,2

5,19

6

23

21,5

17

0,2

5,12

7

27

25

16

0,2

5,2

8

31

28

14

0,2

5,4

Из анализа проведенных исследований физико-химических показателей смесей можно сделать вывод, что все полученные пробы соответствуют требованиям ВНИКМИ для многокомпонентных заменителей цельного молока.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

  1. Обоснована и разработана конструкция центробежного смесителя для получения смесей сухих комбинированных продуктов с соотношением компонентов до 1:200, реализующая метод интенсификации смесеобразования за счет организации направленного движения материальных потоков в рабочем объеме аппарата.
  2. На основе кибернетического подхода разработана математическая модель процесса смесеобразования в смесителе центробежного типа, позволяющая определить степень сглаживания входных материалопотоков, проанализировать динамические характеристики и инерционные свойства аппарата. Пара-

16

метрическая идентификация модели и частотно-временной анализ показали, что смеситель обеспечивает сглаживание колебаний входных сигналов (в 22,7 и 66,7 раз) при циклической частоте их колебаний ю > 0,3 рад/с.

  1. Изучено влияние конструктивных параметров аппарата на процесс смесеобразования сухих сыпучих дисперсных материалов. Выявлено, что заданное качество смешивания (коэффициент неоднородности Vc = 5,8% при частоте вращения 10,42 с"1 и коэффициенте загрузки Кз = 0,3) обеспечивается при использовании конструкции ротора с криволинейными поверхностями.
  2. С использованием методов регрессионного анализа определены оптимальные режимные параметры получения мучных композитных смесей. Установлено, что с увеличением продолжительности процесса до 180 с, а также с уменьшением частоты вращения ротора до 10,42 с"1 и наибольшем коэффициенте загрузки 0,67, значение коэффициента неоднородности принимает минимальное значение 3,7%.
  3. Исследовано влияние режимных и конструктивных параметров аппарата, а также свойств смешиваемых материалов на качество комбинированных смесей на основе сухого обезжиренного молока с добавление жидкой жировой фазы. Получено, что минимальное значение коэффициента неоднородности (Vc = 2,53%) достигается при минимальных значениях частоты вращения ротора (п = 10,42 с"1) и содержании жировой фазы в смеси (до 3%).
  4. Проведено исследование физико-механических свойств сухих комбинированных смесей (начальное сопротивление сдвигу, коэффициенты внутреннего и внешнего трения, насыпная плотность), изучено изменение их в процессе хранения. Выявлено, что при получении смесей на основе сухого обезжиренного молока с повышением содержания жировой фазы происходит увеличение значений всех параметров. В процессе хранения наблюдается значительный рост когезионных сил за счет происходящих изменений свойств контактирующих частиц.
  5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке аппаратурного оформления стадий смешивания в технологических схемах получения мучных композитных смесей и заменителей цельного молока. В условиях СХПК «Согласие» и ООО «Селяна» Кемеровского района проведена промышленная апробация новых технических решений, показавшая, что выработанный продукт соответствует предъявляемым требованиям для заменителей цельного молока.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Шилов, А.В. Исследование реологических показателей комбинированных смесей на основе сухого молока / А.В. Шилов, И.А. Бакин // Техника и технология пищевых производств. - 2009.-№ 3.- С.36-37.
  2. Шилов, А.В. Выбор рациональных параметров процесса приготовления мучных композитных смесей/ А.В. Шилов, Д.В. Сухоруков, Бакин И.А. // Техника и технология пищевых производств. - 2010.-№ 4.-С.72-76.

17

  1. Ермолаев, В.А. Реологические показатели сухих и восстановленных молочно - белковых концентратов/ В.А. Ермолаев, Д.В. Доня, А.В. Шилов // Сыроделие и маслоделие.- 2010.-№ 5.-С.44-45.
  2. Пат. 106848 Российская федерация, МПК В01 F7/26 / Смеситель периодического действия/ Бакин И.А., Сибиль А.В., Иванец В.Н., Чечко С.Г., Шилов А.В.;заявл. 22.02.2011; опубл. 27.07.2011, Бюл. №21.
  3. Бакин, И.А. Исследование насыпной плотности сухих молочных смесей/ И.А. Бакин, А.В. Шилов // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: Сб. статей и докладов. - Барнаул, АГТУ им. Ползунова, 2006.-С. 185-186.
  4. Бакин, И.А. Исследование физико-механических характеристик сухих молочных смесей/ И.А. Бакин, А.В. Шилов // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов (выпуск 12): Сб. науч. работ. - Кемерово, КемТИПП, 2007. - С. 12-14.
  5. Бакин, И.А. Исследование механизма сдвиговой деформации сухих молочных смесей / И.А. Бакин, А.В. Шилов // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов(выпуск 13): Сб. науч. работ. - Кемерово, КемТИПП, 2007.-С. 18-19.
  6. Шилов, А.В. Изменение начального сопротивления сдвига в зависимости от технологических факторов / А.В. Шилов // Региональная научно-практ. конф.: Сб. тезисов. - Юрга, ЮТК, 2007. - С. 16-17.
  7. Шилов, А.В. Определение комплексных показателей свойств сухих сыпучих смесей/ А.В. Шилов, И.А. Бакин // Региональная научно-практ. конф.: сб. трудов. - Юрга, ЮТК, 2007. - С. 25-27.
  8. Шилов, А.В. Изучение насыпной плотности на основе сухого молока/ А.В. Шилов, И.А. Бакин // Материалы межрегиональной научно-практ. конф. (часть 2). - Кемерово, КемТИПП, 2007. - С. 85-86.
  9. Шилов, А.В. Высота устойчивого откоса сухих молочных смесей / А.В. Шилов // Материалы X Всероссийского форума молодых ученых и студентов (часть 4). - Екатеринбург, 2007- С. 150.
  10. Шилов, А.В. Установка для определения насыпной плотности сухих молочных продуктов / А. В. Шилов // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов (выпуск 14): Сб. науч. работ- Кемерово, КемТИПП, 2007.- С. 126.
  11. Бакин, И.А. Реологические показатели сухих молочных смесей / И.А. Бакин, А.В. Сибиль, А.В. Шилов // Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство: Материалы Межд. научно-практ. конф. - Воронеж, ВГТА, 2008. - С. 257-262.
  12. Шилов, А.В. Исследование факторов, влияющих на процесс смешивания мучных композитных смесей / А.В. Шилов, Д.В. Сухоруков, А.В. Сибиль // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов (выпуск 20): Сб. науч. работ. - Кемерово, КемТИПП, 2009. - С. 150-151.

18

  1. Шилов, А.В. Разработка конструкции аппарата для получения мучных композитных смесей / А.В. Шилов, Д.В. Сухоруков // Технология и продукты здорового питания: сб. материалов 3 Межд. научно-практ. конф. - Саратов, 2009.-С. 177-178.
  2. Шилов, А.В. Экспериментальное определение комплексных показателей сухих молочных смесей/ А. В. Шилов, Д. В. Сухоруков // Пищевые продукты и здоровье человека: тезисы докладов II Всероссийской конф. (часть 2). - Кемерово, КемТИПП, 2009. - С. 128-129.
  3. Шилов, А.В. Физико - химические показатели смесей регенерированного молока/ А.В. Шилов // Пищевые продукты и здоровье человека: материалы межд. конф. - Кемерово, КемТИПП, 2012. - С. 358-359.

ЛР № 020524 от 02.06.97

Подписано в печать 21.05.2012. Формат 60x841/16

Бумага типографская. Гарнитура Times

Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 80 экз.

Заказ № 80

ПЛД№ 44-09 от 10.10.99

Отпечатано в редакционно-издательском центре

Кемеровского технологического института пищевой промышленности

650010, г. Кемерово, ул. Красноармейская, 52

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.