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:
- 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;
- развить теорию процессов смесеобразования дисперсных комбинированных материалов в центробежных аппаратах с применением кибернетического подхода;
- 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;
- провести комплексные исследования физико-механических свойств сыпучих материалов, обеспечивающих стабильность качества полуфабрикатов и готовой продукции;
- 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):
Wdi(S)=а 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
Wc{S) =
S + 1
где kc - коэффициент передачиа (кс смесителя; т - время запаздывания. |
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.
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.
(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)а г'са 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 |
^ |
|
|
^^^ж1 |
SHI^HH^^BI |
^^^ж1 |
/,/Уо |
19! |
ищ |
5,8/с |
;^^^^В |
^^^^Е* |
жжц |
^щ |
1 |
^^^ЩЩ |
^Н |
^ш |
'^^^Шк |
^^^ШШ |
1HI |
жж! |
I^^^Hf |
^ж^жR |
жжн |
\шш. |
i^^^HI |
^^^жш |
'^ЩЦ |
|
НШ |
^шшш |
ж |
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
которойаа проведены
дальнейшие исследования процессов смешивания сухих комбинированных смесей. |
S
н о
о
к ч о
о
к ч о
я
К
я
К
о о |
12аа 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 Х zx-14,44 Х z2 - 0,042 Х z3 + 0,047 -z2-z^ (7)
где zi- частота вращения вала ротора (п, с"1); z2 - коэффициент загрузки
аппарат (К3);аа z3аа -аа времяаа смешиванияаа (г,аа с).аа Адекватностьаа уравнения
установлена по критерию Фишера (Fp = 2,68,FKp = 4,35).
16 тЧа Чг-а Чг-а Чг-Уравнениеаа (7)аа справедливо
АЧ_^^^--------------------------------------------------- |
при соотношении компонентов до 1:200. В соответствии
10,42 об/с-60 саа ,а ,ч
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 4,5а 5
Размер часп щ, мм
-*- Предварительная нагрузка 9.81 Н -Х- 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
уменьшениеаа коэффициентов
трения (т.к. уменьшается площадь контакта частиц и фаз), и если сравнить значения коэффициентов Внешнего Двнеш И ВНуТ-РкННкГО ТреНИЯ Двнут, ТО ЯВНО ВИДНОаа Двнешаа <аа Двнут-аа ЭТОаа МОЖНО
2а 2,5 3,5а 4,5а 5
Размер частиц, мм
ЧжЧ Коэффициент внешнего трения Чж- 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, надаа 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 |
2аа 2,5а 3,5а 4,5
Размер чйстщ. и.см
-^- Объемная насыпная плотность ЧжЧ Плотность после 100 ударов Ч*Ч 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).
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%).
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"аа 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
-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 ^ |
\\ |
|
.Ч*? У = 4.633Х + 400,88 R2= 0,9769 |
|
|
У = 5,376Х+ 377,7 R2= 0.919 |
31
3а 10а 17а 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
15аа 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
Коэффициент внешнего
О / трения
ж|_г,аа Содержание жировой фазы, %
Рис. 16. Зависимость коэффициента
внешнего трения от содержания жировой
фазы и срока хранения продукта
Насыпная плотность
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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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%.
- 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%).
- 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.
- 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:
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
Р № 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]