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


Защитаа состоитсяа л02аа июляа 2012а годаа ваа 10а часова наа заседании диссертационногоаа советаа Даа 212.089.02аа приаа ФГБОУа ВПОаа Кемеровский технологическийа института пищевойа промышленностиа поа адресу:аа 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 (

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)=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

-т-S

(4)

Tc2-S2+Tcl

Wc{S) =

S + 1

где kc - коэффициент передачиа (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)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

^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)

14 12

10 S 6 4 2 О

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

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 4,5а 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).

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

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"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


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

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


О дней

10 дней

30 дней

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

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.

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]