Разработка и исследование новых конструкций смесителей непрерывного действия центробежного типа для получения комбинированных продуктов

На правах рукописи

АНДРЮШКОВ АЛЕКСЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ СМЕСИТЕЛЕЙ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ 05.18.12 «Процессы и аппараты пищевых производств»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово - 2013 2

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

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Дмитрий Михайлович Бородулин

Официальные оппоненты: Петрик Павел Трофимович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет», заведующий кафедрой «Энергоресурсосберегающие процессы в химической и нефтегазовой технологиях» Иванец Галина Евгеньевна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», профессор кафедры «Прикладная математика и информатика»

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Сибирский научно-исследовательский институт переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии.

Новосибирская область, п. Краснообск

Защита состоится «29» июня 2013 года в 900 ч 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)39-68-54.

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» (http://www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан «» мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Гореликова Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время все большей популярно стью пользуются продукты, обогащенные различными минеральными и биоло гическими добавками, витаминами и другими компонентами. Как правило, к ним относятся многокомпонентные смеси, находящиеся в порошкообразном или мелкозернистом состоянии. Их качество во многом зависит от условий проведения процесса смешивания. Поэтому одной из главных проблем является равномерное распределение вносимых в малых количествах различных доба вок, во всем объеме смеси. В настоящее время на предприятиях для достижения удовлетворительного качества конечного продукта в составе смесительного аг регата используют параллельное соединение двух и более аппаратов различно го типа, что значительно увеличивает его себестоимость. В процессе смесепри готовления рационально использовать смесители непрерывного действия (СНД) центробежного типа, позволяющие получить качественные смеси с дан ным соотношением компонентов.

На сегодняшней день в различных учреждениях разработано множество конструкций СНД, однако не все аппараты обеспечивают удовлетворительное качество смеси – вследствие малой сглаживающей способности;

кроме того, для материалов, имеющих большую разницу в удельном весе, возможно явле ние сегрегации. Поэтому разработка эффективных смесительных агрегатов центробежного типа, обладающих большей сглаживающей способностью за счет организации направленного движения потоков материала, для получения витаминизированной муки и других комбинированных продуктов с большой разницей содержания смешиваемых компонентов является актуальной научной задачей, представляющей большой практический интерес для пищевой про мышленности и ряда других отраслей.

Научной базой исследований в данной области явились работы Ю.И. Ма карова, Ф.Г. Ахмадиева, В.Н. Иванца, Г.Е. Иванец, Б.А. Федосенкова, И.А. Ба кина и ряда других ученых.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с научными направ лениями ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой про мышленности», на проведение исследований выделены гранты: ФГБОУ ВПО «Кемеровский институт пищевой промышленности» «Разработка и исследова ние смесительного агрегата центробежного типа производительностью кг/час для производства витаминизированной и йодированной муки» (2012 г., грантодержатель А.А. Андрюшков);

Грант Губернатора Кемеровской области для поддержки молодых ученых – кандидатов наук в номинации наук, относя щихся к аграрно-промышленному комплексу (2007 г., грантодержатель Д.М.

Бородулин).

Цель работы. Интенсификация процесса смешивания в новых конструк циях центробежных смесителей для получения сухих комбинированных про дуктов с заданным соотношением смешиваемых компонентов на основе ре зультатов теоретических и экспериментальных исследований.

Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в настоя щей работе решались следующие основные задачи:

теоретическое и экспериментальное обоснование новых конструкций СНД центробежного типа для обогащения различных сыпучих композиций ви таминами, минералами и микроэлементами;

математическое описание процесса смешивания в центробежных сме сительных агрегатах с применением корреляционного анализа и кибернетиче ского подхода и элементов теории автоматического управления;

исследование новых конструкций СНД центробежного типа с целью нахождения их рациональных конструктивных и технологических параметров работы, обеспечивающих стабильность качества готовой продукции;

проведение частотно-временного анализа смесительного агрегата цен тробежного типа. Проверка на адекватность математических моделей;

разработать инженерную методику расчета СНД центробежного типа;

проведение опытно-промышленных испытаний новых конструкции СНД центробежного типа в составе технологических схем получения витами низированной муки и сухих строительных смесей.

Научная новизна. Созданы математические модели непрерывно дейст вующих смесительных агрегатов центробежного типа, дающие возможность проанализировать получение смесей требуемого качества учитывая их инерци онные свойства. Проведен корреляционный анализ влияния топологии матери альных потоков на однородность смеси в СНД центробежного типа;

на основе программы «MathCAD» предложен алгоритм расчета численных значений сглаживающей способности и передаточных функций динамических и конст руктивных параметров смесителя, а также воздействие входных потоков, влияющих со стороны дозирующих устройств. Получены рациональные конст рукционные и технологические параметры СНД, обеспечивающие получение смесей хорошего качества. Рассчитаны уравнения регрессии, адекватно описы вающие экспериментальные данные.

Практическая значимость и реализация. В результате теоретического и экспериментального исследования процесса смешивания и дозирования мате риалов разработаны три новые конструкции смесителей непрерывного действия центробежного типа с организацией направленного движения в них материаль ных потоков, техническая новизна СНД защищена двумя патентами РФ. Разра ботано аппаратурное оформление технологической линии непрерывного сме шивания, включающей в свой состав центробежный СНД новой конструкции.

Проведены успешные опытно-промышленные испытания: на ООО «Мастер продукт» (г. Новокузнецк) в технологии производства витаминизированной муки для хлебобулочных изделий;

ЗАО «Профикс-Кузбасс» (г. Кемерово) в технологии производства сухой строительной штукатурной смеси М100. Ре зультаты диссертационной работы используется в учебном процессе на кафедре процессов и аппаратов пищевых производств ФГБОУ ВПО «Кемеровский техно логический институт пищевой промышленности» при подготовке бакалавров и магистров по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование».

На защиту выносятся: математическое описание процесса непрерывно го смешивания в СНД центробежного типа при различной организации движе ния материальных потоков в них, на основе корреляционного анализа;

матема тическая модель непрерывно действующего смесительного агрегата, разрабо танная с использованием кибернетического подхода и элементов теории авто матического управления, позволяющая выбрать целесообразные параметры ра боты смесителей центробежного типа и дозирующих устройств;

результаты экспериментальных исследований процесса смешивания дисперсных материа лов в новых конструкциях СНД центробежного типа и методики их инженерно го расчта и смесительного агрегата в целом.

Объектом исследования являлись новые конструкции высокоэффектив ных СНД центробежного типа для обогащения муки витаминами, минералами и микроэлементами.

Предметом исследования являлось установление закономерностей, опи сывающих работу СНД при рациональных режимных и конструктивных пара метрах, влияющих на качество получаемых смесей.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертацион ной работе, были представлены и обсуждены: на всероссийских и международ ных научных конференциях (2009-2013 гг.) (Новый этап развития пищевых производств: инновации, технологии, оборудование. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Екатеринбург, 2009;

Инструментальные методы для исследования живых систем в пищевых производствах. Материалы Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи. Ке мерово, 2009;

Пищевые продукты и здоровье человека. II Всероссийская кон ференция аспирантов и студентов. Кемерово, 2009;

V Международная студен ческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум».

Москва, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, из ко торых 5 в журналах, рекомендованных ВАКом, получено два патента.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пя ти глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений;

включает 56 рисунков, 28 таблицы. Основной текст изложен на 148 страницах машинописного текста, приложения – на 60 страницах. Список литературы включает 103 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования и сформулированы:

цель работы и ее общая характеристика, задачи, объекты и методы исследова ний.

В первой главе рассмотрены условия повышения эффективности про цесса смешивания в аппаратах непрерывного действия и приведено обоснова ние выбора в качестве объекта исследования СНД центробежного типа, обла дающего способностью сглаживать флуктуации входных потоков за счет на правленной организации их движения. Проведен анализ состояния и перспек тив развития смесительного оборудования для смешивания сыпучих материа лов и сформулированы требования к конструкциям центробежных СНД нового поколения.

Во второй главе рассмотрены вопросы математического моделирования процесса смешивания сыпучих материалов. Основное внимание уделяется ана лизу структур потоков материала внутри СНД центробежного типа с помощью теории корреляционных функций, моделей усреднения, а также методов техни ческой кибернетики.

На первом этапе проведен корреляционный анализ различных схем орга низации движения материальных потоков в центробежных СНД.

На рисунке 1 представлены четыре принципиально различные схемы: с разделением входного потока на три части с последующим их двойным нало жением «А»;

с разделением входного потока на две части с последующей ре циркуляцией одной из них «Б»;

с разделением входного потока на две части с последующим их пересечением «В»;

с разделением входного потока на четыре части с последующей их частичной рециркуляцией «Г». Материальный баланс для схемы «А» и система уравнений, определяющая корреляционные функции потоков, запишутся следующим образом:

(1) (2) где X0 и KX0( ) – материальный поток, поступающий в СНД, и его корреляци онная функция;

XJ и KXJ( ) – материальный поток, поступающий на J-ю ступень (конус) СНД, и его корреляционная функция, J = 1…n;

XBJ и KXBJ( ) – матери альный поток, выходящий с J-й ступени (конуса) смесителя, и его корреляци онная функция, J = 1…n;

XB и KXB( ) – материальный поток, выходящий из СНД, и его корреляционная функция;

коэффициент перераспределения на первой ступени СНД;

J коэффициент рециркуляции на J-й ступени смесите ля, J = 1…n;

n – количество ступеней;

интервал корреляции.

Рассмотрим влияние на величину сглаживания флуктуаций входного по тока только процесса рециркуляции, т.е. допустим, что KXBJ( )=KXJ( ). Тогда система (2) примет следующий вид:

(3) Решив систему (3) относительно KXB( ), получим:

(4) Известно, что корреляционная функция стационарного процесса при = равна дисперсии X возможных значений его параметра в данный момент вре мени, т.е. KX(0) = X. Тогда можно записать:

(5) Схема «А» Схема «Б» Схема «В» Схема «Г» Рисунок 1 - Схемы организации движения материальных потоков в СНД центробежного типа С помощью уравнения (5) получили коэффициенты, при которых дости гается наибольшая сглаживающая способность смесителя (S). Например, Х 2 2 при значениях коэффициентов: =0,3 и =0,1. XB =0,311 X 0, а S = = 3,213.

ХВ С увеличением степени рециркуляции дисперсия выходящего материального потока значительно уменьшается. Это говорит о наличии неплохой сглажи вающей способности S у центробежного смесителя при данной схеме организа ции движения потоков.

Анализируя подобным образом организацию движения материальных по токов по схеме «Б», получим, в итоге, следующее выражение:

(6) Оптимальные значения коэффициентов равны: = 0,2, = 0,8. При этом 2 X0, а S=4,504.

XB =0, В результате анализа схемы «В» получим следующее выражение:

(7) Оптимальное значение коэффициента равно: = 0,5. При этом XB =0, X0, а S=2.

В результате анализа схемы «Г» получим следующее выражение:

. (8) Оптимальные значения коэффициентов равны: = 0,2, 2 = 0,2. При этом 2 X0, а S=8,33.

XB =0, Из сравнения результатов анализа четырех конструкций СНД видно, что большей сглаживающей способностью обладает смеситель, работающий по схеме «Г», S=8,31, а наименьшей смеситель, работающий по схеме «В», S=2.

Однако смеситель по схеме «В» проще в изготовлении и менее энергоемок.

Смеситель по схеме «Г» больше подходит для получения качественных смесей с соотношением компонентов свыше 1:100.

На втором этапе были рассмотрены вопросы математического моделиро вания смесительного агрегата (СА) с использованием методов технической ки бернетики. На рисунке 2 представлена функционально-структурная схема сме сительного агрегата для получения многокомпонентной смеси по методу по следовательного разбавления.

Из рисунка 2 видно, что двух ступенчатый СА содержит два блока дозаторов, обладающих определнными импульсными переходными характе ристиками (ИПХ) (WДБ1(S) и WДБ2(S)), формирующими сигналы различного ви да, работающих параллельно на СЭ1 и СЭ2. Основными элементами схемы яв ляются центробежные СНД с горизонтальным расположением ротора в виде трх полых и одного полого усеченных конусов (WСМ1(S) и WСМ2(S)).

Рисунок 2 - Структурно-функциональная схема исследуемого смесительного агрегата Воспользовавшись законами преобразования структурных схем, приве дем выходной сигнал смесительного агрегата к следующему виду (WCA(S)):

. (9) Здесь в первый блок входят спиральный и порционный дозаторы. Его суммарный сигнал определяется в виде:

. (10) Во второй блок входит спиральный дозатор, импульсные переходные ха рактеристики которого представлены формулой:

W1(S) =. (11) Передаточные функции представлены зависимостями (12) и (13).

. (12). (13) Подставив ИПХ всех блоков и передаточные функции аппаратов, входя щих в состав смесительного агрегата, получим:

. (14) Данная модель описывает процесс смешивания сыпучих компонентов по методу последовательного разбавления смеси при соотношении е компонентов 1:1000. Она реализуется с помощью различных математических программ. Та ким образом, модели СА, при использовании кибернетического подхода с при менением ЭВМ, могут прогнозировать качество готовой смеси, если известны функциональные зависимости входных сигналов от времени и передаточные функции СНД.

В третьей главе рассмотрены вопросы аппаратурного и методологиче ского обеспечения экспериментальных исследований. Приведено описание ла бораторно-исследовательского стенда, который включает в свой состав блок дозаторов, СНД центробежного типа, блоки управления и измерительных при боров, отбора и анализа проб. Также дано описание новых конструкций и принципа действия трех СНД центробежного типа.

На рисунке 3 приведена принципиальная схема центробежного СНД с уг лообразными турбулизаторами применяемого для смешивания сыпучих компо нентов в диапазоне от 1:75 до 1:125. Данный СНД является основным объек том исследований. Технической новизной СНД является то, что на внутренней поверхности полого усеченного конуса в хаотичном порядке расположенны уг лообразные турбулизаторы, угол и длина которых различны, а на внешней – за креплен рассеивающий диск. На внутренней поверхности корпуса установлены перфорированные направляющие.

Работа смесителя осуществляется следующим образом. Сыпучие компо ненты подаются через патрубки 3 на основание вращающегося ротора 8. Под действием центробежной силы частицы материала ускоренно движутся от цен тра к периферии, распределяясь равномерно по внутренней поверхности рото ра. Наряду с этим происходит уменьшение толщины слоя материала на перифе рии за счет возрастания площади распределения частиц. Потоки материала от ражаются от хаотично установленных углообразных турбулизаторов 9, различ ных по длине и углам наклона. Такая конфигурация способствует появлению дополнительного эффекта смешивания, так как общий кольцевидный поток ма териала разделяется на несколько частей, которые впоследствии пересекаются друг с другом. Далее смесь сбрасывается через верхнее основание ротора 8 и движется по перфорированным направляющим 10, разделяясь на две части.

Одна из них ссыпается к коническому основанию днища 6 через отверстия, а другая на рассеивающий диск 11, где частицы, за счет центробежной силы, отбрасываются к стенкам корпуса. Компоненты дополнительно смешиваются при пересечении образовавшихся потоков. Готовая смесь выводится из аппара та через патрубок 7.

На рисунке 4 изображена схема центробежного СНД применяемого для сме шивания сыпучих компонентов в диапазоне от 1:100 до 1:200, который работа ет следующим образом. Сыпучие компоненты подаются через патрубки 1 на разделяющий крест 6, где поток материала делится на части, одна отбрасывает ся на диск 8 вращающегося ротора 7, а другая попадает на регулируемый отра жатель 9. Часть входного потока, попавшая на диск 8, под действием центро бежной силы равномерно растекается по нему и движется снизу вверх по внут ренней поверхности ротора 7. Таким образом, обеспечивается тонкослойное движение сыпучего материала, что способствует частичному смешиванию ком понентов. Этот поток сбрасывается с поверхности ротора и пересекается с дру гим, сошедшим с разделяющего креста 6, что способствует дополнительному смешению материалов в кольцевом пространстве между ротором и корпусом смесителя. Общий поток, образующийся при этом, попадает на регулируемый отражатель 9, который отбрасывает часть материала к основанию ротора 7, обеспечивая при этом рециркуляцию, другая часть по внутренней поверхности корпуса ссыпается вниз и выводится из смесителя.

Рисунок 3 – Центробежный СНД с Рисунок 4 - Центробежный углообразными направляющими СНД с разделяющим крестом Конструкция центробежного смесителя с разделяющим крестом разрабо тана в результате теоретического анализа, показавшего, что разделение входя щего материального потока на несколько частей с дальнейшим их пересечени ем значительно увеличивает сглаживающую способность, а значит и качество готового продукта.

В ходе исследования процессов смешивания и дозирования применялись разнообразные материалы, находившиеся в порошкообразном и мелкозерни стом состоянии с различными физико-механическими параметрами. К ним от носятся: коэффициент внутреннего трения, гранулометрический состав, сте пень связности частиц, коэффициент внешнего трения, насыпная плотность и т.д. Критерии выбора сыпучих материалов вызваны возможностью будущей практической реализации разработанных конструкций в промышленные усло вия.

В четвертой главе приведены результаты исследований новых конст рукций центробежных смесителей непрерывного действия с целью определения их рациональных конструктивных и режимных параметров, практическое ис пытание разработанных конструкторских решений.

При исследовании центробежного СНД, изображенного на рисунке 3, проведен полный факторный эксперимент третьего порядка по определению качества смеси Vc в зависимости от количества углообразных турбулизаторов h в диапазоне (4 12 шт.), частоты вращения ротора n – (750 950 об/мин), соот ношения смешиваемых компонентов C - (1:75 1:125).

В результате получены следующие уравнение регрессии:

для смеси «соль манная крупа»:

Vc=67,34+83,63C-0,11n-2,99h+0,0000607n2+0,146h2;

(15) для смеси «сахар пшено»:

Vc= 47,52-760,98C-0,314h-13,7Ch+4781,4C2+0,076h2;

(16) для смеси «мука – йод»:

Vc= 27,94-447,42C-0,183h-8,064Ch+2811,6C2+0,044h2. (17) Для примера проанализируем поверхность отклика, которая описывается расчетным регрессионным уравнением (15), за исключением мало значимого коэффициента n (т.е. зависимость влияния соотношения смешиваемых компо нентов и числа углообразных на Vc), представленную на рисунке 5.

Коэффициент неоднородно сти, % Соотношение сме- Количество угло- шиваемых компо- образных отража нентов телей, шт.

Рисунок 5 - Поверхность отклика для смеси «соль – манная крупа» Анализ графической интерпретации показывает, что количество углооб разных турбулизаторов h = 12 в роторе СНД оказывает значительное влияние на величину коэффициента неоднородности Vс.

Наименьшее значение Vc достигается при соотношении смешиваемых компонентов 1:75, но и при 1:100 получили смесь удовлетворительного качест ва, так как Vc не превышало 12%. Увеличение С ведет к ухудшению качества смеси, что объясняется малым временем пребывания частиц в роторе аппарата, так как последний состоит только из одного конуса.

Далее была определена пропускная способность разделяющего креста (рисунок 4) для материалов: кукурузной и манной круп, сухого речного песка и пшена. Эксперименты проводились при разных значениях частот вращения креста. Пропускная способность разделяющего креста определялась по форму тл К 100% т ле:, где mл – масса материала задержанного ловушкой, гр;

m= – масса материала во входном потоке, гр.

Анализ полученных результатов показывает, что лучшей пропускной способностью крест обладает при частоте вращения 500 об/мин. Однако данной частоты недостаточно для того, чтобы материал начал свое движение по по верхности конуса. Худшая пропускная способность наблюдалась при об/мин, так как большинство частиц, под действием центробежной силы, от брасывалось к периферии корпуса смесителя. Следовательно, рационально ис пользовать частоту вращения креста 750 об/мин, что обеспечивает примерно 50% его пропускной способности.

Для определения степени рециркуляции был проведен эксперимент с ис пользованием аналогичных материалов, в ходе которого изучалось влияние на качество получаемых смесей расстояния от основания ротора до отражателя h в диапазоне (12 14 см) и частоты вращения ротора n – (500 1000 об/мин).

Анализ полученных данных показывает, что при n равной об/мин и h равной 14 см получаются смеси хорошего качества, так как значения Vc находятся в пределах 47% во всем диапазоне исследований.

Исследование динамической системы «дозатор смеситель» проводилось путем расчета частотных и временных характеристик смесительного агрегата с использованием известных ИПХ дозаторов и передаточных функций (ПФ) сме сителя. При определенных рациональных режимах работы СА были рассчита ны: ИПХ при подаче муки спиральным дозатором, йодида калия порционным дозатором;

передаточные функции СНД.

W(S) = ;

(18) (19).

exp 2.38S W (S ) 3,59 S 2 3,8S 1. (20) Для проведения частотного анализа ПФ смесителя строились амплитуд но-частотные характеристики (АЧХ) (рисунок 6), из которых видно, что наи лучшей сглаживающей способностью обладает СНД, работающий в третьем режиме.

Для определения значения степени сглаживания действительных сигна лов блоков дозаторов, выполнен временной анализ смесительного агрегата, в результате которого были получены отклики системы на входящие сигналы блоков дозаторов, подаваемых в смеситель, на разных частотах вращения рото ра. На рисунке 7 приведено отношение амплитуды входного и выходного сиг налов из смесителя при частоте вращения ротора равной 10 с-1. Результаты проведенного анализа показывают, что численные значения сглаживающий способности смесителя рассчитанные, по частотному и временному методам, находятся в диапазоне от 10 до 380 раз. Расхождение результатов временного и частотного анализов при получении смеси «мука высшего сорта – йодид калия» на частоте вращения ротора СНД, равной 15 с-1, составило 8,1%. Таким обра зом, использование этих методов анализа является вполне правомерным. Также в четвертой главе приводится инженерная методика расчета центробежного СНД и агрегата в целом на основании результатов проведенных исследований.

1. 0. 0. 0. 0. A1( ) 0. A2( ) A3( )0. Рисунок 6 - АЧХ режимов работы Рисунок 7 - Амплитуды входного сиг 0. центробежного СНД при нала дозаторов при дозировании смеси 0.286 - 10 с (A1(_)), 12.5 с-1(А2(- • - • -)), муки и йодида калия (_ _) 15 с-1(A3(_ _ _ _ _)) и выходного сигнала СНД () 0. 0. В пятой главе показано практическое использование результатов работы.

Проведены 1опытно-промышленные испытания разработанных смесительных 0 2 3 4 5 6 7 8 9 агрегатов центробежного типа, с целью оценки их эффективности, в двух раз личных производственных линиях:

1) для приготовления витаминизированной муки в ООО «Мастер продукт» (г. Новокузнецк). Качество сухой смеси оценивали по коэффициенту неоднородности Vс. Полученные результаты свидетельствуют о том, что цен тробежный СНД позволяет получать витаминизированную муку хорошего каче ства, так как значение коэффициента неоднородности смеси составило 3,2%;

2) для производства сухой строительной штукатурной смеси М100 на ЗАО «Профикс-Кузбасс» (г. Кемерово). Полученные результаты подтверждают, что новая конструкция центробежного СНД позволяет получать строительно штукатурную смесь с меньшими по отношению к рассматриваемым аналогам металло- и энергозатратами на производство 1 кг готовой смеси. При этом среднее значение удельных энергозатрат на производство 1кг смеси составило 1,34 Вт/кг.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ 1. Для получения смесей дисперсных материалов с большим соотношени ем смешиваемых компонентов рационально применять СНД центробежного типа, совмещающие в себе процессы смешения дисперсных материалов в тон кослойных разреженных потоках и их диспергирования.

2. Выполнен теоретический анализ СНД центробежного типа с различ ными схемами организации движения материальных потоков, базирующийся на корреляционном подходе. Установлено, что на снижение флуктуаций вход ного сигнала сильное влияние оказывает наличие в СНД опережающих пото ков, контуров внешней и внутренней рециркуляции. При этом сглаживающая способность смесителя S увеличивается фактически в два раза.

3. На основе кибернетического подхода разработаны математические мо дели двух центробежных СА для переработки сыпучих материалов, одна из ко торых описывает процесс смешивания сыпучих компонентов по методу после довательного разбавления смеси. Их частотно-временной анализ показал, что два последовательно установленных СНД обеспечивают в 2,3 раза большее сглаживание флуктуаций входных сигналов (S=376,22) по сравнению с одним.

4. Разработаны три оригинальные конструкции смесителей непрерывного действия центробежного типа с организацией направленного движения потоков материала. СНД с углообразными турбулизаторами целесообразно применять для смешивания сыпучих компонентов с соотношением 1:75, а смеситель с раз деляющим крестом в диапазоне от 1:100 до 1:200. Центробежный смеситель диспергатор рационально использовать для смешивания частиц склонных к об разованию конгломератов. Техническая новизна их защищена двумя патентами РФ № 2455058 и № 2464078.

5. Определены рациональные конструктивные и технологические пара метры работы центробежного СНД с углообразными турбулизаторами, а имен но: количество углообразных направляющих в роторе СНД –12 шт.;

частота вращения рабочего органа – 850 об/мин;

при соотношении смешиваемых ком понентов 1:100. Для СНД с разделяющим крестом целесообразно установить на крышку СНД отражатель на высоте h = 14 см, что позволит организовать ре циркуляцию смеси в аппарате и получать смеси хорошего качества (Vc = 5,5%) при частоте вращения ротора n = 750 об/мин.

Экспериментальная проверка математических моделей СНД и агрегата в целом подтвердила их адекватность реальному процессу смешивания.

6. Центробежные смесители нашей конструкции прошли успешные опыт но – промышленные испытания и рекомендованы для использования при аппаратур ном оформлении стадии смешивания в технологических схемах получения: ви таминизированной муки на ООО «Мастер Продукт» (г. Новокузнецк) и сухой строительной штукатурной смеси М100 на ЗАО «Профикс-Кузбасс» (г. Кеме рово). Произведенный экономический расчет показал, что эффективность от производства витаминизированной муки составила 11222016 руб./год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК Бородулин, Д. М. Прогнозирование сглаживающей способности цен 1.

тробежного смесителя на основе корреляционного анализа / Д. М. Бородулин, А.

А. Андрюшков // Техника и технология пищевых производств. – 2009. – № 4. – С.

39-42.

Иванец, В. Н. Тенденции развития смесительного оборудования не 2.

прерывного действия центробежного типа / В. Н. Иванец, Д. М. Бородулин, А. А.

Андрюшков // Техника и технология пищевых производств. – 2011. – № 1. – С. 67 71.

Иванец, В. Н. Анализ работы смесителей непрерывного действия 3.

центробежного типа на основе корреляционного подхода / В. Н. Иванец, Д. М.

Бородулин, А. А. Андрюшков // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2012. – № 8.

– С. 23-26.

Бородулин, Д. М. Применение смесителя непрерывного действия для 4.

витаминизации муки / Д. М. Бородулин, О. В. Салищева, А. А. Андрюшков // Хра нение и переработка сельхозсырья. – 2012. – № 9.– С. 58-61.

Бородулин, Д. М. Исследование работы смесительного агрегата, состоя 5.

щего из двух последовательно установленных центробежных СНД, для получения смеси с соотношением смешиваемых компонентов 1:1000 методом последовательно го разбавления / Д. М. Бородулин, А. И. Саблинский, Д. В. Сухоруков, А. А. Анд рюшков // Вестник КрасГАУ. – 2013. - № 6. - С. 178-185.

Тезисы Бородулин, Д. М. Определение качества смешивания и сглаживаю 1.

щей способности в смесителе непрерывного действия с использованием кос венного метода и корреляционного анализа / Д. М. Бородулин, А. А. Андрюшков // Инструментальные методы для исследования живых систем в пищевых производст вах: материалы Всероссийской конференции с элементами научной школы для моло дежи. – 2009. – С. 68-73.

Бородулин, Д. М. Зависимость качества смеси от конструктивных 2.

особенностей смесителей непрерывного действия / Д. М. Бородулин, А. А. Анд рюшков // Новый этап развития пищевых производств: инновации, технологии, обо рудование. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Екате ринбург, 2009. – С.10-11.

Бородулин, Д. М. Модернизация смесителя центробежного типа с 3.

целью уменьшения удельных энергозатрат / Д. М. Бородулин, А. А. Андрюшков // Пищевые продукты и здоровье человека. II Всероссийская конференция аспирантов и студентов. – 2009. – С. 25-26.

Бородулин, Д. М. Разработка высокоэффективного смесителя непре 4.

рывного действия центробежного типа / Д. М. Бородулин, А. А. Андрюшков // Пищевые продукты и здоровье человека. Материалы международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – 2012. – С. 304-305.

Андрюшков, А. А. Аппаратурное оформление производства сухой 5.

строительной штукатурной смеси М100 [Электронный ресурс] / А. А. Андрюш ков // V Международная студенческая электронная научная конференция «Студенче ский научный форум». – Режим доступа:

2013. http://scienceforum.ru/2013/185/4458.

Андрюшков, А. А. Моделирование смесительного агрегата для по 6.

лучения смесей с соотношением сыпучих компонентов 1:1000 [Электронный ресурс] / А. А. Андрюшков // V Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум». – 2013. - Режим доступа:

http://scienceforum.ru/2013/185/2372.

Андрюшков, А. А. Разработка и исследование новых конструкций 7.

смесителей непрерывного действия центробежного типа для получения комби нированных продуктов / А. А. Андрюшков // Международный форум «Пищевые инновации и биотехнологии». Сборник материалов конференции студентов, ас пирантов и молодых ученых. – 2013. – С. 666-674.

Патенты 1. Пат. 2455058 РФ, МПК В01 F7/26 / Центробежный смеситель / В. Н. Иванец, Д. М. Бородулин, А. А. Андрюшков;

заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Ке меровский технологический институт пищевой промышленности» (Ru). – № 2010150753/05;

заявл. 10.12.2010;

опубл. 10.07.2012, Бюл. № 19.

2. Пат. 2464078 РФ, МПК В01 F7/26 / Центробежный смеситель диспергатор / В. Н. Иванец, Д. М. Бородулин, А. А. Андрюшков;

заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (Ru). – № 2011119845/05;

заявл. 17.05.2011;

опубл. 20.10.2012, Бюл. № 29.

Список сокращений СНД – Смеситель непрерывного действия;

СА – Смесительный агрегат;

ИПХ – Импульсные переходные характеристики;

ПФ – Передаточные функции;

АЧХ – Амплитудно-частотные характеристики.