Разработка и исследование процесса получения сухих комбинированных смесей в центробежном аппарате
1На 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» доктор технических наук, доцент
Научный консультант:
Бакин Игорь Алексеевич
Официальные оппоненты: 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
Ведущая организация:
научно-исследовательский институт переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии, г. Новосибирск
Защита состоится «02» июля 2012 года в 1030 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.02 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47.
тел./факс 8 (3842) 39-68-88.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности».
С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.kemtipp.ru).
Автореферат разослан «28» мая 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Голуб О.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В целях реализации приоритетного национального проекта "Развитие АПК" предусматривается развитие индустриальных техноло гий нового поколения, в основу которых заложены высокое качество получае мой продукции, выпуск принципиально новых высокопроизводительных и ресурсосберегающих машин и оборудования.
В настоящее время возрастает потребительский спрос на изделия с опре деленным содержанием различных компонентов, поэтому большое внимание уделяется технологиям комбинированных продуктов с заданными характери стиками (обогащенных витаминами, биологически активными добавками и т.д.). Получение комбинированных продуктов путем смешивания сухих ингре диентов является универсальным и перспективным способом. Аппаратурное оформление процессов сухого смешивания конструктивно является более про стым 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 опреде лении и контроле качества готовой продукции. Для научно обоснованного учета этих свойств в различных областях техники и технологии необходи ма систематизация данных о физико-механических характеристиках продуктов.
В связи с этим научное обоснование и разработка нового высокоэффек тивного смесительного оборудования для получения смесей комбинированных продуктов заданного качества, проведение комплексных исследований физико механических свойств сыпучих материалов, обеспечивающих стабильность ка чества полуфабрикатов и готовой продукции, является актуальной научной за дачей, представляющей практический интерес для пищевой и ряда других от раслей 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.).
Цель работы: теоретическое обоснование и разработка смесителя цен тробежного 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, комбикор мовой 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, определяю щих 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 задан ным 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 эффек тивности 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;
- 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 ис следования процессов смесеобразования сухих комбинированных продуктов с заданным соотношением компонентов;
новую конструкцию смесителя центро бежного типа и результаты экспериментальных исследований технологических параметров процессов получения композитных мучных смесей и смесей на ос нове 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 профессио нальное образование и карьера XXI в» (Юрга, 2007);
«Пищевые технологии» (Казань, 2007);
«Конкурентоспособность территорий и предприятий меняю щейся России» (Екатеринбург, 2007);
«Инновационные технологии переработ ки 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, че тырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложе ний;
включает 58 рисунков, 7 таблиц. Основной текст изложен на 115 страни цах, 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 комбиниро ванных смесей, обосновано присутствие стадии сухого смешивания в техноло гических линиях их производства. Проанализировано состояние и перспективы развития смесительного оборудования. Выявлено, что для решения поставлен ных задач наиболее перспективными являются аппараты центробежного типа.
Показана необходимость учета физико-механических свойств комбинирован ных 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, Д3) (рис. 2).
Передаточная функция (ПФ) системы хвх1(t) WS(S) записывается в виде (1):
Д W S ( S ) = Wd ( S ) Wc ( S ), (1) хвых(t) где Wd(S), Wc(S) – ПФ соответственно хвх2(t) Д2 СНД + блока дозаторов и смесителя.
ПФ блока дозаторов Wd(S) определя Д3 ется следующим образом (2):
хвх3(t) W d ( S ) = W d 1 + Wd 2 + Wd 3, (2) Рис. 2. Функционально-структурная где Wd1(S), Wd2(S), Wd3(S) – ПФ доза схема объекта моделирования торов Д1, Д2 и Д3 соответственно.
ПФ каждого дозатора как инерционного звена (3):
k di Wdi ( S ) =, (3) Tdi S + где kdi – коэффициент передачи дозатора, который учитывает неравенство входной и выходной величин при установившемся режиме работы дозатора;
Тdi – 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):
kc Wc ( S ) = e -t S, (4) T c 2S + Tc1 S + где kс – коэффициент передачи (kс = 1);
Тс1, Тс2 – постоянные времени смесителя;
– время запаздывания.
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 Технологическое и Технологическое и Физико-механические аппаратурное аппаратурное свойства оформление получения оформление комбинированных смесей на основе сухого производства мучных смесей обезжиренного молока композитных смесей Математическое моделирование процессов смешивания на основе кибернетического подхода Математическое моделирование Определение функционально смесительного агрегата на основе структурной схемы смесительного кибернетического подхода агрегата Разработка аппаратурного оформления процессов смешивания Стенд для определения физико Стенд для получения сухих механических свойств комбинированных смесей сыпучих смесей Экспериментальные исследования процессов получения сухих комбинированных смесей Параметрическая Исследование Исследование идентификация параметров получения параметров математической модели, смесей на основе получения мучных проверка адекватности сухого обезжиренного композитных смесей модели молока Исследование физико-механических Исследование конструктивных и свойств сыпучих смесей режимных параметров смешивания Промышленная апробация Рис. 1. Общая схема проведения исследований 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 ком бинированных смесей и исследования их физико-механических свойств.
Стенд для получения сухих комбинированных смесей включает дозиро вочное 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, эллиптическо го днища 4 с подшипниковым узлом 5, в котором закреплен вал 6. В нижней части вала 6 установлен во рошитель 7, выполненный в виде двух лопастей. В днище имеется разгрузочный патрубок 12.
В работе изучены два варианта конструктивного исполнения рото ра. Для приготовления увлажненных смесей – ротор выполнен в виде ротор вид сверху перфорированного диска 8, над от верстиями которого расположены а) б) дугообразные закрылки 9 (рис. 3, а).
На основании ротора концентрично Рис. 3. Смеситель центробежного типа а) ротор с перфорированным диском;
закреплен полый усеченный конус б) ротор с криволинейными поверхностями 10 с перепускными окнами 11.
Для приготовления сухих смесей использовался ротор (рис. 3, б), выпол ненный 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 ин тенсивность и эффективность процесса смесеобразования и, как следствие, улучшается качество смешивания.
Во втором конструктивном варианте (рис. 3, б), благодаря наличию выс тупов 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 исследо вания процессов смешивания.
На первом этапе проведена параметрическая идентификация разрабо танной математической модели. ПФ центробежного смесителя с ротором с кри волинейными поверхностями и с ротором с перфорированным диском имеют вид (5) и (6) соответственно.
e -8.5S e -10S W (S ) = ;
W (S ) =. (5, 6) 240 S 2 + 32 S + 1 750 S 2 + 55 S + Оценены сглаживающие способности смесителя при частоте дозирую щего сигнала w 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 t, с а) б) Рис. 4. Суммарный сигнал блока дозаторов ( = 4,4 рад/с) (а) и отклик системы на него (б) h1(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% обеспе чить равномерную и согласованную подачу всех ингредиентов в непрерывно действующий смеситель затруднительно, поэтому компоненты с малым содер жанием дозировались в аппарат порционно, с интервалом времени меньшим, чем продолжительность пребывания частиц материала в аппарате.
На втором этапе исследованы процессы получения мучных композит ных смесей. Объектом исследований являлись компоненты, входящие в рецеп туру мучных композитных смесей для приготовления сахарного печенья. В ка честве ключевого компонента использовался ферромагнитный трассер.
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 Коэффициент неоднородности Vc, % ротора с криволинейны 9,4% ми поверхностями (значе ние коэффициента неод 7,7% нородности Vc = 5,8%, 5,8% при частоте вращения 10,42 с-1 и коэффициенте загрузки Кз = 0,3), на которой проведены дальнейшие исследова ния процессов смеши Конструкция ротора вания сухих комби Рис. 5. Влияние конструктивных параметров на качество нированных смесей.
смешивания сухих сыпучих материалов Выбор рациональных режимных параметров приготовления мучных ком позитных смесей проводился с использованием методов регрессионного анали за. Предварительно в ходе экспериментальных исследований выявлены диапа зоны изменения рабочих параметров: частота вращения вала ротора nmin = 10, с-1, nmax = 27,63 с-1;
коэффициент загрузки аппарата Кз min = 0,3, Кз max = 0,67;
время смешивания min = 60 с, max = 180 с. Уравнение в натуральном масштабе, определяющее влияние режимных параметров на качество смеси, имеет вид (7).
Vc = 12,149 + 0,299 z1 - 14,44 z 2 - 0,042 z 3 + 0,047 z 2 z 3, (7) где z1 – частота вращения вала ротора (n, с-1);
z2 – коэффициент загрузки аппарата (Кз);
z3 – время смешивания (, с). Адекватность уравнения установлена по критерию Фишера (Fр = 2,68,Fкр = 4,35).
Уравнение (7) справедливо при соотношении компонен тов до 1:200. В соответствии с прямыми (рис. 6) макси мальное значение коэффици ента неоднородности (14 %) наблюдается при наиболь шей частоте вращения - (27,63 с ) и при наименьшей величине Кз (0,33). Мини мальное значение коэффици Рис. 6. Зависимость коэффициента неоднородности ента неоднородности (3,7 %) (Vc, %) от коэффициента загрузки (Кз) аппарата наблюдается при наимень - шей частоте вращения (10,42 с ) и при наибольшем коэффициенте загрузки (0,67). Стандартными программными средствами по уравнению (7) определены рациональные значения параметров: n = 10,42 с-1;
Кз = 0,67;
t = 180 с, при кото рых коэффициент Vс принимает минимальное значение 3,7%.
Для мучных композитных смесей (по рецептуре печенья сахарного «Зем ляничное»), вырабатываемых по технологии с использованием возвратных продуктов (крошки печенья) опытным путем получен массив основных физико механических характеристик (начальное сопротивление сдвигу 0, Па, коэффи циенты внутреннего внут и внешнего внеш трения, насыпная плотность, кг/м3) в зависимости от среднего размера частиц (рис. 7, 8, 9).
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 м2 сопротивление сдвигу повышается, что можно объяс нить уплотнением частиц и уве личением межмолекулярных сил.
Из графиков (рис. 8) следует, что Рис. 7. Зависимость начального сопротивления с увеличением размеров частиц в сдвигу от среднего размера частиц смеси происходит линейное уменьшение коэффициентов трения (т.к. уменьшается пло щадь контакта частиц и фаз), и если сравнить значения коэффи циентов внешнего внеш и внут реннего трения внут, то явно видно внеш внут. Это можно объяснить тем, что силы взаимо действия между частицами больше, чем частиц с поверхно стью контакта. Из анализа зави симостей (рис. 9) следует, что Рис. 8. Зависимость коэффициентов внешнего и прямые, характеризующие объ внутреннего трения от среднего размера частиц емную 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 уве личением количества ударов на материал происходит уменьшение объема сме си, следовательно – увеличение насыпной плотности.
На третьем этапе проведены исследования процессов получения сме сей на основе сухого обезжиренного молока с малыми добавками жидкости на конструкции смесителя с ротором в виде перфорированного диска, над отвер стиями которого расположены ду гообразные закрылки. С использо ванием методов регрессионного анализа установлена зависимость коэффициента неоднородности от частоты вращения ротора и содер жания жировой фазы в смеси (8).
Предварительно в ходе экспе риментальных исследований выяв лены следующие диапазоны изме нения 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 полу ченной зависимости (8) показал, что с увеличением частоты вращения ротора и содержанием жировой фазы значе ние коэффициента неоднородности возрастает, при этом большее влияние ока зывает содержание жировой фазы.
Vc = 2,165 + 0,002 x1 - 0,031x 2 + 0,014 x1 x 2, R2 = 0,82 (8) где x1 – частота вращения ротора, с-1;
x2 – содержание жировой фазы в смеси, %.
Взаимное влияние факторов на значение коэффициент неоднородности показа но на рис. 10. Установлено, что минимальное значение коэффициента неодно родности (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 Содержание жировой фазы, % масс 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 объяснить ростом числа адге - зионных и когезионных мос Частота вращения вала ротора, с тиков между частицами.
Рис. 10. Взаимное влияние факторов на коэффициент неоднородности Рис. 11. Зависимость начального сопротивления сдвигу сухих молочных смесей от содержания жировой фазы 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 равномер ного 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 со прикасающихся частиц продукта, а также уплотнением структуры образца.
Рис. 13. Насыпная плотность сухих молочных смесей от содержания жировой фазы Начальное сопротивление Коэффициент внутреннего сдвигу, Па трения 0 дней 0 дней 10 дней 10 дней 30 дней 30 дней Содержание Содержание жировой фазы, % 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 промышлен ной апробации в условиях сельскохозяйственного производственного коопера тива «Согласие» и ООО «Селяна» Кемеровского района Кемеровской области.
Результаты исследований по определению физико-химических показа телей полученных смесей (с различным содержанием жировой фазы) представ лены в табл. 1. Наблюдается обратная зависимость снижения кислотности при увеличении содержания жировой композиции. Индекс растворимости соответ ствует рецептуре. Содержание массовой доли влаги для некоторых образцов превышает рекомендованные значения ВНИКМИ, что можно объяснить усло виями выработки и сорбцией влаги из воздуха производственного помещения.
Коэффициент внешнего Насыпная плотность, кг/м трения 0 дней 0 дней 10 дней 10 дней 30 дней 30 дней Содержание Содержание жировой фазы, % жировой фазы, % Рис. 16. Зависимость коэффициента Рис. 17. Зависимость насыпной внешнего трения от содержания жировой плотности от содержания жировой фазы и срока хранения продукта фазы и срока хранения продукта Таблица 1 – Результаты определения физико-химических показателей Массовая доля жира, % Индекс № Кислотность, Массовая по образца °Т доля влаги, % эксперимент растворимости, см рецептуре 1 3 3,5 23 0,2 6, 2 7 7 22 0,2 5, 3 11 10,5 21 0,2 5, 4 15 14,5 20 0,2 5, 5 19 19 19 0,2 5, 6 23 21,5 17 0,2 5, 7 27 25 16 0,2 5, 8 31 28 14 0,2 5, Из анализа проведенных исследований физико-химических показателей смесей можно сделать вывод, что все полученные пробы соответствуют требо ваниям 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 мо дель процесса смесеобразования в смесителе центробежного типа, позволяю щая определить степень сглаживания входных материалопотоков, проанализи ровать динамические характеристики и инерционные свойства аппарата. Пара 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 w 0,3 рад/с.
3. Изучено влияние конструктивных параметров аппарата на процесс смесеобразования сухих сыпучих дисперсных материалов. Выявлено, что за данное 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.
4. С использованием методов регрессионного анализа определены опти мальные режимные параметры получения мучных композитных смесей. Уста новлено, что с увеличением продолжительности процесса до 180 с, а также с уменьшением частоты вращения ротора до 10,42 с-1 и наибольшем коэффици енте загрузки 0,67, значение коэффициента неоднородности принимает мини мальное значение 3,7%.
5. Исследовано влияние режимных и конструктивных параметров аппарата, а также свойств смешиваемых материалов на качество комбинирован ных смесей на основе сухого обезжиренного молока с добавление жидкой жировой фазы. Получено, что минимальное значение коэффициента неоднородности (Vс = 2,53%) достигается при минимальных значениях частоты вращения ротора (n = 10,42 с-1) и содержании жировой фазы в смеси ( до 3%).
6. 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.
7. 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.
3. 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.
4. Пат. 106848 Российская федерация, МПК B01 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.
5. Бакин, И.А. Исследование насыпной плотности сухих молочных смесей/ И.А. Бакин, А.В. Шилов // Современные проблемы техники и технологии пи щевых производств: Сб. статей и докладов. – Барнаул, АГТУ им. Ползунова, 2006. – С. 185-186.
6. Бакин, И.А. Исследование физико-механических характеристик сухих мо лочных 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.
7. Бакин, И.А. Исследование механизма сдвиговой деформации сухих молоч ных смесей / И.А. Бакин, А.В. Шилов // Продукты питания и рациональное ис пользование сырьевых ресурсов(выпуск 13): Сб. науч. работ. – Кемерово, Кем ТИПП, 2007.– С. 18-19.
8. 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.
9. Шилов, А.В. Определение комплексных показателей свойств сухих сыпу чих смесей/ А.В. Шилов, И.А. Бакин // Региональная научно-практ. конф.: сб.
трудов. – Юрга, ЮТК, 2007. – С. 25-27.
10. 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.
11. 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.
12. Шилов, А.В. Установка для определения насыпной плотности сухих мо лочных продуктов / А. В. Шилов // Продукты питания и рациональное исполь зование сырьевых ресурсов (выпуск 14): Сб. науч. работ.– Кемерово, Кем ТИПП, 2007.– С. 126.
13. Бакин, И.А. Реологические показатели сухих молочных смесей / И.А. Ба кин, А.В. Сибиль, А.В. Шилов // Инновационные технологии переработки сель скохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство: Материалы Межд. научно-практ. конф. – Воронеж, ВГТА, 2008.
– С. 257-262.
14. 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.
15. 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.
16. 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). – Кеме рово, КемТИПП, 2009. – С. 128-129.
17. Шилов, А.В. Физико – химические показатели смесей регенерированного молока/ А.В. Шилов // Пищевые продукты и здоровье человека: материалы межд. конф. – Кемерово, КемТИПП, 2012. – С. 358-359.
ЛР № 020524 от 02.06. Подписано в печать 21.05.2012. Формат 60841/ Бумага типографская. Гарнитура Times Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 80 экз.
Заказ № ПЛД № 44-09 от 10.10. Отпечатано в редакционно-издательском центре Кемеровского технологического института пищевой промышленности 650010, г. Кемерово, ул. Красноармейская,