Разработка и исследование многосекционного роторно-пульсационного аппарата для производства аэрированных продуктов питания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат технических наук Светкина, Екатерина Александровна

• Светкина, Екатерина Александровна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Светкина, Екатерина Александровна

ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГОМОГЕНИЗАЦИИ И ДИСПЕРГИРОВАНИЯ АЭРИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ.

1.1 Конструкции аппаратов для получения аэрированных продуктов, используемых в пищевой промышленности. . 9 ]. 1.1. Устройство для насы щения жидкости газом.

1.1.2. Устройство для газонасыщения жидких сред.

1.1.3. Устройство для азрации жидкостей.

1.1.4. Устройство для приготовления пены.

1.1.5 Устройство для гомогенизации.

1.1.6 Центробежные гомогенизаторы.

1.2 Интенсификация процессов гомогенизации и диспергирования в роторно-пульсационных аппаратах.

1.2.2. Конструкции роторно-пульсационных аппаратов.

1.3 Методы математического моделирования процессов гомогенизации и диспергирования.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГОМОГЕНИЗАЦИИ АЭРИРОВАННЫХ КОМБИНИРОВАНЫХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ КИБЕРНЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА.

2.1 Методы исследования непрерывнодейетвующих агрегатов на базе автоматизированного комплекса.

2.1.1 Формирование функционально-структурной схемы миогосекциониого роторно-пульсациоиного аппарата.

2.2 Реализация системы моделирования непрерывнодействующего агрегата на ЭВМ.

2.3 Разработка многофакторных математических моделей в виде уравнений множественной регрессии по экспериментальным данным.

2.3.1 Элементы теории факторного эксперимента.

2.3.2. Полный факторный эксперимент.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

ГЛАВА 3. АППАРАТУРНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Описание опытно-исследовательского стенда и конструкции многосекционного роторно-пульсационного аппарата.

3.2 Описание дозатора для подачи воздушных масс.

3.3 Методика проведения эксперимента.

3.4 Методика определения функций распределения времени пребывания частиц в МРПА по экспериментальным данным.

3.5 Методика определения параметров передаточной функции (ПФ) многосекционного роторно-пульсационного аппарата (МРПА).

3.5.1 Определение параметров ПФ МРПА как апериодического звена первого порядка без запаздывания.

3.5.2 Определение параметров ПФ МРПА как апериодического звена первого порядка с запаздыванием.

3.5.3 Аппроксимация передаточной функции дифференциальным уравнением второго порядка.

3.6 Методика определения напорно-расходной и энергетической характеристики.

3.7 Новая конструкция ротор но-пульсационного аппарата с направляющими лопастями.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Моделирование процесса гомогенизации в МРПА на основе кибернетического подхода.

4.1.1 Оценка сглаживающей способности агрегата с различными вариантами настройки аппарата.

4.2 Определение напорно-расходных характеристик МРПА.

4.3 Определение энергетической характеристики МРПА.

4.4 Исследование пенообразующих свойств молока при обработки его в РПА.

4.4.1 Влияние конструктивных параметров аппарата на пенообразующие свойства молока.

4.4.2 Влияние подсластителей на пенообразующие свойства молока.

4.5 Получение взбитого молочного продукта.

4.6 Исследование изменения характеристик растительного сырья при обработки в РПА.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование многосекционного роторно-пульсационного аппарата для производства аэрированных продуктов питания»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время в стратегии развития пищевой промышленности главное внимание обращается на качество пищевых продуктов и их соответствие медико-биологическим требованиям. Научные исследования должны быть нацелены на создание и модернизацию энергетически выгодных технологий, обеспечивающих комплексную безотходную переработку сырья, и производство экологически безопасных продуктов питания с учетом потребностей различных возрастных групп.

Важным процессом, имеющим место в пищевой промышленности, является пенообразование. При восстановлении сухого обезжиренного молока возможно образование газожидкостных систем. Способность восстановленного молока к ценообразованию используется для производства молочных взбитых (аэрированных) продуктов. Такие продукты обладают рядом ценных для организма человека свойств. Содержащийся в продукте кислород активизирует моторные, ферментативные и секреторные функции желудочно-кишечного э тракта, нормализует микрофлору кишечника, ускоряет метаболические процессы. Функциональные свойства аэрированных продуктов специалисты объясняют тем, что через желудок в ткани поступает примерно в 10 раз больше кислорода, чем через легкие. Все это доказывает целесообразность получения комбинированных аэрированных продуктов и разработку новых аппаратов для их приготовления.

При разработке новых аппаратов для производства аэрированных продуктов необходимо учитывать различные методы интенсификации технологических процессов.

Для создания условий, обеспечивающих получение высокосортных аэрированных продуктов, снижение издержек производства, решающее значение имеет максимальная механизация, автоматизация и интенсификация производственных процессов. Однако, все эти мероприятия, могут быть внедрены в практику только после всестороннего изучения свойств сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, разработки объективных методов определения готовности продукции и исследования новых физических способов обработки, позволяющих ускорить технологический процесс.

Аппараты, применяемые в настоящее время в пищевой, химической и других отраслях промышленности, на стадиях гомогенизации и диспергирования имеют ряд серьёзных недостатков и зачастую не удовлетворяют современным требованиям по производительности и качеству продукции. Поэтому задача совершенствования существующих конструкций аппаратов, например, за счёт организации интенсивного перемешивания, обеспечивающего значительный рост поверхности раздела фаз, концентрацию значительного количества энергии в малых объёмах и т.д. является, безусловно, актуальной.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка и исследование многоцелевого многосекционного роторно-пульсационного аппарата для производства аэрированных продуктов питания в результате комплексных теоретических и экспериментальных исследований.

Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи: математическое описание и анализ процесса аэрирования и гомогенизации в непрерывно-действующем агрегате роторно-пульсационного типа с различной топологией перерабатываемых потоков газожидкостных компонентов на основе кибернетического подхода с использованием ЭВМ; создание новой конструкции многоцелевого многосекционного РПА; исследование напорных и энергетических характеристик многосекционного роторно-пульсационного аппарата с целью выявления оптимальных параметров его настройки; проверка разработанной математической модели на адекватность реальному процессу.

Научная новизна» Разработана математическая модель многосекционного роторно-пульсационного агрегата с различной топологией перерабатываемых потоков, определяющая согласованные режимы работы МРПА и дозирующих устройств. По результатам проведенных исследований, получены зависимости напорных и энергетических характеристик непрерывно-действующего агрегата от его конструктивных и технологических параметров. Получены результаты исследований процесса аэрирования взбитых продуктов в РПА; доказана целесообразность применения многоцелевого МРПА для проведения стадий гомогенизации и диспергирования при получении взбитых продуктов питания.

Практическая значимость и реализация. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса аэрирования и гомогенизации жидких продуктов позволили разработать новую конструкцию * многосекционного РПА, техническая новизна которого защищена патентом РФ.

При непосредственном участии автора разработано аппаратурное оформление стадии гомогенизации и аэрирования при получении взбитого молочного продукта.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Процессы и аппараты пищевых производств» КемТИПП при подготовке бакалавров и магистров, а также при выполнении дипломных О научных работ студентами технологических выпускающих кафедр.

Автор защищает: новую конструкцию многоцелевого многосекционного роторно-пульсационного аппарата предназначенного для проведения процесса аэрирования, гомогенизации и диспергирования в газожидкостных системах; математическое описание процесса гомогенизации при газонасыщении с использованием методов кибернетического анализа, позволяющего подобрать рациональные параметры работы непрерывно -действующего многосекционного РПА; результаты исследования различных вариантов настройки многосекционного РПА; целесообразность использования многоцелевого многосекционного РПА. для проведения стадий гомогенизации и диспергирования при получении взбитых аэрированных молочных продуктов.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты пищевых производств», Светкина, Екатерина Александровна

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана математическая модель многосекционного роторно-пульсационного агрегата с различной топологией перерабатываемых потоков, определяющая согласованные режимы работы многосекциоииого роторно-пульсационного аппарата и дозирующих устройств.

2. Разработана новая конструкция роторно-пульсационного аппарата с направляющими лопастями. к

3. Получены регрессионные модели, описывающие зависимости напорно-расходных и энергетических характеристик МРПА от его режимных и конструктивных параметров.

4. Установлено, что наиболее рациональной конструкцией с точки зрения напорной и энергетической характеристики аппарата является МРПА с S

2 2. нижн. отв. =0,00015м , S Верх. от» =0,0014м , радиальном зазоре <5=0,0001 м и с частотой вращения ротора ш-209,33 с"1.

5. Результаты исследований процесса аэрирования и гомогенизации взбитых продуктов в роторно-пульсационном аппарате доказывают целесообразность применения многоцелевого МРПА.

132

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Светкина, Екатерина Александровна, 2006 год

1. А.с. № 1009352 А СССР, МКИ AOJj 11/16. Ротор центробежного гомогенизатора (его варианты) / А.А.Мухин, В.В.Земсков, В.П.Роденков, Н.Н.Сиродаи и М.М.Будайский // Опубл. 07.01.83. Бюл. № 13.

2. А.с. № 1373372 А1 СССР, МКИ AOlj 11/16. Центробежный гомогенизатор для жидкости / Г. А. Ересько, В. Г. Генинг, Ю. Т. Орлюк, В. Б. Тишин // Опубл. 15.02.88. Бюл. № 6.

3. А.с. № 230090 (СССР). Ротационный аппарат для взаимодействия * жидкости с жидкостью, газом или порошкообразным телом. М.А.

4. Балабудкин и др. Опубл. в Б.И.,1968. № 34.

5. А.с. № 286974 (СССР). Роторно-пульсационный аппарат. М.А. Балабудкин и др. Опубл. в Б.И.,1970. № 35.

6. А.с. № 288887 (СССР). Ротационный аппарат. А.А. Барам, А. Балабудкин -Опубл. вБ.И., 1971. № 1.

7. А.с. № 462602 (СССР). Ротационный аппарат. А. А. Барам Опубл. в Б.И., 1975. № 9.

8. А.с. № 488504 СССР. Роторно-пульсационный аппарат. М.А. Балабудкин и др.-1975, Бюл. 39.

9. А.с. № 488604 (СССР). Роторно-пульсационный аппарат. М. А. г Балабудкин и др. Опубл. в Б.И., 1975. № 39.

10. А.С. № 543372 СССР, МКИ AOlj 11/16. Центробжный гомогенизатор для молока / В.Д. Сурков, А.И. Гуславский, А.Н. Мельников // Опубл. 25.01.77. -БИ№3.

11. А.с. № 554846 СССР, А011 11/16, И. А.с. № 576998 СССР, А011 11/16.

12. А.с. №581911 СССР, А011 11/16.

13. А.с. № 599773 СССР, А011 11/16.

14. А.с. № 631188 (СССР). Центробежный РПА. Иванец В.Н., Плотников В.А., Лазарев С.И. Опубл. в Б.И. № 41 , 1978 г.

15. А.с. № 644518 (СССР). Центробежный смеситель непрерывного действия. Багринцев И.И.-1979, Бюл. №3.

16. А.с. №646957 СССР, А011 11/16.

17. А.с. №675638 СССР, А011 11/16.

18. А.с. № 725691 (СССР). Роторно-пульсационный аппарат.

19. А.с. № 940825 (СССР). Центробежный РПА. Иванец В.Н. и др. Опубл. в Б.И. № 25 , 1982 г.

20. А.с. № 988322 (СССР). Роторно-пульсационный аппарат, В.Р. Боровский и др. Опубл. в Б.И., 1983. № 2.

21. Аксельрод Ю.В. Газожидкостные хемосорбционные процессы. Кинетика и моделирование. М.:Химия,1989. 240 с.

22. Альбрехт С.Н. Разработка многоцелевого газожидкостного аппарата для интенсификации стадии перемешивания в производствах молочных комбинированных продуктов // Канд. Диссерт., КемТИПП, Кемерово, 2000.

23. Альбрехт С.Н. Сравнение разных типов аппаратов для процессов, протекающих в системе газ-жидкость. // Сб. тез. докл. научн.-практ. конф. "Интеграция науки, производства и образования: состояние и перспективы". Юрга, 1999. - с.23-25

24. Артемасов В.В. Интенсификация процессов гомогенизации и диспергирования при получении жидких комбинированных продуктов // Канд. Диссерт., КемТИПП, Кемерово, 2004.

25. Артемасов В.В., Афанасьева М.М. Описание конструкции и принципа работы роторно-пульсационного аппарата // Сборник научных работ -«Биотехнология и процессы пищевых производств». Кемерово, 2000. -96 с.