Разработка непрерывнодействующего смесительного агрегата центробежного типа для получения сухих многокомпонентных композиций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат технических наук Аверкин, Сергей Васильевич

• Аверкин, Сергей Васильевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аверкин, Сергей Васильевич

Введение и постановка задач исследования

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ. АППАРАТУРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА. (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Основные теоретические аспекты процесса смешивания сыпучих материалов.

1.2. Моделирование процесса непрерывного смешивания сыпучих материалов. Достижения и проблемы.

1.3. Влияние на процесс непрерывного смешивания флуктуаций питающих потоков.

1.4. Смесительное оборудования для переработки сыпучих материалов, состояние и перспективы развития.

Выводы по главе.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В

НЕПРЕРЫВНО-ДЕЙСТВУЮЩЕМ СМЕСИТЕЛЬНОМ АГРЕГАТЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА

2.1. Системный поход при моделировании и исследовании реальных объектов, принципы и преимущества.

2.2. Анализ схем движения материальных потоков в СНД.

2.3. Влияние процесса усреднения материальных потоков на снижение их неоднородности.

2.4. Обобщенная модель процесса смешивания.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. АППАРАТУРНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Описание лабораторно-исследовательского стенда.

3.2. Дозировочное оборудование стенда.

3.3. Центробежный СНД с опережающими материальными потоками и рециркуляцией смеси.

3.4. Прибор и методика для определения концентрации ферромагнитного трассера в смеси.

3.5. Сыпучие материалы, использованные в экспериментальных исследованиях.

3.6. Методика определения корреляционной функции случайного процесса.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ д РАБОТЫ СМЕСИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА.

4.1. Исследование работы дозировочного оборудования.

4.1.1. Влияние режимов работы шнекового дозатора на погрешность дозирования.

4.1.2. Параметры сигнала, формируемого блоком дозирующих устройств

4.2. Исследование работы центробежного СНД.

4.2.1. Исследование характера движения материальных потоков в смесителе.

4.2.2. Определение среднего времени пребывания

Q материала в смесителе

4.2.3. Исследование влияния параметров работы смесителя и характеристик входного потока на качество смешивания.

4.2.4. Исследование диспергирующей способности смесителя

4.2.5. Определение удельных затрат энергии.

4.3. Применение смесителя для получения композиций с добавками жидкости.

4.4. Практическая реализация работы.

4.4.1. Методика инженерного расчета смесительного агрегата

4.4.2. Разработка аппаратурного оформления процесса смешивания при производстве мороженого

Выводы по главе

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка непрерывнодействующего смесительного агрегата центробежного типа для получения сухих многокомпонентных композиций»

Актуальность проблемы. Увеличение производства витаминов, биологически активных добавок (БАД) и создание обогащенной ими пищевой продукции является основными направлениями реализация концепции государственной политики в области здорового питания населения РФ. При этом главное внимание обращается на качество производства пищевых продуктов и их соответствие медико-биологическим требованиям.

В настоящее время в НИИ и ведущих ВУЗах пищевого профиля уже разработаны принципиально новые, энергетически выгодные технологии. Они, учитывая потребности и состояние здоровья населения, обеспечивают комплексную безотходную переработку как традиционного, так и нетрадиционного (в том числе вторичного) сырья, а также производство экологически безопасных продуктов питания, обогащенных витаминами и БАД.

Так, например, технологии производства новых видов хлебобулочных изделий повышенной биологической и пищевой ценности предложены НИИ хлебопекарной промышленности (руководитель проекта Поландрова Р.Д.) [87]. Здесь разработаны рецептуры композитных смесей с подсластителями, соевой мукой, сухим соевым молоком, пшеничными зародышевыми хлопьями, витаминно-минеральными добавками.

Весьма актуальна проблема производства сухих многокомпонентных смесей для молочной промышленности [76, 104]. В настоящее время наиболее распространен способ, при котором компоненты смешивают в жидком виде и далее высушивают на пленочных или распылительных сушилах. При таком способе неизбежно разрушение термолабильных добавок (витаминов и других компонентов) в процессе сушки. Значительно менее распространенным, но перспективным является способ сухого смешивания исходных компонентов в смесителях для сыпучих материалов. В этом случае основную сложность составляет получение продукта с заданными микробиологическими показателями.

Однако, достаточно простое оформление технологического процесса при данном способе является безусловным его преимуществом.

Учитывая низкую платежеспособность большой части населения, производство продуктов, обогащенных витаминами, минеральными и биологически активными добавками, позволяет решать задачу обеспечения доступного уровня соотношения цена / качество для многих категорий населения.

Неблагоприятная экологическая обстановка, сложившаяся в Кузбассе, осложняется несбалансированностью рациона и отсутствием в нем необходимого количества витаминов, микро- и макроэлементов. Это вызывает необходимость обогащения продуктов питания биологически ценными компонентами. В свою очередь, расширение ассортимента конкурентоспособных продуктов лечебно-профилактического назначения предполагает освоение новых технологий с использованием полифункциональных пищевых добавок.

Таким образом, при производстве сухих, увлажненных и жидких комбинированных продуктов питания, одной из основных проблем является равномерное распределение различных добавок (витаминов, БАД, наполнителей, стабилизаторов, ароматизаторов и др.), вносимых в небольших количествах (0,01-1)%, по всему объему смеси.

Аналогичную проблему приходится решать и в других отраслях промышленности. Например, при производстве комбикормов, заменителей цельного молока (ЗЦМ) сухим способом, премиксов, различных шихт для получения стекла и искусственных алмазов, новых композиционных материалов, электронных и электротехнических изделий и т.п.

Определенные трудности возникают и при равномерном распределении жидких добавок в основной массе дисперсных материалов (многокомпонентные увлажненные и консистентные смеси). Такие композиции в настоящее время традиционно готовят в червячно-лопастных смесителях периодического действия. При этом как качество композиции, так и интенсивность процесса не удовлетворяют современным требованиям.

Перспективными направлениями в технологиях переработки сухих и увлажненных материалов являются: переход на аппаратурное оформление стадии смешивания по непрерывной схеме; разработка принципиально новых конструкций смесителей с организацией направленного движения материальных потоков и осуществляющих процесс смешивания в тонких или разреженных слоях, что обеспечивает более интенсивное перераспределения частиц компонентов между собой.

Новые конструкции смесителей непрерывного действия должны обладать хорошей сглаживающей способностью, достаточной для устранения колебаний в соотношении компонентов смеси во входном потоке, вызванных погрешностями в работе дозирующих устройств.

Разработке теории и инженерных методов расчета непрерывно-действующих смесительных агрегатов, включающих в свой состав дозирующие устройства различного типа, посвящено сравнительно небольшое количество работ. В частности, недостаточно изучены вопросы совместного влияния входных сигналов, формируемых дозирующими устройствами, и динамических характеристик смесителей на качество получаемой композиции; возможность управления сглаживающей способностью смесителя за счет организации направленного движения материальных потоков в нем; процесс получения в смесителях непрерывного действия увлажненных смесей и т. д. Все эти вопросы требуют проведения дальнейших исследований.

Таким образом, имеющийся уровень информации о рациональных способах получения сухих и увлажненных многокомпонентных смесей часто является низким. Это сдерживает развитие и совершенствование технологий производства конкретных продуктов и полуфабрикатов, отвечающих современным требованиям потребительского рынка.

Поэтому, разработка эффективных непрерывнодействующих смесительных агрегатов для переработки мелкозернистых и дисперсных материалов, создание теории и методики их расчета является актуальной научной задачей, представляющей большой практический интерес для пищевой и ряда других отраслей народного хозяйства.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР по гранту Министерства образования РФ Т-02-067-1238 «Научно-практические основы разработки непрерывно-действующих смесителей центробежного типа с регулируемой инерционностью для получения сухих и увлажненных композиционных материалов», а также в рамках хозяйственно-договорной темы №2002/08 от 01.04.2002г. «Разработка аппаратурного оформления процессов транспортировки сырья, диспергирования и гомогенизации компонентов и полуфабрикатов в производстве мороженого», заключенной между Кемеровским технологическим институтом пищевой промышленности и ОАО «Кемеровских хладокомбинат».

Цель работы. Разработка конструкции высокоэффективного непрерывно-действующего смесителя центробежного типа (СНД), обладающего регулируемой инерционностью, для получения сыпучих многокомпонентных композиций на основании результатов теоретических и экспериментальных исследований процесса смешивания.

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

- моделирование процесса смешивания в непрерывнодействующем агрегате центробежного типа с организацией направленного движения материальных потоков с помощью корреляционного анализа и математических моделей усреднения;

- реализация математической модели СНД с помощью методов цифрового машинного моделирования и проверка ее на адекватность реальному процессу;

- разработка и экспериментальное исследование новой конструкции СНД центробежного типа с организацией направленного движения материальных потоков, обеспечивающей получение качественных смесей при соотношении смешиваемых компонентов 1:100, а также разработка методики инженерного расчета смесительного агрегата. Научная новизна. На основе корреляционного анализа созданы математические модели непрерывно-действующего смесительного агрегата (СА) центробежного типа с различными контурами рециклов материальных потоков, позволяющие проанализировать возможность получения смесей заданного качества с учётом его инерционных свойств; предложен алгоритм расчета рациональных конструктивных и динамических параметров СНД центробежного типа с учетом входных воздействий, оказываемых со стороны дозирующих устройств.

Практическая значимость и реализация. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса смешивания дисперсных материалов позволили разработать новую конструкцию СНД центробежного типа с организацией направленного движения материальных потоков, техническая новизна которого защищена патентом РФ [19]. При непосредственном участии автора разработано аппаратурное оформление стадий приготовления жидкого полуфабриката в технологической схеме производства мороженого производительностью до 1000 кг/час. Проведены успешные опытно-промышленные испытания смесительного агрегата на ОАО «Кемеровский хладокомбинат». Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Процессы и аппараты пищевых производств» КемТИППа, в лекционных курсах, дипломном и курсовом проектировании.

На защиту выносятся: математическое описание процесса непрерывного смешивания при различных схемах движения материальных потоков внутри СНД центробежного типа с использованием элементов корреляционного анализа и моделей усреднения; новая конструкция центробежного СНД и результаты экспериментальных исследований процесса смешивания дисперсных материалов в нем; методика проектирования и расчета смесительного агрегата центробежного типа.