автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Межфазные взаимодействия в эмульсиях и суспензиях как основа интенсификации процессов молочной промышленности

На правах рукописи

□03063468

(¡¡¡^

ФИАЛКОВА ЕВГЕНИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

МЕЖФАЗНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ЭМУЛЬСИЯХ И СУСПЕНЗИЯХ КАК ОСНОВА ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность: 05.18.12. - Процессы и аппараты

пищевых производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ставрополь 2007

003069488

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им Н В Верещагина» (ФГОУ ВПО ВГМХА им Н В Верещагина)

доктор технических наук, профессор Евдокимов Иван Алексеевич

доктор технических наук, профессор, академик РАСХН Харитонов Владимир Дмитриевич

доктор технических наук, профессор Жуков Валерий Григорьевич

доктор технических наук, профессор Чеботарев Евгений Алексеевич

Ведущая организация ФГУП научно-исследовательский институт

«МИР-ПРОДМАШ», г Москва

Защита состоится 30 мая 2007 г в 10— часов на заседании диссертационного Совета Д 212 245 05 при Северо-Кавказском государственном техническом университете (СевКавГТУ) по адресу г Ставрополь, пр Кулакова, 2, ауд 308 К

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СевКавГТУ по адресу 355029, г Ставрополь, пр Кулакова, 2

Автореферат разослан 25 апреля 2007 г

Научный консультант Официальные оппоненты

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук, доцент

В И Шипулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее важных направлений приоритетного национального проекта «Развитие АПК» является разработка технологий нового поколения, в основу которых заложено высокое качество получаемой продукции, экологическая безопасность, конкурентоспособность на мировом рынке и энергосбережение Индустриальные технологии требуют выпуска принципиально нового высокопроизводительного и ресурсосберегающего оборудования, фундаментальной базой развития которого является глубокое теоретическое изучение процессов обработки сырья

В основе большинства процессов обработки молочного сырья лежат законы гидродинамики Гидродинамические исследования открывают перспективные направления совершенствования процессов, а также могут быть широко использованы при теоретическом изучении большого класса аналогичных систем

Гомогенизация является одним из важнейших технологических процессов и применяется для увеличения дисперсности продуктов, при этом повышается их питательная ценность, стабильность, улучшается их качество (консистенция и вкус), сокращаются потери ценного молочного жира с потребительской тарой при транспортировке и хранении, уменьшая его отстой, решая, тем самым, проблему наиболее полного использования всех составных частей молока Таким образом, вопрос интенсификации процесса и развития техники гомогенизации является весьма актуальным

Теоретическим и экспериментальным исследованиям процесса гомогенизации посвящены работы Барановского Н В , Суркова В Д , Вайткуса В В , Мухина А А , Кацнельсона М У , Гисина И Б , Кузьмина Ю Н , Лапшина А А Фофанова Ю Ф , Грановского В Я , Филатова Ю И , Долинского А А , Шурч-ковой Ю А , Ткаченко А Н и других ученых Тем не менее, гомогенизация относится к наиболее проблематичным процессам, с токи зрения их теоретического обоснования

Снижение производства молока в России делает актуальной переработку сыворотки, неоценимого резерва в увеличении выпуска молочных продуктов, повышении их качества, а также биологической и питательной ценности Как отмечал Н Н Липатов, с каждым годом растет внимание главенствующих стран к вопросам переработки сыворотки, в частности, производству молочного сахара, содержащего единственный углевод животного происхождения -лактозу, промышленное производство которой по традиционной технологии сводится к сгущению сыворотки, ее кристаллизации и центрифугальному отделению кристаллов молочного сахара с последующей их сушкой Наиболее узким местом в производстве молочного сахара является процесс кристаллизации, обусловливающий продолжительность производственного цикла и процесс центрифугального отделения кристаллов молочного сахара, предо-

пределяющий его качество Вопросам теоретического и экспериментального исследования процесса кристаллизации и центрифугального разделения кри-сталлизата молочного сахара посвящены работы Розанова А А, Храмцова А Г , Фиалкова А Н , Евдокимова И А , Чеботарева А И, Полянского К К , Шестова А Г , Гнездиловой А И , Перелыгина В М , Кравченко Э Ф , Куленко В Г , и др

Фундаментальным и наиболее перспективным способом поиска новых и совершенствования известных методов обработки сырья является математическое моделирование процессов, в основе которого, как правило, лежит классическая гидродинамика Наиболее глубокое гидродинамическое обоснование получил процесс тонкослойного сепарирования, который рассматривался в работах Бремера Г Н , Гольдина Е М , Кука Г А , Липатова Н Н , Соколова В И , Суркова В Д, Карпычева В И , Семенова Е В , Борисова А Т. и др Подобный углубленный подход к внутрижидкостным и межфазным взаимодействиям в процессе гомогенизации, тонкослойного инерционно-адгезионного центрифугирования и кристаллизации, разработка на базе него новой обобщающей теории и создание на ее основе новых и более совершенных и экономичных машин и аппаратов, повышающих качество продукции, является актуальной задачей

Цель и задачи исследований. Развитие теории процессов переработки сырья в молочной промышленности на основе гидродинамического анализа внутрижидкостных и межфазных взаимодействий в эмульсиях и суспензиях и их практическая реализация в организации новых высокоэффективных процессов и создании высокопроизводительного и ресурсосберегающего оборудования

В работе решались следующие задачи

- исследовать процессы гомогенизации эмульсий (молока) и центрифугирования суспензий (кристаллизата молочного сахара), рассматривая их с позиций классической гидродинамики, вводя соответствующую двумерную систему криволинейных координат,

- исследовать процессы взаимодействия фаз многофазных потоков, а, именно, эмульсий (жировых шариков с плазмой молока в процессах их гомогенизации и конгломерации) и суспензий (кристалла молочного сахара с мелассой в процессах кристаллизации и центрифугирования),

- обосновать необходимость более глубокого, чем позволяет классическая гидродинамика, подхода к процессам внутрижидкостных и межфазных взаимодействий в процессе гомогенизации и других высокоскоростных процессов,

- вскрыть причины появления парадоксов гомогенизации и разработать математическую модель внутрижидкостных взаимодействий, позволяющую преодолеть их в гидродинамике высокоскоростных потоков,

- создать математические модели однофазных высокоскоростных потоков при движении в клапанном пространстве гомогенизатора и при истечении из сопла,

- разработать математическую модель процесса вихревой гомогенизации на основе теории винтовых потоков,

- разработать и обосновать новую гипотезу, дающую единое объяснение процессу гомогенизации в любом гомогенизирующем устройстве,

- указать направления технического совершенствования аппаратурного оформления процессов на основе предложенных математических моделей на примере вихревого гомогенизатора, инерционно-адгезионной центрифуги и кристаллизатора с воздушным охлаждением

Научная концепция заключается в решении проблемы разработки новых высокоэффективных процессов и аппаратов на основе теоретических исследований внутрижидкостных и межфазных взаимодействий

Научная новизна работы

- проведен сравнительный гидродинамический анализ процессов молочной промышленности с позиций гипотез непрерывности и дискретности жидкостной фазы и получены математические модели однофазных и многофазных потоков,

- предложены двумерные гидродинамические модели движения тонкослойного потока в клапанной щели клапанного гомогенизатора с учетом поперечного и продольного градиентов скорости,

- установлена зависимость продольного градиента скорости потока гомогенизируемого продукта от угла входа в гомогенизирующую щель,

- разработана гидродинамическая модель жидкостного потока на основе гипотезы дискретности жидкой фазы, которая положена в основу предложенных математических моделей жидкостных потоков в плоской щели клапанного гомогенизатора и в процессе истечения из сопла, получены гидро- и термодинамические параметры потоков распределения скоростей, давлений, плотностей и температур,

- разработана гидродинамическая модеть вихревого гомогенизатора, получены его основные гидродинамические параметры, проведен термодинамический анализ процесса вихревой гомогенизации,

- предложена теоретически обоснованная гипотеза субкавитационной гомогенизации, с позиций которой рассмотрены процессы гомогенизации в клапанных, вихревых, сопловых, ультразвуковых, роторных гомогенизаторах и проведен их сравнительный анализ,

- теоретически установлена целесообразность применения для гомогенизации устройств с максимально протяженной зоной сверхнизких давлений,

- теоретически обоснован высказанный ранее тезис о единой природе явлений эрозионного разрушения металла и гомогенизации,

- на основании теоретических исследований разработана новая конструкция гомогенизирующей головки, основанная на новом принципе действия — вихревой гомогенизации,

- изучено влияние конструктивных параметров вихревого гомогенизатора на степень гомогенизации,

- разработаны двумерные математические модели движения открытых тонкослойных жидкостных потоков на конической поверхности, раздели-

тельном пороге и отбортовке рабочей тарелки ротора инерционно-адгезионной центрифуги для разделения кристаллизата молочного сахара в биконической и параболической системах координат,

- аналитически определена форма свободной поверхности жидкостной струи с учетом сил поверхностного натяжения и краевого угла смачиваемости поверхности и получены основные гидродинамические параметры однородного тонкослойного жидкостного потока,

- разработана математическая модель движения и гидродинамического взаимодействия фаз крупнодисперсных суспензий в тонкослойном открытом потоке под действием массовых сил на примере моделирования процесса инерционно-адгезионного центрифугирования,

- изучено влияние конструктивных параметров инерционно-адгезионной центрифуги на качество разделения кристаллизата молочного сахара,

- разработаны математические модели процессов укрупнения частиц дисперсной фазы суспензий и эмульсий на примере кристаллизации молочного сахара и конгломерации жировых частиц молока в гравитационном поле,

- изучен процесс теплопередачи в кристаллизаторе с воздушным охлаждением

Практическая значимость работы. На основании разработанных в диссертации теоретических моделей жидкостных потоков

- разработан новый способ гомогенизации - низкотемпературная кавитация, обеспечивающий высокоэффективное дробление жировых шариков,

- разработано новое перспективное энергосберегающее направление развития и совершенствования процесса и техники гомогенизации - вихревая гомогенизация,

- предложена новая высокоэффективная конструкция гомогенизирующего устройства — вихревая гомогенизирующая головка, и методика инженерного расчета данного типа устройств,

- произведен инженерный расчет вихревой гомогенизирующей головки производительностью 5000 кг/ч, положенный в основу конструкторской документации при ее изготовлении и проведены производственные испытания сконструированного вихревого гомогенизатора производительностью 5000 кг/ч, которые показали высокую эффективность вихревой гомогенизации,

- разработана методика и выполнен инженерный расчет, положенный в основу проектирования и разработки конструкторской документации на инерционно-адгезионную центрифугу производительностью 500 кг/ч по крис-таплизату, опытный образец которой прошел межведомственные испытания

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях I областной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, г Вологда, 1980 г , VIII Всесоюзной научно-технической конференции, г Каунас, 1980 г , Всесоюзной научно-технической конференции, г Ставрополь, 1981 г, II Областной научно-технической конференции, г Вологда, 1982 г, Всесоюзной научно-технической конференции, г Каунас, 1983 г, VI Всесоюзной научно-технической конференции «Основные направления рационального использо-

вания обезжиренной молочной пахты и сыворотки» г Ставрополь, 1983 г, V Областной научно-технической конференции, г Вологда, 1985 г , Всесоюзной конференции «Разработка и совершенствование техники для производства, хранения, транспортировки продуктов питания», г Москва, 1987 г, III Всесоюзной научно-технической конференции, г Москва, 1988 г, 2-ой Всероссийской научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии», Ставрополь, сентябрь, 2002 г, научно-технической конференции «Эффективные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции», Вологда-Молочное, 2004 г, 2-ом Московском международном конгрессе «Биотехнология состояние и перспективы развития», Москва, ноябрь, 2003 г , Липатовских чтениях, г Москва, 2005 г , Всероссийской научно-практической конференции «Пути повышения эффективности молочных продуктов», Адлер, 2005 г, Международном семинаре «Современные направления переработки сыворотки», г Ставрополь, 2006 г , Международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию академии, «Наука - производству», г Вологда, 2006 г, VII Общероссийской научной конференции «Успехи современного естествознания», г Сочи, сентябрь 2006г

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в монографии объемом 24,5 издательских печатных листа, в 23 статьях и 19 тезисах, в т ч в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК для опубликования 7 Получен 1 патент РФ и 2 положительных решения ФИПС

Структура и объем работы. Структура диссертации состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложений Основной текст изложен на 289 страницах машинописного текста Список литературы включает 266 наименований

Положения, выносимые на защиту:

- математические модели жидкостных потоков в процессе клапанной гомогенизации, истечения из сопла, а также процесса вихревой гомогенизации, основанные на гипотезе дискретности жидкой фазы и теории винтовых потоков,

- математические модели движения открытых тонкослойных осесиммет-ричного и неосесимметричного жидкостных потоков на конической поверхности, разделительном пороге и отбортовке рабочей тарелки ротора инерционно-адгезионной центрифуги для разделения кристаллизата молочного сахара,

- гипотезу низкотемпературной субкавитационной гомогенизации,

- математические модели процессов конгломерации дисперсной фазы полидисперсной суспензии в поле действия массовых сил на примере процесса отстоя молока, взаимодействия тонкослойного жидкостного потока с движущимся в нем кристаллом молочного сахара, процесса кристаллизации молочного сахара, основанного на гипотезах «описанного объема» и «диффузионного слоя»,

- конструкции вихревого гомогенизирующего устройства для гомогенизации молока и молочных продуктов, а также инерционно-адгезионной центрифуги для разделения кристаллизата молочного сахара,

- параметрические испытания влияния конструктивных и эксплуатационных параметров экспериментальных вихревых гомогенизаторов на дисперсность молока, а также экспериментальной инерционно-адгезионной центрифуги на распределение жидкой и твердой фаз в роторе,

- термодинамические испытания кристаллизатора для молочного сахара с воздушным охлаждением,

- методики инженерного расчета вихревого гомогенизатора для молока и молочных продуктов, а также инерционно-адгезионной центрифуги для кри-сталлизата молочного сахара,

- конструкции опытного гомогенизатора для молока и промышленного образца инерционно-адгезионной центрифуги для разделения кристаллизата молочного сахара

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность, научная новизна и практическая значимость диссертационной работы

В первой части работы представлены гидродинамические аспекты внут-рижидкостных взаимодействий в эмульсиях на примере гомогенизации Теоретический гидродинамический анализ является фундаментальным методом исследования, позволяющим получить полную картину процесса и установить его внутренние закономерности, что особенно важно для труднодоступных и высокоскоростных процессов К таким труднодоступным высокоскоростным процессам относится гомогенизация

Глава 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОМОГЕНИЗАЦИОННЫХ ГИПОТЕЗ ГРАДИЕНТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ЖИРОВЫХ ШАРИКОВ МОЛОКА. Теоретический гидродинамический анализ и классификация гомогенизационных гипотез представляют интерес с позиций сравнения многочисленных предположений о механизме процесса гомогенизации Наиболее известные из них Ребиндера-Виттинга (рис 1), Суркова и Барановского (рис 2) следует отнести к гипотезам градиентного разрушения жировых шариков Сущность гипотез Ребинде-ра-Виттинга, а также Суркова сводится к разрушающему действию поперечного градиента скорости потока Отличие лишь в том, что по гипотезе Ребин-дера и Витгинга жировые шарики растягиваются и разрываются под действием градиента скорости, а по гипотезе В Д Суркова - под действием того же градиента скорости жировые шарики приобретают вращательное движение и разрушаются от действия центробежных сил

Гидродинамический анализ гипотезы Ребиндера и Виттинга с позиций классической гидродинамики (в качестве математической модели внутрикла-панного потока принята упрощенная система уравнений Навье Стокса без учета массовых сил) позволил рассчитать градиент скорости потока применительно к клапанному гомогенизатору А1-ОГС (расход жидкости через клапан Q - 0,0014м3/с, расчетная высота клапанной щели 25=120 10"6м, радиус начала клапанной щели г=0,01м) Поток имеет наибольший градиент ? вблизи

своей границы, у стенок клапана, при у=В (рис 1а) с = — = ±3— =8,56 106 с"',

¿у В

(где уг - радиальная скорость потока в гомогенизирующей щели клапанного гомогенизатора, у - координата в поперечном направлении, и0 — средняя радиальная скорость потока, которая определяется по формуле и,, =——— ,

2лг 2Б

и0= 178,25 м/с, при максимальной скорости потока ¿4^=267,38 м/с), следовательно, наибольший эффект растяжения жирового шарика достигается лишь в пристенных потоках, где скорость имеет минимальное значение Виттинг же в свое время полагал, что процесс гомогенизации осуществляется вблизи срединной поверхности (рис 16), но именно там градиент скорости, определяющий величину сдвиговых нагрузок, разрушающих жировой шарик, стремится к нулю Таким образом, гидродинамический анализ выявляет неточности подхода к процессу с позиций раскрытия общего физического смысла явления

с Ю-6.

I I

с 8,0 iO 0.0

-1

В

а

О 20 W 60 уЮ6м

Расстояние от срединной поверхности щели Рис 1 — Влияние градиента скорости на интенсивность разрушения жировых шариков а — график зависимости градиента от координаты у В — половина ширины клапанной щели, б - зоны гомогенизации /, II, III, IV по Витгингу

С точки зрения классической гидродинамики гипотеза Н В Барановского может быть сведена к гомогенизирующему воздействию градиента скорости вдоль направления движения потока, а именно, при переходе из питательного канала подачи продукта в гомогенизирующую щель (рис 2, 3)

Г,

О

Рп \Ь

а

\

г

Ш 1дф

[0 а 2

\

-LÜ

Рис 2 - Схема входа жидкостного потока в клапанную щель аЬ — пересечение цилиндрической срединной поверхности питательного канала с клиновидным потоком, входящим в клапанную щель, 2В — высота щели, г0 — радиус пи-| тающего канала, ф - ориентировочный угол

О

входа потока в клапанную щель, гщ

радиус

Т

.расположения входа в клапанную щель по отношению к вершине клиновидного потока, входящего в щель, Q — расход потока через щель, Ро - давление перед входом в клапанную щель

Система уравнений Навье-Стокса в цилиндрической системе координат без учета инерционных членов и уравнение неразрывности потока при условии, что радиальная скорость потока изменяется только в направлении его движения, имеет вид

где г — расстояние вдоль радиуса потока, считая от вершины клина, точки О (рис 2), р — давление в потоке, уг - радиальная скорость потока в направлении точки О цилиндрической системы координат, у - вязкость гомогенизируемой жидкости

1 др ----1- V-

рдг дг2 1 5'=0

= 0

= 0

рг дф д\г V,

Градиент давления в клапанной щели, являющийся движущей силой гомогенизации по Барановскому, определяется по формуле

дР

дг

л,

с/г

= 2 р V

6 'я2

яг г0 8 В С _ 6 ^Ф г2 к г„

Градиент скорости соответственно, 1

4 В2

Градиент скорости зависит от угла ф входа продукта

1

в клапанную щель Для ^=45° численное значение градиента 2,8 10 с, при угле ф=90° градиент становится бесконечно большим, создавая идеальные условия для разрушения жировых шариков Именно такой вариант входа жировых шариков в клапанную щель рассматривал в своей модели Барановский, однако на практике такая модель неосуществима

Рис 3 — График зависимости продольного градиента скорости

(¡V,

от угла ф входа потока в кла-

¿г

панную щель

бо ф, град

Глава 2. МЕЖФАЗНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В МОЛОЧНЫХ ЭМУЛЬСИЯХ ТИПА «ЖИР В ВОДЕ» С СОПУТСТВУЮЩИМ ИЗМЕНЕНИЕМ СОСТОЯНИЯ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ. В молочной промышленности для исследования процессов жидкостных потоков, как правило, недостаточно рассмотрения их как однородных жидкостей Молокосодержащие жидкости и их производные содержат все три фазы вещества и в общем случае могут быть отнесены к эмульсиям или суспензиям, а взаимодействие фаз может включать измельчение дисперсной фазы, укрупнение, или отделение ее от дисперсионной среды Дисперсная фаза в поле действия массовых сил стремится к образованию конгломератов, что часто отрицательно сказывается на качестве продуктов В частности, образование конгломератов жировых шариков происходит при отстое молока При этом скорость подъема жировых шариков перестает подчиняться закону Стокса и время подъема жировых час-

тиц при достаточно большой высоте сосуда мало зависит от высоты сосуда

(//) / = 4,2 И ц а 1 -(0,25)

/(р,-р2), где Л - среднее расстояние между

частицами, м, ¡л - динамическая вязкость среды, Н— высота сосуда, А и

м с

Рг - плотности среды и жировой частицы, кг/м3, а - постоянная распределения жировых частиц Полученные зависимости дают хорошее совпадение с экспериментами, и согласуются с данными ЯаЬп, ЗсЬагр, Флейшмана и Зай-ковского

Наличие многочисленных гипотез гомогенизации и неоднозначное отношение к ним оппонентов делает весьма актуальным сравнительный анализ воздействия различных факторов на процесс гомогенизации жировых частиц молока Наибольший эффект растяжения жирового шарика от поперечного градиента скоростей достигается в пристенных слоях (рис 4), где он испытывает наибольшее давление р потока Используя формулу Раша (для среднего жирового шарика (1=3 Ю^м), получим внешнее давление на жировой шарик, способствующее его разрушению, р=3,7 104Па Силы поверхностного натяжения на границе раздела жирового шарика и плазмы, найденные в соответствии с правилом Антонова, создают внутри среднего шарика ((1=3 Ю^м) давление рш=1,2 104 Па Деформации и возможному разрушению подвергаются (по Левичу) жировые шарики , имеющие внутреннее давление меньше внешнего рш < р Анализ показал, что для клапанного гомогенизатора А1-ОГС по гипотезе Ребиндера и Виттинга в зоне деформации и возможного разрушения находятся только пристенные жировые шарики, расположенные на расстоя-

нии свыше у

сIV 1В2 „„„ ,л

:---= 2,02 10"

Ф 3 и„

м от срединнои поверхности, при этом в зо-

ну гомогенизации попадает всего 53% жировых шариков

Следуя идее гипотезы В Д Суркова о вращении жирового шарика за счет

6,7 м/с

6=310 м

/ч "

п 6.7 м/с

V \ 6,7 м/с

Рис 4 - Ориентировочная схема скоростей пристенного потока плазмы динамической вязкостью ц =17,36 10"4 относительно среднего жирового шарика диаметром <1=3 10"6 м, двигающегося со скоростью 6,7 м/с

градиента скорости, находим давление от внутренней центробежной силы р=\ра>1гш йгш= 0,5 рагг¿, тогда, как показал анализ, в зоне деформации и

о

возможного разрушения находятся пристенные шарики, расположенные на расстоянии свыше у-2,47 (10"5) м от срединной поверхности, а разрушающему действию центробежных сил подвергается 44% жировых шариков, проходящих сквозь клапанную щель Следовательно, гипотеза В Д Суркова, так же

как и гипотеза Ребиндера и Виттинга, не может дать полного представления о механизме гомогенизации

По гипотезе Н В Барановского, при переходе от малых скоростей в канале седла клапана к большим — в гомогенизирующей щели, в жировом шарике происходят внутренние деформации (рис 5) Перепад давлений перед жировым шариком и за ним, который по Барановскому является движущей силой

1 др , , с/ гомогенизации, можно определить по формуле Др=-£-¿ = 2р V —-

дг к г0 в

Угол входа продукта в клапанную щель ф, который позволяет достигнуть минимального перепада давлений Ар= 1,2 104 Па, обеспечивающего разрушение жировых шариков, определяется по формуле

1&р * г„ В' = I (12 10') 3,14 0,01 (6,25 Ю-'У =2 5] Тогда б8Д.

V 2Р V <2 а \2 10' 17,36 Ю-7 1 4 10-' 3 10"6 Таким образом, существует такой угол входа продукта в щель, который обеспечит необходимый для разрушения жирового шарика перепад давлений

Все перечисленные и подвергшиеся нашему анализу гипотезы гомогени-

Рис 5 - Схема входа жирового шарика в клапанную щель- Ар -перепад давлений, действующий на жировой шарик при входе его в клапанную щель, 2в — ширина щели

зации на первый взгляд кажутся вполне правдоподобными, так как проистекают из обыденных представлений о движении жидкости и основываются на понятиях классической гидродинамики Однако выводы, следующие из строгих расчетов, требуют особых размышлений и говорят о том, что процесс гомогенизации вовсе не очевиден и требует новых подходов, а теорию гомогенизации нельзя свести к традиционным гидродинамическим представлениям о непрерывности жидкостной среды

Глава 3. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ В ПРОЦЕССАХ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Чаще всего традиционный гидродинамический подход к процессу дает достоверную математическую модель описываемого явления (как, например, в процессе тонкослойного инерционно-адгезионного разделения кристаллизата, или процессов кристаллизации молочного сахара и конгломерации жировых шариков молока), а иногда результаты математического моделирования не совпадают с реальными данными (как, например, при анализе гидродинамических аспектов гипотез гомогенизации) Такое расхождение теории и практики известно под названием «парадокс» Классическая гидродинамика известна своими много-

численными парадоксами По нашему мнению, большинство парадоксов гидродинамики кроется в изначальной гипотезе классической гидродинамики, заключающейся в предположении о непрерывности жидкостной среды Для решения гидродинамических парадоксов нами выдвинута обобщенная гипотеза дискретности жидкой фазы, основанная на предположении о дискретности внутренней структуры жидкостных потоков, что представляется вполне правдоподобным в связи с молекулярной структурой веществ

Физическая модель взаимодействия молекул полагает, что они имеют шарообразную форму с абсолютно упругими соударениями и отсутствием сил притяжения и отталкивания Лобовое столкновение М и N происходит в соответствующих точках О, расположенных на окружности радиуса Л (рис 6) Скорость движения М и N равна скорости теплового движения молекул 0 После удара молекулы обмениваются количествами движения и разлетаются в противоположные стороны с теми же скоростями свободного теплового движения О Время Дг между двумя последовательными столкновениями молекул определяется из соотношения = Скорости молекул после соударения определяются из теории упругого удара шаров Уточненная модель взаимодействия М и N учитывает, что молекула М может столкнуться не только с И, но и с любой другой, находящейся на окружности радиуса Я с центром в точке О (рис 7) В общем случае в точке О может произойти столкновение любых двух молекул N1 Для того чтобы одна из столкнувшихся молекул попала в точку М необходимо, чтобы одна из столкнувшихся молекул была Л', а вторая М, Тогда Лг, попадает в точку М, а N рассеиваются

Рис 6 - Двумерная модель расположения молекул N относительно взаимодействующей с ними молекулы М х, у - плоская Декартова система координат, М

— точка расположения центральной молекулы, ТУ, N'

- точки расположения периферийных молекул, / -длина свободного побега молекул до столкновения,

" - поле скоростей молекул до столкновения

Рис 7 - Схема расположения молекул Л'/, взаимодействующих с N О и М — точки столкновения и дислокации молекул N и N1 после столкновения соответственно, Л — длина свободного пробега молекул, Ах, Ау - приращения координат х и у расположения молекул А/ по соответствующим осям, /р и у/ — координатные углы расположения молекул N и Л'Л /о, //о, Ш0,1У0 и Д./, Пм, Шм, IVм - четверти расположения молекул Л/ и N соответственно Усредняя скорости всех молекул, попадающих в точку М после соударения, учитывая, что длина свободного пробега Л не является бесконечно малой величиной и, принимая во внимание вторую производную в функции распре-

деления скорости молекул потока в направлении х

V,

получим усредненное распределение скоростей

V*

дгУх дЧ\

дхг + дуг

(1)

Если длину свободного пробега Л заменить расстоянием между взаимодействующими молекулами 2Л = Л', и перейти к трехмерной модели потока, то уравнение (1) по форме совпадает с уравнением Шредингера, основополагающим уравнением квантовой механики,

,2л-,

д*К 82¥. Э2К.

-— ч--— ч---

дх2 ду1 &2

(2)

Промежуток времени между столкновением двух молекул Дг пренебрежимо мал В предельном случае Дг-»0, тогда снова можно заключить, что жидкость все-таки непрерывная среда, обладающая, однако, дискретными свойствами

Таким образом, на основании гипотезы дискретности жидкой фазы получено уравнение, полностью совпадающее с уравнением Шредингера, что говорит о глубокой внутренней связи физических процессов

Распределение скоростей и давлений жидкостного потока в плоской щели клапанного гомогенизатора рассматривались с позиций предложенной выше теории с использованием уравнений Эйлера для одномерного потока с = -—\ с—+—— = О, где с - скорость потока вдоль клапанной щели, к2\дИ2) ¿Я р<№

м/с, р - плотность потока, кг/м3, р - давление, Па, Я - координата вдоль щели, м, Л — длина свободного пробега молекул, м По экспериментальным данным М У Кацнельсона и А А Мухина давление в клапанной щели понижается до

0,002 МПа и ниже, что соответствует температуре кипения воды 18°С (рис 8а, кривая 1)

ё Р МПа теория

3 Ю-гЛО м '? I

06 08 р-

2 3

Ш-г!Ю~5 м

Рис 8 - Экспериментальное (1) по данным М У Кацнельсона и А А Мухина, и теоретическое (2) распределения а - давлений Р в клапанной щели, г - начальный радиус щели, Я и /?/ - текущий и максимальный радиус щели, б - теоретическое распределение скоростей с потока гомогенизируемой жидкости в клапанной щели * Экспериментальные данные ВНИЭКИПРОДМАШ Продукт поступает на гомогенизацию при температуре не ниже 40°С, следовательно, неизбежно вскипание его в клапанной щели Если сопоставить объемы пара и жидкости, при ее вскипании, то превращение в пар всего 1% жидкости приводит к образованию такого его объема, который в 500 раз превышает объем оставшихся не выпаренными 99% жидкости, что практически превращает жидкость в пар, и позволяет использовать известные газодинамические уравнения Тогда решение исходной системы уравнений с учетом граничных условий на входе в межклапанное пространство /? = г, с=с0,

jпримет вид

2 к к-1

где Я

КТ

9! 7^1 3,11 10"2* 293

!Н+йЬ°51Н}' (3)

, -, = 2,4 10"5 м, К — постоянная Больцмана,

л-42 (¡гр (1,38 1(Г"7 2000

А>1,38 10"2"* Дж/К, Т — температура газа, Т~293 К, с/ - диаметр молекулы, £/«1,38^=1,38 Ю"10 м,р — давление, р=2000 Н/м2, £=1,29 — показатель полит-

ропы для водяного пара как многоатомного газа, Т0 — температура потока на входе в клапанную щель, К, ¡Я - газовая постоянная, Дж/кгК, еа — /УЛ, характеризует давление полного торможения, Р0 - давление на входе в клапанную щель, Па, Ра - атмосферное давление, 105 Па Изменение давлений потока вдоль щели можно найти из второго уравнения системы, уравнения Эйле-

ния давлений и скоростей в клапанной щели, которые уже в первом приближении, по форме хорошо совпадают с экспериментальными данными, несмотря на то, что длина свободного пробега молекул рассчитана ориентировочно

Теоретическая температура в зонах сверхнизких давлений падает до абсолютного нуля Проходя такую зону, жировые шарики затвердевают с поверхности, становясь хрупкими При давлениях ниже тройной точки воды процесс кипения переходит в процесс сублимации, сопровождающийся образованием микроскопических льдинок, которые, соударяясь с хрупкими жировыми шариками разбивают и измельчают их При рассмотрении кривой 1 (рис 8а) можно допустить, что на участке (0,1—0,2) R/R/ кривая давлений аппроксимирована, а истинные значения давлений располагаются вдоль логарифмической кривой, приближаясь к нулю

Сверхзвуковое истечение из сопла нашло широкое применение в молочной промышленности в сопловых гомогенизаторах, в распылительных форсунках в процессе сушки, при термокомпрессии, а также в смесителях, стерилизаторах и т. д Гидравлическому расчету таких сопел с позиций классической гидродинамики в литературе уделено большое внимание Как показано выше, высокие скорости движения потока сопровождаются кавитацией и превращают его из жидкостного - в паровой В связи с наличием обширной литературы по истечению газовых струй и многочисленных результатов визуального наблюдения газовых потоков, представлялось целесообразным провести анализ истечения из сопла газовых потоков, что обеспечивает достаточную достоверность нашей теории

Экспериментальные исследования процесса истечения из сопла показали, что использование для его описания традиционных уравнений гидродинамики справедливо только в определенных границах изменения давления В сверхзвуковом газовом потоке, при больших числах Маха (М> 1) появляются периодические скачки уплотнения На рис 9 (а, б) показана фотография сверхзвукового газового потока, выходящего из сужающегося сопла Наблюдается ярко выраженная волновая конфигурация потока, что никоим образом не следует из классической теории, основанной на уравнениях Навье - Стокса

к

На рисунке (рис. 8а, б) представлены распределе-

; !г

.й

а

У

I

О,! (I

1

е, = 0,267; А/-1,59.

Рис. 9 — Экспериментальные данные М- В. Дейча (а и б) и теоретические данные автора (в и г) по истечению газа из суживающегося осесимметричного сопла при сверхкритических перепадах давления: для айв = 0,267; А/~1,59; для б и г - еа - 0,412; Л/= 1,244; М - число Маха; са - характеризует изменение давления полного торможения ¿-„'Р^Р,,: Р0 — давление на выходе из сопла, Па; Р„ ■— атмосферное давление; 2е - ширина шели

Рассмотрим двумерную модель потока, вытекающего из сопла. Для плоского потока воспользуемся уравнениями Эйлера для идеальной сжимаемой жидкости, а также уравнением неразрывности потока:

! др дрУ. дрУу рЭу'

дх " ду р дх' дх * ду

■ = О,

дх ду

где 17г - проекция вектора скорости V на ось х, м/с; Уу - проекция вектора скорости на ось у, м/с; х,у — координаты на плоскости, м; р - плотность потока, кг/м3; р - давление потока, Па.

Учитывая внутрижидкостные межмолекулярмые взаимодействия в соответствии с гипотезой дискретности жидкой фазы, заменяя скорости V, и Уу через потенциал ф, V =—,V = — получим уравнение четвертого порядка отно-

дх ду

сительно потенциала

I —

дх

¿А л

—7 = 0. Считая поток симметрич-

ду

ным относительно оси х с граничными условиями «прилипания» к стенкам на выходе из сопла: л =0; у =- ±в; Уу =0\ У1=0, получим:

2С\ 2

Л х/2

я п 3г --■==■—* + ■—Г

2вШ'-\ Ъ 2

1-е г' $1п| -

к п

v =JL JL é

" 2e -¡г л/2

л к л --— х н--у--

2e VM2-1 2в 2

л

= х- — у--1 2в

2в*1м*

где С2 - постоянная Сг

2k Р, к-\ра

2 к А: — 1

RgTA \-£/

'4 м1-1

4я-

-, М - число

Маха, для сверхзвуковых скоростей М> 1, еа — характеризует изменение давления полного торможения £а=Р(/Ра, Ро — давление на выходе из сопла, Па, Ра — атмосферное давление, 105 Па , 2в - высота сопла, м, р0 - плотность потока на выходе из сопла, кг/м3, Т0 - температура газа на входе в сопло, °К, к -показатель изоэнтропического процесса к=Ср/Су, для воздуха ¿=1,4, Ср и О — теплоемкости газа при постоянных давлении и объеме Дж/(кг К), К — газовая постоянная /?=287,0 Дж/(кг К)

Усредняя горизонтальную составляющую скорости Ух по высоте потока, исключая экспоненциальную составляющую и соблюдая условие 0<УХ, получим

К-1 ' 2

2 к £о_ к-1 р0

2 к

2в \1м2 -1'

+ 1

2к_ к-1

RgT, \\-eJ

На рисунке 10а показана расчетная скорость потока Учитывая, что расход G = g F р с, кг/с, где F — площадь сечения сопла, м2, F = 2 в h, h— ширина сопла, получим выражение для формы потока за соплом в зависимости от координаты х G 2 в с

! = -

VteP

+ 1

+ с

2в*]м2-1 ,

На рис 9 (в, г) представлена теоретическая форма потока с теми же параметрами, которые представлены в экспериментах Дейча (рис 9а, б)

Воспользовавшись уравнением Бернулли, построим график зависимости

давлений р в потоке от координаты х (рис 106) р = рЛ 1

V¡ *-1 А,

Плот-

2 к р0)

ность в каждом сечении потока находится из условия его адиабатности, а

температура из уравнения состояния газа (рис 10в, г) Г= —

Яр

Анализ полученных численных значений скоростей, давлений, плотностей и температур показывает, что в зонах сужения потока, где скорость достигает максимальных значений, давление, плотность и температура принимают значения, близкие к нулю

Ух, м/с 800 600 400 -200 0

V© ГЧ ЧО СЧ

р 105, Па

05

0,5

1,5 2 2,5 3 35 4

ОО ГЧ V©

р, кг/м 1

0,5 " О

т, К 200 100 0

о" — - 0 05 1 1,э 2 2,5 3 3,5 4

о

в г

Рис 10 - Расчетные гидро- и термодинамические параметры сверхзвукового потока, вытекающего из сопла а - скорости, б - давления, в - плотности, г -температуры

Таким образом, положенная нами в основу анализа движения потока гипотеза дискретности внутренней структуры жидкостной среды привела (даже при очень грубых приближениях) к форме потока, достаточно хорошо совпадающей с экспериментальными данными, в то время как общепринятая теория, основанная на гипотезе непрерывности жидкостной среды, не дает совпадений с опытом

Теория вихревого гомогенизатора в отличие от рассмотренных выше двумерных потоков требует отдельного рассмотрения, так как имеет все три измерения Гомогенизирующие устройства, в которых поток приобретает вихревое движение в специальной вихревой камере, показали высокую степень гомогенизации, значительно более высокую, сем сопловые гомогенизаторы, к которым они обычно причисляются, как, например, гомогенизатор В Я Грановского Представим движение жидкости в вихревой трубе (рис 11)

!

Рис 11 - Радиальное сечение вихревого потока 1 - тангенциальный ввод продукта в вихревую камеру 2, 3 -профиль винтового потока, 4 — диафрагма выхода продукта г, - радиус свободной поверхности жидкости, или радиус воронки в вихревой трубе, г2 -радиус вихревой трубы, Ь - высота вихревой камеры

_Г/ -Г г

в цилиндрической системе координат (рис 12) в виде двухпараметрического винтового потока, симметричного относительно оси г

ау д(\ду/Л ,2

—+ г— —— + £> = -£) с граничными условия-

д: дг\г дг ) ми у/(0,г)= у/(Ь,г)=0, у/(:,г,)-у/(:,Г2)=0, где у/— функция тока, г = кц/ +С, — окружная скорость, г — радиус, г - координата по высоте вихря, к - постоянная, равная удвоенному отношению модуля угловой скорости вращения частицы к модулю скорости ее перемещения При этом допускается отсутствие перераспределения энергии

Решение исходного уравнения, удовлетворяющее указанным граничным условиям можно представить в

Рис 12-Цилиндрическая система координат

виде ряда Фурье Для винтового потока, линеаризованного в первом прибли жении,получим

V - ~

4£>

1

па>1

»171

4 Ь

1

Vгг = С + к¥ = С

, 4к2 V-1 1 лл < \ пл-

1+- £ - П_(г)5,п —

ж „„77 яа>„ о

,-м " г 4йЬ V- 1

[1 - 0„(/")]с(к ,

г Д„/|(«,/)-С„А~|(&>„г) В„1„((о„г)+СпК0(сопг)

, где

С = у'"'яг2, к

Д, 4,

^, Ъ - высота потока, или высота вихревой камеры, г, — радиус

свободной поверхности жидкости, - коэффициент,

Ь

А = (адК (ад2) - Ь (ад2 К (ад), в, = к, (®„г2

Г2

С„ =/,(й)„г2)- —/,(й)лг,), ¡¡(х), К](х),10(х), К0(х) — функции Бесселя Эпюры скоро-Г1

стей потока у,, V. в координатах г ч: в осевых сечениях вихревой гомогенизирующей головки с диаметром 20 мм и длиной цилиндрической части 10 мм для гомогенизатора ОГВ производительностью <2 = 2000 л/ч представлены на рис 13 Из рисунка следует, что чем ближе к оси вихря, тем больше окружная скорость движения потока Эпюры распределения давлений, полученные из теории винтовых потоков, опровергают теорию квазитвердого вихря

Обобщая, следует отметить, что наличие зон сверхнизких давлений обнаружено теоретически и в клапанных, и в сопловых, и в вихревых устройствах, и именно, теоретически установленное, наличие зон сверхнизких давлений является парадоксом с точки зрения классической гидродинамики

Гипотеза субкавитационной гомогенизации С позиций обобщенной гипотезы дискретности жидкой фазы кавитация имеет место и при клапанной, и при сопловой, и при вихревой гомогенизации Это те области потока, где давление меньше 2 102 МПа, учитывая, что температура жидкости, посту-

пающей на гомогенизацию, 60°С Если по ходу движения жидкости давление продолжает падать, то по достижении 6 10"4 МПа кипение переходит в сублимацию (рис 14) Зоны потока, где давление падает ниже тройной точки и процессу кавитации начинает сопутствовать сублимация, названы далее зонами субкавитации В зонах субкавитации температура падает ниже 0°С (рис Юг)

Эпюры У<р по Эпюры Уг и V: по осям се- вертикальной оси,

-222 3-

: 918

Эпюры 1'ч> при

Рис 13 - Эпюры скоростей потока в вихревой гомогенизирующей головке

При попадании жирового шарика в зону субкавитации, верхний его слой, состоящий из тугоплавких жиров, затвердевает и «охрупчивается», в результате чего становится более ломким и легче разрушается Предлагаемая субкавитационная гипотеза гомогенизации сводится к идее образования вихря Тейлора за жировым шариком, движущимся в жидкостном или паро-

а \_2_ _3_/б

Рис 14 — Субкавитационные зоны гомогенизаторов а - клапанного, б - соплового, в - вихревого, 1 — межклапанное пространство, 2 - кольцевая зона субкавитации, 3 - сопло, 4 - субкавитационная зона в струе за ротором, 5 -вихревая камера, б - субкавитирующая центральная зона вихревой камеры

жидкостном потоке (рис. 15). В центральной части вихря Тейлора формируется кавитационный пузырек, размер которого пропорционален размеру вихря (рис. 15а). При попадании в зону субкавитации на внутренней поверхности кавитационного пузырька начинается сублимация, в результате чего этот пузырек преобразуется в суб к а вит иру ю щ и й с образованием на его поверхности твердой ледяной корочки.

Наступает момент, когда каверна сама становится телом, влияющим на движение эмульсионной капли. Капля втягивается в пузырек, в область низ-

Рис. 15 - Схема взаимодействия жирового шарика с су бканитиру тощим к агитационным пузырьком: а - образование пузырька: 1 - кавитационный пузырек внутри вихря Тейлора; 2 - ориентировочный размер пузырька в перегретой жидкости 3 - тело (жировой шарик) в жидкости; б - «втягивание» жирового шарика в кавитационный пузырек: 4 - траектория жирового шарика; 5 — кавитационный пузырек; 6 - поверхностный сублимирующий слой пузырька; траектория жидкостного потока; 8 - затвердевающий поверхностный слой тугоплавких жиров; в - разрушение поверхностного субкавитирующе-го слоя каверны и образования струйки при соударении ее с жировым шариком: 9— поверхностный сублимирующий слой каверны, превратившийся от удара с жировым шариком в ледяную струйку, разбивающую шарик кого давления (рис. 156). Именно поэтому, как утверждает А.Н. Ткаченко, наблюдается ускоренное движение капли к пузырьку. От соударения с жировым шариком сублимирующий слой на поверхности каверны рушится и по инерции соскальзывает с поверхности каверны, образуя кумулятивную струйку (рис. 15в), а охлажденный и «охрупченный» поверхностный слой жирового шарика, соударяясь с микрольдинками струйки, разрушается. Здесь становится понятней причина эрозионного разрушения металла в зоне кавитации, а также причина экспериментально установленного влияния размера жировой капли на размер кавитационного пузырька. Двигаясь с огромной скоростью и ударяясь о стенки гомогенизирующего устройства, ми кроя ьд инки производят эрозионное разрушение металла.

Зоны низкого давления, или зоны субкавитации присутствуют и при центробежной, и при ультразвуковой гомогенизации. При центробежной гомогенизации зоны низкого давления занимают центральную часть вихрей Тейлора {рис. 16). И именно с образованием каверн в центре вихрей связыва-

4

ли процесс гомогенизации А А Лапшин и К К Сагандыков в экспериментах на гидромеханической установке

Таким образом, субкавитационная гипотеза гомогенизации объяснила

Рис 16 - Субкавитационные зоны гомогенизаторов а — роторного, б — ультразвукового, 1 — ротор, 2 - центральная зона вихрей, 3 — источник ультразвук, 4 - волны разрежения

ряд парадоксальных явлений гомогенизации и обосновала единую природу ее движущих сил и явления эрозии металла, подтвердив предположение, высказанное в свое время А А Лапшиным и К К Сагандыковым

Глава 4. ВИХРЕВАЯ ГОМОГЕНИЗАЦИЯ. Как показал гидродинамический анализ, вихревая гомогенизация является наиболее перспективным направлением совершенствования процесса гомогенизации На основании теоретических исследований разработана конструкция и обоснованы параметры экспериментальной вихревой гомогенизирующей головки (рис 17, 18) Поскольку вихревая труба и вихревой эффект еще никогда не применя-

Рис 17 - Схема вихревого гомогенизатора 1 - входное сопло, 2 — отверстие диафрагмы выхода гомогенизированного продукта, 3 — кольцевая щель выхода недогомогенизирован-ного продукта, 4 - цилиндрическая стенка вихревой камеры, 5 - камера выхода недогомогени-зированного продукта, 6 - регулируемый конический клапан, 7 - диафрагма, 8 - входное отверстие, 9 — пружина, 10 -прижимная гайка

лись для гомогенизации эмульсий, то была предложена методика инженерного расчета такого типа гомогенизирующих устройств Был рассчитан оптимальный диаметр отверстия диафрагмы 2, размер соплового канала 1, диаметр и длина внутренней цилиндрической камеры вихревой трубы 4 (рис 17, табл 1) Подача продукта в гомогенизирующую головку осуществляется под давлением через сопло 1, расположенное тангенциально по отношению к цилиндрической стенке камеры 4, благодаря чему создается свободный вихрь с зоной сверхнизкого давления в центральной его части Сопло 1 имеет оптимальную площадь сечения, и позволяет максимально увеличить скорость на входе в вихревую камеру, в результате максимально снижается давление в

центральной части вихря, где и осуществляется процесс гомогенизации Центральная часть вихря примыкает к выходному отверстию, исключая выход недогомогенизированного продукта

Оптимальный режим работы вихревого гомогенизатора достигается ре-

Возбрат

Рис 18 — Устройство насоса высокого давления МХ 770 1 — электродвигатель, 2 - корпус насоса, 3 - наклонный диск, 4 - плунжер, 5 - нагнетательный клапан, 6 — всасывающий клапан, 7 — всасывающий патрубок, 8 — нагнетательный патрубок, 9 - манометр, 10 - блок цилиндров гулировкой зазора в кольцевой щели 3 изменением натяжения пружины 9 с помощью прижимной гайки 10 (рис 17) Манометр 9 (рис 18) фиксирует давление на входе в гомогенизирующую головку Экспериментальная установка с вихревым гомогенизатором сконструирована на базе плунжерного насоса МХ 770 производительностью 500 литров в час (С= 0,00014 м3/с) с максимальным давлением 15 МПа В вихревой камере свободный вихрь расслаивается на два потока центральный I, в котором происходит гомогенизация и пристенный II, который отводится через кольцевую щель 3, за счет чего исключается выход недогомогенизированного продукта

Таблица 1 - Расчетные параметры вихревой гомогенизирующей головки

Параметр Диаметр вихревой трубы Диаметр сопла Диаметр диафрагмы Длина вихревой трубы

Значение, м 0=0,007 Ос= 0,002 0Д=(0,0007-0,00245) Ь=0,091

При работе установки (рис 19) молоко поступает из приемного бачка по трубопроводу на всасывающую сторону насоса, засасывается в цилиндры и затем нагнетается под большим давлением через гомогенизирующую головку, из которой гомогенизированный продукт выходит в сборный бачок 6, а недо-гомогенизированный продукт возвращается по линии 7 в приемный бачок 1

Рис 19 - Схема экспериментальной установки 1 — приемный бачок, 2 - насос высокого давления, 3 — манометр, 4 — гомогенизирующая головка, 5 - регулятор давления выхода гомогенизированного продукта, 6 - сборный бачок для гомогенизированного продукта, 7 - линия возврата не-догомогенизированного продукта

С целью повышения достоверности результатов экспериментальных исследований для оценки эффективности гомогенизации применялись две методики микроскопирования и оптический метод Для микрофотографирования препаратов была скомплектована микрофотоустановка, включающая поляри-зационно - интерференционный микроскоп BIOLAR с набором окуляров х8, х10, х15 и объективов *10, х20, х40 и х100, видеоокуляр НВ—35 и персональный компьютер на базе процессора Intel Pentium IV, что позволяло выводить изображение, наблюдаемое в микроскоп, на монитор компьютера Оптическая плотность измерялась на стандартном фотокалориметре КФК-3 В результате экспериментальных исследований изучено влияние конструктивных и эксплуатационных параметров вихревой гомогенизирующей головки производительностью 500 кг/ч на эффективность гомогенизации и получены оптимальные размеры длины вихревой камеры, диаметров вихревой камеры, соплового ввода, диафрагмы, давления и температуры гомогенизации (рис 20) Для этого было изготовлено несколько вариантов взаимозаменяемых конструктивных элементов вихревой гомогенизирующей головки Эксперименты показали некоторое несовпадение реальных оптимальных размеров конструкции с рассчитанными по методике расчета воздушной вихревой трубы (табл 2) Оптимальный диаметр вихревой трубы составил 12 мм (рис 20а) Существенное отклонение оптимального диаметра вихревой трубы от расчетного вызвано отрицательным влиянием круглого входного сопла, смещающего (в отличие от оптимального прямоугольного) вход к центру

Необходимость цилиндрического соплового ввода вызвана особенностями технологии изготовления аппаратов, работающих под высоким давлением По результатам экспериментов были определены оптимальные конструктивные и технологические параметры вихревой гомогенизирующей головки Данные экспериментов показали, что стандартная методика расчета воздушных вихревых труб может применяться для расчета вихревых гомогенизаторов, но требует уточнения

Таблица 2 - Сравнение расчетных и оптимальных полученных эксперимен-

Параметры Dc D ол t Р

Расчет 0,016 м 0,07 м 0,000735 м 65°С 20 МПа

Эксперимент 0,002 м 0,12 м 0,00109 м 65°С 13,5 МПа

На основе экспериментов разработана уточненная методика расчета вихревых гомогенизирующих устройств, требуемой производительности и рассчитан опытный вихревой гомогенизатор производительностью 5000 л/ч Для этого определялось число Рейнольдса Re для оптимального диаметра входно-

G 1,4 10-" _1Г,4

го сопла Re =-=--= 7 10 , на основании чего найден диаметр со-

Dc v 0,002 10"6 г

§ 3

18 17 16 15

¥з 12 11 1

X-7 'Я—

Jj

10

15

20

Диаметр бихребои трубы D мм

12 U

Диаметр дифрагмы D_ мм

£ 21 22 Sí g 2 ai IB 41 16 fü H 13 a 12 ¡i 1

—а«^ л..

Г--

—■

0—

1

а) 0 - давление гомогенизации 8 МПа,

□ - давление гомогенизации 10 МПа, Д - давление гомогенизации 12 МПа, х- давление гомогенизации 15 МПа

б) □ - без подключения вентиля на выходе гомогенизированного молока,

А — с подключением вентиля на выходе гомогенизированного молока

в) 0 — сопло 2мм с вентилем противодавления на выходе гомогенизированного продукта, без вентиля противодавления х-сопло 2 мм, Д-сопло 3 мм, □ - сопло 4 мм

Ь 6 8 10 12 И Лабле^ие гомогенизаиии Р МПа

Рис 20 — Влияние конструктивных параметров на эффективность гомогенизации а - диаметра вихревой камеры, б - диаметра диафрагмы выхода гомогенизированного продукта в - диаметра входного сопла

пла для опытного образца Вг = С =—0,0014 =002м площадь входного

Ие V 7 10 10~6

сопла Fr =

3,14 Di 3,14 0 022

= 3,14 10"4 м2

вихревой камеры F

3 14 1° 4 =з,9 10-з

площадь поперечного сечения м2, диаметр вихревой камеры

D-.

4 F _ 4 3,9 10" j 3,14 ~~ у 3,14 НИЯ L = (12 — 15)0 = 13 0,07

: 0,08

0,07 м, длина камеры энергетического разделе-0,92 м, относительный диаметр отверстия диа-

фрагмы с/л = = 0,105 => £>о = 0,105 0,07 = 0,0074 м По результатам экспериментов на вихревой гомогенизирующей головке с оптимальными конструктивными параметрами были построены кривые дифференциального распределения жировых шариков (рис 21), которые показали высокое качество гомогенизации молока и модульных смесей, включающих животные и растительные жиры

Таблица 3 - Параметры вихревой гомогенизирующей головки

Производительность гомогенизатора <2, м3/ч Диаметр отверстия диафрагмы д.й, м Длина вихревой камеры м Диаметр вихревой камеры Д м Диаметр входного сопла Ос, м

5 0,0074 0,92 0,071 0,02

В качестве насоса высокого давления был использован плунжерный

Рис 21 - Дифференциальное распределение жировых шариков а) модульной смеси до и после гомогенизации, б) молока в зависимости от давления гомогенизации 0 — исходное молоко, * — давление гомогенизации 5 МПа, Д — давление гомогенизации 10 МПа, □ — давление гомогенизации 13,5 МПа блок гомогенизатора А1-ОГМ, на котором были проведены производственные испытания в линии производства кисломолочных напитков, в комплекте с пластинчатой пастеризационной установкой ОГУ—5 По результатам производственных испытаний опытного образца вихревого гомогенизатора производительностью 5000 л/ч в линии производства кисломолочных напитков были получены следующие результаты при потребляемой мощности 19 кВт и давлении гомогенизации 12,5 МПа средний размер жирового шарика составлял 1,05 мкм Сравнительные данные различных типов гомогенизаторов показали преимущество опытного образца вихревого гомогенизатора по среднему размеру жирового шарика после гомогенизации и по удельному расходу электроэнергии (табл 4)

Во второй части диссертации рассмотрен гидродинамический фактор в процессах обработки суспензий и совершенствовании аппаратов на примере кристаллизации и тонкослойного инерционно-адгезионного разделения

Вторым (после эмульсий) большим классом жидкостных систем, применяемых в молочной промышленности, являются суспензии, в частности, кри-сталлизат молочного сахара

Таблица 4 - Сравнительные характеристики различных типов гомогенизирующих устройств_

Тип гомогенизатора Производительность, л/ч Диаметр частиц после гомогенизации, мкм Потребляемая мощность двигателя, кВт Удельная мощность привода установки, рассчитанная на 1000 л/ч, кВт

Клапанный 5000 0,8 2,5 37 7,4

Ультразвуковой 30 1,6 1,4 13,3

Сопловый 1000 1 1,25 4,4 4,4

Вихревой 5000 0,77 1,05 19 3,8

Глава 5. ГИПОТЕЗА НЕПРЕРЫВНОСТИ ЖИДКОЙ ФАЗЫ В ГИДРОДИНАМИКЕ ЛАМИНАРНЫХ ТОНКОСЛОЙНЫХ ПОТОКОВ В ПРОЦЕССЕ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ. Гидродинамика процесса тонкослойного инерционно-адгезионного центрифугирования представляет интерес как наиболее перспективный способ разделения кристаллизата молочного сахара Тонкослойное центрифугирование осуществляется на вращающейся конической тарелке Подача кристаллизата производится вблизи оси конической тарелки, на ее внутреннюю часть (рис 22), по которой он растекается тонким слоем со свободной поверхностью На внешней границе конуса, называемой порогом II (рис 23а), жидкая фракция его огибает, растекаясь по отбортовке III, а кристаллы под действием центробежной силы отрываются от порога и отделяются

Рис 22 - Жидкая частица М потока на конической поверхности рабочей тарелки в бикониче-ской системе координат хуФ с параметрами /г, р, Ф и компонентами скорости V по ортам х, у, Ф

Ур — меридиональная скорость,

у

* - угловая скорость, V/, - скорость, направленная перпендикулярно плоскости тарелки

Полагая движение потока по тарелке осесимметричным и установившимся, не учитывая перемещений в направлении, перпендикулярном поверхности тарелки, пренебрегая изменением скорости в направлении движения по сравнению с изменением ее в направлений, перпендикулярном поверхности тарелки, получим систему дифференциальных уравнений движения потока кристаллизата по поверхности разделительной тарелки в биконической системе координат (рис 22), связанной с тарелкой пороговой центрифуги

(<уг /- + 2 со Kj

cosa = -y

дх2

2 в С, cos а = v

э%

дх2

(4)

где со - угловая скорость вращения ротора центрифуги, рад/с, г - радиус тарелки, м, v - кинематическая вязкость жидкости, м/с, а - угол наклона образующей тарелки, с граничными условиями «прилипания» граничного слоя к тарелке х - О, VT =0, Vp = 0, а также отсутствием касательных напряжений

на границе соприкосновения потока жидкости с атмосферой

dV dV

x = S, —- = о, —- = 0, где 5 - толщина слоя движущегося кристаллизата, м. dx dx

В результате решения системы уравнений (4) получены для меридиональной и угловой скоростей квадратичные распределения

Vp = 0,5 со р cosa |-(Я х)2+2 (Я х) (Я <5)], (5)

í (<* х)

Vг = 0,25 со р cos a

Я 6

■ + 2 (Л х)

(6)

Толщина слоя жидкости на тарелке S определяется в зависимости от расхода Q ¿ = Л Q--

\ 2 я: (р cos а Л)'

Рис 23 — Порог рабочей тарелки схема и параболическая система координат вращения {а, т) I, III -конические поверхности, II - кромка порога, г=г/ - поверхность, совпадающая с поверхностью порога, т=гм, сг=сгм — координаты точки М в параболической системе, it=i„ — единичные орты криволинейной системы, / к - единичные орты декартовой системы

Для опытного образца центрифуги производительностью 0=8,5 10"5 м3/с, с частотой вращения ротора а>=628 рад/с, при вязкости кристаллизата v=16,16 10"6 м2/с, угле раствора конуса тарелки а=0,725 рад, координатах расположения входных отверстий р/=0,03 м и первого порога р2=0,15 м толщина слоя кристаллизата на тарелке 5 зависит от координаты р вдоль образующей и при изменении р от 0,03 м до 0,15 м уменьшается от 161,4 10"6 м до 56 10'6 м Кристаллизат растекается по поверхности тарелки очень тонким слоем 161,4 мкм, который утоньшается по направлению к периферии и сокращается до 56 мкм Если учесть, что средний размер кристалла в кристаллизате составляет 300 мкм, то толщина слоя межкристальной жидкости мала по сравнению с размером кристалла и в месте его отрыва составляет не более 20 % от размера среднего кристалла

Гидродинамический анализ показал, что разделение кристаллизата происходит не при отрыве кристалла с порога, а начинается значительно раньше Еще при движении его по тарелке кристалл высвобождается из жидкостного потока, а при отрыве с порога лишь одна пятая его часть оказывается погруженной в жидкость Именно такой механизм постепенного разделения кристаллизата позволяет сократить потери сахара и повышает его качество, снижая долю примесей

Окончательное разделение кристаллизата на молочный сахар и лактозу происходит на кромке порога П и сопряженных с ней конических поверхностях I и III, рабочей тарелки ротора Жидкая фракция, растекаясь по конической поверхности I, попадает на кромку П порога и огибает его, удерживаясь за счет сил адгезии Кристаллы, под действием сил инерции, отрываются от жидкостного потока и продолжают перемещаться по направлению образующей конической поверхности I (рис 23)

Чаще всего подача кристаллизата на рабочую разделительную тарелку осуществляется через специальные питательные каналы, разделяющие поток на отдельные струи, которые, попадая на тарелку, растекаются по ней Теоретические исследования движения отдельной струи по конической поверхности тарелки, порогу и отбортовке проводились с учетом сил поверхностного натяжения и краевого угла смачиваемости поверхности С целью линеаризации исходных уравнений движение описывается в криволинейной параболической системе координат, жестко связанной с вращающейся поверхностью порога, координатные линии которой повторяют форму поверхности соответствующего участка тарелки

Предполагая движение потока установившимся, пренебрегая кривизной поверхности в направлении движения по сравнению с ее кривизной в поперечном сечении потока, упрощая выражение для кривизны поверхности, предполагая известным выражение для внутреннего давления, считая поток симметричным, получим уравнение свободной поверхности

-«г» = °-„+/>„ w„ {с, <р2+Сл<р), (7)

д(р

где а„ - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м, Н — текущее значение толщины потока, зависящее от координаты углового смещения f, м, р„ -плотность жидкости, кг/м3, WeT - проекция ускорения на ось криволинейной системы, направленная перпендикулярно поверхности тарелки, м/с2, Нт — максимальное значение толщины потока, соответствующее координате Фт, м, С3, С4 - постоянные при следующих граничных условиях 1) толщина слоя потока в начальной координате углового смещения потока равна нулю ^=0, //= 0, 2) угол наклона свободной поверхности на границе потока равен крае-

п оН ,

вому углу смачиваемости поверхности тарелки у <р=0, — = tgy, 3) на коор-

дср

динате максимального смещения потока толщина слоя потока максимальна ^ = ч> т //=//,„, 4) площадь сечения потока равна отношению расхода жидкости Q к средней скорости движения потока v

Решение исходного уравнения для внутренней поверхности тарелки <0) имеет вид

Я =С, ехрЛр + С2 ехр(-Лр) + С, ¡р2 + С4 <р + Я„,, (8)

для отбортовки (Н',, > О)

Я = С, ссяЛр + Сз этЛр + С, ?>!+С< <р+Нт, (9)

<т (г ег + а)

где С/ - С, постоянные интегрирования, А -

Л

> ^ = :

Предполагая квадратичное распределение скоростей в потоке, получим точное решение уравнения для <г=0, 1У„=0 Н =—<рт0 —<рг -\-tgy <р+Н 0, где

2 2р„0

^ а

, - (Ю)

IV,.,, - проекция центробежной силы инерции на направление движения

т (т а + а) , потока =—, со

л/г2 +<т2

На рис 24 представлен профиль сечения потока на кромке порога, рассчитанный при плотности кристаллизата р„=1300 кг/м3, радиусе порога а = 0,2 м, частоте вращения тарелки со=628 рад/с, коэффициенте поверхностного натяжения кристаллизата а„=0,1 Н/м, кинематической вязкости кристаллизата у=20 10"6 м2/с, при расходе его через отверстие ¿>=0,41 10"5 м7с Из рисунка видно, что форма потока, его ширина ^ и высота Н существенно зависят от краевого угла смачиваемости поверхности у

Для движения потока по внутренней поверхности тарелки, включая кромку порога, получены следующие приближенные зависимости

Я_ =-

tgy(exp2Лpn0+l)

<Рш =

А ехр 2А<рт

ехр А<рт

ЗУ

0_ я:

1 + ехр2 А<рт

+ 1

которые

вырождаются в (10) при А —>0

При движении потока по отбортовке Ф „

Я.

¥>. о

¡тА<рт.

I 3 со$А<рм АсоэА(рт мость также вырождается в (10)

-<Р„ о

При А —>0 последняя зависи-

12 3 15

7 8 9 у Юм

Рис 24 — Форма поперечного сечения потока на кромке порога для А= 0, /-=«=0,2 м 1 - у=45°, tgy= 1, </>„,0=1,32 10"3 м, #„„,= 1,27 10 4 м, 2 - у=50°, /,§7=1,19, ^т0=7,78 10"4 м, //«в=1,51 10"4 м, 3 - у=60°, ígyЧ3, ^„,0=2,53 10"4 м, Я„,0=2,19 10"4 м

Как видно из последнего выражения, существуют такие условия, при которых выражение во второй скобке обращается в нуль, при этом поток переходит в неустойчивое состояние Hm—nxi, что приводит к образованию капель и отрыву потока, создавая условия для забрасывания жидкой фракции в приемник молочного сахара и ухудшая его качество.

Глава 6, МЕЖФАЗНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СУСПЕНЗИЯХ С ПОЗИЦИЙ КЛАССИЧЕСКОЙ ГИДРОДИНАМИКИ С ИЗМЕНЕНИЕМ И БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ФАЗ. Межфазные взаимодействия в суспензиях могут протекать с изменением состояния фаз и без изменения их состояния. Изменение состояния фаз имеет место в процессе кристаллизации. По вопросу влияния гидродинамического фактора на процесс кристаллизации молочного сахара имеются противоречивые мнения (А. И. Чеботарёв, Д. А. Розанов, К. К. Полянский, А. Г. Шестов, А.И. Гнездилова и др.).

Рассмотрим процесс кристаллизации, полагая, что рост кристалла зависит от объема описанного им относительно кристаллизата, полагая, что движение кристалла относительно кристаллизата подчиняется закону Стокса.

Представим гипотетический кристалл в виде шарообразной частицы с

массой; т = — xd'^p^j где d — диаметр шарообразной частииы, м; рк -о

плотность кристалла, кг/м5 (рис. 25). Полагая, что, проходя по своей траектории, кристалл «захватывает» из пересыщенного раствора молекулы лактозы, оставляя после себя насыщенный раствор. При прохождении кристаллом расстояния ¿LS за промежуток времени Ат его масса т увеличивается на Am пропорционально описанному им объему кристаллизата. Вводя коэффициент к, учитывающий, что не все молекулы лактозы, находящиеся в объёме, описанном кристаллом «прилипают» к нему, получим выражение для скорости роста кристалла W в зависимости от его размера: W----- ■■ —■ (Сп -, где g — ускорение свободного падения, dir 3 -6 ■ р

м/с2; ры. - плотность жидкости, kt/mj; р - динамическая вязкость, Па с; С„ и С„ - концентрации пересыщенного и насыщенного растворов соответственно, кг/м'; к — коэффициент, учитывающий долю выкристаллизовавшейся лактозы от всей, способной выделиться из объема, описанного кристаллом. Таким образом доказано существование зависимости скорости роста кристалла от его размера,

С позиций диффузионной теории роста кристаллов молочного сахара, он определяется ламинарным noipa-ничным слоем, примыкающим к кристаллу и омывающим кристалл. Пограничный слой толщиной Ah истощается, перемещаясь вдоль поверхности кристалла. При этом предполагается, что истощение пограничного слоя происходит в направлении его перемещения и подчиняется линейному закону. Пересыщение раствора

С,

н и

W г

с

Рис. 25 - Модель роста гипотетического сферического клистялпа

в пограничном слое сокращается с С„-С„ до (С„-С„)(1-ко А т), где кд - коэффициент, учитывающий долю выкристаллизовавшейся лактозы от всей, способной выделиться из объема пограничного слоя в единицу времени, с"1. Определив время нахождения пограничного слоя вблизи участка кристалла протяженностью = где п - число участков шириной а также количество

2 п

лактозы, выкристаллизовавшейся на каждом участке поверхности кристалла, в результате математических преобразований получим линейную скорость

роста кристалла № =

д</ к, (с,-С,) {га-к кд) да

, где Ай — приращение

Дг 2р, а

диаметра условного кристалла за промежуток времени Ат, а и К — параметры

¿1-

V-

к ш а

9 л ц

(с„ -С„) ДА

к " ё (/>, ~РЖУ 2 Р.

Расчеты толщины пограничного слоя ЛИ показали, что с увеличением размера кристалла величина пограничного слоя уменьшается, что подтверждает диффузионную теорию кристаллизации и соответствует экспериментальным данным Марка Если толщина диффузионного слоя на неподвижных кристаллах в неподвижном растворе по данным Марка равна 20-150 мкм, то расчеты по предложенной теории показали, что толщина пограничного слоя в движущихся кристаллах изменяется в пределах 1,13 10"2 — 5,66 10"2 мкм (рис 26) Толщина пограничного слоя на поверхности кристалла подчиняется

ДА = 46 е"0 0018''

экспоненциальному закону "" е , уменьшаясь и стремясь к нулю с увеличением размера кристалла В результате преобразований получим ско-

рость роста кристалла в виде № = 0,5

Я (С.- С.) (р.-/О

с! е~

Сравне-

" Р. V

ние теоретических графиков с экспериментальными данными А И Гнездило-вой показывает их хорошее совпадение, что является подтверждением теории диффузионного пограничного слоя

Теория дает логическое объяснение появлению противоречивых мнений по поводу влияния перемешивания на рост кристаллов При перемешивании не изменяется скорость движения кристалла относительно межкристальной

к

л ¡^ (-

о о. о и:

и

2,0 1,5 1,0 0,5

1

/ У

0 200 400 600 800 Размер кристалла, с110б м

Рис 26 - Зависимость скорости роста IV от линейного размера кристалла при абсолютном пересыщении А М= 0,8 моль/1000 г Н20

— расчетные данные автора,

—•— — экспериментальные данные А И Гнездиловой

жидкости, т к на нее влияют только физические параметры кристаллизата, поэтому скорость роста кристалла не зависит от интенсивности перемешивания Однако, перемешивание может вызвать турбулизацию потока и нарушить диффузионный пограничный слой, обеспечивая доступ к кристаллу пересыщенного раствора, тем самым, интенсифицируя его рост Таким образом, не исключена возможность некоторого влияния перемешивания на интенсивность процесса кристаллизации

Гидродинамика тонкослойного потока в процессе движения кристалла в поле действия массовых сил рассматривается с позиций процесса разделения кристаллизата молочного сахара на твердую и жидкую фракции, протекающего без изменения состояния фаз В процессе тонкослойного центрифугирования кристаллизата кристалл молочного сахара, имеющий форму усеченной пирамиды, движется в тонкослойном открытом потоке вязкой жидкости — кристаплизате В связи с высокими скоростями процесса тонкослойного центрифугирования, экспериментальное изучение его осуществляется на модели, представляющей собой наклонную плоскость, по которой под действием сил тяжести движется жидкостной поток и кристаллы

Принимаем форму кристалла цилиндрической радиусом Я, толщину жидкостного потока Н, минимальную толщину жидкости под кристаллом 1ц (рис 27), полагаем, что ось у происходит через центр тяжести кристалла, а ось х - по поверхности скольжения в направлении движения кристалла В случае, если скорость движения кристалла больше скорости движения верхних слоев жидкости, то перед кристаллом образуется волна высотой Я/ Расстояние от крайних верхних точек соприкосновения потока с кристаллом А ' и В' до оси у обозначим соответственно а и Ь, к- расстояние от плоскости О В до поверхности скольжения, соответствующей оси х

При движении кристалла в потоке на него действуют сила трения, а так-

х

Н - толщина потока жидкости, Ло - толщина слоя жидкости под кристаллом,

Рис 27 — Схема движения цилиндрического кристалла в потоке в поле сил тяжести, или центробежных сил в координатах ху

Я - радиус условного цилиндрического кристалла,

т — масса кристалла

же массовая сила от g sina в направлении его движения и т g cosa в перпендикулярном направлении

Полагая жидкость вязкой и несжимаемой, движение плоским, плотность жидкости неизменной p^.=const, пренебрегая скоростью жидкости в направлении оси у по сравнению со скоростью в направлении оси х, те Vy«Vx, пренебрегая изменением скорости Vx по оси х по сравнению с изменением ее 8V 8Vv

по оси у —— ((-—, получим с уравнение движения жидкости и уравнение Heñí ду

разрывности потока совместно с уравнением движения кристалла

г.,, „ , , где Vx, Vy - скорости жидкости, движущей-

ся, 1 др о V,

---~ + v—r + S sin a ся в направлении вдоль плоскости и перпендикулярно к ней, м/с, рж - плотность жидкости, кг/м3, р- давление на рассматри-' ваемом участке, Па, v - кинематическая вязкость м2/с, g - массовая сила, м/с2, а -угол наклона поверхности скольжения, т -масса кристалла, кг, U — скорость движения кристалла, м/с, Fmp - сила трения, действующая на кристалл, Н

Принимаем два граничных условия «прилипания» вязкой жидкости к кристаллу и к поверхности скольжения

1)К1=0, Уу=0 при y-0,T) Vx- U, Уу=0 при у = А,

Давление вне объема поджатой кристаллом части вязкого слоя полагается постоянным и ввиду малой толщины слоя равным давлению на поверхности жидкости р = 0 при * = 0 и х = Ь, при нулевых начальных условиях / = О, Vx = 0, Vy = 0, U = О

Заменяя ускорение его средним по толщине слоя значением и проведя ряд математических преобразований, получим выражение для поля скоростей

потока Vx =-3] ^-j1---1 [у1 -hy)+^-y, где h = h0+kx, к - тангенс угла на-

\ h h J h

клона условной скользящей поверхности кристалла Ó tí к плоскости сколь-

Н -И Ь ' V

жения, к = ' ~ " , <р,-~-^-еь' |с/ е dt - С, + С, е'1 , b0 = b рх g sma,

» 5

После интегрирования и элементарных математических преобразований определим распределение сил давления в поджатой части потока под кристаллом

Р = Рж g Х sinа-р^ I Ш+ [(fcc+Aj"'-^]}

Сила трения кристалла о жидкость

ох = 0

tít рж

dVx dVv

дх ду dU

т — = т g sin а - Fm¡

г тр

о

= |г /3 сЬс = р

,+* Ь

где т — напряжение силы трения г = /л

■—1п (/гп+/с ¿1 V 0 /

вср1

4 и. к 0

/г0

- высота цилиндра (рис

и, Л Л «0

6® 41/"

—+-

Л2 А _

28) соответствует среднему линейному размеру кристалла ТУ

Преобразуя последнее уравнение исходной системы с учетом приведенных выше результатов, получим Л/

т-= т е эш а + и I,

<Л

к I я, К к К

(И)

В результате решения последнего уравнения, заменяя <р, из полученного ранее выражения, находим скорость движения кристалла Я

-, где значения постоянных

£/ = £>, ег' + £>2 е" Я, = -т £ вша -

«2 = ~М 1,

Л;

I,

к{Н,

1

г '1 '2

к[и,

Д.

___1

К

2) к Л0

-А2±у1Л22-ЛА^, 2 Л,

А: К

Д

А

-А

ъ,

Д =

/и, Л, = т Л—1п

2 л л,

лД г,-г2; я.Ьл-/,,

Для частного случая установившегося режима скорость движения частицы и =—После интегрирования и элементарных преобразований по-К2

лучаем =0,147

к т g ¡т а Н0

■, где А'-линейный размер кристалла

С целью подтверждения достоверности теории была проведена скоростная киносъемка кристалла, двигающегося по наклонной плоскости в поле действия сил тяжести, что сделало обоснованным перенос результатов теории на подобную систему, тарелку инерционно-адгезионной центрифуги с двигающимися по ней под действием центробежных сил кристаллами молочного сахара

Скорость движения кристалла на разделительном пороге рабочей тарелки (рис 22, 23) определяет условия отделения кристалла и попадания его в приемник сахара Чем меньше кристалл, тем слабее силы инерции и тем меньше вероятность отделения его при инерционно-адгезионном центрифугировании

Глава 7. АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЙ КОНСТРУКТИВНОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ КЛАССИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ГИДРОДИНАМИКЕ СООТВЕТСТВУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ. Путем математического моделирования установлено определяющее влияние поверхностных сил на характер движения струйного потока на поверхности тарелки, пороге и отбортовке На экспериментальной установке (рис 28) изучено распределение жидкой фазы в роторе без нижней тарелки 21 при производительностях 150, 300, 400, кг/ч (рис 29) для двух вариантов конструктивного оформления процесса при наличии верхней тарелки и без нее В том и другом случаях, в процессе разделения участвуют все пороги, но наибольшее количество жидкости отделяется с первых порогов Следует отметить, что количество жидкости, уходящей с первых порогов при отсутствии верхней тарелки, уменьшается Это объясняется перераспределением воздушных потоков

приемника сахара 11,3- отверстие в центральной трубке, 4 - рабочая тарелка, 5, 21 - верхняя и нижняя разделительные тарелки, 6 — пороги рабочей тарелки, 7 - зазор между приемниками 11 и 15 сахара и мелассы, 8, 18 - отбортовки нижней тарелки, 9, 10, 17 - отсеки приемника мелассы, 12 — днище приемника сахара, 13, 14 — конические вставки, 16 -днище приемника мелассы, 19, 20 - ряды отверстий в нижней тарелке, 21 — нижняя тарелка, 22 — первый порог рабочей тарелки

Проведены эксперименты по распределению жидкой фазы в роторе при наличии нижней и верхней разделительных тарелок Рисунок следов, оставленных жидкостным потоком, показал, что практически вся жидкость отделяется с первого порога 22 Имеется заброс жидкости в ротор напротив отверстий 19, 20 в нижней тарелке 21, где есть свободный доступ воздуха Получены аэродинамические характеристики воздушных потоков в приемниках сахара 11 и мелассы 15, и установлено влияние на них размера горлового отверстия 2 в крышке приемника сахара и размера отбортовки 8 Установлено, что воздушные потоки приемников не оказывают существенного взаимного воздействия Исследовано влияние конструктивных элементов, формирующих воздушные потоки в роторе и приемниках на качество разделения Из рисунка 29а видно, что увеличение размера горлового отверстия, сопровождающееся повышением статического давления воздушного потока в приемнике сахара, приводит к снижению влажности конечного продукта При полностью открытом горловом отверстии и давлении в приемнике мелассы (точка В) -50 Па, давление в приемнике сахара в точке А составляет -1050 Па, при полностью закрытом — повышается до -150 Па С увеличением размера межтарелочного зазора Ьо более 1 мм повышается влажность молочного сахара и потери сахара с мелассой При увеличении размера отбортовки свыше 3 мм ухудшается качество молочного сахара

В результате экспериментов также обнаружено специфическое, противоречащее нашим обеденным представлениям, явление — спиралевидный подъем мелассы по конической вставке 13 (рис 28) и днищу приемника сахара 19 и заброс ее в расположенный выше отсек 9 приемника мелассы, а затем в приемник сахара 11 Кристаллы сахара таким же образом перемещаются в направлении зазора 7 и через него забрасываются в приемник мелассы, на что указывает наличие следов на вставках приемника мелассы Это объясняется воздействием пристенных воздушных потоков, контактирующих с продуктами разделения и непосредственно зависящих от перечисленных выше конструктивных факторов

В результате описанных в данной главе экспериментов выявлено определяющее влияние воздушных потоков на процесс разделения и качество конечного продукта Проведены аналитические исследования на основании эксперимента по взаимодействию воздушных потоков с конечными продуктами разделения Для этого получены распределения радиальных скоростей воздушных потоков в приемниках сахара и мелассы, из которых следует, что струя воздуха, выходящая из межтарелочного пространства ротора, движется к периферии приемника сахара, соприкасается с окружающими слоями воздуха и смешивается с ними, при этом скорость ее уменьшается Наиболее интенсивное смешение, а следовательно, падение скорости, происходит вблизи ротора

Пристенные воздушные потоки движутся в противотоке со струей воздуха, то есть перемещаются в направлении ротора, захватывая с собой кристаллы сахара При расстоянии между тарелками Ъ0 — Ю"3 м, соответствующем расходу воздушного потока через ротор Ов=8,28 102 м3/с, полностью откры-

той распределительной трубке 1 зона воздействия воздушного потока на кристалл среднего размера Л/х—З Ю^м составляет 2,3 см То есть все кристаллы размером меньше среднего, находящиеся на расстоянии не более 2,3 см от ротора, перемещаются воздушным потоком в осевом направлении и могут попасть в приемник мелассы

Расход воздушного потока в пристенном пограничном слое возрастает также за счет разности давлений в приемниках сахара и мелассы При полностью закрытом горловом отверстии 2 в крышке приемника сахара разность давлений в приемниках сахара и мелассы по опытным данным равна 1000 Па При таком перепаде давлений расход воздуха через зазор 7 шириной <5=3 10"4 м составляет 0\/с=О,15м3/с Следовательно, расход воздуха через пристенный пограничный слой возрастает Скорость воздушного потока в пограничном слое также возрастает, что приводит к более интенсивному воздействию его на мелассу, попадающую на стенки приемника

6

1

2

16 12 8 4

□ 5 а о"--—____ □ в □ ____ о □ о

25

50, 75 а]

1 10 8

z

1 о/ 6

—К--О <г 4

----о с — р о 7

05 10 15 20 25 30 Ь„ 101 м 61

05 10 15 „20 25 30 Ь0 51

о\

\ X ° /

о ^о^ 2- У

\ й

\ ,

О о _о____

2 4 , 6 в 10 /„ 10' н гI

Рис 29 — а), в), г) — зависимости влажности молочного сахара См от площади сечения горлового сечения Б, размера межтарелочного зазора Ь0, размера отбортовки нижней тарелки /0„ б) - зависимость объема потерь сахара с мелассой Мс от размера межтарелочного зазора Ь0 при производительности по кристаллизату \ — Qк~ 500кг/ч, 2 - 2л:= ЗООкг/ч, 3 - Q^c= 150кг/ч

При открытии горлового отверстия в крышке перепад давлений в приемниках уменьшается до рмс= 100 Па, тогда 0мс=0,046 м3/с, что почти в 4 раза

меньше, чем при закрытом горловом отверстии Поскольку интенсивность воздушного потока снижается, уменьшается количество мелассы, забрасываемой в приемник сахара, а следовательно и влажность сахара Этим объясняется уменьшение влажности сахара при открытии горлового отверстия (рис 30а) На основании изложенного указаны пути устранения заброса мелассы в приемник сахара

-уменьшение зазора между ротором и вставками,

-выравнивание давлений в приемниках,

-отвод мелассы на расстояние, максимально удаленное от горловины конических вставок

Разработана методика ориентировочного инженерного расчета промышленного образца инерционно -адгезионной центрифуги, с использованием результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований Проведен расчет и обоснование конструкции инерционно -адгезионной центрифуги производительностью 500 кг/ч по кристаллизату с наименованием «сепаратор пороговый А1-0СЗ»

С целью повышения фактора разделения центрифуги, радиус ротора увеличен до 500 мм Для этого предусмотрена тарелка новой конструкции, соединение порогов в которой осуществляется специальными дугообразными перемычками Такая форма перемычек увеличивает гибкость конструкции и переносит центры концентрации напряжений с перемычек на пороги, обладающие большей прочностью Для устранения встречных воздушных потоков через первый и второй ряды отверстий предусмотрены кольцевые перегородки, ликвидирующие доступ воздуха в ротор Зазор между ротором и стенками приемников уменьшен до 1 мм с целью ликвидации взаимопроникновения разделенных фракций Для более равномерного использования порогов предусмотрены специальные распределительные тарелки, обеспечивающие одновременную подачу кристаллизата на первые четыре порога

В результате проведенных исследований и усовершенствования конструкции центрифуги при разделении кристаллизата, отличающегося по своим показателям от нормативных (содержание сухих веществ до 75%, средний размер кристалла (1,5 2) 10"4 м) получен малый отход кристаллов с мелассой (0,6 вместо 4 5% на Я7-ОПС) при высоком качестве конечного продукта При этом производительность центрифуги повышена с 250 300 кг/ч до 450 500 кг/ч

Рис 30 - Результаты экспериментальных и расчетных данных

Экспериментальные исследования кристаллизатора с воздушным охлаждением Одним из узких мест в производстве молочного сахара традиционным способом является процесс кристаллизации В промышленных кристаллизаторах с механическим перемешиванием и охлаждением путем подачи хладоносителя в рубашку или в мешалку процесс кристаллизации осложняется инкрустацией поверхности теплообмена кристаллами молочного сахара, что в дальнейшем отрицательно влияет на качество и выход конечного продукта Одним из путей решения этой проблемы является замена водяного охлаждения на воздушное, которое осуществляется непосредственным барботи-рованием холодного воздуха в кристаплизат, что способствует интенсификации процесса кристаллизации лактозы Эксперименты показали, что для увеличения среднего размера кристаллов в кристаллизате целесообразно применить кратковременное нагревание кристаллизата с последующим барботаж-ным воздушным охлаждением Кристаллизация лактозы в кристаллизаторах с барботажным воздушным охлаждением является значительно более эффективной, чем в традиционных кристаллизаторах с охлаждением через стенку и механическим перемешиванием

Барботажный кристаллизатор состоит из двух колонн Внутри колонн расположены барботеры, представляющие собой перфорированные цилиндрические вставки, через которые подается холодный воздух с температурой О 10°С и горячий воздух с температурой 50 70°С соответственно Для получения теплого и холодного воздуха используется воздушная вихревая труба Ранка-Хильша Кристаплизат, увлекаемый потоком барботируемого воздуха, циркулирует, перемещаясь из одной колонны в другую

Применение аппарата данной конструкции позволит интенсифицировать процесс перемешивания и роста кристаллов за счет растворения мелких кристаллов и получить крупные, однородные по размеру и качеству кристаллы

При изучении процесса теплопередачи в кристаллизаторе с барботажным воздушным охлаждением в качестве модельной жидкости использовалась вода с начальной температурой 65°С Подача воздуха сопровождалась выходом отдельных воздушных пузырьков из отверстий барботера Теплообмен между воздухом и водой происходил во время подъема пузырьков Для определения площади поверхности теплообмена между воздухом и жидкостью в колонне барботажного кристаллизатора были сделаны фотографии процесса барботи-рования воздуха в воду Ориентировочно форма пузырька принималась сферической Как показало фотографирование, размеры пузырьков колеблются в больших пределах Это объясняется тем, что при выходе пузырьков из отверстия происходит их слияние, затем крупный пузырь, двигаясь по спиралеобразной траектории и ударяясь о стенку колонны, разбивается на более мелкие пузырьки, размер которых приближается к размеру выходного отверстия барботера <1 = 5 мм

Результаты расчетов физических параметров воздуха, охлаждающего и нагревающего кристаплизат в соответствующих колонках, представлены в таблице 5

Таблица 5 - Результаты расчетов основных характеристик воздуха в колонках кристаллизатора___

Параметры 1 серия опытов 2 серия опытов

«Холодная» колонка «Горячая» колонка «Холодная» колонка «Горячая» колонка

Расход воздухах 104, м3/с 0,82 1,43 1,18 0,89

Объем воздуха в кристаллизаторе, Уу- 104, м3 2,05 3,58 2,95 2,23

Воздушные пузырьки количество, п 2090 3652 2005 2277

поверхность теплообмена, м2 0,163 0,287 0,157 0,178

Уравнение теплового баланса барботажного кристаллизатора включает в себя теплопритоки от холодного, горячего и окружающего воздуха и от парообразования

да«.=да. + да. + да. + да„„, 02)

где А О,„„!,,, — суммарный теплоприток к воде, А()х „ - теплоприток от холодного воздуха, А£>гв — теплоприток от горячего воздуха, Д<2ов. — теплоприток от окружающего воздуха, AQ,„P — теплоприток от парообразования

График теоретического изменения температуры воды при воздушном охлаждении представлен на рис 30 Предложенная нами методика расчета кристаллизатора с барботажным воздушным охлаждением показала хорошие совпадения с экспериментальными данными и может быть использована для расчета тепловых потерь Особенностью кристаллизации в барботажном кристаллизаторе является большая скорость перемешивания кристаллизата, которая зависит от скорости движения пузырьков воздуха Центры кристаллизации образуются на границе раздела фаз, на холодной поверхности В данном случае холодную поверхность образуют пузырьки холодного воздуха Отбор проб из «горячей» и «холодной» колонок показал, что подача холодного воздуха интенсифицирует процесс кристаллизации, а горячий способствует растворению мелких кристаллов, увеличивая насыщение обедненного холодного кристаллизата, попавшего из «холодной» колонки в «горячую» В «горячей» колонке полностью растворяются мелкие кристаллы и подрастворяются крупные Таким образом, совершенствование конструктивного оформления процесса кристаллизации целесообразно проводить в направлении интенсификации барботажного воздушного охлаждения с сопутствующим ему подогревом кристаллизата

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Проведен гидродинамический анализ гипотез гомогенизации, который показал, что классический подход (с позиций градиентного воздействия потока на жировые шарики) не дает исчерпывающего представления об этом процессе по гипотезе Ребиндера-Виттинга диспергированию могут подвергаться 53% жировых шариков, по гипотезе Суркова 44%, по гипотезе Барановского угол входа продукта в клапанную щель, обеспечивающий разрушение среднего жирового шарика, составляет 68,2°

2 Предложена математическая модель процесса конгломерации жировых частиц молока в гравитационном поле, на основании которой установлено, что скорость отстоя жира зависит от распределения жировых шариков в объеме продукта, от неравномерности распределения их по размерам, вязкости продукта Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что причиной отсутствия зависимости времени образования сливочного слоя от высоты сосуда является процесс конгломерации жировых частиц молока в гравитационном поле

3 Разработана математическая модель жидкостного потока, основанная на гипотезе дискретности жидкой фазы, на базе которой создана модель жидкостного потока в межклапанном пространстве гомогенизатора, получены поля скоростей и давлений, а также теоретически доказано установленное ранее экспериментальным путем наличие зон сверхнизких давлений Выведены теоретические закономерности формирования волновой структуры потока при истечении из сверхзвукового сопла, что хорошо согласуется с известными экспериментальными данными, получены поля давлений, скоростей, температур, плотностей потока

4 Разработана математическая модель жидкостного потока вихревой гомогенизирующей головки, в основу которой положена теория винтовых потоков, получены теоретические зависимости гидродинамических параметров окружной, радиальной и осевой скоростей потока и давлений от конструктивных и эксплуатационных параметров, построены эпюры распределения скоростей и давлений, установлено, что в центральной части вихревой камеры имеют место зоны высоких скоростей и низких давлений

5 Выдвинута гипотеза низкотемпературной кавитационной гомогенизации, указывающая на единую природу явлений, вызывающих гомогенизацию и эрозионное разрушение поверхности в зоне субкавитации

6 Разработана конструкция и обоснована методика инженерного расчета вихревой гомогенизирующей головки, на базе которой скомплектована лабораторная установка производительностью 500 кг/ч, экспериментальным путем установлены оптимальные конструктивные параметры, а также оптимальные технологические режимы работы вихревой гомогенизирующей головки

7 Спроектирован вихревой гомогенизатор производительностью 5000 л/ч, на котором проведены производственные испытания в линии производства кисломолочных напитков, в результате которых установлено, что при по-

требляемой мощности 19 кВт и давлении гомогенизации 12,5 МПа средний размер жирового шарика составляет 1,05 мкм

8 Предложена математическая модель движения открытого тонкослойного осесимметричного потока кристаллизата молочного сахара по конической поверхности тарелки инерционно-адгезионной центрифуги в бикониче-ской системе координат, связанной с тарелкой, получены распределения меридиональных и угловых скоростей, найдена зависимость толщины слоя потока от расхода, числа оборотов и конструктивных параметров ротора и физических параметров кристаллизата, установлено, что отделение кристаллов от мелассы происходит при движении кристалла по разделительной тарелке, при этом степень погружения кристалла в жидкость снижается до 20% от размера среднего кристалла

9 Предложена математическая модель струйного потока на пороге и от-бортовке рабочей тарелки инерционно-адгезионной центрифуги с учетом сил поверхностного натяжения и краевого угла смачиваемости поверхности в криволинейной параболической системе координат, жестко связанной с вращающейся поверхностью порога, получены гидродинамические параметры и уравнение свободной поверхности струи, установлено, что существует опасность перехода потока в режим неустойчивого течения с каплеобразованием и отрывом струи

10 Предложена математическая модель процесса движения кристалла молочного сахара в тонкослойном потоке в поле действия массовых сил и получены гидродинамические параметры поджатой части потока, на основании чего выведена зависимость скорости движения кристалла от угла наклона плоскости, массы кристалла, расхода жидкости и ее вязкости Получено экспериментальное подтверждение предложенной зависимости

11 Разработана методика инженерного расчета инерционно-адгезионной центрифуги для молочного сахара, положенная в основу проектирования опытно-промышленного образца А1-0СЗ производительностью 500 кг/ч по кристаллизату, который на межведомственных испытаниях показал высокое качество разделения кристаллизата

12 Произведен учет гидродинамического фактора в процессе кристаллизации лактозы, предложены математические модели, в основу которых положены гипотезы «описанного объема» и «диффузионного слоя», в результате получены зависимости скорости роста кристалла от его линейного размера, плотности, вязкости, степени пересыщения раствора и линейного размера кристалла, что согласуется с известными экспериментальными данными

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Монография

1 Фиалкова Е А Гомогенизация Новый взгляд Монография - справочник - СПб ГИОРД, 2006 - 392 с

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК

2 Фиалкова Е А , Куленко В Г Петрачков Б В К вопросу о вихревой гомогенизации // Актуальные проблемы техники и техноюгии переработки молока Сборник научных трудов Вып 3 - Барнаул, 2006 - С 219-221

3 Фиалкова Е А Гидро- и термодинамика вихревой гомогенизирующей головки7/Сб научных трудов «Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока» Вып 3 - Барнаул, 2006 -С 208-212

4 Фиалкова Е А, Куленко В Г, Качалова Е А Экспериментальный кристаллизатор с воздушным охлаждением и подогревом // Фундаментальные исследования - 2006 - №7 -С 22-23

5 Фиалкова Е А , Куленко В Г, Качалова Е А Обобщенная диффузионная теория кристаллизации лактозы из пересыщенных растворов // Фундаментальные исследования -2006 - №7 - С 23-24

6 Фиалкова Е А , Куленко В Г , Качалова Е А Кристаллизация молочного сахара в барботажной установке//Молочная промышленность -2006 — №6 - С 55-57

7 Фиалкова Е А Гидродинамические аспекты гипотезы Н В Барановского// Ползу-новский альманах -2006 -№2 - С 156-159

8 Фиалкова Е А О парадоксах клапанных и роторных гомогенизаторов // Вестник Сев-Кав ГТУ -2006 -№3(7) - С 85-90

Материалы научных трудов институтов

9 Куленко В Г , Фиалкова Е А , Шилер Г Г Движение жидкости по таречке пороговой центрифуги для молочного сахара//Труды ВНИИМС -Вып 26 -Ярославль, 1978 -С 28-33

10 Куленко В Г, Фиалкова Е А , Шиллер Г Г Изучение движения кристалла в тонкослойном потоке в целях усовершенствования пороговой центрифуги для молочного сахара//Труды ВНИИМС -Вып 26 - Ярославль, 1978 - С 24-28

11 Фиалкова Е А , Куленко В Г Математическое описание процесса конгломерации жировых частиц молока в гравитационном почс // Труды ВМИ - т369 - Ленинград-Вологда, 1979 - С 7-12

12 Фиалкова ЕА, Куленко В Г, Голубенцева И К Критерии подобия, характеризующие отрыв кристалла молочного сахара, движущегося по поверхности тарелки пороговой цетрифуги//Труды ВМИ -т 410 - Ленинград-Вологда, 1981 -С 57-62

13 Фиалкова Е А , Куленко В Г Влияние воздушной среды на форму свободной поверхности струи на конической тарелке инерционно-адгезионной центрифуги // Труды ВМИ -т 410 - Ленинград-Вологда, 1981 -С 52-57

14 Фиалкова Е А , Куленко В Г Движение открытого потока кристаллизата при равномерном поступлении его на коническую тарелку пороговой центрифуги // Труды ВМИ -т 410 - Ленинград-Вологда, 1981 -С 48-53

15 Фиалкова Е А , Сурков В Д Поведение жидкости на периферии и отбортовках та-ретки пороговой центрифуги // Труды ВМИ - т 771 - Ленинград-Вологда, 1984 -С 59-64

16 Фиалкова ЕА Фналков АН, Куленко В Г Экспериментальные исследования влияния некоторых конструктивных параметров на воздушные потоки в пороговой центрифуге //Труды ВМИ -т 771, Ленинград-Вологда, 1984 -С 64-68

17 Фиалкова ЕА, Куленко В Г Сравнительная оценка разделяющей способности инерционно-адгезионных центрифуг // Повышение качества молочных продуктов путем совершенствования технологии и методов оценки продукции Труды ВМИ - Вологда, 1987 - С 74-78

18 Фиалкова Е А Обобщенная гипотеза дискретности жидкой фазы //Научные и практические аспекты совершенствования традиционных и разработки новых технологий молочных продуктов Сборник научных трудов ВГМХА - Вологда, 2001 -С 32-59

19 Фиапкова Е А, Куленко В Г, Петрачков Б В Пути преодоления парадоксов гидродинамики в процессах и аппаратах молочной промышленности // Сб трудов к SO-летию со дня рождения Н Н Липатова -М,2003 - С 123-125

20 Фиапкова Е А, Куленко В Г, Петрачков Б В Гидродинамические аспекты гипотезы Ребиндера и Виттига // Новые технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции - Вологда-Молочное ИЦ ВГМХА, 2005 - С 47-52

21 Петрачков Б В , Фиапкова Е А , Куленко В Г Распределение скоростей и давлений в плоской клапанной шели гомогенизатора // Эффективные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции - Вологда-Молочное ВГМХА, 2004 -С 181-188

22 Никифоров Д В , Фиалкова Е А, Куленко В Г, Костюков Е М Исследование теплообмена в кристаллизаторе с барботированием воздуха // Эффективные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции Сборник научных трудов ВГМХА - Вологда, 2004 - С 142-147

23 Фиалкова Е А , Куленко В Г , Качалова Е А Экспериментальный барботажный кристаллизатор //Наука - производству Инженерные науки Сборник трудов ВГМХА, посвященный 95-летию академии - Том 2 - Вологда-Молочное ИЦ ВГМХА, 2006 -С 127-130

24 Фиалкова Е А , Куленко В Г, Качалова Е А Термодинамические испытания кристаллизатора с воздушным охлаждением //Наука - производству Инженерные науки Сборник трудов ВГМХА, посвященный 95-летию академии - Том 2 - Вологда-Молочное ИЦ ВГМХА, 2006 -С 130-135

Материалы конференций, симпозиумов, конгрессов, форумов

25 Куленко В Г, Фиалкова Е А Моделирование процесса разделения суспензий на пороговой центрифуге // Тезисы докладов I областной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов - Вологда, 1980 -С 80

26 Фиалкова Е А, Куленко В Г Методика инженерного расчета ротора пороговой центрифуги // Тезисы докладов I областной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов - Вологда, 1980 - С 81

27 Фиалкова ЕА, Куленко В Г К вопросу о повышении эффективности вакуум-выпарных установок // Тезисы докладов VIII Всесоюзной научно-технической конференции -Каунас, 1980 - С 52

28 Фиалкова Е А , Куленко В Г , Шиллер Г Г Эффективность разделения кристапли-зата молочного сахара на пороговой центрифуге //Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции - Ставрополь, 1981 -С 67-68

29 Фиалкова Е А Поточное промывочное устройство для молочного сахара // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции -Ставрополь, 1981 -С 68-69

30 Фиалкова Е А, Куленко В Г Оптимизация конструктивных параметров инерционно-адгезионной центрифуги // Тезисы докладов II областной научно-технической конференции -Вологда, 1982 - С 35

31 Фиалкова Е А , Куленко В Г Совершенствование способа очистки молочного сахара//Тезисы докладов II областной научно-технической конференции -Вологда, 1982 -С 36

32 Фиапкова Е А , Куленко В Г К вопросу о движении тонкослойного потока вязкой жидкости в роторе инерционно-адгезионной центрифуги // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции - Каунас, 1983 - С 59

33 Фиалкова Е А , Сурков В Д О вопновом характере движения кристаллизата молочного сахара на разделительной тарелке пороговой центрифуги // Основные направления рационального использования обезжиренного молока, пахты и сыворотки Тезисы докладов VI Всесоюзной научно-технической конференции -Ставрополь, 1983 -С 53

34 Фиалкова Е А Теоретические исследования внутрироторных потоков с целью оптимизации основных конструкторских параметров инерционно-адгезионной центрифуги для разделения кристаллизата молочного сахара // Тезисы докладов II областной научно-технической конференции -Вологда, 1985 -С 46

35 Фиалкова Е А, Куленко В Г Совершенствование процесса центрифугального разделения кисталлизата молочного сахара // Разработка и совершенствование техники и машин для производства, хранения и транспортировки продуктов питания Тезисы докладов Всесоюзной конференции - М, 1987 -С 37-38

36 Фиалкова Е А, Куленко В Г, Бутырина Г В , Золотова Е С Пути повышения эффективности работы вакуум-выпарных установок // Тезисы докладов III Всесоюзной научно-технической конференции - М , 1988 - С 69

37 Фиалкова Е А, Куленко В Г О повышении эффективности центрифуги для молочного сахара // Тезисы докладов 111 Всесоюзной научно-технической конференции - М , 1988 - С 57

38 Фиалкова Е А, Петрачков Б В Математическая модель межклапанного потока в гомогенизаторе // Современные достижения биотехнологии Материалы 2-ой Всероссийской научно-технической конференции - т 3 - Ставрополь, 2002 - С 73-75

39 Фиалкова Е А, Куленко В Г, Петрачков Б В Обобщенная гипотеза дискретности жидкой фазы в процессах и аппаратах молочной промышленности II Биотехнология состояние и перспективы развития Тезисы докладов II Московского международного конгресса - М, 2003 - С 127-128

40 Фиалкова Е А , Куленко В Г , Петрачков Б В Винтовые потоки в вихревых гомогенизаторах // Вузовская наука - региону Материалы третьей всероссийской научно-технической конференции -т1 -Вологда ВоГТУ,2005-С 315-321

41 Фиалкова Е А Теоретические и экспериментальные исследования субкавитаци-онной гомогенизации в вихревых гомогенизаторах // Липатовские чтения - М, 2005 -С 35

42 Фиалкова Е А Вихревой гомогенизатор // Пути повышения эффективности молочных продуктов Материалы Всероссийской научно-практической конференции - Адлер, 2005 -С 128-130

43 Фиалкова Е А, Куленко В Г , Костюков Е М, Качалова Е А Теория роста кристаллов молочного сахара в зависимости от их размера // Современные направления переработки сыворотки Сборник материалов международного научно-практического семинара - М НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности», 2006 - С 57-58

Патенты и заявки на выдачу патентов

44 Патент РФ, МКИ А 01 J 11/16, В 01 F 3/08 Устройство для гомогенизации / Фиалкова Е А , Куленко В Г, Топал О И , Петрачков Б В. (РФ) №2246824, заявлено 08 июля 2003 г , опубликовано 27 февраля 2005 г

45 Положительное решение №2005122619/13(025486) Способ гомогенизации и устройство для его осуществления/ Фиалкова Е А , Куленко В Г, Куленко В А , заявлено 19 07 2005

46 Положительное решение № 2005114242/13(016336) Устройство для кристаллизации лактозы/ Фиалкова Е А , Куленко В Г , Топал О И , Липатов Н Н , Качалова Е А , заявлено 11 05 2005

Заказ № 118 —Р Тираж 100 экз Подписано в печать 20 04 2007 г ИЦ ВГМХА 160555, г Вологда, п Молочное, ул Емельянова,!

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ ГОМОГЕНИЗАЦИОННЫХ ГИПОТЕЗ ГРАДИЕНТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ЖИРОВЫХ ШАРИКОВ МОЛОКА

1.1. Пути развития и совершенствования процесса гомогенизации 9 эмульсий и его аппаратурного оформления

1.2. Теоретический анализ гипотез разрушающего действия 15 поперечного градиента скорости потока (Ребиндера, Виттинга и Суркова) с позиций фундаментальной гидродинамики

1.3. Гипотеза разрушающего действия продольного градиента 22 скорости потока (Барановского)

1.4. Анализ проблем и задачи исследований

Глава 2. МЕЖФАЗНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В МОЛОЧНЫХ

ЭМУЛЬСИЯХ ТИПА «ЖИР В ВОДЕ» С СОПУТСТВУЮЩИМ ИЗМЕНЕНИЕМ СОСТОЯНИЯ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ

2.1. Физические свойства дисперсной фазы (жировых шариков) и 36 дисперсионной среды (плазмы) молока как эмульсии

2.2. Процесс конгломерации жировых частиц молока в 41 гравитационном поле

2.3. Механические нагрузки на жировой шарик

2.4. Сравнительный анализ гипотез градиентного разрушения 46 жировых шариков молока в процессе гомогенизации

Глава 3. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ 58 ТЕОРИИ В ПРОЦЕССАХ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

3.1. Парадоксы гидродинамики и процесс гомогенизации

3.2. Внутрижидкостные взаимодействия с позиций обобщенной 65 гипотезы дискретности жидкой фазы

3.3. Сверхзвуковое истечение из сопла

3.4. Распределение скоростей и давлений жидкостного потока в 97 плоской щели клапанного гомогенизатора

3.5. Теория вихревых гомогенизаторов

3.5.1. Конструкции и технические показатели известных вихревых 106 гомогенизирующих устройств

3.5.2. Вихревая труба

3.5.3. Винтовые потоки в вихревой гомогенизирующей головке

3.6. Гипотеза субкавитационной гомогенизации

Глава 4. ВИХРЕВАЯ ГОМОГЕНИЗАЦИЯ

4.1. Экспериментальный гомогенизатор с возвратом 138 недогомогенизированного продукта

4.2. Результаты экспериментальных исследований

4.2.1. Исследование влияния диаметра вихревой камеры на 156 эффективность гомогенизации

4.2.2. Исследование влияния диаметра диафрагмы выхода 161 гомогенизированного молока на эффективность гомогенизации

4.2.3. Зависимость эффективности гомогенизации от положения 165 диафрагмы выхода гомогенизированного молока

4.2.4. Исследование влияния диаметра входного сопла, температуры 167 и давления на эффективность гомогенизации

4.2.5. Модульные смеси 172 4.3 Промышленный гомогенизатор

Глава 5. ГИПОТЕЗА НЕПРЕРЫВНОСТИ ЖИДКОЙ ФАЗЫ В

ГИДРОДИНАМИКЕ ЛАМИНАРНЫХ ТОНКОСЛОЙНЫХ ПОТОКОВ В ПРОЦЕССЕ ТОНКОСЛОЙНОГО ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ

5.1. Гидродинамика процесса тонкослойного центрифугирования на рабочей тарелке инерционно-адгезионной центрифуги

5.2. Гидродинамика процесса тонкослойного центрифугирования на разделительном пороге инерционно-адгезионной центрифуги

5.2.1. Введение параболической системы координат для порога и отбортовки рабочей тарелки

5.2.2. Моделирование периферийной части рабочей поверхности тарелки вблизи кромки порога в параболической системе 207 координат

5.2.3. Определение формы свободной поверхности жидкостного 210 потока на рабочей поверхности тарелки с учетом сил поверхностного натяжения

Глава 6. МЕЖФАЗНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СУСПЕНЗИЯХ С ПОЗИЦИЙ КЛАССИЧЕСКОЙ ГИДРОДИНАМИКИ С ИЗМЕНЕНИЕМ И БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗ

6.1. Теория процесса кристаллизации лактозы

6.2. Гидродинамика тонкослойного потока в процессе движения 245 кристалла в поле действия массовых сил.

Глава 7. АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЙ КОНСТРУКТИВНОГО

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ КЛАССИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ГИДРОДИНАМИКЕ СООТВЕТСТВУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ

7.1. Экспериментальные исследования инерционно-адгезионной 249 центрифуги

7.2. Методика ориентировочного инженерного расчета промышленного образца инерционно-адгезионной центрифуги производительностью 500 кг/ч

7.3. Расчет и обоснование конструкции промышленного образца

7.4. Экспериментальные исследования кристаллизатора с воздушным охлаждением

ВЫВОДЫ

Одним из наиболее важных направлений приоритетного национального проекта «Развитие АПК» является разработка технологий нового поколения, в основу которых заложено высокое качество получаемой продукции, экологическая безопасность, конкурентоспособность на мировом рынке и энергосбережение [1, 2]. Стремление повысить эффективность производства неизбежно приводит к поиску новых технологий, разработке принципиально нового высокопроизводительного и ресурсосберегающего оборудования, фундаментальной базой развития которого является глубокое теоретическое изучение процессов обработки сырья.

Теоретическое моделирование процессов является наиболее перспективным способом поиска новых методов обработки сырья. Чем глубже изучаются явления, тем шире область применения результатов исследований. Именно глубиной теоретических исследований определяется уровень совершенства процессов и точность выбора направления в создании новых методов обработки сырья. Глубокие теоретические исследования позволяют обобщить уже накопленный опыт, объяснить парадоксальные явления и открывают перспективные направления совершенствования процессов, а также могут быть широко использованы при теоретическом изучении большого класса аналогичных систем [3-8].

Анализ состояния структуры питания населения различных стран, в том числе России, показывает, что потребление молочных продуктов зависит от традиций, климата, объемов выработки, при этом приоритет всегда остается за питьевым молоком, потребление которого в мире возрастает наряду с потреблением кисломолочных и биологически ценных продуктов, в состав которых входит молочная сыворотка и ее производные [9-12].

В России за период с 1990 по 2000г. производство молока снизилось на 55% и хотя с 2000 года оно стабилизировалось, но все-таки остается на достаточно низком уровне и составляет на 2004 год 32 млн тонн. В такой ситуации особо актуальным становится вопрос переработки сыворотки, так как именно сыворотка является неоценимым резервом в увеличении выпуска молочных продуктов, повышении их качества, а также биологической и питательной ценности.

Конкурентоспособность продуктов зависит в первую очередь от их качества. Однако, для сырьевой базы молочной промышленности России характерны низкие качественные показатели сырого и высокий удельный вес несортового молока.

Немаловажную роль в улучшении вкусовых характеристик продуктов и их питательной ценности играет гомогенизация, которая повышает однородность их консистенции и усвояемость организмом. Улучшение вкуса продуктов связано с уменьшением размеров частиц дисперсных фаз и, соответственно, увеличением суммарной площади их поверхности в процессе гомогенизации. В результате интенсифицируется их воздействие на вкусовые рецепторы, что усиливает вкусовое восприятие. Не только диспергирование жира, но и белка при гомогенизации способствует улучшению консистенции цельномолочных и кисломолочных продуктов, а также повышает вкусовые свойства [13-16].

Специальной обработки, повышающей дисперсность, требуют новые продукты, в рецептурах которых используются немолочные белковые, жировые, минеральные и витаминные компоненты [17, 18]. Повышенная потребность в новых высококачественных легкоусвояемых поликомпонентных продуктах высокой биологической ценности связана в первую очередь с неблагоприятной экологией и высоким уровнем заболеваемости населения во всем мире. Особенно остро этот вопрос стоит в отношении продуктов детского питания, в частности, детей раннего возраста [19-44, 14, 16, 45].

По принятой в настоящее время классификации степени гомогенизации отличная степень гомогенизации соответствует среднему размеру частиц от 1 до 1,2 мкм, что выходит за пределы наилучшей усвояемости жира[2, 16, 45]. Именно такой размер частиц дают современные, повсеместно применяемые клапанные гомогенизаторы, что не обеспечивает наилучшей усвояемости жира. Таким образом, исследования, направленные на совершенствование процесса гомогенизации и его аппаратурного оформления приобретают особую актуальность в связи с необходимостью производства продуктов с высокой пищевой и биологической ценностью.

Гомогенизация позволяет сократить потери ценного молочного жира с потребительской тарой при транспортировке и хранении, уменьшая его отстой, решая тем самым проблему наиболее полного использования всех составных частей молока [13, 16]. Таким образом, вопрос интенсификации процесса и развития техники гомогенизации является весьма актуальным.

Как отмечал Н.Н. Липатов, с каждым годом растет внимание главенствующих стран к вопросам переработки сыворотки, в частности, производству молочного сахара, содержащего единственный углевод животного происхождения - лактозу, промышленное производство которой по традиционной технологии сводится к сгущению сыворотки, ее кристаллизации и центрифугальному отделению кристаллов молочного сахара с последующей их сушкой. Наиболее узким местом в производстве молочного сахара является процесс кристаллизации, обусловливающий продолжительность производственного цикла и процесс центрифугального отделения кристаллов молочного сахара, предопределяющий его качество.

Углубленный подход к внутрижидкостным и межфазным взаимодействиям в процессе гомогенизации, тонкослойного инерционно-адгезионного центрифугирования и кристаллизации, разработка на базе него новой обобщающей теории и создание на ее основе новых и более совершенных и экономичных машин и аппаратов, повышающих качество продукции, является актуальной задачей.

Целью исследований является развитие теории процессов переработки сырья в молочной промышленности на основе гидродинамического анализа внутрижидкостных и межфазных взаимодействий в эмульсиях и суспензиях и их практическая реализация в организации новых высокоэффективных процессов и создании высокопроизводительного и ресурсосберегающего оборудования.

выводы

1. Проведен гидродинамический анализ гипотез гомогенизации, который показал, что классический подход (с позиций градиентного воздействия потока на жировые шарики) не дает исчерпывающего представления об этом процессе: по гипотезе Ребиндера-Виттинга диспергированию могут подвергаться 53% жировых шариков; по гипотезе Суркова 44%; по гипотезе Барановского угол входа продукта в клапанную щель, обеспечивающий разрушение среднего жирового шарика, составляет 68,2°.

2. Предложена математическая модель процесса конгломерации жировых частиц молока в гравитационном поле, на основании которой установлено, что скорость отстоя жира зависит от распределения жировых шариков в объеме продукта, от неравномерности распределения их по размерам, вязкости продукта. Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что причиной отсутствия зависимости времени образования сливочного слоя от высоты сосуда является процесс конгломерации жировых частиц молока в гравитационном поле.

3. Разработана математическая модель жидкостного потока, основанная на гипотезе дискретности жидкой фазы, на базе которой создана модель жидкостного потока в межклапанном пространстве гомогенизатора, получены поля скоростей и давлений, а также теоретически доказано установленное ранее экспериментальным путем наличие зон сверхнизких давлений. Выведены теоретические закономерности формирования волновой структуры потока при истечении из сверхзвукового сопла, что хорошо согласуется с известными экспериментальными данными; получены поля давлений, скоростей, температур, плотностей потока.

4. Разработана математическая модель жидкостного потока вихревой гомогенизирующей головки, в основу которой положена теория винтовых потоков; получены теоретические зависимости гидродинамических параметров: окружной, радиальной и осевой скоростей потока и давлений от конструктивных и эксплуатационных параметров, построены эпюры распределения скоростей и давлений; установлено, что в центральной части вихревой камеры имеют место зоны высоких скоростей и низких давлений.

5. Выдвинута гипотеза низкотемпературной кавитационной гомогенизации, указывающая на единую природу явлений, вызывающих гомогенизацию и эрозионное разрушение поверхности в зоне субкавитации.

6. Разработана конструкция и обоснована методика инженерного расчета вихревой гомогенизирующей головки, на базе которой скомплектована лабораторная установка производительностью 500 кг/ч, экспериментальным путем установлены оптимальные конструктивные параметры, а также оптимальные технологические режимы работы вихревой гомогенизирующей головки.

7. Спроектирован вихревой гомогенизатор производительностью 5000 л/ч, на котором проведены производственные испытания в линии производства кисломолочных напитков, в результате которых установлено, что при потребляемой мощности 19 кВт и давлении гомогенизации 12,5 МПа средний размер жирового шарика составляет 1,05 мкм.

8. Предложена математическая модель движения открытого тонкослойного осесимметричного потока кристаллизата молочного сахара по конической поверхности тарелки инерционно-адгезионной центрифуги в биконической системе координат, связанной с тарелкой, получены распределения меридиональных и угловых скоростей, найдена зависимость толщины слоя потока от расхода, числа оборотов и конструктивных параметров ротора и физических параметров кристаллизата, установлено, что отделение кристаллов от мелассы происходит при движении кристалла по разделительной тарелке, при этом степень погружения кристалла в жидкость снижается до 20% от размера среднего кристалла.

9. Предложена математическая модель струйного потока на пороге и отбортовке рабочей тарелки инерционно-адгезионной центрифуги с учетом сил поверхностного натяжения и краевого угла смачиваемости поверхности в криволинейной параболической системе координат, жестко связанной с вращающейся поверхностью порога, получены гидродинамические параметры и уравнение свободной поверхности струи, установлено, что существует опасность перехода потока в режим неустойчивого течения с каплеобразованием и отрывом струи.

10. Предложена математическая модель процесса движения кристалла молочного сахара в тонкослойном потоке в поле действия массовых сил и получены гидродинамические параметры поджатой части потока, на основании чего выведена зависимость скорости движения кристалла от угла наклона плоскости, массы кристалла, расхода жидкости и ее вязкости. Получено экспериментальное подтверждение предложенной зависимости.

11. Разработана методика инженерного расчета инерционно-адгезионной центрифуги для молочного сахара, положенная в основу проектирования опытно-промышленного образца А1-0СЗ производительностью 500 кг/ч по кристаллизату, который на межведомственных испытаниях показал высокое качество разделения кристаллизата.

12. Произведен учет гидродинамического фактора в процессе кристаллизации лактозы; предложены математические модели, в основу которых положены гипотезы «описанного объема» и «диффузионного слоя», в результате получены зависимости скорости роста кристалла от его линейного размера, плотности, вязкости, степени пересыщения раствора и линейного размера кристалла, что согласуется с известными экспериментальными данными.

1. Сизенко Е.И. Стратегия научного обеспечения развития конкурентоспособного производства отечественных продуктов питания высокого качества. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2006. №1. - С. 7-9.

2. Пластинин С.А., Харитонов В.Д., Лабинов В.В., Незнанов Ю.А., Крикун Т.И, Молочная промышленность Российской Федерации в 2004 году. / Ежегодник «Молочная индустрия мира и Российской Федерации». Москва, 2005. - С. 6-8.

3. Бенедек П., Ласло А. Научные основы химической технологии. Л/. Химия, 1970. - 378 с.

4. Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности несжимаемой вязкой жидкости при больших числах Рейнольдса. // Докл. А.Н. СССР, 1941. -№4. С. 301.

5. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. - 744 с.

6. Выродов И.П. Об основных физических аспектах теории массообмена в двухфазных потоках. // Изв. Вузов. Пищевая технология, 1970. №3. - С. 132.

7. Выродов И.П. Математическое моделирование процессов пищевой технологии. // Изв. Вузов. Пищевая технология, 1997. №6. - С. 10-14.

8. Джакупов К.Б. О методах численного моделирования некоторых процессов гомогенных вязких сред на основе полных уравнений переноса. Автореф. дис. на соиск. учен. степ, д-ра физ.-мат. наук. // АН СССР Сиб. отделение института теплофизики, 1990. 32 с.

9. Пластинин С.А., Харитонов В.Д., Лабинов В.В., Незнанов Ю.А., Крикун Т.И. и др. Состояние молочной промышленности в мире и российской федерации. / Ежегодник Российского союза предприятий молочной отрасли, 2006. 92 с.

10. Абросимов М.А. Потребление молока и молочной продукции. // Молочная промышленность, 2006. -№ 1.-С. 11-13.

11. Сергеев В.Н. Пищевая индустрия России в конце XX века. // Молочная промышленность, 2000. № 2. - С. 3-8.

12. Фролов С.В., Арсеньева Т.П., Куцакова В.Е. Механизм гомогенизации применительно к молочно-растительным смесям. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2001. №8. - С. 11-14.

13. Мохсен З.М. Разработка новых критериев качества молока и молочных продуктов. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва, 1998. -137 с.

14. Барабанщиков Н.В. Качество молока и молочных продуктов. М.: Колос, 1980.-255 с.

15. Smuel J. Fomon. Nutrition of normal infants. Mosby, 1999. 476 c.

16. Юрченко Б.В. Повышение эффективности работы гомогенизирующих клапанов в молочных гомогенизаторах. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Одесса, 1991. - 182 с.

17. Карпов В.В. Гомогенизатор высокого давления для приготовления систем медикобиологического значения. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Пущено, 1996. - 248 с.

18. Шаззо Р.И. Современные аспекты совершенствования технологий комбинированных продуктов функционального назначения. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2004. №9. - С. 7-10.

19. Карпов В.В. Современное состояние вопроса гомогенизации эмульсий ПФУ. / Сб. н. тр. «Актуальные вопросы разработки и применения эмульсий перфтоуглеродов». Пущено: НИБИ АН СССР, 1990. - С. 35.

20. Липатов Н.Н., Сажинов Г.Ю., Башкиров О.И. Функциональные кисломолочные продукты для грудных детей. // Пищевая промышленность, 2001.-№8.-С. 30-31.

21. Урбшене JI.В. Разработка технологии маслоподобных продуктов на основе диспергирования концентрированных молочных эмульсий. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Каунас, 1991. - 214 с.

22. Харитонов В.Д., Павлова В.В., Писменская В.П. Исследования основных факторов, влияющих на формирование качественных показателей новых молочных продуктов сложного сырьевого состава. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2001. № 9. - С. 7-10.

23. Амбразевич Е. Научно-технические разработки для современной молочной индустрии. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2001. №4. - С. 7.

24. Сажинов Г.Ю., Липатов Н.Н., Башкиров О.И. Оценка качества продуктов детского питания. //Молочная промышленность, 2001. -№4. С. 31-32.

25. Семенова Е.А. Рынок молочных продуктов. // Пищевая промышленность, 2001.-№2.-с. 30-31.

26. Томсен М., Холстборг Д. Влияние давления гомогенизации и типа эмульгатора на смесь для мороженого. // Молочная промышленность, 2001. -№9.-С. 53-54.

27. Шатнюк Л.Н. Обогащение молочных продуктов микронутриентами. // Пищевая промышленность, 2001. №9. - С. 49-50.

28. Вайткус В.В. Гомогенизация молока. -М.: Пищевая промышленность, 1967. -215 с.

29. Огустин М.А. Ингридиенты для рекомбинированных молочных продуктов. // Молочная промышленность, 2001. № 10. - С .32-34.

30. Липатов Н.Н., Сажинов Г.Ю., Башкиров О.И. Совокупное качество технологических процессов молочной промышленности и количественные критерии его оценки. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2001. №4. - С. 33-34.

31. Грановкий В.Я. Новый гомогенизатор. // Молочная промышленность, 1999. -№Ц. с. 37-38.

32. Княжев В.А., Сизенко Е.И., Рогов И.А., Большаков О.В., Тутельян В.А. Концепция государственной политики в области здорового питания населения России на период до 2005 г. // Пищевая промышленность, 1998. №3. - С. 3-5.

33. Сажинов Г.Ю., Липатов Н.Н., Башкиров О.И. Формализованное представление технологической адекватности сырья для детского питания. // Пищевая промышленность, 2001. №5. - С. 57.

34. Алейников И.Н., Сергеева В.Н. Многофакторная технология обработки биосырья. // Пищевая промышленность, 2001. №58. - С. 28.

35. Малахов Н.Н., Плаксин Ю.М., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств. Орел.: Орловский государарственный технический университет, 2001.-687 с.

36. Нититмайонг А. Смешивание соевого и коровьего молока при производстве рекомбинированных продуктов. // Молочная промышленность, 2001. №8. - С. 36.

37. Савватива Л.Н. Экология человека и продукты питания. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2001. № 2. - С. 8-11.

38. Радионова Н.С. Развитие физико-химических и биотехнических основ производства функциональных молочных продуктов. Авт. на соискание ученой степени д.т.н. Воронеж, 2000. - 41 с.

39. Малинина И.Л., Мухин А.А. Практические аспекты технологий производства комбинированных молочных продуктов. // Пищевая промышленность, 2001. №2. - С. 22-23.

40. Медузов B.C., Бирюкова З.А., Иванова JI.H. Производство детских молочных продуктов. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1982. - 207 с.

41. Радионова Н.С., Глаголева Л.Э. К вопросу использования молочных продуктов в лечебно профилактическом питании. // Вопросы здравоохранения, 1998. - №3. - С. 32.

42. Крусь Г.Н., Чекулаева Л.Г. Гомогенизация молока (технология молочных продуктов). М.: Агропромиздат, 1988. - 60 с.

43. Барановский Н.В. Влияние гидравлических факторов на степень дисперсности жира при гомогенизации молока. Диссертация на соискание учёной степени к.т.н. Москва, 1955. - 182 с.

44. Ткаченко А.Н. Кавитационные техника и технологии. Киев.: Техника, 2001.-462 с.

45. Сурков В.Д. Закономерности гомогенизации в свете равновесия центробежных и поверхностных сил. / Сб. н. тр. МТИММПа, 1954. С. 85-92.

46. Степанов В.М. Исследование использования гидродинамических вибраторов для обработки молока при производстве кисломолочных продуктов. Диссертация на соискание учёной степени к.т.н. Воронеж, 1972. - 145 с.

47. Абрамзон A.M. Эмульсии Л.: Химия, 1972. - 490 с.

48. Селезнёв В.И. Исследование процесса гомогенизации и установление оптимального режима при изготовлении стерилизованных сливок. Диссертация ЛХМИ. Ленинград, 1949. - 156 с.

49. Rees L.H. Light Transmission as a Control Aid in Milk Processing. // American Milk Review, 1963.-№1.- P. 35-59.

50. Казлаускайте Э.П. Изучение эффективности диспергирования жира в гомогенизируемом молоке и сливках. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.- Каунас, 1980.- 168 с.

51. Орешина М.Н. Разработка импульсного гомогенизатора на основе исследований дробления жировых шариков молока. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Орел, 2001. - 136 с.

52. Phipps L.W. Mechanism of Oil Droplet Fragmentation in High Pressure Homogenizers. // Nature, 1971. № 29. - P. 617-619.

53. Фофанов Ю.С Исследование влияния механических колебаний на дисперсное состояние жировых шариков молока при сепарировании и гомогенизации. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва, 1966. - 190 с.

54. Ребиндер П.Ф. К теории образования эмульсий. // Коллоидный журнал, 1946. т. VIII. - №3. - С. 23-37.

55. Кук Г.А. Процессы и аппараты молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1973.- 766 с.

56. Бремер Г.И., Чесноков Г.П. Испытание гомогенизатора. Рукопись НИМИ, 1937.- 189 с.

57. Лапшин А.А., Сагындыков К.К. Гомогенизация молока. М.: ЦНИИТЭИ, 1968.-29 с.

58. А.С. СССР МКИ А 01 J 11/16. Гомогенизирующая головка / Меткин В.П., Маслов A.M., Зарембо В.Н. и Басов Ю.А. (СССР). №1159523 А; Заявлено 13.06.83; Опубликовано 07.06.85, Бюллетень №21 - 2 с.

59. Липатов Н.Н. Дробление жировых шариков при сепарировании. // Молочная промышленность, 1956. №7. - С. 30.

60. А.С. СССР МКИ А 01 J 11/16. Устройство для гомогенизации пищевых продуктов / Гиноян Р.В., Шилер Г.Г. и др. (СССР). №1374457 А1; Заявлено 21.05.85.

61. А.С. СССР МКИ А 01 J 11/16. Гомогенизирующая головка / Колодкин A.M., Щедушнов Е.В., Журавлёва З.И. и Колодкин Ю.А. (СССР). №1337007 А1; Заявлено 20.11.85; Опубликовано 15.09.87. Бюллетень №34 - 2 с.

62. Мухин А.А., Кузьмин Ю.Н., Гисин И.Б. Гомогенизаторы для молочной промышленности. -М.: Пищевая промышленность, 1976. 64 с.

63. Кацнельсон М.У., Мухин А.А. и др. Экспериментальные исследования характера распределения давления в гомогенизирующей головке с цилиндрическим клапаном. / Труды ВНИЭКИ ПРОДМАШа, 1981. С. 66.

64. Грановский В. Я., Филатов Ю. И. Сравнительная оценка диспергирующих устройств, применяемых в молочной промышленности. / Сб. н. тр. «Научное обеспечение молочной промышленности», 1999. С. 83-91.

65. Грановский В.Я. Сравнительная оценка диспергирующих устройств. // Молочная промышленность, 1999. №11. - С. 37-38.

66. Шурчкова Ю.А. Исследование охлаждения перегретой жидкости в вакууме. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. Киев, 1971. - 151 с.

67. Шурчкова Ю.А. Охлаждение перегретой жидкости в вакууме. Тепломассообмен в химической технологии. Киев: Наукова думка, 1967. - 46 с.

68. Долинский А.А., Шурчкова Ю.А., Буримский В.К. Исследование процесса эмульгирования при адиабатном вскипании многокомпонентных систем. // Молочная промышленность, 1986 г. №10. - С. 26-27.

69. Долинский А.А., Шурчкова Ю.А. Влияние некоторых параметров на диспергирование жировых шариков при адиабатном вскипании молока в вакууме. // Молочная промышленность, 2002. №2. - С. 55-56.

70. Долинский А.А., Шурчкова Ю.А., Басок Б.И. Экспериментальное исследование процесса вакуумной гомогенизации молока // Сб. н. тр. по материалам XI Всес. конф. «Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и с/х сырья». Москва, 1991. - С. 15-17.

71. Шурчкова Ю.А. Охлаждение перегретой жидкости в вакууме. Тепломассообмен в химической технилогии. Киев: Наукова думка, 1967. - 98 с.

72. Долинский А.А., Шурчкова Ю.А. Новая технология управления качеством молока. // Молочна промисловють, 2005. №6. - С. 10-12.

73. Шурчкова Ю. А. Адиабатическое вскипание. Практическое использование. Киев: Наукова думка, 1999. - 49 с.

74. Казлаускайте Э.П. Изучение эффективности диспергирования жира в гомогенизируемом молоке и сливках. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Каунас, 1980. - 168 с.

75. Иванов К.Ф., Нужин Е.В., Юрченко Б.В. О некоторых закономерностях многократной гомогенизации. // Известия ВУЗов. Пищевая технология, 1976. -№2.-С. 157-159.

76. Иванов К.Ф., Юрченко Б.В. Исследование отрывных течений повышения эффективности гомогенизации // Известия ВУЗов. Пищевая технология, 1980. -№1.-С. 114-115.

77. Иванов К.Ф., Юрченко Б.В., Жаров В.А. Использование турбулизаторов для повышения эффективности гомогенизации. / Сб. н. тр. По материалам межд. семинара Кишеневского с/х института. Гидравлика и гидротехника, 1975. Т. 150.-С. 57-59.

78. Иванов К.Ф., Юрченко Б.В. Нужин Е.В., Жаров В.А. Исследование характера движения жидкости в каналах гомогенизирующих клапанов. / Сб. н. тр. По материалам межд. семинара Кишеневского с/х института. Гидравлика и гидротехника, 1975. Т. 150. - С. 66-69.

79. Орешина М.Н., Малахов Н.Н., Голышкин JI.B. Механизм гомогенизации молока ультразвуковыми колебаниями / Сб. н. тр. I Международной научно-практической конференции «Проблемы здорового питания». Орел: ОрелГТУ, 1998.-С. 27-29.

80. Малахов Н.Н., Орешина М.Н. Исследование механизма дробления капель и совершенствование гомогенизаторов молока. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2000. №12. - С. 28-30.

81. Орешина М.Н. Совершенствование способов гомогенизации эмульсий // Сборник научных трудов. Выпуск 10 / Сб. н. тр. Воронежской государственной технологической академии. Воронеж, 2000. - С. 65-70.

82. Биркгоф Г. Гидродинамика. М.: Издательство Иностранной литературы, 1954 г.-180 с.

83. Сагындыков К.К. Исследование процесса гомогенизации молока на гидромеханической установке. Д.: Автореферат, 1969. - 23 с.

84. Сагындыков К.К. О параметрах гомогенизации молока на гидромеханической установке. // Известия вузов, 1968. №3. - С. 17-18.

85. Пирсол И. Кавитация. М.: Мир, 1975. - 95 с.

86. Патент РФ МКИ А 01 J 11/16, В 01 F 3/08. Устройство для гомогенизации жидкостей / Грановский В.Я. (РФ). №2138158; Заявлено 25.03.99; Опубликовано 27.03.99, Бюллетень №27 - 8 с.

87. А.С. СССР МКИ А 01 J 11/16. Центробежный диспергатор / С.Ю. Матиёшка, С.Ю. Гудавичус и В.В. Жидонис (СССР). №1390826 А2; Заявлено 20.01.86.

88. А.С. СССР МКИ А 01 J 11/16. Устройство для гомогенизации жидкостей /Г.А. Тэнспоэг, Л.Э. Вальдма, П.К. Калласс, Ю.Ю. Пирсо, В.В. Вайткус, С.Ю. Матиешка и Ю.Ю. Качерпос. (СССР). №957802 А1; Заявлено 18.12.80; Опубликовано 15.09.82, Бюллетень №34 - 4 с.

89. МартыновА.В., БродянскийВ.М. Что такое вихревая труба? М.: Энергия, 1976.- 152 с.

90. Фоминский Л.П. Как работает вихревой теплогенератор Потапова. -Черкассы: ОКО-Плюс, 2001. 112 с.

91. Сафонов В.А. О распределении молекул при криволинейном движении газа. / Сб. н. тр. по материалам III Всесоюзной научно-технической конференции «Вихревой эффект и его промышленное применение», 1982. С. 33-35.96. А.С. 2045715

92. Васильев О.Ф. Основы механики винтовых и циркуляционных потоков. -М.: Гос. энергетическое издательство, 1958. 142 с.

93. Громека И.С. Собрание сочинений. М.: Изд. АН СССР, 1952. 117с.

94. Beltrami Е. Considerazvoni idrodinamiche. // Rendiconti del Reale Istituto Lombardo di scienze e letters. Mailano, 1889.

95. Чубик И.А. Справочник по тепло-физическим характеристикам пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1996. - 184 с.

96. Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости М.: Технико-теоретическая литература, 1955. - 519 с.

97. Тарг С.М. Основные задачи теории ламинарных течений. JI.: Издательство «Технико-теоретической литературы», 1951. - 420 с.

98. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Петрачков Б.В. Гидродинамические аспекты гипотезы Ребиндера и Виттига. / Сб. н. тр. «Новые технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции». Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2005. - С. 47-52.

99. Фиалкова Е.А. Гидродинамические аспекты гипотезы Н.В. Барановского. // Ползуновский альманах, 2006. №2. - С. 156-159.

100. Писаренко А. и др. Курс коллоидной химии. Москва: Химия, 1969. - 345 с.

101. Iversen Е.К. The Importance of Homogenization to Ice Cream Quality. // Ice Cream Froz/Confect, 1971. № ю. - P. 58-59.

102. Reuter. Homogenisieren von Trinkmilch aus verfahrenstech-nischer Sicht. // Dtsch. Milchwirtschart, 1970. № 49. - P. 22-55.

103. Back W.D. Auswirkungen Turlenter Stromungtn auf das System Milch. // Milchwissenchaft, 1973. №28. - P. 628-636.

104. Phipps L.N. The Homogenization Process. // J. Dairy Res., 1969. №. 36. - P. 417426.

105. Karam H.J., Bellinger J.C. Deformation and Breaup of Liquid Droplets in a Simple Shear Field. // Ind. Eng. Chem. Fundamtntals, 1968. № 4. - P. 576-581.

106. Слезкин H.A. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М.: Технико-теоретическая литература, 1955. - 519 с.

107. Физическая энциклопедия. Том 2. М.: Советская энциклопедия, 1999. -703 с.

108. Loo С.С. and oth. Development of a High-efficincy Homogenizer Valve. // J. Dairy Sci, 1959. № 5. - P. 904-905.

109. Shinnar R. On the Behaviour of Liquid Dispersions in Mixing Vessels. // J. Fluid. Mech, 1961. -№10. P. 259-275.

110. Баранаев М.К. и др. О размере минимальных пульсаций в турбулентном потоке. / Сб. н. тр. Академии Наук СССР, 1949. Т. 66. - № 5. - С. 321-324.

111. Walstra P. Preliminary No te on the Mechanism of homogenization. // Nath. Milk Daiiy J., 1969. № 23. - P. 290-292.

112. Шерман Ф. Эмульсии. Д.: Изд. «Химия», 1972. - 490 с.

113. Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса. / Сб. н. тр. Академии Наук СССР. Новая серия. Механика, 1941. Т. 30. - №4. - С. 299-303.

114. Колмогоров А.Н. К вырождению изотропной турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости. / Сб. н. тр. Академии Наук СССР. Новая серия. Механика, 1941. Т. 31. - №6 - С. 538-541.

115. Колмогоров А.Н. Рассеяние энергии при локально изотропной турбулентности. / Сб. н. тр. Академии Наук СССР. Новая серия, 1951. Т. 32. -№1.- С. 16-21.

116. Колмогоров А.Н. О дроблении капель в турбулентном потоке. / Сб. н. тр. Академии Наук СССР, 1949. Т. 63. - №5. - с. 825-828.

117. Mulder Н., Walstra P. The Milk Fat Globule. England, 1974.

118. Эпштейн Л.А. Характеристики вентилируемых каверн и некоторые масштабные эффекты. Неустановившееся течение воды с большими скоростями. / Сб. н. тр. Международного симпозиума в Ленинграде, 1973. С. 15-18.

119. Kurzhals Н.А. Cavitation in homogenizer valves. / S.W. XlX-th International Daiiy Congress, 1974,- P. 195-196.

120. Prect D. Teorien uber die physikalischen Erscheinungen bei der Homogenisierung. //Kieler Milchwirts. Forschugs, 1973. -№1. P. 29-47.

121. Тепел А. Химия и физика молока и молочных продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1979. - 622 с.

122. Кинг Н. Оболочки жировых шариков молока. М.: Пищепромиздат, 1956. -184 с.

123. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 344 с.

124. Зайковский Я.С. Химия и физика молока и молочных продуктов. М.: Пищепромиздат, 1950. 189 с.

125. Белоусов А.П., Маймистова М.Г. Исследование процессов маслообразования при сбивании сливок. / Сб н. тр. ВНИМИ, 1938. С. 34-42.

126. Липатов Н.Н. Дробление жировых шариков при сепарировании. // Молочная промышленность, 1956. №7. - С. 30.

127. Белоусов А.П. Капиллярная активность вещества оболочки жирового шарика на границе вода-жир и структура оболочки. / Сб н. тр. ВНИМИ, 1939. -С. 17-22.

128. Глаголев Ю.Ф. Поверхностная энергия и ее значение при сбивании сливок в масло. / Сб. н. тр. ВМИ, 1967. Т. 55. - С. 3.

129. Сурков В., Баркан С., Репина Л. Структурные элементы молока и некоторых молочных продуктов в поле зрения электронного микроскопа. // Молочная промышленность, 1955. №4. - С. 34.

130. Оно С., Кондо С., Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. Москва, 1963.

131. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Л., 1967.

132. Владыкина Т.Ф. Гипотетическая модель структуры оболочки жирового шарика гомогенизированной молочной эмульсии. / Сб. н. тр. «Повышение эффективности использования НИОКР в новых условиях хозяйствования». -Каунас, 1988.- С. 202-203.

133. Рид Р., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1971. - 701 с.

134. Владыкина Т.Ф. Процессы, происходящие в молочной эмульсии в момент ее гомогенизации. / Сб. н. тр. «Повышение эффективности использования НИОКР в новых условиях хозяйствования». Каунас, 1988. - С. 207-208.

135. Янал Р., Благовец И. Измерение поверхностного натяжения молока. // Молочная промышленность, 1977. №4. - С. 44-46.

136. Guggenheim Е.А. Thermodynamics. Amsterdam, 1956. - 412 p.

137. Rees L.H. Light Transmission as a Control Aid in Milk Processing. // American Milk Review, 1963. -№1. -P. 35-59.

138. Phipps L.W. Mechanism of Oil Droplet Fragmentation inHigh Pressure Homogenizers. // Nature, 1971. -№ 29. P. 617-619.

139. Липатов H. H. Сепарирование в молочной промышленности. Москва, 1971.-254 с.

140. Бремер Г.И. Жидкостные сепараторы. Москва, 1957. - 132 с.

141. Грищенко Л.Д. Об агрегации жировых шариков в процессе сбивания сливок. // Молочная промышленность, I960. № 6. - С. 12-13.

142. Агиеико К.С. Влияние дестабилизации эмульсии жира в сливках на процесс сепарирования.//Изв. вузов СССР «Пищевая технология», 1966.-№1. С. 87.

143. Зайковская Я.С. Химия и физика молока к молочных продуктов. М.: Пищепромиздат, 1950 г. - 240 с.

144. Кинг Н. Оболочки жировых шариков молока. Москва, 1956. - 132 с.

145. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. Математическое описание процесса конгломерации жировых частиц молока в гравитационном поле // Сб. н. тр. ВМИ, 1979. Т. 369. - С. 7-12.

146. Rahn, Scharp. Physik der Milchwirtschaft, 1928. С. 71.

147. Fleischmann W. Zehrbuch der Milchwirtschaft, 1898.-C. 94.

148. Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Изд-во Академии Наук СССР, 1952.-537 с.

149. Биркгоф Г. Гидродинамика. М.: Изд-во Иностранной литературы, 1954. -180 с.155. А.С. 971211 СССР

150. Михалкина Г.С. и др. Пастеризация молока и сливок в суперкавитирующем аппарате роторно-пульсационного типа. // Молочная промышленность, 1999. №8. - С. 32-33.

151. Кухлинг X. Справочник по физике. М.: Мир, 1982. - 519 с.

152. Ван-Дайк М. Альбом течений жидкости и газа. М.: Мир, 1986. - 177 с.

153. А.С. СССР МКИ А 23 С 3/00. Способ консервирования жидкостей и устройство для его осуществления / Пилипенко В.В., Задонцев В.А., Манько И.К., Дрозд В.А. и Северин В.П. (СССР). -№1378107 А1; Заявлено 08.10.84.

154. Грановкий В. Я. Новый гомогенизатор // Молочная промышленность, 1999. -№11.-С. 37-38.

155. Гольдштик М.А., Штерн В.Н. Гидродинамическая устойчивость и турбулентность. Новосибирск: Наука, 1977. - 366 с.

156. Гольдштик М.А. Задача о смерче как пример несуществования решения уравнений Навье-Стокса при больших числах Рейнольдса. Автореф. дис. на соиск. уч. степ, канд физ.-мат наук. Ленинград, 1961. - 36 с.

157. J.C. Cooke On Pohlhausen's Method with Application to a Swirl Problem of Taylor. // Jas, 1952. v. 19. - №7. - P. 43.

158. Дикий Л.А. Гидродинамическая устойчивость и динамика атморсферы. Л.: Гидромедиздат, 1976. 108 с.

159. К.Н. Muller. Zur Theorie des Wirbelstrahles. ZAMM, 1958.

160. Гольдштик M.A. Вихревые потоки. Новосибирск: Наука, 1981. - 364 с.

161. Гольдштик М.А., Штерн В.Н., Яворский Н.И. Вязкие течения с парадоксальными свойствами. Новосибирск: Наука, 1989. - 336 с.

162. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969.- 183 с.

163. Наталевич А.С. Воздушные микротурбины. М.: Машиностроение, 1979. - 192 с.

164. Абросимов Б.Ф., Артамонов Н.А. Исследование взаимодействия противотока с периферийным потоком в вихревой трубе с винтовым закручивающим устройством. / Сб. н. тр. по материалам V Всесоюзной научно-технической конференции, 1988.-С. 189-191.

165. Сафонов В.А. О распределении молекул при криволинейном движении газа. / Сб. н. тр. по материалам III Всесоюзной научно-технической конференции, 1982. 442 с.

166. Рочино, Лэвен. Аналитическое исследование несжимаемого закрученного потока в неподвижных трубах. // Прикладная механика, 1969. №2. - с. 7-16.

167. Белоусов А.Н. Исследование влияния внутренней геометрической формы коротких вихревых камер на пульсационные характеристики вытекающих закрученных струй. / Сб. н. тр. по материалам V Всесоюзной научно-технической конференции, 1988.-С. 158-160.

168. Лейбович С. Распад вихря. М.: Мир, 1979. - 256 с.

169. Штым А.Н. Аэродинамика циклонно-вихревых камер. Владивосток: ДВУ, 1984. - 200 с.

170. Жигула В.А., Коваль В.П. Газодинамика закрученного потока. // Прикладная механика, 1975. Т.2. - № 9. - С. 65-72.

171. Волчков Э.П. Смульский И.И. Аэродинамика вихревой камеры со вдувом по боковой поверхности в зависимости от диаметра выхлопа и крутки. / Сб. н. тр. по материалам V Всесоюзной научно-технической конференции, 1988. С. 48-51.

172. Кабков В.Ф. Экспериментальное исследование течения воздуха в зазоре между двумя вращающимися дисками. / Сб. н. тр. Теплофизика и теплотехника. Киев: Наукова думка, 1974. - С. 57-61.

173. Buchheim, W.: Kieler Milchwirtschaftliehe Forschungsberichte, 1970.

174. Красильников В.А. Звуковые волны. М.: Гостехиздат, 1954. -439 с.

175. Дитякин Ю.Ф. Распыливание жидкостей. М.: Машиностроение, 1977. -207 с.

176. Фиалкова Е.А. Гомогенизация. Новый взгляд. Монография-справочник. СПб.: ГИОРД, 2006. 392 с.

177. Биркгоф Г. Гидродинамика. М.: Изд-во Иностранной литературы, 1954. -180 с.

178. Ольховский И.И. Курс теоретической механики для физиков. М.: Наука, 1970.-446 с.

179. Корн Г. Корн Т. Справочник по математике. М.: Физико-математическая литература, 1970. - 720 с.

180. Ферми Э. Квантовая механика. М.: Мир, 1968. - 366 с.

181. Фиалкова Е.А. Обобщённая гипотеза дискретности жидкой фазы. // Сб. н. тр. ВГМХА. Научные и практические аспекты совершенствования традиционных и разработки новых технологий молочных продуктов, 2001. С. 32-59.

182. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Петрачков Б.В. Пути преодоления парадоксов гидродинамики в процессах и аппаратах молочной промышленности. // Сб. трудов к 80-летию со дня рождения Н.Н. Липатова. -Москва, 2003.-С. 123-125.

183. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. К вопросу о повышении эффективности вакуум-выпарных установок. / Сб. н. тр. по материалам VIII Всесоюзной научно-технической конференции. Каунас, 1980.-С. 10-13.

184. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г, Бутырина Г.В., Золотова Е.С. Пути повышения эффективности работы вакуум-выпарных установок. / Сб. н. тр. по материалам III Всесоюзной научно-технической конференции. Москва, 1988. -С. 19-22

185. Дейч М. Е. Техническая гидродинамика. М-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1953. - 544 с.

186. Фиалкова Е.А. О парадоксах клапанных и роторных гомогенизаторов. // Вестник Сев.-Кав. ГТУ, 2006. №3(7). - С. 85-90.

187. Фиалкова Е.А., Петрачков Б.В. Математическая модель межклапанного потока в гомогенизаторе. / Сб. н. тр. по материалам II Всероссийской научно-технической конференции. Современные достижения биотехнологии. -Ставрополь, 2002. Т.З. - С. 73-75.

188. Юренев В.Н., Лебедев П.Д. Теплотехнический справочник. Том 1. М.: Энергия, 1975.-743 с.

189. Паспорт гомогенизатора А1-ОГ2М. Одесский механический завод, 1992. -71 с.

190. Кухлинг X. Справочник по физике. М.: Мир, 1982. 519 с.

191. А.С. СССР МКИ А 23 С 3/00. Способ консервирования жидкостей и устройство для его осуществления / В.В. Пилипенко, В.А. Задонцев, И.К. Манько, В.А. Дрозд и В.П. Северин (СССР). -№1378107 А1; Заявлено 08.10.84.

192. Инструкция по техническому контролю на предприятиях молочной промышленности. Минмясомолпром СССР, ЦНИИТЭИ, 1977. 75 с.

193. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? -М.:Энергия, 1976. 152 с.

194. Поляков А.А., Канаво В.А. Тепломассообменные аппараты в инженерном оборудовании зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1989. - 200 с.

195. Фоминский Л.П. Как работает вихревой теплогенератор Потапова. -Черкассы: ОКО-Плюс, 2001. 112 с.

196. Сафонов В.А. О распределении молекул при криволинейном движении газа. / Сб. н. тр. по материалам III Всесоюзной научно-технической конференции «Вихревой эффект и его промышленное применение», 1982. С. 33-35.

197. Потапов. Собрание соч. Циркуляционное течение в круглой трубе. Том II. -Москва, 1951.-С. 457-471.

198. Пышкин Б.А. Винтовое движение жидкости в круглых трубах. // Известия Академии Наук СССР, 1947. №1. - С. 53-59.

199. Жуковский Н.Е. Вихревая теория гребного винта. Собрание сочинений. Том IV. M.-JI.: Гостехиздат, 1949. - 405 с.

200. Левин В.И., Гросберг Ю.И. Дифференциальные уравнения математической физики. М.-Л.: Гостехиздат, 1951. - 234 с.

201. Патент РФ, МКИ А 01 J 11/16, В 01 F 3/08. Устройство для гомогенизации/ Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Топал О.И., Петрачков Б.В. (РФ) №2246824; заявлено 08 июля 2003 г.; опубликовано 27 февраля 2005 г.

202. Мальцев П.М., Емельянова Н.А. Основы научных исследований. Киев: Издательское объединение «Вища школа», 1982. - 192 с.

203. Reuter N. Stromung and Wermenbergang bel Relselfilmen. Ferschungs, 1956.-S. 1-40.

204. Соколов В.И. Центрифугирование. М.: Химия, 1976, - 406 с.

205. Патент 216210 (ФРГ). Центрифуга. опубл. 1971.10.17.

206. Пугачев Я.И., Ильин М.Н., Ковальский В.А., Добик А.А. Об эффективности разделения суспензий в адгезионных центрифугах. // Известия ВУЗов, 1978.-№ 4.-С. 102-106.

207. Патент 3276591 (США). Устройство для обработки суспензий. опубл. 1966.10.04.

208. Grohne D., Uber die laminare Stromung in einer kreissilindrischen Dose mit retierendem Beckel Nachrichten Acad. Wiss. Cottingen Math. Plys. Klasse, №12, 1955.

209. Храмцов А.Г. Исследование химико-физических основ и совершенствование технологических процессов производства молочного сахара. Автореферат на соискание ученой степени д.т.н. Москва, 1973. - 31 с.

210. Урсов Н.А. Критический обзор теории фильтрующего центрифугирования. / Сб. н. тр. УкрНИИ Соляной промышленности. М.: Пищепромиздат, 1960. -С. 88-107.

211. Кондуков Н.Б., Френкель Л.И., Панков Б.В. Экспериментальное определение статических характеристик движения газа в псевдоожиженном слое. И.Ф.Ж., 1976. - Т.ЗО. - №.2. - С. 206-210.

212. Фиалкова Е.А. Поточное промывочное устройство для молочного сахара / Сб. н. тр. Всесоюзной научно-технической конференции. Ставрополь, 1981. -15 с.

213. Гиневский А.С. Теория турбулентных струй и следов. М.: Машиностроение, 1969. - 400 с.

214. Кочин Н.Е. Векторное исчисление и начала тензорного исчисления. М.: АН СССР, 1971.-426 с.

215. Мучилко А.А. Исследование некоторых закономерностей гидродинамики пленки жидкости на вращающемся диске. / Сб. н. тр. Теплообмен в одно и двухфазных средах. - Киев: Наукова думка, 1981. - С. 50-53.

216. Борц М.А., Бочков Ю.Н., Зарубин Л.С. Шнековые осадительные центрифуги для угольной промышленности. М.: Недра, 1970. - 279 с.

217. Бэр Я., Заславски Д., Ирмей С. Физико-математические основы фильтрации воды. -М.: Мир, 1971. 452 с.

218. Маделунт Э. Математический аппарат физики. М.: Наука, 1968. - 618 с.

219. Быков В.Н., Лаврентьев М.Е. Формиревание спектра размеров капель в газожидкостном потоке.-ИФЖ, 1976. -Т.31. -№5.-С. 113-117.

220. Гольдин Е.М. Гидродинамический поток между тарелками сепаратора. // Известия АН СССР, 1957. №7. - С. 80-88.

221. Карпычев В.А.Течение вязкой несжижаемой жидкости в межтарелочном пространстве сепараторов. / Сб. н. тр. ВНИМИ, 1974. С. 13-31.

222. Гольдин Е.М. О движении вязкой жидкости в межтарелочном пространстве сепаратора. / Инженерный сборник Института механики АН СССР, 1953.-Т.15.-С. 137-146.

223. Борисов А.Т. Извлечение белковых веществ из творожной сыворотки на сопловом сепараторе с рециркуляцией и параболическими тарелками. -Автореферат дис.канд.техн.наук. Москва, 1982, - 26 с.

224. Капица А.П. Волновое течение тонких слоев вязкой жидкости. // Ж.Э. и Т.Ф., 1948.-№1.-С. 2-28.

225. Риферт В.Г., Барабаш П.М., Мужилко А.А. Статистический анализ волновой структуры поверхности пленки жидкости движущейся под действием центробежных сил. // Известия вузов, 1962. № 8. - С. 62-66.

226. Карлычев В.А., Семенов Е.В. Гидравлические процессы технологической обработки молочных продуктов. М.: Легкая пищевая промышленность, 1982. -238 с.

227. Храмцов А.Г. Молочный сахар. М.: Агропромиздат, 1987. - 224 с.

228. Полянский К.К., Шестов А.Г. Математическое моделирование непрерывной кристаллизации из растворов. // Теоретические основы химической технологии, 1981.-Т.15.-№ 4. -С. 598-601.

229. Гнездилова А.И. Развитие научных основ кристаллизации лактозы и сахарозы в многокомпонентных водных растворах: Автореф. дисс. докт. техн. наук. Москва, 2000. - 46 с.

230. Гнездилова А.И., Перелыгин В.М. Физико-химические основы мелассообразования и кристаллизации лактозы и сахарозы в водных растворах. Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 2002. 91 с.

231. Хамский Е.В. Кристаллизация из растворов. Л.: Наука, 1967. - 152 с.

232. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Качалова Е.А. Обобщенная диффузионная теория кристаллизации лактозы из пересыщенных растворов. // Фундаментальные исследования, 2006. №7. - С. 23-24.

233. Куленко В.Г., Фиалкова Е.А., Шилер Г.Г. Движение жидкости по тарелке пороговой центрифуги для молочного сахара. / Сб. тр. ВНИИМС, 1978. С. 28-33.

234. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. Теоретическое исследование неосесимметричнош потока жидкости на конической тарелке. / Сб. тр. ВМИ. -Т. 370. Ленинград-Вологда, 1981. - 5 с.

235. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. К вопросу о движении тонкослойного потока вязкой жидкости в роторе инерционно-адгезионной центрифуги. / Сб. н. тр. по материалам Всесоюзной научно-технической конференции. Каунас, 1983. - С. 26-29.

236. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. Движение открытого потока кристаллизата при равномерном поступлении его на коническую тарелку пороговой центрифуги. / Сб. тр. ВМИ. Т. 370. - Ленинград-Вологда, 1981. - С. 41-46.

237. Фиалкова Е.А., Сурков В.Д. Поведение жидкости на периферии и отбортовках тарелки пороговой центрифуги. / Сб. тр. ВМИ. Т.771. -Ленинград-Вологда, 1984. - С. 59-64.

238. Куленко В.Г., Фиалкова Е.А. Моделирование процесса разделения суспензий на пороговой центрифуге. / Сб. н. тр. по материалам I областной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. Вологда, 1980.-С. 76-90.

239. Куленко В.Г., Фиалкова Е.А., Шиллер Г.Г. Изучение движения кристалла в тонкослойном потоке в целях усовершенствования пороговой центрифуги для молочного сахара. / Сб. тр. ВНИИМС. Вып. 26. - Ярославль, 1978. - с. 24-28.

240. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Голубенцева И.К. Критерии подобия, характеризующие отрыв кристалла молочного сахара, движущегося по поверхности тарелки пороговой центрифуги. / Сб. тр. ВМИ. Т.370. -Ленинград-Вологда, 1981.-С. 12-17.

241. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Шиллер Г.Г. Эффективность разделения кристаллизата молочного сахара на пороговой центрифуге / Сб. н. тр. по материалам Всесоюзной научно-технической конференции. Ставрополь, 1981. -С. 35-37.

242. Фиалкова Е.А. Фиалков А.Н., Куленко В.Г. Экспериментальные исследования влияния некоторых конструктивных параметров на воздушные потоки в пороговой центрифуге. / Сб. тр. ВМИ. Т.771. - Ленинград-Вологда, 1984. - С. 64-68.

243. Куленко В.Г. Исследование процесса разделения кристаллизата молочного сахара на пороговой центрифуге с целью создания высокопроизводственного промышленного аппарата. Диссертация на соискание ученой степени к. т. н. -Москва, 1980.-219 с.

244. Murked the effect of suspencion characteristics Inpcentrifugal separation. // British Chemical Engineering, 1969. - №12. - P. 1692-1697.

245. Фиалкова Е.А. Разработка инерционно-адгезионной центрифуги для разделения кристаллизата молочного сахара. Диссертация на соискание ученой степени к. т. н. Москва, 1985. - 208 с.

246. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. Сравнительная оценка разделяющей способности инерционно-адгезионных центрифуг. / Сб. н. тр. ВМИ. Вологда, 1987.-С. 74-78.

247. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. Методика инженерного расчета ротора пороговой центрифуги. / Сб. н. тр. по материалам I областной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. Вологда, 1980. -С. 81.

248. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. Оптимизация конструктивных параметров инерционно-адгезионной центрифуги. / Сб. н. тр. по материалам II областной научно-технической конференции. Вологда, 1982.- С. 13-15.

249. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. Совершенствование способа очистки молочного сахара. / Сб. н. тр. по материалам II областной научно-технической конференции. Вологда, 1982.-С. 19-21.

250. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. Совершенствование процесса центрифугального разделения кисталяизата молочного сахара. / Сб. н. тр. по материалам Всесоюзной конференции. Москва, 1987. - С. 35-39.

251. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г. О повышении эффективности центрифуги для молочного сахара. / Сб. н. тр. по материалам III Всесоюзной научно-технической конференции. Москва, 1988. - С. 57.

252. Никифоров Д.В., Фиалкова Е. А., Куленко В.Г., Костюков Е.М. Исследование теплообмена в кристаллизаторе с барботированием воздуха. / Сб. н. тр. ВГМХА. Вологда, 2004. - С. 142-147.

253. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Качалова Е.А. Экспериментальный барботажный кристаллизатор. / Сб. н. тр. ВГМХА, посвященный 95-летию академии. Том 2. - Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2006. - С. 127-130.

254. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Качалова Е.А. Термодинамические испытания кристаллизатора с воздушным охлаждением. / Сб. н. тр. ВГМХА, посвященный 95-летию академии. Том 2. - Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2006.-С. 130-135.