автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Научно-технические основы рационального использования электроэнергии в технологических процессах производства молочных продуктов

НАЩОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

-Г,

СМ1РНОВ ВАДИМ СЕМЕНОВИЧ

УДК 637.1:621.3

НАУКОВО-ТЕХН1ЧН1ПЕРЕДУМОВИ РАЦЮНАЛЫЮГО ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГН В ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ ПРОЦЕСАХ ВИРОБНИЦТВА МОЛОЧНИХ ПРОДУКТЮ

05.20.02 - застосування електротехнолопй у сшьськогосподарському виробкицтв}

АВТОРЕФЕРАТ ДИСЕРТАЦИ НА ЗДОБУТТЯ НАУКОВОГО СТУПЕНЯ ДОКТОРА ТЕХШЧНИХ НАУК

Кш'в - 2000

Дисертад1сю е рукопис.

Робота виконувалась в УкраТнському державному ушверситет! харчови> технолопй Мшютерства освгги УкраТни.

Науковий консультант: доктор техшчних наук, професор

Мазуренко Олександр Григорович, Укра'шський державний ушверситет харчових технолопй, завщувач кафедри електротехшки Оф1ц1йн1 опоненти: заслужений р\яч науки I техшки УкраТни, доктор техшчних наук, професор

1ноземцев Георпй Борисович, Нащональний аграр-ний ушверситет, професор кафедри застосування елекгричноТ енерп'Т у сшьському господарств!

доктор техшчних наук, професор Мурзш Володимир Коистянгинович, Полтавсью державний сшьськогосподарський 'шститут, завщув; кафедри мехашзащ'Т 1 електрифжацп тваринництва

доктор техшчних наук

Гуцалюк Валерш Михайлович, Укра'шський державний ушверситет харчових технолопй, професор кафедри технолопчного обладнання харчових виробництв

Провщна установа: 1нститут мехашзаци та електриф1кащ\° сшьського госпо-дарства УкраТнсько'Т академп аграрних наук, смт Глеваха Васильгавського району КшвськоТ области.

Захист вщбудеться " 2000 року о годин! на засщанш

спещал1зованоТ вчено'Т ради Д 26,004.07 в Нащональному аграрному ушверситет! за адресою: 03041, Кшв - 41, вул. ГероТв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудито'р1я 65.

3 дисертащею можна ознайомитися в б1блютещ Нац'юналыюго аграрного ушверситету за адресою: 03041, Кшв - 41, вул. ГероТв оборони, 11, навчальний корпус 10, читальний зал.

Автореферат розкланий $ " 2000 р.

Вчений секретар

спещал!зованоТ вчено'Т ради I Лут М.Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальшсть тема В Украйи розроблена державна концепцы енергозаощадження, у якш вщзначено, що найважтшшим напрямком е зниження енерго - i матер1алом1сткосп продукци, скорочення i лшвщацш рЬних вид1в втрат, тдвищення виходу готово! продукта! i покращашш н якосп.

Затрата електрячноГ енергн являють собою функщю pi3irax показ-нигав технолопчних nponeciß, у тому чисш - якосп сировини та готового продукту, ефективносп техшко-еконолнчних характеристик технолопчного обладнання. Тому проблема рацюнальних затрат електрично! енергп е комплексною, яку необидно вир^шуватн з урахуванням яшсних власти-востей сировини та готового продукту.

Ь велико! юлькосп вщомих метод1в визначення якосп молочних продукта (реолопчних, теплоф1зичних, оптичних, радю13отопних, х!м1чних, бюлопчних) особливе М1сце належитъ електрофтзичним методам, вщмшною особлив1стю яких е можливють викорнстання Гх як для окремих проб, так i в технолопчному потощ, висока чутлившть, вони не потребують спецпримодення, х^мреактишв, спецобслуговування тощо.

Вагомий вклад у теорпо електрометрп внесли роботи, виконаш в Московському технолопчному шституп м'ясомолочно! промисловосп, Тимиряз1вськШ СГА, Лешнградському технолопчному шституп холодиль-но! промисловосп. Значний внесок у Tcopiro та практику тдвищення сфекгивносп викорнстання електрично! енерги на пщприемствах Украйм здШснили вчеш 1ЕД АН Украши (А. Шидловський, В. Резцов та ш.), К11У (А. Праховников та т.). Фундаментальним методам ращонального викорнстання електрично! енергп технолопчиим обладнанням молочно! та пере-робно! промисловосп присвячеш роботи вчених TIMM (ГА. Сресько, С.С. Гуляева-Зайцева), Укрндшродмаша (В.Г. Бслнса ) та ш.

BiaoMi методи енергозаощадження не враховують особлнвостей викорнстання електрично! енергЙ технолопчнимк процесами виробництва молочних продукт, що не дозволяе визначити оцшку ефективносп викорнстання enepropecypciß та оптим1зувати технолопчш процеси виробництва молочних продуктов за умовою максимЬащ! продуктивное!! для задано! якостг готового продукту.

Недостатньо розроблено методи розрахунку енергозаощаджуваль-них режим1в функцюнування технолопчного обладнання на виробництз!. В1цом1 теоретичш та практичт гидходи до енергозаощадження технолопчиим обладнання молочно! промисловосп е окремими локальними розробкамн i не зумовлюють можливкпъ створення едино! теорп енергозаощадження.

Зв'язок робоги з науковими програмамн, планами, темами.

Дослщження виконувались у вщповвдносп з тематикою науково-досладних робхт УДУХТ, зпдно:

- наказу Державного комитету Украши з питань науки I технолопй вщ 03.08.1993р. п.3.13. "Створення нових енерго- i ресурсозберп-аючих технолопй, переробки I збереження ешьськогосподарськоГ сировини";

- прюритетного наукового напрямку "Розробка нових технолопчних процеа'в та високоефективного обладнання харчових виробництв", "Удосконалення ¡снуючих 1 створення нових ресурсозаощаджуточих технолопй для переробтах галузей АПК".

Мета 1 задач! дослвджень. На ocнoвi дослщжень електроф1зичних властивостей молочник продукпв та енергозаощаджувальних характеристик технолопчного обладнання розробити науково-техшчш переду-мови ращонального використання електрично! енерпТ в технолопчних нроцесах молочноГ промисловоеп, яю забезпечують зниження енерго-затрат, шдвшцення обсяпв виробництва та якост) ынцевого продукту.

Досягнення мети базуеться на положениях мехашзму електропро-вццгосп в об'сктах з матричного структурою та динамжи процесса, яи вщображаютъ Гх ¡нтегральш характеристики у процеа функцюнування на виробництв!, I вир1шусться шляхом теоретико-експериментальних дослщ-жень, що грунтуються на закояокпрностях яисних характеристик молочних продукт!в, динам1ки та ресурсоощадних можливостях технолопчних проце-С1в 1 обладнання.

Вщповадно з поставленою метою достджень були сформульоваш таю задач!:

- дослщити електроф1зичш характеристики молочних продукпв з урахуванням неоднорщносп 1х фЬико-оам1чних показниив;

- розробити методи електрометрй визначення якост! молочних вироб1в;

- розробити оптишзацшш модели для визначення рецептур молочних продукта;

- визначити вплив фвик0~х1м1чних показниюв сировини на енерго-М1стк1сть технолопчних процеав виробництва моловших продукпв;

- удосконалити та розробити методи оцшки ефективносп техшко-економ!чних характеристик технолопчних процеав;

- дослщити та визначити енергоефективш властивосп технолопчного обладнання.

- розробити оптимтцШш модели визначення ращональних характеристик виконавчих оргашв технолопчного обладнання.

Розробити методи:

- розрахунку енергоефективних режимов робота технолопчних процеав;

- вибору техшко-економ1Чних характеристик технолопчиих процессе за умовами: мппмалышх питомих затрат енергн \ металоемносп техноло-пчного обладнання; обмежень на енергоресурси та сировину, враховуючи п яюсш показники; наявносп суперечлипих вимог.

Наукова новизна одержаних результатов. На основ) предсгавлених дослщжень сформульоваш науков1 концепцп:

- теоретично обгрунтовано та експериментально доведено, що молоч-ш продукта як бататопараметричш системи е об'ектами з матричного структурою електропровщносп. На основ! теорп електропровадност» су-цшьиих середовищ для оцшки результата контролю якостх продукта запропоиовано математичну модель механизму електропровщносп молоч-них продукпв;

- експериментально виявлено аномальний вплив масових часток жиру на електропров!Дшсть загетпвелыюго молока. На основ! запропо-нованого мехашзму електропровщносп доведено, що на аномальну злнну ефективно? електропровщносп продукту впливае д1електрична прониктсть жирових включень та частотний спектр вим1рювалыюго сигналу, який визначае тенденцно змши електропровщносп вщ параметров частота вим1~ рювання;

- запропоновано показник якосп - коефкиент розведення молока водою (к„), що характеризус ильгасну оцшку фальсифжацп 1 визначаеться на основ1 кореляпшно! залежносп к,, 1 вмюту води у молощ;

- враховуючи, що вмгст пектину в його розчинах е одним ¿з основних ф!зико^М1чних показниетв, який визначае яюсш характеристики концентрата, одержано експерименталышй доказ впливу його концентрацн на електрофпичш характеристики, що вщображаеться кореляшею електропровщносп 1 концентрацн, яка забезпечуе можливгсть визначення яисних характеристик продукпв шляхом вим^рювання електропровщносп;

- установлено закономгрпосп складових частин молочних продукпв та 1х концентратов, що зумовлюе можливосп розробки та створення спо-соб1В експрес-контролю;

- основшши параметрами, яга впливають на електропровщшсть молочних продукпв, е IX складов! (бшок, сол1 та ш.). Установлено, що серед ошовиих фактор!в (кислотносп, густини, рН та ш.) головиий вплив на величину електропровщносп мае його температура;

- одержано експерименталышй доказ та теоретично обгрунтовано, що ефектившсть процесу електротермооброблення молока зумовлена наяв-Н1стю позитивного зворотного зв'язку в полщисперснш структур! М1Ж елек-тропровдопстю та температурою продукту;

Основными критерщми, яга визначають ефективнгсть технолопчних процеыв виробництва молочник продукта, е: яюсть продукту, продуктив-шсгь, енертозатрати таметалоешисть обладнання;

- запропоновано виб1р ефекгивно! продуктивное технолопчного про-цесу здШснювати за шшмалышми затратами електроенерги на множиш штегрованих залежностей шляхом опгимЬацм Парето;

- доведено, що дифсренщювання питомих затрат енергп шляхом визначення 1х як функци у простор! парам етр1в продуктивное!! та вщюсноз якосп сировини забезпечуе можливють оцшки ефекгивносп затрат енергп ¡снуючими технолопчними процесами;

- розроблено модели розрахунку ращональних режим1в робота технолопчних процеив, як1 в умовах заданого графка споживання електрично! енерги на шдприемств1 зумовлюготь макск;й1зацпо обсяпв виробництва продукцн при наявних енергоресурсах;

- запропоновано рейтингову оцшку технолопчного обладнання, яка являе собою систему р1внянь, побудованих на основ! прийнято'1 схеми оцшок: для загалыю] - за максимальною величиною, а для питомих показ-ниюв - за мпимальною, що дас можшшеть визначити оцшку ефективнос-п техшко-економ^чних характеристик кнуючого обладнання;

- доведено, що на стада прийняття проектних ршень виб1р ефек-тивно! продуктивности обладнання за умови рапюнального споживання електричноГ енерги необтидно здШснювати на множиш залежностей гехшко-економ1чних характеристик вщ його продуктивное^ з викори-станням методу Парето;

- запропоновано математичну модель, яка на основ! ргвнокаги мшь мальних втрат за критериями мтамуму металоемносп та енергосмносп дас можливють визначити оптимальну продуктившеть обладнання при наявно-сп суперечливих вимог;

- доведено, що виб1р геометричних розм1р1в та швидкосп руху вико-навчих оргашв машин необхщно здшенювати на множиш характеристик динамки за умови, що корен! характеристичного р1вняння - комплексна Це забезпечуе можлив1сть визначення оптимальних затрат енерп! 1 наван-тажень на вир!б;

- на основ! теорн чутливосп та дослщження динамжи процесу запропоновано метод визначення рацюнальних конструкшвних параметров транспортних ор1ентуючих систем, який задовольняе кри1ерпо ефек-тивноеп IX функцюнувашм.

Практичне значения одержаних результатов. Результати дослщжень вказують нов! напрямки зд&снення розробок елекгрометричних методш контролю ЯК0СТ1 МОЛОЧНИХ продукпв та використовуються при ВИрПНСШП

питань практичного застосування гснуючих на виробництш кондуктометров.

Розроблено та впроваджено )Ю1Й способи та засоби експрес-оцшки якосп загопвелъного молока, використання якнх не потребуе високо-квшпфшованого персоналу, спещального примщсння та додагкових х!м-реактив1в. Метод оперативного контролю вмюту б1лку в запупвельному молощ впроваджено на пщприемств1 ВАТ ММЗ-З.

Розроблет модел! та програми комп'ютернош розрахупку кон-структивних 11араметр1в технолопчного обладнання впроваджено в шсти-туп Укрвдщродмаш 1 використано при створенш та впровздженш технолопчного обладнання на пщприсмствах харчовоГ та переробноГ нромис-ловосп, а також - галузевого стандарту для проекгування дослщних зразюв обладнання.

Розроблено модел1 та програми комп'ютерного розрахунку енерго-ефективних режимов роботн технолопчного обладнання при економгчно доцитыюму асортимекп продукдй 1 обсягах виробництва в умовах обме-жень на сировину та енергоресурси. Вони використаш при опттизацН енергоспоживання на ЗАТ "Кондитерська фабрика К. Маркса", Д.П. "В1ктор1я", а також на шдприемствах молочно! промисловосп. У результат! впровадження методики розрахунку о'пкусться зменшення витрат електричноУ енерга на здШснення технолопчних процес)в у межах 7-15%.

Достов1ршсть роботи. Достошршстъ отриманих результата наукових дослщжень, методик розрахунгав, висновюв та рекомендаций забезпечена викорисганням сучасних вмирювальних прилад!в, методов дослщжень, математичних метод1В оброблення експериментальних даних, зacoбiв обчислювально! техшки I шдтверджуеться адекватшстю результат роз-рахунюв та математичних моделей, даними лабораторних дослщжень 1 промислових випробувань розроблених метод1в рацюнального викори-стання елекгрично! енерги в технолопчних процесах виробництва молоч-них продукта.

Особистий внесок автора. Автором особисто розроблено теоретичш положения пщвищення ефективносп використання елехтрично) енергн при виробницгв! молочних продукпв; удосконалено енергетичш критери, роз-роблено методи анализу енергозаощаджувальних характеристик технолопчного обладнання та математичного моделювания енергоефективних виробничих процешв; удосконалено вщом1 та розроблет нов! положения теорн електропровщносп молока та молочних продукпв; удосконалено метод моделювання та оптимЬацн конструктивних характеристик вико-навчих оргашв машин кшцевих операщй; оброблено та узагальнено результата чисельних бюх1м1чиих, електроф1зичних, мкробюлопчних дослщжень сировини та електротехгачних - технолопчного обладнання для

визначения рацюнальних затрат енергп при виробницт продукци. Дос-лщження електрофпичних властивостей молока та молочних продукта проведено у сгпвавторс™ з науковцями Технолопчного шституту молока 1 м'яса та кафедри Технологи молока та молочних продукта УДУХТ, анатз та узагальнення результата дослщжень - з науковим консультантом д.т.н. О.Г. Мазуренко.

Апробащя результата днсертаца Основш результата робота були предметом доповщей та обговорень на наукових коафсренц1ях УДУХТ (Кшв 1973-1999), ДКНТ СМ СРСР "Разработка методов сублимационного и криогенного консервирования пищевых продуктов и биологических материалов"(Москва - 1976; Калининград - 1977), конференции АН УРСР з електротермгчного устаткування (Днепропетровск - 1970,1971), всесо-юзних конференц!ях 'Технология и техника пищевой и микробиологической промышленности и системы заготовок на основе современных технических методов и средств" (Москва - 1980), "Проблемы экономии энергоресурсов при создании и эксплуатации торгово-технологического оборудования" (Самарканд - 1983), "Современные проблемы энергетики" (Кшв - 1984), "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов" (Москва - 1985), "Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудований и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающую отрасли АПК" (Кшв - 1991), м1жнародних конференщях "Розробка та впровадження нових технолопй г обладнання у харчову та переробну галуз1 АПК" (Кшв - 1993),"Проблеми автоматизаци виробничих процеив Украши"(Кшв - 1995),"Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технолопй та обладнання в харчову та переробну промис-ловютъ" (Ки1В -1997, 1999).

Публнсацй результата досгпджень. За матер1алами дисертацн опубликовано 58 робгг, у яких висвплеш основш положения виконаних дослвджень, у тому числ! 27 статей у наукових журналах та зб1рниках наукових праць, 1 галузевий стандарт, 18 тез конференщй. Одержано 6 авторських свцдацтв 1 патента Украши та 6 позитивних ршснь на заявки.

Структура дисертаци. Робота складаеться 13 вступу, 5 роздиив, вис-новгав, списку б!блюграф1чних дасерел з 208 найменувань, додатив. Ос-новний зм1ст робота викладено на 269 сторонках машинописного тексту, мае 48 рисушав та 25 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТРОБОТИ

ВСТУП. Обгрунтовано актуальшеть теми дослщжень, визпачено нау-кову та практичну цшшеть рюботи.

У першому роздии вивчсш питания проблеми пщвшцення енерго-ефективносп технолопчних процес1в виробництва молочних продукт1в. Дос.тджсно закати елестричноТ енерги основними технолопчними проце-сами псреробки молока. Виявлено особливосп споживання електрично? енерги на окрсмих дшшках технолопчних процесса. На основ! анализу ефективносп використання електрично! енерги технолопчними процесами розглянуто теоретичш основи моделювання и затрат при переробш молока. Запропоновано додатковий критерШ ефективносп використання електрично! енерп!. Одержано даш впливу яюсних властивостей загоп-вельного молока та молочних продуктов на питом! затрате електрично! енерп!. Показано, що проблема рацганальних затрат енерги с комплексною 1 повинна виршуватись шляхом узагальнення дослщжень елекгроф1зичних властивостей молочних продукта, а також енергозаощаджувальних можли-востей технолопчного обладнання. Сформульоваш напрямки ращональ-ного використання електрично! енерги. Запропоновано оцщку енерго-ефективноеп технолопчних процеав здшснювати за сукупшстю критерпв, яга характсризують яюсш власти в ос л загопвельного молока та готового продукту, питом! затрата електрично! енерги та металоемшсть обладнання.

Одним ¿з можливих напрямюв визначення та досягнення ращональних затрат електричноГ енсрп? е опттпзащя технолопчних процес1в на основ! модел1

р(0,х,, х2,3) = ао + а, (х,( х2) +а2(5На3(\У/0) - 3, (1)

де р - енергомютшсть готового продукту; О - обсяги виробництва вадносно затрат енерп! 3 - заходи з енергозаощадження; Хь х2 - в'щпотдно В1Д-носш якосп сировини та готового продукту; а<>, аь а2, а3 - статистичш коефниенти. Функцш р(0,х],х2,3) визначена в обласп рщш < р < Ртах- д!ю-че значения залежигь вщ якосп сировини та готового продукту, ефективносп техшко-економнших характеристик обладнання та заход{в енерго-заощадження на виробництвт

Анализ затрат енерги при виробництв! молочних продукта показав, що оцшку IX ефективносп дощльно здшснити шляхом адаптацп питомих затрат енерги до змши якосп сировини та фактично! продуктивносп наявного технолопчного обладнання. Енергомклтасть продукту дощльно представити у вигляда функцц

р(х,в) = Ь0+Ь1(х) + Ь2(в), (2)

де Ьо, Ьь Ь2 - статистичш коефвденти; х, g - вщповадно характеристики якосп сировини та продуктившсть технолопчного процесу.

Для виршення поставлено! задач1 потрШно мнпм1зувати функци Ь)(Х]) та Ь2(ё) вщповщно шляхом оперативного контролю якостт сировини (з метою ефективного використання и яюсних властивостей) та визначення рацюнальних технш>-економ1чних характеристик обладнання на стадп прийняття проектних рипень.

Дослзджено енергегачш режими робота основних втццв технолопчних процес1в. Для оцшки рацюнальних затрат енергц обрано показники:

- локальш, яю характеризуют особливосп споживання енергхГ на дшшках процесу - час технолопчного циклу, слектричш потужносп та коефвдснт ¡х завантаження, питош затрата енерш;

- загальш для всього процесу - максимальна електрична потужшсть та час и ди, питом! (р3) та загальш затрата енергп

я

ИЬР.^Х) п

(4)

1=1 'I

де п - кшьюсть д1лянок технолопчного процесу; е — часова частка в запшьному технолопчному цикш обладнання;

я я

т.*.

-системш , 8 = -^-, (5)

дс а, Р - коефвденти учасп вадпов!Дно в заявлешй потужносп Р3 та енергоспоживанга щдприемства, яи потр1бш для визначення приоритету (за продуктившстю, яюстю та енергоспоживанням) даного технолопчного процесу на гвдприемствг

На основ! дослщжень зм!ни ф!зико-х1.шчних показнигав загопвель-ного молока як фактора впдиву на еиергомютисть молочно! продукци показано, що зменшення вмгсту жиру в сировит на 1% призводить до пшвищення енергомкткосп инцевого продукту (при виробницта сметани, всршюв, вершкового масла) на 25...50%, а при зменшенш б!лку на 1% (при виробництв1 кисломолочного сиру) - на 40...45%.

У результат! аналглу затрат електричжн енергп технолопчними проце-сами доведено, що визначення !х ефективних характеристик можливо тш,-ки в сукупиост! з особдивостами технолопчних режим!в \ характеристиками виготовлення готового продукту. Це зумовлюе необхщшсть поеднувати етапи виготовлення продукту з IX часовими циклами та вцщовщними затратами енергп. Виривення ще! задач! здШснено шляхом створення математично! модель яка враховуе основш техшко-економ!чш парамстри

процесу 1 можлитсть розрахунку ращоналъних енергетичних рсжимш роботе обладнання в рамках директивного графика споживання електричноГ енерпГ, я кий задасться енергопостачальною оргашзашсго.

Враховуючи, що основними споживачами електричноГ енерпГ на дшянках технолопчного процесу с апарати терМ1чио1, мехажчноГ обробки сировини та насосш установки, запропоновано розглянути процес пере-робки молока та виготовлення кшцевого продукту у вигляд1 сукупносл модутв окремих д1лянок, яю харакгеризуються часом робота (х), лродук-тившспо (О та затратами електричноГ потужносп (Р).

Враховуючи, що вид продукци, часот цикли робота технолопчного обладнання, обсяги виробництва, яшсть сировини не однаковт, запропоновано додатковий (до питомих затрат енергп) коефипент, який враховуе неоднородность цих показншав (галыпсних, яюсних тощо) 1 характеризуе вщносну енергомютюсть конкретного апарату (установки) - затрата електричноГ потужносп на одиницю продукци К = Р/С (Квт/т) або дзш насосних установок (Квт/м3), (в - продуктнвш'сть апарата, Р - його електрична потужшсть). Модель часового графису за трат слектричних потужностей мае вигляд

Р =

0£т<т„

п

тп<т<тт (6)

1=1 к

Тт<Т<,Т€.

У межах дшянки загальне значения -К- визначають як суму и складових, а для всього процесу - як середньозважене

ксл= • (7)

п

Визначення параметру каДас можливють дата оцшку ефективносп затрат електричноГ енерги технолопчними процесами як на стадн прийняття проеетних ршгень, так 1 в процес1 Гх П0р1вняння за принципом - той краищй, який мае менше значения к«. Запропоновано вважати: для ксз < 0,5 -ефектившеть використання електричноГ снергп вщноситься до 1 категорп, для 0,5 < кс1 < 2 - до друга, якщо ксз > 2 - до третьоГ. Експериментальш дослщження показали: оперативт методи електромстри здатш' забезпечити в технолопчних процесах дiю зворотного зв'язку по контролю якосп

сировини; ефективне використаиня енерги технолопчним обладнанням закладасться у його властивосп на стади проектування, що зумовлюе мнпшзацпо питомих затрат енерги; рацюнальне використаиня енерги технолопчними процесами можна досягти регулюванням IX режимов роботи як за умовою ефеБсгивного використаиня енерги, так 1 вдаовщно! рентабельное!! кшцевого продукту.

У другому роздш на основ1 тсорп об'екпв з матричною структурою, яка характеризуе молочш продукти, розглянуто методику анашзу меха-шзму електропровщносп заитвельного молока. Доведено, що визначення якост1 молочних продукпв та пектинових концентранпв повинно здшеню-ватись за 1хн1ми електроф13ичними властивостями. На баз! експеримен-тальних дослщжснь одержано даш впливу складових частин заготаельного молока на його електропровдаисть. Виявлено особливосп мехашзму елек-троировцщост! заго-пвельного молока, Розроблено новий пдаод до анализу ефективноГ електричноГ провщносп та д1електрично! проникностп гетеро-генних середовищ, яю в наближенш е нещеальними д1слектриками. Установлено, що сутгевим фактором с емшена провщшеть матрищ 1 неодно-рщностей. Одержано елекгроф1зичш характеристики пектинових концентранпв, яю використаш при розробщ методу та пристрою для визначення вМ1сту пектину в його екстрактах.

Дослщжено процес електротермооброблення молока. Виявлено особливосп, яю харакгеризують молоко як об'ект з тепловою нестшкктю, а також вплив електротермооброблення на його бактерицидну чистоту. Запропоновано тдхщ до анашу електротепловоГ неспйкоси в сере-довищах, електрична провщшеть яких залежить вщ температури. Показано, що умови реал1зацп того чи шшого типу нестшкоеп залежать вщ струкгури розподъту елекгричних пол1в 1 температур та характеру залежно-сп фЬичних характеристик вщ температури. Цей шдхад зумовив створення способу щцвищення енергоефективноеп електротермооброблення молока у потощ.

Одшето з основних трудноццв при розрахунку ефективних електро-динам1чних характеристик гетерогенних середовищ у змеиному пол1 € необхщшеть застосування для aнaлiзy повно! системи р1внянь Максвела

6 = оЕ+е~ 91

УхЕ^-р— (8)

д1

V »в = о

для кожно'131 складових фаз.

Туг г, ¡и, о - вщповадно д1елекгрична проникшсть, магнитна проникшсть 1 провшшсть; р - густипа електричного заряду, П,Е- вектори напруженосп магштного та електричного поля; В, В - вскгори електрично) та магттно! мдукцп; 5 - вектор густини струму.

Нашгь при розгляданш гетерогенних середовищ пор1вняно просто? структури розрахунок електричних П0Л1В та 1х усереднення на основ1 систе-ми (8) викликае сугтаи математичш тpyднoщi, яю можуть буги виключеш шляхом викорисгання наближених нещеальних провщникових середовищ (або нещеальних д^електриив). Суть цього наближення полягае в тому, що

в другом)' р1внянш Максвела (8) вважаеться, що умова | р— I«

9?

добре виконусться (це еквшалентно потенщалыюсп електричного поля V х Е = 0). У пщсумку, застосувавши операцию взяття дивергенцп для першого р'юняння у (8) сшлыго з умовою потенщалыюсп електричного поля Е, приходимо до замкнено} системи ршнянь для розрахунку густини струму <5 та напруженосп електричного поля Е

V» 3 =0, Рх2? = 0, (9)

6 -оЕ+б —

Для середовищ з малою об'емною концентращею сферичних включень V (у < 0.2-Ю.З) одержано внрази для комплексно? ефективно! провщносп

аф = + = стД 1 ■ (10)

с ^ + 2ег,

1з (10) приходимо до виразу Оф який визначае вклад неоднородное гей

= ЗУ + ~ *+ - ¿1)]

(сг2 + 2сг1) + Ы'(Ь, +2с,)

(П)

АиалЬ залежностей для ефективних провщносп 1 д5електрично1 проникносп иеоднорщних середовищ у наближент нещеальних даелек-гриюв показуе, що важливим параметром е емшсна складова провщносп матриц! 1 неоднорщностей. Як показують граничш сшввщношення, значения ефективноТ провщносп 1 д!електрично1 проникносп при змшному струм1

можуть сутгево вщр1знятися вщ даних, яю випливають ¡з Teopiï стацюнар-ного поля.

На ochobî проведеното аналзу модель мехашзму електропровдаоеп загапвельного молока представлено у вигляд!

Oeff=«i[l + ai + а2+ а3], (12)

ai = ЗУл(стй - cri)/(o2j,+2ai) а2= 3v6 (026 - Oi)/(o»+2o)) а,= 3vx (о2х - ст,)/(ст2ж+2ст,),

де v - концентрация вдаювщнoï складовoi частини; Оь а2 - шдповщно комплексна елеетропровцщостп матричное структур« та додаткових фазових вюпочень жиру (Ж), биису (Б) та лактози (JI).

Одним з напрямюв визначення ф1зико-х1м!чних характеристик заго-п-вельного молока е ïx поб1чна оцшка за даними питомо! електроиро-вщносп.

Дослужено елекгропровщшсть заптвелыюго молока як функцию його складових частин СЗМЗ, Ж, Б, JI. Електропровщшеть вим!рювали за допомогою розроблених пристроТв та спещашзованого вим1рювалыюго приладу i моста змшного струму Р - 5016. Складов} частини загопЕелыгого молока вимipкшaли стандартними методами (Гербсра, К'сльдаля та in.) в Х1млабораторц пщприемств та УДУХТ.

Досладження впливу температуря та концентраци складових частин на електропровщшсть дослщного зразка виконували р1зними методами. В окремих випадках створювали модельш розчини з заданими за планом експерименту конпентращями вщповшно!' складово! частин, а в щших -добирали залшвельне молоко, яке надходило на пщприемство, з потр1бним вм1стом складових частин. 3 урахуванням специфши виробництва молочних виробш та фiзикo-xiмiчниx особливостей загопвелыюго молока вибрали д!апазон 3mîhh температурних дослшжень Ю...30°С та концен-тращй складових частин: для жиру - 2,5...4%; для СЗМЗ - 2...20%; лактози - 2... 10%. У результа-п експеримента одержували залежшсть електро-провщносп дослщно) проби вщ В1ДПовщно1 складово1 частики (В). Па ochobî експериментальних даних будували графк. За розташуванням точок робили висновок про лшшшсть залежност! х(В) = а + кВ. Для одержання функцн х = ffBb В2) визначали х, = i(Bii, Вц), i = 1, 2 ,..., п. Будували вщпо-в1дш граф1ки та дослщжували р!вняння

х = ао + ajBi + а2В2, (13)

де а, к, ао, аь а2 - невщомг параметры, яю розраховували методом МНК.

Значимкть коефвдентт р!вняння perpeciï визначали за допомогою критерию Стьюдента, а переварку достов^рносп - за коефнцснтом Фшера. Перелечен! процедури побудови графшв та ïx статистичну обробку вико-нували за допомогою стандаргних програм Korel - ехе.

Дослщжено моделыи' розчини лактози у вод) з концентрациями 1...10%. Обробка експериментальних даних залежностей впливу температуря та концентрацН лактози на електропровщшсть його розчишв у вибраному д'юпазон} температур показали, що ïx електропровщшсть представляс експоненшальну залежшсть у функцп часу, ïï початкова величина збш>шуеться з шдвищенням температури та концентрацН розчину.

Для визначення впливу СЗМЗ на електропровщпсть загопвельного молока були створеш модельш cyMÏuii з концентрациями СЗМЗ 2, 4, 6, 8, 10, 15%, у яких вим1'рювали електропровццистъ при температурах 5...80°С. Одержат результата показали, що в загальному мехашзм! електро-провщносп молока вплив концентраци СЗМЗ на електропровщга'сть прямо пропорцШний.

Дослцркено вплив концентраци жиру в загопвельному молощ (як окремо, так i з урахуванням вм1сту бшку) на його електропровщшсть. Доелщи проводили на шдприемствах "ВАТ Галактон" та "ВАТ ММЗ-З". Жиршсть загопвельного молока (в основному — з КиТвсько? области) отходилась у межах 2,5...4%, а концентрашя бтлку - 2,5...3,6%. Вимфювали електропровщшсть загопвельного молока за допомогою розроблених прис-TpoÏB, a bmîct жиру, СЗМЗ, б1лку, кислоттсть, густину - стандартними методами. 1снуюча теория електропровщносп характеризуе молоко як структуру, в якш при зГилыпешп концентраци жиру зменшуеться елекгро-провшшеть продукту. Це, зокрема, пщтверджусться для вершгав, але для загопвельного молока спостер1гасться аномальна змша цього зв'язку на пропорцшну.

На основ] розробленого мехашзму електропровщносп в об'ектах з матричною структурою досльажено внлив масових часток жиру на електро-пров/дшетъ загопвельного молока. Модель мехашзму елеетропровщносп рОЗГЛЯНуЛИ у ВИГЛЯД1

o-erf=cr1[I + а3], (14)

а3 = - стi)/(CT2»+2ai),

де О], а2ш - в1дповшю комплексна електропровщносп матрищ та включень часток жиру.

Июля подстановки комплексних значень вщповадних електропро-вщностей до р^вняння (14) та нескладних перетворень одержали

зв1дки

аз = 3\'ж С1 (со 2е2з -2 а?), ((2а,)2+©2с22), ю2=2а,2/Е22.

(16)

Для низькочастотно! гранищ ше2 « а( з пщвищенням концентрацп жиру с постер! гасться тенденция до зменшення ефекгавно! слеьстропро-вщносп, але для високочастотно1 границ! юб2» с, електропровщшсть дос-л1дно1 цроби пщвищуеться. При проведенш дослдав визначення елеюро-провщност! здшскювали на частотах 10...50кГц, що вадповщае високо-частошому дгапазону вишрювань. Одержан! теоретичт та пракгичш результата цшком узгоджуються.

Установлено, що одним з визначалъних фактор1В одержання досто-в1рних результат с температура досладжуваних зразюв. Одержат результата показали, що залежшсть х(Ч) е лиийною.

Практично в ус1Х технолопчних процесах використовують термооб-роблення сировини. Для нагршу та пастеризацй молока переважно застосо-вують паронагр1вники. Але, незважаючи на вы техшчш переваги електро-терм!чного оброблення, воно мае обмежене застосування. Одшею з причин цього с недостатня енергоефекшвтсть вщомих конструкщй електротер-М1чних установок. 3 метою тдвищення енергоефекгивносп елеютротермо-оброблення молока дослщжено процес його елекгронагр1ву в потощ. Виявлено наявшсть позитивного зворотного зв'язку М1Ж температурою та електричною погужшстю, що споживаеться (вцшовадно функциями виходу та входу). Показано, що у корпус! нагр1вника молоко являе собою екв1ва-лентний розпод1лений ошр, який змтюеться в1д бшьших значень на початку 1 до менших - на виходг За наявносп напруги на однда загальшй пар1 електрод1в, яга е еквшотеншальними поверхнями, електрична потуж-шсть иагртвакня молока у потсц! розподЬтяеться вхдпоещно до закошв Ома та Джоуля-Ленца, що пояснюе нсвисоку ефекгившсть б1домих нагр5вюшв 1 с одшею з причин того, що вони не набули застосування на практиш. Для того, щоб вир!вняти розподтл елеюрично! потужносп на дшянках нагр1ву, доцшьно загальш електроди подалити на вщокремлеш частини, тобто створити групу нез'еднаних М1Ж собою поверхонь вхщних, пром1ЖНих та вювдних слсктрод1в.

Для анализу ди позитивного зворотного зв'язку при термообробленш розглянуго кшька моделей розвитку електротеплово! нестШкосп, простила з яких описусться системою ршнянь

рсР — -я» д, = 3»Е, д!

Рч5 = 0, VxE — О, ó = оЕ,

де Г- температура середовшца; 6, Е- вектори густини струму та напруже-HOCTÍ електричного поля; qy - густнна об'емного тепловидолення; р, ср, о -вшмошдно густина, питома теплосмтсть i електрична провадшсть.

Ochobhí обмеження, як! накладас модель, що розглядаеться, очевидт 3Í структуры р^вляпь (17). Запрополовано тдад до анадпу елекгрогеплово! нестшкосп, суть яко'| полягае у наступному. За Резцовим параметри Т, ó, Е, яю змшюготься у npocropi та 4aci, знаходимо у вигляд!

Г =7Ь +ÓТ, óТ = óТа exp (iк»г- М), 6 = óo+ó S, 6 6 = 68а exp(ikmr - iwt), (18)

E=Eo+óE, ¿E = óEa exp (ik»r- iwt),

дe го, So, E0~ розподшення змшних, вщноспо яких анал^зуеться стшгасть; ¿ Т, óS, 6Е - збурення вцщовщких змшних (íx амшптуди передбачаються слабозмшними у поровняшп з просторо-часовою змшою komiiohchtíb збурень, яга задаються функщсго exp (i к* г - iwt)). Аналопчне передбачен-ня справедливе для компонент хвильового вектору к i частота збурень к. У результат! досшджень одержано дисперайне р1вняння w(k) — 0 та вираз для комплексно!, у загалыгому випадку, частота збурень w ~ С + D. Най-бшьш характсрними е режими:

1. С * О, D - О - режим синусощально! змши збурень у 4aci (режим автоко-ливальний);

2.С=0, D * 0; D > 0 (експоненшально нестойкий режим), D < 0 (експоне-нщально стшкий режим);

3. О О, D * 0 ; D > 0 (режим експоненшально - коливального росту збурень), D < 0 (режим експоненщально - коливального зменшення збурень).

Перелаем вище можливосто реалпапп lid чи шшо! змши збурень у час! визначаютъея взаемною оркнтащею хвильового вектору к, вектору швидкосто середовиша V. напруженосп електричного поля Е0, а також залежать вщ розпод1лу температури Т0 у простор!, яка визначае величину да

дТт.т/

Дослщжено вплив електромагштного оброблення на бактерицидну чистоту молока. При ощнш його електроф1зичних властивостей розглянуго особливосп розповегодження силових липй електричного струму в полщис-персному серсдовищ!. Тенденцно впливу температури молока (в елемсн-тарному об!ем! V за час т) на параметри б, а представили у вигляд)

ад = 0,24 82(а) с1(0) Ух. (19)

У процеы електротерм!чного оброблення молока в потощ слектрична потужшстъ, що споживаеться, зб!лыиуеться одночасно з на^мванням. Осюльки молоко характеризуется разним ступеней дисперсноеТ1, то густи-на силових лшШ струму для цього об'ему молока залежить в'щ концентрашГ його компонентов. Зпдно з (19) на тих дшшках, де сг = сгтщ перехщний процес нагр1вання вадбуватиметься з большими швидюстю г ступенем нагревания поравняло з ¡ншими дишнками. Тому за наявнаст! стороншх включень з большими розм!рамп можна зробити припущення, що за один 1 той самий час термооброблення вони матимуть вшщ швидисть та стутнь нагреву тж оточуюче середовшце. Це в певшй м1рг пояснюе специф^чний ефекг зниження загально! температури електротермооброблення цього середовища.

Дослхджено вплив елекгричного струму та елеетромагштного поля промисловоГ частота на бактерицид ну чистоту молока при I < 60°С. Результат опромшювання молока слекгромагштним полем (Ф = 20...35мТл) показали, що кшыасть мжрооргашзм1В зменшувалась на 15...25% незалежно вщ тривалослт експозицп. Пщ час нагр!вання молока у змшному магттному пол1 спостертали змсншешш колотй живих мкрооргашзм1в, кшыасть яких апроксимовано залежшстю

иО) = Н>е -(х1>, (20)

де N0 - статистична кшыасть колоти м1крооргашзм1в у зразках молока, яке не оброблене електромагнгтним полем; к - статистичний коефвдент.

Дослщжено електрофпичш характеристики пектинових концентран-то. 3 метою створення електроф1зичного методу визначепня вмшту пектину в його екстрактах спочатку дослщжували розчини 13 задании вкйстом чистого пектину. За наведеною вище методикою в «являли характер впливу на електропровадшеть (х) вологи (В), температури (I), кон-центращГ пектину (II), рН. Створювали модсльш розчини пектинових екстракпв (яблучного, цитрусового, бурякового, морквяного) ¿з заданими за планом експерименту концентращями вщ ОД до 3,1% з кроком 0,2%. Дослужено залежшеть електропровщноеп дослщних зразшв вщ температури (Ю...80°С) та концентрат! пектину (0,2...5%). Експеримекти повто-рювали для р]'зних рН (1..7). Оцшку прийнятносп зал еда 10011 х(П) для визначенпя оммяу пектину в розчиш здШснювали за характером вгдгучг електропров¡дносп на змшу концентрацп пектину: наявшетю лшшних долянок вим1рговашш та за кутовим коефвдентом И = у = ап^х/П). Чим больше И, тим больший пор»г чутливосп. Одержат« результата показали, що за властивостями електропровщних характеристик чиста розчини

пектишв дошльно под1лити на дв1 групи. Одну групу утворюють низько-електропровщш розчини цитрусового та яблучного пектишв, а другу -високоелектропровадш - буряковий та морквяний.

Основш характеристики першо! групи розчишв: температурний ко-ефощент - 0,1...0,15 См / °С, R = 2 ... 6; змша температури з 10 до 30 °С зб!лынуе електропровцппсть розчину з 6...9 до 11 ...12 См (для концентрацп 1,5%), а зб!льшення концентрацп з 0,2 до 2% при температур! 20 °С шдвищуе електропровщшеть з 1...9 до 11 ...12 См.

У друпй груш температурний коефццент складае ОД ...0,4 См / °С, II = 6...9. Змша концентрацн з 0,25 до 1,5% пщвищуе електропровщшеть з 4 до 18 См, а змша температури з 10 до 30 °С збшынуе електропровщшеть розчину з 10 до 22 См.

Одержат результата показали, що розчини з пектином с провщ-никами другого роду, я и вщносяться до групи слабких електролтв. Проводниками електричного струму в пектиновнх екстрактах е ¡они, яи утво-рюються в результат! дисощацп солей р!зного роду.

Виявлена можлив!сть одержання математичних моделей пектинових екстрактов як об'екпв вим!рювання вмгсту пектину. Один з вагомих факторов, який впливае на точшеть результатов вим!рювання, — температура дослщжуваних зразгав за величина рН. Дос1 вплив цих фактор!в врахо-вували недостатньо.

Одержан! даоп дозволили зробити висновок про можлив!сть викори-стати електропровщойсть пом!рних концентрацш розчишв (при певних температурах та рН ) як функщю вщгуку на зм1ну концентрацп пектину.

У третьому розд!л! об'ектом дослщжень були: молоко, ксф1р, сметана, вершки, згущене та вщновлене молоко, кисломолочний сир. Визначено рацюнальш конструктивн! характеристики пристрой для вим!рювання електропровщност!. Одержано експериментальш дан! впливу на електропровщшеть молока розведення його водою. Розроблено методи електрометрн складових частин молочних продуктов та модело оптимозацн якосп рецептур молочних сумшей.

Об'екти дослщжень, як ! загопвельне молоко, характеризуються однаковими складовими частинами - Б, Ж, СЗМЗ та факторами впливу на електропровщшеть: температури (I), рН, кислотносп (К), густини (Г), але р!зний кшьюсний склад компоненте зумовлюс власон особливосп елек-троф!зичних характеристик та вщповщно р1зний вплив на загальну електропровщшеть.

У проведених експериментах за аргумент використовували В, Ср, Ж, СЗМЗ, Б, функци - х, К, Г. Створювали моделын сум!ш!, у яких д!апазон змони концентрацп вологи (В,%) та сухих речовин (Ср,%) були таю: для

сметани вщповцщо - 55...90 та 10...45; ксф1ру - 85...95 та 5...15; кисломолочного сиру - Ô8...75 та 25...32; вадновленого молока - 90...35 ia 2... 10; для вершив - 55...90 та 10...45. У створених cvMiumx визначали jc, К, pH та Г. Електропровщшсть вим!рювали за допомогою спещально розроблених пристрою та вим1рювального прилада-тестера в штервал! температур вид 5 до 45°С. Анагазн складових частин та якосп продукпв здшснювали стандартними методами (Гербера, К'ельдаля та in.) як на шдприемст, так i в лабораторних умовах УДУХ'Г та TIMM. На основ! результата експерименпв будували залежносп впливу складових частин об'екпв на ïx електропровгдшсть. За допомогою стандартно! программ Korel - exe визначали, а попм обгрунтовували р!вняння perpeciï у вигляд1

а-С0 + C,(i,)*+Сг((2)хА'г , (21)

де а параметри, як1 вим!рюються; Ki, К2 - концентраци компонента, як! необхадно знайти; С„, С;, С2 - статистичш коефппепти. Деяк1 значения них napaMerpiB наведеш у таблиш 1.

Для знаходжсння масовоГ частки компоненте молока чи молочних продукпв складають систему з двох р1внянь, де зам1сть а пщставляють експериментально одержане значения х, К, рН чи Г. Розв'язуючи цю систему, знаходять Kj та К2, тобто Ж та СЗМЗ або Macoei частки В та Ср. Щоб визначити температурний режим вим^рювання, дослщження одер-жаних р1внянь perpecil було спрямовано на виявлення на залежностях a(t) таких робочих Д1лянок, для яких розрахункове та фактичне значения аргументу (огримане за допомогою стандартних методик) не в«др)зпялися б больше як на 5%.

Дослшкено залежносп *(Ж, t) у вершках. Для зразив загопвельного молока кшвського репону одержано модель визначення вмкггу жиру (%) у вершках

де х - фактична електропровишсть досладного зразка.

Максимальна похибка при визначенш вм^сту жиру за формулою (22) складае ± 5%.

Встановлювали залежшсть електропровщносп молока вщ ступеню розведення його водою. Контрольш парта молока одержували на ферм1 безпосередньо шсля дошня та анашзували його на вм1ст Ж, СЗМЗ, Б, Л, питому вагу, К, рН, Г. Визначення електропровщносп здшснювали при р)31ЮМ}' вм!сп води (5, 10, 15, 20, 25, 30%) та температурах (5, 10, 15, 20,

25°С), що дозволило для кожно! груии розведеного молока розрахувати косфннент пропорщйносп

Таблиця 1

Вплив масових часток об'ек-пв дослщжень на }х електропровщшсть за р1внянням (21)

Об'ект Тем-ра, Коефнпенти Концситращя компоиеи-пв. %

дослщжень °С Со С, с2 К к2

Молочш продукги

Сметана 20 -2.8 7.16 0.49 1.7 <Ср < 7.6 64 < В < 80

14 <Ж <24

10 49 1.4 0.76

Кеф1р 20 53 2.26 0.9 0<Ж£3.5 5 < СЗМЗ < 8

30 65 1.65 0.48

Кисломо 1П 51 0.93 -0.25

лочний 20 74 3.88 -0.3 0<Ж< 14 15 < СЗМЗ < 28

сир 30 144 1.66 -0.12

Молоко 15 -104 8.6 1.06 2< Б< 8 82 < В < 98

вщновлене 20 -87 8.9 0.93

Молоко 20 240 -1.6 4.39 7.8<Ж < 9 40 < Сах < 45

згущене

Концентранти

10 4 2.18 -0.01

Яблучний 20 4.6 2.6 -0.03 0.2 < П < 1.5 98.5 < В < 99.8

30 5.1 2.75 -0.05

10 6.4 5 -0.06

Цитрусовий 20 6.45 5.1 -0.06 0.2 <П< 1.5 98.5 < В < 99.8

30 6.5 5.15 -0.58

10 8.7 8.55 -0.06

Буряковий 20 9.1 8.8 -0.05 0.2 < П < 1.5 98.5 < В <99.8

30 11 14.5 -0.04

10 10.1 4.9 -006

Морквяпий 20 11 6.1 -0.08 0.5 <П <5 98.5 < В < 95

30 12.5 7.8 -0.09

к -

(23)

де Р3 - вщомий вмют води; %; уь у2 - вщповщно електропровщшсть до 1 теля розведсния водою.

Для партп молока зимового першду (Кшвського регюну) к =137.5%, а для початку лгта 150.5%. Розб1жшсть -к- у межах одшс! групи не пере-вищувала ± 2%.

Для визначення вмюту води у молощ, коли значения у1 невщоме, за-пропонований показник - коефвдент розведення молока водою К„ який розраховують за формулою

де Б° - масова частка б1лку в молощ, %, яку визначають стандартним методом; я, - постшний коефвдент отриманий шляхом статистичноГ обробки експериментальних даних.

Рис.1 Вплив масових часток жиру га СЗМЗ на елекгропровшпсть кисломолочного сиру.

Аналопчний вплив 1 масово! частей жиру (хО, але £х загальний вплив на електропровщшсть продукту пропорцшний власшй масовШ частць

Дослщжено вплив складових частин на електропровщшсть дослщних зразгав згущеного молока. Математичну модель для визначення масових часток Ж та СЗМЗ у згущеному молощ за результатами вим1рювання електропровщносп при температурах 10 та 20°С представили у в и глад!

(24)

Наявшсть води у молощ визначають за попередньо встановлсною залежшстю КЕ(Р3). Дослщження показали, що електропровщшсть чутливо реагуе на наявшсть води у молощ.

ю

Визначено залежшсть ,т(Ж, СЗМЗ) кисломолочного сиру (паста "Здоровье", рис.1). При збишлсши ма-совоГ частки СЗМЗ (хг) його електропровщшсть зростае прямопропорцшно.

х = 0.4 + 0.73СЗМЗ - 2.58Ж х = 0.47 + 0.79СЗМЗ -3.13Ж,

гочшсть визначення СЗМЗ складас ± 5%.

Встановлено вплив складових частин вщновленого молока: В, СЗМЗ та Б на електропровщшсть продукту. Результата дослоджень дозволили установити наявшеть лшШного характеру цих залежностей. Збшьшення концентрацп СЗМЗ призводить до пщвищення електропровщносл продукту, а збшьшення вологи цей фактор зменшус.

3 метою пщвищення якостт створюваних молочних продуктов розроб-лено методику оптим1зацп рецептур молочних сумгшей з заданими фозико-Х1м1чними властивоетями. У загалыюму вигляд! задача оптим1'зацп сформу-льована так: розрахувати масово чаетки харчових компонент за умовою максимум властивостей до задано! якость

При розробш рецептур кисломолочних напоТв та морозива на основ! запропонованих математичних моделей вирошено наступи! завдання. Для заданих компонентов харчово! сумнш визначити ох масово частки. Пряма задача. Максимозувати ф1зико - х!мнпн властивосп: а) для задано! маси сухих речовин; б) за вмюгом окремих корисних еле-ментов та (а).

Зворотна задача. Максимозувати окрему харчову цшшеть:

в) для заданоо маси сухих речовин; г) для потр!бних сма1сових властивостей

та (в).

Збалансувати масов! частки компонента за заданими ф!зико-хом1ч-ними властивостями.

Пряма задача. Мнпм1зувати масову частку сухих речовин: е ) для заданих величин окремих компонентов;

ж) для потр1бнихсмакових властивостей та (е). Зворотна задача. Скласти множину вар1анпв:

з) для заданих сполучень окремих компонентов та крат их смакових властивостей;

к) з одержано! множини вибрати таю, що забезпечують ¡пдгювщний ф!зико - х!м1чний склад та смаков1 властивосп.

У четвертому роздш дослщжено вплив змши продуктивности техно-лопчного обладнання на ефектишнеть його техноко-скономочшгх характеристик. Показано, що проблему рацоонального використання електричноо енергп технолопчним обладнанням можна вир1шити шляхом оптим1зацоо техшко-економ1чннх характеристик на множшн параметр!в його життевого циклу, який складасться з 4 еташв.

На першому у вщповщносто до обраних критерии виконують макси-м1защю (мошмозацио) техноко-економочних характеристик технологичного обладнання. Потр1бно полшшити ох узагальнено показники якосто шляхом

вибору початкових даних та конструктивних параметров за умовою досяг-нення таких технолопчних характеристик, ям не с оптимальними за жод-ним критер1ем, але с найбольш прийнятними за ох сукупойстю.

На другому - визначають шляхи мшомтацп затрат на створення пот-р!бного зразка конструкцп установки. Для вирошення цього завдання потробно розробити методики розрахунку ефективно! продуктивное!! технолоотчноо установки та визначити пщходи до вирннення задачо проек-тування в так званих суперечливих умовах, коли покращання одних параметров прюводить до попршення iншиx.

На третьему - оцонооють можливо витрати на експлуатацою.

На четвертому - узгоджують та коректуооть одержан! рошення на попереднох етапах у залежносто шд того, якому з критеро'ов воддаготь нерсвагу.

Запропоновано пщхщ до вибору ефективно! продуктивносто. За критерой ефективноетт обрано досягнення тахС (на множено можливих продукгивностей), при якому забезпечуегься топ(р, §), р, § - вщповщно питомо затрата електричоюо потужносп та металоемшеть, g = В/С (т°/т), т°, т - вщповщно маса апарата та його продуктивонсть.

Як видно з рис.2а шдвиоцення продуктивносп сеооаратор1в очисооиков до 10 т/год забезпечуе зменшенооя металоемносто на 65%. Подальше Го подвищення недошльне, оскольки питома металоемопсть не зменшуеться, а навпаки, спостер1гаеться тендеощоя до н збтшення. Аналоз залежносто р(в) дае можштсть встановити, що шдвиоцення продуктивносто до 15 т/год забезпечуе зниженооя питомих затрат електричноо потужносп на 60%, але при подалыюому й подвищенно спостер1гаеться тенденцоя наближення графока функци до точки екстремуму. За одержаними даними виооикае ситуащя, коли в одному вшоадку 10 т/год с ефективною продуктивносто за критеркм - максимум продуктивносто при мошмалыпй питомш металоемносто, а в шошй - 15 т/год с кращим показником за критер1ем - максимум продуктивносто при мшомальних питомих затратах енергоо. У результат! створоосться сшуац!я, в якой за двома критершми область 10...15 т/год е компромюною.

Для сепараторов вершковщокремлювач!в (рис.2б) визначеооо, що оощ-внщення ефективносто використання електричноо енергоо як функцй зболь-шення продуктивности недощльне, осильоси Го пщвноцення з 1 до 12 т/год попрноуе металоемшеть на 60...80%, при цьому енергоемшеть зростас в 2...3 рази. Для сепаратор!в високожирних всроиков щ показники на оооря-док горош.

Досладжено вплив змши продуктивносто на ефективн!сть використання електричноо сперт гомогенозагорами (рис. За). Встановлено, що при

с- 5 10 15 Х-год С 4 8 12Т/ГОД

а О

а 5

Рис.2. Визначення ефективпо1 нродуктивносп сепаратор1в; а - очисниив. б - вершков1докремлювач!в; 1, 2 - в^дповщно залежносп р(в).

тдвищсши продуктивносп з 4 до 8 т/год металоемшсть зменшусться на 63% 1 спостер!гасться тенденщя до й зниження. При пщвищенш продуктивное!! для функцп р(О) спо<лер1гасться тенденщя зменшення питомих затрат електрично)" потужносп на 32 %. При подалыпому п п!двищенш цей показник не змшюсгься. Можна зробити припущення, що область параметр1в 4...8 т/год с компромгаюго при оттпзацн продуктивносп за двома критер1ями. що розглядаються.

Дослщжено вплив продуктивное!! на ефектившсть техшко-еконо-\ичних характеристик маслоутворюва'пв (рис. 36). Для продуктивное™

<': 5 10 15 Т/гол Г. 0.8 1.6 2.4 Т/год

0 <г °

а 5

Рис.3. Визначення ефективно! продутивностг, а- гомогетзатор!В, б - маслоугпорювач1в; 1,2- вщпотдно залежноеп в(С), р(С).

0,6 т/год металоемшсть складае 2,1 б т°/т. При гидпищенш продуктивносп до 1.2 т/год металоемшсть зменшусться на 43%. Подальше п пщвищення до 2.4 т/год зменшус темп зниження металоемпоел на 10%. Кр!м того ¡снуе достатшй резерв для «.пшмпацп питомого ноказника. Анал1з залежное™

р(О) показуе, що для продуктивности 0.6 т/год ефекгивтсть використання електрично! потужносп складае 18,3 кВт/т. ГЦдвищення продуктивное^ до 1,2 т/год зменшуе питош затрате електрично! потужносп на 12%. Ефективна продуктившеть за умовою тт(р, g) знаходиться в обласп 2...3 т/год.

У п'ятому роздш розроблено методи розрахунку та вибору енерго-ефективних режим1в робота технолопчних процеив за умовами: м1шмаль-них питомих затрат енергп 1 металоемносп; обмежень на енергорссурси та сировину з урахуванням й яисних властивостей; наявноеп суперечливих вимог. Розроблено математичш модел1 визначення ефективних характеристик виконавчих оргашв технолопчного обладнання.

3 метою анашзу затрат електрично! енерп! технолопчними процесами дослщжено ефекгивтсть техшко-економ1чних характеристик технолопч-ного обладнання. Запропоновано гпдоод до розрахунку ефективносп його техшко-екошхшчних характеристик шляхом визначення вщповщно! рейтингово! оцшки, яка здШснюеться за умовами, коли техшко-економ1чш характеристики задаш: в явному виглядц, за !х питомими значениями, з прюритетом заданого показника.

Запропонований пщхщ до аштзу ефективносп техшко-економ1Чних характеристик технолопчного обладнання дозволяе: ощнювати його тех-шчний р1вень; при необхадносп формувати вар1анти покращання яисних иоказниюв, що забезпечуе вщповщшеть техшчних умов обладнання, яке створюеться, евгговому р1вню; пропгозувати напрямки розвитку та обира-ти ефективш решения з урахуванням можливосгей виробництва.

На основ! запропонованого способу дослщжено ефектившеть техшко-економ!чних характеристик вггчизняного 1 закордонного технолопчного обладнання та визначено напрямки !х удосконалення. Одержат результата використаш в шетитуп Укрндшродмаш при розробщ та впровадженю нового технолопчного обладнання.

Для оцшки енергозаощаджувальних властивостей технолопчних установок (ТУ) запропоновано наступний пцрад. На площиш 11(С,Р) (назвемо енергозатратною) точка Ь - характеристика затрат електрично! потужносп при роботт ТУ з продуктившетю в, г = (Р*+ в2)1'2, в = г х со5фх, де г -модуль ТУ, соБфт - техполопчний коефкцент потужносп ТУ.

Сформульоваш акешми та обраш критерн дають можливють визначи-ти оцшку ефективносп затрат електрично! енерп! технолопчними установками. Якщо задана математична модель ТУ, яка характеризуется параметрами Р, в на площиш и(С,Р), то простором параметров ТУ е п - м1рний прослр, який складаеться ¡з точок Ь з дскартовими координатами {Р , С}. Кожнш точц! Ь у простор! вщиовщае обмежений наб1р параметр1в Р, О : Р

<Р<Р , О < О < в < . Ц\ умови визначають прямокутник -п- у простор! параметр!в Р, в. Можна сказати, що кожшй точщ прямокушика -п- в1Дпов1лае модель ТУ, параметри яко! задовольняють задании обме-женням 1 навпаки.

Аксюма 1. На площин! -п- вибсрсмо область (рис.4.1) з параметричними обмеженнями Р<Р < Р * , С = в з початковими даними Сг^ С2 = ... = С и, Р1 < Р2 < ...< Р п, сояф! > соэфз > ... > со$фп. Очевидно, що для дано! обласп параметр1в максимальна ефективн!сть використання електрично! снергн характеризуеться тахсоэф.

Рис. 4. Характеристика ефективност! затрат електрично! енергн конкуру-

ючим обладнанням на енергозатратшй площиш.

Аксюма 2. На площин! -п- виберемо область (рис.4.2) з параметричними обмеженнями 0*< в < в * , Р = Р та початковими даними Р1 Р2 = .. =" Р п, < С2 < ...< в „, совф! < совфг < ...< созфп. Очевидно, що для дано! обласп параметр!в максимальна ефектившсть використання електрично! енерп! характеризуеться максимальною продуктившстю ТУ.

Аксюма 3. На площиш -п- виберемо область з параметричними обмеженнями Р* < Р < Р * * , 0*<0<0**з початковими даними, С2 = 2 О],..., С„ = п Оь Р2 = 2 Рь Р„ = п Рь соэф! = соэфг = ...= сояфп. На практищ даний випадок можна розглядати як виб!р: що крахце, переробити один ! той самий обсяг сировини приблизно з однаковими затратами енерп! з б!льшою потужн!стю за менший час або - з меншою потужн!стю, але за бишший час. За критерш швидкодн обрано коефвдснт т нропорцшний часу г. На рис.5.1 наведен! графики Р(0 1 тф, яи харак-теризують випадок, що розглядаеться (наприклад, робота 3х ТУ, яю пере-робляють 4т сировини вщповщно за 1, 2, 4 години з однаковими затратами енерп! 8 кВт.год/т). Очевидно, якщо критерн р!внозначн1, то виб1р

ефекгнвних параметров знаходиться на перешил е наведених граф1ют.

У залежносп вщ того, якому критерио вщдають перевагу, точка С зм1щуеться BJiiBo або вправо. Для ощнки змйцення координата оптимуму застосовано принцип Гурвиця

F(kb k2) = aj min v (k,) + (1 - aj) max v(k2), 0 < оц < 1. (26) ki e Km k2 e Km

При ai = 0 перевага вщдаеться maxx, для aj = 1 - min Р. У випадку, коли оц= 0.5 - критерц р1внозначн1.

Розглянуто пщхщ до ощнки та визначення приоритету ТУ за ефектившетю використання електрично! енергн, яыцо конкуруюч] ТУ мають суперечлив» показники техншо-економ!Чних характеристик. Дамо ощнку двом ТУ, яю характеризуються електричною потужшстсо та про-дуктившетю в загальному вигляд1 Pi, Ра, Gb G2 за умовою, що G! < G2, cos<pi > cosqh (рис.5.2). На площиш u(xi°, х2°), утворешй продовженням

Рис.5. Bибip продуктивное^ технологичного обладнання за умовою ефективного використання електрично! енерп!.

вектора ОМх i нормаллю М]Х]° до точки Мь вектор ОМ] вщображае ТУЬ а вектор ОМ2 - ТУ2. Вище було показано, що для установок, вхдобра-женнх точками Ь на В1С1 М1Х10, мають перевагу Т1, у яких бшьший соэф, а для М1Х20 навпаки, у яких бшьше С. Тому площину и(Х]°, х2°), утворену вюями М^^та М1Х2°, будемо вважати компромюною.

Одержат результата показують, що площина и(х!°, х2°) подшена на дв1 частини. Установки, для яких точки Ь розташоваш у правШ частиш вщносно лши екстремуму, мають перевагу над базовою установкою

(ТУ)), а базова - мае перевагу над ТУ, точки L яких розташоваш у jiíbííí частиш площини вадносно лиги екстремуму.

3 метою пщвищення ефектипност! використання електричноГ енер-riï технолопчними процесами в умовах обмежень на енергоресурси та сировину сформульовано задач1 оптимпаци та побудовано математичш модел1 для ïx виршення.

1з групи конкуруючих технолоп чних установок кращою е та, при викориетанш яко! для заданих обсяпв продукцн G та енергоресурЫв W забезпечусться максимальний прибугок П (27) або мппмальш затрата 3 (28)

(27) F(x)= ¿ Л,х, -> шах (28) F(x) = ¿ min

Z t¡Xi = G ¿ tiXi =G

1-1 1=1

t Pi*i=W x^O ¿ PiJCi = W.

i-i t-i

При наявносгп специф1чних вимог на додержання технолопчних циюнв функцюнування обладнання один ¡з пштв розв'язання задач! енерго-заощадження полягае в тому, щоб розрахувати оперативний план його завантаження сировиною та часов] цикли технолопчних процсав за умовою, що фактичний трафж споживання enepropecypciB Рф(0 повинен доргвнювати заданому P3(t), осюлыш при Рф > Р3 пщприсмство щдлягае штрафним сашацям, а при Р3> Рф - несе збитки у зв'язку з переплатою за заявлену иотужзпсть, а також - з недозавантаженням обладнання. Bújomí способи стабшзацй Рф(1) = P3(t) використовують автоматизоваш обчи-слювальш системи управлшня споживанням електроенерпх, яга для переробних тдприемств не завжди прийнятш у зв'язку з додатковими матер1альними витратами та термитом окупност» до 5 роюв. Тому за-пропоновано новий пцщд до виршення задач! оптим!зацп затрат енергн, який базуеться на ефективному викориетанш яюсних властивостей сиро-вини, технолопчних режюмв роботи обладнання та рациональному завантаженш процес1в сировиною.

Модел1 розрахунку режи.М1в функцюнування обладнання -, яю для заданих енергоресурЫв W3 забезпечують максимум продуктивное!! (29), а для задано! продуктивносп G3 - мнимум затрат енерги (30)

(29) F(t) = ¿ Gitj -> max (30) F(t) = ¿ Pji¡->min i»l 1-1

± Pi t¡ =Wj t¡= toi i G¡ t¡ = Gj

Для задан их часових циюив t, питомих затрат р та електричноГ енерги W розподлясм сировину g ьижтехнолопчними процесами

(31)F(g)=± tjgj->max (32)F(g)=2 P>gi->m!n i-t t.1 я m

2 Pi&=w 2 &-G.

»1 1.1

Для заданих електричних потужностей Р обладнання технолопчного

процесу i часу Т (за диреггивним графком споживання енергоресурав)

визначаем рацюнальш часов! цикли Гх завантаження

(33) F(t)Pi ti —> min (34) F(t) = £ & t max

2 ti=T ü=toi 2 ti=T.

j-i i.i

Наведен! модела даклъ можливють розраховувати в залежносп вщ конкретних умов виробництва режими робота обладнання, яю забез-печують максимум продуктивное!! при мшмально можливих затратах енерпГ, а також знизити плату за елекгроенерпю за рахунок стабшзацн P4(t) = P3(t). Працездатшсть розглянутих вище моделей була гадгверд-жена при дослцркенш ix на виробницш. На основi розроблених моделей розраховано режими роботи обладнання пщприемств кондитерськоГ та молочно! промисловостт, що забезпечуе зменшення затрат електричноГ енерги на 7...15%.

Для визначення електричноГ потужносп (як правило) виршуюгь пряму задачу - для заданого G знайти Р. 3 метою шдвщцення ефек-тивносп використання електричноГ енерги запропоновано виршення зворотноГ задачу суть якоТ у наступному. Для стандартно! номенклатура електричних потужностей Pi, i = 1, 2.....п (на основ! вщомих фундаментальнее залежностей) визначають вщповщш !м продукгивносп Gi, у результат! чого одержують множину конкуруючих пар napaMCTpie Pi Gi. Для кожно! пари розглянутим вище методом розраховують рейтингову оцшку ефективносп. Bn6ip кращоГ пари параметров здШснюють за допомогою запропонованих моделей за умовою: з групи ТУ та краща, яка при заданих затратах електрично! енергй виробляе больший обсяг продукщ! або для задано? продукгивносп мае менял затрата електрично! енерги. Запропонований метод дослщжено та впроваджено при розробщ технолопчного обладнання в ¡негитуп Укрддшродмаш. BiH дозволяе оп-тим0зувати виб!р продуктивностей та пщвищити ефектившеть використання електрично! енерги, що дае можшшеть зменшити н затрата на 8... 12%.

Враховуючи, що болышеть технолопчних процес!в мають ознаки складно! системи (багатом!рн!сть, нелшшний характер залежностей мш

продуктившспо та затратами енергоресурсов, невизначенють багатьох характеристик функцюнування та обмежена юльюсть параметров, що контролгоються), запропоновано новий пцрад до визначення !х ефектив-но! продуктивное^ за ¡нтегральною характеристикою. Bin базуеться на визначенш узагальнено! характеристики P(G) процесу, який складаеться 13 сукупносп окремих технолопчних операщй. Кожна операцш мае влас-Hi особливосп технолопчного режиму, а обладнання, що fx реаМзуе, характеризуеться певними техшко-економ1чними характеристиками. Показано можливють визначення ефективно! продуктивносп технолопчного процесу, яку здШснюють на множит штегрованих залежностей Pi(Gi), t = 1,2,..., п за критерием max(cos(p, G), що розглянугий вище. Таке решения обумовлюе зменшення встановленоТ електричноГ потужносп технолопчних процесш на 8,..10%.

Дослщжено пцрад до оптим1заци технолопчних процеав в умовах, коли покращання одних показштв якасп призводить до попршення ¡нших, наприклад, мпшпзащя питомих показнигав р та g мае р1зний на-прямок, функцн p(G) та g(G) досягають екстремуму в р!зних точках G.

Ягадо покращання одних показниюв призводить до попршення ¡нших, то такий випадок характеризуеться наявшетю "суперечливих умов", а прийняття ршгень у цих умовах вважають компромюним.

Для виршення задач! вибору рацюнальних техшко-економ1чних характеристик технолопчного обладнання при наявносп суперечливих умов розглянута модель

де I - множина задач розрахунку та вибору параметр1в установки, (наприклад за умовою: не попршуючи якосп продукту досягти максимально! продуктивносп, одержати мннмальну металоемшеть, максимальну над!Йшсть тощо); к - юльюсть критерии, що розглядаються; Мь — векгор-ш ции; Вк - векторш стратеги; - наявт ресурси; п - документацы, яка регламентуе умови виршення завдання.

Показано, що виршення поставлено! задач1 базуеться на кглыисшй оцщщ виграшу (збитав) можливих варинттв з позицп критернв, що розглядаються. Умовою виршення цге! задач1 е вр1вноважений виб1р з позицп критерив, що розглядаються, тобто межа однакових втрат, яку представлено у вигляд!

Ф = < Ijk, { Mb }, { В^ }, Rr, п >,

(35)

n

n

2 opt Гц - Xu(Ti) = 2 opt ra -ka (r2),

(36)

i-i

»1

де opt Гц , opt га — вщповщно оптимальш характеристики кожного eapi-анта; - вщповщно збигки даного варианта.

Досладжений виб1р компромюноТ продуктивное!! на приклад} сепара-Topie очисникш показав, що такий щдоад справедливий i для шших вид1в технолопчного обладнання, наприклад, для розглянугого в роздш 4.

Запропонована методика може використовуватися для обгрушу-вання вибору рацюнальних техшко-економ^чних показнигав юнуючого технолопчного обладнання, серед яких, кр!м якосп продукцп, е: продук-тившеть, затрата eHepriî та питома металоемшеть.

3 метою рацюнального використання елекгричноГ enepriï в транспортних оркнтуючих системах (TOC) технолопчних процессе та зменшення браку готово! продукцп виршено задачу пошуку ïx ефек-тивного навантаження: не попршуючи якосп кшцевого виробу, забез-печити досягнення максимально! продуктивное!! обладнання при мшь мальних затратах eiiepriï. 1дея запропонованого пщходу полягае в наступному. Визначали функцно h (Xi) = h0 за умовою, що h0 = Нд, де h0 -параметр, який характеризуе навантаження на вир^б, i = 1, 2,..., п, Нд -допуетиме навантаження (за його мщностними властивостями), Xi -параметри, яю впливають на характеристики динамцеи TOC. Значения h0 може бути одержано при pi3Hnx сполученнях Xj. Але, оскшьки ïx зна-читсть та вплив на динамнеу виробу р1зний, то з ycix можливих сполу-чень х, потр1бно обрати таш, яю забезпечуюгь умови ефективного навантаження у кожному конкретному випадку.

На ochohî одержаних математичних залежностей визначено геомет-ричш характеристики TOC, яю з ycix можливих BapiaHTiB забезпечили виб1р ефективного h0. Розроблеш модел1 впроваджеш в шетитуп Укрцда-продмаш при розрахунку TOC технолопчних процес1в. Анал13 затрат eiiepriï при робоп технолопчних npouecie показав, що в загальному випадку за рахунок пщвишення продуктивносп i зменшення браку продукцп досягаеться еконошя елекгричноГ eHepriî на б...8%.

Досладжено динамису затрат електрично! енергн в систем! вакуум-ний захоплювач-вир1б. Установлено особливосп динам1ки системи для PÏ3HHX видш вакуумних захошповач1В з урахуванням ïx навантажуваль-них характеристик, яю дозволяють визначити ефекгивну електричну потужшеть машини TOC, що забезпечуе максимальну продуктивность за умовою стшкост! процесу укладання 3 заданою яюстю виробу. •

Експериментальш дослщження показали, що за рахунок рацюнального зб1льшення продуктивносп та зменшення браку продукцп доеяга-егься економ^я електрично\ eHepriî на 8...12%.

На основ i проведених доеладжень та запропонованих метод1в розрахунку рацюнальних napaMerpie конструкцш виконавчих оргашв машин

розроблено галузевий стандарт (РТМ-27-31-931-82. Расчет кулачковых механизмов. - Минлегпищемаш СССР, - 240с), який використано при розробцо та впроваджеошо технолопчного обладнання у харчову та пере-робну промисловость.

висновки

Основш науково-техночш передумови раононального використання електрично! енерт в технолопчних процесах.

1. Проблема рацюнальних затрат електрично! енерп! в технолопчних процесах виробництва молочних продукпв е комплексною 1 повинна вирошуватись шляхом узагальнення дослщжень електроф1зичних власти-востей молочних продукпв \ енергозаощаджувальних можливостей технолопчного обладнання.

2. На осново узагальнення результатов теоретичних 1 експеримен-тальних дослуркеиь та системного акал!зу техпоко-економочошх характеристик технолопчного обладнання визначено, що енергозатрати (р), якость продукту (Я), продуктившсть (в) та металоемнкть (ш) с основ-ними критероями при оцонщ ефеосгивносто технолопчних процеав.

3. На осново положень мехашзму елекгропровщносп в об'сктах з матричного структурою та динамоки технолопчних лроцеа'в розроблено матсматичш моде.т для визначення ефеютивних техноко-економ1чних показников, що зумовлюс мишизацою затрат електрично! енергхГ.

4 Враховуючи, що яюсть молочних продукпв визначають не -ильки складом речовин (жиру (Ж), бшку (Б), соло тощо) й технолопчними парамсграми (кислотностоо (К), рН, густиною тощо), !х треба розглядати з позицоо багатопараметричннх систем з матричною структурою елекгропровщносп {х), що зумовлюе: можлив1сть визначення якосп продукгу через х, яка в юнуючих продуктах змшюсгъся у доапазоно (3*10^-9» 10"4), створення засобов експрес-контролю якосто з використашшм параметров, яко здойснюють основний вплив на х та иаявшсть позитивного зворот-ного зв'язку м1ж X о Т.

5. Механозм електропровщносто молочних продуктов, яко е об'сктами з матричною структурою, повинен базуватись на наближенно його до не-¡деальних проводних середовищ.

6. На осооово акалозу залежностсй для ефективних пров!дносто 1 доелектричноо проншшосто неодиородних середовищ у наближенш неоде-альних доелектриоив встановлено, оно важливим параметром с емнкна складова проводносп матрицо та неоднорщностей.

7. Встановлено, що електротеплова нестшоасть молочних середовищ залежить вод структури розподшу електричних похив, температури о охшх фозичних властивостей.

8. Доведена, що показник якосп молока визначаеться кореляцШною залежшстю КЕ та наявшстю вода в молощ, що зумовлюе можливкть з бшьшою 1мов1ршстю здШснювати юльгасну оцшку фaльcифiкaцií через коефвдент Кв (розведення молока водою).

9. Установлено, що вмют пектину (Кп), який зумовлюе яисш характеристики концентран-пв, визначаеться корелящйного залежшстю х 1 Кп. Такий щдаад дае можливють етворення та впровадження принципово нових методов експрес-контролю на пщириемствь

10. Доведено, що ощнка ефективносп затрат електрично! енергп в ¡снуючих технолопчних процесах повинна здШснюватись шляхом дифе-ренщювання питомих затрат енергц, а Гх визначення - як функцн у простор! параметр1в в, Я.

11. Для визначення ефективносп затрат електрично! енерп! в межах заданого енергобалансу запропоновано модел1 та методи !х виршення, як! базуються на м1шм1зацй затрат енергорееурав. Ефектившсть цьош ршення шдтверджена розробкою та впровадженням типових програм розрахунку на линях виробництва масла, казе'шу, морозива, кеф!ру, що забезпечуе зниження енергозатрат на 7—15%.

12. За умовою ефективного використання електрично! енерп! оптимизация проектних ршень повинна здШскюватись на миожиш ште-грованих залежностей методом Парето. Таке рпиення зумовлюе змен-шення встановлено! електрично! потужност! технолопчних процессе на 8...12%.

13. На основ} виявленого позитивного зворотного зв'язку м1ж х 1 Т розроблено принцип побудови конструкцп нагр!вниюв з безпосередшм нагр1вом слекгричним струмом, що зумовило !х впровадження.

14. Запропоновано математичну модель, яка на основ! р!вноваги мннмальних втрат за критериями тш(р,т)-тахО дае можливють визна-чнти ефективну продуктивность обладнання при каявноетт суперечливих вимог.

15. Оцшка ефективносп продуктивное^ технолопчного обладнання здойснюеться за системним критер1ем со^ - в, який характеризуе його енергозаощаджувальш властивос-п. Доведено, що впровадження такого методичного шдходу зумовило зменшення втрат електрично! енерп! в процеа' виробництва кисломолочних напо!в та морозива на 7...9%.

16. Запропонована методика вибору рационально! продукхивноеп технолопчного обладнання та визначення ефективносп затрат електрично! енергп, яка базуеться на використанш множини електричних нотуж-ностей, заданих стандартною сеткою елекгротехнолопчиого обладнання, за доиомогою енергозатратно! площини и(Р,0). Апробащя прийнятого ршешш забезпечуе зменшення затрат електрично! енерп! на 8... 12%.

17. Визначення ефективносп технолопчного обладнання здШсшо-сться за техшко-екошятними показниками за рейтингового оценкою (И), з використанням системи р1внянь, побудованих на основ! прийнято! схе-ми оцшок: для загально!' - за тахИ, а для питомих показниюв - за ттЯ.

18 Враховуючи вплив геомсгричних розм1р!в виконавчих оргатв машин на ефектившсть використання електрично! енергп, запропоновано метод вибору 1хшх параметр1в за системним критерием р - в на множит характеристик динамки ¡з застосуванням характеристичних ршнянь.

19. Для визначення ефективного режим)' функцюнування транспортних ор!ентуючих систем запропоновано метод, який базуеться на теорп чутливосп з урахуванням реакцй характеристик динамжи системи на пробш за планом експерименту змши аргументе.

ПЕРЕЛ1К РОБ1Т, ЩО ОПУБЛ1КОВАН1 ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЩ1

1. Ромоданова В., См1рнов В., Мазуренко О., Кочубей О. Електрометрш молочних продукта // Харчова 1 переробна промислов1стъ. - 1997. - №8. - С.24-25. (Постановка задач!, участь в екснериментальних досладженнях, розробка матмоделей, узагальнення результата та подготовка матер!ашв до публнсацй).

2. См1рнов В. Електрометричне тестування яюсних характеристик молока 1 молочних виробш // 36. наук, пр.- К.: УкраТнський державний университет харчових технолопй. -1998. - №4. - С.48-49.

3. Ромоданова В., См1рнов В.,. Гуляев-Зайцев С., Мазуренко О., Кочубей О., Пухляк А. Електрометричне визначення якосп // Харчова ! переробна промисловшть. -1998. - №4. - С. 37.

(Постановка задача, участь в експериментальних дослщженпях, узагальнення результата та пщготовка матер1ал!в до публпсацп).

4. См'фнов В., Ромоданова В., Мазуренко О., Полкцук В. ОптимЬа-цгя рецептур молочних сум!шей /7 Харчова 1 переробна промислов5сть. -1999.-№10.-С. 19.

(Розробка матмоделей, участь в експериментальних досладженнях, узагальнення результат! в та шдготовка матер1ал1в до публжацн).

5. Богаенко К., См1рнов В., Мазуренко О., Рюмшин М. Регулювання процесу термообробки з економ!Чними витратами енергорссурсп! // Ав-томатизаЦ1Я виробничих процес1в. -1998. -№1-№2. - С.45-49. (Розробка матмоделей \ принцишв олгтимпаци, участь в експериметаль-них дослуркеннях та узагальнення 1х результатов).

6. Богаенко К., См1рнов В., Мазуренко О. Методи анализу енергоза-ощаджуючих властивостей технолопчного обладнання // Автоматизация виробничих процеав. - 1998. -№1-№2. - С.20-23.

(Розробка матмоделей та падготовка матер1алш до публшацн).

7. Смфнов B.C. Ефектившсть. технолопчного устаткування // Харчова i переробна промисловють. - 1998. - № 9. - С.30-31.

8. Гуляев - Зайцев С., Мазуренко А., Смирнов В. Энергосбережение в молочной промышленности/7 Сыроделие. М.: - 1998. -№2. - С. 35-36. (Розробка принцишв математичного модежовання та подготовка мате-piajriB до публкаци).

9. CMipHOB В. Керування енергозбереженням технолопчних процесш в умовах дефщиту сировини // Автоматизащя виробничих про-цес!в. -1997. - №1. - С.44-47.

10. Богаенко К., Смирнов В., Мазуренко А. Автоматизация маркетинговой задачи управления энергопотреблением предприятия /'/Автоматизация производственных процессов. -1995. - №1. - С.109-111. (Розробка матмоделей та пщготовка MaTepianie до публокацп).

11. Бурляй Ю., Сухой Л., Смирнов В. Исследование колебаний упругих вакуумных захватов // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. - 1978. - №10. - С.36-38.

(Участь в експериментальних дослщженнях, узагальнення результата та подготовка MarepiajiiB до публкацп).

12. Скорик Г., Атаманский П., Смирнов В. Оптимизация выбора конструктивных параметров ориентирующих дисков // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. -1981. - №1. - С.29-31. (Постановка задач^ розробка матмоделей, участь в експериментальних досладженнях, узагальнення результата та нщготовка матер1агнв до ny6jiiKauii).

13. См1рнов В., Мазуренко О., Черниш В., Марченко В. Режим робота ощадливий // Харчова i переробна промислов1сть. - 1999. -№1. -С.32.

(Постановка задач1, участь в експериментальних дослщженнях, узагаль--нення результата та годготовка матер1ал1в до публшацп).

14. Шапран В., Костюк В., Смирнов В. О колебаниях вакуумных захватов с удерживаемыми изделиями // Пищевая промышленность, -1988, вып.34. -С.38-41.

(Постановка задач^ участь в експериментальних дослщженнях, узагальнення результата).

15. Смирнов В., Мазуренко О. До enepropecypciB - ощадливо. // Хар--чова i переробна промислов1Сть.-1997. - №9. - С. 22.

(Участь в експериментальних дослщженнях, узагальнення результата та подготовка матер1ал1в до публкацп).

16. Ромоданова В., Скнрнов В., Кочубей О., Мазуренко О. Ефектившсть виробництва за електро- та теплофозичними характе-

ристиками згугцених молочних продуктов // Харчова i переробна проми-словость. -1999. - №11-№12 - С.15.

(Участь в експериментальних дослщжениях, шдготовка матср!ал1в до публжацн).

17. Полпцук В., CMipnoB В., Ромоданова В., Домарсцкий В. Ячмено-солодовий екстракт у виробпицтво морозива на молочшй ochobI /7 Харчова i переробна промислов1сть. - 1999. - №.11-№12 - С.26. (Участь в експериментальних дослщженнях, узагальнення результатов).

18. См1рнов В. Ооотимозацм продуктивоюсто технолопчного облад-нання в суперечливих умовах // Автоматизацоя виробничих процесов. -1999. - №2. - С. 46-49. *

19. Ашуева Т., Кирнос Л., Суржик Т., Смирнов В. Эффективная электрическая проводимость и диэлектрическая проницаемость гетерогенных сред в переменном поле // Пращ 1нституту електродинамнси HAH УкраТни. - К.: - 1999. - С.13-17.

(Постановка задач!, розробка матмоделей та подготовка матер]'ал1п до публкацн).

20. CMipnoB В. Дослщження електротермооброблення молока в потоцо // Харчова промисловкть. - 2000. Вип. 45. - С.124-127.

21. CMipnoB В., Крапивницька I., Шушка В. Електрометричний метод визначення накопичсння пектину в технолопчному середовитцо. //36. наук. пр. - К.: Украшський державний уно'верситст харчових техно логш. - 2000. - С.56-58.

(Розробка матмоделей, участь в експериментальних дослщжениях та подготовка матер1алов до публокаци).

22. Ашуева Т., Кирооос Л., Суржик Т., Смирнов В. Электротепловая неустойчивость в среде с неоднородным распределением электрического поля и температуры. - К.: Техшчна електродинампса - 2000. - №2. - С.8-10. (Розробка матмоделей та подготовка материалов до огуб-ткаци).

23. Слпрнов В. Теоретично основи одеоттифкацо'о технолопчного обладнання за ефеостивооостю техшко-економочних характеристик // 36. наук, пр.- К.: Украшський державний уопверситет харчових технологш. -1998. - №4.-С.25-26.

24. См1рнов В.. Крапивнотцыса I, Шутка В., Мельник В. Електро-ф!зичний метод кооооролю в ооектиновому виробницт // Харчова i переробна промислов1сть. - 2000. - №1. - С.24.

(Участь в експериментальних дослщжениях, узагальнення результатов та шдготовка Maiepianiß до публокацн).

25 См1рнов В. Bn6ip продуктивносто технолопчного обладнання за умовами ефективного використання електричноо eiieprii. 36. наук. пр. -

К.: Украшський державний ушверситет харчових технологш. -1998. -№4.-С.39-40.

26. См1рнов В. Система енергозбереження в умовах дефщиту сировиии // Рыночные трансформации в сфере научно-технической деятельности. - К.: Институт Экономики HAH Украины. - 1997,- С.89-95.

27. Патент на винахщ №22537А. Пастеризатор / Заремба ВЛС., Мазу-енко О.Г., См1рнов B.C. Опубл. 30.06.98, Бюл. Промислова власшсть №3. - Зс. (Участь в розробщ пристрою та експериментальних дослщженнях, узагальнення одержаних результатов).

28. Патент на винахщ №21620А. Пристрш для вимхрювання елек-тропровщпосп ' См1рнов В., Мазуренко О., Ромоданова В., Гуляев -Зайцев С., Кочубей О., Пухляк А. Опубл. 30.04.98, Бюл. Промислова власшсть № 2. - Зс. (Участь в розробщ пристрою та експериментальних дослщженнях, узагальнення одержаних результатов).

29 A.C. №1324929 СССР, МКИ В 65 В 5/10. Устройство для укладки штучных изделий в тару / Коспок B.C., Шапран В.З., Адаменко В.Б., Смирнов B.C. Опубл. 23.07.87, Бюл. №27. - Зс. (Участь в розробщ пристрою та експериментальних дослщженнях, узагалъення одержаних результатов).

30. A.C. №1402495 СССР, МКИ В 65 В 5/10. Устройство для укладки штучных изделий в тару / Костюк B.C., Шапран В.З., Адаменко

B.Б., Смирнов B.C. - Опубл. 15.06.88, Бюл. № 22. - Зс.

(Участь в розробщ пристрою та експериментальних дослщженнях, узагальнення одержаних результаты).

31. Патент на винахщ № 20644. Cnociö визначештя вм1сту жиру в вершках / Гуляев-Зайцев С.С., Смирнов B.C., Мазуренко А.Г., Ромоданова В.А., Кочубей О.В., Пухляк А.Г. Опубл. 27.02.98, Бюл. Промислова власшсть. №1. - Зс.

(Участь в розробц! способу та експериментальних дослщженнях, узагальнення одержаних результатов).

32. Патент на винахщ №24594А. Cnociö визначення фЬико-xÖMi4HHx показнигав молока / Ромоданова В., См1рнов В., Гуляев-Зайцев

C., Мазуренко О., Кочубей О., Пухляк А. Опубл. 30.10.98, Бюл. Промислова власшсть. №5. - 4с.

(Участь в розробщ способу та експериментальних дослщженнях, узагальнення одержаних результатов).

33. Решения про видачу патенту Украши на винахщ №97094783 вщ 14.10.98. Cnociö визначення ф1зико-х1м1чних показниив молока / Гуляев -Зайцев С.С., Смирнов B.C.

(Участь в розробщ способу та експериментальних дослщженнях, уза-гальнення одержаних результате).

34. Ршгення про видачу патенту Украони на винахщ №97125994 вщ

14.10.98. Способ виморюваошя електротороводносп в харчових продуктах та пристрой для його реалозаци / Гуляев - Зайцев С.С., Смирнов B.C., Ма-зуренкоО.Г., Лобок О.П.

(Участь в розробцо способу та експериментальних дослоджеших, уза-гальнення одержаних результатов).

35. Ршення про видачу патенту навинахщ №98031415 вщ 27.12.99. Пастеризатор / Заремба В.К., Мазуренко О.Г., Сморнов B.C.

(Участь в розробцо 01ристрою та експериментальних дослщженнях, уза-гальнення одержаних результат).

36. Ршення про видачу патенту на винахщ №99010335 вод 27.12.99. Способ визначення росту бюмасн дршоджов / Смирнов B.C., Романовська T.I., Шулша В.П., Мазуренко О.Г.

(Участь в розробцо способу та експериментальних дослщженнях, уза-гальнення одержаних результатов).

37. Ршення про видачу патенту на винахщ №99010513 вщ 27.12.99. Способ визначення пеостиооу в пеостинових екстрактах / См1рогов B.C., Танащук JI.I., Гулий I.C., Крапивницька I.O., Тарасенко С.Д.

(Участь в розробщ способу та експериментальних дослщженнях, уза-гальненом одержаних результатов).

38. Ршення про видачу патенту Украони на винаход №99010514 вщ

27.12.99. Cnoci6 визначення пектиогу в пектиновому екстракп / См1рнов B.C., Крапивницька I.O., Танащук Ji.l., Гулий I.C., Тарасенко С.Д. (Участь в розробцо способу та еосспериментальних дослщженнях, уза-гальнення одержаних результатов).

39.Мазуренко О.Г., CMipnoB B.C., Шапран Т.В. Диспетчеризащя упраилшня снергоспоживанням на пщприемство // Працо М1жнародно? науково-техночноо конференцоо "Розроблення та впровадження прогре-сивних ресурсоощадних технологий та обладнання в харчову та пере-робну промислошсть" - Кшв: Украшський державний ушверситет харчових технолога. - 1997. - С.153.

(Участь в експериментальних дослщженнях, узагальнення результат та пщготовка матер1ал!в до публикаци).

40. Смороюв B.C., Крапивницька I.O., Танаоцук Л.1., Мазуренко О.Г., Шулока В.П. Експрес-контроль вмкту пектину в технологочних розчинах // Пратд м1жнаролно1 науково-техшчноГ конференцп "Проблеми та перспективи створення i впровадження нових ресурсо- та енерго-ощадних технололй, обладнання в галузях харчовоо i переробноо про-

мисловосп" - Украшський державний утверситет харчових технологш. -2000. - С.42.

(Постановка задач!, розробка матмоделей, участь в експериментальних дослщженнях, узагальнення результата та шдготовка MaTepianiB до публнсацп).

Смирнов B.C. Науково-техн1чш передумови paцioнaльнoro вико-ристання електрично! енергн в технолопчних процесах виробництва мо-лочних продукта. - Рукопис.

Дисертацш на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук за спещальшстю 05.20.02 - розробка методов та техшчних засоб1в енерго-збережсння та рацюнального використання електрично! снергн в технолопчних процесах сшьськогосподарського виробництва. - Нащо-нальний аграрний ушверситет, Кшв, 2000.

Дисертащя присвячена проблем! енергозаощадження в технолопчних процесах при переробщ загопвелыгого молока. На ocuoBi розроблених науково-техшчних передумов запропоновано новий напря-мок ефективного використання електрично! eiieprii.

Розроблено методи та моделк електрометрп якосп молочних продукпв, анал1зу ефективносп використання електричноГ eiieprii в технолопчних процесах, розрахунку та конструювання технологичного обладнання з ефекгивними техшко-економ1чними характеристиками, що забезпечуе рацюнальш затрате електричноГ енергп в технолопчних процесах. Основш результата npaui знайшли промислове впровадження в технолопчних процесах виробництва молочно! продукцп.

Ключов! слова: елекгроф1зичш характеристики, ефективна продук-тившсть, ягасть продукту, енергозатрати, математичне моделювання.

Смирнов B.C. Научно-технические предпосылки рационального использования электрической энергии в технологических процессах производства молочных продуктов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.20.02 - разработка методов и технических средств энергосбережения и рационального использования электрической энергии в технологических процессах сельскохозяйственного производства. - Национальный аграрный университет, Киев, 2000.

Диссертация посвящена проблеме энергосбережения в технологических процессах при переработке молока. На основе разработанных научно-технических предпосылок предложено новое направление эффективного использования электрической энергии, которое базируется на положениях механизма электропроводности в объектах с матричной

<лрутурой и динамики процессов, которые характеризуют их интегральные характеристики.

Изучены основные вопросы проблемы повышения энергоэффективности технологических процессов производства молочных продуктов. Выявлены особенности затрат электрической энергии на отдельных участках технологических процессах и разработаны теоретические основы их моделирования при переработке заготовительного молока.

Предложено оценку ^нергоэффективности технологических процессов выполнять по совокупности критериев, которые характеризуют качественные свойства заготовительного молока и готового продукта, удельным затратам энергии и металлоемкости оборудования.

Получены научно обоснованные данные влияния качественных характеристик заготовительного молока и молочных продуктов на удельные затраты электрической энергии. Показано, что проблема рациональных затрат энергии является комплексной и должна решаться путем обобщения исследований электрофизических свойств молочных продуктов, а также энергосберегающих возможностей технологического оборудования.

На базе экспериментальных исследований выявлены особенности механизма электропроводности молока. Разработан новый подход к анализу эффективной электрической проводимости и диэлектрической проницаемости гетерогенных сред, которые в приближении являются не идеальными диэлектриками. Установлено, что существенным фактором является емкостная проводимость матрицы и неоднородностей. Доказано, что оперативную оценку качественных характеристик заготовительного молока и молочных продуктов возможно выполнять по их электрофизическим характеристикам.

Получены электрофизические характеристики пектиновых концен-трантов, которые использованы при разработке метода и устройства для определения содержания пектина в его экстрактах.

Исследован процесс электротермообработки молока. Выявлены: особенности, которые характеризуют молоко как объект с тепловой неустойчивостью, влияние электротермообработки на его бактерицидную чистоту. Предложен подход к анализу электротепловой неустойчивости в средах, электрическая проводимость которых зависит от температуры. Покозано, что условия реализации неустойчивости зависят от структуры распределения электрического поля, температуры и характера зависимости физических характеристик от температуры. Этот подход обусловил создание способа повышения энергоэффективности электротермообработки молока в потоке.

Исследованы электрофизические характеристики молочных продуктов, определена рациональная конструкция устройств измерения электропроводности. Получены экспериментальные данные влияния разведения молока водой на его электропроводность. Предложены модели электрометрии компонентов молочных продуктов и оптимизации качества рецептур молочных смесей.

Разработаны методы анализа эффективности использования электрической энергии в технологических процессах производства молочных продуктов.

Исследованы технико-экономические характеристики технологического оборудования. Предложен подход к выбору их эффективной производительности. За критерий эффективности выбрали достижение maxG, которое обеспечивает min(p, g).

Разработан подход и математические модели расчета конструктивных характеристик исполнительных органов технологического оборудования, которые обеспечивают снижение брака продукции и для заданных затрат энергии обуславливают максимум производительности. Научно обоснованы и экспериментально подтверждены методы расчета и выбора элергоэффективных режимов работы технологических процессов.

Основные результаты работы нашли промышленное внедрение в технологических процессах производства молочной продукции.

Ключевые слова: электрофизические характеристики, эффективная производительность., качество продукта, энергозатраты, математическое моделирование

Smirnov V.S. The scientifically technical preconditions of rational use of electrical energy in technological processes of daiiy production manufacture. -Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of engineering science on a speciality 05.20.02 - development of methods, technical means of energy saving and rational use of electrical energy in technological processes of agricultural production. - National agrarian university, Kiev, 2000.

The dissertation is devoted to problems of energy saving in technological processes at milk processing. On the basis of the developed scientific and technical preconditions the new direction of an effective utilization of electrical energy is offered which is based on rules of the electrical conductivity mechanism in objects with matrix structure and of dynamics of processes, which characterize their integrated characteristics.