автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение использования молочного жира за счёт оптимизации параметров маслоизготовителя

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛИВОЧНОГО МАСЛА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Существующие способы изготовления сливочного масла

1.2 Классификация и анализ конструкций для изготовления сливочного масла

1.2.1 Маслоообразователи

1.2.2 Маслоизготовители

1.3 Состояние исследований маслоизготовления

1.4 Выводы по разделу

1.5 Цель и задачи исследований

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯ

2.1 Определение потребной мощности маслоизготовителя

2.2 Определение оптимального угла установки направляющих лопаток

3 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯ

3.1 Цели и задачи эксперимента

3.2 Методика оценки физико-механических свойств сливочного масла

3.2.1 Определение влаги в масле

3.2.2 Определение жирности масла

3.2.3 Определение содержания воздуха

3.2.4 Определение кислотности масла

3.2.5 Оценка консистенции пробой на срез

3.2.6 Определение жирности пахты

3.3 Поисковые лабораторные опыты

3.4 Лабораторные исследования маслоизготовителя

3.4.1 Методика и результаты отсеивающего эксперимента

3.4.1.1 Исследование влияния параметров устройства по проценту использования жира. Отсеивающий эксперимент

3.4.1.2 Исследование влияния параметров устройства по проценту выхода масла. Отсеивающий эксперимент

3.4.1.3 Исследование влияния параметров устройства на производительность маслоизготовителя. Отсеивающий эксперимент

3.4.2 Методика и результаты четырехфакторного эксперимента

3.4.2.1 Определение влияния параметров устройства на процент использования жира. Четырехфакторный эксперимент

3.4.2.2 Определение влияния параметров устройства на процент выхода масла. Четырехфакторный эксперимент

3.4.2.3 Определение влияния параметров устройства на производительность маслоизготовителя. Четырехфакторный эксперимент

3.4.2.4 Определение влияния параметров устройства на мощность привода маслоизготовителя. Четырехфакторный эксперимент

3.4.2.5 Определение влияния параметров устройства на энергоемкость процесса изготовления сливочного масла. Четырехфакторный эксперимент

3.5 Выводы по разделу 108 4 ОПЫТНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯ 110 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 117 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 119 ПРИЛОЖЕНИЕ

Одним из важных продуктов животноводства является молоко, продукт переработки (сливочное масло) которого занимает значительное место в структуре питания населения. Основными направлениями получения сливочного масла является технология изготовления методом сбивания (прерывным и непрерывным) и технология преобразования высокожирных сливок. Применение технологий регламентируется в зависимости от объемов производства, сорта получаемого масла.

Механизация процесса изготовления сливочного масла на фермах и предприятиях перерабатывающей молочной промышленности осуществляется с помощью разнообразных по принципу действия и конструкции машин и оборудования.

Сферой применения маслоизготовителей непрерывного действия (при технологии изготовления методом сбивания) и маслообразователей (при технологии преобразования высокожирных сливок) являются фермерские хозяйства и предприятия молочной промышленности с большими объемами переработки сливок (более 300 л в смену).

При наличии, в данный момент, большого количества предприятий с небольшим объемом производства (10.300 л в смену) широкое распространение получают маслоизготовители периодического действия.

Исследование [1 .28,64,79] работы маслоизготовителей периодического действия показывает, что рабочий процесс длителен по времени (продолжительность образования масляного зерна составляет 20-120 мин), что приводит к повышению энергоемкости процесса. Применение быстродействующих маслобоек, ускоряет процесс образования масляного зерна, однако при этом происходит повышенный отход жира в пахту. Все это указывает на необходимость изыскания и обоснования параметров эффективного маслосбивающего рабочего органа, обеспечивающего высокие качественные и энергосберегающие показатели работы маслоизготовителя периодического действия.

Исходя из этого, сформулированы основные положения диссертационной работы.

Цель работы.

Повышение использования молочного жира за счёт оптимизации параметров маслоизготовителя.

Объект исследований.

Технологический процесс сбивания сливочного масла.

Предмет исследований.

Условия и режимы сбивания сливок, а также качество получаемого сливочного масла.

Методика исследований.

В качестве основных методик применялись: методика физического и математического моделирования, оптимизации процесса. При определении свойств сливочного масла использовались соответствующие ОСТы и ГОСТы. При экспериментальных исследованиях применялся метод планирования эксперимента по решению экстремальной и интерполяционных задач. Расчеты выполнены с использованием ЭВМ и стандартными программами Statistica 5.5, MathCAD 7.

Научная новизна.

Разработана принципиальная схема маслоизготовителя периодического действия, новизна которого подтверждена патентом РФ на изобретение. Определены рациональные конструктивно-технологические параметры маслоизготовителя периодического действия. Получены экспериментальные зависимости процента использования жира и выхода масла, производительности и энергоёмкости процесса, в зависимости от конструктивно-режимных параметров маслоизготовителя.

Практическая ценность и реализация результатов исследований:

Получены исходные данные для создания маслоизготовителя периодического действия, которые апробированы при изготовлении опытного образца.

Предлагаемой маслоизготовитель внедрён в технологический процесс приготовления сливочного масла в ОАО «Радуга» Иссинского района Пензенской области.

Апробация работы.

Результаты исследований доложены и одобрены в 2000-2002 г.г. на научно-технических конференциях Московской СХА им. К.А. Тимирязева, Пензенской ГСХА, Самарской ГСХА, Института механики и энергетики МГУ им. Огарёва.

Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах, получен патент на изобретение №2186487 РФ.

Структура и объём работы.

Диссертационная работа выполнена на 130 страницах, содержит 20 таблиц и 76 иллюстраций, в том числе 15 схем, 39 графиков и 16 фотографий.

Научные положения и результаты работы выносимые на защиту:

-техническое решение конструкции маслоизготовителя периодического действия с рабочим органом в виде двух конусов;

-математические зависимости по определению мощности, затрачиваемой на работу маслоизготовителя;

-регрессионные уравнения, описывающие процесс маслоизготовления.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.При малых объёмах производства предпочтение следует отдавать маслоизготовителям периодического действия. Наиболее перспективными являются маслоизготовители с лопастными рабочими органами, которые позволяют снизить время сбивания при соблюдении технологических требований на отход жира в пахту. В связи с чем предложен маслоизготовитель периодического действия, с рабочим органом в виде двух конусов сопряжённых одной поверхностью, с закреплёнными лопатками. Агрегация жировых шариков (образование масляного зерна), в котором ведется за счет придания частицам сливок различных скоростей, в результате чего увеличивается градиент скорости между отдельными слоями и возрастают силы трения, что приводит к разрушению белковой оболочки жировых шариков и позволяет проводить сбивание с минимальными затратами времени.

2.В результате теоретических исследований определено влияние угловой скорости рабочего органа и размеров его конуса, физико-механических свойств сливок на величину затрачиваемой мощности на привод маслоизготовителя периодического действия. Получены уравнения регрессии для определения процента использования жира, выхода масла, производительности маслоизготовителя, энергоемкости технологического процесса;

3.Проведённые экспериментальные исследования на опытном образце позволили определить рациональные конструктивно-режимные параметры маслоизготовителя: частота вращения рабочего органа - бЗОмин"1, количество лопаток - 12шт, степень заполнения ёмкости - 37%, угол конуса при основании - 30°, угол установки направляющей лопатки - 45°. Процент использования жира при этом составляет 99,61%, процент выхода масла 59,5%, производительность маслоизготовителя 21кг, энергоёмкость процесса 350.370Дж/кг.

4.В процессе производственных испытаний были подтверждены данные лабораторных исследований, определена производительность маслоизготовителя -21кг/ч и процент выхода масла-59,5%. Выявлено, что при указанных параметрах устройства, длительность сбивания должна составлять 7 минут. Использование рекомендуемого устройства при суточном объёме производства масла 40 кг позволяет получить годовой экономический эффект 40819руб.

1. А.с.34618 СССР. Описание маслобойки/ И.И.Латышева - опубликовано в Б.И., 1928г.

2. А.с.295220 ГДР СССР. Маслоизготовитель / Ханс Шмидт - опубликовано в Б.И., 1969г., №7.

3. А.с.379234. СССР. Маслоизготовитель / В.П.Климов опубликовано в Б.И., 1973г., №20.

4. А.с.288798. СССР. Маслоизготовитель / А.А.Лапшин опубликовано в Б.И.,1973г., №30.

5. А.с.380086. СССР. Маслоизготовитель / А.А.Лапшин опубликовано в Б.И.,1973г., №6.

6. А.с.424539. СССР. Устройство для получения сливочного масла / К.А.Дидебулидзе опубликовано в Б.И., 1974г., №15.

7. А.с.476859. СССР. Маслосбиватель непрерывного действия / В.Д.Сурков опубликовано в Б.И., 1975г., №26.

8. А.с.552936. СССР. Маслоизготовитель непрерывного действия / Ю.Н.Кузьмин опубликовано в Б.И., 1977г., №13.

9. А.с.1040633. СССР. Маслоизготовитель / В.В.Митин опубликовано в Б.И.,1981г.

10. А.с. 1081833. СССР. Устройство для непрерывного сбивания сливок / В.А.Березко опубликовано в Б.И., 1982г.

11. А.с. 1183028. СССР. Устройство для сбивания масла / Ю.В.Науменко -опубликовано в Б.И., 1985г., №37.

12. А.с. 1395225. СССР. Сбиватель маслоизготовителя непрерывного действия / В.Г.Беликов опубликовано в Б.И.,1988г.,№18.

13. А.с. 1454368. СССР. Устройство для переработки молока и сливок в домашних условиях / В.П.Гащенко опубликовано в Б.И., 1989г., №4.

14. А.с.1494885. СССР. Устройство для сбивания сливок / В.А.Березко -опубликовано в Б.И.Д989г, №27.

15. А.с.1496726. СССР. Маслоизготовитель непрерывного действия / В.А.Березко опубликовано в Б.И., 1989г., №28.

16. А.с. 1517860. СССР. Устройство для сбивания масла / Ю.В.Науменко -опубликовано в Б.И.,1989г., №40.

17. А.с. 1540743. СССР. Маслообразователь непрерывного действия / Г.А.Ересько опубликовано в Б.И.,1990г., №5.

18. А.с. 1591892. СССР. Сбиватель маслоизготовителя непрерывного действия / Л.О.Онхонова опубликовано в Б.И., 1990г., №34.

19. А.с. 1692424. СССР. Маслоизготовитель периодического действия / А.И.Овчаренко опубликовано в Б.И.,1991г., №43.

20. А.с. 1692425. СССР. Устройство для сбивания масла / Д.И.Лившец -опубликовано в Б.И., 1991г., №43.

21. А.с.2020806. РФ. Устройство для сбивания масла / Е.Е. Денисов -опубликовано в Б.И.,1994г., №18.

22. А.с.2038008. РФ. Маслоизготовитель периодического действия/ Н.В. Барабанщиков опубликовано в Б.И., 1995 г., №18.

23. А.с.2043018. РФ. Бытовая маслобойка / И.А.Самаркин опубликовано в Б.И.Д995г., №25.

24. А.С.94002971. РФ. Маслоизготовитель / В.В.Митин опубликовано в Б.И., 1995г., №27.

25. А.С.2047289. РФ. Устройство для сбивания масла / А.П.Тараскин -опубликовано в Б.И.,1995г., №31.

26. А.С.2054248. РФ. Маслоизготовитель периодического действия / С.П.Кузнецов опубликовано в Б.И., 1995г., №5.

27. А.С.2084138. РФ. Устройство для сбивания масла / А.В.Рудов -опубликовано в Б.И.,1997г., №20.

28. А.с.2094983. РФ. Устройство для сбивания масла / В.Я.Григорьев -опубликовано в Б.И., 1997г., №31.

29. Анализ рынка сливочного масла. М.П.№1, 1998. - с.6.

30. Антонова B.C., Соловьев С.А., Технология молока и молочных продуктов. — Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2001. — 440 с.

31. Антошкевич B.C. Экономическое обоснование новой сельскохозяйственной техники. М.: Экономика, 1971. -216с.

32. Барабанщиков Н.В. Качество молока и молочных продуктов М.: Колос, 1980.-241с.

33. Баранов Н.Н. Совершенствование технологии производства масла на непрерывных маслосбивателях. Автореферат диссертации канд.техн.наук-М.: 1953.-18с.

34. Белоусов А.П. Физико-химические процессы в производстве масла сбиванием сливок М.: Лег. и пищ. пром-сть. 1984-192с.

35. Белянчиков Н.Н. Исследование процесса маслоизготовления и его механизация в условиях колхозов и совхозов. Автореферат диссертации канд.техн.наук М.:1953 - 24с.

36. Бержинскас Г.Г. Исследование влияния технологических факторов на структуру и консистенцию сливочного масла, изготавливаемого непрерывным сбиванием. Автореферат диссертации канд.техн.наук Каунас, 1969,- 22с.

37. Боровиков В.В. STATISTICA: искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов.-СПБ.: Питер,2001-656с.

38. Брусиловский JI.П. Приборы технологического контроля молочной промышленности. Справочник 2-е изд. перераб. и доп. М.: Агропром-издат, 1990.—320с.

39. Веденяпин Н.Г. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. 2-е изд. дополн. - М.:Колос, 1967. -159с.

40. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятности: избранные главы высшей математики для инженеров и студентов ВУЗов, задачи и упражнения. -М.: Наука, 1969 -368с.

41. Верглесов В.М. Изучение основных закономерностей кристализации молочного жира и их влияние на формирование структуры сливочного масла. Автореферат диссертации канд.техн.наук Киев, 1973.-22с.

42. Волкова Н.А. Экономическое обоснование инженерно-технических решений дипломных проектов учебное пособие. - Пенза: Пензенская ГСХА, 2000.-167с.

43. Вышемирский Ф.А. Производство масла способом непрерывного сбивания, М.: 1968.-270с.

44. Вышемирский Ф.А. Фактор повышения качества сливочного масла, М.: 1971.-234с.

45. Вышемирский Ф.А. Производство сливочного масла, М.: Агропромиз-дат, 1987.-362с.

46. Гернет М.М. Курс теоретической механики. М.: Высшая школа, 1973.-324С.

47. Годовой отчет Министерства сельского хозяйства и продовольствия Пензенской области за 2001г. Пенза, 2002. -280с.

48. Гордиенко А.Д. О влиянии пены и формы потока на процесс маслообразования. -М.П. №12, 1949. с.14-16.

49. Грищенко А.Д. О влиянии термомеханических условий обработки сливок на агрегацию жировых шариков и кристализацию триглицеридов молочного жира. Автореферат диссертации доктора технических наук. -Л.: 1962.-32 с.

50. Грищенко А.Д. Кинетическая закономерность агрегации жировых шариков М.П. №4, 1966. - с.28-29.

51. Грищенко А.Д. Уравнение определения производительности аппарата для непрерывного сбивания сливок в масло М.П. №4, 1966. - с.8-9.

52. Грищенко А.Д. Сливочное масло. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.-328с.

53. Добронравов В.В., Никитин Н.Н. Курс теоретической механики. М.: Высшая школа, 1966. - 422с.

54. Дулькин А.В. Пионеры русского маслоделия М.П. №9,1949. - с. 14-15.

55. Иванов В.М., Калинина В.Н. Математическая статистика. М.: Высшая школа, 1981.-371с.

56. Исаев А.П. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов. -М.: ВО «Агропрмиздат», 1990.-397с.

57. Исследование физико-химических свойств сливок и масла. Под редакцией П.Ф. Крашенин. М.: Пищевая промышленность, 1973. - 112с.

58. Карнаух В.И. Исследование механизма сбивания в маслоизготовителях непрерывного действия. Автореферат диссертации канд.техн.наук. М.: 1970.-22с.

59. Качераускис Д.В. Новое в производстве масла способом периодического сбивания. -М.: 1970. 124с.

60. Колемаев В.А., Староверов В.Б. Теория вероятности и математическая статистика. -М.: Высшая школа, 1991 400с.

61. Кофтунова Л.Е. Повышение качества масла. М.: Наука, 1970. - 94с.

62. Котова О.Г. Учебное пособие по технологии масла. Ленинград Вологда, 1973.-72с.

63. Котова О.Г. Повышение качества сливочного масла, М.: Пищевая промышленность, 1979. - 127с.

64. Климов В.П. Исследование процесса экструзионной обработки масляного зерна в маслоизготовителях непрерывного сбивания. М.: 1974. -212 с.

65. Климов В.П. Новая линия производства сливочного масла. М.П.№1, 1997.-с.14-15.

66. Кравчик A3., Шлаф М.М. Асинхронные двигатели серии 4А: справочник. М.: Энергоиздат, 1982. - 504с.

67. Кринецкий И.И. Основы научных исследований. Киев-Одесса.: Вища школа, 1981.-208с.

68. Крусь Г.Н., Шалыгина A.M., Волокитина З.В. Методы исследования молока и молочных продуктов. М.: Колос, 2000. - 368с.

69. Кузьмин Ю.Н. Современные зарубежные маслоизготовители периодического действия. -М.: 1969. 124с.

70. Кузьмин Ю.Н. Современные зарубежные маслоизготовители непрерывного действия. М.: 1961. - 106с.

71. Кук Г.А. Пастеризация молока. М.: Пищепромиздат, 1951. - 186с.

72. Кук Г.А. Гидродинамическая теория маслообразования. Труды ЛИХПМ -том4, 1953.-318с.

73. Лыженкова И.И. Способы улучшения качества и повышения сохранности сливочного масла. Автореферат диссертации канд.техн.наук. Вологда, 1983.-20с.

74. Машины и оборудование для цехов и предприятий малой мощности по переработке с/х сырья. Каталог М.: Информагротех, 1992. - 146с.

75. Мачтин Д.й. Контроль использования сырья на маслодельных и сыродельных заводах. М.: Пищевая промышленность, 1971. - 280с.

76. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. -Л.: Колос, 1973. 148с.

77. Мельников С.В., Алешкин В.Р. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос, 1980.

78. Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских опытно-конструкторских работ новой техники, изобретений и рационалтизатор-ских предложений. Киев.: Урожай, 1986. - 118с.

79. Методы экономической оценки сельскохозяйственной техники. М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1989. - 25с.

80. Митков А.Л., Кардашевский С.В. Статистические методы сельхозмашиностроения. М.: Машиностроение, 1978. - 360с.

81. Мотекайтис П.В.П. Влияние механической обработки на структуру и консистенцию сливочного масла. Автореферат диссертации канд.техн.наук. Вильнюс, 1970. - 20с.

82. Николаев JI.K. Производство масла и мороженого. Л.: ЛТИХП, 1976. -82с.

83. Новое в технологии, технике и методах контроля в маслоделии. Под редакцией Ф.А. Вышемирского Углич.: ВНИИ МС, 1981. - 68 с.

84. Новые автоматизированные системы и технические средства контроля технологических процессов в молочной промышленности. Под редакцией Я.И. Костина М.:ВНИК МИ, 1988. - 102с.

85. Парфенов B.C., Терюшков В.П. Маслоизготовитель периодического действия. Материалы 46 научно-технической конференции молодых ученых и студентов инженерного факультета, Пенза, 2001.- 127с.

86. Парфенов B.C., Терюшков В.П. Исследование работы маслоизготовителя. Совершенствование технологии и технических средств механизации сельского хозяйства. Сборник трудов научно-практической конференции, Пенза, 2001.- 183с.

87. Производство сливочного масла, справочник. Андрианов Ю.П. и др. Под редакцией Ф.А. Вышемирского, М.: Агропромиздат, 1988. 302с.

88. Российское маслоделие: спасение в качестве. М.П.№11, 1999. - с.З.

89. Самойленко A.M. Дифференциальное уравнение: Примеры и задачи. Учебное пособие М.: Высшая школа, 1989. - 383с.

90. Сирик В.И. Производство масла. М.: Пищевая промышленность, 1969. - 284с.

91. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследованиях технологических процессов. -М.: Машиностроение, 1981. 184с.

92. Совершенствование методов в маслоделии и сыроделии. Под редакцией Г.Г. Шиллер Ярославль, 1978. - 94с.

93. Схелхаас X. Молочная промышленность к 2010 г. М.П.№4, 1997. -с.7-9.

94. Сурков В.Д. Теория кавитации и процесса сбивания масла. М.П. №10, 1948. с.21-22.

95. Сурков В.Д. Гидромеханические основы молокопереработки. М.: Автореферат диссертации доктора техн.наук 1950. - 28с.

96. ЮЗ.Терюшков В.П. Сравнительная оценка средств малой механизации.

97. Материал конференции молодых ученых. М.: Изд-во МСХА, 2001. -145с.

98. Терюшков В.П. Элементы теории получения сливочного масла методом периодического сбивания. Материалы 47 научно-технической конференции молодых ученых и студентов инженерного факультета, Пенза, 2002. 143с.

99. Фетисов Е.А. Статистические методы контроля качества молочной продукции: Справочное руководство. М.: Агропромиздат, 1985. -238с.

100. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энерго-атомиздат, 1984. - 370с.

101. Damerow, G. Vorstellung der neunen Fritz-Butterungsmaschine Туг В 1200 S, "Dtsch. Molkerei-Ztg", 21, S.3 1966.

102. Ellis S.M. The prallel flow of two fluid streams. Trans. Jf the Inst. Of chem. Engineers. London, T.37, №4, 206, 1959.

103. Fell, K.-u. and. Practische Erfahrungen mit der Roht-Butterungsmaschine zur kontinuierlichen Molk. u.Kas. - Ztg.,№13, S.795, 1962.

104. Hansch, R. Und and. Technologischer und Technischer Vergleich der kontinuirlichen Butterrungsmaschinen 4 MVS und Liebermann. "Milchwissenschaft", I, S.51; 1964.

105. Lange W. Zur Kenntnis der kontinuierlichen Herstellung von Butter aus durchgessauertem Rahm mit der Continab-Butterungsanlage. Dtch. Molkerei -Ztg., 26, S. 943,1961.

106. Knoop, E., Shulz, M. Beitrang zur Kenntnis der Kornchenstructur von Butterfett in Butter. Milchwissenschaft, 9, S; 439, 1960.

107. Mann, E., Wood, F. Dairy Ind., 6, 445, 1960.

108. Masek, A., Der tschechoslowakische Beitrag zur kontinuiermischen Butterherstellung "Milchwissenschaft," S.13, 1959.

109. Mohr, W. Das Gefuge der Butter. Milchwissenschaft, №7, S.246, 1957.

110. Mohr, W. Die Butter. Hildesheim, S.105,505, 1958.

111. Simon Freres. Die franzosische kontinuierlinche Butterunsmaschine Con-timab-Simon. . Milchwissenschaft, №5, S.246,1962.