автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка процесса производства творожно-сырковых масс с заранее заданными структурно-механическими характеристиками

[ООНОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи

Зимин Алексей Феликсович

УДК 637.352:637.334.3.0043

РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ТВОРОЖНО-СЫРКОВЫХ МАСС С ЗАРАНЕЕ ЗАДАННЫМИ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Специальность 05.18.12 - Процессы, машины и агрегаты пищевой промышленности

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в ПНИЛ электрофизических методов обработки пищевых продуктов и на кафедре "Гидравлика, сантехника и промышленное строительство" Московского ордена Трудового Красного Знамени института прикладной биотехнологии (МЙПБ).

Научный руководитель - академик Россельхозакадемии,

доктор технических наук, профессор ГОРБАТОВ A.B.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор МАЧИХИН Ю.А.

- кандидат технических наук., до цент ФЖИПЕНКО Б.П.

Ведущее предприятие - Лианозовский полочный комбинат

(г.Москва)

Защита состоится " {8" iAi-оия 1991 г. на заседании специализированного Совета К 063.46.01 при Московском ордена Трудового Красного Знамени институте прикладной биотехнологии по адресу: I098I3, г. Москва, ул. Талалихина, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 7 " MNfl 1991 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцект

ЗАЕАШТА А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основные направления экономического социального развития СССР предусматривают увеличение объемов ыработки продуктов питания, повышение их качества и устранение отерь на всех стадиях производства, транспортировки, хранения реализации.

В области производства творожных изделий одним из эс^ектив-цх решений этих задач является создание автоматизированного зхнологического процесса и оборудования с программным управле-ием для производства творожно-сырковых масс как из творога, выра-атываемого традиционным способом, так и на поточно-механизиро-анных линиях ВНИКМИ типа ЯЭ-ОПТ.

Творог, вырабатываемый поточно-механизированным способом НИМИ, имеет более низкую себестоимость и практически не отличатся по пищевой и биологической ценности от традиционного. Однако го использование для производства творожных масс сдерживается в ялу трудноустранимых пороков, присущих его консистенции. Поэтому }дача разработки технологических процессов, способных обеспе«' элучение высококачественных творожно-сырковых масс (незавиг г способа производства исходного творога) и увеличение выхода зтовой продукции, является актуальной и имеет большое значение 1я молочной отрасли промышленности.

Диссертационная работа являлась составной частью плана НИОКР И1Б по госбюджетным темам Ж® П-13/81, 6-2-36 и хоздоговорном ¡мам М 429, 629 и 957, выполненным в соответствии с координаци-шым планом ГКНТ СИ СССР от 26.11.82 г., комплексной научно-¡хнической программой "Продовольствие" Минвуза СССР (Приказ 264 от 20.04.34 г.), комплексной отраслевой научно-технической юграммой "Производство творога", утвержденной ММ и Ш СССР .11.87 г. и постановл.лием $ 1311 ЦК КПСС и Совета Министров !СР от 22.11.37 г.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являемся зработка на базе реологических методов исследований научно-актических основ совершенствования процессов производства тво-жно-сырковых масс, а также создание устройств и приборов кон-оля и управления процессами механической обработки сырья и чеством готовой продукции.

Для достижения поставленной цели сформулировали и решали

следующие основные задачи:

- определить рациональные, с -.очки зрения качества и выхода готового продукта, величины структурно-механических характеристик (СДОХ) творожно-сырковых масс;

- разработать режимы технологических операций, обеспечивающие получение творожно-сырковых масс с заданными СМХ

- разработать научно-обоснованные методы расчета проц^сов и аппаратов с учетом технологических и структурно-механических характеристик обрабатываемого продукта;- разработать научно-обоснованные приборы и устройства для

определения СМХ продуктов экспресс-методом и в потоке с целью создания автоматизирозанных систем контроля и управления процессами.

Научная новизна работы. Выявлены количественные и качественные закономерности изменения физико-химических, структурно-механических, дисперсных и других характеристик творога и творожно-сырковых масс в процессе их механической обработки.

Разработаны научно-обоснованные принципы приборного оформления технологических процессов, обеспечивающие контроль и поддержание их рациональных режимов.

Предложен уточненный аналитический метод расчета потэрь давления в трубопроводах и рабочих органах аппаратов с учетом объемной деформации творога и творожно-сырковых масс, их химического состава и действия сбыточного давления при неизотермическом процессе течения.

Практическая ценность работы. Разработаны методы инженерных расчетов определения рациональных режимов процессов измельчения творога, перемешивания творожной оо.овы с ингредиентами, трубопроводного напорного транспортирования, дозирования и формования творожно-сырковых масс.

Разработаны методы, приборы и устройства для определения структурно-механических характеристик продуктов в стационарных условиях, экспресс-методом и в потоке. Оригинальность предложенных технических решений подтверждена шестью а.с. СССР.

На базе разработанных научно-практиче^"<л основ совершенствования процесса производства творожно-сырковых масс решена одна из проблем более полного использования исходного сырья и стабилизации качества готовых изделий, нашедшая свою реализацию

фи разработке ВНИКМЙ технологического процесса и комплекта обо-¡удования с программным управлением для производства сырково-:ворожных изделий производительностью 500 кг/час.

В результате частичного внедрения предложенных разработок [а ШЗ ВНШШИ получен фактический экономический эффект около ' тыс.руб. за счет снижения себестоимости одной тонны готовой фодукции на 18 руб.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме ¡иссертации доложены на Всесоюзных научно-технических конферен-[иях: "Разработка процзссов получения комбинированных продуктов (итания" (технология, аппаратурное оформление, оптимизация)" Москва, 1934 г.); "Электрофизические метод'- обработки пищевых родуктов" (Москва, 1985 г.); "О повышении рели молодых ученых : специалистов в ускорении научно-техничес :ого прогресса в мяс-ой и молочной промышленности" (Москва, 1985 г.); "Теоретические : практические аспекты применения методов ®ХМ с целью совершен-твования и интенсификации технологических процессов пищевых роизводств" (Москва, 1986 г. и 1990 г.); "Теоретические и прак-ичйские аспекты ускорения научно-технического прогресса в мяс-ой и молочной промышленности" (Москва, 1967 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных абот и получено 6 авторских свидетельств СССР на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, ести глав, основных результатов и выводов, списка литературы и риложений. Работа изложена на 149 страницах машинописного тек-та и, кроме того, содержит 15 таблиц, 72 рисунка. Библиография ключает 197 наименований работ отечественных и зарубежных второз.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и определено прак-ическое и научное значение работы для молочной отрасли промыш-знности.

Первая- глава посвящена изучению состояния вопроса. В ней эиведена характеристика творога и творожно-сырковых масс как 5ъектов исследования и контроля в процессах их механической эработки с точки зрения технологии молока и физико-химической зханики пищевых производств.

Рассмотрены методы и приборы для определения химического состава, активности воды, дисперсного состава и СМХ исходного творога, творожной основы и творожно-сырковых масс.

Проведен анализ литературных источников, который показал, что в опубликованных работах имеются разрозненные данные о процессах (измельчения творога, смешения творожной основы с ингредиентами, трубопроводного транспортирования* дозирования и формования творожных масс, паст, кремов), составляющих основу технологии производства творожных изделий,' и отсутствует системный подход к совершенствованию процесса их производства. В частности, это касается вопросов оптимизации процесса производства творожно-сырковых маос, стабилизации выходов и качества готовых изделий, решение которых базируется на реологических методах исследований.

При выполнении диссертационной работы учтены труды ведущих ученых в области физико-химической механики и реологии дисперсных систем: Б.М.Азарова, В.А.Арета, Г.К.Бермана, Э.С.Бернхардта, А. М.Бражник ова, Г.В.Виноградова, М.П.Воларовича , А.В.Горбатова, И.Э.Груздева, Г.А.Ересько, М.Ф.Жоли, Ю.А.Ивашкина, Р.Н.Измайловой, В .Д. Косого, Г.В.Крупина, Г .А .Кука, Н.НЛипатова, Д.М.Мак-Келви, А.Й.Маслова, С.А.Мачихина , Ю.А.Мачихина, А.Б.Ыетцнера , Б.А.Николаева, В.Л.Панфилова, П.А .Ребиндера, И.А .Рогова, Э.Г. Северса, Н.Б.Урьева, Б.П.Филипенко, А.Г.Храмцова, Ф.Х.Шермана, З.П.Шульмана, Ф.Р.Эйриха и др.

На основании литературного обзора сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе приведены результаты комплексных экспериментальных исследований физико-химических и структурно-механических характеристик творога и творожно-сырковых масс. Объектами исследований являлись творог, выработанный традиционным способом и поточно-механизированным способом ВНИКМИ, и сладкие творожно-сырковые массы (ТСМ) с ванилином пониженной калорийности (полужирная, "Крестьянская", нежирная). Результаты исследования химического состава (определяемого стандартными методами, принятыми в молочной отрасли промышленности) производственных композиций творога и ТСМ пред^авлены в табл. I.

При исследованиях гранулометрического состава дисперсной фазы творога и ТСМ (механико-микроскопическим и фотоседимента-

Таблица I

Продукт : Вид продукта : Значение коэффициента состава хим.

Kmin i Kmax : Кср

I 2 : 3 • 4 ' 5

Полужирный 2,72 2,68 2,98 2,97 2,85 2,82

ворог Крестьянский 3,12 3,04 3,34 3,32 3_,24 3,12

Нежирный 3,74 3,68 4,28 4,24 4,06 3,95

Полужирная 2,77 3,05 2,93

С М Крестьянская 2,79 2,95 2,89

Нежирная 2,91 3,35 3,21

римечание. I) Данные обобщены эмпирическими комплексными коэф

ициентами химического состава: V '

ля творога Кг - Ж*!/* 5 (I)

кя тем к, ^ж+гг+б 5 С V ' (2)

чех Ж - жиросодаржание, или отношение массы кира к общей массе зодукта без жира, кг/кг; V- влагосодергание, т.е. отношение юсы влаги к массе сухого остатка, кг/кг;*?" - содержание белка золы к общей массе продукта без них, кг/кг; С - содержание 1хара или отношение массы сахара к общей массе продукта без са-1ра, кг/кг.

Над дробной чертой приведены значения Кг для творога, выраба-1ваеыого традиционным способом, под чертой - на линиях типа -ОПТ.

онным методами) установлено, что с увеличением коэффициента хи-ческого состава происходит уменьшение эффективных размеров йз :) белковых частиц и повышение степени б их неоднородности ¿?.Юб = 119,6+57,4; 6 = 0,456+ 0,618). Механическая обра бот-

творога , при вальцевании, так и при перемешивании приводит к вышению степени дисперсности и однородности белковых частиц, нако для творога, выработанного «а линии Я9-0ПТ, эти изменения

выражены незначительно.

Так как одним из показателей качества продукции и происходящих в ней структурных'и биохимических изменений является энергия связи влаги, на базе сорбционно-частотного первичного преобразователя гигрометра "Волна-2М" разработаны устройство и методика определения активности воды OLw в твороге и ТОМ. В результате комплексных исследований получена эмпирическая зависимость активности воды творога, вырабатываемого на линиях типа Я9-0ПТ, от его химического и гранулометрического составов:

aw = 0,3692 + 0,2892Кт + 79а3-+Збй3Кт-0,03^75Кг , (3)

показывающая увеличение энергии связи влаги Е (Дж/кмоль) при возрастании степени дисперсности белковой фазы и уменьшении коэффициента химического состава в соответствии с уравнением проф. А.С.Гинзбурга:

E=-RTtnaw 00

где:/? - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль.К) •, 7"*-абсолютная температура продукта, К.

Исследование GMX творога и ТСМ проводили на ротационных вискозиметрах "Реотест-2" и "Реотрон-ПДС", разработанном консистометре-пенетрометре КП-^Ц с цифровой индикацией и консистометре Гепплера по общепринятым методикам. В результате математической обработки экспериментальных данных на ЭВМ были определены сдвиговые СМХ ТСМ производствзнных композиций* в диапазоне температур (279 + 295) К: „. при аппроксимации по'уравнению Иведова-Бингаыа

90 - 763,8 - )0еехр(-0,03В9Т0,933Н») , (5)

7? = 0,726-10*ехр{-0,0ШТ*~ 0,77ЬК„); (6)

при аппроксимации уравнением Оствальда-де-Вале до = 1,95-10* ezp(-0,0231 Г*-0,686К*) , (7)

П = 0,955-0,0021 Т*, (3)

где: да - предельное напряжение сдвига (ГШС), Па ; - пластическая вязкость, Па.с;Д» - эффективная вязкость при единичном значении скорости сдвига L Па.с; 71 - индекс течения;

Т* модуль абсолютной температуры продукта;

и зависимости изменения ПНС от химического состава и температуры:

для творога, вырабатываемого на линиях типа Я9-0ПТ -90-20,?■ 10'вХр(-0,0295Т*-0,351 Кт) (9)

для творога, полученного традиционным способом, -

9а ■[27000-11500(Кг-2,69)(**\{Г%Ч0НгЮд)-ехр(-0,028Т*), (10)

Особое внимание было уделено плотности продуктов, для определения которой,в зависимости от величины воздействующего избыточного давления,получены следующие уравнения: для творога

рт -{8^1,5+т,7Кт-21,66Иг)\1*(0,07Ьб-0%01К^ЬгТ[ ; аО

для тем

р„ = + агкм-а,к* *(а„*а„Км) СпУ С12)

где У =/3.10~-> + I - модуль абсолютного давления р, изменяющегося от 0 до 16.1С Па ; (2, , С2г , й3 , и С15 - эмпирические коэффициенты, кг/м3, числовые значения которых сведены в табл.2.

Таблица 2

р .Ю-5, Па а, йг а3 я* 1 ^

I 2 3 4 5 6

780 165 22 11,3 7,3

. 4,5 734 165 22 £2,6 6,Ь

Расчетные величины СЫХ, полученные по уравнениям (5+12), отличаются от экспериментальных на величину: для вп— +6,5/»,

г»

^ — +5 ,7% , д0 — ±5 ,2> , П — ±7,5/®, р - +1

В ходе экспериментов установлено, что наибольшие изменения от механического воздействия на продукты, а также колебаний их химического состава и температуры претерпевает предельное напряжение сдвига (ПНС), количественно характеризующее консистенцию исследуемых масс.

Третья глава посвящена исследованию и разработке процесса производства творожной основы с заранее заданными СМХ.

Для исследований был создан макет двухвинтовой насосной установки (работающий в неизотермическом и изотермическом режимах), имеющий шзстнаддать вариаций геометрических параметров ■ рабочих органов и позволяющий одновременно измельчать творог и транспортировать полученную творожную основу. Экспериментально

Х-Т

100

1 1 - о -• - крупит однор мучнис чатая одная/ тая /И

ч \

Рис. I

Изменение консистенции творожной основы от объемного КПД ( Ку ) двухвинтовых насосов при различных значениях

у. деформации сдвига (расчетной)

исследован процесс измельчения (истирания) творога нежирного, "крестьянского" и полужирного, вырабатываемого на линиях типа Я9-0ПТ, при рециркуляции его в зазорах между рабочими органами и статорами двухвинтовых насосов. Выбранный спектр геометрических и кинематических параметров насосных установок и технологических режимов механической обработки позволил охватить всю область (рис. I) возможного получения творожной основы с однородной консистенцией,в пределах которой необходимо целенаправленно влиять на пройесс истирания для выработки продукта с заранее заданными структурно-механическими характеристиками. В результате обработки экспериментальных данных с использованием ЭВМ получены ураенения для определения:

- неизбежного диссипативного разогрева продукта по всему объему

при этом

Г Ш I2, / НУГУ . I /_ 2 Тст-Тс 1_

О "VI ¿п(1>/Ън)\ \D-Dh} > ' 2>»-1>Ц ЛГ-с£

сС = 2 агсСоз [ф* +$А/гЪн ; К^Гс/Пт ;

(13)

Тот =

шЛ

[С-

¿¿/? оС-оС X

-)2>1 -2>'в ]; г= ,

где Те - температура творожной основы на выходе насоса, К {Те ^

305); Ти - исходная температура продукта, К; $ - скорость сложного сдвига, с"1; - модуль стрости сдвига ; - коэффициент рециркуляции; Ку- объемный КПД насоса; V - продолжительность сдвига, с ; - модуль продолжительности сдвига; Уст - теоретическая объемная секундная производительность насоса, м3/с ; Ус -действительная объемная секундная производительность насоса, м3/с, определенная с учетом объемной деформации продукта ; - угловая скорость вращения винтов, с--' ; А - наг винта, м; е£ - угол перекрытия винтов, рад;-5#- диаметр выступов винтов, м; Ъв - диаметр шадин винтов, и;1) - внутренний диаметр статора, и; № - средне-)бъемяая скорости течения продукта в зазоре винт-статор, м/с; 6 - длина винта, м;

■ относительного изменения предельного напряжения сдвига творожной основы при неизотермическом режиме работы двухвинтового насоса

1,236 ехр\цюьцГ*-279)-и0в1-10~*1ъ- (14)

де вой - ПНС творожной основы (измельченного творога), Па;$?г-К исходного творога, Па , вычисленное по уравнение (9) при темпе-атуре Та ; Т» - модуль температура То ;

относительного изменения предельного напряжения сдвига творожной основы при изотермическом режиме работы (в диапазоне стабилизации температуры 233-293 К)

% 176 ехр[-1,07-ю'%-о,5ба(1-кГ10.511 г*'], (15)

;е во - ПКО исходного творога, Па, рассчитанное при температуре стабилизации, апазон применения уравнений (13), (14) и (15): 1500й 7500 ; 0,05£ К^ 0,45 ; 0,096 Т^ 0 ,32.

На базе полученных результатов и с учетом исследований про-ссов течения творожной основы в рабочих органах насосов и цилин-ических трубах разработана научно-обоснованная методика комплек-ого инженерного расчета агрегата для механической обработки тво-га и транспортировки полученной творожной основы, положенная в

основу ТЗ и исходных требований на экспериментальный образец агрегата для механической обработки творога - ВЗ-ОВА.

Посла проведения заводских эксплуатационных испытаний образец агрегата ВЗ-ОВА внедрен на ПЭЗ ВНГОМИ с экономическим эффектом 21,6 тыс.руб. в год.

Для автоматической коррекции режимов работы агрегата ВЗ-ОВА на основе теоретических и экспериментальных результатов исследования разработано устройство контроля СМХ в потоке, обеспечивающее уровень разрегулирования по заданному ПНС не более 6$. Принцип измерений заключен в определении усилий Р, и Рг (Н), действующих на рабочий орган проточного вискозиметра со стороны продукта при двух различных скоростях потока и \л/2 и вычислении ПНС по уравнению:

0.051 (Р/М'-РЫ/) (Х6)

где /?* - радиус проточной камеры устройства, м; О - плотность

3 I

продукта, тат/и. ; и - длина рабочего органа устройства, м.

В четвертой главе приведены результаты исследования процесса перемешивания творожной основы с сахаром. Исследование процесса перемешивания творожной основы (полученной из творога, выработанного по традиционной технологии и на линиях типа Я9-ОПТ) с сахаром и ванилином показало, что структурообразование ТСМ представляет собой сложный физико-химико-механический процесс, протекающий в две или три стадии, в зависимости от способа производства творога (рис. 2), сопровождающийся изменениями комплекса структурно-механических характеристик смеси (рис. 3). В результате комплексного эксперимента при выработке ТСМ в лабораторных и производственных условиях получены с помощью ЭВМ эмпирические уравнения для определения:

- ПНС смеси традиционной творожной основы с сахаром в начальный момент формирования первичной структуры ТСМ

90и = {1?0350 - 550%)ехр(-0,931 Км); (17)

- ПНС первичной структуры ТСМ

9он = (20574-0- 659, дТи) вхр(-0,933Км), (16)

где 7« и Тк - текущее значение температуры, К, при перемешивании, измеренное при'экстремальных значениях СМХ смеси творожной

QoJh

1200

4 e ' 8 10 -Q, с а. DU

Рис.2 Зависимость ИКС и степени однородности различных гидов ТЕороийо-сыркоЕЫХ масс от продолжительности перемешивания: а-ТСМ из творога.вырабатываемого традиционный способо:..;3-Т№ из творога,вырабатываемого на линиях типа Я9-0ПТ. 1;П;Ш-стадии структурообразования TUM в процессе перемешивания

Рис.З Изменение СЫХ и активности воды ТСЫ "крестьянская" е процессе перемешивания в несильной машине Л5-а,1У-335

основы с сахаром и ТСМ соответственно.

Так как каждый замер индивидуален, для исключения влияния технологических режимов, геометрических параметров оборудования, формы и количества их рабочих органов, физических характеристик и количественного соотношения компонентов была выявлена обобщенная зависимость, описывающая кинетику изменения ШС смеси творожной основы с сахарои и ТСМ в любом смесителе', используемом в молочной отрасли промышленности^ виде следующих уравнений:

3.96 егр[-0А9§%)-2,9бехрШб^) ; (19)

' С20)

где во1 - текущее значение ПНС, Па ; Г* - продолжительность процесса перемешивания, с ; £>/ - период перемешивания до начала формирования первичной структуры ТСМ, с (Тк~Тн)- период формирования первичной структуры ТСМ, с.

Уравнение (20) адекватно в диапазоне относительной длительности процесса перемешивания 1, охватывающем рациональный (по балловой экспертной оценке) предел изменения консистенции ТСМ при разрушении их первичной структуры.

При производстве опытных партий ТСМ из творога, выработанного на линиях типа Я9-0ПТ, выявлено, что наиболее высокой балловой сенсорной оценкой характеризуются ТСМ, в состав которых'входит творожная основа с однородной консистенцией, имеющая ПНС (500+ 700) Па при температуре (286 + 288) К (температуре стабилизации в процессе истирания творога в насосэ-измельчителе ВЗ-ОВА).

В процессе опытной выработки было установлено, что при увеличении ПНС исходной творожной основы увеличивается продолжительность первой стадии процесса перемешивания, достижения однородности распределения сахара и формирования структуры готовой ТСМ. Обработка массива экспериментальных данных на ЭВМ позволила получить уравнение линейной регрессии, описывающее взаимосвязь продолжительности периоде Тм (с) формирования структуры готовой ТСМ, как в лабораторном смесителе, так и месильных машинах Л5-ФМУ-335

[ Кб-ФММ-150 с длительностью Тк (с) первой стадии процесса переживания с погрешностью не более 6,5/« виде:

г„*з,бвгг* . (21)

Для ТОМ нежирной, "Крестьянской? полужирной степень одно-одности распределения сахара за этот период достигает требуемого ,6^0,85.

В связи с относительно малыми изменениями ПНС ТСМ на основе ворога, вырабатываемого на линиях типа Я9-0ПТ, по сравнению с реляционными массами в процессах их механической обработки обо-нована целесообразность управления СМХ готовых изделий на стадии роизводства творожной основы. Апробация этого способа управления оказала, что для каждого из видов готовых ТСМ отклонение их ПНС г заранее заданного не превышает

Для контроля степени однородности распределений сахара в ТСМ изменения их ПНС в процессе перемешивания разработана компяекс-!я измерительная система, макет которой реализован на базе микро-!М "Электроника ДЗ-28". Методика определения степени однородности [определения сахара основана на амплитудно-фазовом измерении ком-[ексной эле ктропроводимостч ТСМ, а ПНС - на использовании двух •алоговых первичных преобразователей СМХ системы проф. В.Д.Косо-В этом случае ПНС рассчитывается по формуле:

, <22)

е <?1 , - цилиндрические координаты места установки перв/ч-х преобразователей напряжения сдвига, м, на рабочих органах ме-льной машины );&><?г - напряжения сдвига, Па, из-

ренные при помощи первого и второго первичных преобразователей ответственно.

Пятая глава посвящена исследованию процесса межоперационного энспортирования ТСМ. На основе феноменологической теории "жид-збразного" потока и рабочей гипотезы о постоянстве массового ■сундного расхода Мс (кг/с) продукта по живому сечению потока всей длине цилиндрического трубопровода при отсутствии проскаль-¡ания и изотермическом режиме течения нами была предложена уточная модель движения "степенной жидкости", описываемая диффе-щиальным .'равнением:

Мс=?(?-{) {?(ЗП*1)[ } •

(23)

где с1 -.диаметр трубопровода, м; £ - плотность продукта, кг/м3, определенная при атмосферном давлении; £- коэффициент относительной объемной деформации; др^дб- градиент давления по длине трубы, Па/м

при этом: е = /(Им,р,т); п-{{р,Т)\ Т);

Т - продолжительность объемной деформации продукта, с.

Для определения сдвиговых и объемных СИ ТОМ при воздействии на них избыточного давления были разработаны и созданы модернизированные узлы и измерительные блоки с цифровой индикацией для ротационного вискозиметра РВД и консистометра Гепплера и сервисное программное обеспечение для обработки полученных на них экспериментальных данных.

В стационарных условиях экспериментально изучены процессы течения ТСМ производственных композиций в коаксиальном зазоре ротационного вискозиметра и объемной деформации их в зависимости от химического состава (Л« = 2,77+'з,35), температуры /Г={2Ъ* 295 К / и давления /р~(0-1 16).Ю"' Па). В результате математической обработки массивов полученных данных были определены следующие эмпирические уравнения:

В=техр[$,83(1-о,ооз57Т*Но&вю,бтн)(1-о,озя&пУ)]; сг<о т=о,618(1+0,отб£пУ)-(1-о,оозббТ*)о,573;

£ = 3,3-Ю 6(30+М)р[1+(7,52+0,58бКм)■ 10~5&1 Г*] , (26)

где В - коэффициент эффективной вязкости при единичном значении окружной скорости вращения ротора вискозиметра, Па .с/3" 6*^29) /•■ Ш - темп разрушения структуры/7?я*-П .

Экспериментально исследован процесс трубопроводной напорной транспортировки ТСМ с параллельным моделированием его на ЭВМ (рис. ч), в результате чего была установлена зависимость потерь давления на выходе из трубы в виде потерь на участке его эквивалентной длины 8,5 с1.

зс.4 Изменение основннх параметров и характеристик транспор-яруемой творожно-сырковой массы по дайне трубопровода давления, рассчитанного:по уравнению течения "степенной" жидкости (I), по критериальному уравнению акад.Горбатова А.В. (2}, по методике проф.Косого В.Д. (3), по предлогаемой методике (4); расчетной скорости течения (5); - индекса течения (6); - эффективной вязкости при единичном значении градиента скорости (7) 15

Результаты экспериментов позволили разработать научно-обоснованную методику инженерного расчета процесса напорного транспортирования ТСМ и программное обеспечение для реализации ее на ЭВМ.

В производственных условиях проведены исследования влияния режимов работы роторно-поршневого (AI-ФНК) и двухвинтового (А1-ФН-2К) насосов и средней объемной скорости течения в трубопроводах на изменение СМХ ТОМ. На основании опытно-аналитических данных получено эмпирическое уравнение »^описывающее зависимость дополнительного относительного времени Тп перемешивания ТОМ в месильных машинах от объемного КПД (Kv) насосов, необходимого для достижения величин ПНС обрабатываемой массы, соответствующих значениям ПНС, получаемых на выходе из насосов в виде:

ГМ/ГД (27)

где ßj vl 6i - безразмерные эмпирические коэффициенты,соответственно численно равные: для А1-$НК - 0,0233 и 4,857; для А1-ФН-2К - 0,1X2 и 4,12.

Установлено, что при течении ТСМ по трубопроводам их ПНС уменьшается на (4,2+1,4)$.

Апробация методики расчета процесса напорного транспортирования ТСЙ показала высокую степень соответствия ее реальному процессу течения продукта в цилиндрических трубах (рис. 4).

Иестая глава посвящена исследованию процессов дозирования ТСМ, формования готовых изделий и разработке методики и алгоритма управления процессом производства ТСМ с заранее заданными СМХ. Процессы дозирования и формования при производстве ТСМ наряду с другими технологическими операциями предопределяют качественные характеристики готового продукта и его себестоимость. Применяемые для этой цели расфасовочно-упаковочные автоматы Ш-АР1С, К6-АР2С и APT вследствие несогласованности кинематических параметров питающего шнека с динамикой течения продукта обеспечивают точность объемного дозирования.творокно-сырковых изделий по массе +3>>. Повышение точности дозирования наиболее просто достигается за счет осуществления подачи в дозатор ТСМ со ciporo определенными для каждого замеса СМХ, одновременно гарантирующими высокое качество готового продукта. Для получения достоверных опытных данных по исследованию влияния режимов работы расфасо-

ючно-упаковочных автомахов на изменение С1.5Х ТСМ, кинетики и ди-гамики процесса заполнения формы объемных дозаторов 1Л6-АР1С, !6-АР2С й APT все экспериментальные работы были проведены на .ействующем оборудовании, оснащенном специально разработанным онтрольно-измерительннм следящим комплексом. Обработка получен-ых данных позволила определить вид уравнений и числовые значения оэффициентов, описывающих; __

ависимость относительной приведенной длительности VA процесса еремешивания TCIJ от продолжительности Гц (с) цикла формования рикета готовой продукции -

VA~Ci ~СгТц3, (28)

де Cj-, Ср и С3 - эмпирические коэффициенты, численно равные со-гветственно при использовании - Мб-АР 1С: 1,624 ; 0,664 ; 1,37. >-АР2С: 1,357 ; О ,507 j i ,34. - APT : 1,836 ; 0 ¿03 ; 1,39 ; }висимость давления р еле (Па) сжатия (необходимого для достиже-1Я полного, без пустот заполнения формы дозатора) от 1ШС Qoa la) сформованных масс, геометрических параметров дозаторов авторов и их производительности -

р ¿яг*(Q,72Sb+ 165)вхр[(8,33-Ю"

;е Yk - конечный объем формы дозатора, м3 ; dr - диаметр гиль-дозатора, ы;

нетику изменения давления ри (Па) в камере нагнетания авто-тов и давления^?,/* (На) в форме дозатора за период ее заполне-я -

Р и (30)

РА-рс^р^гоМ^ёг^ех^обЩ^)] ^

) V - текущее время фазы заполнения формы дозатора, с;

¡днюю величину давления^? ср (Па), действующего на ТСМ, в тече-цикла формования, -

pcp = 0,93bpc»c. (32)

са дозы М (кг) определяется из выражения:

Рис.5 Елок-схема алгоритма управления процессом производства ТСМ

м-п-

J>0

(33)

TRe6(pcp> ^¡t0гн0сительная объемная деформация за период заполнения формы дозатора под воздействием давления рСр •

Таким образом на массу дозы (//) в замкнутом объеме (.Ук) формы дозатора влияет не только плотность (/>а) не деформированной ТСМ, но и косвенно ее 1ШС.

Проведенная апробация уравнений (26) (29) и (¿2) путем взаимной подстановки в выражение (33) показала, что расчетные массы доз отличаются от действительных, полученных в ходе эксперимента, не более чем на 0,5>, что позволило на основе всего комплекса экспериментальных и аналитических результатов разработать алгоритм (рис. 5) управления процессом производства ТСМ с заранее заданными СИХ на стадии процесса перемешивания. Для реализации предложенной методики разработаны макет системы контроля и управления процессом на базе микро-ЭБМ "Электроника Д3-2й" и программное обеспечение .

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I. Научно обоснованы пути совершенствования процессов производства творожно-сырковых масс, позволяющие повысить выход готовой продукции, улучшить ее качество и создать предпосылки разработ

0 ки системы гибкого автоматизированного производства (ГАП) на

о

основе изучения з? " ^мерностей изменений:

физико-химических, структурно-механических и других характеристик творога и творожно-сырковых масс в процессе механической обработки новыми и традиционными способами.

:. Разработан и изготовлен комплекс приборов и устройство по определению структурно-механических характеристик творога, творожной основы и творожно-сырковых масс. Для этих приборов и устройств разработаны и уточнены методики расчета физических величин.

. Разработаны принципы приборного оформления технологических процессов, обеспечивающие контроль и поддержание их рациональных режимов.

. Предложен уточненный аналитический метод расчета потерь давления в трубопроводах с учетом реальных структурно-механических характеристик творожно-сырковых масс, их химического состава и действия избыточного давления.

. Разработаны методы инженерных расчетов определения рациональных режимов процессов: измельчения творога, вырабатываемого на линиях типа Я9-ОПТ ; перемешивания творожной основы с ингредиентами; трубопроводного напорного транспортирования, дозирования и формования творожно-сырковых масс.

. В результате частичного внедрения предложенных разработок получен фактический экономический эффект более 7 тыс. руб. за счет снижения себестоимости одной тонны готовой продукции на 13 руб.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

. Карслянц А.П., Зимин А.Ф., Байгильдин Р.Х. Влияние избыточного давления на структурно-механические свойства белково-молочных систем. - В сб.: Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания (Технология, аппаратурное оформление, оптимизация). П Всесоюзная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. - 1984, с. 238.

. ЗиминА.$., Карслянц А.П. Совершенствование процесса .механической обработки творожной основы с сахаром при производстве сырков с ванилином. - В сб.: О повышении роли молодых ученых и специалистов в ускорении научно-технического прогресса в мясной и молочной промышленности. Всесоюзная научно-техничес-хая конференция. Тезисы докладов. - .4., 1985, с.179.

3. Зимин А.Ф., Карслянц А.П. Разработка инструментального метода оценки консистенции творога и сырково-творояных изделия. - В сб.: О повышении роли молодых ученых и специалистов в ускорении научно-технического прогресса в мясной и молочной промышленности. Всесоюзная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. - М., 1935, с.212.

4. Богдановский В.Б., Фриденберг Г.В., Горбатов A.B., Зимин А.Ф., Карслянц А .П., Косой В.Д. Возможность подготовки творога для выработки сырково-творожных изделии при напорной его транспортировке. - т.: Молочная промышленность, 1935, ï 5, с.25-27.

5. Зимин А.5., Карслянц А.П., Байгильдин Р.Х. Злияние некоторых технологических факторов на плотность творога и творожно-сырко-вых масс. - В сб.: Электрофизические методы обработки пищевых продуктов. Всесоюзная научно-техническая конференция. Тезисы декладов. - И., 1935, с.330-331.

6. Зимин А. Карслянц А .П., Байгильдин Р.Х. Исследование процесса механической обработки сырково-творожных масс с целью получения продуктов с рациональными структурно-механическими характеристиками. -В сб.: "Теоре тические и практические аспекты применения методов ItëXM с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств. П Всесоюзная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. -М., 1936, с.61-62.

7. Карслянц А .П., Зимин А.Ф-., Карпнчев C.B. Научные основы конструирования устройств контроля реологических характеристик вязко-пластичных материалов в потоке. - В сб.: Теоретические и практические аспекты применения методов ИФХМ с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств. П Всесоюзная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. - Ii., 1936, с.151+152.

3. Карслянц А.П., Зимин А.Ф., Фриденберг Г.В. Использование CHX творога при проектировании и расчете устройств для его механической обработки. Там же, с.262-269.

9. Зимин А.Ф., Снегирев A.A., Карпычев C.B., Карслянц А.П. К расчету агрегата для механической обработки творога и направленного изменения его структурно-механических характеристик при выработке сырково-творожных изделий. - В сб.: Теоретические и практические аспекты ускорения научно-технического прогресса

в мясной и молочной промышленности. Всесоюзная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. Тезисы докладов. - M., 1987» с.48-49.

[О. Зимин А.5., Снегирев A.A., Карпычев C.B., КарслянцА.П. К расчету структурно-механических характеристик творожно-сырко-вых масс. - В сб.: Теоретические и практические аспекты ускорения научно-технического прогресса в мясной и молочной промышленности. Всесоюзная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. Тезисы докладов. - 1987, с.50.

:i. Горбатов A.B., Щукин В.М., Ганин В.В., Косой В.*., Виноградов Я.И., Зимин А.Ф. Расчет трубопроводного транспорта с использованием ЭВМ. Методические указания к самостоятельной работе студентов. - М.: ШШП, 1988. - хч с.

2. Зимин А.Ф., Карслянц А.П., Карпычев C.B., Снегирев A.A. Течение и.механическая обработка творога л рабочих органах агрегата двухвинтового типа. - Технология и оптимизация в биотехнических комплексах по переработке сырья животного происхождения: Межвузовский сборник научных трудов /ЬГГИШ, IJ., 1988. -с.102-109.

3. Косой В.Д., Снегирев A.A., Зимин А.$. Инструментальная оценка пригодности творога, вырабатываемого на линиях типа Я9-0ПТ, для производства сырково-творожных изделий. В сб.: Теоретические и практические аспекты применения методов И$ХЫ с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств. Ш Всесоюзная конференция. Тезисы докладов. - М.: 1990,- С-.270.

К Зимин А.£., Карпычев C.B., Снегирев A.A. К вопросу построения программ обработки данных вискозиметрии на ЭВМ. Там же, с. 212-213.

1. Зимин А.Ф. Разработка систем управления процессом производства творожно-сырковых масс с заранее заданными структурно-механическими характеристиками. В сб.: Теоретические и практические аспекты применения методов ИФХМ с целью соверше-нствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств. Ш Всесоюзная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. - M.: 1990, с.269.

. A.C. ï 1057860, МКИ 01Л33/12. Устройство для контроля процесса перемешивания пищевых продуктов /В.Д.Косой, А.В.Горба-

TOB, А.5.Зимин и др. ^СССР) - S о439577 ; заявл. i7.05.d2; Опубл. 1.08.33, Бюл. 44, 1933.

17. A.C. 1067438, 11КИ В 01 П 33/12. Устройство для исследования Cij,yктурно-механических свойств вязко-пластичных продуктов /В.Д.Косой, А.I.Зимин , ¿.В.Самусеько, А.Р.Дажин ^ССС?) - 3 3458125; заявл. 25.06 .d2 ; Опубл. 15.09.83, Бы., i 2, 1934.

id. A.C. '? j.133735, ИК.. ^01/2 33/12. Динамометр-консистометр / 3.Д.Косой, А.Ф.Зимин, В.В.Лепилов ЧСССР) - Ii 349371d ; Заявл. 24.09.32 ; Опубл. 3.10.34, Рол. f 5, 1985.

19. A.C. > 1157*51, МНИ ß Ol i 33/12. 'ст> ..с чо для определения структуоно-механиче ~ .;их характеристик пищевь.^ продуктов / В.Д. Косой, А.В.Горбатов, А.Р.Дажин, А.Ф.Зимин (СССР) - * 3620203 ; заявл. i2.07.33; Опубл. 22.01.35, Бюл. 19, 1935.

20. A.C. 'S 1260745, MKII G Oi П il/10. Устройство для измерения •реологических характеристик вязких и вязко-пластичннх материалов в потоке / А.В.Горбатов, А.П.Карслянц, А.Зимин, Я.К. Виноградов, В .Д.Косой (СССР) - i 3915755/31-25 ; заявл. 2о.06.35 Опубл. 30.09.3*. Бюл. 36, 193ö.

21. A.C. "t 1543703, MKII Cr Ol П. 11/00. Устройство для измерения реологических характеристик вязко-пластичных материалов в потоке /А.Ф.Зимин, А.П.Карслянц, С.В.Карпнчев, А.А.Снегирев, В.В.Ганин (СССР) - ,'i 4329633 ; заявл. 20.11.37 ; Опубл.8 .11.39 , Бюл. S 2, 1990.

Заказ 121

Формат 60x84/16 - 1,5 п.л

Тираж 100 1,56 уч.-изд.л.

Механизированное множительное производство ВНИКИМПа