автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Совершенствование механических процессов при пластификации твердых жиров

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЙ ОБЩЕСТВО "БАБАЕВСКОЕ"

На правах рукописи НОСЕНКО Сергей Михайлович

УДК 664.68.002.33

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПЛАСТИКАЦИИ ТВЕРДЫХ ЖИРОВ

Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты

пищевых производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1998 г.

Работа выполнена в Московском государственном ордена Трудов Красного Знамени университета пищевых производств и на Московской к дитерской фабрике им. П.А.Бабаева (ОАО "Бабаевское").

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор С.В. Чувахин

Официальные оппоненты - член-корреспондент Российс;

академии сельскохозяйствен; наук, доктор технических на профессор B.C. Кочетов

доктор технических наук, профессор В.Д.Косой

Ведущая организация - научно-исследовательский инсти'

кондитерской промышленности

Защита состоится 18 июня 1998 г. в 10.00 на заседании специа зированного совета К.063.51.07 Московского государственного универ< тета пищевых производств по адресу: 125080, Москва, Волоколамское ш< се, 11. аудитория 229 А.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печаг учреждения, просим отправлять в адрес Ученого секретаря университет;

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПП.

Автореферат разослан "^F мая 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

¿Jsjrc^i- И-М-Савина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Задачи обеспечения роста объемов производства, повышения качества и пищевой ценности продуктов при насыщенности современного рынка кондитерских изделий в условиях постоянно прогрессирующей конкуренции остаются основными для промышленности. Решение этих задач возможно при техническом перевооружении предприятий, интенсификации процессов и создании оборудования для их реализации. Увели-гение выпуска изделий и повышение их качества возможно при условии создания новых технологий и нетрадиционных способов обработки сырья и юлуфабрикатов. Поэтому повышение эффективности функционирования тех-юлогических потоков пищевой промышленности является актуальным.

Наиболее уязвимыми с точки зрения формирования качества продукции шляются центральные подсистемы технологических потоков. Множество »акторов, влияющих на формирование качества, их сложные и подчас неп-юдсказуемые взаимосвязи существенно осложняют создание устойчиво )ункционирующих систем. Поэтому для полной механизации технологических [роцессов необходимо стремиться к созданию машин и аппаратов, совмсща-)щих транспортные и технологические операции.

В последние годы наблюдается повышение объема производства конди-■ерской отрасли Российской Федерации. В 1996 г. произведено 1262 тыс. ', в 1997 г. - 1347 тыс. т. Пищевая промышленность, в частности конди-■ерская ее отрасль, за последние годы получила значительное развитие ¡следствие расширения ассортимента сырья.

Одними из наиболее ванных компонентов рецептур шоколада, конфет, [учных кондитерских изделий являются жиры животного и растительного :роисхождения. В 1997 г. в кондитерском производстве использовано око-га 90 тыс. т твердых жиров, ассортимент которых постоянно расширяет-

ся. Твердые жиры поставляются на предприятия в виде блоков массо 20-25 кг и перед подачей на операции составления рецептурных смесей и обычно расплавляют.

Так, при приготовлении кондитерского теста сливочное масло разре зают на части, которые подают в маслотопку. Применение расплавленног жира приводит к снижению качества теста и, как следствие, продукции

Имеются исследования по приготовлению конфетных, в частности пра линовых масс, с использованием пластицированных механическим способо. жиров, которые показали эффективность данного способа.

В производстве шоколадных изделий в качестве одного из приоритет ных направлений выделена разработка научных основ использования различных жиров - заменителей масла какао.

Таким образом, создание оборудования для перевода твердых жиро: из твердого в пластичное состояние с применением интенсивной механической обработки является актуальной для кондитерской и смежных с на отрасляей пищевой промышленности.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является совершенствование механических процессов при пластикации твердых жиров ( разработкой установки для реализации полного цикла переработки тверды: блоков жира в пластичную массу.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующи« задачи:

- обоснование и выбор рационального способа пластикации тверды: жиров и конструктивной схемы установки для его осуществления;

- разработка на базе механики деформируемых сред, реологии математического описания процесса пластикации твердых жиров;

- экспериментальное изучение кинетики и динамики изменения струк турно- и физико-механических характеристик твердых жиров при их меха

нической обработке;

- экспериментальная проверка адекватности математической модели реальному процессу;

- разработка научно-обоснованных рекомендаций по применению плас-гицированных жиров в кондитерском производстве и методики расчета установки для пластикации твердых жиров.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования с применением ЭВМ. Эксперименты вы-толнены как на известных, так и на специально созданных установках. Результаты экспериментов обработаны методами математической статистики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- теоретически обоснован рациональный способ пластикации твердых виров путем интенсивной механической обработки, включающий пять эта-тов: загрузку блоков жира, их подпрессовку, собственно пластикацию, ■¡ластикацию-нагнетание и выгрузку;

- получено математическое описание механических процессов при хластикации твердых жиров на всех стадиях;

- разработана методика изучения кинетики и динамики изменения структурно- и физико-механических характеристик твердых жиров при их леханической обработке.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработан и создан опытный образец установки для непрерывной 1ластикации твердых жиров, работоспособность которого проверена в про-{зводственных условиях Московской кондитерской фабрики "Большевик" и )А0 "Бабаевское";

- разработана научно-обоснованная методика расчета пластикатора 1рименительно к различным вариантам ее эксплуатации;

- разработаны рекомендации по применению установки в некоторых

линиях производства кондитерских изделий.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы до! ладывались на V Всесоюзной научно-технической конференции "Электроф] зические методы обработки пищевых продуктов" (Москва, 1985 г.), нау> ных чтениях памяти академика Горбатова A.B. "Теоретические и практ! ческие аспекты применения методов инженерной физико-химической мехаш ки с целью совершенствования и интенсификации технологических процес сов пищевых производств" (Москва, 1996 г.), 2 Всероссийской научно-тс оретической конференции"Прогрессивные экологически безопасные технолс гии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создана продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности" (Угли1-1996 г.), международной конференции "Современные проблемы производстЕ кондитерских изделий" ("Кондитерские изделия-97") (Москва. 1997г.) научно-практической конференции "Прогрессивные экологически бозопаснь технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции д/ создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценное ти" (Углич, 1997г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ и получен 1 авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пят глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Основное содержа ние изложено на 113 страницах машинописного текста. Диссертация сс держит 45 рисунков, 10 таблиц, список литературы содержит 137 источни ков. Приложения представлены на 60 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. Обоснована актуальность темы, сформулирована цель ис

/

тедования, дана общая характеристика работы.

Первая глава содержит обзор литературы по применению жиров в кон-(терском производстве, способам и устройствам для пластикации конди-грских масс, механическим процессам, при этом протекающим (резание, астикация в шнековых машинах), структурно-механическим характеристи-1М твердых жиров и методам их исследования (сдвиговые, компрессионные прочностные характеристики, плотность, поверхностные характеристи-[). Сформулированы задачи исследования.

Вторая глава посвящена теоретическому обоснованию механических юцессов при пластикации твердых жиров. Предлагается следующая после-'вательность операций при переводе твердого жира в вязко-текучее сос-'яние (рис. 1).

загрузка -» подпрессовка пластикация

пластикация-нагнетание

выгрузка

Рис.1. Последовательность операций

В соответствии с этим технологический объем агрегата делится на ответствующие зоны, рабочие органы которых должны обеспечивать:

- в зоне загрузки разделение блока жира на отдельные части в виде сков, стружки и т.п.;

- в зоне подпрессовки принудительную подачу материала на пласти-цию;

- в зоне пластикации окончательное измельчение кусков и первичную астикацию;

- в зоне пластикации-нагнетания получение однородной вязко-теку-й массы;

- в зоне выгрузки равномерную подачу пластицированного материала . следующую технологическую операцию.

Всесторонний анализ существующих конструкций показал, что наиболе! рациональной конструкцией для пластикации твердого жира является маши на со спаренными шнеками, находящимися в плотном зацеплении и вращаю щимися с разные стороны, причем все этапы от разделения блока на отдельные части до пластикации целесообразно производить однородными рабочими органами.

На рис. 2 представлена принципиальная схема пластикатора. Зон; загрузки и подпрессовки содержит два режущих взаимозацепляющихся винта, причем для образования зоны подпрессовки их последние витки заключены в замкнутую камеру. В зоне пластикации установлены рабочие оргаге для измельчения и пластикации, выполненные в виде шестерен. Зона пластикации-нагнетания образована двумя винтами с трапециедальными профилями, находящимися в плотном зацеплении.

нагнетание

Рис. 2. Принципиальная схема пластикатора Математическое моделирование процесса пластикации осуществлен1 последовательно по зонам.

Рассмотрен процесс внедрения острой кромки режущего винта в продукт. Дифференциальные уравнения, описывающие напряженное состояние в фодукте можно записать в виде:

— + —^ = 0; —^ + = 0, (1) Зх Эу дх ду

'де бх, бу - нормальные напряжения; хху=хух - касательные напряжения.

Условие появления пластических деформаций (условие текучести) . ;ри котором начинается разрушение продукта, возникает, когда интенсивность девиатора касательных напряжений достигает предела текучести ма-ериала:

(бх - бу)2/4 + -4у = х20, (2)

де х0 - предельное напряжение сдвига продукта.

Сила резания должна уравновешиваться нормальным и касательными апряжениями на боковых гранях клина. Мощность (в Вт), затрачиваемая а резание брикета жира,будет равна:

N1 = яГоПиЗО^соб«! (п/2-о(1+р+созр,соз(о(1-р)/соБ«1) /30, (3) де Б - площадь винтовой поверхности, м ; га - число витков шнека; 2 -оличество шнеков; р - угол трения продукта о клин, рад; а{ = Ы -гол заострения режущей кромки)/2, рад; Б! - наружный диаметр витка нека, м; - частота вращения шнека, об/мин.

Производительность зоны загрузки (в кг/с) определяется уравнени-

м:

. йзаг = 0,013(0? - Ьрпфдг, (4)

де к - шаг шнека, м; рп - плотность продукта. кг/м3;^3 - коэффициент заполнения витков; с^ - внутренний диаметр винта , м.

Отдельные куски жира винтами перемещаются к двум винтам противо давления. Так как эти винты находятся на одной оси с нагнетающими шне нами, то они препятствуют продвижению продукта вдоль камеры. Поэтому в полости между последними витками режущих винтов и витком винтов про тиводавления образуется зона повышенного давления.

Сжатый витками продукт находится в двухосном напряженном состоянии, которое можно описать дифференциальными уравнениями (1), а условие пластичности - уравнением (2). Системе уравнений (1) - (2) удовлетворяют следующие значения нормальных и касательных напряжений:

бу = -Хь-л/г - т:0(у/11ср - 2(1-(х/иср)2)1 /2);

61 = -х°0-Ы/2 + у/ЬсрУ, (51

где 211ср - средняя величина максимального сближения между винтовым! поверхностями шнеков, м.

После расчета предельного сжимающего усилия винтовыми .поверхностями получили мощность, необходимую на сжатие в винтах противодавленю (в Вт)-.

= г0У0 Ш}- с12)(Л+ (Бх-й)/(ЬсрБ1ПФ1 ))/(2Б1П<Р1 (61

где ¿1 - диаметр вала шнека, м; у0 -осевая составляющая скорости резания, м/с; ф! - угол подъема винтовой поверхности, рад.

В зоне пластикации происходит измельчение жира зубьями косозубы) шестерен. В торцевых и радиальных зазорах между корпусом и шестерням! возникают силы трения. Мощность (в Вт) на измельчение получена в предыдущем случае решением уравнений (1) и (2): '

N3 = 1й^3т:0 (2+п)гш^кп2/30, (7)

где 1")3, Ч3 - высота и толщина зуба, соответственно, м; гш - числс зубьев шестерни; к - число шестерен; пг - частота вращения, об/мин;

¡и - радиус шестерни, м.

Мощности (в Вт), затрачиваемые на преодоление сил трения в торце-¡ых и радиальном зазорах, можно определить по следующим зависимостям:

N4 = 2 (ПГ0 к (Ящ -Яц) п2 Л/10; (8)

N5 = bзtзtoзшRшkn2^t/30, (9)

де Иц - радиус цапфы, м; Ь3 - ширина шестерни, м.

В зоне пластикации-нагнетания осуществляется передавливание мате-иапа в замкнутых С-образных объемах при перемещении зацепляющимися интами.

Усилие, необходимое для перемещения продукта объемом V за дин оборот винта, определяли по зависимости:

Е = Укорп721п2/60, (10)

де V - С-образный объем, м3; к0 - количество замкнутых объемов по лине шнека; рп - плотность продукта, кг/м3; уг1 - осевая скорость пе-емещения продукта, м/с.

Тогда мощность (в Вт), необходимая для этого, будет равна:

Н5 = 2УкоРпу2г1п2/30. (11)

Для определения мощности, необходимой для преодоления сил вяз-ого трения по внутренней поверхности корпуса цилиндра в каналах на-езки шнеков, будем считать, что продукт двигается в канале со ско-остью и обтекает внутреннюю поверхность корпуса, условно-разверну-ого в виде плоскости. Тогда сила вязкого сопротивления, возникающая ри обтекании пластины, определится следующей зависимостью:

Рс =0,66у^гиаррпт\(2)}/2, (12)

де И - ширина канала шнека, м; ч(г) - коэффициент динамической вяз-

кости, Па*с; ЬР - длина развертки канала, охватывающего замкнуты с-образный объем канала винта, м.

Длину развертки можно подсчитать по формуле:

Ьр = ((П02 - й202 /2)2 + 4 У\ (13

где t2 - шаг витка нарезки, м.

Тогда мощность (в Вт), необходимая для преодоления сил вязког трения в каналах нарезки винтов, рассчитывается по формуле:

Щ = 1,ЗЗк0\Мг12 -аррпт1(2:)^? (14

Наличие зазоров определяет затраты мощности на течение в них Мощность (в Вт) , потребная на течение в полукольцевых каналах межд; внешней поверхностью витка и корпусом:

к^гкп2 АР 1 / и! - I?2 >

= -—- - —- - 2Н1п(йк/Ю . (15

60 С0Бфг 1п№кЛ?) ^ Я ]

где внутренний радиус корпуса цилиндра, м; И - наружный радиу шнека, м; ДР - перепад давления по толщине витка шнека. Па; гк - числ> кольцевых зазоров, ф2 - угол подъема винтовой поверхности, рад. Мощность (в Вт), потребная на течение в щелевых каналах:

Щ = 0г(ДР,б)г/(2ю(г)) (16

где 6 - зазор, м; ДР* - перепад давления по длине винта. Па;

Суммируя результаты расчетов мощности по формулам, полученным п отдельным зонам, получим общие ее затраты.

В третьей главе представлены результаты экспериментального иссле дования структурно- и физико-механических характеристик твердых жиро и их изменения при пластикации.

В соответствии с предложенной последовательностью операций разделение блока осуществляется резанием. Для определения рациональных с точки зрения наименьших энергозатрат параметров режущего инструмента, эсуществляющего скользящее резание, изготовлена специальная установка, -¡а которой был реализован полный двухуровневый четырехфакто^и\!Г эксперимент (ПФЭ) 24. В результате получено уравнение для расчета удельной ;илы резания (в Н/м), которое в относительных переменных имеет вид:

FVJ1 = 1860 - 167Х, - 177Х? .+ 195Х3 + 897Х4 -У - 95X^2 + 170^X4 - 111ХгХ4, (17)

где Xj - угол заострения; Х2 - передний угол; Х3 - скорость реза-шя; Х4 - толщина срезаемого слоя.

Была проведена оптимизация по методу Бокса - Уилкинсона. При угл£ заострения свыше 24° и положительном переднем угле свыше 10° усилие юзания изменяется пропорционально и незначительно. Наиболее рацио-[альными будут угол заострения 24-50°, задний угол 22-48°.

Для выбора рациональных конструктивных параметров приемного узла тределены коэффициенты трения твердого жира к различным материалам, 'ак, при движении по стали нержавеющей для некоторых видов жиров при ■емпературах 18 - 30 °С он составлял 0,18 - 0,20, при-температурах, [ревышающих точку плавления, составлял менее 0,15.

При низких температурах твердый жир представляет собой хрупкий ¡атериап, поведение которого в условиях сжатия характеризуется модулем пругости Е, а прочность - пределом прочности бпч. По результатам опы-'ов, производимых при одноосном сжатии, строили диаграмму которые не мели ярко выраженного линейного участка, характеризующего упругие свойства. В таких случаях кривую описывают степенной функцией вида:

с = Вбт, * (18)

где с - относительная линейная деформация; б - нормальное напря-

жение, кПа; В и ш - эмпирические коэффициенты. Результаты обработки представлены в табл. 1.

Таблица

Коэффициенты уравнения (18) и физические характеристики жиров при -4 °С

Наименование жира Коэффициенты Е, МПа бпч, кПа

В, 10"5 т

Масло сливочное 4,6 1.3 6,1 ±0,4 220 ± 20

Жир кондитерский 3,1 1.4 5.4 ± 0,4 190 ± 20

ИЛЛЕКСАО-ЗО-97 4,3 1.3 5,9 ± 0.4 200 * 20

Перевод твердого жира в вязко-текучее состояние сопровождает значительными структурными изменениями на всех этапах его обработки. Для определения вязкостных характеристик образцы пластицированного жира помещали в измерительный цилиндр вискозиметра Реотест 2, термоста-тировали при заданной температуре в течение 15-20 мин. и снимали показания прибора согласно общепринятой методике. По результатам вискозиметрии строили кривые течения,которые в логарифмических координата; представляли собой прямые, что позволило классифицировать материал пс реологическому поведению, как псевдопластичный. В этом случае криву« течения аппроксимируют степенным уравнением вида:

х = к*п . (19;

где г - касательное напряжение. Па; í - скорость сдвига, 1/с; Кип- коэффициент консистенции и индекс течения.

Отбор проб производили в двух местах: непосредственно из выходного отверстия и перед пластицирующими винтами. Коэффициент консистенци]

индекс течения рассчитывали по результатам вискозиметрии методом на-меньших квадратов, значения которых представлены в табл. 2.

Таблица 2

Значения коэффициентов уравнения (19)

Наименование жира Образец до винтов Образец после винтов

Т.°С К п Т,°С К п

Жир кондитерский 31 93,7 0,49 33 66.1 0,45

ИЛЛЕКСА0-30-97 30 7030 0,050 32 5980 0, 052

Температура блоков жира перед подачей в приемный узел пластикато-а составляла 23 - 28 °С, термостатирующей воды - 30 - 40 0 С. Значения эмператур в таблице соответствуют температуре образцов, отобранных пя измерений.

Органолептическая оценка показала, что пластицированный жир дос-аточно однороден как после обработки шестернями, так и после обработ-\ винтами. Результаты вискозиметрических измерений показали, что об-1зцы жира, отобранные до винтов, имели большую вязкость, чем после об-аботки винтами. Из таблицы видно, что коэффициент консистенции жира эндитерского уменьшился после обработки винтами на 30 %, ИЛЛЕК-Ю-30-97 на 15 %. Это связано с тем, что происходит дополнительная эханическая обработка продукта и повышается температура. Индекс тече-•щ при этом оставался практически постоянным. Таким образом создаются редпосылки для регулирования физических свойств пластицируемого проекта.

Теоретический анализ показал, что для расчета мощности необходимо чачение предельного напряжения сдвига пластицируемого материала на азных этапах обработки.

Для определения предельного напряжения сдвига использовали метод

внедрения конуса в исследуемый материал. Методика опытов, проведени на структурометре, состояла в следующем. Образец жира из блока в бюк( помещали в термостат и выдерживали при определенной температуре 60-1 мин. Для исключения влияния на результаты измерений разности темпер; тур между конусом и образцом жира их термостатировали одновременнс Далее бюксу и конус устанавливали на прибор и проводили измерения I принятой методике. Отбор проб пластицированного жира производили кар при вискозиметрии: из выходного отверстия и перед пластицирующими вш тами.

Графическая интерпретация некоторых результатов представлена ? рис. 3. Светлые точки соответствуют термостатированному жиру, темные

120

100

80

к

П 60

а

40

20

0

24

24 26 28 30 32 32

Температура, 0 С Рис. 3. Зависимость предельного напряжения сдвига жира ИЛЛЕКСА0-30-97 от температуры

:ластицированнаму. При обработке жира пластицирующими шестернями и датами происходит нагрев обрабатываемого жира на 1 - 3 °С. Предельное апряжение сдвига уменьшается при этом значительнее, чем при нагреве, трелками на графиках условно показано влияние механической обработки а свойства материала.

Кривые были аппроксимированы уравнением вида:

Г0 = Ат/Т + ВТ( (20)

где г0 - предельное напряжение сдвига, кПа; Т - температура, °С;

Ах и Вт - эмпирические коэффициенты (табл. 3).

Таблица 3

Значения коэффициентов уравнения (20)

Наименование жира Темпер. , °с Ат,°С*кПа Вт, кПА

Жир кондитерский 1 - 32 1310 -33.4

ИЛЛЕКСАО-ЗО-97 20 - 32 9730 -290

Ш 10 - 32 1160 -33,9

КАРАБУТА 10 - 32 1520 -41,9

Из данных таблицы видно, что при одной и той же температуре пре-ельное напряжение сдвига пластицированного жира меньше, чем непласти-ированного. При этом, чем ближе температура жира к температуре полно-э расплавления, тем эта разница меньше. Так, для ИЛЛЕКСА0-30-97 (тем-ература полного расплавления 32,3 °С) при 30 0 С предельное напряжение двига пластицированного жира примерно в 8, 3 раза меньше, чем непплас-ицированного. При 33 0 С эта величина составляет только 1,7.

Следует так же отметить, что жир, прошедший обработку на пласти-аторе, имел меньшую плотность, чем непластицированный.

Сводные данные о физико-механических характеристиках пластициро-

ванных и непластицированных твердых жирах представлены в табл. 4.

Таблица

Физико-механических характеристиках пластицированных и непластицированных твердых жиров

Наименование жира Темпера т^а Непластицированный Пластицированный

Предельное напряжение сдвига, кПА Плотность, кг/м7 Предельное напряжение сдвига, кПА Плотность, кг/м

Жир кондитерский 32 1,8 890 0,9 860

ИЛЛЕКСАО-ЗО-97 30 34,3 875 4,1 790 4

ИЛЛЕКСАО-ЗО-97 33 4.9 875 2,9 790

муи 28 7.5 895 0.4 880

Карабута 28 18,0 890 0,6 840

Четвертая глава посвящена экспериментальному изучению пластика^ твердых жиров. В соответствии с выбранной схемой (рис. 2) была спрое} тирована и изготовлена экспериментальная установка для пластикаф твердых жиров. Установка была укомплектована двумя комплектами режущ! винтов (с плотным и неплотным зацеплением) и тремя комплектами пласп цирующих шестерен (прямозубые с модулем 16 мм и косозубые с модулями и 16 мм), снабжена системой термостатирования рабочих объемов, позвс ляла независимо изменять частоты вращения режущих винтов, пластицирук щих шестерен и винтов.

В опытах варьировали частоты вращения рабочих органов,' площа/ сечения выходного отверстия, угол наклона стенки загрузочного бункерг Производительность пластикагора определяли весовым методом, по! ребную мощность по показаниям амперметров, включенных в сети пита» электродвигателей. Фиксировали температуру жира до и после, пластике ции, качество пластикации при предварительных опытах оценивали по 0£

анолептическим показателям.

Результаты показали, что при использовании в установке режущих интов с неплотным зацеплением винты зоны загрузки не обеспечивали ка-ественного резания, во впадинах скапливался жир, который не транспор-ировался в зону подпрессовки, санитарная обработка была затруднена.

Результаты опытов, проведенных с винтами, обеспечивающими плотное ацепление, и комплектом косозубых шестерен (модуль 16 мм) показали, го производительность установки соответствует расчетной.

При всех вариантах компоновки рабочих органов затягивание блока сериала в зону воздействия режущих винтов, особенно на начальном гапе, выло затруднено, вследствие чего требовалось вмешательство one-iTopa.

Однако, несмотря на конструктивные недостатки, качество пластици-эванного жира было на необходимом уровне. По органолептической оценке 1 отличался однородной пастообразной консистенцией.

Результаты предварительных испытаний были положены в основу для юектирования опытного образца пластикатора твердых жиров, на котором юводили дальнейшие исследования в шоколадном цехе ОАО "Бабаевское" жирами, используемым на производстве. Сводные данные результатов метаний представлены в табл. 5.

Из таблицы следует, что объемная производительность, определяемая щтами зоны пластикации-нагнетания практически одинакова для всех ви->в жиров. Несколько большую производительность для маргарина сливоч->го можно объяснить тем, что при температурах хранения его прочност-¡е характеристики ниже , чем у кондитерских жиров. Вследствие этого в >не загрузки необходимы меньшие усилия при резании, что и приводит к ¡вышению производительности.

Для проверки адекватности математической модели реальному процес-

Таблица

Производительность пластикатора, мощность и удельная работа, потребные на пластикацию твердых жиров

Наименование жира Производительность Плотность, кг/м3 Потребная мощность, Вт Удельная работа, . кДж/кг

массовая, кг/с объемная »10, м° /с

Шир кондитерский 0,10 0,12 840 680 6,8

ИЛЛЕКСАО-ЗО-97 0,08 0,11 780 1500 18,7

муи 0, И 0,12 880 910 8,3

Маргарин сливочи. 0,15 0,16 920 590 3,9

су были разработаны алгоритм и программа ПЭВМ для расчета производ> тельности и потребной мощности.

Результаты расчетов в виде диаграммы представлены на рис. 4.

№1 1 раб. вит. □ 2 раб. вит. 111 3 раб. вит. [__] 4 раб. вит.

Рис. 4. Относительный расход мощности при пластикации жира ИЛЛЕКСАО-ЗО-97 Из диаграммы видно, что от 70 до 80 % мощности при стационарнс режиме требуется на резание материала винтами. Это объясняется тек

1то жир находится в твердом состоянии, предельное напряжение сдвига шеет максимальное значение. При разделении блока жира режущими винта-ш его объем уменьшается, вследствие чего в работе одновременно могут сходится от 1 до 3 режущих витков.

Расчеты показали, что производительность установки определяется сонструктивными параметрами зоны загрузки. Для ИЛЛЕКСАО 30-97 расчет-¡ая производительность составила 0,088 кг/с, а по экспериментальным ганным 0,08 кг/с. Расхождение между результатами расчетов и опытными [анными по мощности не превышают 12 %, по производительности --10 %, [то позволяет сделть вывод об адекватности предложенной модели реаль-гому процессу.

Рабочая характеристика пластикатора достаточно "жесткая". Даже [ри максимальном давлении (порядка 0,5 МПа) производительность умень-1ается не более, чем на 10 %. Следовательно, пластикатор можно исполь-ювать в качестве насоса или питателя для подачи материала по материа-юпроводу к месту потребления.

Пятая глава посвящена практической реализации результатов иссле-ювания. Представлена методика расчета пластикатора твердых жиров. .

Описаны примеры промышленной реализации применения шастицированных жиров в технологических потоках производства сдобного i сахарного печенья, шоколада и глазури. Экономический эффект от внед-)ения составляет 83,7 тыс. руб. в год. Гарантированный экономический >ффект от внедрения технологии приготовления конфетных масс на пласти-¡ированных жирах составляет 551,9 тыс. руб. в год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа динамики использования твердых жиров в кон-

дитерской промышленности установлено, что наряду с ростом их потреблю ния, расширяется номенклатура. Показана, что традиционные методы пох готовки их к производству имеют ряд недостатков, в то время как пр^ менение пластицированных жиров является перспективным для обеспечена высокого качества продукции и расширения ассортимента, определяема требованиями рынка.

2. Изменение консистенции жира от твердой до пластичной нужн проводить поэтапно: разделение блоков твердого жира на отдельные част с последующей интенсивной механической обработкой, сочетающей высоки скорости сдвига и повышенное давление. Рациональным является проведе ние этих процессов в машине, оснащенной рабочими органами в виде спа ренных винтов, находящихся в плотном зацеплении и вращающихся в разны стороны.

3. В соответствии с физической моделью разработано математическо описание процессов, выполненное с применением методов гидродинамики механики сплошной среды, теории пластичности, массопередачи и реоло гии. Уравнения для расчета производительности и потребной мощност содержат физико-механические характеристики перерабатываемого магериа ла с учетом их изменения при обработке и конструктивные параметры ус тановки.

4. Разработана методика комплексного исследования динамики изме нения структурно- и физико-механических свойств твердых жиров пр пластикации, реализация которой позволила обосновать выбор режимных конструктивных параметров пластикатора твердых жиров.

5. Подтверждена адекватность разработанной модели реальному прс цессу по результатам испытаний экспериментальной установки и расчетоЕ выполненных на ПЭВМ по разработанным алгоритму и программе. Определеь рациональные конструктивные параметры рабочих органов, обеспечивающр

ысокую эффективность ведения процессов,

6. По результатам исследований создан опытный образец пластикато-а твердых жиров производительностью до 400 кг/ч, который эксплуатиро-ался при приготовления теста для сдобного и сахарного печенья (Мос-овская кондитерская фабрика "Большевик"), при расплавлении жира для околада и глазури (ОАО "Бабаевское"). Экономический эффект от внедре-ия составляет 83, 7 тыс. руб. в год. Гарантированный экономический эф-зкт от внедрения технологии приготовления конфетных масс на пластици-эванных жирах в конфетном и розничном цехах ОАО "Бабаевское" составит 551,9 тыс. руб. в год.

7. Разработанная методика расчета пластикатора твердых жиров most быть использована при проектировании подобного оборудования. Реко-эндации по применению пластицированных жиров могут быть применены в зугих отраслях пищевой промышленности, например, в хлебопечении.

Список работ', опубликованных по теме диссертации

МАЧИХИН С.А., ЧУВАХИН С.В., НОСЕНКО С.M. и др. Определение усилий ж резании твердых жиров // Хлебопек, и кондит. прсм-ть. - 1985. - M I. - С. 26-28.

ЧУВАХИН C.B., НОСЕНКО С.М., ЛОЩИНИН А.Д. и др. Реологические сбойс-за пластицированного сливочного масла //Электрофизические методы обмотки пищевых продуктов: Тез. докл. V Всесоюзной научно-техн. конф. М., 1985. - С. 277.

МАЧИХИН С.А., ЧУВАХИН C.B., НОСЕНКО С.М. и др. Пластикатор твердых фов // сер. 4. Хлебопек., макар., дрожж. и кондит. пром-ть: ЭИ/ЦНИИ-ЗИПИЩЕПРОМ. - 1986. - вып. 3. - С. 18-19.

A.c. 1152558 СССР, МКИ А 23 G 7/00. Пластикатор для кондитерской

массы. 1 С.А.МАЧИХИН. С.В.ЧУВАХИН, С.М.НОСЕНКО и др. (СССР). - 4 с ил. 4.

5. НОСЕНКО С.М., ЧУВАХИН C.B. Компрессионные характеристики сливочно масла // Теоретические и практические аспекты применения методов инж нерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенс фикации технологических процессов пищевых производств: Тез. докл. Hay ные чтения памяти академика Горбатова A.B. - М., 1996. - С. 59.

6. ЧУВАХИН С.В., НОСЕНКО С.М. Перспективы применения пластицированн твердых жиров при производстве кондитерских изделий // Прогрессивн экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработ сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой биологической ценности: Тез. докл. 2 Всероссийской научно-теор. кон 1-3 октября 1996 г. - Углич, 1996. - С. 454.

7. НОСЕНКО С.М., ЧУВАХИН C.B. Повышение эффективности подготовки тве дых жиров при производстве кондитерских изделий // Современные пробл мы производства кондитерских изделий" ("Кондитерские иэделия-97" Тез. докл. Международной конф. 10-14 марта 1997 г. - Москв С. 143-144.

8. НОСЕНКО С.М., ЧУВАХИН C.B. Пластикатор твердых жиров // Прогресси ные экологически безопасные технологии хранения и комплексной перер ботки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищ вой и биологической ценности: Тез. докл. Научно-практ. конф. 21-24 о тября 1997 г. - Углич. 1997. - С. 145.

9. НОСЕНКО С.М., ЧУВАХИН С.В. Теоретическое обоснование механическ процессов при пластикации твердых жиров.//Известия ВУЗов РФ. Пищев технология. - 1998. - N 1. - С. 49-51.

S.AlNosenko "Modernisation of mechanical processes of solid fato lastication"

The following findings have beed described and proved in this 'per:

- rationality for usage of plastified fats in production of flour id sugar based confectionary:

- theoretical description and experimental proof of the mechani-il processes system for transformation of fats from solid to plastic ¡ate;

- dynamics of changes in structoral mechanical charachiristics of its during the processes of plastication; '

- discription oî rational modes for the processes concerning a imber of fats and oils and their practical application on the example

an experimental pattern of the solid fat plastificauor used in ichnological cycles of confectionary prodaction.

ABSTRACT

Заказ №45".Тираж 100 экз. Печать офсетная. Издательский комплекс МГУПП. 123080, Москва, Волоколамское шоссе, 11