автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Совершенствование процесса смешения при приготовлении рецептурных смесей в производстве гранулированного чая

ргс од

/ 9 »МП

/ !О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЬЮЩЕМУ ОБРАЗОВАННО

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕ1Ш ПЩЗВНХ ПРОИЗВОДСТВ

Не ярэввх рукописи

ГВИНЕПАДЗЕ Андркэ Шоюевлч

УДЯ 663.954.21.017:532Л35Д37(043.3) +663/664.022:621.929(043.3)

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА СМЕШЕНА ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИЙ РЕЦЕПТУРНЫХ; СМЕСЕЛ В ПРОИЗВОДСТВЕ ГРАНУЛИРОВАННОГО ЧАЯ

Спбцкадьиоеэь C5.I8.Z2 - Процессы, «ашнш к агрзгзгы

пищевой прадыиквнноояв

АВТОРЕФЕРАТ дкосоргацш на соискание ученой сгепени нандядагэ технических неук

Москва - 1993

Работа ваполнрча ш: кафедре "Сопротивлеилэ материалов и прикладная механике" Московской Государственной Академии гэдовах гро-иаводога.

Нзучшй руководаахьь:

Официально оппоненты:

Ведущая организация:

докеэр технических наук, профессор С.В.ЧУВ.ШШ

докмр технических наук, профессор С.А.МАЧШ1Н докгор технических наук, профессор Б.Н.СТШЩОВ

Московская ч.эерэзвесочная фабрика ■

Задана диссертаций сосхотася " £® " й ,ч_1993 годе в

№•30 чесов ив заседании Специализированного Совета К 063.51.07 Московской Госудзрззаенной Акэдеиии пицовых производств.

Ваш огачв яэ ввгорефераг в двух экземплярах, заверенных печатью учреидевия, просии нилрзвиг в совет ияетивута по адресу: . 125080, Москва, Волоколамское иоссс, II, МГАПЛ, ' С диссертацией иокно ознакомимся з библиотеке МГАПП. Аагорефераг разослан " ¿0 " ' ръп1993 годэ.

Ученый секретарь Специализированного Совета, к&ндидзя гехнических наук, доцант

И.М.САВИНА

С'БНУЙ МРАКГЕМСГККА РАБОТЫ

Актуальность работа. Чайная промкилеанссгь в последние годы получила значительное развитие благодаря растреыю сырьевой с-азы и увеличению производства основных зэдсв чая. Постоянно возрзстанций спрос на чай объясняется ириятннм вкусом л специфическим ароматом

I

Н8Ш1ТКЭ, з главное, его благоприятным влиянием на организм человека, что создает необходимость изыскания новых резервов его производства, внедрения малоотходных, юыдоксаш технолог;!?;. Это кевовмояно, оэз соответствующего шагняо-зпяврзтуряого н-зревооруй-зния торервбюнваяь ших предприятий.

Одакм из важейшс направлений реягеяая гздчч, гаклгеэдхся в экономии сарьеаих ресурсов, сокращения потерь и отходов, пошгекия качества чая, принято освоение техники я технологии производства гранулккзванкого чзя из неяольгухвдхса спросом мешургсаарсшк '¿рак-цкй чаййзго сырья (высевка, крошка). ?азраСатнвае,\:се технологическое оборудование додшо обеспечить повышение оиологичес.<о2 ценности черного и зеленого чая, которые являются наиболее потреолле.'йми.

Подготовка рецептурных смесей из мелкодисперсных Фракций чайного сырья к грануизфОЕзняа реализуемся в центральной подсистеме технологической системы производства гранудировзкного чая. Ключевыми технологическими процессами при этом являются смешение высевки и кроаки, увлажнение полученной смеси обогащающими или нейтральны?«

с р

связуэдми жидкостями. Снесение осуществляют в купахиоя бар^оане периодического действия, а увлажнение '- в смесителе непрерывного действия с лопастным рабочим органом. Это оборудование сконструировано без учета специфических особенностей перерабатываемого сырья. Вместе с тем в последние года разработаны и внедрены различные типы гранудяторов непрерывного действия. Развитие средств гранулирования чая привело к несоответствии в степени механизации процессов при подготовке рецептурных су.есс-й к гранулировании и их гранулированием, вследствие чего снижается производительность линии производства

гранулированного ;вя из-за простоев оборудования и наличия значительного количества возвратных отходов. Следовательно, для решения задачи полной механизации этой линии при подготовке рецептурных смесей к гранулированию необходим переход от одаооперационного оборудования, связанного' ¡транспортирующими устройствами, к агрегату, реализующему многостадийный процесс в непрерывном режиме.

Анализ литературы показал, что отсутствуют легкоупрзвляемые процессы и оборудование для подготовки рецептурных смесей к гранулированию; нз разработана теория непрерывного смешения увлажненных хс-дкодксперсных материалов; недостаточно изучены структурно-механически е характеристики увл&кненных ингредиентов гранулированного чая и их смеси; отсутствуют рекомендации о рациональных значениях влэж-костей высевки и крошки, об оптимальном соотношении этих компонентов, с точки зрения создания наилучших условий для гранулирования юс смеси.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является совершенствование процесса смешения при приготовлении рецептурных смесей кз мелкодисперсных фракций чайного сырья для повышения эффективности их 2-ранулироваю1я.

3 соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи: : '

- на базе системного подхода определить взаимосвязь между параметрами процессов смешения и гранулирования в центральной подсистеме технологической системы производства гранулированного чек;

- на Оэзэ механики деформируемых сред получить математическое описание - процесса непрерывного смешения увлажненных мелкодисперсных материалов; . ..

- экспериментально изучить структурно-механические характеристики увлажненных ингредиентов гранулированного чея и их смеси;

- нэ устройстве для подготовки рецептурных смесей к .гранулиро-

ванию экспериментально проварить адекватность разработанной математической модели реальному процессу;

- разработать научно-обоснованнную методику расчета этого устройства .

Метода исследования. Б работе использованы теоретические и экспериментальные метода исследования с применением ЭВМ. Эксперименты выполнены как на известных, так и на специально созданных устройствах. Результаты экспериментов обработаю! методами математической статистики.

Научная новизна выполненной работа заключается в следующем:

- выявлены наиболее информативные и влияющие параметры процессов смешения и гранулирования в центральной подсистеме, механизированной линии производства гранулированного чая, определены взаимосвязи мезду ниш;

- получена количественная оценка влияния исходной ориентации поверхности контакта смешиваемых компонентов на интенсивность процесса смешения;

- получено математическое описание процесса смешения увлажненных мелкодисперсных материалов в смесителях непрерывного действия различной конструкция, разработана методика айсора наилучшего варианта конструктивного оформления смесителя я расчета его рациональных геометрических и кинематических параметров; .

- разработано теоретическое обоснование методики экспериментального определения реологических характеристик материалов при их движении по наклонной плоскости.

Практическая ценность выполненной работы заключается в рледую-щем: , •

- разработано и создано новое устройство непрерывного действия для подготовки рецептурных смесей из мелкодисперсных фракций чайного сырья к гранулированию, эффективность и работоспособность которого

проверены в производственных условиях на Цхалтубской чайной фабрике A3 (экономический аффект от внедрения при производительности поточной линии производства гранулированного черного чая - 180 кг/ч составит около 320 тыс.руб. в год);

- разработана научно-обоснованная методика расчета этого устройства;

- разработаны рекомендации по совершенствованию технологических операций при производстве гранулированного чая;

. - разработано и создано экспериментальное устройство для определения реологических характеристик материалов при их движении по наклонной плоскости.

Апробация работа. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях "Совершенствование техники и технологии в пищевой промышленности и общественном питании" в'г.Кутаиси <1986,1588гг.), на Всесоюзной конференции "Социально-экономические проблемы научно-технического прогресса в новых условиях хозяйствования" в г.Кутаиси (1989г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 научных работ и получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих'выводов, списка использованной литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 156 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 32 рисунок, 17 таблиц, список использованной литературы включает 195 источников. Приложения к диссертации представлены на 49 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальноть работы и ее практическая значимость для чайной промышленности.

Первая глава содержит обзор литература по производству гранули-

- б -

рованного чая. Показано, что процесс смешения играет важную роль при подготовке рецептурных смесей к гранударовании. Проанализированы литературные данные о структурно-механических характеристиках ингредиентов гранулированного чая и методах их исследования; о теоретических основах процесса непрерывного смешения мелкодисперсных материалов и оборудовании для его осуществления; о методах контроля качества и готовности смеси мелкодисперсных материалов. Сформулированы основные задачи исследования.

Вторая глава посвящена теоретическим основам интенсификации процесса непрерывного смешения при приготовлении рецептурных смесай в производстве гранулированного чая.

Функционирование центральной подсистемы (ЦП) технологической ( системы производства гранулированного чая осуществляется следующим образом. В смеситель периодического действия подают высевку и крошку. Полученную смесь и обогащающую или связувдую жидкость дозирум?. в смеситель непрерывного действия. После смешения образуется увлажненная мелкодисперсная чайная масса (рецептурная смесь), ксторуа дозируют в формующую машину. Получаемые при этом гранулы направляют в сушильну» установку. На основе системного подхода был построен граф (рис.1) взаимосвязей наиболее информативных и влияющих параметров с. показателями гранул чая в исследуемой ЦП. Из рисЛ следует, что важными показателями рецептурных смесей, которые формируются в процессах смешения п непосредственно влияют на качество готовой продукции, являются соотношение компонентов, влажность и однородность. При этом совмещение процессов смешения ингредиентов гранулированного чая и увлажнения полученной смеси в одном многооперационном ус£ройстие непрерывного действия повысит устойчивость функционирования исследуемой Ш.

Ео влакном состоянии мелкодисперсные Фракции ' чэйкоги сырья относятся к группе слипаемых масс. Следовательно, в данных условиях

- е -

для высевки и крошен существует возможность определять напряжение сдвига кэк функцию скорости сдвига. Вместе с тек, с целью создания легкоуправляемого кногоолерационного устройства для приготовления рецептурных смесей к гранулированию ошю принято, что смешиваются предварительно увяаккзнше компонента 'гранулированного чая. Эти обстоятельства позволили комплекс структурно-механических характеристик смешиваемой массы, при разработке теоретических положений процесса нэпрерываого смешения, выразить через эффективную вязкость.

Для количественной оценки влияния первоначальной ориентации поверхности контакта смешиваемых компонентов относительно транспортного потока материала в смесителе на интенсивность процесса, была рассмотрена поверхность контакта до и после трехосной деформации системы (рис.2). Известно, что если в начальном состоянии толщина полос, определяемая как среднее расстояние мезду слоями одного и того ке компонента в системе, является равной г1, а общая поверхность контакта - А, то уменьшение толщины полос до гк соответственно требует увеличения поверхности контакта до А'. Согласно расчетных схем (рис.2) начальные и конечные значения рассматриваемых величин связены соотношением:

Гг А' | С'

С + с + с_ *» УЧ Е»

1 II (I)

..« ' i i г г г -а » а

■ (d сов а + сов р + <1 YtCos а + в т,сов-б - 2d74co3aco8fi -

i a х

- 2<17,cobPcosi9 + 2Ti7aü cosacos^ + d coa -ft) , Отметим, что известная формула Д.М.Мора, полученная для случая, когда система подвергается одноосной деформации сдвига (72«s0, й=0), является частным случаем уравнения (I).

• Величины а. (3, -9 определяют исходи}'» ориентацию поверхности контакта сшгшваеыых компонентов. Установление таких значений этих ^.нгсш, для которых г, при-фиксированных значениях 7», 7г, d прини-

мает минимальное значение," дает возможность определять ептимзльнув исходную ориентацию поверхности контакта смепв^аекнх компонентов относительно транспортного потека материала в смесителе з данных условиях деформации системы. Путем нахождения минимума Функции

4

гк= (а; р; *8), в соответствии с уравнением (1), получили следующие Формулы для определения оптимальных значений рассматриваемых величин:

2^47в ¿Та '

а = О.багсгв—11-1—; (3=90°; в я 90 - О.багсгк —. (2) 2 1 2 2 7» - Т» 71 ~ 72

С целью выоорэ наилучшего варианта конструктивного оформления смесителя и расчета его рациональных геометрических и кинематических ' параметров, смесители для непрерывного смешения увлажненных мелкодисперсных материалов в зависимости от конструкции рабочего органа разделили на следующие группы: червячные, кулачковые и лопастные. Их расчетные схемы показаны на рис.3,4,5. Были приняты следующие условия: смешиваемая масса является несяммаемой, а ее течение - изотермическим и установившимся; ускорение частиц смешиваемой массы,которая в смесителях рассматриваемых типов, подвергается двухосной деформации сдвига, пренебрежимо мало; вязкость сманиваемой массы постоянна.

На основе решения дифференциального уравнения движения, с учетом принятых допущений и определенных граничных условий, для каждого варианта конструктивного оформления смесителя были определены составляющие общей деформации сдвига, как функции безразмерных координат, характеризующие расположение частицы смеииваемсй массы в поперечном сечении смесителя (табл.1).

В качестве критерия оценки эффективности рассматриваемого процесса приняли коэффициент неоднородности, определяемый квк среднеквадратичное отклонение толщины полос от среднего значено этой величины:

На языке программирования "Бейсик" были разработаны программы минимизации функции (3) методом координатного спуска, с учетом уравнений для определения составляющих общей деформации сдвига (табл.1) и формул (I), (2). Расчеты проводили на ЭВМ "Искра-226". Результаты расчетов представлены в таблице 2. Коэффициент неоднородности для смесителя с лопастным рабочим органом без неподвижных вставок принимает наименьшее значение. Следовательно, наиболее эффективно рассматриваемый процесс осуществляется в смесителе этого типа.

Аналитическим путем были определены технологические параметры смесителя с лопастным рабочим органом без неподвижных вставок. В частности, из уравнения расхода

я 1

]Ч<Ч,Ш>Л = 0Й - <5р , (4)

о о

подучили формулу производительности:

Г л 3 1 П= 3600 р„м 10.0017(й^) и - 2.201 - ,

м i ■ Нвф Ьл ]

(5)

а на основе векторного анализа деформации смешиваемой массы (рис.6), определили потребную мощность:

им = у да щ + \ а*,;

^л Ьл ___

N - I [ [-(V... [ + НВф [ Т. ].а] '

о о (6)

= 0.016 Ш V

Третья глава посвящена исследованию структурно-механических характеристик ингредиентов гранулированного чая и их смеси, как на известите, так и на специально созданном устройстве с учетом того, что условия деформации испытуемого материала во время экспериментов были наиболее близкими к практической картине его течения. Исследуемый процесс разделили на две стадии: ориентация поверхности контак-

Таблица I

Исходные уравнения и результаты их интегрирования

Тип смесителя Дифференциальное уравнение движения с учетом реологического уравнения смешиваемой массы . Граничныэ условия Составляющие общей деформации сдвига

1 2 3 4

Сдночервячный экструдер 1 ар а\ щ ^ д г" д У* * * 1 а р а\ axvx з z а х* а г vxco) = о ; = - vx Vt(0,y)=0; v,(»e.y) = О ; v.(*,0) - 0 ; 1;г(х.Нв) = V, 7I=ix(a9,ba.c,dstne,

Смеситель о кулачковым рабочим органом 1 а р агуж агьж V, (г.О)еО;^ (r,SK)=0iislnt}KC0ßt}K

)»аф а г ат* а г а р 1 а г, тт'тттг-" -МП- v^tä} « ий ; v^ff?) = 0 Г.Ф) V^W'^V11*' fift^.q»

Смеситель с лопастным Т53ССЧКМ органом ' а; оаз вставок 1 а р а\ а\ V, (r,0)=0; ^ (г.5л)=*агв1п0дсов0л (ал,Ьл,<1лД.пл.

а z а т* а в» h/c,<p)

продолжение таблицы I

1 2 3 А

*Ч + д тг 9\-д ъ* = 0 г^ (Г,0)=сат; г^ (г,П)=иг; (0,г)=шкГ; г^ (Ил,г)=0 Т^г ^л'Ьл'Йл'1'^'

0) с • вставками 1 д ? =13 ~ 3 г* а & ^ (г,0)=0; •и.(г,Бл)=шгз1лйлсов^л ^л-Ьл'Чл'1'^-Ь/С1>'52/С4,ф)

*Ч д г* а аг = 0 ^ (Г,0) = 0 ; ^ (г,Л) = иг; (0,2)=^; гц (Кл.г) = 0 ^л'Ьл'йл'1'^' ^л.11/С1,Сг/01, Сг/Ъ,<р)

Таблица 2

Результаты расчетов на ЭВМ "Искр.-1-225"

■Гип смесителя Рациональные геометрические и кинематические параметры Коэффициент неоднородности 3 ПИП Среднее увеличение поверхности контакта Ф

Одночервячный экструдер Смеситель с кулачковым рабочим органом Смеситель с лопастным рабочим органом а) без вставок б) с вставками £1э=0.8;с=0.1 гПд^О. 5 ;^в=0.1 рад. ;ф=0 ^=0. ¿;е=0.5:^=0.5;тЗк=0.брад.; §Ь0.75;<р=0 йл=0.5;1=0.1;пя=0.2;^л=0.2рад.; 11/с=5.5;(р=0.3;а=0.3р9д. ал=0.5;1=0.2;пл=0.2;Ал=0.2рад.; 11/с1=5;с1/с1=1;с1/йг:0.2;ф=0.3 317.350 и 10-" 116.990 х Ю-3 0.231 х 10-" 9.007 х Ю-5 157.553 * 10-" 93.423 х 10-" 87.009 х 10-' 34.696 х 10-*

та смешиваекшх компонентов относительно транспортного потока материала в смесителе и непосредственно та смешение.

На первой стадии траектории движения частиц смешиваемых компонентов параллельны. Следовательно, при изучении их реологических характеристик необходимо, чтобы структура испытуемых материалов не разрушалась. О это® целью было рассмотрено уравнение динамического равновесия элементарного слоя материала, который под действием силы тяжести движется по наклонной плоскости (рис.?):

ргз1тгах = ах . (7)

Путем интегрирования дифференциального уравнения (7), о учете^. реологических уравнений ньютоновских, оствальдовсккх и бингамовских тел установили:

- если график 30/ре=г (б"н81лаг) функциональной зависимости, подученный путем измерения величин 0 и б, для различных значений иг, является прямой линией и проходит через начало координат, то исследуемый материал относится к ньютоновским телам и

бели график 1з(30/рг)=Х(12(6аНЕ1лаг)) функциональной зависимости является прямой линией, которая к оси абсцисс наклонена под углом т}2 и на оси ординат образует отрезок длиной 1>, то исследуемый материал относится к оствальдовскгол телам ,с ' индексом • течения

Коэффициент консистенция К определяется из уравнения:

■ П-» 1-п 1 Гп-2

--н

211+1 Ср

(8)

- если график 30/ре=Г((0-б1)9{!в1шг) функциональной зависимости является прямой линией и проходит через начало координат,, то исследуемый материал относится к бингамовским телам и т^рф^ата.

На основе вышеизложенного было разработано и создано соотъит-ствунвде устройство, Исследование реологических-характеристик высевки и крошки для различных значений их влажоствй показали, это они

относятся к оствальдовским телам. Причем, индекс течения меньше единицы и практически не изменяется, а коэффициент консистенции уменьшается с ростом влажности. Яри й=65£1.3% эффективная вязкость испытуемых материалов одинакова. Следовательно, с точки зрения создания цаккучщих условий их смешения необходимо, чтобы влажность высевки-к кровхи равнялась 65*1.3*. .

Исследования реологических характеристик смэси увлажненных ингредиентов гранулированного чая, для второй стадии, были осуществлены на ротационном вискозиметре "Реотест-2". Выбор тала вискозиметра обусловлен тем, что при осуществлении стадии непосредственного смешения преобладает тангонцнональное составлявшее общей деформации сдвига. Эксперименты проводили для различна значений в.. Получила, что смесь относится к оствальдовским телам. Индекс течения меньше еданг»цы и практически не изменяется, а коэффициент консистенции принимает минимальное значение при в=1кг/кг. Следовательно, с энер-готической точки зрения смешение шсевки и крошки целесообразно вести при соотношении массовых долей смешиваемых компонентов, равной единице.'

Для определения структурно-механических характеристик смеси увлажненных ингредиентов гранулированного чая был использован прибор, измеряхщий как продольные,..-так а поперечные деформации для различных значений в. Получили, что мгновенный модуль принимает минимальное значение при в=1кг/кг, а остаточная деформация с ростом напряжения увеличивается. Следовательно, гранулирование целесообразно вести при максимально возможных нагрузках и при в=1кг/кг, так как с повышением упругих свойс-тз смесь становится менее пластичной, что отрицательно влияет на результат.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию процесса непрерывного смешения на устройстве для подготовки рецептурных смесей из мелкодисперсных фракций чайного сырья к гранулировании

(рис.8). Рецептурные смеси приготавливали следующим образом. Смешиваемые компоненты подевали в загрузочные бункеры I и 2. Соотношение их расходоз регулировали путем изменения площадей выходных сечений бункеров. В каналах 3 и 4 осуществляли увлажнение исходных компонентов чайным экстрактом, лодаваегтам из резерзуара 5 через регулятор расхода 6 и штуцеры 7, 3. Образованные при этом смешиваемые масса подавались в распределительный узел 9 через отверстия 10, II и при помоги лопастей 12 п пластан 13, которые на внутренней трубе 14 распределительного узла 9 образует Еинтову» линию с углом подъема равным а, осуществлялось их расслоение, а также ориентация поверх хности контакта смешиваемых компонентов относительно рабочего органа смесителя. За счет вращения горизонтального зала 15, смешиваемая масса подвергалась интенсивному продольному и тангеяциональному сдвиговому воздействию. Смесь удалялась из отверстий 17 и 18. Площадь выходной отверстии 18 регулировали при повди заслонки 19. ' •

Методика проведения экспериментов заключалась в ело дующем. В бункеры I и 2 загрузили смеашваеше компонента. Рукоятку регулятора илощвдей выходных сечэша бункеров устанавливали в таком положении для которого в=1кг/кг. Из резервуара 5 через штуцеры 7, 8 подевали чайный экстракт таким образом, чтобы влажность каадого из * смешива-эмнх компонентов равнялась 65%. Смешение увлажненных ингредиентов гранулированного чая осуществляли для различных значений а, 1, Р, Ь/о. Параметр <р регулировали путем изменения Б и и. Измерение сарвктерисшс мощности осуществляли на электровдте, в давления на заходе аз смесительной камеры - прибором ЦТИ-1. Частоту вращения забочего органа измеряли тахометром ТМ1-У. Продолжителяоеть скешения сошролировали секундомером.

С учетом выражений (5) н (6) были получены расчетные формулы уи определения' производительности и потребной Модности. На основе пучения структуры рецептурной смеси была оценена ео . однородность.

Получили, что наибольшая однородность смеси достигается при таких значениях кедичке а, 1, о, Ь/с, которые приведены в таблице 2. Этил подтверждена адекватность разработанной математической модели реальному процессу.

3 производственных условиях, на Цхадтубской чайной фабрике. .42, были определены основные показатели качества и готовности рецептурной" смеси к гранул чал. Контрольную массу приготавливали согласно утперзденяой рецептуре, по существуицей на фабрике схеме, а испытуемую массу - кз предлагаемом кногоосерацконном устройстве (рис.8), днелкз результатов испытаний (таол.З) показал, что по качественным и

Таблица 3

Результаты сравнительных исследований процесса смасения при приготовлении рецептурных смесей

Наименование показателя Контрольный материал Испытуемый материал Примечание

Рецептурная снзсь

Влажность, % 30 65

Соотношение массовых долей высевка к кропки, кг/кг г/з 1

Коэффициент неоднородности птюстоанственнсго распределения частиц сменивеемьас компонентов, 62 38

Остаточная, деформация, % 72 84

Гранулы чая

Внезый вид неоднородные, темно-коричневого цвета однородные, темнокорич-невого цвета

Яористотст^, % 23 25 опр.метод, сканируюц. микроскоп.

Механическая прочность на раздавливание, кг/км 0.2 0.3 опр.на пр. Щ-20

'Коэффициент набухания 0.25 0.29

. Настой продукта

Атхэмат средний приятный

! — терпкий терпкий

Настой средний яркий,прозрачный

количественным показателям продукт полученный с прдменешем предлагаемого устройства к разработанных рекомендаций но производству гранулированного чая презосходит продукт, полученный по суиоствутцей ;на чайных фабриках схеме.

Пятая глава посвящена практической реализации результатов исследования. Разработана методика-расчета устройства для подготовки рецептурных смесей к гранулированию. Исходной величиной для технологического расчета этого устройства является производительность. " Расход связующей жидкости (чайного экстракта) для высевки и крошки

вс . кр

Я. - V» Я. - и

.0«, = --- . Окр - 0-5 ■ (9) .

1С0 - И • 100 - н

о о

Расход высевки и кротки

Пвс - 0-5 Псм - 0ВСГ. П^ - 0.5 Псм - (10)

Расчет геометрических парагэтроз предлагаемого устройства проводится согласно рис.5а. Значения величия а и -0Л берутся из таблицы 2. Остальные геометрические параметры, согласно этой таблицы, расчи-тиваются следующим образом: 4 Г

И'] = — —1.л=К?/0.г, 11=0Лс=Ь/5.5. (II) 3 % ф

Угловая скорость рабочего органа определяется,из формулы производительности:

псм о 3б00рсма1 (К?>эо>(1 -ф) - (12)

Общая площадь выходных отверстий смесительной камеры определяется из уравнения:

За 'Я? Г 1

ф _--. А + Ви + СБ . (13)

а, 1и 1 1

Значения величины гк и эширических коэффициентов а*. а2, А, в, С берутся из таблица 4.

Мощность электродвигателя с учетом коэффициента полезного действия привода (в кВт)

Таблица 4

-1 и, с а» а». Ю-3 А, 10я В, 10' . С, к -3 • 10 М

5.233-

-7.327 0.035 0.388 0.926 0.132 9.442

7.327- 1.262-

-11.513 0.035 0.432 1.202 0.125 12.370 -3.048

11.513-

-20.933 0.035 0.485 1.826 0.112 19.696

Яв * 1.186 &£)\ «Л (14)

В результате исследований была осуществлена модернизация меха-низгфованной линии для производства гранулированного черного чая из мелкодисперсных фракций чайного сырья на Цхалтубской чайной фабрике >5?,. Суть модернизации заключалась в том, что купакный барабан периодического' действия и увлажнительное устройство непрерывного действия были ¿аменбш предлагаемым многооперационным устройством. Экономический эффект от внедрения этой модернизированной поточной линии обусловлен увеличением производительности из-за устранения простоев оборудования, уменьшением сырьевых потерь, потребной мощности, занимаемой площади производственного здания и составляет около 320 .тыс. рублей в год (по ценил 1990 года).

. 0Б1ШЙ ВЫВОДЫ

На основе системного исследования технологической системы производства гранулированного чая из: мелкодисперсных фракций чайного сырья (высевка, крошка) установлено, что смешение ингредиентов гранулированного чая, увлажненных обогащающими или связующими жидкостями, играет волнуй роль при подготовке рецептурных смесей к,, гранулированию и во ыногом определяет качество готовой продукции, в частности пористость, массу, форму и размеры гранул. При этом, наиболее важжаа показателями рецептурных смесей являются соотношение комло-

нентов, влажность и однородность.

2. Процесс непрерывного смешения увлаш&нзих мелкодисперсных материалов'мозгао разделить на дае стадии: ориентация нов&рхмости контакта смешиваемых компонентов относительно транспортного потока материала в смесителе, при их подаче в рабочий объем устройства и смешение компонентов непосредственно рабочим органом смесителя.

3. Установлена функциональная связь кевду толщинами полос до и после трехосной деформации смешиваемой массы с исходной ориентацией . " поверхности контакта компонентов. Путем миниашзации этой зависимости , получены расчетные формулы, позволяющие определять оптимальную исходную . ориентацию поверхности контакта смешиваемых компонентов отно- • сительно транспортного потока материала в смесителе.

4. Разработана методика выбора наилучшего варианта конструктив- ' , кого оформления смесителя для непрерывного смешения увлажненных мелкодисперсных материалов и ракета его рациональных геометрических

и кинематических параметров. Установлено, что наиболее эффективно рассматриваемый процесс осуществляется в смесителе с лопастным рабочим органом без неподвижных вставок.

5. Разработано теоретическое обоснование методики экспериментального определения реологических характеристик материалов при их движении по наклонной плоскости под действием силы тяжести. Создано соответствующее устройство, позволяющее определять реологические характеристики материалов без разрушения их структуры.

6. На- основе экспериментальных исследований структурно-механических характеристик увлажненных ингредиентов гранулированного чая и их смеси установлено:

- с точка зрения создания наилучших условий смешения ингредиентов гранулированного чая стада ориентации их поверхности контакта относительно транспортного потока материала з смесителе 'необходимо вести при влажности высевки и крошка, равной 65±1.3Ж;

- lö -

- с энергетической точки зрения, а также для улучшения условий гранулирования стадию смешения Енеевки и крошки целесообразно вести при соотношении их массовых долей, равном эдинице.

7. ПодтЕерадена адекватность разработанной математической модели реальному процессу на осноы? изучения структуры смеси, приготовленной на многооиерационном устройстве для подготовки рецептурных смесей к гранулированию, которое защищено авторским свидетельством. ?азрзСотана научно-обоснованная методика расчета этого устройства.-

е. По результатам исследований осуществлена модернизация механизированной линии производства гранулированного черного чая производительностью 180 кг/ч на Цхэлтубской чайкой Фабрике Jfö. Ориентиро-вешая экономическая эффективность от внедрения этой модернизированной поточной линии составляет около 320 тыс. рублей в год по ценам IS9I года.

9. Разработанные методики, расчетов смесителей непрерывного действия различной конструкции, а также методика определения реологических характеристик материалов при их течении по наклонной плоскости могут быть использованы в других отраслях пищевой промышленности, например, в кондитерской при производстве хйлеы. Применение результатов теоретических исследований возмокно и в химической промышленности 'при производстве высококонцеатрированных смесей . полимеров.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ I. ВЛУАШВИЛИ Т.Г., ГШШЕПАДЗЕ А.Iii. Исследование реологических свойств гвщввых масс на пленочном вискозиметре // Совершенствование техники к технологии в пищевой промышленности и общественном питании: Тез. докл. Респ. Научн.-техн. конф. 11-12 декабря 1986. - Кутаиси, 1986. С.62-65.

Z. М0ШИАШВИШ1 М.Д., ГВИНЕПАДЗЕ A.U1. Определение толщины полос при деформации сдвига в двух и б трех взаимогорпендикуллярных направлениях в процессах перемешивания // Совершенствование техники и технологии в пищевой промышленности и общественном питании: Тез.

- Id -

докл. Feen. Научи.-техн. конф. 11-12 декабря 1986. - Кутаиси, 1986. С.44-47.

3. ГВИНЕПАДЗЕ А.Ш., ГОРЦЕЛАДаЕ Д.Р., БЛУАШВШШ Г.Г. и др. Определение относительных составляющих общей деформации сдвига пищевых продуктов в одночервячном экструдере // Совершенствование техники и технолопш в пищевой промышленности и общественном питании: Тез. докл. Бсесоюз. Каучн.-техн. конф. 20-21 мая 1988. - Кутаиси, ÎS88. с.ео-зз.

4. ГВИНЕПАДЗЕ А.Ш., ПУРЦЕЛАДЗЕ Д.Р., ЕПУАШВИЛИ Т.Г. Определение относительной продолжительности пребывания частиц перемешиваемого материала в одночервячном экструдере для оствальдовских пищевых продуктов // Совершенствование техники и технологии в пищевой промышленности и общественном питании:. Тез. докл. Всесоюз. Hayчн.-техн. конф. 20-21 мая 1983. - Кутаиси, 1988. С.92-94.

5. ГШНЕПАДЗЕ А.Ш., ПУРЦЕДАДЗЕ Д.Р., вташвИЛИ Т.Г. Эффективность процесса простого смешения оствальдовских пищевых масс в одно-червячном экструдере. М., 1988. - 12 с. - Деп. в АгроНШТЭШП 20.07. 88, Ш876-Щ38.

е. ГВИНЕПАДЗЕ А.Ш., ТАБАГАРИ W.3. Установление оптимальных температур смешивающихся компонентов при получении халвичной массы // Социально-экономические проблемы научно-технического прогресса в новых условиях хозяйствования: Тез. докл. Всесоюз. научн.-техн. конф. 20-23 октября 1989. - Кутаиси, 1989. II часть. С.221-222.

7. ГВИНЕПАДЗЕ А.Ш., ПУРЦЕДАДЗЕ Д.Р., БЛУАШВШШ Т.Г. Определение оптимальной первоначальной ориентации ингредиентов при простом смешении // Известия вузов', Падевая технология. - 1989. - jffi. - 0Л17-118.

8. ГВИНЕПАДЗЕ А.Ш., ЧУВАШ! C.B., БЛУАШВШШ Т.Г. Математическое моделирование процесса непрерывного простого смешения увлажненных частиц мелкодисперсных масс в одночервячном экструдере. М.,1991. -II с. - Деп. в АгроШИТЭИЛП II.II.91, Ж3464-щ91.

9. ГВИНЕПАДЗЕ А.Ш., ЧУВАШ! C.B., БЛУАШВШШ Т.Г. Математическое моделирование процесса непрерывного простого смешения увлажненных частиц мелкодисперсных масс в смесителе о кулачковым рабочим органом. M., 1991. - II с. - Деп. В АгрсНИИТЭИЛП II.II.91, Л2465-Щ91.

10. А.с.1740036 СССР, МКИ* В 01 7/04. Устройство для непрерывного смешения жидкостей / А.Ш.Гвинепадзе, Д.Р,Пурцеладзе, Т.Г.Ёлуага-вили (СССР). - 4 е.: ил. 3.

Условные обозначения: -» "»

1, 3, к - единичные векторы; ах,а - компоненты вектора а; Ьх,Ь2

компоненты вектора Ь; сх,с .с^ - компоненты нормал-вектора с;

у ^

сх ,су ,с. - компоненты нормал-вектора с'; Ъ>Ъ - деформации сдвига1 едоль оси Х,2; й=у,/уг - растяжение вдоль оси У; соэа.совр.соз'в -

косинусы направляющего вектора с по осям Х,¥,£; \/хЛ/г ~ компоненты

Еэкторз скорости уэ; Н3,ГСа,Ьэ - высота, ширина и длина винтового канала червяка, м; кГ.йг - внутренний и наружный радиус червяка, м; тЗэ ~ Угол подъема винтовой линии червяка; К^.К^.й? - радиус вала, корпуса и кулачкового выступа смесителя с кулачковым рабочим органом, м; - характеристика длины канала;. К?,Кг - радиус веда и лопасти смесителя с лопастным рабочим органом, м; с,^ - ширина лопасти в плоскости чертека, м; сг - ширина неподвижной лопастной вставки, м; - накмэкыаве расстояние мезду соседними лопастями,м; чЗ'х.'^л " угол е0^3^3 винтовой линии, образованной кулачковым выступом и лопастями на валу рабочего органа смесителя; - длина сместгеля с кулачковым и с лопастным рабочим органом, м; ЗРЛЗх.йР/гг.ЭР/д'З - градиенты давления вдоль оси "Ц,.^.^ -компоненты скорости частицы смешиваемой массы; аэ=х/Нэ, Ьв=у/Нв, ак=г/1^г Ьк=£/Бк, ал=гЛ1л, Ьд=$/Бл - безразмерные координаты, характеризующие расположение частицы в поперечном сечении смесителя; с=На/17э, пэ=1£/1в, е^/360, й^Л^.ё^/гЪ, п^/1^, йл=к?/к£, 1=Ь/1Л, пл=йг/Ьл - безразмерные геометрические параметры

смесителей; ф=г/г - увеличение поверхности контакта; ф=г/г

1 Л Ь 4 ' V

_ 1 г

среднее увеличение поверхности контакта; г» — ) г - среднее значе-

15 ¡=1 >

кие толаины полос; г. - толщина полос в рассматриваемом элементе объема, смеси; п - тесло рассматриваемых элементов, объема смеси;

- отношение противотока к вынужденному потоку; Ц - вязкость, Па«с; р - объемная масса, кг/и3; лр - разность давлений, Па; и -угловая скорость, с-1; g - ускорение свободного падения, м/с1; О объемный расход, м9/с; 5 - толщина движущего слоя, м; 04 - толщина ноподзшного слоя, м; Н - ширина слоя, м; т0 - предельное напряжение сдвига, Па; - пластическая вязкость, Пв*с; в - соотношение массовых долей высевки и крошки, кг/кг; Б - общая площадь выходных отверстий смесительной камеры, м2; ■01,еа - угол наклона линии к оси абсцисс (определяется с учетом масптабсз координатных осей); 0О -исходная влажность, %\ Р. - конечная влажность, %; П - производительность, кг/ч.

I

Рис.1. Граф взаимосвязей режимных пераизтров с показателями гранул , в

Индекои:

ЦП механизированной линии производства гранулированного Обозначения:

чая чая

материалов: О - компоненты; 03 - обогащающая или связую-■. щая жидкость.

- процессов: ' ■

1 - дозчровзнче ком-

понентов;

2 - смешение компо-

нент оз;

3 - дозирование чай-

ной ыассы и жидкости;

4 - смешение чайной

ыассы и а'тдкости;

5 - дозирование ув-

лажненной массы;

6 - фоэдованяе.

г

шг

г

я

К

- влажность; ОС

- насыпная масса;

- внутреннее трзние; Т

- дисперсность; 2

- конструктивные па- КХ рзметры;

- точность дозирова- и зия; Р

- продолжительность £ процесса; МФР

- честога вращ8яия;

- соотношение компонентов;

однородность ыассы;

гемпрозтура;

зязкость;

компрессионные

характеристики;

скооость;

давление;

пористость;

масса, форма,

развеп.

- »«У»"

б)_ после трехосной деформации

а) до деформации _______ _г__________ ..

Рис.2. Расположэнло поверхности контакта смешиваемых компонентов

Рис.3. Схема винтового канала одночер-вячного экструдера

Нала наг>ра£'1ение

б) расположение координатных осей относительно рабочего органа Скеситедь с кулачковым рабочим органом

схема смесителя

, <гг

ч— . /-1. о ---

с А

лопасть

Вал

я ор п у с

а.) схема смесителя без неподвижных вставок

к гк пт+

--- ........1

г ■ й

лопасти

а л

Ёста&на

корпус

продольное

б) схема смесителя с неподвижными вставками

Йл'^исота

нанала\

О

Лл-Эпина _

на на лег направление направление

в) расположение координатных осей относительно рабочего органа Рис.5. Смеситель с лопастным рабочим органом

у/^ у^пангенииональное . О направление

Ось рабочего органа

. -•»'о/Л- зли-иентар->. - I ЧЧА площадка

роти&ления ^

плоскость

¿лагпериал

Рис.6. Расчетная схема х выво- Рис.7." Расчетная схема к определенна ду формулы (6) оеологических характеристик

пищевых материалов

Ротапринт ИЗО 1ШР1__

Заказ i 50,тарак IÖ0 экз.