Сельское хозяйство/4.Технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции.

Д.т.н. Попов А.М., Макковеев М.А., к.т.н. Асташенко Е.Б.,

к.т.н. Чупин А.В.

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, Россия

Совершенствование процесса структурообразования

полидисперсных быстрорастворимых напитков в

тарельчатых грануляторах с активатором

 

Одним из основных процессов в технологической схеме получения инстантированных концентратов в виде быстрорастворимых порошкообразных смесей для напитков является гранулирование дисперсных материалов методом окатывания, которое представляет собой процесс превращения сухой или увлажненной мелкодисперсной многокомпонентной смеси в близкие по размеру, плотности и прочности шарообразные гранулы. Наиболее перспективными аппаратами для гранулирования данных продуктов являются тарельчатые грануляторы с активатором [1], которые имеют высокую производительность и позволяют получить минимальный разброс продукта по гранулометрическому составу. Одним из направлений повышения эффективности процесса гранулирования в данных аппаратах является оптимизация их конструктивно-режимных параметров.

При решении данной задачи в качестве критерия оптимальности целесообразно использовать удельную производительность гранулятора по выходу готового продукта, аналитическое выражение которого имеет следующий вид.

                                              (1)

где  - удельная производительность гранулятора по готовому продукту, кг/(мин*м2);

 - вероятность нахождения полидисперсного материала в виде гранул заданной плотности и размера (отношение веса материала в виде гранул размером (1 – 3 мм.) к весу полидисперсного продукта, находящегося в тарели после завершения процесса гранулирования);

 - вес загружаемого материала в тарель, кг.;

τпр - время гранулирования полидисперсного материала, мин.;

- диаметр тарели, м.

Ограничения накладываются на:

- показатели качества получаемого гранулята:

                                                                        (2)

                                                                 (3)

 где - максимальная влажность готового продукта, %;

- границы вероятности нахождения материала в виде гранул с диаметром 1 – 3 мм.;

- диаметр тарели - ;                                                                             (4)

- вес загружаемого материала в тарель - .                                  (5)

Ограничение на диаметр тарели () определяется минимальным объемом выпуска гранулята () и числом циклов гранулирования () в планируемом промежутке времени, коэффициентом заполнения тарели () насыпной плотностью продукта () и находится по следующему выражению.

                                                     (6)

Максимальное количество материала на тарели (), ограничивается необходимостью соблюдения режима переката комкуемого материала на тарели и свободного расположения зон гранулообразования. Определяющим фактором данного режима является коэффициент заполнения рабочего объема тарели, который находится по выражению (7).

,                                                     (7)

где  - высота борта тарели, м.

Предельное значение коэффициента заполнения тарели, при котором нарушается режим переката, зависит от свойств и характеристик гранулируемой полидисперсной смеси и определяется экспериментальным путем. Это предельное значение коэффициента () и будет определять ограничение () при искомом значении диаметра тарели.

Вероятностное представление состава гранулята обусловлено стохастической природой процесса гранулирования инстантированных полидисперсных продуктов в тарельчатых грануляторах с активатором. Для его описания использована математическая модель, которая включает в себя две системы дифференциальных уравнений Колмогорова и совокупность алгебраических уравнений, связывающих интенсивность перехода материала между выбранными семью состояниями полидисперсной смеси [2]. Ниже приведена система (8), которая описывает процесс гранулирования полидисперсной смеси с образованием на дне и стенке тарели гарнисажа (- вероятность нахождения полидисперсного продукта в этом состоянии).

(8)

где (12 - 67 ) - интенсивности перехода материала из одного состояния в другое (первая цифра индекса указывает состояние, из которого материал переходит в новое состояние, указанное второй цифрой индекса).

Для описания процесса без образования гарнисажа из системы (8) необходимо исключить пятое дифференциальное уравнение и все слагаемые остальных уравнений с вероятностью .

На основании результатов экспериментального исследования процесса и данных, приводимых в источниках [3, 4], были найдены уравнения (9 – 17), связывающие интенсивность перехода дисперсного продукта из одного состояния в другое с его технологическими характеристиками и конструктивно-режимны-ми параметрами гранулятора.

;                                (9)

                    (10)

                     (11)

                                   (12)

                                        (13)

                                                             (14)

                                (15)

                                      (16)

.                                                (17)

где  - минимальная линейная скорость частицы, сходящей с лопасти активатора, при которой начинается процесс образования зародышей, м/сек;

 - текущая  геометрическая площадь лопастей активатора, м2;

 - текущее влагосодержание продукта, %;

 - коэффициент комкуемости исходной дисперсной смеси;

 - минимальная скорость вращения лопастей активатора, при которой происходит разрушение крупных гранул, об/сек;

 - относительное количество полидисперсного материала, остающегося на дне и стенке тарели гранулятора в виде гарнисажа после окончания процесса  гранулирования;

 - текущая и минимальная скорость вращения тарели гранулятора, об/сек;

 коэффициент, определяемый расстоянием между донными ножами и поверхностью дна тарели, кг;

 - минимальный диаметр тарели гранулятора, который определяет нижний предел диапазона его изменения при поиске оптимальных значений (задается исследователем), м.;

 - приращение диаметра тарели по сравнению с его минимальным значением, м.;

, , ,  - весовые коэффициенты, определяющие вклад каждого слагаемого выражений (9-17) в интенсивность перехода полидисперсного продукта из одного состояния в другое (определяются экспериментально).

В выражение (1) входит один конструктивный параметр – диаметр тарели, остальные конструктивные параметры (высота борта тарели, диаметр рабочего органа активатора, его высота) связаны с ним следующими зависимостями: ; ;  Данные выражения определены по результатам экспериментального исследования процесса и постоянные коэффициенты, входящие в них, зависят от свойств и характеристик исходного материала [3].

Скорость вращения () и угол наклона тарели () выбираются из условия обеспечения режима переката и отрыва гранул из верхней точке тарели. Они связаны между собой и диаметром тарели следующим выражением.

                                            (18)

Как видно из выражения (18) при одном и том же значении диаметра тарели можно получить множество сочетаний величины данных параметров. Однако результаты экспериментального исследования процесса показывают, что режим переката возникает только в определенном диапазоне изменения этих параметров, интервалы которых представлены в виде ограничений (19, 20).

                                                                     (19)

                                                                     (20)

Экспериментальные исследования показали, что увеличение скорости вращения активатора приводит к росту количества зародышей гранул и сокращению времени гранулирования. Исходя из этого, для получения экстремального значения выражения (1) скорость вращения активатора должна быть максимальной.

Ограничение на расход влаги, поступающей в форсунку (), определяется влажностью () и весом, загружаемого в гранулятор исходного полидисперсного продукта, а также ограничением на влажность получаемого гранулята (). Аналитически данная связь имеет следующий вид.

                                                        (21)

Разработанный алгоритм поиска оптимальных значений искомых параметров (диаметра тарели, времени гранулирования, скорости и угла наклона тарели) включает в себя процедуры их последовательного изменения с расчетом на каждом шаге критерия оптимальности, вероятности гранулометрического состава гранулята, проверку ограничений и выбора таких их значений, при которых критерий оптимальности (1) достигает максимального значения. В качестве исходных данных в программе поиска параметров гранулятора используются усредненные технологические характеристики исходной полидисперсной смеси, минимальный планируемый объем выпуска гранулята за выбранный интервал времени.

Литература:

1. Попов А.М., Попов А.А., Тихонов В.В., Гурин В.В. Тарельчатый гранулятор с активатором. Патент на изобретение №2209662 от 10.09.2003 г., по заявке №2001123756/12(025316) от 27.08.2001.

2. Попов А.М., Макковеев М.А., Асташенко Е.Б., Чупин А.В. Идентификация процесса гранулирования инстантированных полидисперсных продуктов в тарельчатых грануляторах с активатором. // Техника и технология пищевых производств. 2010. № 2. – С. 60 – 65.

3. Попов А.М., Анализ и синтез технологий гранулированных концентратов напитков. Кемерово, КемТИПП, 2003 - 245 с.

4. Лотов В.А. Основы управления процессами структурообразования во влажных дисперсных системах /В.А.Лотов, В.В.Гурин, А.М.Попов.- Кемерово; М.: Издательское объединение «Российские университеты»:Кузбассвузиздат – АСТШ, 2006. – 295 с.

 

 

 

Уважаемые ученые!

ООО «Руснаучкнига» (г.Белгород, Россия), совместно с издательством “Наука и образование (Днепропетровск, Украина), Publishing House “Education and Science” s.r.o. (Чехия, Прага), ТОО «Уралнаучкнига» (Уральск, Казахстан), ООД «Бял ГРАД-БГ» (г. София, Болгария), ООО «Научный вестник» (г. Гомель, Беларусь) и Sp. z o.o. “Nauka I studia”, приглашает Вас принять участие во:

VIІI  Международной научно-практической конференции

«Дни науки  –  2012»

Срок подачи: 25.03.2012

Сроки проведения: 27.03.2012 – 05.04.2012

Место издания: Publishing House “Education and Science” s.r.o. (Чехия, Прага)

Оргкомитет планирует размещать доклады на Web-странице по адресу:

http://www.rusnauka.com/

·                  ПО ИТОГАМ КОНФЕРЕНЦИИ БУДУТ ОПУБЛИКОВАНЫ ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, И РАЗОСЛАНЫ ПО ПОЧТОВЫМ АДРЕСАМ АВТОРОВ.

·                  НА ОДИН ТЕЗИС РАССЫЛАЕТСЯ ОДИН АВТОРСКИЙ ЭКЗЕМПЛЯР СБОРНИКА ТЕЗИСОВ.

Рабочие языки конференции – РУССКИЙ, УКРАИНСКИЙ И АНГЛИЙСКИЙ

Контактные телефоны:

Факс: 8 (056) 234 29 61, 35 78 19, (056)370 13 13 (Украина)

С уважением ответственный секретарь  

 Устименко Екатерина Владимировна

Тезисы докладов необходимо выслать электронным письмом по адресу: info@rusnauka.com

или зарегистрировать и оставить свою работу на нашем сайте  www.rusnauka.com

Требования к оформлению тезисов!

Ваши тезисы будут рассмотрены оргкомитетом. В случае принятия работы для участия в конференции Вам обратным письмом будут высланы реквизиты для оплаты.

К печати принимаются тезисы объемом от 3 страниц формата А4, включая иллюстрации и таблицы, подготовленные в формате MS Word в виде компью­терного файла с расширением *.doc или *.rtf в шаблоне Normal.dot (ПРИМЕНЕНИЕ ДРУГИХ ШАБЛОНОВ Не ДОПУСКАЕТСЯ) по нижеприведенной схеме:

      фамилии авторов набираются шрифтом Times New Roman с размером шрифта 14, полужирный;

·     место работы (учебы) набирается шрифтом Times New Roman курсив с размером шрифта 14;

·     название тезисов набирается шрифтом Arial с размером шрифта 16, полужирный;

·     текст тезисов набирается шрифтом Times New Roman Cyr с размером шрифта 14;

МЕЖДУСТРОЧНЫЙ ИНТЕРВАЛ ТЕКСТА - 1,5. ПОЛЯ ТЕКСТА - 20 ММ СО ВСЕХ СТОРОН.

НАЗВАНИЕ ФАЙЛА ДОЛЖНО СОДЕРЖАТЬ ФАМИЛИЮ АВТОРА (ПЕРВОГО СОАВТОРА).

СНОСКИ ВНИЗУ СТРАНИЦЫ НЕ ДОПУСКАЮТСЯ!!!!

ЕСЛИ, ПО КАКИМ-ТО ПРИЧИНАМ, РАБОТА НЕ ПОПАДАЕТ В ТЕКУЩУЮ КОНФЕРЕНЦИЮ, ТО ОНА АВТОМАТИЧЕСКИ ПЕРЕНОСИТСЯ НА БЛИЖАЙШУЮ КОНФЕРЕНЦИЮ, И ЕЕ ЕЩЕ МОЖНО ОПЛАТИТЬ!!!

ПРИМЕР ОФОРМЛЕНИЯ ТЕЗИСОВ:

Экономические науки/2. Финансы и банковское дело

К.э.н. Иванова С.Л.

Ярославский государственный университет, Россия

Кредитный рейтинг в системе управления

кредитным риском

 

Кредитный риск, прежде всего, ассоциируется с банковской деятельностью..

Литература:

1.