CC BY
31
2. Рост числа экстракторов с 2 до 4 непропорционально увеличивает производительность: рост в 1,39 раза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Танаев B.C., Сотсков Ю.Н., Струсевич В.А. Теория расписаний. Многостадийные системы. - М.: Наука, 1989. - 322 с.
2. Конвей Р.В., Максвелл В.Л., Миллер Л.В. Теория расписаний. - М.: Наука, 1975.
3. Кошевой Е.П., Блягоз Х.Р. Экстракция двуокисью углерода в пищевой технологии. - Майкоп: Изд-во МГТИ, 2000. -495 с.
4. Мирецкий И.Ю. Синтез субоптимальных расписаний длясистем последовательного типа//Изв. РАН. ТиСУ.-2002. -№ 1.
Поступила 29.05.08 г.
MODELLING SCHEDULE OF OPERATING EXTRACTION PRODUCTION WITH SPECIALISED APPARATUSES
A.G. PEROV1, V.S. KOSACHEV2, E.P. KOSHEVOY2
1 Academy of Marketing and Social and Economic Technologies,
5, Zip st., Krasnodar, 350010; e-mail: : [email protected] 2Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: [email protected]
The possibility of processing four types of raw materials (hops, coriander, fennel, cloves) taking into account each kind in four dual operating in parallel extraction apparatuses was analysed. Taking into consideration processing in specialized apparatuses at the essential oil material extraction stage there is no need not only in cleaning the extraction apparatus after switching to a different essential oil material but also in registrating occupation of the extraction apparatuses. The application of Johnson algorithm for compiling sub-optimal schedule of serial type system in CO 2-extraction workshop was substantiated. The growth in extract number from two to four increases productivity non-proportionally (1,39-fold growth).
Key words: extraction apparatus, Johnson algorithm, multi-stage system, sorting out according to priority, duration matrix, Grant diagram.
664.03+664.08
ТЕЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ОБРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ В ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ АППАРАТАХ
В.А. АРЕТ, Д.А. ВАСИЛЬЕВ, Е.А. МОРОЗОВ, Ф.В. ПЕЛЕНКО, В.В. ПЕЛЕНКО
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий,
191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9; тел./факс: (812) 315-36-17, 315-52-34, электронная почта: [email protected]
Рассмотрены проблемы, связанные с реализацией принципа безотходной технологии в пищевых производствах. Предложена качественная модель и приведены результаты исследования течения корнеплодной суспензии. Полученные данные позволяют производить проектирование и расчет межоперационных трубопроводных сетей утилизации отходов абразивной обработки картофеля. Показано, что при проектировании червячного нагнетателя для отжима сока из плодово-ягодного сырья нельзя использовать гидродинамическую теорию шнековых прессов. Вместо нее предложена трибологическая теория червячных нагнетателей.
Ключевые слова: безотходная технология, корнеплодная суспензия, отжим сока.
Перспективным направлением реализации принципа безотходной технологии в пищевых производствах является переработка отходов, в том числе продуктов абразивной очистки корнеплодов от кожуры, в которой содержится значительное количество ценнейших биологически активных компонентов, а также мезги при производстве соков методом отжима.
Утилизация и дальнейшая переработка указанных продуктов с целью извлечения из них полезных питательных веществ требует создания соответствующего оборудования на базе изучения реологических свойств продуктов.
По результатам исследования структуры корнеплодной суспензии можно из качественных соображений прогнозировать, что при наращивании скоростей движения, начиная от состояния покоя, суспензия про-
ходит через несколько стадий внутреннего структуро-образования.
В состоянии покоя корнеплодная суспензия образует пространственную сетчатую структуру. Сцепление между дисперсными частицами кожуры обеспечивается в основном за счет механических сил трения. Естественные частицы от абразивной обработки имеют длину 0,5-5 мм при ширине 0,1-0,7 мм, поэтому силы сцепления механического переплетения следует считать преобладающими по сравнению с силами сольватного структурообразования.
Таким образом, контактирующие частицы кожуры образуют внутренний каркас в неподвижной суспензии, сцепленный со стенками канала. Сформировавшаяся структура обладает определенной внутренней прочностью. Если учесть, что частицы кожуры гидро-
Рис. 1
Рис. 2
фильны, то можно ожидать появление аномалии вязкости даже при очень низких концентрациях сухих веществ. С увеличением концентрации внутренняя структура становится более прочной и требуется большее усилие, чтобы заставить ее двигаться.
Полагаем, что в первой стадии течения структурированного потока наружные частицы стержня суспензии скользят по стенкам канала, а с увеличением скорости, вероятно, - по слою чистой воды. При этом нарастает напряжение трения, но оно еще недостаточно, чтобы вырвать волокна из стержня. Постепенно стержень претерпевает деформацию под действием напряжения трения, внутренние связи между частицами слабеют и уменьшается его прочность. Таким образом, на первой стадии в структурированном потоке происходят одновременно два процесса: увеличение сил трения и уменьшение прочности стержня. Необходимо отметить, что силы трения поверхности тела о жидкость зависят от скорости V относительного движения. Из гидромеханики известно, что приближенно при малых скоростях эта зависимость носит линейный характер, а при больших - квадратичный:
^*тр.мал. скоростей Р 1 ^ ^*тр.бол. скоростей ^2 ' '
где () И (): - гидродинамические коэффициенты.
На второй стадии течения структурированного потока частицы кожуры под действием напряжения трения вырываются из стержня, диспергируются в слой воды и ориентируются по потоку. При дальнейшем росте скорости стержень разрушается полностью.
В диспергированном потоке действуют силы вязкостного трения, характерные для неньютоновской жидкости. Силы вязкостного трения были и на стадии структурированного потока, однако там они играли незначительную роль, так как действовали либо в небольшом слое чистой воды (1-я стадия), либо в диспергированном слое (2-я стадия).
В диспергированном состоянии ориентированные частицы гасят мелкомасштабную турбулентность в по-
токе и коэффициент потерь на трение в суспензии становится меньше, чем в чистой воде. Проведенный качественный анализ трансформации корнеплодной суспензии в процессе ее движения показывает, что она обладает вязкими, упругими и пластическими свойствами. Приведенный анализ важен и при оценке процессов смешения пищевых сред различной природы.
Эти качественные положения нашли подтверждение при вискозиметрировании корнеплодной мезги. Характерная реологическая кривая картофельной мезги приведена на рис. 1.
Реометрическаякриваянарис. 1 описываетсяэмпи-рическим уравнением
т= 1240^0'0116^ -200е~°'456,? +528 у.
Наблюдалось значительное влияние влагосодержа-ния суспензии мезги на ее реологические свойства. На рис. 2 представлены кривые течения корнеплодной мезги при различном влагосодержании W,%: 1 -75, 2 -80, 3 - 85, 4 - 90, 5 - 95.
Полученные данные позволяют производить проектирование и расчет межоперационных трубопроводных сетей утилизации отходов абразивной обработки картофельной мезги и хорошо согласуются с качественными моделями, изложенными выше.
Особую реологическую проблему создает плодово-ягодное сырье (например, черная смородина или виноград) при отжиме сока на аппаратах с червячным нагнетателем. Качественные оценки показали, что при проектировании червячного нагнетателя нельзя использовать гидродинамическую теорию шнековых прессов. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 3.
В данной установке загрузка растительного сырья производится через загрузочный патрубок 1, затем сырье перемещается в цилиндр 2, в котором происходит его движение в горизонтальной плоскости под воздействием шнека 3. С цилиндром 2 неразрывно при помо-
Растительное сырье
Рис. 4
щи шайбы связан перфорированный цилиндр 4, в котором под воздействием давления происходит отжим сока, стекающего вниз через отверстия в оболочке цилиндра в лоток б, затем сок перемещается в установленную под лотком емкость 7. Полученная в результате отжима мезга перемещается в установленную в конце цилиндра 4 емкость 8.
Соотношение получаемого сока и мезги регулируется посредством изменения угла наклона заглушки ё, установленной в конце цилиндра 4; соответственно при положении заглушки, близком к вертикальному получается максимальный выход сока, при вертикальном - выход сока будет минимален.
В качестве сырья были использованы различные виды фруктов и ягод. Условия отжима и соотношения выхода сока/мезги для различных видов сырья были следующими:
Виноград черный. В конце цилиндра 2 отсутствовали сопротивления. Масса, г: сока - 230; мезги - 290. Выход сока составил 44%.
Виноград белый. В конце цилиндра 2 установлены нож и решетка с отверстиями максимального диаметра. Масса, г: сока - 512; мезги - 296. Выход сока 63%. При установке в конце цилиндра 2 ножа и решетки с отверстиями меньшего диаметра полученная консистенция практически полностью проходила через от-
верстия цилиндра 4 и, как следствие, попадала в емкость с соком 7.
Мандарины. В конце цилиндра 2 установлены нож и решетка с отверстиями среднего диаметра. Масса, г: сока - 188; мезги - 166. Выход сока 53%. Плотность, г/см3: сока - 1,06; мезги - 1,19.
При проведении эксперимента с растительным сырьем наблюдалось образование пробки из волокон растительного сырья в цилиндре 4.
Согласно гидродинамической теории шнековых экструдеров [1], процесс экструзии пищевых сред на шнековых прессах, как правило, описывается краевой задачей на основе упрощенных уравнений Навье-Сто-кса, экструдат считают подчиняющимся реологическому линейному уравнению Ньютона, часто используются экспериментальные поправочные коэффициенты [2, 3].
Нами была поставлена задача рассмотреть движение пищевой среды в межвитковом канале под действием сил внешнего трения, считая среду упруго-пластичной пробкой. Схема зоны нагнетания червячного экструдера приведена на рис. 4.
Записав дифференциальное уравнение движения упруго-пластичной пробки в проекциях на ось z
d2-
т—- = F cos (0, + ф)—F —F,
dt2 P
где Fc, Fs - силы трения по цилиндру пресса и по поверхностям червяка; Fp - сила противодавления; 0] - угол подъема винтовой линии червяка по внешнему диаметру D\; ф - угол между линией траектории точки А и осью X; т - масса пробки, и сделав следующие допущения:
нормальные силы (давления р) на поверхностях рабочего канала пресса со стороны упруго-пластичной пробки подчиняются гидростатическому закону Паскаля;
силы трения, действующие на упруго-пластичную пробку, пропорциональны площадям контакта между пробкой и рабочими поверхностями пресса и подчиняются закону трения Кулона-Амонтона;
толщиной пера червяка можно пренебречь;
поперечное сечение пробки прямоугольное, можно получить расчетные зависимости для проектирования экструдера.
ЛИТЕРАТУРА
1. Gore W.L., MacKelvey J.M. Theory of Screw Extruders, ch.16 of “Rheology”,v. 3, editedby EirichF.R.,Academic Press, 1960. -Pg. 135.
2. Азаров Б.М., Арет В.А. Инженерная реология пищевых производств. - М.: МТИПП, 1978. - 112 с.
3. Арет В.А., Николаев Б.Л., Забровский Г.П., Николаев Л.К. Реологические основы расчета оборудования производства жиросодержащих пищевых продуктов. - 2-е изд., перераб. и доп. (Учеб. пособие с грифом УМО). - СПб.: СПбГУНиПТ, 2006. -435 с.
Поступила 16.09.08 г.
FLOW OF PRODUCTS OF PLANT RA W MATERIAL TREATMENT IN PROCESSING EQUIPMENT
V.A. ARET, D.A. VASILYEV, E.A. MOROZOV, F.V. PELENKO, V.V. PELENKO
Saint-Petersburg State University of Refrigeration and Food Engineering,
9, Lomonosova st., Saint-Petersburg, 191002; ph./fax: (812) 315-36-17, (812) 315-52-34, e-mail: [email protected]
Some problems related to implementation of zero-discharge treatment technology principle are considered. A qualitative model and the results of the root vegetable suspension flow research are presented. The obtained data allow to design interoperational pipeline networks for the utilization of abrasive potato treatment discharge. It’s shown that the hydrodynamical theory of absolute expellers can’t be used in the designing of worm supercharger for pressing juice out of fruit or berry raw material. The tribological model is suggested instead.
Key words: zero-discharge treatment technology, root vegetable suspension, juice pressing.
631.8; 532.131
ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАЦИОННОГО МЕТОДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА СВЕРТЫВАНИЯ МОЛОКА
А.В. ШИЛОВ \ А.Н. ПИРОГОВ ‘, А.А. ЛЕОНОВ2
1Кемеровский технологический институт пищевой промышленности,
650056, г. Кемерово, б>-р Строителей, 47; (факс: (384-2)73-40-07, электронная почта: [email protected] 2Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт,
650003, г. Кемерово, ул. Марковцева, 5; тел.: (384-2)73-51-17, электронная почта: [email protected]
Разработана конструкция нового реометра для контроля процесса свертывания молока, реализующего метод вибрационной вискозиметрии. Приведено описание реометра, методики контроля, а также результаты исследований влияния определяющих параметров метода вибрационной вискозиметрии на вид получаемой реограммы свертывания молока. Ключевые слова: реометр, вибрационная вискозиметрия, реограмма свертывания молока.
При производстве сыров значительное влияние на конечное качество продукта оказывает режим протекания процесса формирования кислотно-сычужного сгустка. Важную роль в этом процессе играет своевременное разрезание кислотно-сычужного сгустка непосредственно по окончании стадии флокуляции. В случае ошибки и более поздней разрезки сгустка поверхностные слои зерен сильно уплотняются и задерживают в порах сыворотку, поэтому в сырной массе остается повышенное количество воды, что неблагоприятно отражается на качестве готового продукта. При разрезке сгустка до его готовности в сыворотку переходит большое количество белка и жира, что уменьшает выход сыра. Недостаток в сырной массе воды отрицательно влияет на биохимические процессы при созревании продукта и в итоге на его качество.
На большинстве предприятий молочной промышленности, особенно небольших, для определения готовности кислотно-сычужного сгустка к разрезанию применяют метод надрезки поверхности шпателем и визуальной оценки оператором характера краев надре -за и вида выделяющейся при этом сыворотки. Этот способ не всегда дает надежные результаты в силу того, что на точность определения момента готовности сгустка к разрезанию оказывают влияние следующие факторы: особенности восприятия оператора, степень его подготовленности, опыт работы, особенности технологии, колебания биохимического состава сырья, физические условия протекания процесса и т. п.
Известен также ряд инструментальных методов, основанных на изменении светопропускания молока, вращении рифленого цилиндра и др. [1, 2]. Все рассмотренные методы имеют существенные недостатки и недостаточно полно технически оформлены, что затрудняет их практическое применение на предприятиях молочной промышленности. Существует необходимость в разработке новых методов и приборов для контроля протекания процесса формирования кислотно-сычужного сгустка.
Цель настоящего исследования - разработка реометра с использованием метода возвратно-поступательных колебаний тела в жидкости (вибрационного метода) и методики контроля с его помощью сычужного свертывания молока.
Суть метода состоит в следующем. Рабочий орган шаровидной формы (далее - шар) помещается непосредственно в рабочую ванну сыроизготовителя. В процессе измерения шар совершает возвратно-поступательные колебания, амплитуда которых зависит от свойств образующегося сгустка. При движении шара среда оказывает сопротивление движению, замеряемое силоизмерителем, сигнал которого поступает на вторичный блок для обработки.
Для реализации предлагаемого метода контроля в КемТИПП разработан и изготовлен реометр Сгусток-4, реализующий возвратно-поступательное движение шара.
