CC BY
6
Б01: 10.15587/2312-8372.2017.100173
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ КОНЦЕНТРАЦН ЦУК _
...........................................................РУПРИ,
ПРОТИТЕЧ1ЙНО-СТРУМИННОМУ ЗМ1ШУВАНН1 НАПО1В
Самойчук К. О., Полудненко О. В., Паляничка Н. О., Верхоланцева В. О., Петриченко С. В.
1. Вступ
В УкраАт великим попитом користуються солодкi безалкогольнi напо!. Сьогодш у технологи !х виробництва спостер^аеться тенденцiя ловернення до використання натурально! сировини. Рашше нало! виготовлялись на основi натуральних сокiв з додаванням екстрагав та концентратiв насто1в рiзноманiтних зборiв лiкарських трав. Таким чином, при виготовленш солодких безалкогольних напо1в одним з основних лроцесiв е перемшування рiдких комлонентiв.
З огляду на зростаючi об'еми виробництва солодких безалкогольних напо1в, актуальними е розробка i впровадження у виробництво змiшуючих аларатiв, якi забезпечать якiсне перемiшування рiдких комлонентiв при мiнiмальних витратах енерги i часу.
2. Об'ект дослiдження та його технологiчний аудит
Об'ектом даного досл1дження е процес перемшування рiдких комлонентiв (а саме, води з купажним сиропом) при виготовленш солодких безалкогольних напо1в.
В залежност вiд методу лiдведення енерги в середовища, що леремiшуються, перемшування може бути пневматичним, iнерцiйним в потощ рiдини, циркуляцiйним, механiчним або струминним [1].
На лiдлриемствах у переважнш бiльшостi застосовуеться механiчне перемшування. Для цього використовують апарати з мшалками перюдично! д11. Процеси перемшування в таких апаратах е достатньо добре вивченими. Вщомо багато рiзноманiтних конструкцiй аларатiв з мiшалками. Розроблено технолопчш процеси з !х виготовлення i налагоджено !х виробництво. Поряд з цими явними перевагами апарати з мшалками мають i значт недолiки. Для досягнення одного i того ж технологiчного ефекту в апаратах з мшалками витрачаеться бшьше часу i енерги на перемшування нiж в струминних змiшувачах безперервно! ди. Якщо у звичайних апаратах час перебування обчислюеться в хвилинах, то в апаратах безперервно! ди - в секундах. Стулiнь i ефективнiсть леремiшування тут дуже висок внаслiдок лiдведення значних потужностей до невеликого об'ему.
Струминне леремiшування являе собою передачу кшетично! енерги одного потоку шшому потоку шляхом безпосереднього контакту (змiшування). Пiдвищення тиску шжектованого потоку без безлосереднiх затрат мехашчно! енерги е основною, принциповою яюстю струминних аларатiв. Завдяки цiй якост використання таких аларатiв у багатьох галузях виробництва дозволяе
отримувати бшьш прост i надiйнi техтчт рiшення порiвняно з використанням шших змiшувальних пристро1в. Тому струминне перемшування було видiлено як найбiльш ефективний та перспективний споЫб змiшування рщких компонентiв.
Процес змiшування рiдин у протитечшно-струминних змiшувачах на сьогоднiшнiй день е практично не дослiдженим.
3. Мета та задачi дослiдження
Мета досл1дження - експериментальне визначення оптимальних конструктивно-технологiчних параметрiв процесу протитечiйно-струминного змiшування води з купажним сиропом для отримання необхщно! концентраци цукру в готовому продукт^
Для досягнення поставлено! мети необхщно:
1. Визначити фактори процесу протитечшно-струминного змiшування напо1в та межi !х варiювання.
2. Розробити експериментальну установку для дослiдження процесу протитечшно-струминного змшування та обгрунтувати методику експериментальних дослiджень.
3. Визначити оптимальш умови для виготовлення солодкого напою «Лимонад» iз використанням сиропу на основi цукру.
4. Дослiдження ^нуючих р1шень проблеми
Струминнi змiшувачi стали альтернативою бшьш дорогим у використанш змшувачам з мiшалками бiльше 50 роюв тому. Вони мають значш переваги над апаратами з мшалками. Струминнi змiшувачi не мають рухомих частин, а значить потребують значно менших витрат на техшчне обслуговування. 1х значно легше встановлювати шж механiчнi мiшалки. М1шалки, як правило, встановлюють у верхнш частинi резервуару, а для цього потрiбнi бшьш товст стiнки з бiльш мщних матерiалiв. У бiохiмiчних процесах бажано використовувати струминш змiшувачi, тому що вони потребують значно менших витрат на !х обслуговування i стерилiзацiю нiж апарати з мiшалками.
Дослщження струминного змiшування рiдин е складним процесом. Встановлення необхiдних фiзичних величин процесу змшування в лабораторних умовах е дуже проблематичним. Отримання деяких даних процесу е зовЫм неможливим, тому звертаються до симуляци процесу в програмному комплекс АКБУБ. В проаналiзованих роботах представленi результати комп'ютерного моделювання [2-5] i експериментальних дослщжень [6, 7] процесу струминного змшування рiдин в резервуарi. Результати експериментальних дослщжень пiдтверджують вiрнiсть залежностей, отриманих при моделюванш процесу в програмному комплекс^
Протитечiйно-струминне змiшування е одним з рiзновидiв струминного змiшування. При розробщ конструкци протитечiйно-струминного змiшувача також було застосовано комп'ютерне моделювання процесу у змшувачь
У науково-практичних роботах [8-12] представлен pi3Hi конструкци струминних змiшувачiв, якi можуть бути використаними при виготовленш солодких безалкогольних напо!в.
Серед конструкцiй струминних змiшувачiв, найбiльш ефективними е:
- гiдродинамiчний змiшувач [10];
- багатоконусний струминний апарат [12].
Перевагою гiдродинамiчного змiшувача е висока продуктивнiсть перемiшування при достатньо простiй конструкци. Недолжом - необхiднiсть попередньо з'еднувати компоненти у емност для забезпечення необхщно! концентрацii розчину, тобто при виготовленш напо1в вiн буде працювати як змiшувач перiодичноi дii.
Багатоконусний струминний апарат забезпечуе яюсне перемiшування рщин. Дозволяе з високою точнiстю регулювати кiлькiсть пiдмiшуваного компоненту. Але вш мае бiльш складну конструкцiю (а значить меншу надiйнiсть), нiж гiдродинамiчний змiшувач. Також енерговитрати е надмiрними.
Для рiзних конструкцiй струминних змiшувачiв проведенi експеримент-тальнi дослiдження i визначено велику кiлькiсть залежностей, але цi залежностi не е ушверсальними i не можуть бути використаними для будь-якого струминного змшувача.
На сьогодшшнш день найбiльш дослiдженим е процес струминного перемшування в резервуарь Стосовно виготовлення солодких безалкогольних напо!в змiшування в резервуарi мае ряд недолтв. Таке змiшування мае перюдичний характер. 1нтенсивне перемiшування компонентiв вщбуваеться тiльки в однiй зонi, близькш до сопла змiшувача. У вЫх iнших зонах змiшування вiдбуваеться iз значно меншою iнтенсивнiстю. Для забезпечення однорщност сумiшi (концентрацii розчину) у всьому резервуарi необхiдне багаторазове проходження рщини через зону iнтенсивного змшування. Це призводить до небажаних витрат енергп i часу на перемшування.
Ця робота е складовою частиною циклу статей, присвячених струминному змiшуванню рiдких компонентiв. В попередшх роботах було обгрунтовано спосiб перемшування [13]. Представлено конструкцiю змiшуючого апарату, конструктивш особливостi якого захищенi патентом Украши на корисну модель [14]. Визначено метод ощнювання якостi перемшування [15]. В програмному комплексi ANSYS Workbench проведено моделювання процесу змшування рщин в розробленому змiшувачi i теоретично визначено вiдстань мiж соплами форсунок (один з найважливших конструктивних параметрiв) [16].
Внаслiдок велико! кшькост факторiв та недостатностi апрiорноi шформаци про об'ект дослiдження було проведено пошуковий експеримент [17]. Результати експерименту дозволили встановити оптимальний дiапазон варшвання факторiв основного експерименту: тиск подачi основного компоненту (води) 1,2-5 атм; натр подачi пiдмiшуваного компоненту (купажного сиропу) 0,3-0,5 м; вщстань мiж соплами форсунок 16-24 мм.
5. Методи дослщжень
В результат проведених рашше аналiтичних дослiджень iснуючих струминних змiшувачiв [13] було розроблено конструкщю протитечшно-струминного змiшувача [14].
Схему розроблено! конструкци змiшувача представлено на рис. 1.
Подача води
Подача води
Подача сиропу у*"-
Вщвщ зм1шаного напою
Рис. 1. Схема протитечшно-струминного змiшувача рiдин: 1 - робоче сопло; 2 - приймальна камера; 3 - камера змшування; 4 - сопло камери змшування; 5 - камера подачi сиропу; 6 - робочий патрубок; 7 - камера збору рщини. А, Б,
В, Г, Д - зони змшування
Змшувач являе собою два струминш апарати, розташованi сшввюно один до одного (рис. 1). Вихщт цилiндричнi сопла цих апара^в формують зустрiчнi струменi рiдини, як пiсля зiткнення утворюють характерне, вiзуально симетричне <^яло», яке мае назву пелена [18]. Сшввюш струминнi апарати розташоваш у камерi 7, де збираеться рщина i вiдводиться зi змiшувача.
Кожний струминний апарат складаеться з робочого патрубка 6 та камери змiшування 3. Основний компонент (вода) подаеться у робочий патрубок кожного струминного апарату, робоче сопло 1 яких формуе струмеш води. Пiдмiшуваний компонент (сироп) подаеться з камер подачi сиропу (5) у зазор приймально! камери 2. Швидюст потоки води на входi камери змiшування захоплюють пiдмiшуваний компонент. В камерi змiшування вiдбуваеться вирiвнювання швидкостей води та пiдмiшуваного компоненту. На виходi з сопел камер змшування 4 вiдбуваеться зiткнення струменiв змшаних компонентiв.
Змшування починаеться з вхщно! дiлянки камери змшування i вiдбуваеться безперервно до виходу сумiшi зi змiшувача. Найбшьш iнтенсивно цей процес протiкае при захопленш пiдмiшуваного компонента водою. А також при формуванш потоку в камерi змiшування (зона А) та при рус у камерi змшування (зона Б). У цих зонах вщбуваеться змiшування води та шдмшуваного компоненту, якi подаються в один струминний апарат. При зггкненш потоюв (зона В), змiшуваннi у пелеш (зона Г) i зборi рщини та вiдведеннi з камери збору (зона Д) вщбуваеться змiшування потоюв компоненлв правого та лiвого струминних апаратiв.
Головним чинником змiшування в зонах А 1 Б е турбулентшсть i турбулентш пульсаци рiдин основного та шдмшаного компонентiв. У зонах В, Г i Д змiшування вiдбуваеться за рахунок взаемопроникнення потокiв, струменiв i шарiв компонентiв.
Для проведення експериментальних дослiджень процесу змiшування води з купажним сиропом було розроблено i виготовлено експериментальну установку. Загальний вид експериментально! установки представлений на рис. 2.
4 5 6
Рис. 2. Експериментальна установка: 1 - вихровий насос; 2 - манометр; 3 - канал подачi основного компоненту (води); 4 - емшсть з шдмшуваним компонентом (сиропом); 5 - канал шдведення шдмшуваного компоненту; 6 - протитечшно-струминний змiшувач; 7 - канал вщведення змiшаного
продукту; 8 - кондуктометр
На рис. 2 вихровий насос 1 створюе необхщний тиск подачi основного компоненту. Контроль тиску здшснюеться за допомогою манометру 2. По каналу тдводу основного компоненту 3 вода надходить у протитечшно-
струминний змшувач 6. Шдмшуваний компонент потрапляе до змiшувача з емност 4 через канал шдведення 5. Шсля змiшування у протитечшно-струминному 3MrnyBa4i змiшаний продукт вiдводиться через канал 7.
З огляду на результати анал^ичних дослщжень i пошукового експерименту [17, 18] для проведення основного експерименту були визначеш таю границ вардавання фaкторiв:
- вiдстaнь мiж соплами форсунок (нижня границя 8 мм, верхня - 24 мм, крок змши фактору - 8 мм);
- тиск подaчi води (нижня границя 0,12 МПа, верхня - 0,36 МПа, крок змши фактору - 0,12 МПа);
- натр подaчi купажного сиропу (нижня границя 150 мм, верхня - 450 мм, крок змши фактору - 150 мм).
Експериментальш дослщження проводились за такою методикою: основа, якою виступае водопровщна вода ГОСТ 2874-82 температурою 20 °С (290 °К) i щшьтстю 1000 кг/м , подаеться в ежектор тд тиском. При проходженш ^зь ежектор кiнетичнa енергiя потоку води шдвишуеться, а потенцiйнa знижуеться до створення розрщження, що досягае максимального значення у мющ нaйбiльшого звуження потоку, тобто на виходi з ежектора. В камеру вводу шдмшуваного компоненту тдводиться купажний сироп «Лимонад» на основi цукру 20 °С (290 °К) i шiльнiстю 1229 кг/м тд атмосферним тиском (0,1 МПа).
При проходженш струменя води ^зь камеру вводу тдмшуваного компоненту, у потш води ежектуеться купажний сироп. При проходженш струменя ^зь форсунку вщбуваеться попередне змiшувaння основного компоненту з шдмшуваним, а при з^кненш струменiв вiдбувaеться остаточне змшування рiдких компонентiв.
Розмiр приймальних камер змшюеться осьовим перемiшенням робочих патрубюв i при проведеннi дослiджень розмiри обох камер фiксуються однаковими. Вщстань мiж соплами форсунок змiнюеться осьовим перемщенням форсунок в напрямних втулках.
Тиск подaчi води створюеться за допомогою вихрового насосу (виробник KENLE, Китай, Hmax=50 м, Qmax=50 л/хв). Тиск змшюеться за допомогою обертового крану. Контроль тиску подaчi води в змшувач здшснюеться за допомогою манометру МП3-У, Росiя. Згiдно з ГОСТ 2405-88 межi вимiрювaння 0-10 кгс/см2 (0-1,0 МПа), 0,2 атм.
Натр купажного сиропу при подaчi його в приймальну камеру змшюеться встановленням емност з купажним сиропом на необхщнш висотi вiдносно ос форсунок змiшувaчa.
Визначення концентраци купажного сиропу в змшаному розчинi здшснюеться за допомогою aреометру-цукромiру АС-3, Украша (ГОСТ 1848181, 0-25 %; 0,5 %).
6. Результати дослiджень
За iнструкцiею концентрaцiя цукру у готовому напо! «Лимонад» повинна бути 9,5±0,2 %.
Залежност змши концентраци цукру вiд тиску подачi води при напорi купажного сиропу 150-450 мм i величиш кiльцевого зазору в приймальнiй камерi 0,9 мм представленi на рис. 3. Вони показують, що при тиску подачi води 1,2 атм i напорi подачi сиропу 150 мм концентрацiя сиропу в готовому розчиш е однаковою - 3,5 %.
4,5 С, % 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
-^ 1- 1-
< А
4 С
0,06 0,12 -♦—Ь=150 мм
0,18
0,24 0,3 - Ь=300 мм
0,36
0,42 Р, МПа Ь=450 мм
Рис. 3. Залежшсть концентраци сиропу С в змшаному розчинi вiд тиску подачi води Р при напорi купажного сиропу 150-450 мм i величиш кшьцевого зазору в приймальнiй камерi 0,9 мм. Дiаметр сопла форсунки 8 мм, вщстань мiж
форсунками 24 мм
При напорi подачi сиропу 150 мм iз зростанням тиску подачi основного компоненту - води, частка сиропу в розчиш зменшуеться. Це вщбуваеться внаслщок збiльшення подачi води у бшьшому ступенi нiж пiдвищення напору подачi сиропу, що призводить до зменшення його концентраци в готовому розчиш (вщ 3,5 до 2 %).
При напорах подачi сиропу бшьше 300 мм iз зростанням тиску подачi води зростае концентращя сиропу в розчинi. При такому напорi сиропу iз зростанням тиску подачi води зростае кiлькiсть шжектованого в розчин сиропу (iз зростанням подачi води зростае кiлькiсть сиропу, захопленого основним потоком) - вщ 3,5 до 4 %.
При напорi подачi сиропу 450 мм зростання концентраци сиропу в готовому розчиш вщбуваеться бiльш iнтенсивно - вщ 3,5 до 4,5 %.
Але така концентращя сиропу в готовому розчиш е занадто низькою для солодкого напою «Лимонад».
Залежност змши концентраци вщ тиску подачi води при напорi купажного сиропу 150-450 мм i величиш кшьцевого зазору в приймальнш камерi 1,8 мм представлен на рис. 4. Вони показують, що при зростанш тиску подачi основного компоненту i пiдвищеннi напору зростае концентрацiя шдмшу-ваного компоненту в готовому розчиш Ця залежшсть близька до лшшно!. Це св^ить про те, що величина кшьцевого зазору 1,8 мм достатня для функцюнування вузла ежекцп у дослщному дiапазонi напору подачi сиропу у нормальному режимi.
При змш напору з 150 до 450 мм, концентращя збшьшуеться з 8,5 до 10 % (на 16 %), а при шдвищенш тиску з 1,2 до 3,6 атм - на 40 %. Тобто вплив тиску подачi води справляе бшьш вагомий внесок, шж натр подачi сиропу.
С, %,
13 '12 11 10 9 8
1 1---- '
/
0,06
0,12 0,18 •11=150 мм -■"
0,24 0,3
■-h=300 мм -■
0,36 .--Ь=4
Рис. 4. Залежтсть концентрацп сиропу С в змшан води Р при напорi купажного сиропу 150-450 мм i вел] приймальнiй камерi 1,8 мм. Дiаметр сопла форсун]
форсунками
1 °'42 Р
=450 мм
МПа
озчиш вiд тиску подачi ичинi кшьцевого зазору в ки 8 мм, вщстань мiж
Така концентрацiя сиропу в готовому розчиш е достатньою для виготовлення солодкого напою «Лимонад». Забезпечити необхщну концентра-цiю можливо регулюванням тиску подачi води, зазором в камерi подачi пiдмiшуваного компоненту або напором подачi сиропу.
Залежност змiни концентрацп сиропу вiд тиску подачi води величинi кiльцевого зазору в приймальнш камерi 2,7 мм представлеш на рис. 5. Вони показують, що при зростаннi тиску подачi основного компоненту концентрацiя шдмшуваного компоненту в готовому розчинi знижуеться.
19
С, % 18
17 16 15 14 13
£5 Залежш
к ч ч
\ ■ \
к N ч \ ч
ч \ ч ч ч
\ - к
ч_ Ч 4 ч
-- -< ►
0,06 0,12 0,18 0,24 0,3 0,36 0,42 Р, МПа -♦—11=150 мм ■-h=300 мм —-11=450 мм
Рис. 5. Залежнiсть концентрацп сиропу С в змiшаному розчиш вщ тиску подачi води Р при напорi купажного сиропу 150-450 мм i величинi кiльцевого зазору в мальнш камерi 2,7 мм. Дiаметр сопла форсунки 8 мм, вщстань мiж
форсунками 24 мм
при при
Висок значення концентраци сиропу в готовому розчиш зумовленi збiльшеним зазором в KaMepi подачi пiдмiшуваного компоненту.
1з зростанням тиску подaчi основного компоненту зростае швидкiсть руху потоку. Два сшввюних струменя, що витiкaють з форсунок, стикаються, що призводить до шдвищення тиску у зонi зггкнення. Вiдтaк перепад тискiв Ар зменшуеться, це призводить до зменшення коефщенту шжекци.
Анaлiз залежностей, побудованих за результатами проведених експериментальних дослiджeнь показуе, що для виготовлення солодкого напою «Лимонад» iз використанням сиропу на основi цукру (50 %), дiaмeтpi сопла форсунки 8 мм оптимальними умовами е:
- вщстань мiж форсунками 24 мм;
- натр подaчi купаного сиропу 200-450 мм;
- тиск подaчi води 3,5-4 атм.
Отримаш дaнi е необхдаою основою для подальших дослiджeнь i
проектування експериментальних зpaзкiв пpотитeчiйно-стpуминного змiшувaчa напо1в. Вони також можуть бути корисними при розробщ протш^йно-струминних змiшувaчiв piдких компонeнтiв iнших галузей народного господарства.
7. SWOT-аналiз результат дослiдження
Strengths. Серед сильних сторш даного дослiджeння нeобхiдно вiдзнaчити те, що дослщжено одночасно вплив практично вех фaктоpiв, що впливають на процес змшування:
- тиск подaчi води;
- нaпip купажного сиропу;
- величина кшьцевого зазору в приймальнш кaмepi;
- вiдстaнь мiж форсунками.
Вплив останнього фактору вкрай важко визначити за допомогою анал^ичних дослiджeнь.
Впровадження у виробництво протитечшно-струминних змiшувaчiв безперервно! ди дозволить значно знизити вартють виробництва солодких напо1в.
У поpiвняннi з апаратами перюдично! ди (апаратами з мiшaлкaми, струминними змшувачами для змiшувaння в резервуар^ протитечшно-стpуминнi змiшувaчi мають значно меншу енерго- i мaтepiaлоемнiсть. 1х габарити значно мeншi.
Пpотитeчiйно-стpуминнi апарати е бшьш нaдiйними, нiж апарати з мшалками. Це зумовлено вщсутшстю рухомих частин. Завдяки пpостотi конструкци вони значно дeшeвшi та лeгшi в обслуговувaннi.
На вiдмiну вщ струминних змiшувaчiв в peзepвуapi, протитечшно-стpуминнi змiшувaчi мають безперервний споЫб д11. При значно менших габаритах забезпечують бiльш iнтeнсивнe пepeмiшувaння.
Weaknesses. Слабк сторони даного дослiджeння пов'язаш з нeвiдповiднiстю температурних покaзникiв змшуваних piдин. При виготовлeннi солодких газованих безалкогольних напо1в для кращого розчинення в напо! двоокису вуглецю воду охолоджують до 4 °С, а експериментальш дослiджeння проводились при тeмпepaтуpi води 20 °С.
У подальшому необхщно провести дослiдження впливу температури змшуваних компонентiв на процес змшування. Також необхiдно провести дослщження якостi перемiшування у протитечiйно-струминному змшувачь
Хоча сьогоднi i вщбуваеться повернення до виробництва напо!в на основi цукру (що е бiльш здоровим продуктом) все ж переважна бшьшють солодких напо!в виготовляеться на основi пiдсолоджувачiв. Використання шдсоло-джувачiв, таких як аспартам, сахарин, тощо, надае концентрату напою (тобто шдмшуваному компоненту) шших фiзичних властивостей. Наприклад, концентрат на основi пiдсолоджувачiв мае набагато нижчу щшьтсть нiж цукровий купажний сироп. Тому необхщш подальшi дослщження для визначення конструктивно-технологiчних параметрiв протитечшно-струмин-ного змiшувача для виготовлення напо!в на основi пiдсолоджувачiв.
Opportunities. Процес перемшування рiдких компонентiв - широко розповсюдженш технологiчний процес у багатьох галузях народного господарства. Результати проведених дослщжень можуть бути корисними при розробщ протитечiйно-струминних змiшувачiв рiдких компоненлв для iнших галузей (наприклад для приготування маточних розчишв, що використовуються в рослинництвi та тваринництвi, тощо). При впровадженш такого змiшувача в виробництво зменшиться собiвартiсть виробництва продукци та пiдвищиться продуктивнiсть технолопчно! лши виробництва напо!в. Це вiдбудеться за рахунок збшьшення продуктивностi та зменшення енерговитрат,
Threats. Значних складнощiв у впровадженш в виробництво отриманих результат дослiджень не передбачаеться, але можливi ускладнення в лiнiях виробництва напо!в, де використовуються лопатевi мiшалки. Вони можуть бути пов'язаш з:
- кардинальною змшою принципу змiшування у новому обладнанш;
- необхiднiстю узгодження продуктивност розробленого струминного змiшувача з продуктившстю попередньо! машини у лши виробництва напо!в;
- можливiстю шдвищеного утворення пiни при використаннi деяких видiв натурально! сировини у рецептурному складi напо!в;
При впровадженнi протитечшно-струминного змiшувача пiдприемство понесе додатковi витрати, пов'язанi з:
- потребою встановлення додаткових фiльтрiв грубого очищення перед струминним змшувачем, якi необхiднi для стабшьного функцiонування розробленого апарату;
- можливою потребою у встановленнi автоматизовано! системи контролю та керування вмютом сиропу у напоях.
Таким чином, SWOT-аналiз результатiв дослiджень дозволяе окреслити основш напрямки для успiшного досягнення мети дослщжень. Ними е:
- визначення якост змiшування рiдин у протитечшно-струминному змiшувачi;
- визначення конструктивно-технолопчних параметрiв змiшувача при змiшуваннi води з концентратом на основi пiдсолоджувачiв;
- визначення впливу температури на яюсть перемiшування рiдких компонентiв у протитечшно-струминному змшувачь
8. Висновки
1. Визначено фактори процесу протитечшно-струминного змiшування напо1в i границ ïx варiювання:
- вiдстань мiж соплами форсунок (8-24 мм);
- тиск подачi води (0,12-0,36 МПа);
- напiр подачi купажного сиропу (150-450 мм);
- зазор у приймальнш камерi (0,9-2,7 мм).
2. Розроблено i виготовлено експериментальну установку, яка дозволяе дослщжувати вплив основних факторiв на концентрацiю сиропу у готовому продукт. Обгрунтовано методику експериментальних дослщжень процесу змiшування води з купажним сиропом у протитечшно-струминному змiшувачi та пiдiбране необxiдне вимiрювальне обладнання.
В результат аналiзу отриманих експериментальних даних визначено, що найсуттевшим фактором впливу на концентрацiю цукру в змшаному продукт е вiдстань мiж форсунками. Найменший вплив мае натр подачi купаного сиропу. Вiдмiчено дуже тiсний зв'язок таких факторiв, як величина зазору в приймальнш камерi i тиск подачi води. Причиною цього е шдвищення тиску у зош згткнення спiввiсниx струменiв, що призводить до зменшення перепаду тиску на вxодi та виxодi з форсунок i, як наслщок, до зменшення коефщенту iнжекцiï.
3. Встановлено, що для виготовлення солодкого напою «Лимонад» iз використанням сиропу на основi цукру (вмют цукру в сирот 50 %), дiаметрi сопла форсунки 8 мм оптимальними умовами е:
- вщстань мiж форсунками 24 мм;
- натр подачi купаного сиропу 200-450 мм;
- тиск подачi сиропу 3,5-4 атм.
Отримаш дат е необхщною основою для подальших дослiджень i проектування експериментальних зразюв протитечiйно-струминного змiшувача напоïв на основi сиропiв з натуральноï сировини.
Лггература
1. Landau, L. D. Teoreticheskaja fizika [Text]. Vol. VI. Gidrodinamika / L. D. Landau, E. M. Lifshic. - Moscow: FIZMATLIT, 2001. - 731 p.
2. Wasewar, K. L. CFD Modelling and Simulation of Jet Mixed Tanks [Text] / K. L. Wasewar, J. V. Sarathi // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. - 2008. - Vol. 2, № 2. - P. 155-171. doi:10.1080/19942060. 2008.11015218
3. Sendilkumar, K. Computational fluid dynamic analysis of mixing characteristics inside a jet mixer for newtonian and non newtonian fluids [Text] / K. Sendilkumar, P. Kalaichelvi, M. Perumalsamy, A. Arunagiri, T. Raja // Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science. - 2007. - 9 p.
4. Saravanan, K. Studies on some aspects of jet mixers I: Hydrodynamics [Text] / K. Saravanan, N. Sundaramoorthy, G. Mohankumar, N. Subramanian // Modern Applied Science. - 2010. - Vol. 4, № 3. - P. 51-59. doi:10.5539/ mas.v4n3p51
5. Wasewar, K. L. A design of jet mixed tank [Text] / K. L. Wasewar // Chemical and Biochemical Engineering Quarterly. - 2006. - Vol. 20, № 1. -P. 31-46.
6. Pan, G. Experimental study of turbulent mixing in a tee mixer using PIV and PLIF [Text] / G. Pan, H. Meng // AIChE Journal. - 2001. - Vol. 47, № 12. -P. 2653-2665. doi:10.1002/aic.690471205
7. Daas, M. Submerged Jet Mixing in Nuclear Waste Tanks: A Correlation for Jet Velocity [Text] / M. Daas, R. Srivasta, D. Roeltan // WM Symposia. - 2007. -Vol. 41, № 14. - 9 p.
8. Engelbrecht, J. J. Optimization of a Hydraulic Mixing Nozzle [Text] / J. J. Engelbrecht. - Iowa State University, 2007. - 65 p.
9. Espinosa, E. Design Optimization of Submerged Jet Nozzles for Enhanced Mixing [Text] / E. Espinosa. - Florida International University, 2011. - 101 p.
10. Gidrodinamicheskii smesitel' [Text]: Patent № 2016641 RU / Piat-kov M. V. - Appl. № 4786991/26; Filed 09.11.1989; Publ. 30.07.1994, Bull. № 27. - 3 p.
11. Smesitel' [Text]: Patent № 2040322 RU / Egorov Yu. V., Belykh V. S. -Appl. № 5042290/26; Filed 15.05.1992; Publ. 25.07.1995, Bull. № 24. - 4 p.
12. Mnogokonusnyj strujnyj apparat [Text]: Patent № 2080164 RU / Borodin V. A. - Appl. № 93015447/25; Filed 24.03.1993; Publ. 27.05.1997, Bull. № 20. - 3 p.
13. Samoichuk, K. O. Analiz obladnannia dlia peremishuvannia ridkykh komponentiv [Text] / K. O. Samoichuk, O. V. Poludnenko // Pratsi Tavriiskoho derzhavnoho ahrotekhnolohichnoho universytetu: naukove fakhove vydannia. -2011. - Vol. 11, № 6. - P. 226-233.
14. Samoichuk, K. O. Obosnovanie konstruktsii smesitelia zhidkih komponentov s pomoshch'iu komp'iuternogo modelirovaniia [Text] / K. O. Samoichuk, O. V. Poludnenko // Materialy VII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Aktual'nye problemy nauchno-tehnicheskogo progressa v APK», 20-22 marta 2013 g., g. Stavropol. - Stavropol: SGAU, 2013. - P. 86-92.
15. Tsyb, V. H. Analiz metodiv otsiniuvannia yakosti zmishuvannia ridkykh komponentiv pry vyrobnytstvi bezalkoholnykh napoiv [Text] / V. H. Tsyb, O. V. Poludnenko // Pratsi Tavriiskoho derzhavnoho ahrotekhnolohichnoho universytetu: naukove fakhove vydannia. - 2014. - Vol. 14, № 1. - P. 7-12.
16. Samoichuk, K. O. Vyznachennia vidstani mizh soplamy forsunok proty-techiino-strumynnoho zmishuvacha bezalkoholnykh napoiv [Text] / K. O. Samoichuk, O. V. Poludnenko, V. H. Tsyb // Pratsi Tavriiskoho derzhavnoho ahrotekhnolohichnoho universytetu: naukovo-fakhove vydannia. - 2015. - Vol. 15, № 1. - P. 30-38.
17. Samoichuk, K. O. Eksperymentalne vyznachennia kontsentratsii syropu u protytechiino-strumynnomu zmishuvachi [Text] / K. O. Samoichuk, V. V. Panina, O. V. Poludnenko // Materialy XVI Mizhnarodnoi naukovoi konferentsii «Udoskonalennia protsesiv i obladnannia kharchovykh ta khimichnykh vyrobnytstv», 5-9 veresnia 2016 r., m. Odesa. - Odesa: ONAKhT, 2016. - P. 327-331.
18. Mayer, I. Simple Theorems, Proofs, and Derivations in Quantum Chemistry [Text] / I. Mayer. - Springer US, 2003. - 337 p. doi:10.1007/978-1-4757-6519-9
