CC BY
10
БОТ: 10.15587/2312-8372.2017.103240
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПАРАМЕТР1В СТРУМИННО-ГО ГОМОГЕН1ЗАТОРУ МОЛОКА З РОЗД1ЛЬНИМ ПОДАВАННЯМ ВЕ-РШК1В
Ковальов О. О., Самойчук К. О., Паляничка Н. О., Верхоланцева В. О., Янаков В. П.
1. Вступ
Гомогешзащя являе собою процес подрiбнення жирових кульок та !х рiв-номiрного розподiлу в об'емi плазми молока. Ця операщя належить до одного з основних нормативних процеЫв для бшьшосп продуктiв молокопереробно! га-лузi. Водночас з цим слщ вiдзначити високi енергетичнi витрати процесу для найбшьш поширених конструкцiй клапанних гомогенiзаторiв, що дiють за принципом протискування молока у вузький зазор мiж Ыдлом i клапаном. Iншi конструкци гомогенiзаторiв, серед яких вiдомi ротацiйнi, ультразвуковi, елект-рогiдравлiчнi та вакуумш, не забезпечують потрiбного ступеню диспергування жирових кульок та необхщного дисперсного складу готового продукту [1, 2].
До загальних проблем тдвищення ефективностi гомогешзаци вiдносять вь дсутшсть едино! теоретично! бази. Вiдомi 6 гшотез гомогенiзацi!, на базi яких виготовлено понад 10 базових конструкцш. Складшсть дослiдження процесу по-лягае у великих швидкостях руху, що сягають кiлькох сотень метрiв на секунду та дрiбного розмiру часток, що коливаеться у дiапазонi 0,8-1,2 мкм. Протягом бшьш нiж сторiчно! iсторi! використання операцi! неодноразово робились спроби дослщити процеси, що призводять до зменшення розмiрiв жирових кульок.
Одним з вщомих дослiджень е дослщження процесу за допомогою фотог-рафiй, що отриманi за допомогою лазеру [3]. Однак юнуючий на той час рiвень технологiй не дозволив дшти висновку, який вичерпно пояснював процеси, що вiдбуваються в зош клапанно! щiлини. В робот [4] робилась спроба дослiдити процес подрiбнення жирових кульок в комплексному полi ламiнарного потоку. Однак суттевих висновкiв щодо механiзму подрiбнення дшти не вдалося. Це пояснюеться тим, що числа Вебера, що виникають при цьому режим^ бiльш ефективш для подрiбнення жирових кульок в повггряному середовищi.
1ншу спробу з використанням прозоро! емностi та пульсуючого лазеру бу-ла зроблена в [5], де стверджувалось, що подрiбнення вiдбуваеться пiд дiею рь знищ градiентiв дисперсiйно! та дисперсно! фаз. Останш дослiдження свiдчать, що виршальну роль в процесi подрiбнення жирових кульок вщграе рiзниця швидкостей дисперсшно! та дисперсно! фаз продукту [6], тому дослщження в цьому напрямку е актуальними.
З метою дослщження процесу роздiльно! гомогенiзацi! на базi кафедри об-ладнання переробних i харчових виробництв Таврiйського державного агротех-нологiчного унiверситету (Мелiтополь, Укра!на) створено лабораторну установку. Установка заснована на принцип створення максимально! рiзницi швидкостей знежиренного молока та вершюв. При цьому в камерi гомогешзаци вста-
новлюеться гiдродинамiчний режим з числами Вебера бшьше 50, в результатi чого вщбуваеться зменшення розмiрiв жирових кульок в молощ.
2. Об'ект дослщження та його технологiчний аудит
Объектом досл1дження е процес струминно! гомогешзаци молока з роздь льним подаванням жирово! фази. Дослiдження процесу проводилось на розроб-ленiй лабораторнiй установщ для струминно! гомогешзаци молока з роздшьним подаванням жирово! фази, зображено! на рис. 1.
Рис. 1. Схема установки струминного гомогенiзатора молока з роздшьною подачею вершюв: 1 - насос типу НШ 10 (Укра!на) для подачi знежиреного моло-
ка; 2 - електричний двигун трифазний; 3 - з'еднувальш патрубки;
4 - емшсть для знежиреного молока; 5 - камера гомогешзаци; 6 - манометр;
7 - дроселюючий вентиль; 8 - блок керування насосу подачi вершюв;
9 - пакетний вимикач; 10 - емшсть з вершками з вщцентровим насосом
Знежирене молоко з емност 4 тд тиском, що створюе насос 1 з приводом вщ електричного двигуна 2 по з'еднувальних патрубках 3 надходить до камери гомогешзаци 5. Швидюсть подавання дисперсшно! фази, що е функщею тиску регулюють за допомогою дроселюючого вентилю 7, значення тиску контролю-ють за манометром 6. В мющ найбшьшого звуження центрального каналу камери гомогешзаци з емност з вершками 10 насосом подаеться встановлене за допомогою блоку керування насосу подачi 8 юльюсть вершюв. З метою забезпе-чення вимог техшки безпеки в установщ передбачено два пакетних вимикачi 9.
Конструктивне рiшення для камери гомогешзаци наведене на рис. 2.
Рис. 2. Сxeмa кaмepи cтpyминнoгo гoмoгeнiзaтopa мoлoкa з poздiльнoю
пoдaчeю вepшкiв: l - пaтpyбoк пiдвeдeння з^ж^еш^ мoлoкa; 2 - нaпpaвляючi; 3 - канали пoдaвaння жиpoвoï фази; 4 - ^ишка з opгaнiчнoгo cклa; S - пaтpyбoк вщведення гoмoгeнiзoвaнoгo мoлoкa
Koнcтpyкцiя (pиc. 2) cклaдaeтьcя з пaтpyбкy шдведення знeжиpeнoгo мo-лoкa (жиpнicть дo C,CS %), пo якoмy пpoдyкт шд нeoбxiдним тиcкoм пoдaeтьcя дo звyжeння, щo cфopмoвaнe двoмa нaпpaвляючими штоку 2. У мicцi найбшь-шoгo звуження дo мoлoкa y cпiввiднoшeннi poзpaxoвaнoмy з piвняння мaтepia-льшго бaлaнcy пo тoнкиx кaнaлax 3 пoдaютьcя вepшки [V].
Така кoнcтpyкцiя дае змoгy peaлiзyвaти пpинцип poздiльнoгo пoдaвaння вepшкiв, за якoгo зaбeзпeчyeтьcя eкoнoмiя eнepгeтичниx витpaт на piвнi близькo VC %, щo дocягaeтьcя за paxyнoк зниження кiлькocтi пpoдyктy, який гoмoгeнiзy-eтьcя. Kpiм ^oro, poздiльнa гoмoгeнiзaцiя cпpияe oбмeжeнню мexaнiчнoгo впливу на бiлкoвy фазу, шр забезпечуе бiльшy cтaбiльнicть eмyльciï [l]. Сто-cтepeжeння за пepeбiгoм npo^cy дoзвoляe здiйcнювaти кpишкa 4 з opгaнiчнoгo cклa. Вiдвeдeння гoмoгeнiзoвaнoгo мoлoкa вiдбyвaeтьcя кpiзь пaтpyбoк S.
Лaбopaтopнa ycтaнoвкa cтpyминнoгo гoмoгeнiзaтopy мoлoкa з poздiльним ш-даванням жиpoвoï фази зпдш тeopeтичниx poзpaxyнкiв здатна забезпечити ^o-дуктившеть на piвнi l6CC-2CCC кг/год, шo е дocтaтнiм для бiльшocтi тexнoлoгiч-ниx пpoцeciв галуз^ Однoчacнo з гoмoгeнiзaцieю пpoвoдитьcя нopмaлiзaцiя мoлo-ка, шo знижуе eнepгeтичнi витpaти пpoцecy, oднaк xapaктepизyeтьcя нeoбxiднicтю пpoвeдeння пoпepeдньoгo ceпapyвaння мoлoкa, oтpимaнoгo вiд piзниx виpoбникiв.
Дo нeдoлiкiв ycтaткyвaння cлiд вiднecти мoжливicть виникнення явища oблiтepaцiï кaнaлiв пoдaвaння вepшкiв. З мeтoю ycyнeння дaнoгo нeдoлiкy npo-пoнyeтьcя пepioдичнa oбpoбкa уетаткування peчoвинoю, шo мicтить poзчинник мiнepaльниx вiдклaдeнь. Kpiм цьoгo, ycтaнoвкa не дае змoги пiдтpимyвaти тем-пepaтypy диcпepciйнoï та диcпepcнoï фаз ^o^rcry, змiнa якиx вiд piвня шмша-льнoгo значення 6C °С пoгipшye yмoви пoдpiбнeння жиpoвиx кyльoк.
3. Мета i задачi дослiдження
Метою досл1дження е визначення характеру залежностей мiж факторами процесу та середшм po3MipoM жирових кульок пiсля гомогешзаци. Отримаш залежностi розширять сферу вщомостей щодо практичного застосування стру-минного гомогешзатору молока з роздiльною подачею жирово!" фази. При зни-женш енерговитрат на рiвнi 70 % вщ клапанних зразкiв середнiй розмiр часток складатиме 0,85-1,1 мкм [8].
Для досягнення поставлено! мети необхщно:
1. Визначити впливовi фактори процесу i розробити методику прове-дення дослщження.
2. Провести дослiдження впливу швидкостей подавання знежиренного молока, розмiру каналу в мiсцi найбiльшого звуження та каналу подавання ве-ршюв на якiсть диспергування.
3. Визначити оптимальш значення обраних факторiв, виходячи з умо-ви забезпечення найменшого розмiру жирових кульок.
4. Дослвдження iснуючих р1шень проблеми
Останнi тенденци галузi стверджують про необхiднiсть застосування принцитв дискретно-iмпульсного [9], пульсацiйного [10], частотно-пульсацiйного [11] та штенсифжацп процесу гомогенiзацiï за рахунок створен-ня активного турбулентного режиму [12]. Бшьшють з цих принципiв при реаль зацiï в конструкцiï струминних гомогенiзаторiв молока можуть забезпечити до-статньо високу рiзницю швидкостей фаз продукту [7]. За рахунок рiзницi швидкостей фаз вщбуваеться досягнення критичних значень чисел Вебера, що обу-мовлюе руйнування краплi тд дiею тангенцiйних напружень та динамiчних на-порiв, що дiють на не!' з боку середовища [13, 14].
В ходi аналiзу св^ових перiодичних видань були виявленi наступш напря-мки зниження енергоемностi струминних гомогенiзаторiв молока за умови забезпечення розмiрiв жирових кульок на рiвнi менше 1 мкм:
- штенсифжащя процесу подрiбнення за рахунок змши параметрiв потоку;
- пiдбiр оптимальноï форми робочоï камери;
- дослщження i вдосконалення конструкцiï Т-подiбного мiнi мiксеру;
- створення рiзницi швидкостей фаз мiж дисперсним i дисперсшним середовищем.
Використання Т-подiбного мшмжсеру забезпечуе подачу знежиренного молока по двох каналах, що розташоваш перпендикулярно до потоку вершюв, що рухаеться з бшьшою швидюстю [15], на рiвнi, що наближуеться до клапанних зразюв. Але в той же час конструкщя мiксеру характеризуеться високими енер-гетичними витратами, якi необхщш для впорскування знежиренного молока.
Дослщження процессу зменшення розмiру жирових кульок, що вщбува-еться за рахунок змши робочого перетину камери [16, 17] мшмжсеру не забезпечуе достатнього ступеню подрiбнення часток. Середнш розмiр часток складае понад 1 мкм, що свщчить про те, що змша форми робочого простору без штен-сифiкацiï процесу не е ефективним шляхом зниження розмiру жирових кульок.
Дослщження, стосовно змши гiдродинамiчного режиму роботи мшсеру також не виявили суттевого резерву для зниження енергетичних витрат процесу [18]. Ви-користання м^оканалу у мiксеру доцiльно за думкою авторiв тльки при забезпе-ченш впливу на центральну частину струменю, що забезпечують пульсацн [19].
Протитечшно-струминний гомогенiзатор молока забезпечуе подрiбнення до середнього розмiру часток близько 1 мкм при зниженш енергетичних витрат у 3 рази порiвняно з клапанним гомогенiзатором [6]. Поряд з цим, вш характе-ризуеться таким суттевим недолжом, як iстотне шноутворення, що вiдбуваеться внаслiдок дестабшзаци бшково! фази, яка вiдбуваеться при зггкненш потокiв.
На рiвнi патентiв вiдомi конструкци, що використовують принципи ежекту-вання вершкiв до потоку знежиренного молока через форсунки у певному вщ-ношенш [7]. Однак вони здатш забезпечити зменщення розмiрiв жирових кульок лише до 1,1 мкм, що бшьше нiж вимагають технолопчш вимоги 0,8-0,9 мкм.
Таким чином, найбшьш ефективним шляхом зниження енергетичних витрат при одночасному забезпеченнi подрiбнення до рiвня клапанних конструкцiй забезпечуе струминний гомогенiзатор молока з роздшьним подаванням жирово! фази. В ньому поеднуються принципи забезпечення максимально! рiзницi швидкостей дис-персшно! та дисперсно! фаз при одночаснш штенсифшацн руху рiдини в камерi.
5. Методи дослщження
Для проведення експерименту були визначеш таю межi вардавання факторiв [20]:
- вiдстань мiж напрямлюючими у мiсцi найбiльшого звуження (нижня межа 1 мм, верхня - 3 мм, крок змши фактору - 1 мм);
- швидюсть подачi знежиренного молока (нижня межа 37 м/с, верхня - 87 м/с, крок змши фактору - 25 м/с);
- дiаметр каналу подавання вершюв (нижня межа 0,6 мм, верхня - 0,8 мм, крок змши фактора - 0,1 мм).
До вхщних параметрiв процесу належать дiаметр каналу подавання вершюв, швидюсть подачi знежиренного молока та вщстань мiж напрямлюючими в мющ найбшьшого звуження.
Вихщними параметрами процесу струминно! гомогешзаци молока з роздь льним подаванням вершюв е середнш розмiр жирових кульок та рiвномiрнiсть !х розподшу в емульси.
Кожен дослщ виконувався в трьох повторностях. При здшсненш досль дження струминно! гомогенiзацi! молока з роздшьним подаванням жирово! фази вщбувалась фшсащя декiлькох показниюв. Так, температура вершкiв та знежиреного молока складала 60 °С. Вершки жирнiстю 40 % подавались до потоку знежиренного молока зi швидюстю, потрiбною для забезпечення вихщно! жир-ностi на рiвнi 3,5 %. Кшьюсть вершкiв та швидюсть !х подачi були розрахованi з рiвняння матерiального балансу для струминного гомогешзатора молока з ро-здшьним подаванням жирово! фази.
П1сля виконання кожного дослiду робився вiдбiр ретельно перемшанного зра-зку продукту. Частина зразку пiдлягала розведенню водою у сшввдаошенш 1:10, з якою вщбиралась крапля проби для вивчення шд мiкроскопом. П1сля вiдстоювання
протягом 15 хв проби, накрито! покривним склом, вiдбувалось дослiдження зразку на оптичному мiкроскопi МИКРОМЕД Р-1-ЬББ (Роая) з роздтьною здатнiстю 1500 крат та приеднаною цифровою камерою, що зображена на рис. 3.
Рис. 3. Зовнiшнiй вигляд мiкроскопу з цифровою камерою:
1 - обектив; 2 - предметний стш з пробою гомогенiзованого зразку; 3 - пiдсвiчувальна лампа; 4 - цифрова камера; 5 - гвинт грубого регулювання
Для проведення дослщження використовувалось збшьшення до 600 разiв, виходячи з умов забезпечення чггко! картини та враховуючи обмеження цифро-во! камери. При перемiщеннi зразку в повздовжньому та поперечному напрям-ках вщбувалось фотографування характерних полiв зору. Пiсля цього робився шдрахунок дисперсних характеристик жирових кульок. Масштаб визначався за попередньо зробленою фотографiею об'ектмжрометру з цiною подiлки 0,01 мм.
6. Результати дослвдження
З метою вибору оптимальних значень швидкосл подавання знежиренного молока та дiаметру каналу подавання вершкiв з отриманих результатiв експе-риментiв, наведених в табл. 1, будуемо графж, показаний на рис. 4. З дiапазону коливання дослщних значень обираемо масштаб для кожно! з вiсей координат. Шсля цього на отриману сггку наносимо вiдповiднi значення параметрiв, та ро-бимо апроксимацiю до найбшьш близько! вiдомо! функцiонально! залежностi параметрiв, якою е лiнiя.
Таблиця 1
Експериментальш дат залежност мiж швидкiстю подавання знежиренно-го молока и, дiаметром каналу подавання вершюв ёв та середнiм розмiром жи-
рових кульок пiсля диспергування ёс
и ^^ ^^ ёв ёсер
0,8 0,7 0,6
37 0,96 0,91 0,86
50 0,935 0,89 0,85
65 0,91 0,87 0,835
75 0,895 0,855 0,825
83 0,88 0,845 0,815
0,95
тз 0,85
0,8
35 45 55 65 75 %м/с 85
Рис. 4. Графж залежност швидкостi знежиреного молока и i дiаметру каналу подачi жирово! фази ёв на середнш дiаметр жирових кульок ёсер при вщс-
танi мiж направляючими а=2 мм
Аналiз отриманих данних (рис. 4) свщчить про наявнiсть прямо пропор-цшно! залежностi мiж швидюстю подавання знежиренного молока та середшм розмiром жирових кульок. 1з зростанням швидкост вщбуваеться зростання значення критерш Вебера, що спричинюе подрiбнення жирово! фази до бiльш дрiбних розмiрiв. З точки зору економи витрат енерги оптимальним значенням швидкостi е 60 м/с. При пiдвищеннi тиску вище цього значення якiсть подрiб-нення продовжуе збiльшуватись, але енергетичш витрати процесу, як свiдчать теоретичш дослiдження, зростають майже на третину.
Ращональним розмiром каналу подавання вершюв з точки зору технологi-чно виконуваних умов для лабораторного зразку е 0,6 мм, за якого досягаеться подрiбнення на рiвнi 0,83-0,86 мкм. Це пояснюеться тим, що потiк знежиренного молока дiе на струмшь меншого дiаметру бiльш рiвномiрно, при цьому впливу зазнають центральна i периферiйна частини струменю.
-ёв 0,6 мм *ёв=0,7 мм — — ёв=0,8 мм
■ ^ — ^
— „_
—И|_ ■ — 1 1— • ■ ^^ • _^
к [ '------
З метою вибору оптимальних значень центрального каналу в мющ найбь льшого звуження, дослiдимо залежнiсть мiж ним, дiаметром каналу подавання вершкiв та середшм дiаметром кульок пiсля гомогешзаци, експериментальнi данi яких наведено в табл. 2.
Таблиця 2
Експериментальш дат дiаметру каналу подавання вершюв ёв, вiдстанi мiж на-прямлюючими а та середнiм розмiром жирових кульок шсля диспергування ёсер
ёв ^^^ а ёсер
1 2 3
0,6 0,81 0,835 1,05
0,65 0,83 0,85 1,1ЧУ*
0,7 0,85 0,87 1,15
0,75 0,87 0,9 1,2
0,8 0,9 0,92 1,25
Отримаш данi (рис. 5) свiдчать про те, що подрiбнення на рiвнi клапанних гомогенiзаторiв, в дiапазонi значень 0,8-0,9 мкм забезпечуе вiдстань у мющ найбь льшого звуження 1 та 2 мм. Оптимальним значенням параметру при цьому слiд вважати 2 мм, оскшьки незначне зменшення розмiрiв жирових кульок при вщсташ 1 мм пщвишуе енергетичнi витрати на 1 кВт. Дослiдження пщтвердили данi, отриманi при моделюваннi процесу в програмному комплексi ЛКБУБ (США) [20].
1,3 ^
1,25 1,2 1,15
^ 1,05
л 1 8 1
^ 0,95 0,9 0,85 0,8
0,6 0,65 0,7 0,75 0,8
ёв, мм
Рис. 5. Графж залежност середнього дiаметру жирових кульок ёсер вiд дiа-метру каналу подавання вершкiв ёв та вiдстанi мiж направляючими при швид-
костi знежиреного молока 60 м/с
Отримаш результати свщчать, що при вщсташ центрального каналу, що дорiвнюe 3 мм буде вщбуватись розсшвання зони локаизаци максимальних
швидкостей. Дане явище буде погiршувати умови подрiбнення та вест льшення po3Mipy жирових кульок.
Зoвнiшнiй вигляд мжрофотографш на oснoвi яких робився шдра реднього рoзмiру жирових кульок наведений на рис. 6.
о
О .
•О
"Г '
, сГУ,
s
л
в
а б
Рис. 6. М1крофотографи: а - негомогешзованого зразку; б - зразку гомогеш-зованого молока при швидкосп 83 м/с, вщстат центрального каналу в мющ най-бшьшого звуження 1 мм та дааметру каналу подавання вершюв 0,8 мм; в - зразку гомогешзованого молока при швидкосп 60 м/с, вщсташ центрального каналу в мь сщ найбшьшого звуження 2 мм та д1аметру каналу подавання вершюв 0,6 мм
Мжрофотографи зразкiв гoмoгенiзoванoгo молока (рис. 6) наочно демон-струють перевагу обгрунтованих оптимальних режимiв.
7. SWOT-аналiз результатiв дослiджень
Strengths. До сильних сторш дoслiдження слiд вщнести виявлення характеру зв'язку мiж дiаметрoм каналу подавання вершкiв, швидкiстю знежиренного молока та середшм розм1ром жирових кульок. Дослщження проводилось за умов оптимальних температурних режимiв, обгрунтованних роботами шших автoрiв. Подавання вершкiв з постшною швидкiстю забезпечуе рiвнoмiрний вплив потоку знежиренного молока на струмшь вершюв. Подавання вершюв у юлькосл, визначенно! з рiвняння матерiальнoгo балансу, забезпечуе нормашза-цiю емульсн до жирност питного молока (3,5 %).
Використання методу прямого вимiрювання жирових кульок тд мжроско-пом з цифровою камерою з визначенням масштабу з точним масштабуванням за допомогою об'ектмжрометру дае змогу з високою точшстю визначити дисперснi характеристики молочно! емульсн. Проведення вiдстoювання зразку шсля розве-дення на предметному скш сприяе спливанню дрiбних жирових кульок i потрап-ляння !х у ч^ке поле зору мiкрoскoпу для тдвищення точност визначення сере-днього дiаметру жирових кульок. Застосований метод мжрофотографш дозволив не тiльки визначити середнш дiаметр жирових кульок шсля гомогешзаци, але й дoслiдити рiвнoмiрнiсть рoзпoдiлу жирових часток в oб,емi плазми молока.
В пoрiвняннi з аналогами, наприклад прoтитечiйнo-струминним гомогешза-тором молока, лабораторний зразок вiдрiзняеться вщсутнютю дестабшзаци бш-ково! фази емульсн. В пoрiвняннi з цим гомогешзатором у лабораторному зразку
з роздшьною подачею вершюв досягаеться зниження енергетичних витрат майже на третину. Це пояснюеться використанням принципу роздшьного подавання жирово! фази з можливютю одночасного проведення нормалiзацi! продукту.
Weaknesses. До недолшв дослiдження вiдноситься вщсутшсть врахування впливу на середнiй розмiр жирових кульок пiсля гомогешзаци подачi вершкiв та впливу жирностi дисперсно! фази. Можливють фiксацi! жирових кульок най-меншого розмiру була обмежена низькою роздiльною здатнiстю мiкроскопу та цифрово! камери. Вiдсутнiсть дослiдження подачi вершюв та жирностi дисперсно! фази на середнш розмiр жирових кульок шсля гомогенiзацi! не дае змогу визначи-ти емпiричний коефiцiент. Даний показник враховуе форму та розмiри каналу подавання жирово! фази та умови за яких здшснюеться нормалiзацiя продукту.
Низька тривалiсть проведення до^ду, що складала 10 с, може мати вплив на результати дослщження на початковому та юнцевому етат кожного з дослiдiв.
До негативних сторн дослiдження слiд вщнести його високу трудомiстiсть на еташ досл1дження зразку та тдрахунку юлькосп жирових кульок. До недолiкiв установки вщноситься необхiднiсть проведення попереднього сепарування вершкiв, од-нак ця операщя i без цього застосовуеться у бтьшосп технологiчних ироцесiв галузг
Opportunities. До додаткових можливостей, що сприятимуть реалiзацi! цiлей дослiдження, слщ вiднести наступнi фактори. Гомогенiзатори клапанного типу за-стосовуються в бтьшосп нормативних процесiв на молокопереробних шдприемс-твах великих потужностей. Однак висою енергетичнi витрати та низью норми економи при досягненш меж досконалосл спонукають виробниюв здiйснювати пошук нових перспективних напрямкiв енергозбереження. Серед найбшьш перс-пективних конструкцiй, з точки зору зниження енергетичних витрат та за умови забезпечення якосп, що наближуеться до клапанних зразюв, видаляють гомогеш-затори струминного типу. Значна !х частина базуеться на принцип створеннi рiз-ницi мiж дисперсшною та дисперсною фазами продукту. Техшчна реалiзацiя цього принципу забезпечуе зменшення середнього розмiру жирових кульок з 3-4 у необробленному продукт до 0,85-1,1 мкм в молощ пiсля гомогенiзацi!.
Додатковi можливостi вщ впровадження струминного гомогенiзатору з роздшьною подачею вершюв забезпечуватиме економш за рахунок одночасного виконання гомогешзаци та нормалiзацi!. Крiм цього, зниження енергетичних витрат для нього вщносно клапанних зразюв становить вщ 4 до 5 разiв, а вщно-сно протитечiйно-струминного гомогенiзатору бiля 30 %.
Threats. До складношдв, що пов'язаш з впровадженням результатiв досль джень струминного гомогенiзатору молока, вщносять недостатню вивченiсть процесiв, що вщбуваються в струминному гомогенiзаторi з роздшьним подаван-ням вершкiв. Головною перешкодою на шляху впровадження цього типу струминного гомогешзатору е висою фiнансовi витрати модершзацй обладнання для гомогешзаци на шдприемствах молокопереробно! галуз^ що мають велику по-тужшсть. А коли модернiзацiя проводиться, головним !! напрямом е не замша морально та фiзично застарiлих конструкцш клапанних гомогенiзаторiв, а замiна !х окремих вузлiв. Оскiльки можливостi модершзацй гомогенiзаторiв клапанного типу дiйшла меж техшчних можливостей конструкцi!, можна вщзначити, що суттевого ефекту з точки зору економи енергетичних витрат не вщбуваеться.
З шшого боку, малi шдприемства, що за рахунок гнучкост е бшьш схиль-ними до впровадження нових зразюв техшки, вiддають перевагу менш коштов-ним конструкцiям мiксерiв та диспергаторiв. До проблем цих конструкцш вщно-сять недостатнiй ступiнь подрiбнення жирових кульок, який для бшьшосп конс-трукцiй пiсля проведення гомогешзаци не перевищуе 1,3-1,6 мкм. Отже, можливють впровадження струминного гомогешзатору молока з роздшьною подачею вершюв на цих шдприемствах юнуе за умови зниження вартост обладнання.
Таким чином, SWOT-аналiз реультатв дослщжень дозволяе визначити таю напямки досягнення цшей дослщження:
- зниження вартостi конструкци, що зробить ïï привабливою для виробниюв шдприемств малоï та середньоï потужностi;
- проведення дослщження залежностi мiж подачею вершкiв, ïx жирнiстю та середнiми розмiрами жирових кульок пiсля гомогенiзацiï для бшьш доскона-лоï та унiверсальноï конструкци струминного гомогешзатора;
- використання для дослщжень цифрово1' камери з бшьшою роздiльною здатнiстю, що дозволить отримувати бiльш точнi результати стосовно найбшьш дрiбниx часток жиру розподiлениx в об'емi плазми молока.
8. Висновки
1. Розроблена методика проведення дослiдження. В якостi впливових фак-торiв визначенi розмiр центрального каналу в мющ найбiльшого звуження, швидкiсть подачi знежиренного молока та дiаметр каналу подачi вершкiв. Вщс-тань мiж направляючими в мiсцi найбiльшого звуження мае суттевий вплив на середнш розмiр жирових кульок при розмiраx, що перевищують 2 мм. Змен-шення вiдстанi до 1 мм незначно покращуе якiсть гомогенiзацiï, але характери-зуеться збiльшенням витрат енерги близько 1 кВт/т.
2. Визначено характер звязку мiж швидкiстю подавання знежиренного молока, розмiром каналу в мющ найбiльшого звуження та каналу подавання вершюв на яюсть диспергування. Встановлено, що основним фактором, що визначае про-цес диспергування жирово1' фази молока, е швидюсть потоку. Залежнють мiж се-редшми розмiрами жирових кульок та швидюстю подавання знежиренного молока мае прямо пропорцшний характер. Однак використання режиму роботи зi шви-дюстю, що перевищуе 60 м/с, суттево пiдвишуе енергетичнi витрати процесу, але при цьому забезпечуе подальше зменшення розмiру жирових кульок.
3. Встановлено, що оптимальними розмiрами центрального каналу подавання жирово1' фази е 0,6 мм. При цьому забезпечуеться по^бнення до середнього роз-мiру жирових кульок на рiвнi 0,83-0,86 мкм. Менше значення показнику сприя-тиме процесу швидко1' облiтерацiï каналiв подавання вершюв, але прогнозовано матиме ще бшьший стушнь подрiбнення часток жиру. У зв'язку з цим, в умовах виробництва за наявносп технолопчно1" можливостi втiлення, доцiльно використання деюлькох каналiв подавання жирово1' фази з розмiрами 0,2-0,3 мм.
Оптимальним значенням вiдстанi центрального каналу в мющ найбшьшого звуження е 2 мм. Враховуючи це, при необхщносп пiдвищення продуктивностi установки можливо змшювати розмiри установки, але при цьому мае збериатись спiввiдношення параметрiв, а рекомендована вщстань мае масштабуватись.
Лггература
1. Фиалкова, Е. А. Гомогенизация. Новый взгляд [Текст]: монография / Е. А. Фиалкова. - Санкт-Петербург: ГИОРД, 2006. - 392 с.
2. Walstra, P. Homogenization [Text] / P. Walstra, J. T. M. Wouters, T. J. Geurts // Food Science and Technology. - CRC Press, 2005. - P. 279-298. doi:10.1201/9781420028010.ch9
3. Pickering, C. J. D. Laser speckle photography and particle image veloc-imetry: photographic film noise [Text] / C. J. D. Pickering, N. A. Halliwell // Applied Optics. - 1984. - Vol. 23, № 17. - P. 2961-2969. doi:10.1364/ao.23.002961
4. Feigl, K. Simulation and experiments of droplet deformation and orientation in simple shear flow with surfactants [Text] / K. Feigl, D. Megias-Alguacil, P. Fischer, E. J. Windhab // Chemical Engineering Science. - 2007. - Vol. 62, № 12. -P. 3242-3258. doi:10.1016/j.ces.2007.02.008
5. Innings, F. Visualization of the Drop Deformation and Break-Up Process in a High Pressure Homogenizer [Text] / F. Innings, C. Tragardh // Chemical Engineering & Technology. - 2005. - Vol. 28, № 8. - P. 882-891. doi:10.1002/ceat.200500080
6. Самойчук, К. О. Обгрунтування параметрiв та режимiв роботи про-титечшно-струменевого диспергатора молока [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.18.12 / К. О. Самойчук. - Донецьк, 2008. - 20 с.
7. Дейниченко, Г. В. Конструкци струминних диспергаторiв жирово! фази молока [Текст] / Г. В. Дейниченко, К. О. Самойчук, О. О. Ковальов // Правд Тавршського державного агротехнолопчного ушверситету. - 2016. - Вип. 16, Т. 1. - С. 219-228.
8. Самойчук, К. О. Яюсть та енергетична ефектившсть процесу стру-минно! гомогешзаци молока з роздшьною подачею вершюв [Текст] / К. О. Самойчук, О. О. Ковальов, В. О. Султанова // Пращ Тавршського державного агротехнолопчного ушверситету. - 2015. - Вип. 15, Т. 1. - С. 241-249.
9. Stankiewicz, A. I. Process Intensification: Transforming Chemical Engineering [Text] / A. I. Stankiewicz, J. A. Moulijn // Chemical Engineering Progress. -January 2000. - P. 20-34.
10. Glasgow, I. Enhancement of microfluidic mixing using time pulsing [Text] / I. Glasgow, N. Aubry // Lab Chip. - 2003. - Vol. 3, № 2. - P. 114-120. doi:10.1039/b302569a
11. Kessler, H. G. Food and Bio Process Engineering - Dairy Technology [Text] / H. G. Kessler. - Ed. 5. - Germany, Munchen: Verlag A. Kessler (Publishing House A. Kessler), 2002. - 694 p.
12. Vankova, N. Emulsification in turbulent flow [Text] / N. Vankova, S. Tcholakova, N. D. Denkov, I. B. Ivanov, V. D. Vulchev, T. Danner // Journal of Colloid and Interface Science. - 2007. - Vol. 312, № 2. - P. 363-380. doi:10.1016/jjcis.2007.03.059
Chapter 6.3. Homogenizers [Text] / Teknotext AB // Dairy Processing - Lund, Sweden: Tetra Pak Processing Systems AB, 1995. - P. 115-122.
14. Liao, Y. A literature review of theoretical models for drop and bubble breakup in turbulent dispersions [Text] / Y. Liao, D. Lucas // Chemical Engineering Science. - 2009. - Vol. 64, № 15. - P. 3389-3406. doi:10.1016/j.ces.2009.04.026
15. Bothe, D. Fluid mixing in a T-shaped micro-mixer [Text] / D. Bothe, C. Stemich, H.-J. Warnecke // Chemical Engineering Science. - 2006. - Vol. 61, № 9. - P. 2950-2958. doi:10.1016/j.ces.2005.10.060
16. Chung, C. K. Effect of geometry on fluid mixing of the rhombic micromixers [Text] / C. K. Chung, T. R. Shih // Microfluidics and Nanofluidics. - 2007. -Vol. 4, № 5. - P. 419-425. doi:10.1007/s10404-007-0197-9
17. Cortes-Quiroz, C. A. Effect of channel aspect ratio of 3-D T-mixer on flow patterns and convective mixing for a wide range of Reynolds number [Text] / C. A. Cortes-Quiroz, A. Azarbadegan, M. Zangeneh // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2017. - Vol. 239. - P. 1153-1176. doi:10.1016/j.snb.2016.08.116
18. Fani, A. Investigation of the steady engulfment regime in a three-dimensional T-mixer [Text] / A. Fani, S. Camarri, M. V. Salvetti // Physics of Fluids. - 2013. - Vol. 25, № 6. - P. 64102. doi:10.1063/1.4809591
19. Goullet, A. Effects of microchannel geometry on pulsed flow mixing [Text] / A. Goullet, I. Glasgow, N. Aubry // Mechanics Research Communications. -2006. - Vol. 33, № 5. - P. 739-746. doi:10.1016/j.mechrescom.2006.01.007
20. Самойчук, К. О. Моделирование процесса струйной гомогенизации молока с раздельной подачей сливок [Текст] / К. О. Самойчук, А. А. Ковалев, А. А. Бездитный // Вестник МГУП. - 2015. - Вып. 2 (19). - С. 69-76.
