CC BY
97
В действительности время остановки пленочной вакуум-выпарной установки на безразборную мойку химическим раствором зависит от толщины слоя накипи, что в свою очередь определяется временем непрерывной работы установки. Таким образом, время чистки тч = /(т). Приблизительно эту зависимость можно считать линейной
Тч =^ч т . (12)
При очистке поверхностей нагрева корпусов выпарной установки и всех подогревателей, изготовленных из нержавеющей стали, 2%- м раствором азотной кислоты коэффициент пропорциональности Ач = 0,015 +- 0,018.
Подсчитанное по уравнению (11) оптимальное время работы корпусов пленочной вакуум-выпарной ус-
тановки до остановки на чистку от накипи составило в 1, 2 и 3-м корпусах 134, 108 и 86 ч соответственно. Экспериментальная проверка показала, что расчетное значение времени чистки совпадает с опытными данными с точностью ±13%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лазарев В.Д., Жигалов М.С. Исследование состава накипи в экспериментальной пленочной установке МТИПП // Сахар -ная пром-сть. - 1980. - № 10. - С. 14.
2. Кичигин М.А., Костенко Г.Н. Теплообменные аппараты и выпарные установки. - М.; Л: Госэнергоиздат, 1995. - С. 291.
3. Колесников В.А., Нечаев Ю.Г. Теплосиловое хозяйство сахарных заводов. - М.: Пищевая пром-сть, 1980. - С. 167.
Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств
Поступила 20.01.06 г.
621.926/.927
О СЕЛЕКТИВНОМ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ, СЕЛЕКТИВНОСТИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И СЕЛЕКТИВНОЙ ФУНКЦИИ
А.М. ПОПОВ, С. Д. РУДНЕВ, О.Е. РЫБИНА
Кемеровский технологический институт пищевой пром ышленности
Селективность (от лат. &'е1еШо - выбор, отбор, избирательность, способность производить отбор) как термин начал появляться в теории дезинтеграции твердых тел с 1950-х гг. В 1962 г. в докладах Европейского совещания по измельчению во Франкфурте-на-Майне Р.П. Гарднер и Л.Г. Аустин, не поясняя селективности измельчения, дали определение селективной функции как весовой части частиц данного размера х, подвергшихся измельчению за единицу измельчающего воздействия [1]. Следуя логике авторов, под селективностью измельчения принято, что при единичном силовом воздействии не все частицы сыпучего материала, находящегося в рабочем пространстве машины, подвергаются разрушению, и в этом проявляется избирательность процесса. Такая селективность, по нашему мнению, имеет причиной то, что дезинтеграция твердых тел - процесс, сопровождающийся значительными потерями энергии рабочих органов на трение, деформацией материала и пр. Известно, что КПД процесса дезинтеграции составляет менее 1%. В результате при единичном воздействии разрушается лишь некоторая доля частиц.
В исследовании помола двухкомпонентной смеси, состоящей из более мягкого и более твердого компо-
нентов, проведенном Т. Танакой, под селективностью подразумевается различие в скорости образования новой поверхности [2]. Была получена аналитическая зависимость для степени 11 избирательного измельчения
ц = Ив/(1 + Ив), (1)
где И = ИИИ - относительная твердость по Моосу (индексы И и 5 соответствуют более твердому и более мягкому компонентам);
п аТ-*-)" 1
п = е ’ - относительная размалываемость компонентов, 1 и п -
эмпирические константы.
Установлено, что мягкий компонент потребляет большую долю энергии при совместном измельчении.
Такое понимание селективности получило разви -тие в исследованиях других авторов. В [3], приняв за постулат, что основной предпосылкой избирательного измельчения является разнопрочность компонентов, составляющих породу, исследовали процесс усталостного разрушения под действием циклически повторяющихся нагрузок. Определяли пределы усталости компонентов для установления диапазонов нагрузок, при которых процесс разрушения будет протекать наиболее избирательно.
Совершенно иное понимание селективности измельчения возникло и получило развитие в работах специалистов «Механобра» в 1970-х гг. [4].
Исследования разрушения горных пород с рудными включениями привели к выводу, что у большинства горных пород прочность межзерновых поверхностей
меньше, чем прочность кристаллов рудных минералов и породообразующей матрицы. Возникла новая трактовка селективного измельчения как процесса образования новой поверхности преимущественно по границам срастания фаз. В соответствии с этим основной задачей измельчения признается необходимость разрушить многофазный продукт так, чтобы максимально высвободить фазы при их минимальном разрушении, не допуская переизмельчения.
Таким образом, существует двоякое понимание селективности: селективность измельчения, когда не все частицы подвергаются разрушению при единичном нагружении, и селективное измельчение, когда образование новой поверхности происходит по границам срастания компонентов. Первая трактовка применяется для простых по составу сыпучих материалов, вторая -для сыпучих полиморфных сред.
Селективная функция в [1] понимается как кинетическая функция измельчения простого по строению сыпучего материала.
В [5] впервые применен стохастический подход к определению кинетической функции измельчения. Рассматривалось уравнение для скорости измельчения
бх
~бі
= -кх $ £(/)
(2)
бЕ
Б(х) =Е(х -хтіп)/ %Р(х,
(3)
что важен не сам размер частиц, а величина поверхности измельченного продукта. Была получена двухпараметрическая зависимость
Б(і) = Б0 $ 5 '(1- е-
(4)
где х - крупность частиц; I - время; к =- коэффициент в уравне -
ОМ
нии Кирпичева - Кика (Е - удельная энергия измельчения, с - эмпи -рическая константа); Х(0 - дополнительная аддитивная случайная составляющая.
Анализ кинетики измельчения приобрел несомненное развитие в силу того, что скорость изменения размеров частиц была связана с удельной работой разрушения.
В [6] получено расчетное выражение для селективной функции 8(х)
где и 5о - текущее и начальное значения поверхности соответст-
венно; 3’ - максимально возможный в данных условиях прирост по -верхности; к - эмпирический коэффициент; т - показатель степени, учитывающий неидеальность процесса.
Выражение (4) связывает рассмотренные нами понятия «селективность измельчения» и «селективное измельчение», так как именно поверхность взаимодействия фаз может стать определяющим параметром при селективном измельчении. Таким образом, можно перейти от кинетической функции сокращения крупности простых по составу материалов к селективной функции образования новой поверхности по границе контакта фаз в материалах, сложных по строению. Такая попытка была сделана в [8], где исследовали сыпучую среду бикомпонентных частиц с поверхностной энергией взаимодействия фаз Дв. Процесс разрушения сыпучей среды представлен как стохастический марковский, причем сделано предположение, что интенсивность перехода 1 системы из состояния С, в состояние С и есть искомая кинетическая функция селективного разрушения. Предположение опирается на то, что состояние сыпучей среды можно описать функцией ее поверхности аналогично (4), а интенсивность перехода есть скорость образования новой поверхности по границам контакта компонентов в частицах.
Следуя логике вывода зависимости (3) и применив в качестве определяющего параметра площадь поверхности взаимодействия компонентов в частицах, получим выражение для селективной функции 1
К=Е(Бо - Б„) %Р(Б)бБ:
(5)
где Е - подводимая энергия; х - средний размер узкой нагружаемой фракции; Хщт - минимальный размер частиц, которые могут образо -вываться пр и изме льчении; X - текущий размер час тиц продукта раз -рушения; Р(х, X) - функция, характеризующая распределение энергии по частицам, конкретный вид которой определяется каким-либо законом разрушения.
Выражение (3) отличается большей универсальностью по сравнению с (2), так как предполагает применение различных энергетических законов в зависимости от условий измельчения.
В [7] отмечено, что кинетические уравнения для поверхности материала имеют более наглядный вид и значительно удобнее для использования, учитывая,
где Е- энергия, подводимая к материалу; 50 и Зп - начальная и конечная суммарные поверхности взаимодействия компонентов в части -цах; 8 - текущее убывающее значение поверхности контакта фаз; F(S) - энергетический закон как наиболее приемлемый для рассмотрения процесса образования новой поверхности.
Р(Б) = 05
1
(6)
где Сз - размерный коэффициент пропорциональности, показывающий изменение распределения энергии при селективном разруше -нии во времени, Дж • с.
0з=-
Е - й
_(1$ р/)(Е - й)
' Ав/А
то Ав/
А
(7)
т
х
где - диссипативные потери энергии в рабочей зоне измельчителя; А - работа деформации и разрушения отдельных компонентов; т0 -начальное количество частиц; е-р - функция уменьшения количества неразрушенных частиц во времени; Р - эмпирический коэффици -ент.
Выражение (5) может рассматриваться как математическая модель, комплексно учитывающая наиболее значимые факторы при селективной дезинтеграции: кинетическую энергию Е рабочих органов; работу деформации и разрушения А отдельных компонентов, входящих в сложное по строению тело, а также прочность их взаимодействия АО в исходном материале; основные параметры сыпучей среды, если число частиц т0 выражено через насыпную плотность рн и объем загрузки V материала в измельчителе.
Введение экспоненциальной функции в (7) обосновано ранее проведенными исследованиями, подтверждающими ее убывающий характер во времени, что объясняется увеличивающейся диссипацией энергии в сыпучей среде и возрастающим влиянием масштабного фактора при измельчении. Кинетическая энергия рабочих органов Е, может быть определена расчетным способом, свойства материала, учтенные в А и АО -экспериментально несложными известными методами испытаний материалов.
Выражение (5) может лечь в основу математических моделей процессов и оборудования селективной дезинтеграции многофазных тел самого широкого спектра происхождения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Труды Европейского совещания по измельчению / Пер. Л. А. Ласточкина. - М.: Стройиздат, 1966. - С. 220.
2. Там же. - С. 326.
3. Шинкаренко С.Ф., Нехаева Л.И. Избирательное разрушение горных пород при малых нагрузках // Обогащение руд. -1991. - № 2. - С. 11-13.
4. Селективное разрушение минералов / В.И. Ревнивцев, Г.В. Гапонов, Л.П. Зарогатский и др. - М.: Недра, 1988. - 285 с.
5. Непомнящий В.А. Кинетика измельчения // Теоретиче -ские основы химической технологии. - 1977. - 7. - № 5. -С. 754-763.
6. О структуре селективной функции при различных зако -нах измельчения / В.Е. Мизонов, С.И. Шувалов, В.П. Жуков и др. // Обогащение руд. - 1984. - № 2. - С. 73-74.
7. Бобков С.П., Блиничев В.Н. Описание кинетики из -мельчения двухпараметрическими зависимостями // Изв. вузов. Химия и химическая технология. - 1988. - 31(10). - № 8. - С. 113-116.
8. Руднев С.Д., Рыбина О.Е., Клеников Д.В. Аналитиче -ское определение функции измельчения при селективном разруше -нии растительного сырья. - Кемерово, 2004. - 5 с.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств Кафедра высшей математики
Поступила 01.06.05 г.
664.871.022.654.3
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ СУПОВ БЫСТРОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ
П.Г. РУДАСЬ
Кубанский государственный технологический университет
К наиболее распространенным пищевым продуктам относятся продукты из злаковых культур: мука, крупы, хлеб и т. п. В этой группе все большее место занимают пищевые концентраты на зерновой основе -одном из природных источников необходимых организму пищевых веществ.
Потребление супов, обогащенных микронутриен-тами, может внести определенный вклад в профилактику их дефицита у детей и взрослых. По результатам маркетингового исследования рынка первых обеденных блюд быстрого приготовления были разработаны рецептуры супов следующего ассортимента: Куриный с вермишелью, Мясной с вермишелью, Рисовый с мясом, Овощной и Гороховый.
Супы быстрого приготовления представляют собой смесь зернобобовых или макаронных изделий с добав -
лением пищевых жиров, сушеных овощей, сушеного мясного фарша, специй и других компонентов.
Технология обогащения пищевых продуктов мик-ронутриентами в основном базируется на процессе смешивания. Поскольку микронутриенты представляют собой минорные компоненты рецептурной массы, главной проблемой является равномерность распределения микроколичеств витаминной добавки по массе обогащаемого продукта.
Эффективность смешивания пищевых сред оценивают по показателю однородности полученной смеси. Однородной считается смесь, в которой содержание компонентов в любом ее объеме не отличается от заданного содержания для всей смеси. Для супов быстрого приготовления степень однородности полученного концентрата определяют по величине объемного веса.
Общепризнанными смесителями на пищеконцен-тратных предприятиях для сыпучих пищевых продук-
