CC BY
14
УДК 663.541.11
Обобщение экспериментальных данных
по тонкому измельчению окомкованных материалов
А.Ш. Абдуллаев, канд. техн. наук, доцент, Х.С. Нурмухамедов, д-р техн. наук, профессор
Ташкентский химико-технологический институт Т.Б. Нурматов, магистр Ташкентский гос.технический университет О.Ш. Темиров, магистр Шуртанский газохимический комплекс
Технический прогресс в пищевой промышленности связан с достижениями науки о питании. Современные тенденции в питании человека, стремящегося вести здоровый образ жизни, требуют получения продуктов пониженной энергетической ценности, с минимальным количеством жира, наличием веществ, положительно влияющих на пищеварение. Одним из способов решения данных задач может являться применение пищевых волокон и порошков в рецептуре продуктов [1]. Созданные пищевые технологии позволяют производить продукты с заданным химическим составом макро- и микрону-триентов, контролировать пищевую плотность и биологическую ценность продуктов [2].
В настоящее время в пищевой промышленности корнеплоды в основном используются в свежем виде, и только незначительная часть подвергается переработке с целью получения сока и еще меньшая часть - для получения порошков.
Общеизвестно, что длительное хранение и транспортирование растительного сырья без потерь возможно только в виде пищевых порошков, что является наиболее перспективным, эффективным и компактным способом. Естественно, пищевые порошки освобождены от значительной части влаги, содержащейся в обычных продуктах, в связи с чем, имеют незначительный объем, массу и высокую концентрацию питательных веществ. Относительно низкая влажность пищевых порошков способствует их длительному хранению при максимальном сохранении питательных свойств и витаминов исходного продукта.
Диспергирование твердых тел -их измельчение до частиц малых размеров - осуществляется с целью улучшения товарного вида, повышения скорости гетерогенных и других процессов. В зависимости от природы материала и характера его использования к измельчению предъявляются
конкретные требования по дисперсности, чистоте, сохранности и т.д. В большинстве случаев ставится задача получения более тонких частиц в порошке при условии снижения затрат п времени и энергии. Всё это приводит к необходимости изучения закономерностей процесса тонкого и сверхтонкого измельчения, свойств полученых порошков, развитие методов их дисперсного анализа.
В работе Ошкордина А. И. с сотрудниками предложена технология тонкого и сверхтонкого измельчения вторичных продуктов переработки зерна, которая принципиально отличается от известных методов извлечения пищевых волокон [3]. В данном методе отсутствует какое-либо химическое и термическое воздействие на объект переработки. Нагрев исходного растительного сырья до 70... 80 °С происходит за счет воздействия на мелющие тела, он носит кратковременный характер и не сказывается отрицательно на свойствах, составе и качестве конечного продукта.
Известен способ измельчения пищевых продуктов методом отрезания частиц. Причем, подача и отвод материала осуществляется в колебательном поле, отрезание частиц производят возвратно-поступательным движением обеих частей пары режущего инструмента с одинаковой амплитудой и частотой. При постоянной скорости подачи сырья частоту колебаний изменяют в пределах от 1 до 100 Гц [4].
Существует множество методов измельчения твердых материалов, основанных на следующих принципах или их сочетаниях: разрезание, раскалывание, сжатие, удар, истирание и т. д. [5, 7, 8].
Известно, что эффективность переработки твердых материалов, в частности, измельчение, во многом зависит от различных факторов [6, 7, 8]: температуры, влажности, пористости, плотности и т. д. Одним из основных факторов являются пористость материала и его физическая плотность.
Существует метод измельчения частиц путем вспучивания за счет создаваемой разницы давления при подаче растительного сырья и предварительного подсушивания при температуре 75.150 °С [9]. Для получения порошка растительного сырья его измельчают до гомогенного состояния, смешивают с сухими овощными компонентами до содержания сухих веществ в смеси 20-30% и распыляют в газообразную среду двуокиси углерода при температуре 150. 180 °С и давлении 150-250 кПа. Процесс сушки происхдит под вакуумом при давлении, не превышающим 50 кПа [10].
В используемых технологиях наиболее широко применяются методы, основанные на ударе и разрезании [1, 6, 7].
Однако известные способы измельчения с целью получения пищевых порошков являются энергоемкими, громоздкими в аппаратурном оформлении, продолжительными по времени, сырье многократно подвергается высоким температурам и т. д.
10' 8 6
4
О1 2 4 6 8 10" 2 4
10
I
Угловая скорость, V, с-1 Рис. 1. Зависимость степени измельчения конгломератов моркови от числа оборотов рабочего вала. о-^=0,5; □ - ^=0,6; 0 - ^=0,81; А - ^=0,98
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
¡Б и:
си
(1) ^
10
/у : Л
у
10 2 4 6 8 10 2 4
Угловая скорость, V, с-1 Рис. 2. Зависимость степени измельчения конгломератов столовой свеклы от числа оборотов рабочего вала. о- 1/С=0,5; □ - 1/С=0,6; 0 - 1/С=0,81; А - 1/С=0,98
Значения коэффициентов и показателей степени в формуле (1)
Наименование А т п
Картофель 0,490 0,6395 -0,842
Морковь 0,320 0,6476 -1,143
Столовая свекла 0,295 0,6431 -1,031
Сахарная свекла 0,179 0,6682 -0,824
Топинамбур 0,208 0,6903 -0,805
| !!!
ас р
Цб
{■[У:
-7,9«
■V/
10"
10" 2 4 6 8101 2 4
Степень измельчения экспериментальная, ¡эксп Рис. 3. Сопоставление экспериментальных данных по степени измельчения ¡эксп. с расчетными ¡расч. в скоростном аппарате окомкованных пюре корнеплодов, полученных после их сушки. о - картофель; * - морковь; □ - красная свекла; ◊ - топинамбур; А - сахарная свекла
Следовательно, разработка высокоэффективных технологий переработки сельхозсырья, основанных на принципиально новых и нетрадиционных способах измельчения является актуальной задачей пищевой индустрии.
Однако, пюре корне- и клубнеплодов при переработке по предлагае-
мому авторами методу после сушки выходит окомкованным с температурой выше 40 °С. В целях организации одновременного измельчения и охлаждения измельченных частиц проведены экспериментальные исследования в скоростном измельчителе турболопастного типа [11].
Экспериментальные исследования по измельчению моркови и столовой свеклы проведены при изменении угловой скорости вращения рабочего вала у=14,7-254,3 с-1 и шаге расположения стержней 1/С=0,5-0,98.
Зависимость степени измельчения сухого морковного пюре от угловой скорости рабочего вала в виде графика функциональной зависимости ^М представлена на рис. 1. Как видно из графика для всех числовых значений шага расположения стержней на рабочем валу измельчителя функция имеет возрастающий характер. Анализ полученных данных показывает, что при значении шага расположения стержней 1/С=0,98, при скорости у=14,6 с-1 величина степени измельчения составит ¡=1,82, при V =57,5 с-1 значение ¡=4,25; при росте окружной скорости до v=150,7 с-1 степень измельчения увеличится до ¡=7,35; при v=254,3 с-1 соответственно ¡=11,7. Видно, с увеличением угловой скорости с 14,6 до 254,3 с-1 достигается увеличение степени измельчения конгломерата картофельного пюре в 6,4 раз.
Уменьшение значения шага размещения стержней до 1/С=0,5 дает следующие результаты: при скорости v=14,6 с-1 величина степени измельчения составит ¡=3,95; при v=57,5 с-1 значение ¡=9,7; при росте угловой скорости до v=150,7 с-1 степень измельчения увеличится до ¡=16,2; при v=254,3 с-1 соответственно ¡=26,5. Так, с увеличением угловой скорости с 14,6 до 254,3 с-1 достигается увеличение степени измельчения морковного конгломерата более чем в 6,7 раз, а в сравнении с относительным шагом расположения стержней 1/С=0,98 эффективность измельчения возрастает почти в 2,15-2,3 раза.
Зависимость степени измельчения сухого пюре столовой свеклы от угловой скорости рабочего вала представлена в виде графика функции = М на рис. 2 для разных случаев относительного шага размещения стержней. Как видно из графика для всех случаев функция имеет возрастающий характер. Исследования показывают, что при значении шага расположения стержней 1/С=0,98 при угловой скорости v=14,6 с-1 величина степени измельчения составит ¡ = 1,55; при v=57,5 с-1 - значение
¡=3,75; при росте скорости до v=150,7 с-1 степень измельчения увеличится до ¡=8,0; при v=254,3 с-1 соответственно ¡=12,5. Так, с увеличением угловой скорости с 14,6 до 254,3 с-1 достигается увеличение степени измельчения конгломерата столовой свеклы более чем в 8 раз.
Уменьшение значения относительного шага размещения стержней до 1/С=0,5 дает следующие результаты: при скорости v=14,6 с-1 величина степени измельчения составит ¡=3,65; при v=57,5 с-1 значение ¡=7,3; при росте угловой скорости до v=150,7 с-1 степень измельчения увеличится до ¡=15,7; при v=254,3 с-1 соответственно ¡=21. Так, с увеличением окружной скорости достигается увеличение степени измельчения конгломерата столовой свеклы более, чем в 4 раз, а в сравнении с относительным шагом расположения стержней 1 / С=0,98 эффективность измельчения возрастает в 1,7-2,35 раза.
Обобщением опытных данных по степени тонкого измельчения окомкованных пюре корнеплодов получена следующая формула:
, (1)
где А - числовой коэффициент
Формула (1) справедлива в диапазоне изменения режимных параметров: угловой скорости V = 14,6 -- 253,4 с-1 и шаге расположения стержней 1/С = 0,5-0,98.
Численные значение коэффициента А, показателей степени п и т представлены в таблице. Погрешность формулы в вышеуказанном интервале варьирования режимных параметров не превышает ±7,9% (рис. 3).
Эффективность процесса измельчения твердого материала обеспечивается как за счет раскалывания твердых тел, так и за счет многократного удара и истирания о стержни, а также соударений между собой.
В заключении следует подчеркнуть, что с ростом числа оборотов рабочего вала процесс измельчения интенсифицируется, повышается выход товарной фракции с однородным и высоким значением гранулометрического состава. Поэтому, применение скоростного метода эффективно при измельчении окомкованных клубне- и корнеплодов, полученных после конвективной вакуумной сушки влажного пюре. Также в данном аппарате, наряду с измельчением, параллельно осуществляется процесс охлаждения измельченных частиц корнеплодов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Губина, И. «Цитри-Фай» - новый компонент здорового рациона питания // Переработка молока. - 2010. - № 3. -С. 31.
2. Дроздова, Т. М. Физиология питания/ Т. М. Дроздова, П. Е. Влощинский, В. М. Позняковский. - Новосибирск: Сиб. универ. изд-во, 2007. - 352 с.
3. Ошкордин, О. В. Кинетика и динамика измельчения растительного сырья для производства пищевых продуктов/О. В. Ошкордин, Л. Ю. Лаврова, Г. А. Усов // Ползуновский вестник. -2011. - № 2. - С. 202-206.
4. Патент РФ № 2149060. МПК7 В02С 18/30. Способ измельчения пище-
вых продуктов/Соловьев О. В.; опубл. 17.10.2000. - Бюл. № 37. - С. 3.
5. Машины и аппараты химических производств/Под ред. И. И. Поникарова. -М.: Машиностроение, 1988. - 379 с.
6. Перов, В. А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых/В. А. Перов, Е. Е. Андреев, Л. Ф. Би-ленко. - М.: Недра, 1990. - 300 с.
7. Yusupbekov N. R., Nurmuhame-dov H. S., Zokirov S. G. Kimyoviy tex-nologiya asosiy jarayon va qurilmaLari. -Toshkent: Fan va texnologiya, 2015. - 848 b.
8. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии/ Под ред. В. Г. Айнштейна. - М.: Логос, 2006. -Т. 1-2. - 1792 с.
9. Патент РФ № 1792303, МКП4 А231_ 1/ 212. Способ получения порошков из сырья растительного происхождения/В. М. Андриевский, В. В. Живетин, В. Н. Злобин, А. Г. Селиванов, В. А. Беликов, Н. В. Юмашев, В. И. Слесарев; опубл. 30.01.1993. - Бюл. № 3 - Ил. 1. - С. 7.
10. Патент РФ № 2013058, МКП7 А23В 7/02. Способ получения сухого пищевого продукта из репчатого лука/Пилипен-ко Л. Н., Квасенков О. И., Касьянов Г. И.; опубл. 30.05.1994. - Бюл. № 17 - С. 5.
11. Абдуллаев, А. Ш. Грубое измельчение окомкованных деформирующихся материалов/А. Ш. Абдуллаев [и др.] // Химическая технология. Контроль и управление. - 2015. - № 1. - С. 21-24.
Обобщение экспериментальных данных по тонкому измельчению окомкованных материалов
Ключевые слова
корнеклубнеплод; обобщение; окомкованный; степень измельчения; тонкое измельчение; угловая скорость; формула
Реферат
Эффективное измельчение с целью придания хорошего товарного вида пищевым порошкам имеет важное значение в производстве пищевых полуфабрикатов. Работы выполнены сотрудниками Ташкентского химико-технологического института совместно со специалистами Ташкентского государственного газо-химического комплекса. Цель исследования - изучение и обобщение процесса измельчения окомкованного пюре корнеклубнеплодов в скоростных измельчителях турболопастного типа. Представлены результаты экспериментальных исследований по тонкому измельчению окомкованных конгломератов моркови и столовой свеклы в виде функциональной зависимости 1=1 (у). Экспериментальные исследования по получению пюре корнеклубнеплодов методом мгновенного сброса давления позволили определить оптимальные режимные параметры. В результате получено частично подсушенное пюре с высоким однородным составом. Однако после сушки пюре становится окомкованным конгломератом с необходимой влажностью и имеет температуру ~40 °С. Представленные данные характеризуют преимущество скоростного измельчителя турболопастного типа для получения пищевых порошков требуемой дисперсности, позволяющий одновременно измельчать и охлаждать перерабатываемый материал. Выявлено, что степень измельчения подобных материалов зависит от угловой скорости V, а также шага размещения 1/С стержней на рабочем валу. Доказано, что увеличение угловой скорости с 14,6 до 254,3 с-1 приводит к росту степени измельчения в 6 раз. Произведен сравнительныый анализ по экспериментальным данным для всех исследованных видов корнеклубнеплодов. Исследования по влиянию шага расположения стержней 1 / с) на процесс показали, что снижение 1:/С позволяет повысить интенсивность измельчения более чем в 2 раза, что обусловливается увеличением количества соударений высушенного конгломерата со стержнями рабочего вала. На основе обобщения опытных данных выведена расчетная формула для тонкого измельчения окомкованных корнеклубнеплодов, где представлены численные значения коэффициентов и показателей степени для каждого вида исследуемого объекта, причем погрешность формулы не превышает ±7,9%. Обнаружено, что в скоростном измельчителе параллельно с процессом измельчения протекает охлаждение измельчаемых частиц.
Авторы
Абдуллаев Алишер Шоназарович, канд. техн. наук, доцент, Нурмухамедов Хабибулла Сагдуллаевич, д-р техн. наук, профессор,
Ташкентский химико-технологический институ, 100011, г. Ташкент, ул Навои, д. 32, [email protected] Нурматов Тохир Бахтиярович, магистр,
Ташкентский гос. технический университет, 100095, г. Ташкент, ул. Университетская, д. 2, [email protected] Темиров Одил Шукурович, магистр,
Шуртанский газохимический комплекс, 181300, Узбекистан, Кашкадарьинская обл., Гузар, пос. Шуртан, [email protected]
The Generalization of the Experimental Data on Finely Divided Materials
Key words
root-tuber crops, pelletized, degree of crushing, angular velocity, thin crushing, generalization, formula
Abstracts
Effective crushing is important in production convenience food for giving a good trade look to food powders. Pilot researches to take puree of root-tuber crops by method of instant dumping of pressure have allowed to determine optimum regime parameters, as a result received partially dried puree with high uniform structure. However, after drying, puree becomes as a pelletize conglomerate with necessary humidity and has ~40°C temperature. A research objective - studying and generalization of process of crushing of pelletized puree of root-tuber crops in high-speed grinders in turboblade type. Results of pilot researches on thin crushing the pelletized of conglomerates of carrots and table beet in the form of functional dependence of i=f (v) are presented. The submitted data characterize advantage of a high-speed grinder of turboblade type to receiving food powders of the required dispersion, the processed material allowing to crush and cool at the same time. It is revealed that extent of crushing of similar materials depends on the angular speed of v, and also a step of placement of t/d of cores on the worker to a shaft. It is proved that increase in angular speed with 14.6 to 254.3 c-1 leads to growth of extent of crushing of ~6 of times. The contrastive analysis on experimental data is made for all studied types of root-tuber crops. Researches on influence of a step of an arrangement of cores of t/d on process have shown that decrease in t/d allows to increase intensity of crushing by more than 2 times that is caused by increase in number of impacts of the dried-up conglomerate with cores of a working shaft. On the basis of generalization of skilled data the settlement formula for thin crushing pelletized root-tuber crops where numerical values of coefficients and exponents for each type of the studied object are presented is removed, and the error of a formula doesn't exceed ±7.9%. It is revealed that in a high-speed grinder in parallel with process of crushing cooling of the crushed particles proceeds.
Authors
Abdullaev Alisher Shonazarovich, Candidate of Technical Science, Docent, Nurmukhamedov Khabibulla Sagdullaevich, Doctor of Technical Science, Professor,
Tashkent Chemical Technological Institute, 32, Navoi St., Tashkent,
100011, [email protected]
Nurmatov Tokhir Bakhtiyarovich, Master,
Tashkent State Technical University, 2, Universitetskaya St., Tashkent, 100095, [email protected] Temirov Odil Shukurovich, Master,
Shurtan Gas Chemical Complexe, Shurtan, Guzar, Kashkadarya Region, Uzbekistan, 181300, [email protected]
