CC BY
19УДК: 664/664.6 doi: https://doi.org/10.36107/spfp.2019.73
Определение рациональных параметров работы вибрационного смесителя при получении сухих комбинированных продуктов
Бородулин Дмитрий Михайлович
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет» Адрес: 650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6 E-mail: borodulin_dmitri@list.ru
Зорина Татьяна Владимировна
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет» Адрес: 650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6 E-mail: tanya.kaznacheeva.92@mail.ru
Комаров Сергей Сергеевич
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет» Адрес: 650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6 E-mail: komarov.tppp@yandex.ru
Сахабутдинова Гульнар Фигатовна
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет» Адрес: 650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6 E-mail: 89235202979@yandex.ru
Питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье общества. Правильное питание обеспечивает нормальное развитие детей, повышение работоспособности, создает условия для адекватной адаптации человека к окружающей среде. При этом главное внимание обращается на качество пищевых продуктов. Для получения высококачественных сыпучих композиций при соотношении компонентов до 1:50, целесообразно использовать винтовые вертикальные вибрационные смесители непрерывного действия (СНД). В данных смесительных агрегатах реализован способ переработки сыпучих материалов в тонких виброкипящих слоях (20-50 мм) за счет развитого рабочего органа, интенсивно виброактивирующего дисперсную систему, что позволяет существенно сократить время смешивания. Также данные смесители обладают хорошей способностью сглаживать флуктуации расходов входящих материальных потоков, позволяют упростить автоматизацию процесса, уменьшить загрязнения пылевыми выбросами окружающей среды и производственных помещений, улучшить условия труда и культуру производства, при этом увеличить производительность труда и снизить металлоёмкость. На получение качественной смеси в вибрационных СНД оказывают наибольшее влияние следующие параметры: амплитуда и рабочая частота колебания дебалансов, а также соотношение смешиваемых компонентов. Для определения рациональных параметров работы вибрационного смесителя при получении сухих комбинированных продуктов был проведен полнофакторный эксперимент. При помощи регрессионного анализа экспериментальных данных были получены графические зависимости и уравнения регрессии, показывающие влияние исследуемых параметров на качество получаемых смесей. Проверка на адекватность полученного уравнения регрессии показала, что среднее значение относительной погрешности составляет 9,7%, следовательно, математическую регрессионную модель можно использовать для предсказания качества получаемой смеси.
Ключевые слова: смешивание, последовательное разбавление, регрессионный анализ, уравнение регрессии, коэффициент неоднородности, относительная погрешность, качество смеси
При производстве сухих комбинированных продуктов питания, одной из основных проблем является равномерное распределение компонентов, вносимых в небольших количествах
(0,01-1%), по всему объему смеси (Могильный, 2006, с. 121). При этом компоненты могут иметь различные физико-механические свойства (Шубин, Свиридов, Таров, 2005, с. 76). Для решения
данной проблемы вынуждены использовать исходные компоненты в виде высокодисперсных порошков, которые при хранении или в процессе смешивания обычно образуют конгломераты из частиц (Бальмонт, Бальмонт, Гуюмджян, 2008, с.
55-58). Известно, что высокая интенсивность и эффективность смешивания порошкообразных материалов могут быть обеспечены только при надежном разрушении образующихся конгломератов. Для этого целесообразно применение вибросмешивания, которое позволяет существенно интенсифицировать процесс за счет внешнего подвода энергии (Ivanets, Вог^иНп, Shyshpannikov, Sukhorukov, 2015, р. 62-69). Перспективным для решения многих задач является использование вибрационных смесителей из-за их простоты, достаточной эффективности смешивания и ценовых характеристик (Макаров, 1973; Ляшенко, 2015, с.
56-60; Шушпанников, Зорина, Шушпанникова, 2017, с. 207-209; Шушпанников, Бородулин, Злобин, Рокосов, 2013, с. 102-106; Николаев, Фетисов, Зязев, 2015, с. 100-104; Коробчук, Веригин, Джангирян, Фадеев, Абдуллин, 2013, с. 240-243; Пушко, Бойко, 2017, с. 78-82). Разработка теоретических основ для вибрационных СНД является актуальной научной задачей, представляющей большой народно-хозяйственный интерес для пищевой промышленности.
Для определения рациональных параметров работы аппарата при получении сухих комбинированных продуктов нами был проведен полнофакторный эксперимент на разработанной оригинальной конструкции СНД вибрационного типа, реализующей метод «последовательного разбавления» (Патент 2626415, 2017, бюл. 21).
Цель работы - определение рациональных параметров работы нового вибрационного смесителя при получении сухих комбинированных продуктов.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Исследовать разработанную конструкцию вибрационного СНД для определения его рациональных параметров работы при получении сухих комбинированных продуктов;
2. Провести регрессионный анализ полученных экспериментальных данных для выявления степенивлиянияварьируемыхтехнологических параметров на качество получаемых сухих комбинированных продуктов.
На основе инструмента программы Statistica можно получить математические регрессионные модели, позволяющие с высокой степенью точности предсказывать качество получаемых сухих комбинированных продуктов.
Материалы и методы исследования
В ходе проведения исследований оценку качества смеси определяли при помощи коэффициента неоднородности V:. Для его определения находили концентрацию ключевого компонента в получаемой смеси методом ситового анализа проб (Шубин, Потемкин, Гурова, Кондратьев, 2014; Ивлева, Бушуева, Панова, 2014, с. 100; Лебедев, Зайцев, Петров, Капранова 2012, с. 119-121).
Методика
В ходе реализации поставленных задач использована методика определения
концентрации ключевого компонента в смеси с применением статистических методов обработки экспериментальных данных, разработанная ранее на кафедре «Технологическое проектирование пищевых производств» (Бородулин, Иванец, 2012, с. 178).
Порядок проведения эксперимента
По мере проведения исследований изменяли следующие технологические параметры: соотношение ингредиентов (долю ключевого компонента), подаваемых на винтовой лоток дополнительного рабочего органа в диапазоне 1:24 (доля ключевого компонента 0,04) - 1:5 (0,2), амплитуду колебания дебалансов А = 2,5-4,5 мм, частоту колебания дебалансов f = 16,67 - 33,33 Гц. Общее соотношение смешиваемых ингредиентов составляло - 1:200. При этом основной компонент делился на 2 части: 1-я часть, вместе с ключевым компонентом, подавалась шнековым дозатором на винтовой лоток дополнительного рабочего органа СНД вибрационного типа; 2-я-спиральным дозатором на второй и третий витки основного рабочего органа СНД вибрационного типа (Каталымов, Любартович, 1990, с. 240).
В Таблице 1 представлены шаги и интервалы варьирования факторов, влияющих на качество получаемой смеси.
Коэффициент неоднородности Ус находили по следующей формуле:
Таблица 1
Шаги и интервалы варьирования факторов, влияющих на качество получаемой смеси
Фактор и его обозначение
Верхний уровень
Нижний уровень
Центр плана
Интервал варьирования
Х1 - доля ключевого компонента подаваемого на 0,2
винтовой лоток дополнительного рабочего органа, d (1:5)
Х2 - амплитуда колебания дебалансов, А, мм 4,5
Х3 - частота колебания дебалансов, £ Гц 33,33
0,04 (1:24)
2,5 16,67
0,12 (1:7,5)
3,5 25
0,08 1
8,33
Таблица 2
Физико-механические свойства исследуемых сыпучих материалов
Материалы Размер частиц, мм Плотность р, кг/м3 Сыпучесть Q, кг/(м2*с)
Сахар-песок 0,04-0,08 1530-1630 250-470
Мука пшеничная хлебопекарная ВС 0,2-0,35 1360-1460 30-100
(1)
где:
n - количество проб, шт; mi - масса i-ой пробы, кг;
т - среднее арифметическое значение массы во всех n пробах, кг.
Материалы
Для определения качества смеси (Патент 2343457, 2009, бюл. 1; Евсеев, 2015, с. 139-147), получаемой на вибрационном СНД использовали модельную смесь, компоненты которой значительно отличаются по физико-механическим
характеристикам (представлены в Таблице 2): сахар-песок (ГОСТ 33222-2015) - мука пшеничная (хлебопекарная ВС ГОСТ Р 52189 - 2003).
Для обработки полученных экспериментальных данных использовали интегрированную систему комплексного статистического анализа «Statistica» (Kendall, Stuart, 1979; Боровиков, 1998).
Адекватность уравнения регрессии сравнивали с помощью относительной погрешности, которая рассчитывается по формуле:
ll/^набл _ успред|
Д=
успред
- х 100%
(2)
где:
Уснабл - наблюдаемые значения коэффициента
неоднородности, %; Успред - предсказанные значения коэффициента неоднородности, %.
Результаты исследования и их обсуждение
Варьируемые параметры в кодированном и натуральном виде и полученное качество смешивания, оцениваемое при помощи коэффициента неоднородности Vc представлены в Таблице 3.
Из Таблицы 3 видно, что разработанный вибрационный СНД при доле ключевого компонента подаваемого на винтовой лоток дополнительного рабочего органа равной 0,12, частоте - 33,33 Гц и амплитуде вибрации - 4,5 мм, при соотношении смешиваемых компонентов
- 1:7,5 позволяет получать смеси хорошего качества с коэффициентом неоднородности равном 5,62%. Смесь, имеющая коэффициент неоднородности равный 27,59%, получается при следующих значениях: доля ключевого компонента подаваемого на винтовой лоток дополнительного рабочего органа - 0,04, частота
- 16,67 Гц и амплитуда вибрации - 2,5 мм при соотношении смешиваемых компонентов - 1:24. Из этого следует, что чем выше частота колебаний и амплитуда вибрации в пределах исследуемого диапазона, тем качественнее получается готовая смесь.
Для лучшего восприятия полученных данных, используя интегрированную систему комплексного статистического анализа «Statistica» (Kendall, Stuart, 1979; Боровиков, 1998), представим графические зависимости коэффициента неоднородности от исследуемых технологических параметров для получаемой смеси.
Таблица 3
Варьируемые параметры и значения коэффициента неоднородности Vc
В кодированном виде В натуральном виде Коэффициент неоднородности
Х1 Х2 Х3 А А, мм £ Гц V:, %
0,2 2,5 16,67 22,66
0,04 2,5 16,67 27,59
0,12 2,5 16,67 20,35
0,2 4,5 16,67 16,00
1 1 0,04 4,5 16,67 22,99
0 1 0,12 4,5 16,67 13,79
-1 0 0,2 3,5 16,67 20,63
10 0,04 3,5 16,67 24,04
00 0,12 3,5 16,67 17,75
1 0,2 2,5 33,33 16,68
1 0,04 2,5 33,33 22,67
1 0,12 2,5 33,33 13,46
1 0,2 4,5 33,33 8,68
11 1 0,04 4,5 33,33 19,06
01 1 0,12 4,5 33,33 5,62
-1 0 1 0,2 3,5 33,33 13,57
10 1 0,04 3,5 33,33 19,51
00 1 0,12 3,5 33,33 9,26
0 0,2 2,5 25 18,45
0 0,04 2,5 25 23,78
0 0,12 2,5 25 16,09
0 0,2 4,5 25 11,51
11 0 0,04 4,5 25 19,61
01 0 0,12 4,5 25 7,69
-1 0 0 0,2 3,5 25 14,49
10 0 0,04 3,5 25 20,68
0 0 0 0,12 3,5 25 11,44
На Рисунке 1 представлен график зависимости коэффициента неоднородности от доли ключевого компонента на винтовом лотке дополнительного рабочего органа d и амплитуды колебаний А.
Из Рисунка 1 видно, что при амплитуде колебаний А = 4 мм и доле ключевого компонента d = 0,18 получается смесь наилучшего качества с коэффициентом неоднородности Ус = 10%. Уравнение регрессии (Жиляков, Перлов, Ревтова, 2004), описывающее данную графическую зависимость, имеет следующий вид:
где:
Ус - коэффициент неоднородности, %; d- доля ключевого компонента на винтовом лотке дополнительного рабочего органа; А - амплитуда колебания дебалансов, мм.
Из уравнения (3) видно, что наибольшее влияние на коэффициент неоднородности Ус оказывает доля ключевого компонента d, а наименьшее -амплитуда колебания А.
На Рисунке 2 представлен график зависимости коэффициента неоднородности от доли ключевого компонента d на винтовом лотке дополнительного рабочего органа и частоты колебаний £
Из Рисунка 2 видно, что при частоте колебаний f = 28,5 Гц и соотношении компонентов d = 0,18% получается смесь наилучшего качества с коэффициентом неоднородности Ус = 10%.
Уравнение регрессии (Жиляков, Перлов, Ревтова, 2004) для данной зависимости будет иметь следующий вид:
Ус = 31,289 - 39,764 ■ & - 0,382 ■ / (4) где f - частота колебаний, Гц.
Рисунок 1. График зависимости коэффициента неоднородности (Ус) от доли ключевого компонента на винтовом лотке дополнительного рабочего органа и амплитуды колебаний (А).
Рисунок 2. График зависимости коэффициента неоднородности (Ус) от доли ключевого компонента на винтовом лотке дополнительного рабочего органа и частоты колебаний
Из уравнения (4) видно, что доля ключевого компонента d в большей степени оказывает влияние на коэффициент неоднородности Ус, по отношению к частоте колебания £
На Рисунке 3 представлен график зависимости коэффициента неоднородности от амплитуды (А) и частоты колебаний
Из Рисунка 3 видно, что при амплитуде А = 4,05 мм и частоте колебаний f = 29 Гц получается смесь наилучшего качества с коэффициентом неоднородности Ус = 10%. Уравнение регрессии (Жиляков, Перлов, Ревтова, 2004) будет иметь следующий вид:
(5)
зависимость выходной переменной (Ус) от входных переменных А, Также значение коэффициента детерминации ^2 = 0,803) говорит о том, что построенная регрессия объясняет более 80% разброса значений переменной относительно среднего. Критерий Фишера имеет достаточное значение (Б = 15,36) чтобы утверждать об адекватности модели (Грачев, 2005, с. 296). Кроме того, уровень значимости равен 0 (р = 0),
Из данного уравнения следует, что на коэффициент неоднородности Ус в большей степени оказывает влияние амплитуда колебания А.
На заключительном этапе определили влияние всех трех исследуемых технологических параметров работывибрационногоСНДнакачествополучаемой смеси. Для этого был использован модуль «Общие регрессионные модели» в программе Statistica. В Таблице 4 представлены показатели качества подобранной модели регрессии.
Коэффициент множественной корреляции ^ = 0,896) близок к единице, что означает сильную
Рисунок 3. График зависимости коэффициента неоднородности (Ус) от амплитуды (А) и частоты колебаний
Таблица 4
Краткие сведения регрессионного анализа
Коэффициент множественной корреляции 0,896
Коэффициент детерминации ^2) 0,803
Скорректированный коэффициент детерминации (К2) 0,623
Критерий значимости (?) 15,363
Уровень значимости (р) 0
Стандартная ошибка оценки 3,979
Таблица 5
Результаты множественной регрессии
Beta Std. Err. B Std. Err. t(23) p-level
Свободный член 42,3292 3,97989 10,63578 0,000000
X1 - переменная d -0,472794 0,120307 -39,7639 10,11830 -3,92990 0,000669
X2 - переменная A -0,468830 0,120307 -3,1544 0,80946 -3,89695 0,000726
X3 - переменная f -0,473041 0,120307 -0,3821 0,09717 -3,93196 0,000666
что означает, что построенная регрессия высоко значима.
В Таблице 5 представлены результаты множественной регрессии, в которой находятся стандартные коэффициенты Beta и нестандартные B регрессионные коэффициенты (веса), их стандартные ошибки Std. Err. Beta и Std. Err.B и уровни значимости p-level, а так же t - критерий для проверки гипотезы о равенстве 0 свободного члена регрессии (Жиляков, Перлов, Ревтова, 2004; Бородулин, Иванец, 2012, с. 178; Бородулин, Невская, Киселев, Шлеленко, Потапова, 2016, с. 91100; Шилов, Сухоруков, Бакин, 2010; Бородулин, Будрик, Шулбаева, Шафрай, 2016, с. 84-90).
Из Таблицы 5 видно, что статистическая значимость (p-level) у всех коэффициентов равна 0, что говорит о высокой статистической значимости рассматриваемых коэффициентов.
Уравнение регрессии (Жиляков, Перлов, Ревтова, 2004), описывающие влияние всех трех технологических параметров работы вибрационного СНД, влияющих на качество получаемых смесей имеет следующий вид:
= 42,329 - 39,764d - ЗД54А - 0,382/
(6)
это подтверждает тот факт, что чем выше эти параметры (в исследуемом диапазоне), тем ниже будет коэффициент неоднородности Ус и выше качество получаемой смеси. Сравнение наблюдаемых и предсказанных значений представлено в Таблице 6.
Из Таблицы 6 видно, что среднее значение относительной погрешности составляет 9,7%, следовательно, регрессионную модель можно использовать для предсказания качества получаемой смеси, поскольку в инженерных расчетах допустимое значение составляет ±10% (Пустовалов, 2001).
Выводы
Определены рациональные технологические параметры работы нового вибрационного СНД, при которых достигается наилучшее качество получаемой смеси (Ус = 5,62%): амплитуда колебания А = 4,5 мм, рабочая частота колебания f = 33,33 Гц, при соотношении смешиваемых компонентов, подаваемых на первый виток дополнительного рабочего органа вибрационного СНД 1:7,5 (доля ключевого компонента 0,12).
Из уравнения (6) видно, что на качество получаемой смеси сильно влияет переменная d. Амплитуда А и частота колебаний f также оказывают влияние на коэффициент неоднородности Ус, но в гораздо меньшей степени. Причем все технологические параметры имеют отрицательные значения,
Выявлено, что на Ус при получении исследуемой модельной смеси в наибольшей степени оказывает влияние соотношение компонентов d, а в наименьшей амплитуда (в диапазоне А = 4.. .4,5 мм) и частота колебаний (в диапазоне f = 25.33,3 Гц). Так как на предприятиях соотношение компонентов,
Таблица 6
Сравнение наблюдаемых и предсказанных значений
№ Vc,% Наблюдаемые Vc,% Модельные Относительная погрешность %
1 22,66 20,54 10,31
2 27,59 26,52 4,04
3 20,35 22,68 10,25
4 16 14,54 10,02
5 22,99 20,90 9,97
6 13,79 14,37 4,04
7 20,63 17,54 17,59
8 24,04 23,37 2,89
9 17,75 19,52 9,07
10 16,68 15,21 9,66
11 22,67 21,18 7,03
12 13,46 16,34 17,63
13 8,68 8,21 5,70
14 19,06 17,58 8,42
15 5,62 6,47 13,14
16 13,57 12,21 11,14
17 19,51 17,57 11,02
18 9,26 12,83 27,82
19 18,45 17,38 6,17
20 23,78 23,35 1,82
21 16,09 19,32 16,70
22 11,51 11,38 1,17
23 19,61 17,74 10,54
24 7,69 10,01 23,18
25 14,49 14,38 0,78
26 20,68 20,20 2,37
27 11,44 12,64 9,49
как правило, по рецептуре неизменно, то для получения стабильно качественных смесей необходимо воздействовать именно на амплитуду и частоту колебания дебалансов, имеющих высокий уровень значимости.
Литература
Бальмонт Т.М., Гуюмджян П.П., Бальмонт Д.С. Разделение многокомпонентных смесей // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2008. Т. 10. № 3. С. 55-59.
Боровиков В.П. Популярное введение в программу
STATISTICA. М.: Компьютер Пресс, 1998. 267 с. Бородулин Д.М., Будрик В.Г., Шулбаева М.Т., Шафрай А.В. Определение рациональных
параметров работы барабанного смесителя на основе регрессионного анализа при получении сухой йогуртной основы // Техника и технология пищевых производств. 2016. Т. 41. № 2. С. 84-90.
Бородулин Д.М., Иванец В.Н. Развитие смесительного оборудования центробежного типа для получения сухих и увлажненных комбинированных продуктов: монография. КемТИПП: Кемерово, 2012. 178 с.
Бородулин Д.М., Невская Е.В., Киселев Д.И., Шлеленко Л.А., Потапова М.Н. Анализ функционирования центробежно-шнекового смесителя методом множественной регрессии при получении мучной хлебопекарной смеси для приготовления хлебобулочных изделий для питания спортсменов // Техника и технология пищевых производств. 2016. Т. 41. № 2. С. 91100.
Бородулин Д.М., Шушпанников А.Б., Войтикова Л.А. Исследование функционирования центробежного смесителя непрерывного действия методом множественного регрессионного анализа // Техника и технология пищевых производств. 2012. № 1. С. 48-54.
Вибрационный смеситель: патент 2626415 Российская Федерация, В01Б 11/00. № 2016149970 / Шушпанников А.Б., Зорина Т.В., Шушпанников Е.А., Шушпанникова А.С.; опубл. 27.07.2017, Бюл. № 21.
ГОСТ 33222-2015. Сахар белый. Технические условия.
ГОСТ Р 52189-2003. Мука пшеничная. Общие технические условия.
Грачев Ю.П., Плаксин Ю.М. Математические методы планирования экспериментов. М.: ДеЛиПринт, 2005. 296 с.
Евсеев А.В. Новый критерий оценки качества смесей сыпучих материалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Т. 11. № 1. С.139-147.
Жиляков Е.Г., Перлов Ю.М., Ревтова Е.П. Основы эконометрического анализа данных. Белгород: Издательство Белгрод, 2004. 102 с.
Ивлева И.А., Бушуева Н.П., Панова О.А. Технология материалов. Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2014.100 с.
Каталымов А.В., Любартович В.А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. Л.: Химия, 1990. 240 с.
Коробчук М.В., Веригин А.Н., Джангирян В.Г., Фадеев Д.В., Абдуллин И.А. Современное смесительное оборудование для приготовления многокомпонентных энергонасыщенных
композиций // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 4. С. 240-243.
Лебедев А.Е., Зайцев А.И., Петров А.Б., Капранова А.А. Метод определения коэффициента неоднородности смеси при взаимодействии разреженных потоков // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2012. Т. 55. № 11. С. 119-121.
Ляшенко В.С. Обзор и анализ смесителей сыпучих кормов // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2015. № 2(18). С. 56-60.
Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. 216 с.
Могильный М.П. Новые сырьевые компоненты для производства хлебобулочных и мучных кондитерских изделий (характеристика, использование). М.: ДеЛиПринт, 2006. 121 с.
Николаев В.Н., Фетисов Е.О., Зязев Е.В. Анализ вибрационных смесителей сыпучих кормов // Инновации, технологии, наука: 221 сб. статей международной научно-практической конференции. Самара: РИО МЦИИ «ОМЕГА САЙНС», 2015. Ч. 1. С. 100-104.
Пустовалов Г.Е. Погрешности измерений. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2001. 17 с.
Пушко В.А., Бойко И.Г. Перспективы применения смесительного оборудования вибрационного типа в условиях инновационного комбикормового производства // Вестник ВНИИМЖ. 2017. № 1(25). С. 78-82.
Способ определения качества смеси сыпучих материалов: патент 2343457 Российская Федерация, G01N 21/85. № 2007115024/28 / Ткачев А.Г., Баранов А.А., Меметов Н.Р., Пасько А.А., Пасько Т.В., Шубин И.Н., Блинов С.В., Авдеева А.В.; опубл. 10.01.2009, Бюл. № 1.
Шилов А.В., Сухоруков Д.В., Бакин И.А. Выбор рациональных параметров процесса приготовления мучных композитных смесей // Техника и технология пищевых производств. 2010. № 4(19). С. 72-76. Шубин И.Н., Потемкин Н.С., Гурова Т.В., Кондратьев
B.Ю. Методы анализа смесей сыпучих материалов // Ученые записки Тамбовского отделения РоСМУ. 2014. № 2. С. 283-287.
Шубин И.Н., Свиридов М.М., Таров В.П. Технологические машины и оборудование. Сыпучие материалы и их свойства. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2005. 76 с. Шушпанников А.Б., Бородулин Д.М., Злобин
C.В., Рокосов С.Ю. Особенности конструкций подъемных винтовых вибрационных смесителей непрерывного действия // Техника и технология пищевых производств. 2013. № 2(29). С. 102-106.
Шушпанников Е.А., Зорина Т.В., ШушпанниковаА.С. Анализ конструкций прямоточных винтовых вибрационных смесителей // Пищевые инновации и биотехнологии: материалы V Международной научной конференции. Кемерово: КемТИПП, 2017. С. 207-209. Ivanets V.N., Borodulin D.M., Shyshpannikov A.B., Sukhorukov D.V. Intensification of bulk material mixing in new designs of drum, vibratory and centrifugal mixers // Foods and raw materials. 2015. Vol. 3. No. 1. P. 62-69. Kendall M., Stuart A. The advanced theory of statistics inference and relationship. London: Rev Ed, 1979. 758 p.
doi: https://doi.org/10.36107/spfp.2019.73
Determination of Rational Parameters of Vibration Mixer Work when Receiving Dry Combined Products
Dmitry M. Borodulin
Kemerovo State University 6 Krasnaya Street, Kemerovo, Russian Federation, 650000 E-mail: borodulin_dmitri@list.ru
Tatiana V. Zorina
Kemerovo State University 6 Krasnaya Street, Kemerovo, Russian Federation, 650000 E-mail: tanya.kaznacheeva.92@mail.ru
Sergey S. Komarov
Kemerovo State University 6 Krasnaya Street, Kemerovo, Russian Federation, 650000 E-mail: komarov.tppp@yandex.ru
Gulnar F. Sakhabutdinova
Kemerovo State University 6 Krasnaya Street, Kemerovo, Russian Federation, 650000 E-mail: 89235202979@yandex.ru
Food is one of the major factors defining health of society. The healthy nutrition provides normal development of children, increase in working capacity, creates conditions for adequate adaptation of the person to the environment. At the same time the main attention is paid to quality of foodstuff. For receiving high-quality loose compositions at a ratio of components till 1:50, it is expedient to use the screw vertical vibration mixers of continuous action (MCA). In these mixing units the way of processing of bulks in the thin vibroboiling layers (20-50 mm) at the expense of the developed working body which is intensively vibroactivating disperse system that allows to reduce mixing time significantly is realized. Also mixers have good ability to smooth fluctuations of expenses of the entering material streams, allow to simplify process automation, to reduce pollution by dust emissions of the environment and production rooms, to improve working conditions and the culture of production, at the same time to increase labor productivity and to reduce metal consumption. The following parameters exert the greatest impact to the MCA on receiving qualitative mix in vibration: amplitude and working frequency of fluctuation of debalans and also a ratio of the mixed components. For determination of rational parameters of operation of the vibration mixer when receiving the dry combined products the full-factorial experiment. By means of the regression analysis the graphic dependences and the equations of regression showing influence of the studied parameters on quality of the received mixes were received. Check on adequacy showed that the average value of a relative error is 9.7%, therefore, the model can be used for prediction of quality of the received mix.
Keywords: mixing, consecutive dilution, regression analysis, regression equation, heterogeneity coefficient, relative error, quality of mix
References
Balmont T.M., Guyumdzhyan P.P., Balmont D.S. Razdelenie mnogokomponentnykh smesei [Separation of multicomponent mixtures]. Sovremennye naukoemkie tekhnologii. Regionalnoe prilozhenie [Modern high technologies. Regional supplement], 2008, vol. 10, no. 3, pp. 55-59.
Borovikov V.P. Populyarnoe vvedenie v programmu STATISTICA [Popular introduction to the STATISTICA program]. Moscow: Kompyuter Press, 1998.267 p.
Borodulin D.M., Nevskaya E.V., Kiselev D.I., Shlelenko L.A., Potapova M.N. Analiz funktsionirovaniya tsentrobezhno-shnekovogo smesitelya metodom mnozhestvennoi regressii pri poluchenii muchnoi khlebopekarnoi smesi dlya prigotovleniya khlebobulochnykh izdelii dlya pitaniya
sportsmenov [Analysis of functioning centrifugal the mixer by method of multiple regression when receiving flour baking mix for preparation of bakery products for food of athletes]. Tekhnika i tekhnologiya pishhevykh proizvodstv [Equipment and technology of food productions], 2016, vol. 41, no. 2, pp.91-100.
Borodulin D.M., Shushpannikov A.B., Voytikova L.A. Issledovanie funktsionirovaniya tsentrobezhnogo smesitelya nepreryvnogo deistviya metodom mnozhestvennogo regressionnogo analiza [Research of functioning of the centrifugal mixer of continuous action by method of the multiple regression analysis]. Tekhnika i tekhnologiya pishhevykh proizvodstv [Equipment and technology of food productions], 2012, no. 1, pp. 48-54.
Borodulin D.M., Budrik V.G., Shulbaeva M.T., Shafray A.V. Opredelenie ratsionalnykh parametrov raboty barabannogo smesitelya na osnove regressionnogo analiza pri poluchenii sukhoi iogurtnoi osnovy [Determination of rational operation parameters of the drum mixer on the basis of the regression analysis when receiving a dry yogurt basis]. Tekhnika i tekhnologiya pishhevykh proizvodstv [Equipment and technology of food productions], 2016, vol. 41, no. 2, pp. 84-90.
Borodulin D.M., Ivanets V.N. Razvitie smesitelnogo oborudovaniya tsentrobezhnogo tipa dlya polucheniya sukhikh i uvlazhnennykh kombinirovannykh produktov: monografiya [Development of the mixing equipment of centrifugal type for receiving the dry and humidified combined products: monograph]. Kemerovo: KEMTIPP, 2012. 178 p.
Vibratsionnyj smesitel [Vibration mixer]: Pat. 2626415 Russian Federation, V01F 11/00. No. 2016149970 / Shushpannikov A.B., Zorina T.V., Shushpannikov E.A., Shushpannikova A.S.; publ. 27.07.2017, Bull. No 21.
GOST 33222-2015. Sakhar belyj. Tekhnicheskie usloviya [White sugar. Specifications].
GOST R 52189-2003. Muka pshenichnaya. Obshhie tekhnicheskie usloviya [Flour. General specifications].
Grachev Yu.P., Plaksin Yu.M. Matematicheskie metody planirovaniya ehksperimentov [Mathematical methods of planning of experiments]. Moscow: DeLiPrint, 2005. 296 p.
Evseev A.V. Novyi kriterii otsenki kachestva smesei sypuchikh materialov [New criterion for evaluation of quality of mixes of bulks]. Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki [News of the Tula state university. Technical science], 2015, vol. 11, no. 1, pp. 139-147.
Zhilyakov E.G., Perlov Yu.M., Revtova E.P. Osnovy ehkonometricheskogo analiza dannykh [Bases of
the econometric analysis of data]. Belgorod: Publ. Belgrod, 2004. 102 p.
Ivleva I.A., Bushueva N.P., Panova O.A. Tekhnologiya materialov [Technology of materials]. Belgorod: BGTU im. V.G. Shukhov, 2014. 100 p.
Katalymov A.V., Lyubartovich V.A. Dozirovanie sypuchikh i vyazkikh materialov [Dispensing of loose and viscous materials]. Leningrad: Khimiya, 1990.240 p.
Korobchuk M.V., Verigin A.N., Dzhangiryan V.G., Fadeev D.V., Abdullin I.A. Sovremennoe smesitelnoe oborudovanie dlya prigotovleniya mnogokomponentnykh energonasyshchennykh kompozitsii [Modern mixing equipment for preparation of multicomponent power saturated compositions]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Kazan technological university], 2013, vol. 16, no. 14, pp. 240-243.
Lebedev A.E., Zaytsev A.I., Petrov A.B., Kapranova A.A. Metod opredeleniya koeffitsienta neodnorodnosti smesi pri vzaimodeistvii razrezhennykh potokov [Method of determination of coefficient of inhomogeneity of mix in interaction of the rarefied streams]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenij. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya [News of higher educational institutions. Chemistry and chemical technology], 2012, vol. 55, no. 11, pp. 119-121.
Lyashenko V.S. Obzor i analiz smesitelei sypuchikh kormov [Review and analysis of mixers of loose forages]. Vestnik Omskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Omsk state agricultural university], 2015, no. 2(18), pp. 56-60.
Makarov Yu.I. Apparaty dlya smesheniya sypuchikh materialov [Devices for mixture of bulks]. Moscow: Mashinostroenie, 1973. 216 p.
Mogilnyj M.P. Novye syrevye komponenty dlya proizvodstva khlebobulochnykh i muchnykh konditerskikh izdelij (kharakteristika, ispolzovanie) [New input products for production of bakery and flour confectionery (characteristic, use)]. Moscow: DeLiPrint, 2006. 121 p.
Nikolaev V.N., Fetisov E.O., Zyazev E.V. Analiz vibratsionnykh smesitelei sypuchikh kormov [Analysis of vibration mixers of loose forages]. Innovatsii, tekhnologii, nauka: 221 sb. statej mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj
konferentsii [Innovations, technologies, science: 221st collection of articles of the international scientific and practical conference]. Samara: RIO MTsII "SAYNS OMEGA", 2015, vol. 1, pp. 100-104.
Pustovalov G.E. Pogreshnosti izmerenij [Errors of measurements]. Moscow: MGU im. M.V. Lomonosova, 2001. 17 p.
Pushko V.A., Boyko I.G. Perspektivy primeneniya smesitelnogo oborudovaniya vibratsionnogo tipa
v usloviyakh innovatsionnogo kombikormovogo proizvodstva [The prospects of use of the mixing equipment of vibration type in the conditions of innovative formula-feed production]. Vestnik VNIIMZh [Bulletin of VNIIMZh], 2017, no. 1(25), pp. 78-82.
Sposob opredeleniya kachestva smesi sypuchikh materialov [Way of determination of quality of mix of bulks]: Pat. 2343457 Russian Federation, G01N 21/85. No. 2007115024/28 / Tkachev A.G., Baranov A.A., Memetov N.R., Pasko A.A., Pasko T.V., Shubin I.N., Blinov S.V., Avdeeva A.V.; publ. 10.01.2009, Bull. No. 1.
Shilov A.V., Sukhorukov D.V., Bakin I.A. Vybor ratsionalnykh parametrov protsessa prigotovleniya muchnykh kompozitnykh smesei [Choice of rational parameters of process of preparation of flour composite mixes]. Tekhnika i tekhnologiya pishhevykh proizvodstv [Equipment and technology of food production], 2010, no. 4(19), pp. 72-76.
Shubin I.N., Potemkin N.S., Gurova T.V., Kondratyev V.Yu. Metody analiza smesei sypuchikh materialov [Methods of the analysis of mixes of bulks]. Uchenye zapiski Tambovskogo otdeleniya RoSMU [Scientific notes of the Tambov office of RoSMU], 2014, no. 2, pp. 283-287.
ShubinI.N.,SviridovM.M.,TarovV.P.Tekhnologicheskie mashiny i oborudovanie. Sypuchie materialy i ikh
svojstva [Technological machines and equipment. Bulks and their properties]. Tambov: Publ. TGTU, 2005.76 p.
Shushpannikov A.B., Borodulin D.M., Zlobin S.V., Rokosov S.Yu. Osobennosti konstruktsii podemnykh vintovykh vibratsionnykh smesitelei nepreryvnogo deistviya [Features of designs of lifting screw vibration mixers of continuous action]. Tekhnika i tekhnologiya pishhevykh proizvodstv [Equipment and technology of food production], 2013, no. 2(29), pp. 102-106.
Shushpannikov E.A., Zorina T.V., Shushpannikova A.S. Analiz konstruktsii pryamotochnykh vintovykh vibratsionnykh smesitelei [Analysis of designs of direct-flow screw vibration mixers]. Pishhevye innovatsii i biotekhnologii: materialy V Mezhdunarodnoj nauchnoj konferentsii [Food innovations and biotechnologies: materials of the Vth International scientific conference]. Kemerovo: KemTIPP, 2017, pp. 207-209.
Ivanets V.N., Borodulin D.M., Shyshpannikov A.B., Sukhorukov D.V. Intensification of bulk material mixing in new designs of drum, vibratory and centrifugal mixers. Foods and raw materials, 2015, vol. 3, no. 1, pp. 62-69.
Kendall M., Stuart A. The advanced theory of statistics inference and relationship. London: Rev Ed, 1979. 758 p.
