CC BY
34
опускаются относительно стоек 12 до упора горловины банок о резиновое кольцо, установленное в основании конического захвата 15 для предотвращения механического боя банок. После фиксации горловины банок в конических захватах планки, перемещаясь относительно втулки 13 назад, подталкивают банки до касания их боковой стенкой упора 20, прикрепленного к стойкам 12, банки фиксируются в этом положении, после чего механизм для слива воды из банок поворачивается вокруг шарнира 19 на 180°, при этом через отверстия в основании конического захвата вода из банок стекает и собирается в сборнике 17. После этого механизм для слива воды из банок поворачивается обратно вокруг шарнира 19, банки устанавливаются на отводящий транспортер 3 и выводятся из устройства. Далее процесс повторяется в непрерывном режиме.
Устройство обеспечивает поточность, экономию тепловой энергии, увеличивает производительность, обеспечивает повышение начальной среднеобъемной
температуры продукта, сокращая продолжительность тепловой стерилизации консервов и способствуя повышению качества готовой продукции. На основании проведенных исследований разработаны новые способы стерилизации консервов.
Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сборник технологических инструкций по производству консервов. Т. 2. - М.: Пищевая пром-сть, 1977.
2. Флауменбаум Б.Л. Основы консервирования пищевых продуктов. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982.
3. Пат. 2376907 РФ, МПК А 23 Ь 3/04. Устройство для подогрева плодов и овощей в таре / М.Э. Ахмедов, Т.А. Исмаилов // БИПМ. - 2009. - № 36.
Поступила 10.11.10 г.
NEW WAY OF INTENSIFICATION THE THERMAL STERILIZATION OF CANNED FOOD AND THE DEVICE FOR ITS REALIZATION
T.A. ISMAILOV, M.E. AKHMEDOV, A.F. DEMIROVA, N.M. AKHMEDOV
Daghestan State Technical University,
70, Imam Shamilprosp., Mahachkala, 367015;ph.: (8722) 62-37-61, fax: (8722) 62-37-97, e-mail: dstu@dstu.ru
Results of researches of preliminary heating of fruits and vegetables in jars by the hot water, promoting essential increase initial average volume temperatures of canned food before sterilization are presented. The design and a principle of work of the device for preliminary heating of fruits and vegetables in jars by hot water are described.
Key words: sterilization of canned food, average volume product temperature, sterilization duration, preliminary heating of fruits.
664.72
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БАРАБАННОГО АППАРАТА ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СЕГРЕГИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
О.О. ИВАНОВ, А.Н. КУДИ, В.Н. ДОЛГУНИН, Ю.В. ШАРЫЙ
Тамбовский государственный технический университет,
392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106; факс: (4752) 63-10-19, электронная почта: ioo_c4@rambler.ru
Изложены результаты экспериментального исследования реализации принципов управления сегрегированными потоками зернистых материалов для повышения эффективности и расширения функциональных возможностей барабанного тепломассообменного аппарата. Установлено, что использование названных принципов обеспечивает превращение аппарата в многофункциональный технологический модуль для организации гидромеханических (разделения, смешения) и тепломассообменных процессов с управлением временем обработки неоднородных частиц.
Ключевые слова: зернистый материал, сегрегация, сегрегированные потоки, управление сегрегированными потоками.
Наиболее общими и значимыми среди негативных К основньш негаттньш последствиям сегрегации
факторов, сопровождающих процессы переработки относятся снижение качества продукции и технологи-
сыпучих материал°в в пищевой промышленн°сти ческие проблемы переработки неоднородных сыпучих
(зерн°, крупы, бобы, гранулированные пищевые про- материалов [1]. Использование различных методов и
дукты и т. п.), являются эффекты сегрегации [1]. Сегре-■' ' г технических средств, снижающих склонность мате-
гация заключается в нарушении ранее достигнутого
равновесного распределения неоднородных частиц в рталот к сегрегации иёи разрушающих сегрегирован-
смеси вследствие их взаимодействия и встречного пе- ные явЛяется ЗатратНым и не приводит к ради-
ремещения. кальному решению проблем [1].
Вместе с тем, анализ литературных источников [2] показывает, что технологические аспекты сегрегации многообразны и не могут быть оценены однозначно как негативные. Даже в рамках одного технологического процесса у одного и того же эффекта сегрегации могут быть обнаружены и негативные, и позитивные аспекты влияния на процесс [2]. Это обусловливает возможность гибкого технологического использования эффектов сегрегации путем управления сегрегированными потоками неоднородных зернистых материалов в рабочих объемах технологического оборудования [3].
В настоящей работе управление сегрегированными потоками как принцип организации процессов и совершенствования оборудования для переработки зернистых материалов реализуется на базе барабанного тепломассообменного аппарата с периферийной насадкой.
В барабанном аппарате при движении сыпучего материала от загрузочного к разгрузочному торцу барабана в его поперечном сечении циклически возникают быстрые сдвиговые [2] гравитационные течения частиц, которые сопровождаются интенсивно протекающими эффектами сегрегации.
В результате в засыпке материала над лопастями в нижней части барабана образуется сегрегированный поток частиц, который вблизи открытой поверхности засыпки обогащен крупными и менее плотными частицами, а у основания - более мелкими и плотными частицами. Вследствие этого лопасть заполняется первоначально крупными и менее плотными частицами с открытой поверхности сегрегированного потока и затем более мелкими и более плотными частицами из глубинных его слоев. В результате в подъемной части барабана с лопастей ссыпаются преимущественно мелкие и более плотные частицы, а в опускной - крупные и менее плотные частицы.
Наблюдаемая взаимосвязь потоков засыпки и завесы настолько тесная, что их совокупность следует рассматривать как единый сегрегированный поток, содержащий две сегрегированные части, одна из которых перемещается по внешнему (большому) контуру, пролегающему через падающий слой в опускной части барабана, а другая - по внутреннему (малому) контуру циркуляции, пролегающему через падающий слой в подъемной части барабана.
Управление названными сегрегированными потоками организовано с использованием системы отклоняющих элементов, установленных неподвижно в горизонтальной плоскости параллельными рядами симметрично относительно продольной оси барабана. Отклоняющие элементы выполнены в виде воронок с наклонными течками, имеющими возможность изменения направления их наклона. Такое устройство отклоняющих элементов обеспечивает гибкое полнопоточное управление сегрегированными потоками не только в осевом, но и радиальном направлениях. Это создает предпосылки для целенаправленного воздействия на структуру любой из неоднородных частей потока в направлении изменения интенсивности ее вытеснения или перемешивания. Очевидно, что при достаточной эффективности такого воздействия возможно существенное расширение функциональных свойств аппарата
Рис. 1
с приданием ему дополнительных функций сепаратора, смесителя и тепломассообменного устройства с регулируемым временем обработки неоднородных компонентов дисперсной твердой фазы.
С целью оценки эффективности такого аппарата создана экспериментальная установка (рис. 1). Установка состоит из барабана 1 диаметром 0,3 м и длиной 1,2 м, связанного с приводом 5, обеспечивающим его вращение с регулируемой скоростью. На внутренней поверхности барабана закреплены Г-образные лопасти 2. В центральной части барабана установлено загрузочное устройство 7 для подачи смеси на разделение, которое выполнено в виде отрезка спиралеобразного полого шнека. По торцам барабана установлены камеры 6, имеющие необходимые загрузочно-разгрузочные штуцера для ввода компонентов смеси и выгрузки смеси и продуктов разделения. Для подачи компонентов на смешение и смеси на сепарацию установка снабжена дозаторами 8 и 9. В центральной части барабана осесимметрично с ним установлена насадка 3, предназначенная для управления сегрегированными потоками, содержащая установленные рядами воронки с поворотными наклонными течками. Между рядами воронок закреплена поворотная пластина 4, предназначенная для регулирования соотношения попадающих в них потоков частиц.
Путем управления направлением потоков частиц, падающих в подъемной и опускной частях барабана, в аппарате организованы процессы: приготовления смеси трудно смешиваемых компонентов (горох - овес), сепарации трудно разделяемой смеси (ячмень - овсюг), сушки и термовлажностной обработки материалов с дифференциацией времени обработки неоднородных компонентов смеси (ячмень - овес). Эффективность функционирования аппарата исследована методом отбора проб.
Отбор проб в непрерывном режиме организации процессов осуществлялся в течение фиксированных промежутков времени полным потоком на выходе из аппарата, начиная с момента заполнения барабана. При организации процесса смешения в периодическом режиме оценка однородности смеси осуществлялась по длине аппарата с использованием пробоотборного короба, позволявшего размещать в нем одну из подъемных лопастей барабана.
Исследование процесса смешения проведено при его организации в периодическом и непрерывном ре-
жимах. Оценку эффективности осуществляли путем сравнения динамики изменения коэффициента вариации в аппаратах с управлением и без управления сегрегированными потоками. Коэффициент вариации определяли как среднеквадратичное отклонение концентрации целевого компонента в пробах, выраженное в процентах по отношению к средней его концентрации
[4].
При организации процесса смешения отклоняющие элементы насадки, управляющей сегрегированными потоками, ориентировались таким образом, чтобы сообщать потокам знакопеременные импульсы, ориентированные преимущественно вдоль оси барабана.
Результаты свидетельствуют о достаточно высокой интенсивности процесса смешения даже при относительно низких значениях скоростей вращения барабана (Рг = 0,05.. .0,07) и большой относительной его длине ^/Б = 4). Коэффициент вариации для момента времени 540 с составил 7,5%. В отсутствие же насадки, управляющей сегрегированными потоками, процесс перемешивания протекает чрезвычайно медленно.
Результаты исследования в нестационарной фазе процессов непрерывного смешения с управлением и без управления сегрегированными потоками представлены на рис. 2 в виде зависимостей, отражающих изменение концентрации смеси при выходе аппарата на режим при наличии управляющей насадки (зависимость 1) и при ее отсутствии (зависимость 2). Полученные результаты показывают, что коэффициент вариации для зависимости 1 равен 2,98%, а для зависимости 2 19,62%.
Таким образом, управление потоками неоднородных частиц путем сообщения им сбалансированных знакопеременных продольных импульсов позволяет не только существенно повысить качество смеси, но и значительно сократить период выхода аппарата на стационарный режим.
При организации процесса сепарации традиционно трудно разделяемой зерновой смеси ячмень - овсюг отклоняющие элементы устройства для управления сегрегированными потоками устанавливались таким образом, чтобы усилить встречные сегрегированные потоки к противоположным торцам барабана при загрузке исходной смеси в его центральную часть. Исследование проведено при производительности 150 кг • ч-1
0,6 - *
0,0 Н-------------1------------1-----------1-----------1-----------1
300 340 380 420 460 500
т,с
Рис. 2
по исходной смеси с концентрацией овсюга около 100 кг-1.
На рис. 3 показана динамика изменения концентрации примеси (овсюга) в целевом продукте (кривая 1) и в загрязненной фракции (кривая 2). Результаты свидетельствуют, что аппарат обеспечивает практически полное извлечение примеси с выходом целевой фракции около 80% при времени выхода на стационарный режим около 120 с. Кроме того, параллельно с процессом сепарации в аппарате осуществляется калибровка зерна по массе. Масса 1000 зерен в чистом продукте составляет 47 г, а в загрязненной фракции - 44 г.
Для достижения необходимого эффекта управления временем обработки неоднородных частиц в тепломассообменном аппарате течки отклоняющих элементов управляющей насадки ориентировались таким образом, чтобы сообщить дополнительный избыточный импульс в направлении выгрузки той части сегрегированного потока, частицы которой должны перемещаться с меньшим временем пребывания. Время пребывания варьировалось путем изменения величины импульса.
Исследование технологических возможностей устройства, управляющего временем пребывания неоднородных частиц в рабочем объеме аппарата, проведено методом импульсного ввода индикатора. С целью снижения погрешности и повышения результативности эксперимента осуществляли одновременный (параллельный) ввод индикаторов в технологический поток по каждому из компонентов зерновой смеси овес - ячмень. Индикаторами служили компоненты смеси аналогичные ей по свойствам, но отличающиеся по цвету. Объемы доз индикаторов составляли 1000 зерен.
Методика проведения эксперимента заключалась в следующем. После загрузки барабана и выхода установки на стационарный режим одновременно с вводом доз индикаторов начинался непрерывный отбор проб материала на выходе из барабана, объем которых формировался полным потоком в течение каждых 10 с. Пробы анализировали на поштучное содержание в них частиц индикаторов после выделения последних из проб визуальным методом. По результатам анализа строили кривые распределения частиц компонентов по времени пребывания (кривые отклика).
При исследовании технологических возможностей предлагаемого способа и устройства для управления временем обработки неоднородных частиц учитывали
400 у 300 и200
100 0
0 20 40 60 80 100 120
т, с
Рис. 3
Рис. 4
различные тепломассообменные свойства овса и ячменя. С учетом различия этих свойств и вследствие более высокого внутридиффузионного сопротивления влаго-переносу зерен ячменя, технологической задачей управления было установление такого соотношения времени обработки неоднородных частиц, при котором достигается требуемая однородность их обработки. Из этого следует, что время пребывания зерен овса в аппарате должно быть уменьшено в отношении ко времени пребывания зерен ячменя.
С целью сравнительной оценки эффективности использования устройства для управления временем обработки неоднородных частиц было проведено исследование распределения времени пребывания частиц компонентов смеси в аппарате с управлением (кривые 1)и без управления (кривые 2) сегрегированными частями технологического потока (рис. 4), т. е. при нулевой величине избыточного импульса, воздействующего на поток, обогащенный овсом.
В соответствии с приведенными данными среднее время пребывания зерен овса в отношении к таковому для зерен ячменя может быть уменьшено почти в два раза, что свидетельствует о достаточно высокой эффективности устройства.
Таким образом, использование принципа управления сегрегированными потоками зернистого материала позволяет не только устранить негативные последствия сегрегации, но и организовать высокоэффективные гидромеханические и тепломассообменные процессы. Достигнутые эффекты управления сегрегированными потоками в барабанном аппарате способствуют его превращению в гибкий многофункциональный технологический модуль для комплексной переработки зернистых материалов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальный исследований (грант № 09-08-97521).
ЛИТЕРАТУРА
1. Bates L. User Guide to Segregation. - British Materials Handling Board, Elsinore house, United Kingdom, 1997. - 134 p.
2. Долгунин B.H., Уколов A.A. Сегрегация в зернистых средах: явление и его технологическое применение. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. - 180 с.
3. Dolgunin V.N., Ivanov O.O., Klimov A.M, Ukolov A.A. Operating the segregated flows of particulate materials as a principle of technological process organization // 10th International Chemical and Biological Engineering Conference. - Braga, Portugal, 2008. - Full text of paper in CD.
4. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. - М.: Машиностроение, 1973. - 216 с.
Поступила 28.10.10 г.
INCREASE OF EFFICIENCY OF DRUMMER HEAT-MASS TRANSFER APPARATUS BY OPERATING THE SEGREGATED FLOWS OF PARTICULATE SOLIDS
V.N. DOLGUNIN, O.O. IVANOV, A.N. KUDY, YU.V. SHARY
Tambov State Technical University,
106, Sovetskaya st., Tambov, 392000; fax: (4752) 63-10-19, e-mail: ioo_c4@rambler.ru
The results of an experimental research on the principles of the segregated flow operation during the particulate solids treatment in a drummer heat-mass transfer apparatus is discussed. It was found out, that these principles provide the efficiency increase and functional possibilities enlarge of the apparatus and its transforming into a multifunctional technological modul for the hydromechanical (separation, mixing) and heat-mass transfer process organization with operating the time treatment of nonuniform particles.
Key words: particulate solids, segregation, segregated flows, segregated flows operation,
