CC BY
44
FLOW OF PRODUCTS OF PLANT RA WMATERLAL TREATMENT IN PROCESSING EQUIPMENT
V.A. ARET, D.A. VASILYEV, E.A. MOROZOV, F.V. PELENKO, V.V. PELENKO
Saint-Petersburg State University of Refrigeration and Food Engineering,
9, Lomonosova st., Saint-Petersburg, 191002; ph./fax: (812) 315-36-17, (812) 315-52-34, e-mail: refr@sarft.spb.ru
Some problems related to implementation of zero-discharge treatment technology principle are considered. A qualitative model and the results of the root vegetable suspension flow research are presented. The obtained data allow to design interoperational pipeline networks for the utilization of abrasive potato treatment discharge. It’s shown that the hydrodynamical theory of absolute expellers can’t be used in the designing of worm supercharger for pressing juice out of fruit or berry raw material. The tribological model is suggested instead.
Key words: zero-discharge treatment technology, root vegetable suspension, juice pressing.
637.8; 532.137
ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАЦИОННОГО МЕТОДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА СВЕРТЫВАНИЯ МОЛОКА
А.В. ШИЛОВ ‘, А.Н. ПИРОГОВ ‘, А.А. ЛЕОНОВ2
1Кемеровский технологический институт пищевой промышленности,
650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47; факс: (384-2)73-40-07, электронная почта: office@Kemtipp.ru 2Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт,
650003, г. Кемерово, ул. Марковцева, 5; тел.: (384-2)73-51-17, электронная почта: tmrm@ksai.ru
Разработана конструкция нового реометра для контроля процесса свертывания молока, реализующего метод вибрационной вискозиметрии. Приведено описание реометра, методики контроля, а также результаты исследований влияния определяющих параметров метода вибрационной вискозиметрии на вид получаемой реограммы свертывания молока. Ключевые слова: реометр, вибрационная вискозиметрия, реограмма свертывания молока.
При производстве сыров значительное влияние на конечное качество продукта оказывает режим протекания процесса формирования кислотно-сычужного сгустка. Важную роль в этом процессе играет своевременное разрезание кислотно-сычужного сгустка непосредственно по окончании стадии флокуляции. В случае ошибки и более поздней разрезки сгустка поверхностные слои зерен сильно уплотняются и задерживают в порах сыворотку, поэтому в сырной массе остается повышенное количество воды, что неблагоприятно отражается на качестве готового продукта. При разрезке сгустка до его готовности в сыворотку переходит большое количество белка и жира, что уменьшает выход сыра. Недостаток в сырной массе воды отрицательно влияет на биохимические процессы при созревании продукта и в итоге на его качество.
На большинстве предприятий молочной промышленности, особенно небольших, для определения готовности кислотно-сычужного сгустка к разрезанию применяют метод надрезки поверхности шпателем и визуальной оценки оператором характера краев надре -за и вида выделяющейся при этом сыворотки. Этот способ не всегда дает надежные результаты в силу того, что на точность определения момента готовности сгустка к разрезанию оказывают влияние следующие факторы: особенности восприятия оператора, степень его подготовленности, опыт работы, особенности технологии, колебания биохимического состава сырья, физические условия протекания процесса и т. п.
Известен также ряд инструментальных методов, основанных на изменении светопропускания молока, вращении рифленого цилиндра и др. [1, 2]. Все рассмотренные методы имеют существенные недостатки и недостаточно полно технически оформлены, что затрудняет их практическое применение на предприятиях молочной промышленности. Существует необходимость в разработке новых методов и приборов для контроля протекания процесса формирования кислотно-сычужного сгустка.
Цель настоящего исследования - разработка реометра с использованием метода возвратно-поступательных колебаний тела в жидкости (вибрационного метода) и методики контроля с его помощью сычужного свертывания молока.
Суть метода состоит в следующем. Рабочий орган шаровидной формы (далее - шар) помещается непосредственно в рабочую ванну сыроизготовителя. В процессе измерения шар совершает возвратно-поступательные колебания, амплитуда которых зависит от свойств образующегося сгустка. При движении шара среда оказывает сопротивление движению, замеряемое силоизмерителем, сигнал которого поступает на вторичный блок для обработки.
Для реализации предлагаемого метода контроля в КемТИПП разработан и изготовлен реометр Сгусток-4, реализующий возвратно-поступательное движение шара.
Рис. 1
Схема реометра представлена на рис. 1. Реометр имеет основание 1, закрепленное на кронштейне (условно не показан). К основанию 1 крепится центральная втулка 2, в которой установлены направляющие і. В направляющих 3 поступательно перемещается полый шток 4, на его нижнем конце расположен кронштейн 5, к которому прикреплен верхний конец калиброванной цилиндрической пружины б, другой ее конец при помощи кронштейна 7 прикреплен соосно к стержню 8, на нижний конец которого навинчен полый шар 9.
На верхнем конце центральной втулки 2 на пластине 10 установлен мотор-редуктор 11, на валу которого зафиксирован кривошипно-шатунный механизм 12, соединенный с полым штоком 5. Линейное перемещение шара 9 посредством гибкой связи 13 передается оптическому измерительному устройству 14, которое преобразует его в электрический сигнал для передачи в модуль управления. Общее передаточное отношение измерительной передачи составляет 1 : 40. Вся система закрыта корпусом 15, установленным на основании 1.
Реометр работает следующим образом. При помощи кронштейна (на рисунке условно не показан) реометр крепится строго вертикально на стенке термоста-тируемой технологической ванны таким образом, чтобы шар 9 погрузился в исследуемую среду на глубину 10 мм (контролируется по риске на стержне 8).
На панели управления (на рисунке условно не показана) включают тумблер «Сеть». При этом напряжение подается на мотор-редуктор 11, выходной вал которого
Время свертывания, мин
Рис. 2
приводит во вращение кривошипно-шатунный механизм 12 с постоянной угловой скоростью, который в свою очередь передает возвратно-поступательное движение полому штоку 4. От полого штока 4 через калиброванную цилиндрическую пружину 6 эти колебания передаются с частотой 5 Гц полому шару 9, погруженному в исследуемую среду
В начале процесса измерения молоко находится в жидком состоянии и не оказывает сопротивления перемещению шара 9. По мере упрочнения кислотно-сычужного сгустка сопротивление движению шара 9 будет нарастать, что приведет к уменьшению амплитуды его линейных перемещений, которое будет зафиксировано оптическим измерительным устройством 14 и передано на блок регистрации и обработки результатов измерений.
По мере упрочнения сгустка перемещение шара 9 будет уменьшаться, и в момент готовности кислотно-сычужного сгустка к разрезанию показания реометра в течение дальнейших измерений становятся неизменными. Цикл измерения окончен.
Следует отметить, что кривошипно-шатунный механизм позволяет варьировать амплитуду колебаний шара в зависимости от вида вырабатываемого сыра, т. е. от конечной прочности сгустка. Нами исследовано влияние размера шара и жесткости силоизмерителя на получение достоверной реограммы образования кислотно-сычужного сгустка. В качестве модели технологической ванны для исключения влияния стенок на результаты исследований была использована емкость объемом 1л с термостатирующей рубашкой, в которую погружали измерительный шар. Все исследования проведены при температуре 32°С в трех повторностях.
Количество фермента, закваски и хлористого кальция, вносимых в ванну, соответствовало рецептуре и технологии производства мягких кислотно-сычужных сыров и оставалось одинаковым во всех опытах.
Размеры рабочего шара выбирали из ряда: 30; 60; 90 х 10 3 м. При исследовании влияния размера шара использовали силоизмеритель средней жесткости с диаметром проволоки 2 х 10 3 м.
Реограммы свертывания молока, полученные с использованием изготовленных рабочих шаров, представлены на рис. 2. Анализ свидетельствует, что при использовании шара с диаметром 90 мм (реограмма 1)
Время свертывания, мин
Рис. 3
после окончания индукционного периода кривая круто поднимается вверх. Ближе к середине фазы интенсивной коагуляции угол подъема кривой начинает уменьшаться, а затем кривая идет вниз. Следует отметить, что выход на максимум происходит раньше, чем наступает момент готовности кислотно-сычужного сгустка к разрезанию. Такое поведение кривой объясняется тем, что при движении шара значительного диаметра в среде упрочняющегося кислотно-сычужного сгустка в некоторый момент времени начинает происходить значительное разрушение контактирующих слоев сгустка. Выделяющаяся при этом сыворотка препятствует плотному контакту шара с контролируемой средой, что вызывает падение показаний реометра и не позволяет получить достоверную реограмму свертывания молока. Кроме того, по мере увеличения размеров шара растет статическая ошибка, вносимая архимедовой силой, что также снижает точность измерения.
При использовании шара с диаметром 60 мм (рео-грамма 2) удалось получить реограмму, отражающую кинетику образования кислотно-сычужного сгустка. На реограмме легко выделить все основные фазы свертывания молока: индукционный период (участок 'В), фаза флокуляции (участок ВС), фаза метастабильного равновесия (участок СВ), стадия синерезиса (участок ВЕ). Готовность кислотно-сычужного сгустка к разрезанию наступает по окончании фазы флокуляции (точка С), которая легко определяется на получаемой реограмме. Сравнительный анализ реограммы 2 с результатами исследований других авторов [3, 4] позволяет заключить, что получаемая реограмма адекватно и с достаточной степенью точности описывает процесс изменения прочности кислотно-сычужного сгустка при свертывании молока.
При использовании шара с диаметром 30 мм (реограмма 3) получаемая реограмма неадекватно отражает ход процесса свертывания молока, так как имеет запоздалый выход на участок флокуляции, кроме того на реограмме наблюдаются скачкообразные изменения показаний прибора. Такой вид реограммы объясняется тем, что при уменьшении размера шара уменьшается сила сопротивления движению шара и его амплитуда по мере нарастания прочности сгустка меняется незначительно, что в свою очередь приводит к критическому падению точности измерений.
Для определения влияния жесткости силоизмери-теля на вид получаемой реограммы были исследованы силоизмерители, имеющие следующие геометрические параметры: количество витков - 10; средний диаметр - 30 • 10 3 м; диаметр стальной проволоки был взят из ряда: 1,0; 2,0 и 3,0 • 10 3 м.
Реограммы сычужного свертывания молока, полученные с использованием изготовленных силоизмери-телей, представлены на рис. 3. При использовании си-лоизмерителя с диаметром проволоки 1,0 • 10 3 м (реограмма 1) после окончания индукционного периода кривая круто поднимается вверх. Ближе к концу фазы интенсивной коагуляции угол подъема кривой начинает возрастать, а затем через некоторое время достигает 90°. Изменение угла подъема кривой объясняется тем, что из-за недостаточной жесткости силоизмерите-ля амплитуда колебаний шара к концу фазы флокуляции приближается к нулю, и через некоторое время шар полностью останавливается. Причем остановка шара происходит до наступления момента готовности кислотно-сычужного сгустка к разрезанию.
При использовании силоизмерителя с диаметром проволоки 2,0 • 10 3 м (реограмма 2) получили реограмму идентичную реограмме 2 на рис. 2, так как использовался тот же набор определяющих параметров реометра.
При использовании силоизмерителя с диаметром проволоки 3,0 • 10 3 м (реограмма 3) установлено, что силоизмеритель имеет избыточную жесткость, так как реограмма имеет запоздалый выход на участок флокуляции; кроме того, малый угол подъема в сравнении с кривой 2 на стадии интенсивной коагуляции кислотно-сычужного сгустка. Ближе к концу фазы интенсивной коагуляции кислотно-сычужного сгустка угол подъема кривой начинает уменьшаться, а затем через некоторое время, достигнув максимума, плавно снижается. Уменьшение показаний прибора в конце фазы флокуляции объясняется значительным разрушением структуры кислотно-сычужного сгустка из-за избыточной жесткости силоизмерителя.
На основании выполненных исследований можно сделать вывод, что методом возвратно-поступательного движения полого шара возможно получить реограмму образования кислотно-сычужного сгустка, адекватно описывающую процесс его формирования. Реометр, реализующий рассмотренный метод, возможно применять для контроля готовности кислотно-сычужного сгустка к разрезанию. При этом целесообразно использовать шар диаметром 60 мм и цилиндрическую калиброванную пружину с диаметром проволоки 2,0 • 10 3 м в качестве силоизмерителя.
ЛИТЕРАТУРА
1. Крусь Г.Н., Кулешова И.М., Дунченко Н.И. Технология сыра и других молочных продуктов. - М.: Колос, 1992. - 320 с.
2. Пирогов А.Н., Леонов А.А. Универсальный ротационный реометр для контроля процесса структурообразования при производстве сыров // Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности. - М.: Издат. комплекс МГУПП, 2006. -С.35^1.
3. Табачников В.П. Физико-химическая интерпретация и 4. Раманаускас P. Закономерности кинетики сычужного
метод исследования процесса свертывания молока // Тр. ВНИИМС. свертывания молока//М°л°чная пром-сть. - 1994.-№8.-С. 24-26
- 1973. - Вып. 12. - С. 3-10. Поступила 29.07.08 г.
APPLICATION OF THE VIBRATION METHOD FOR THE OBSERVATION OF THE MILK COAGULATION PROCESS
A.V. SHILOV A.N. PIROGOV A.A. LEONOV2
1 Kemerovo Technological Institute of Food Industry,
47, Stroiteley b-r, Kemerovo, 650056; fax: (384-2)73-40-07, e-mail: office@Kemtipp.ru 2 Kemerovo State Agricultural Institute,
5, Markovceva st., Kemerovo, 650003; ph.: (384-2)73-51-17, e-mail: tmrm@ksai.ru
New rheometer the design is developed for the observation of the milk coagulation process based on thevibration viscosimetry method. It is offeredthe rheometer and observation methodic description. The research results ofdetermining parameters of the vibration viscosimetry method which influence on the form of the received rheogram of the milk coagulation.
Key words: rheometer, vibration viscosimetry, rheogram of the milk coagulation.
ПАТЕНТЫ
Патент № 2319551. Центробежный сепаратор для разделения сыпучего материала / П.Г. Зуев, В.А. Семенов. Заявка № 2006125923 от 17.07.06; Опубл.
20.03.2008.
Изобретение предназначено для разделения сыпучего материала на отдельные фракции, отличающиеся по размерам частиц. Центробежный сепаратор включает корпус с патрубками для подвода разделяемого сыпучего материала и отвода фракций, опорный вал с вертикальной осью вращения, размещенный внутри корпуса ситовой барабан, состоящий из ряда секций. Устройство также включает расположенные снаружи барабана дисковые и щеточные очистители, загрузочное устройство над барабаном, привод его вращения, расположенный в корпусе под барабаном. На барабане сверху и снизу закреплены фасонные металлические ободья. На корпусе центробежного сепаратора напротив ободьев симметрично относительно вертикальной оси барабана неподвижно закреплены электромагниты с сердечниками. В сердечниках электромагнитов выполнены прорези, в которых расположены фасонные металлические ободья. Ситовой барабан связан посредством спиц и втулок с опорным валом, спицы через упругие элементы соединены с водилами, жестко закрепленными на опорном валу. Конструкционные особенности устройства позволяют снизить потери на трение, уменьшить нескомпенсированные силы инерции, смягчить вибрационную нагрузку на привод сепаратора, повысить надежность работы центробежного сепаратора и обеспечить регулирование режимов разделения.
Патент № 2322485. Способ ректификации спиртосодержащего сырья / Е.Н. Константинов, В.Н. Мамин. Заявка № 2006104570 от 14.02.06; Опубл.
20.04.2008.
Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к способам периодической ректификации спиртосодержащего сырья. Способ предусматривает нагревание спиртосодержащего сырья в кубе-испарителе до температуры кипения, концентрирование образующихся паров в укрепляющейректифика-ционной колонне, конденсацию паров в конденсаторе-холодильнике, направление конденсата на орошение указанной колонны и на накопление его на стадии эпюрации в рефлюксной емкости, промывку конденсата и подачу после завершения стадии эпюрации всего конденсата на орошение в укрепляющую ректификационную колонну. При этом одновременно отбирается жидкий пастеризованный спирт со 2-4-й тарелки укрепляющей колонны, считая сверху, и направляется в исчерпывающую ректификационную колонну, из нижней части которой отбирается спирт-ректификат. Конденсат на стадии эпюрации накапливается в рефлюксной емкости в количестве 7,5-9% от содержания спирта в сырье, промывку конденсата в рефлюксной емкости на стадии эпюрации производят при соотношении расхода флегмы и расхода паров 1,8 : 2,2. Завершается стадия эпюрации, когда количество конденсата в рефлюксной емкости составит 1,5—1,9% от содержания спирта в сырье. Изобретение позволяет повысить качество спирта и снизить длительность процесса и энергозатраты на его проведение.
