CC BY
51. Например, новые особи (потомки) занимают в новой популяции места своих родителей. При этом используется принцип «элитизма».
2. В другом варианте следующая популяция включает в себя как родителей, так и их потомков. Например, после каждого скрещивания в нее включаются два лучших (в смысле критерия приспособленности) решения из четверки родителей и их потомков. 8-й этап. Критерий прекращения работы.
В качестве рекордного множества алгоритм хранит недоминируемые варианты, найденные за все время работы. В качестве критерия останова алгоритма используется следующая проверка: если за последние 100 поколений рекордное множество не изменилось, то дальнейшие вычисления прекращаются.
Достоинством генетического алгоритма является полиномиальная зависимость времени работы от размерности задач. За счет этого генетический позволяет получать за приемлемое время качественную аппроксимацию Парето-оптимального множества для задач больших размерностей.
Таким образом, для задачи оптимизации портфеля ценных бумаг разработан алгоритм, который позволяет получать аппроксимацию Парето-оптимального множества решения задачи за небольшие временные затраты.
Литература
1. Каширина И.Л. Управление портфелем ценных бумаг на основе методов прогнозирования достижения граничных состояний в дуальной вычислительной среде/ И.Л. Каширина// Экономика и менеджмент систем управления.- 2014.- Т. 1. № 1 (11). С. 032-039.
2. Каширина И.Л. Управление портфелем ценных бумаг с помощью генетического алгоритма/ И.Л. Каширина, Т.В. Азарнова, Д.О. Косенко// Экономика и менеджмент систем управления. - 2014. - Т. 14. № 4.1. С. 177-184.
3. Zitzler E., Thiele L. Multiobjective evolutionary algorithms: A comparative case study and the strength Pareto approach // IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 1999, Vol. 3(4), pp. 257-271.
4. Баркалов С.А. Оптимизационные модели распределения инвестиций на предприятии по видам деятельности / С.А. Баркалов, О.Н. Бакунец, И.В. Гуре-ева, В.Н. Колпачев, И.Б. Руссман / Москва, 2002.
5. Аснина Н.Г. Оптимизация финансового результата инвестиционной программы / Н.Г. Аснина, С.А. Баркалов, О.С. Нильга/ Экономика и менеджмент систем управления. 2012. Т.3. №1. с. 4-9.
ПРОИЗВОДСТВА КРУПЯНОГО ПИЩЕКОНЦЕНТРАТА
Кузембаева Гахар Канашевна
кандидат технических наук., и.о. доцента, Алматинский технологический университет г. Алматы Кузембаев Канаш, кандидат технических наук., профессор, Алматинский технологический
университет г. Алматы
PRODUCTION CEREAL FOOD CONCENTRATE
Kuzembayeva Gaukhar, Candidate of Science, acting assistant Professor Of Almaty technological University, Almaty Kuzembayev Kanash, Candidate of Science, Professor Of Almaty technological University, Almaty АННОТАЦИЯ
Рассмотрены проблемы глубокой гидротермической обработки зерна проса при производстве крупяного пи-щеконцентрата.
Установлены, что при варке имеется возможность применение уравнения массопроводности для анализа и расчета всего процесса; при кондуктивном способе подвода тепла при производстве национальных крупяных пище-концентратов можно быстро и равномерно нагреть зерно до необходимой температуры при этом намного сокращается продолжительность процесса сушки-обжарки зерна различных культур. ABSTRACT
The problems of deep hydrothermal processing a grain of millet in the production of cereal food concentrates. It found that when cooking it is possible to use the equations of mass conductivity for analysis and calculation of the process; at conductive heat input method in the production of the national cereal food concentrates can be quickly and evenly heat the grain to the required temperature and with much reduced duration of the drying process roasting grains of different cultures.
Ключевые слова: Просо, могар, варка, сушка Keywords: Millet, panic, cooking, drying
Основными стадиями технологии производства национальных крупяных пищеконцентратов являются варка и сушка зерен, режимы которых в значителъной степени определяют качество продукта, а их высокая энергоемкость - себестоимость готовых изделий. Создание новых способов глубокой гидротермической обработки
должны удовлетворять требования сохранения и улучшения качественных показателей пищеконцентратов при одновременном снижении затрат на ее производство[1,2].
Известно, что влага в в зерне при глубокой гидротермической обработке (ГГТО) находится в различном состоянии - адсорбционно связанная влага, осмотически связанная влага, влага в микро и макро капилярах и влага
смачивания [3]. Все эти формы связи характеризуются величиной энергии связи влаги с материалом. Так же известно, что максимальное гигроскопическое состояние продукта является границей, выше которой влага, находящаяся в продукте, уже не обладает энергией связи, то есть находится в свободном состоянии. Таким образом, при центробежном обезвоживании высоковлажного зерна, поры которого целиком заполнены жидкостью, можно наблюдать наиболее интенсивный отход последней, пока она находится в свободном состоянии. Когда жидкая фаза переходит в форму капиллярной и пленочной жидкости, процесс замедляется. Наконец, при достижении определенного содержания капиллярной и пленочной жидкости, минимального для продукта, процесс прекращается. Адсорбционная, а также часть пленочной и капилярной жидкости, обладающих определенной энергией связи с материалом продукта не могут быть удалены центрифугированием.
При производстве национальных крупяных пище-концентратов зерно после варки подвергается механическому обезвоживанию [4-9]. Для этой цели предлагается коническая центрифуга с перфорированным ротором /3/. Частицы продукта поступают в нижнюю часть центрифуги, откуда при помощи распределительного устройства они подаются на перфорированный ротор. Далее частицы движутся по ротору снизу вверх под действием составля-
ющей центробежной силы, направленной вдоль образующей конуса. Удаление влаги происходит, при этом, в результате действия составляющей центробежной силы, которая направлена перпендикулярно к оси вращения ротора.
Уравнение равновесия материальной точки М в векторной форме можно записать в виде
+ Р = 0,
N + + FTp
(1)
где N - сила нормального давления, Н; Fц -центробежная сила, Н; Fтр -сила трения, Н; Р - сила тяжести, Н.
Для того, чтобы материальная точка двигалась вверх необходимо выполнение следующего условия
F* > FTp + Р sin a
(2)
Учитывая, что Fтр = f N где коэффициент трения частицы о материал стенки конуса, определяется
N = sin a + Р cos a
(3)
С учетом того, что FL^=mH2RnP = mg можно записать
N — т ü)2 R sin a + т д cos a ^
где m - масса частицы, кг; Ш - частота вращения ротора, с-1; R -радиус ротора, м.
т a)2 R cos a > f т ш2 sin a + f m g cos a + m g sin a
(5)
Разделив обе части (5) на cos И имеем ,2 п -
ü)zR = R F ü)¿tg a + fg + gtga
(6)
Если учесть, что f намного больше g, то можно принять Ш = 1Д, то есть тангенс угла наклона образующей конуса ротора обратно пропорционально коэффициенту трения Г Тогда из уравнение (6) можно определит предельное значение частоты вращения ( И) при котором имеет место движение продукта вверх
^ - ([#(/ + tg a)]/[R (1 -ftg a)]}
V2
(7)
Верхний предел частоты вращения Н, зависящий от допустимой силы нормального давления Nдоп, можно определить из формулы ( 3)
со < (Л/доп — т д cos cr)/(m R sin a)
(8)
где Nдоп - допустимое значение силы нормального давления при котором не происходит раздавливание частицы продукта.
Тогда можно записать
При частоте вращения ротора центрифуги свыше 5000 об/мин и с увеличением толщины слоя продукта наблюдается процесс разрушения зёрен. Это связано с тем, что величина центробежной силы, оказываемой воздействие на зерновку, становится выше допустимой. Для увеличения производительности, хотя и желательно применение высоких оборотов ротора, все же максимальное
число оборотов должно быть ограничено, для обеспечения целостности зерновок.
Выбор максимального значения частоты вращения ротора центрифуги зависит от начальной влажности и толщины слоя продукта. Однако, с уменьшением числа оборотов (ниже 1000 об/мин) и увеличением толщины слоя продукта наблюдается процесс разрушения зёрен и неоправданное затягивание процесса. Это связано с тем, что величина центробежной силы, оказывающей воздействие на зерновку, становится выше допустимой. Поэтому, для интенсификации механического обезвоживания зерна могара с высоким содержанием влаги рекомендуется частоту вращения ротора принимать в пределах 2500 - 3000 об/мин. Метод механического обезвоживания высоковлажного зерна позволяет удалить из него до 30 % влаги. Остальное количество влаги можно удалить в процессе сушки.
Обработка опытных данных дает следующие выражения для определения продолжительности сушки:
\V-Wq
(Ю)
т =
т =
4,00-10~6-ш1-76
w-w0
З.бМСГ1'^0'88
(И)
где: Fr - критерий Фруда.
Важнейшим этапом производства пищвых концентратов, существенно влияющим на качество и себесто-мость продукции, является сушка. При производстве крупяных концентратов для сушки круп используются различные сушильные установки агентами сушки в которых является горячий воздух. С энергетической точки зрения
процесс сушки в этих аппаратах не являются оптимальными. В последнее время чаще применяются комбинированные способы сушки круп с использованием новых физических методов при которых интенсифцируется сам процесс и улучшается качество готового изделия.
При варке зерна в воде движущей силой переноса вещества из одной фазы в другую является разность химических потенциалов, которая в изотермических условиях является для данной системы однозначной функцией концентрации. На практике обычно движущую силу массооб-менных процессов выражают через разность рабочей и равновесной концентрацией по той или другой фазе. Тогда уравнение массопередачи применительно к процессу сушки по твердой фаза по отношению к частице зерна, имеет вид [10]
FFdr v Ру (12)
где F-поверхность частицы,м2; dM/ F din-средняя по поверхности F скорость массопередачи, которая в теории сушки называется интенчивностью сушки; (C- Cp)- движущая сила по твердой фазе, кг/кг твердой фазы.
Решения нелинейного дифференциального уравнения массопроводности для тел конечной формы неизвестны, но при равномерном начальном распределении с граничными условиями 3 рода, которые получаются методом разделения переменных при к, Не, Ар = const, линейной изотерме равновесия (коэффициент распределения (Ap = const) и симметричном массообмене решение для шара будет имет вид
sin(fim x/R) exp(-/4F 0т)/(дтх/Я)( 13)
где цт -корни характеристического уравнения
t.9 ßm — (¿т/0- ~ Bim) (15)
х-текущий радиус шара; к- коэффициент массопроводности; Не- коэффи-циент массотдачи; Ар- коэффициент распределения функции равновесия.
При Bim Н 0 (внешняя задача) и граничных условиях первого рода среднеобъемная концентрация имеет вид
Изменение влажности зерна при варке можно определить этой формулой (погрешность не превышает 10%).
При кондуктивной сушке зерна на границе соприкосновения зернового массива с нагретой металлической поверхностью возникает большое термическое сопротивление передаче тепла, обусловленное дискретным характером реальной контактирующей поверхности массы зерна [11,12]. Контактное термическое сопротивление зависит от чистоты поверхностей, физических свойств поверхностного слоя и среды в зоне контакта. Зерновой массе тепло от греющей поверхности передается через контактные площади зерен и газовую прослойку. Основное влияние на передачу тепла от нагретой поверхности к зернистому материалу в начальные моменты времени будет оказывать газовая прослойка. Поэтому контактирующая поверхность зерновой массы не принимает мгновенно температуру греющей поверхности, на границе соприкосновения возникает скачок температуры вследствие не идеального контакта. Измерение температуры в зерне производилось термопарой, заделанной под оболочку. В результате экспериментов установлено, что температура поверхности контакта сравнительно быстро приближается к температуре греющей плиты. Исследование температурного поля в зерне, соприкасающемся с поверхностью нагрева, показало, что контактирующая сторона зерна через несколько секунд нагревается до высокой
температуры. Так, например, при 80°С температура центра зерна проса влажностью 20% через 20 с достигала 60°С.
При условиях теплообмена, применительно к зерносушилкам, тепло распространяется на глубину 2-3 ряда зерен. Исследование распределения температуры в слое зерна могара влажностью 28% и начальной Ю = 20° при контакте с поверхностью 80°С показало, что через 280 с температура зерна вблизи точки контакта достигает значения 70°С, в то время как в центре первого ряда она равнялась 50°С. Третий ряд зерен нагревается за этот промежуток времени только до 36°С. Следовательно, температура первого ряда быстро приближается к температуре греющей поверхности.
В слое зерна при нагреве возникает значительный градиент температуры, имеющий переменную величину во времени и по направлению теплового потока и зависящий от первоначального перепада температур.
Наибольшее значение градиент температуры имеет в плоскости контакта. Внутри зерновой массы тепло распространяется по зерну и по воздуху между зернами. Интенсивность распространения тепла по среде и фазе определяется их теплофизическими характеристиками, в частности, температуропроводностью. Вследствие более высокое температуропроводности воздух нагревается быстрее, чем зерно. Следовательно, температура верна в начальные моменты времени отстает от температуры воздуха. В этом случае горячий воздух может рассматриваться как носитель энергии.
Вследствие того, что теплоемкость воздуха намного меньше теплоемкости зерна, при данных условиях воздух нельзя считать самостоятельным носителем и главное влияние на температурное поле в слое зерна будут оказывать сами верна. Влажное зерно нагревается медленнее, чем сухое, поскольку часть тепла расходуется на испарение влаги, и вследствие более низкой его температуропроводности. Температура в центре первого ряда сухого зерна ^ = 14%) на 5-7 градусов выше, чем влажного ( W = 28%) при одних и тех же условиях опыта.
В результате исследований установлено, что температура поверхности контакта в течение нескольких секунд
приближается к температуре греющей поверхности, вглубь массива тепло распространяется медленно. При продолжительности контакта до 20 с температурный перепад релаксируется в пределах одного ряда зерен, при времени теплового воздействия до 80 секунд - тепловой поток захватывает второй ряд зерен. В дальнейшем тепло проникает в последующие слои, однако скорость распространения теплового потока уменьшается со временем. Это подтверждается изменением температурного градиента по направление теплового потока, величина которого уменьшается с увеличением продолжительности нагрева.
Таким образом, при кондуктивном способе подвода тепла вследствие малой величины активной поверхности теплообмена по сравнению с общей поверхностью зерновая масса без интенсивного перемешивания нагревается медленно, хотя коэффициент теплообмена между греющей поверхностью и зерном имеет значительную величину. При непродолжительном контакте это приводит к локальному нагреву контактирующего ряда зерен.
Кондуктивный способ передачи тепла в современных сушилках используется вместе с другими способами или неизбежно им сопутствует. При контакте с нагретой металлической поверхностью зерно получает локальный нагрев, в связи с чем возникает необходимость в изучении воздействия тепла на анатомические части его. Разный химический состав отдельных частей зерна обуславливает различие их тепло- и массообменных характеристик, которые в свою очередь оказывают влияние на нагрев и скорость обезвоживания составных частей зерна, что необходимо учитывать при обосновании режимов сушки.
Как показали температурные замеры при кондуктивном нагреве коэффициент теплообмена имеет значительную величину и та сторона зерна, которая соприкасалась с греющей поверхностью, нагревается до высокой температуры, приближающейся к температуре плиты.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: - метод механического обезвоживания высоковлажного зерна позволяет удалить из него до 30 % влаги. Остальное количество влаги можно удалить в процессе сушки.
- при варке имеется возможность применение уравнения массопроводности для анализа и расчета всего процесса;
- при кондуктивном способе подвода тепла при производстве национальных пищеконцентратов
можно быстро и равномерно нагреть зерно до необходимой температуры; при этом способе намного сокращается продолжительность процесса сушки-обжарки зерна различных культур.
Литература
1. К. Кузембаев, О.Налеев, А.Изтаев. Технологические основы производства национальных крупяных продуктов.- Алматы, Мектеп.- 1998.-218 с.
2. Кузембаев К. Техника и технология производства национальных крупяных продуктов. Алматы, Мектеп, 1999, 110 с.
3. А.В.Лыков, Ю.А.Михайлов. Теория тепло- и массо-перенос. - М-Л: Госэнергоиздат, 1963,535с.
4. Кузембаев К.К. и др. Авт. свид. СССР, № 1693334. Центробежная сушилка для высоковлажного зерна. опубл. в бюлл. №43, 1991
5. Изтаев А.И., Кузембаев К.К., Кузембаев А.К. Исследование процессов производства национальных продуктов питания из проса // Научно-прак.и ме-тод.конф.посвященная 30-летию АТИ.: Тезисы докл.Алматы, 1997.- С.110.
6. Кузембаев К.К., Кузембаев А.К., Изтаев А.И. Способ производства крупы «тары» // Пищевая технология и сервис. Алматы: АТИ, № 2,1997. С.63-66.
7. Кузембаев К.К., Репп К.Р., Кузембаев А.К. Линия для производства крупы «тары» // Пищевая технология и сервис. Алматы: АТИ, № 1, 1997. С.59.
8. Кузембаев К.К., Налеев.Н., Изтаев А.И. Способ и линия производства казахской национальной крупы «тары» // Росс. научн. Техн. конф. «Сертификация и управление качеством экосистем на Южном Урале»: Тезисы докл.- Оренбург, 1997.- С.46-49.
9. Кузембаев К., Дракунов Ю. Движение точки переменной массы во вращающейся поверхности при механическом обезвоживании высоковлажных зерен. Динамика твердого тела переменного состава. Сборник трудов КазГУ, Алматы, 1990
10. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой.-М.: Химия, 1980.- 248 с.
11. 11.А.И.Орлов. Исследование кондуктивного и конвективного нагрева в процессе сушки семенного зерна. Автореферат канд.,дисс., М.: 1970.-27 с. 12. А.В.Лыков, Ю.А.Михайлов. Теория тепло- и массо-перенос. - М-Л: Госэнергоиздат, 1963,535с.
БЕСШОВНЫЕ ТРУБЫ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩИХ АУСТЕНИТНЫХ
МАРОК СТАЛИ: ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Кулик Георгий Николаевич
кандидат техн. наук, главный металлург, ОАО «Дефорт», Санкт-Петербург
SEAMLESS LARGE DIAMETER PIPES AUSTENITIC STAINLESS STEEL GRADES: MANUFACTURING TECHNOLOGY Kulik Georgy, the candidate tehn. sciences, chief metallurgist JSC "Defort", Saint Petersburg АННОТАЦИЯ
Приведены пути развития отечественного производства бесшовных труб большого диаметра, при этом представлен технологический процесс, использующий операцию волочения, который, по мнению автора, является более перспективным и менее затратным.
