Реологические свойства тыквы, обработанной электроактивированными водными растворами Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

Рис. 3

В процессе численного эксперимента мы ставили задачу определить влияние динамической вязкости сахарного раствора на производительность работы аппарата, так как значение этой характеристики в процессе ультрафильтрации непрерывно меняется в связи с увеличением температуры разделяемого раствора.

Из рис. 2 видно, что при малых значениях вязкости производительность аппарата практически не зависит от скорости потока.

Незначительное содержание твердой фазы и высокая температура раствора позволяют поддерживать производительность аппарата на высоком уровне ввиду того, что толщина слоя отложений, формирующихся на мембране, невелика.

Увеличение вязкости разделяемого раствора приводит к снижению производительности процесса ультрафильтрации, так как температура раствора падает. Это ведет к росту концентрации сухих веществ, оседающих на мембране, в результате чего возможно возникновение явления концентрационной поляризации

В ходе численных исследований было установлено, что разные режимы подачи разделяемого раствора оказывают неодинаковое влияние на производительность. На рис. 3 приведены зависимости производительности аппарата по времени при постоянной скорости подачи раствора (V = сопй) и при внесении в разделяемый раствор вибраций (V = V0 sin w t). Из графиков видно, что с внесением вибраций в разделяемый раствор производительность аппарата повышается почти на 30%.

Кривая для постоянной скорости разделяемого раствора состоит из трех выраженных участков. В течение 1,5 ч работы происходит снижение производительно-

сти, на протяжении следующих 6 ч производительность снижается, но не столь интенсивно. На последнем участке кривая падения производительности становится круче. Кривая для скорости подачи V = КоБшю t имеет только два выраженных участка: 1-й

- интенсивного снижения производительности, 2-й -производительность процесса остается практически неизменной.

Ступенчатый характер представленных кривых мы объясняем поэтапным образованием слоя отложений твердых частиц на поверхности мембраны, что в дальнейшем и было подтверждено в процессе экспериментальных исследований. В случае внесения вибраций в разделяемый поток в межмембранном канале образуется стоячая волна, мешающая образованию плотного слоя твердых отложений на поверхности мембраны. Таким образом, производительность ультрафильтрации поддерживается практически постоянной.

ВЫВОДЫ

1. Так как диффузионный сок сахарной свеклы представляет собой двухкомпонентный раствор, то моделирование его поведения при ультрафильтрации под воздействием вибраций необходимо рассматривать с позиции теории многофазных сплошных сред.

2. Сравнительный анализ численных данных полностью подтверждается экспериментально, что свидетельствует об адекватности проведенных исследований математической модели, предложенной для описания процесса ультрафильтрации диффузионного сока сахарной свеклы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кувардина Е.М. Динамика ультрафильтрационного аппарата для разделения диффузионного сока сахарной свеклы: Дис. ... канд. техн. наук. - Курск, 2003. - 142 с.

2. Седякина Т.В., Шляхова И.И., Булахов В.В. Влияние параметров на процесс ультрафильтрации // Сахарная пром-сть. -1998. - № 5-6. - С. 12-15.

3. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. Вычислительный эксперимент. -М.: Наука, 1982. - 392 с.

4. Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред. - М.: Физ.-мат. лит., 1994. - 448 с.

Поступила 31.08.04 г.

663.3

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЫКВЫ, ОБРАБОТАННОЙ ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННЫМИВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ

Т.В. МГЕБРИШВИЛИ, Е.Г. СТЕПАНОВА

Кубанский государственный технологический университет

Реологические свойства растительного сырья оказывают существенное влияние на условия проведения процессов его переработки [1, 2]. Знание реологиче-

ских свойств сырья и закономерностей их изменения может указать новые пути управления технологическими процессами, выбрать правильное решение при разработке технологического оборудования.

Известно, что в производстве продуктов для детского и функционального питания важное место отво-

Таблица

Реологическая характеристика Контроль Опытный образец

1 2 3 4

Модули, кПа:

упругости 1017,0 566,1 2264,6 1123,0 1132,3

эластичности 1145,2 2830,85 2830,8 3774,4 5661,7

пластичности 401,4 1204 12443 11673 11673

равновесный 538,5 188723 125815 283082 377442

Время релаксации, с 0,12 0,025 0,025 0,019 0,013

Эффективная вязкость, кПа • с 137,3 7077 7077 7171 7360

Упругость по Ребиндеру, % 42,2 6 9 4 3

Пластичность, % 57,3 94 91 97 97

дится продуктам из тыквы ввиду значительного содержания в ней каротиноидов, пектиновых веществ, витаминов, микроэлементов и др. При переработке тыквы на стадиях дробления и протирания важно исследовать процессы деформирования и разрушения клеточной ткани во всем диапазоне нагрузок и на этой основе разработать реологические модели с учетом временных эффектов. На кафедре машин и аппаратов пищевых производств КубГТУ проведены экспериментальные исследования реологических свойств тыквы сортов Витаминная ранняя-29 и Волжская. Цель исследования - изучение реологических свойств тыквы, а также определение влияния на них предварительной обработки тыквы электроактивированными водными растворами (ЭВР) и ферментативной обработки.

Исследования на сжатие образцов продукта в форме цилиндра диаметром 15 мм и высотой 10 мм проводили на лабораторной установке для испытаний на сжатие при постоянном статическом напряжении

11,33 кПа. Изменения абсолютной деформации образцов регистрировали индикатором ИП10МД. Эксперименты проводили на свежем продукте (контроль) и на

образцах, обработанных ферментом Новоферм 12 Ь из расчета 40-50 мл на 1 т (образец 1); 0,1%- м раствором №С1 (2); ЭВР №С1 с концентрацией 0,1% - католитом и анолитом с рН 8,5 и 3,5 и редокс-потенциалом ЕЙ

- 0,50 и 1,02 В (3 и 4 ) соответственно. Обработку образцов проводили в течение 60 с при температуре 40°С. В результате серии экспериментов получено семейство кривых - реограмм, реализующих образование и изменение во времени напряженно-деформированного состояния продукта.

Результаты обработки экспериментальных данных по методике [3] (таблица) свидетельствуют, что предварительная обработка образцов тыквы различных сортов ЭВР способствует улучшению деформируемости продукта - увеличению модуля эластичности и равновесного модуля при одновременном возрастании эффективной вязкости и пластичности. Электрохимическая обработка продукта увеличивает его пластичность до 97% в сравнении с обработкой неактивированным солевым раствором (91%) при одновременном снижении упругости на 5%. Наибольшей эффективной вязкостью обладает образец 4. Ферментативная обработка (образец 1) и предварительная обработка солевым раствором не оказывают влияния на вязкостные свойства продукта.

Проведенные исследования подтвердили, что тыква относится к вязкостно-пластичным телам. Для оценки напряженно-деформированного состояния тыквы, предварительно обработанной различными способами, использовали метод модельного анализа [4, 5]. На основе проведенных исследований предложена реологическая модель тыквы при сжатии, представленная на рисунке. При составлении модели учтен временной эффект, поскольку в процессе деформирования тыквы проявляется вязкостное сопротивление клеток. Предложенная реологическая модель включает следующие механические аналоги: упруго-пластическое тело Ем, упругое тело Гука Еу, тело упругого последействия Сен-Венана Еэл, тело Максвелла Еш. Разработанная модель может быть использована при оптимальном конструировании оборудования комплексных линий переработки тыквы с получением сока с мя-

котью и пюре-дробилок, прессов, протирочных машин.

ЛИТЕРАТУРА

1. Азаров Б. М., А рет В .А. Инжен ерная ре ология пищ е -вых производств. - М.: МТИПП, 1978. - 112 с.

2. Tscheuschner H.-D., Doan Du. Modellierung rheologischer Eigenschaften fester Lebensmittel, dargestellt am Beispiel Aptel // Lebensmittelindustrie, 32 (1985), H. 6. - S. 251-255.

3. Степанова Е.Г., Причко В.А. Исследование реологических свойств яблок при различных способах их обработки // Изв. ву -зов. Пищевая технология. - 1999. - № 5-6. - С. 72-73.

4. Николаев Б.А. Измерение структурно-механических свойств пищевых продуктов. - М.: Экономика, 1964. - 244 с.

5. Гарселл Л. Исследование реологических свойств мате -риалов с целью совершенствования расчета технологических про -цессов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.: МТИПП, 1975. - 29 с.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 26.10.04 г.

663.8:[613.26:631.361.8]

МА ТЕМА ТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ТРАВЯНОГО РА СТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

В.Н. ИВАНЕЦ, Н.Г. ЧЕРТИЛИН

Кемеровский технологический институт пищевой пром ышленности

Приоритетными направлениями увеличения производства продуктов питания становятся эффективное использование перерабатывающей промышленностью местного растительного сырья, совершенствование способов его обработки, хранения и транспортирования. Поэтому математическое моделирование процесса нормального резания травяного растительного сырья, применяемого для приготовления фитонапитков, с целью определения факторов, влияющих на удельные энергозатраты при его проведении, является актуальной задачей.

Измельчение - сложный процесс, характеризующийся множеством физических и механических факторов. В силу этого его необходимо рассматривать с позиции системного анализа.

Наиболее целесообразным способом измельчения травяного растительного сырья является резание. Основные характеристики, определяющие резание пищевых материалов: силовые параметры (удельная работа,

С,Ф|1~Ф11 Д

шшм

— -J Ä Е, \Л

Рис. 1

удельное и условное сопротивления и др.), оптимальные скорости резания и подачи, качество обработки поверхности, влияние свойств материала на стойкость режущего инструмента и ряд других. Эти характеристики проявляются по-разному в зависимости от физико-механических свойств материала.

Изучение влияния различных факторов на процесс резания травяного растительного сырья имеет большое значение при создании соответствующего оборудования. Одной из характеристик процесса является удельное усилие резания, представляющее собой многофакторную функцию. К этим факторам относятся геометрические и микрогеометрические параметры режущего инструмента (угол заточки лезвия, толщина ножа, радиус скругления режущей кромки инструмента), режимные параметры (угол и скорость резания, влажность измельчаемого материала), физико-механические свойства измельчаемого материала (например, предел прочности).

Для анализа физической картины деформации раз -резаемого материала рассмотрим процесс нормального резания травяного растительного сырья (травяного стебля) инструментом из жесткой шероховатой пластины толщиной 5 с односторонней заточкой под углом а. На рис. 1 (а, б) в динамике показаны схемы деформации травяного материала при внедрении режущего инструмента. На рис. 1, а - стебель испытывает только упругие напряжения и деформации; на рис. 1, б

- происходит процесс разрезания стебля, который помимо упругих воспринимает еще и пластические деформации.

Упругая зона АС1В1 (рис. 1, а) в момент прорезания стебля преобразуется в упруго-пластическую АБ\ С\Б\Е\ (рис. 1, б), состоящую из двух равнобедренных треугольников Б\C\D\ и Б1АЕ1 и центрированного веера E\Б\D\. Значение угла ф\ (угла прогиба стебля с левой стороны ножа) (рис. 1, а) уменьшается к положению 2 и далее остается постоянным. Это обусловлено уменьшением давления на область стебля в окрестности ножа после прорезания материала. Упругая зона АС^2 (рис. 1, а) в момент прорезания стебля преобразуется в упруго-пластическую АБ3Б2С2С^2Е2 (рис. 1, б), состоящую из двух равнобедренных треугольников Б3АЕ2 и Б3С^2, параллелограмма

а

б