Центробежная классификация пищевых порошков Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

621.928

ЦЕНТРОБЕЖНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ПИЩЕВЫХ ПОРОШКОВ

В.А. ШУЛЯК, М.А. КИРКОР

Могилевский государственный университет продовольствия

Используемые при производстве пищевых продуктов пищевые добавки обычно выпускают в виде порошков, так как в них замедляются процессы, ухудшающие их качество. Добавки в порошкообразном состоянии отличаются удобством в хранении (их можно длительное время хранить при обычных температурах), транспортабельностью, компактностью, легко подвергаются дозированию и упаковке.

При получении пищевых порошков используют процесс измельчения, который является наиболее энергоемкой технологической стадией, так как исходные продукты в большем объеме поступают в виде крупных частиц, не отвечающих по своим размерам требованиям к готовому продукту. Однако в этих про-ду ктах уже есть частицы, которые удовлетворяют этим требованиям. Чтобы их выделить и уменьшить общие затраты на процесс измельчения, используют предварительную классификацию, выделение частиц необходимого размера. В свою очередь, чтобы не измельчать частицы сверх требуемого размера, используют поверочную классификацию порошков, т. е. частицы, не отвечающие требованиям к готовому продукту, вновь возвращаются на измельчение.

Для проведения предварительной и поверочной классификации используют специальные аппараты-классификаторы, разделяющие порошковые материалы минимум на две фракции - грубую и тонкую.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что в последнее время предпочтение отдается центробежным классификаторам, так как фактор разделения у них в 5-10 раз выше, чем у аппаратов гравитационного типа, и они способны выделять более мелкие частицы. На основе собственных исследований и анализа тенденций мировой практики в МГУП была спроектирована и разработана установка для центробежного разделения пищевых порошковых материалов, которая прошла опытно-промышленные испытания на ОАО «Могилевский желатиновый завод». Цель испытаний - выделение частиц пищевой кальциевой добавки «допинат» с размерами не более 50 мкм.

Схема установки представлена на рис. 1.

Установка работает следующим образом. Исходный продукт подается в шнековый питатель (ПШ), из которого он проходит в линию подачи (несущая среда - воздух). После этого газовзвесь попадает на разделение в центробежный классификатор (КЦ), где разделяется на грубую (сход, Ф1) и тонкую (проход, Ф2) фракции. Г рубая фракция Ф1 собирается в сборнике Б1 и через шиберную заслонку З1 отводится на доизмельче-ние, а тонкая фракция, проходя через циклон Ц, собирается в бункере Б2 и через заслонку З2 отводится в готовый продукт. Пылевидные частицы, не уловленные в циклоне, оседают на фильтре Ф. Из фильтра через заслонку З3 они отводятся в сборник (не показан). Движение воздуха по установке обеспечивается вентилятором В1.

Для описания гранулометрического состава по -рошкового материала использовали интегральную и дифференциальную функции распределения частиц по размерам. Для ее описания использовали зависимость Розина-Раммлера [1], которая для частиц исходной фракции пищевой добавки «допинат» имеет вид [2]

Я (5) = ехр (-0,001 б1’56).

(1)

Дифференцируя зависимость (1) по 5, получим плотность распределения частиц по размерам

Г (5) = 0,00156 б°'56ехр(- 0,001 б156).

(2)

На рис. 2 представлен начальный фракционный состав измельченной пищевой добавки «допинат», а также продуктов классификации (1 - исходный продукт, 2 - проход, тонкая фракция, 3 - сход, грубая).

Наиболее информативной функциональной характеристикой процесса классификации является его кривая разделения ф5 (5), т. е. зависимость доли узкой фракции (5, 5 + Д5), выносимой в один из продуктов разделения, от размера этой фракции 5 [1].

Одной из важных характеристик кривой разделения является граничный размер разделения (граница разделения) 5гр, определяемый из соотношения

ф5(5гр) = 0,5. Некоторые кривые разделения при разных частотах вращения и постоянном расходе воздуха

Размер частиц, мкм ♦ 1 -В-2 -А-3

Относительный размер

Рис. 4

Рис. 3

(V = 0,006 м3/с), представленные на рис. 3 (1 -1750 об/мин, 2 - 1500 об/мин, 3 - 1250 об/мин), свидетельствуют, что с увеличением частоты вращения ротора значение 5гр уменьшается.

Для простоты расчетов числовых параметров, ха-растеризующих процесс классификации, кривые разделения преобразуют к безразмерному виду 5 = 5§гр ■ После преобразования они примут вид, представленный на рис. 4 (1 - 1250 об/мин, 2 - 1500 об/мин, 3 -1750 об/мин).

Так как реальные кривые разделения отличаются от идеальных, то одним из параметров, характеризующих эффективность работы классификатора, является его КПД, который определяется на основании кривых, представленных на рис. 4, по выражению

колесо центробежного насоса со сменным количеством лопаток. Полученные результаты показали, что с увеличением числа лопаток возрастает гидравлическое сопротивление аппарата, что обусловлено сужением живого сечения каналов ротора. Вследствие этого увеличиваются турбулентность потока и внутренние потери энергии.

Описание гидродинамических режимов работы классификаторов роторного типа наиболее удобно проводить в критериальной форме

Ей = ЛКе^еМ Б/

где Ей - критерий Эйлера

Ей =

ДР ;

РV 2 ’

(4)

(5)

(3)

В результате вычислений были получены значения КПД центробежного классификатора в пределах 81-88%, увеличивающиеся с уменьшением частоты вращения ротора.

Другой важный показатель работы центробежного классификатора - удельные затраты энергии на процесс разделения. При их определении наиболее важной характеристикой является гидравлическое сопротивление аппарата. С целью определения зависимости гидравлического сопротивления от технологических параметров процесса (частота вращения ротора, расход несущей среды) и конструктивных особенностей рабочего органа был проведен ряд опытов. Рабочий орган классификатора представлял собой обращенное

Яе - критерий Рейнольдса

Ре=

Я р СгрР.

я р = У1 РСгрЬг;

Яем - модифицированный критерий Рейнольдса

Кем =

м

Кр Р; т ’

(6)

(7)

(8)

V - результирующая скорость потока (среднеквадратичная между окружной и радиальной скоростями), м/с:

(9)

Бг - критерий Фруда

с П 2

Рг =------ ;

9

(10)

ДР - гидравлическое сопротивление классификатора, Па, р - плотность среды, кг/м , п, ю - частота вращения и угловая скорость ротора, об/с, ^гр - диаметр зоны сепарации, м, т - коэффициент динамиче-

2

ской вязкости среды, Па-с, g- ускорение свободного падения, м/с , V-объемный расход воздуха, м /с, Ь - ширина зазора между дисками (высота лопаток), м, г - коэффициент сжатия сечения.

В результате математической обработки экспериментальных данных были построены зависимости между критериями Эйлера и Рейнольдса (рис. 5), Эйлера и Фруда (рис. 6) при различных технологических параметрах (V, м3/с: 1 - 0,006, 2 - 0,008, 3 - 0,01).

При о бработке экспериментальных данных получена зависимость (4) в явном виде

Ей = 0,03 Яе2Яе,,5 Бг-01.

ВЫВОДЫ

(11)

1. Метод центробежной классификации позволяет качественно разделять пищевые порошковые материа-

лы, такие как пищевая добавка «допинат», с максимальным размером фракции 50 мкм.

2. С увеличением частоты вращения ротора значение граничного размера зерна уменьшается, а КПД классификатора падает, но составляет не менее 80%.

3. С увеличением числа лопаток ротора уменьшается эквивалентный диаметр канала и повышается КПД аппарата, но возрастает его гидравлическое сопротивление.

4. Полученные критериальные уравнения для описания энергетических затрат в процессе центробежной классификации применимы для расчета промышленных установок любой производительности и различной конструкции лопастного ротора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мизонов В.ЕУшаков С .Г. Аэродинамическая классификация порошков. - М.: Химия, 1989.

2. Шуляк В.А., Киркор М.А. Анализ дисперсного состава порошков, разделяемых в центробежном классификаторе // Мате -риалы IV Междунар. науч-техн. конф. «Техника и технология пище -вых производств». - Могилев: Могилев. гос. ун-т продовольствия, 2003. - С. 300-301.

Кафедра прикладной механики

Поступила 21.06.04 г.

663.95 + 663.8:615.322

РЕЗАНИЕ ТРАВЯНЫХ МА ТЕРИАЛОВ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ ЧАЙНЫХ И ЛЕ ЧЕБНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ НАПИТКОВ

В.Н. ИВАНЕЦ, Н.Г. ЧЕРТИЛИН

Кемеровский технологический институт пищевой пром ышленности

Совершенствование технологии и аппаратурного оформления для переработки различных видов растительного сырья, используемого при производстве комбинированных продуктов питания, является актуальным.

Цель исследования - разработка новой конструкции агрегата для измельчения травяного растительного сырья. Необходимо было решить две задачи: провести анализ современного состояния технологического процесса переработки травяного растительного сырья и результатов исследований его прочностных характеристик, экспериментально исследовать зависимость энергозатрат процесса от влажности измельчаемого сырья.

Для интенсификации процесса переработки в целом предлагается проводить стадию измельчения в два этапа. Причем предварительное измельчение осуществлять до проведения стадии сушки, а окончательное -после нее. Интенсификация заключается в том, что предварительное измельчение травяных материалов позволяет увеличить поверхность тепломассообмена и тем самым скорость процесса сушки сырья. Последнее

приводит к сокращению удельных энергозатрат и необходимых производственных площадей.

Резание - наиболее целесообразный способ измельчения травяного растительного сырья. Основными характеристиками, определяющими резание пищевых материалов, служат силовые параметры (удельная работа, удельное и условное сопротивления и др.), оптимальные скорости резания и подачи, качество обработки поверхности, влияние свойств материала на стойкость режущего инструмента и др. Эти характеристики проявляются по-разному в зависимости от физико-механических свойств материала.

Одна из характеристик процесса резания - удельное усилие резания - представляет собой многофакторную функцию. К этим факторам относятся: геометрические 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 изучения зависимости удельного усилия резания от углов заточки лезвия ножа и резания нами была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка. Кроме того, была исследована зависимость величины разрушающих напряжений от диаметра стеблей расте-