Розроблення та застосування способу електрогідравлічної інтенсифікації процесів харчових виробництв

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

РОЗРОБЛЕННЯ ТА ЗАСТОСУВАННЯ СПОСОБУ ЕЛЕКТРОГІДРАВЛІЧНОЇ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ПРОЦЕСІВ ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ

Василів Володимир Павлович

Київ 2005

Анотація

Василів В.П. Розроблення та застосування способу електрогідравлічної інтенсифікації процесів харчових виробництв: - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси й обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв. Національний університет харчових технологій Міністерства освіти і науки України, Київ, 2005.

Дисертація присвячена дослідженням впливу параметрів ЕГО (напруга розряду, кількість розрядів) на зміну фізико-хімічних властивостей крохмалю, дифузійного соку, водно-вапняної суспензії.

Встановлено, що ЕГО сприяє отриманню зернового крохмалю, звільненого від домішок мінеральних речовин, білків та зв'язаних жирів, покращенню чистоти дифузійного соку та зниженню його мікробіологічної забрудненості, покращенню якості водно-вапняної суспензії за рахунок підвищення його активності, дисперсності, питомої електропровідності та вивільнення вапна, яке перебувало у зв'язаному стані.

Доведено ефективність використання активованої водно-вапняної суспензії для інтенсифікації процесів очищення соків бурякоцукрового виробництва.

Ключові слова: ЕГО, напруга розряду, кількість розрядів, крохмаль, дифузійний сік, водно-вапняна суспензія, активність, соки бурякоцукрового виробництва.

очищення сік бурякоцукровий електрогідравлічний

Анотация

Васылив В.П. Разработка и применение способа электрогидравлической интенсификации процессов пищевых производств: - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. Национальный университет пищевых технологий Министерства образования и науки Украины, Киев, 2005.

Диссертация посвящена исследованиям влияния параметров ЭГО (напряжение разряда, количество разрядов) на изменения физико-химических свойств крахмала, диффузионного сока, водно-известковой суспензии.

На основании экспериментальных исследований установлено, что ЭГО суспензии крахмала способствует получению зернового крахмала, освобождённого от примесей минеральных веществ, белков и связанных жиров.

Проведённые исследования по влиянию параметров ЭГО на диффузионный сок установили повышение чистоты диффузионного сока, а также снижение его микробиологической загрязнённости.

Установлено влияние напряжения разряда и количества разрядов при ЭГО водно-известковой суспензии на повышение её активности за счёт интенсивного разрушения как частиц извести, которая не успела прореагировать с водой во время гашения, так и агломератов мицелл гидроксида кальция до моночастиц.

Подтверждено повышение дисперсности твёрдой фазы водно-известковой суспензии после ЭГО и, как следствие, увеличение её удельной поверхности, при этом реологические свойства молока не ухудшаются.

Установлено разрушающее действие параметров ЭГО на связанную известь, что даст возможность освободить определённую часть извести, которая находится в связанном виде, утилизировать при этом перепал, который по типовой технологической схеме приготовления водно-известковой суспензии отделяется в отходы.

По результатам экспериментальных исследований процесса ЭГО водно-известковой суспензии провели их математическую обработку. Построили эмпирические формулы зависимости между изменениями характеристик водно-известковой суспензии и параметрами ЭГО. Провели оптимизацию результатов исследований процесса ЭГО водно-известковой суспензии. Получили прирост активности по каждому эксперименту и её суммарный прирост. Провели анализ результатов процесса ЭГО водно-известковой суспензии, чем подтвердили повышение активности водно-известковой суспензии после ЭГО при рациональных режимах обработки.

Показано, что активированная электрогидравлическим способом водно-известковая суспензия содействует улучшению процесса очищения соков свеклосахарного производства.

Разработан промышленный способ электрогидравлической активации водно-известковой суспензии, который даёт возможность повысить активность водно-известковой суспензии на 14 - 15% при рациональном режиме ЭГО: напряжение 30 - 45 кВ, количество разрядов 15 - 10.

На основании производственных испытаний процесса электрогидравлической активации водно-известковой суспензии разработана конструкция электроразрядной камеры промышленного электрогидравлического активатора водно-известковой суспензии и машино-аппаратурное оформление отделения приготовления водно-известковой суспензии с использованием процесса электрогидравлической активации, согласно которому активатор необходимо устанавливать непосредственно после известегасильного аппарата с целью предотвращения удаления потенциально активной извести с отходами.

Ключевые слова: ЭГО, напряжение разряда, количество разрядов, крахмал, диффузионный сок, водно-известковая суспензия, активность, соки свеклосахарного производства.

Annotation

Vasyliv V. Development and usage of an electrohydraulic way to intensify the processes of food production. - Manuscript.

The thesis is presented to acquire the degree of Cand. Tech. Sci. On the speciality 05.18.12 - processes and equipment of food, microbiological and pharmaceutical manufactures. National University of Food Technologies, Kyiv, 2005.

The thesis is dedicated to the investigation of electrohydraulic procession (EHP) parameters (charge potential, amount of charges) and their influence on changes in physical and chemical activity of starch, diffusion juice, and water-lime suspension.

There is affirmed that EHP helps to obtain the grain starch which is free from mineral substances, protein and aggregate fats, to improve the quality of diffusion juice and to decrease its microbiological contamination, to improve the quality of water-lime suspension thanks to the increase of its activity, dispersity, specific electric conduction, and release of lime which was in the aggregate state.

We also proved the efficiency of the usage of activated water-lime suspension to intensify the processes of clearing the juices obtained from sugar beet procession.

Keywords: EHP, charge potential, amount of charges, starch, diffusion juice, water-lime suspension, activity, juices of sugar beet procession.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. На сьогоднішній день актуальним для харчової та переробної промисловості України є створення прогресивних технологій, застосування яких дозволить здійснювати більш повну переробку рослинної сировини, а також інтенсифікувати існуючі технологічні процеси.

Нині все більшу роль у промислових технологіях відіграють процеси, що ґрунтуються на використанні різних фізичних методів обробки, зокрема мікрохвильових, акустичних, електричних постійного та змінного струму, ультрафіолетових, магнітних.

Інтенсивно розвивається техніка реалізації електричного розряду у рідині, результатом якої є електрогідравлічний ефект (ЕГЕ), супроводжуваний виникненням спектру таких фізичних явищ, як пружні лінійні, пружні нелінійні, магнітні хвилі, кавітація, ультрафіолетове випромінення та ін.

Для харчової промисловості з її різноманітністю процесів використання електрогідравлічного оброблення (ЕГО) перспективне завдяки його універсальності і різнобічності впливу на оброблюваний об'єкт. Проте в крохмале-патоковому та бурякоцукровому виробництвах можливість застосування цього способу не розглядалась.

Вивчення та застосування ЕГЕ може сприяти одержанню харчових продуктів з покращеними харчовими властивостями, інтенсифікації масообмінних та гідродинамічних процесів при переробці харчової сировини.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались відповідно до Держбюджетних тематик науково-дослідних робіт НУХТ: „Розроблення технологій одержання харчових продуктів та напівпродуктів із застосуванням електрогідравлічного ефекту” № 0101U000451; „Теоретичні моделі впливу спектру імпульсних фізичних полів на харчові продукти і напівпродукти з метою управління їх властивостями” № 0103U001131.

Автор особисто брав участь у проведенні лабораторних і промислових досліджень, обробленні та аналізі отриманих результатів.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи є наукове обґрунтування, розроблення та застосування електрогідравлічного способу оброблення суспензій крохмалю, дифузійного соку та водно-вапняної суспензії для інтенсифікації масообмінних та гідродинамічних процесів крохмале-патокового і бурякоцукрового виробництв.

Відповідно до поставленої мети досліджень були сформульовані такі завдання:

- дослідити за допомогою розробленої експериментальної електрогідравлічної установки вплив параметрів ЕГО (напруга розряду, кількість розрядів) на фізико-хімічні властивості крохмалю;

- вивчити вплив параметрів ЕГО на процес очищення дифузійного соку;

- розробити процес електрогідравлічної активації водно-вапняної суспензії шляхом досліджень впливу параметрів ЕГО на: дисперсність твердої фази водно-вапняної суспензії, швидкість розшарування водно-вапняної суспензії, питому електропровідність водно-вапняної суспензії, зв'язане вапно;

- провести математичний аналіз результатів експериментальних досліджень процесу ЕГО водно-вапняної суспензії;

- дослідити вплив активованої електрогідравлічним способом водно-вапняної суспензії на ефект очищення соків бурякоцукрового виробництва;

- за допомогою розробленої дослідно-промислової електрогідравлічної установки провести виробничі дослідження процесу електрогідравлічної активації водно-вапняної суспензії;

- дослідити у виробничих умовах вплив активованої водно-вапняної суспензії на процес очищення соків бурякоцукрового виробництва;

- розробити промислово-апаратурне оформлення процесу приготування водно-вапняної суспензії із застосуванням ЕГЕ.

Об'єкт дослідження: електрогідравлічний ефект.

Предмет дослідження: зміна властивостей крохмалю, дифузійного соку, водно-вапняної суспензії під дією ЕГО, а також вплив обробленої електрогідравлічним способом водно-вапняної суспензії на процес очищення соків цукрового виробництва.

Методи досліджень: мікроскопічний аналіз, кондуктометрія, дисперсійний аналіз методом інтенсивності розсіювання монохроматичного випромінення гелій-неонового лазера, стандартні для бурякоцукрового та крохмале-патокового виробництв методи аналізу напівпродуктів, математичне моделювання та статистичний аналіз дослідних даних.

Наукова новизна одержаних результатів. Досліджено вплив параметрів ЕГО на фізико-хімічні властивості крохмалю. Встановлено, що ЕГО сприяє отриманню зернового крохмалю зі зменшеним вмістом домішок мінеральних речовин, білків та зв'язаних жирів, суспензії якого за реологічними властивостями та фракційним складом відрізняються від нативного.

Встановлено, що ЕГО дає змогу підвищити чистоту дифузійного соку та досягти ефективного зменшення в ньому мікрофлори, що сприятиме зменшенню втрат цукрози.

Встановлено вплив напруги розряду та кількості розрядів при ЕГО на інтенсифікацію процесу активації водно-вапняної суспензії, що підтверджується підвищенням ступеня дисперсності твердої фази, питомої електропровідності водно-вапняної суспензії, вивільненням активного вапна, яке перебувало у зв'язаному стані з оксидами кремнію, алюмінію та заліза.

За допомогою математичного аналізу отримали емпіричні залежності між змінами характеристик водно-вапняної суспензії та параметрами ЕГО, провели оптимізацію результатів досліджень процесу ЕГО водно-вапняної суспензії, здійснили аналіз результатів досліджень процесу ЕГО водно-вапняної суспензії, чим підтвердили підвищення активності водно-вапняної суспензії після оброблення при визначених раціональних режимах.

Експериментально встановлено, що активована електрогідравлічним способом водно-вапняна суспензія сприяє підвищенню ефекту очищення соків бурякоцурового виробництва.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено електрогідравлічний спосіб оброблення зернового крохмалю (деклараційний патент України № 59864 А від 15.09.03 р.).

Розроблено електрогідравлічний спосіб активації водно-вапняної суспензії (деклараційний патент України № 59225 А від 15.08.03 р.).

Розроблено та випробувано на СТОВ „Корделівський цукровий завод” дослідно-промисловий зразок електрогідравлічного активатора водно-вапняної суспензії (Деклараційний патент України № 2924 від 15.09.04 р., Акт виробничих випробувань електрогідравлічного активатора вапняного молока на СТОВ „Корделівський цукровий завод” від 01.12.03 р.).

Розроблено та випробувано на СТОВ „Корделівський цукровий завод” спосіб очищення дифузійного соку активованою водно-вапняною суспензією (Деклараційний патент України № 2993 від 15.09.04 р., Акт виробничих випробувань способу очищення дифузійного соку на СТОВ „Корделівський цукровий завод” від 01.12.03 р.).

Розроблено промислово-апаратурне оформлення процесу приготування водно-вапняної суспензії із застосуванням електрогідравлічного способу її активації.

Особистий внесок здобувача полягає у розробленні лабораторної і дослідно-промислової установок, методик досліджень, обробленні результатів ЕГО досліджуваних зразків, проведенні лабораторних та промислових досліджень.

У співавторстві проведено дослідження: впливу ЕГО на фізико-хімічні властивості крохмалю - з к.т.н. О.В. Грабовською, впливу ЕГО на чистоту дифузійного соку - з д.т.н. Л.М. Хомічаком та к.т.н. Л.М. Вєрченко. Аналіз та узагальнення результатів досліджень проведено спільно з науковим керівником д.т.н. А.І. Українцем.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на: Міжнародній науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів, (Київ - 2002), 69-ій науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів, (Київ - 2003), Міжнародній науково-технічній конференції „Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка”, (Донецьк - 2003), V-ій Міжнародній науковій школі-семінарі „Імпульсні процеси в механіці суцільних середовищ”, (Миколаїв - 2003).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 15 робіт, з них: 5 статей у фахових журналах, 4 деклараційних патенти України, 5 тез конференцій.

Структура дисертації. Робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку бібліографічних джерел із 184 найменувань та 10 додатків. Робота викладена на 121 сторінці машинописного тексту, містить 27 рисунків та 21 таблицю.

2. Основний зміст роботи

ВСТУП. Обґрунтована актуальність теми, визначена мета та основні завдання досліджень, показана наукова новизна та практична цінність роботи.

У розділі 1 подано характеристику та класифікацію основних електрофізичних способів оброблення харчових продуктів та напівпродуктів.

Показано, що перспективним способом інтенсифікації процесів в крохмале-патоковому та бурякоцукровому виробництвах є застосування ЕГО, суть якого полягає в утворенні електричного розряду в оброблюваному середовищі.

Вибрані основні напрями та сформульовані конкретні завдання досліджень.

У розділі 2 викладено методи досліджень та аналізів суспензій кукурудзяного крохмалю, дифузійного соку, водно-вапняної суспензії, вапняної води, дистильованої та водопровідної води, суспензії цементу, модельних розчинів глюкози, соків I та II сатурації.

Для аналізу досліджуваних зразків у роботі використані загальноприйняті та спеціальні методики досліджень і аналізів для крохмале-патокового та бурякоцукрового виробництв.

Для проведення математичної обробки результатів експериментальних досліджень ЕГО водно-вапняної суспензії використані методики, які грунтуються на методі найменших квадратів, теорії функціональних рівнянь (динамічного програмування) і методі дисперсійного аналізу.

Вид функціональних залежностей між характеристиками водно-вапняної суспензії та параметрами ЕГО визначали за експериментальними даними методом найменших квадратів з нормою:

при W_i=1

Отримані системи рівнянь розв'язували методом визначника і ітераційним методом Зейделя.

Показником ефективності k-го кроку є задана числова характеристика (цільова функція цього кроку):

Нами було отримано систему рівнянь для аналізу результатів експериментальних досліджень процесу ЕГО водно-вапняної суспензії, яку можна сформулювати як багатокрокову задачу оптимізації:



де - m-мірний вектор керування, вибраний на k-му кроці;

- n-мірний вектор станів простору ;

- задана n-мірна вектор-функція аргументів .

Для розв'язання багатокрокової задачі оптимізації (5) методом динамічного програмування використовували принцип оптимальності Беллмана:

при

При цьому функції пов'язані між собою такими рекурентними співвідношеннями (рівняння Беллмана):

Алгоритм методу динамічного програмування здійснюється у два етапи: на першому проводиться умовна, на другому - безумовна оптимізації.

Проведено дослідження методу функціональних рівнянь на точність і стійкість, де послідовність матриць А_к0 при к зводиться до матриці А, причому А<1.

Для перевірки гіпотези про рівність середніх застосували однофакторний дисперсійний аналіз.

Знаходили межі довірчих інтервалів з оцінкою дисперсії для лінійних контрастів:

,

де с_к, к=1,2,..., т - константи, які визначаються із формулювання гіпотез, що провіряються, причому .

У розділі 3 наведені результати експериментальних досліджень впливу параметрів ЕГО (напруга розряду та кількість розрядів) на зміни фізико-хімічних властивостей крохмалю, дифузійного соку, водно-вапняної суспензії.

У підрозділі 3.1 висвітлено результати експериментальних досліджень впливу напруги розряду та кількості розрядів при ЕГО на зміни у структурі крохмальних зерен та фізико-хімічних властивостей обробленого крохмалю.

Оброблену суспензію крохмалю зневоднювали, висушували та піддавали аналізам.

Аналізи фізико-хімічних властивостей отриманого крохмалю показали (табл. 1), що спостерігається зменшення вмісту білка та жиру.

Таблиця 1. Зміна характеристик крохмалю залежно від напруги розряду та кількості розрядів

Крохмаль	Напруга, кВ	Вміст білка, %	Вміст жиру, %	Вологість, %
Нативний	-	0,45	0,77	12,7
Оброблений 30 розрядами	30	0,247	0,15	12,62
Оброблений 35 розрядами	30	0,26	0,16	12,6
Оброблений 40 розрядами	45	0,23	0,17	12,6

Це, на наш погляд, пояснюється процесом руйнуванням амілозо-ліпідних комплексів і частковим переходом їх у розчин. За рахунок цього відбувається підвищення чистоти крохмалю і ступеня кристалічності, що впливає на реологічні властивості його суспензій.

Оброблений крохмаль утворює м'які пластичні драглі і може використовуватись у процесах харчових виробництв як структуроутворювач.

Отже, встановлено, що ЕГО суспензії крохмалю при напрузі розряду 45кВ та кількості розрядів 40 сприяє отриманню зернового крохмалю, звільненого від домішок мінеральних речовин, білків та зв'язаних жирів, суспензії якого за реологічними властивостями та фракційним складом відрізняються від нативного. Отримані результати свідчать про необхідність продовження роботи в цьому напрямі.

У підрозділі 3.2 наведено результати досліджень впливу напруги розряду та кількості розрядів при ЕГО на властивості дифузійного соку.

Встановлено (табл. 2), що при напрузі 30 кВ після чотирьох розрядів чистота дифузійного соку підвищується на 2,06 % за рахунок безреагентної коагуляції високомолекулярних речовин (в основному білків). При більшій кількості розрядів чистота соку погіршується, тому що при цьому має місце руйнування цукрози в плазмі каналу іскри.

Таблиця 2. Залежність зміни чистоти дифузійного соку від кількості розрядів при напрузі розряду 30 кВ

Показник, %	Значення показника при кількості розрядів
	0	1	2	3	4	5
Сухі речовини, %	13,6	13,6	13,5	13,4	13,3	13,0
Цукроза, %	11,75	11,75	11,75	11,75	11,75	11,40
Чистота, %	86,40	86,5	86,9	87,9	88,46	87,70

Підсилює коагуляційний ефект комплексна дія підігріву дифузійного соку та його ЕГО.

Як показав мікробіологічний аналіз, ЕГО дифузійного соку при напрузі 30 кВ та чотирьох розрядах дало можливість інактивувати продуценти клітин мікроорганізмів у середньому на 88%. Причому найбільш чутливими до інактивації виявилися вегетативні клітини бактерій, дріжджів, міцеліальних грибів. Резистентними до ЕГО виявилися спори мікроміцетів і особливо бактерії Bac.Subtalis та Bac.Cereus.

У підрозділі 3.3 висвітлено результати експериментальних досліджень впливу напруги розряду та кількості розрядів при ЕГО на водно-вапняну суспензію, використовувану в цукровому виробництві для очищення дифузійного соку.

Визначили раціональний режим: напруга розряду в інтервалі 3045 кВ, а кількість розрядів зі збільшенням напруги зменшується від 15 розрядів при 30 кВ до 10 розрядів при 45 кВ.

Дослідження зміни активності водно-вапняної суспензії показали (табл. 3), що при ЕГО у раціональному режимі активність суспензії зростає на 12 - 14% порівняно з активністю необробленої суспензії.

Таблиця 3. Вплив напруги розряду та кількості розрядів на процес активації водно-вапняної суспензії

№ експерименту	До ЕГО	Після ЕГО
	СаОакт, % маси суспензії	СаОзаг, % маси суспензії	Активність, %	Напруга, кВ	Кількість розрядів	СаОакт, % маси суспензії	СаОзаг, % маси суспензії	Активність, %	Підвищення активності, %
1	15,2	18,2	83,5	30	10	17,4	18,2	95,6	12,1
2	15,0	18,3	82,0	30	10	17,2	18,3	94,0	12,0
3	15,3	18,6	82,2	30	15	17,7	18,6	95,2	13,0
4	15,3	18,5	82,7	45	10	17,9	18,5	96,7	14,0
5	15,1	18,6	81,2	45	15	17,7	18,6	95,2	14,0
Середнє значення	15,2	18,44	82,3	-	-	17,58	18,44	95,34	13,02

Підвищення активності водно-вапняної суспензії пояснюється тим, що під впливом ЕГО відбувається інтенсивне руйнування як частинок вапна, що не встигло прореагувати з водою під час гасіння, так і агломератів міцел гідроксиду кальцію до моночастинок.

Окремо було простежено за тривалістю ефекту процесу активації водно-вапняної суспензії, обробленої при напрузі 45 кВ десятьма розрядами. Для оцінки цього вирішено було вибрати зміну кількості розчиненого Са(ОН)₂ у вапняній воді. Встановлено, що після ЕГО протягом 120 хв, які є технологічним терміном перебування водно-вапняної суспензії у вапняному відділенні цукрового заводу, кількість розчиненого Са(ОН)₂ у воді зростає у середньому на 14,4% порівняно із кількістю розчиненого вапна у вапняній воді свіжообробленої суспензії.

Підвищення кількості розчиненого Са(ОН)₂ у воді буде більшим, що дрібнішими будуть частинки Са(ОН)₂ водно-вапняної суспензії, тобто що вищою буде її дисперсність.

Після ЕГО при напрузі 30 кВ та 15 розрядах відсоток цієї фракції збільшується до 77. А при ЕГО водно-вапняної суспензії десятьма розрядами при напрузі 45кВ у всьому об'ємі суспензії переважають частинки розміром 14,2 мкм, становлячи вже 80 % всієї твердої фази. Це сприяє підвищенню питомої поверхні твердої фази в 2,2 раза.

Оброблена водно-вапняна суспензія більш ніж в 3,9 раза повільніше розшаровується та має об'єм осаду твердої фази в середньому на 19% більший, ніж необроблена суспензія, але при цьому реологічні властивості суспензії не погіршуються.

Також встановлено, що ЕГО водно-вапняної суспензії при напрузі розряду 45 кВ та кількості розрядів 15 підвищує питому електропровідність суспензії на 10%, а вапняної води на 14%.

Однією зі складових частин водно-вапняної суспензії є зв'язане вапно, яке при очищенні водно-вапняної суспензії від домішок виводиться у відвал, утворюючи невідновні втрати для цукрового виробництва. Аналогом зв'язаного вапна є цемент.

Це є результатом подрібнення твердих частинок цементу та руйнування молекул комплексних сполук клінкерних мінералів з виділенням вапна у вільному стані.

За результатами експериментальних досліджень процесу ЕГО водно-вапняної суспензії провели їх математичну обробку. Отримали емпіричні залежності розрахунку зміни характеристик водно-вапняної суспензії від параметрів ЕГО. Провели оптимізацію результатів досліджень процесу ЕГО водно-вапняної суспензії. Отримали прирости активності по кожному експерименту і її сумарний приріст. Здійснили математичний аналіз результатів процесу ЕГО водно-вапняної суспензії, чим підтвердили підвищення активності водно-вапняної суспензії після оброблення при визначених раціональних режимах.

У розділі 4 висвітлюються результати досліджень впливу активованої електрогідравлічними розрядами водно-вапняної суспензії на процес очищення соків бурякоцукрового виробництва.

Спочатку дослідили розклад однієї зі складових частин редукувальних речовин -- глюкози у її модельному розчині під час основної дефекації.

Встановили, що активована електрогідравлічним способом водно-вапняна суспензія сприяє підвищенню ступеня розкладу глюкози при проведенні дефекації на 15,9% порівняно із дефекацією неактивованою водно-вапняною суспензією. Ступінь розкладу зберігається на тому ж рівні при зниженні кількості вапна від 100 до 80% маси глюкози.

Проводили очищення дифузійного соку за класичною схемою. Кількість вапна, доданого у вигляді водно-вапняної суспензії у сік, у всіх випадках становила 80% СаО до маси нецукрів дифузійного соку.

Встановлено (табл. 4), що очищення дифузійного соку активованою водно-вапняною суспензією сприяє підвищенню ефекту очищення соку в середньому на 3,2% порівняно з очищенням необробленою суспензією.

Також спостерігається менша на 9% забарвленість та менший на 29% вміст кальцієвих солей. Це пояснюється на наш погляд, більш глибокими процесами розкладу та осадження нецукрів під час попередньої та основної дефекацій та більшою кількістю нецукрів, адсорбованих розвиненою поверхнею карбонату кальцію, яка одержана із високодисперсного гідроксиду кальцію.

У розділі 5 наведено результати досліджень впливу параметрів ЕГО на процес активації водно-вапняної суспензії та впливу активованої водно-вапняної суспензії на якість очищених соків бурякоцукрового виробництва в промислових умовах.

Для реалізації способу було розроблено та виготовлено спільно з фахівцями ІІПТ НАН України (м. Миколаїв) дослідно-промислову електророзрядну камеру оригінальної конструкції, яку встановлено у вапняному відділені після вапногасильного апарата на СТОВ „Корделівський цукровий завод”.

У результаті проведених аналізів встановлено, що внаслідок ЕГО водно-вапняної суспензії при напрузі розряду 45 кВ та кількості розрядів 10 її активність підвищилась в середньому на 14,6 % порівняно з необробленою.

Активовану ЕГО водно-вапняну суспензію подавали на очищення дифузійного соку.

Встановлено, що очищення дифузійного соку активованою водно-вапняною суспензією сприяє підвищенню ефекту очищення соку на 3 % порівняно із очищенням соку неактивованою водно-вапняною суспензією.

Сік II сатурації, одержаний очищенням активованою водно-вапняною суспензією, має на 9% меншу забарвленість та на 22% менший вміст солей кальцію. Виходячи з умов доцільності застосування ЕГО для процесу активації водно-вапняної суспензії, розроблено промислову конструкцію електророзрядної камери періодичної дії електрогідравлічного активатора водно-вапняної суспензії.

Слід зауважити, що піскоуловлювач Русселя-Дорошенко 9, тимчасово збережений в принциповій новій технологічній схемі приготування водно-вапняної суспензії із використанням електрогідравлічного активатора як ємкість для проходження реакції вивільненого вапна з водою. В майбутньому його можна ліквідувати і замінити на збірник-мішалку.

Висновки

Аналіз експериментальних досліджень впливу параметрів ЕГО (напруга розряду та кількість розрядів) на суспензії крохмалю, дифузійний сік та водно-вапняну суспензію з метою інтенсифікації процесів крохмале-патокового та бурякоцукрового виробництв дає можливість зробити такі висновки.

1. Експериментально встановлено, що ЕГО суспензії крохмалю при напрузі розряду 45кВ та кількості розрядів 40 сприяє отриманню зернового крохмалю зі зменшеним вмістом домішок мінеральних речовин, білків та зв'язаних жирів, суспензії якого за реологічними властивостями та фракційним складом відрізняються від суспензії нативного.

2. Встановлено, що при ЕГО дифузійного соку при напрузі розряду 30 кВ та чотирьох розрядах спостерігається підвищення його чистоти на 2,06% за рахунок осадження ВМС.

3. Встановлено, що ЕГО дифузійного соку дає змогу досягти ефективного зменшення в ньому мікрофлори, причому бактерицидний ефект ЕГО зростає зі збільшенням кількості розрядів і напруги.

4. Визначено основні закономірності впливу ЕГО на фізико-хімічні властивості водно-вапняної суспензії, яка використовується в бурякоцукровому виробництві для очищення дифузійного соку, та встановлено, що на активність водно-вапняної суспензії впливає напруга розряду та кількість розрядів. Визначені раціональні режими ЕГО: напруга -- 3045кВ, кількість розрядів -- 1510. Оброблення при таких режимах дає змогу підвищити активність водно-вапняної суспензії на 1214%.

5. Показано, що ефект електрогідравлічної активації водно-вапняної суспензії зберігається протягом 120 хв, що відповідає технологічному терміну перебування водно-вапняної суспензії у відділенні приготування водно-вапняної суспензії цукрового заводу.

6. Встановлено, що ЕГО водно-вапняної суспензії підвищує питому поверхню твердої фази Са(ОН)₂ в 2,2 раза за рахунок зростання ступеня дисперсності її твердої фази. Про це також свідчить уповільнення швидкості розшарування обробленої суспензії в 3,9 раза та збільшення об'єму осаду твердої фази на 19%.

7. Виявлено, що ЕГО водно-вапняної суспензії підвищує її питому електропровідність на 10%, що пояснюється зростанням кількості розчиненого вапна у вапняній воді на 14%, яке викликане збільшенням ступеня дисперсності твердої фази водно-вапняної суспензії.

8. Встановлено руйнівну дію ЕГЕ на зв'язане вапно у твердій фазі водно-вапняної суспензії, що дає змогу утилізувати все непогашене вапно, яке міститься у водно-вапняній суспензії, що для цукрового заводу потужністю 3000 т перероблення цукрового буряку на добу становить 15 - 21т СаО на добу.

9. За результатами експериментальних досліджень процесу ЕГО водно-вапняної суспензії провели їх математичну обробку. Отримали емпіричні формули залежності зміни характеристик водно-вапняної суспензії від параметрів ЕГО. Провели оптимізацію результатів досліджень процесу ЕГО водно-вапняної суспензії. Отримали приріст активності по кожному експерименту та її сумарний приріст. Здійснили аналіз результатів процесу ЕГО водно-вапняної суспензії, чим підтвердили підвищення активності водно-вапняної суспензії після оброблення при визначених раціональних режимах.

10. Виявлено, що активована електрогідравлічним способом водно-вапняна суспензія сприяє підвищенню ефекту очищення дифузійного соку в середньому на 3,2%, та зниженню в очищеному соку забарвленості на 9% і вмісту солей кальцію на 29%.

11. Науково обґрунтовано, розроблено та випробувано у виробничих умовах новий електрогідравлічний спосіб активації водно-вапняної суспензії, який дає можливість підвищити активність водно-вапняної суспензії на 1415%. Для реалізації цього способу розроблений, виготовлений та випробуваний у виробничих умовах дослідно-промисловий електрогідравлічний активатор водно-вапняної суспензії.

12. Науково обґрунтовано, розроблено та випробувано у виробничих умовах спосіб очищення дифузійного соку активованою електрогідравлічним способом водно-вапняною суспензією, що сприяє підвищенню ефекту його очищення на 3%, зменшенню забарвленості соку II сатурації на 9%, та зниженню вмісту солей кальцію на 22%.

13. Розроблено промислово-апаратурне оформлення процесу приготування водно-вапняної суспензії зі встановленням електрогідравлічного активатора після вапногасильного апарата, що дає можливість підвищити активність вапна у водно-вапняній суспензії та запобігти видаленню із домішками потенційно активного вапна, яке не встигло погаситись.

14. Очікуваний економічний ефект від застосування електрогідравлічного активатора водно-вапняної суспензії для заводу потужністю 3000 т перероблення цукрових буряків за добу та тривалості виробничого сезону 30 діб становить 184887,8 гривень.

Перелік робіт, що опубліковані за темою дисертації

1. Дослідження впливу електроіскрових розрядів на властивості соків цукрового виробництва / В.П. Василів, І.С. Гулий, А.І. Українець, Л.М. Хомічак, Ю.О. Дашковський, В.В. Олішевський, Ю.В. Слива // Харч. Пром-сть. - 2001. - №1(46). - С. 41 - 43.

2. Електроіскрові технології в харчовій промисловості: перспективи застосування / І.С. Гулий, А.І. Українець, Ю.О. Дашковський, Л.М. Хомічак, В.В. Олішевський, Л.М. Верченко, С.І. Блаженко, В.П. Василів, А.І. Маринін // Наук. праці НУХТ.-2002. - №13.- С.34-39.

3. Дослідження впливу електроіскрового оброблення на якість зернового крохмалю / А.І. Українець, О.В. Грабовська, В.В. Олішевський, В.П. Василів // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Донецьк: ДонДУЕТ.- 2003.- Вип.9.- С. 74 - 80.

4. Підвищення активності водно-вапняної суспензії під впливом електрогідравлічного ефекту / А.І. Українець, Л.М. Верченко, Ю.О. Дашковський, В.В. Олішевський, В.П. Василів, А.І. Маринін // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Донецьк: ДонДУЕТ.- 2003.- Вип.9.- С.209-213.

5. Повышение технологических качеств извести и водно-известковой суспензии / Л.М. Верченко, Л.М. Хомичак, А.И. Украинец, В.П. Васылив // Сахар.- 2004.- №1.- С.54-58.

6. Объективный подход к определению расхода извести на очистку диффузионного сока / Л.М. Верченко, Л.М. Хомичак, А.И. Украинец, В.П. Васылив // Сахар.- 2004. - №2.- С.2-3.

7. Деклараційний патент України №59225А. Спосіб активації водно-вапняної суспензії / А.І. Українець, Л.М. Хомічак, Л.М. Верченко, В.П. Василів, А.І. Маринін, О.І. Джоган, Ю.В. Слива - Опубл. 15.08.03. Бюл. №8.

8. Деклараційний патент України №59864А. Спосіб оброблення зернового крохмалю / О.В. Грабовська, А.І. Українець, В.П. Василів, Н.І. Штангєєва, А.І. Маринін - Опубл. 15.09.03. Бюл. №9.

9. Деклараційний патент України №2993. Спосіб очищення дифузійного соку / А.І. Українець, Л.М. Хомічак, Л.М. Вєрченко, В.П. Василів, Ю.В. Слива, А.І. Маринін, Т.С. Гусарук - Опубл. 15.09.04. Бюл. №9.

10. Деклараційний патент України №2994. Електророзрядна камера / В.П. Василів, А.І. Українець, Л.М. Вєрченко, Ю.О. Дашковський, В.В. Олішевський, А.І Маринін. - Опубл. 15.09.04. Бюл. №9.

11. Застосування електроіскрових розрядів для очищення дифузійного соку / В.П. Василів, Ю.В. Герасименко, Ю.В. Слива, І.С. Гулий, А.І. Українець, Л.М. Хомічак // Тези 67-ї наукової конференції студентів, аспірантів і молодих вчених. - К.: НУХТ. - 2001. - Ч.II. - С.15.

12. Василів В.П., Дашковський Ю.О., Олішевський В.В. Особливості експлуатації електророзрядних камер при обробленні харчових продуктів і напівпродуктів електроіскровими розрядами // Наук. праці УДУХТ- 2001. - №10. - С.152.

13. Маринін А.І., Василів В.П., Українець А.І. Розрахунок основних конструктивних, електричних, енергетичних параметрів обладнання для електрогідравлічного оброблення // Міжнародна наукова конференція молодих вчених, аспірантів і студентів.- К.: НУХТ.- 2002.- Ч.II.- С.13.

14. Застосування електрогідравлічного ефекту для підвищення активності водно-вапняної суспензії / А.І. Українець, Л.М. Верченко, Ю.О. Дашковський, В.В. Олішевський, В.П. Василів, А.І. Маринін // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Актуальні проблеми харчування: технологія і обладнання, організація і економіка”. - Донецьк: ДонДУЕТ. - 2003. - С.72-73.

15. Вплив електрогідравлічного ефекту на питому електропровідність водно-вапняної суспензії / А.І. Українець, Л.М. Верченко, В.П. Василів, А.І. Маринін, В.В. Олішевський, Ю.О. Дашковський // Материалы V-й Международной научной школы-семинара “Импульсные процессы в механике сплошных сред”. - Николаев: ИИПТ. - 2003. - С.36-37.

Размещено на Allbest.ru

...