Интенсификация процесса преобразования сыпучего материала в упруго-вязко-пластичный в ходе его экструзионной обработки

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

Интенсификация процесса преобразования сыпучего материала в упруго-вязко-пластичный в ходе его экструзионной обработки

Тимофеева Д.В., Попов В.П.,

Антимонов С.В., Соловых С.Ю.

г. Оренбург

В настоящее время широко применяется экструдирование различных материалов с целью получения продуктов разнообразного назначения. Так например: вспученных экструдатов пищевого назначения, полуфабрикатов вспученных экструдатов, макаронных изделий, пиллет из грубодисперсных материалов и т.д. [1,2] Имеется достаточно большое количество исследований, направленных на изучение процессов экструзионной обработки различных материалов. Однако практически все эти исследования направлены на изучение интенсификации процессов движения, смешивания, разогревания и т.д. в экструдере уже спрессованных материалов или же процессов формования экструдируемых материалов в матрице экструдера. Практически не производилось исследований процесса превращения сыпучего продукта, загружаемого в экструдер, в спрессованный однородный материал. Математической модели данного процесса в настоящее время не создано. Интенсификации данного процесса практически не проводилось. [3,4] В связи с вышесказанным представляет интерес изучение процесса преобразования сыпучего материала в однородную упруго-вязко-пластичную массу в ходе его экструзионной обработки и разработка конструкции оборудования для более интенсивного осуществления данного процесса.

На сегодняшний день при экструдировании продуктов имеются проблемы связанные со значительными сырьевыми и энергетическими затратами. Актуальной проблемой является изучение и реализация возможности снижения затрат за счет оптимизации адгезионно-когезионных воздействий. В связи с вышесказанным актуальным является изучение процесса преобразования сыпучего материала, подаваемого в экструдер в упруго-вязко-пластичную массу. Ведущими представителями, производящими технологии и оборудование для экструзионного воздействия на перерабатываемый материал являются: немецкая фирма «Бюллер», итальянская фирма «Паван-мампимпьянти», французская фирма «Бассано». Вышеперечисленные фирмы разработали достаточно эффективные методы осуществления экструзионных технологий. Однако, несмотря на наличие при фирмах научно-исследовательских центров, технологии, разработанные ими, осуществляются без выхода на оптимальные режимы, не учитывают кинетику изменения структурно-механических свойств и химического состава, а также не учитывают адгезионно-когезионного взаимодействия. [5] Вместе с тем представляет интерес изучение когезионно-адгезионного взаимодействия и создания оборудования, учитывающее данное взаимодействия и создания оборудования, учитывающее данное взаимодействие. Аналогов предлагаемой технологии в данное время не имеется не в России не за рубежом.

Задачей исследования является разработка и обоснование оптимальных параметров технологического процесса преобразования сыпучего материала в упруго-вязко-пластичную массу на основе параметрического синтеза биотехнологических объектов, а именно:

- Анализ существующего оборудования, выявление недостатков и особенностей узлов уплотнения перерабатываемых материалов.

- Анализ существующих математических моделей и методологий описания экструзионных процессов.

- Разработка комплексной методологии создания единого подхода к математическому описанию всех этапов преобразования материала в экструдерах.

- Разработка математической модели уплотнения материала в экструдере, ее идентификация и верификация.

- Оптимизация конструкции рабочих органов экструдера на основе вышеприведенной методологии и математической модели.

Целью проекта является разработка инновационной энергоресурсо-сберегающей технологии производства экструдированных продуктов с учетом адгезионно-когезионных взаимодействий.

На данном этапе исследований был проведен анализ существующих математических моделей, используемых при экструдировании, в частности для макаронных изделий. [6-9] При смешивании используются модели уравнения баланса мощностей с учетом гидравлических коэффициентов смеси, а для прессования макаронного теста используются реологические модели, основанные на реологических критериях. Из чего можно сделать вывод, что нет единого описания для экструдирования в частности макаронных изделий, и отсутствует математическая модель описания преобразования сыпучего материала в упруго-вязко-пластичное тело. В работе будет использована лабораторная установка, разработанная на факультете ФПБиИ. Предполагается разбиение конструкции на пять зон: зона загрузки, зона транспортирования, зона сжатия, зона гомогенизации и зона формования, и изучение преобразования материала в каждой зоне с созданием соответствующей математической модели.

Рисунок 1 - Шнековый пресс-экструдер

математический экструдированный адгезионный сыпучий

В работе будут использованы разработанные ранее математические методы оптимизации биотехнологических объектов на основе математического планирования экспериментов и методология критериальной комплексной оценки эффективности технологии. В работе так же будут использованы разработанные ранее устройство для определения физико-механических свойств готовых экструдированных изделий и устройство для определения когезионных и адгезионных напряжений возникающих при растяжении и сжатии исследуемых материалов извлекаемых из зон экструдера.

Рисунок 2 - Устройство для определения относительной прочности получаемых экструдатов: 1 - планка с отверстием; 2 - опорная пластина; 3 - образец макаронного полуфабриката; 4 - нить; 5 - электродвигатель; 6 - барабан; 7 - измерительный цилиндр; 8 - стрелка; 9 - крючок.

Проведены исследования процесса экструдирования различных видов сельскохозяйственного сырья (рис, рисовая сечка, гречневая крупа, продел гречки и подсолнечника) на изменение физико-химических и структурно-механических свойств перерабатываемых материалов. Особое внимание при этом уделялось изучению явления когезии и адгезии.

По результатам исследования изготовлена лабораторная установка для экструдирования зернового сырья. Изготовлена лабораторная установка для изучения степени когезии и адгезии зернового сырья. Разработан способ получения кормов и кормовых добавок из отходов растительного сырья. Подана заявка на способ производства комбикорма. Предложена конструкция модернизированной лабораторной экструзионной установки.

В дальнейшем планируется разработка представления о влияние адгезионно-когезионного взаимодействия на процессы экструзионных технологий. Создание комплекса математической модели адгезионно-когезионного взаимодействия в составе: модели адгезионно-когезионных процессов в ходе экструзионной обработки растительного сырья. Разработка эскизов чертежей линии для инновационной экструзионной обработки растительного сырья.

Список литературы

1. Абрамов, О.В. Исследование основных закономерностей процесса экструзии при производстве комбинированных продуктов питания / О.В. Абрамов // Хранение и переработка сельхозсырья, 2007. - №6. - С. 69-72. - Библиогр.: с. 72 (3 назв.).

2. Остриков, А.Н. Экструзия в пищевой технологии / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов. А.С. Рудометкин. - CПб.: ГИОРД, 2004. - 288 с.: ил. - Библиогр.: с. 263-281 - ISBN 5-901065-62-Х.

3. Платов К.В. Научное обеспечение процесса получения зерновых палочек на одношнековом экструдере: дис.…к.т.н. / К.В. Платов. - Воронеж, 2004. - 169 с.

4. Фисенко К.А. Оптимизация процесса экструдирования кормов с учетом изменения геометрических и режимных параметров рабочего пространства шнекового прессующего механизма: автореф. дис. … к.т.н. / К.А. Фисенко. Оренбург, 2000 - 17 с.

5. Медведев, Г.М. Технология макаронных изделий: учеб. для студентов / Г.М. Медведев. - CПб.: ГИОРД, 2005. - 312 с.- ISBN 5-901065-95-6.

6. Атыханов А.К. Оптимизация процесса экструдирования при производстве кормовых добавок для жвачных животных: дис. … к.т.н. / А.К. Атыханов. - Алма-Ата, 1984. - 211 с.

7. Плотников Д.А. Обоснование и разработка автономной установки для производства пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья: дис. … к.т.н. / Д.А. Плотников. - Ижевск, 2008. - 131 с.61 08-5/1400

8. Гаврилов Н.В. Обоснование конструктивно-режимных параметров экструдера при переработке кормосмеси: дис. … к.т.н. / Н.В. Гаврилов. - Оренбург, 2005. - 121 с.

9. Щербакова Н.Л. Разработка математической модели процессов центробежно-экструзионной грануляции: дис. … к.т.н. / Н.Л. Щербакова. - Волгоград, 2004. - 157 с. Размещено на Allbest.ru