Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время во многих отраслях промышленности возникает необходимость получения сложных многокомпонентных смесей с высокими процентными соотношениями (1:500 и более). В пищевых отраслях расширяется ассортимент сухих пищевых концентратов (витаминизированные смеси, сухие напитки и т.п.). При этом растут требования к качеству готового продукта, а именно равномерному распределению исходных компонентов по объему смеси. Одновременно с этим возросла роль математического описания исследуемых процессов. Это обусловлено тем, что математические модели описывают явления в целом классе аппаратов и при экспериментальной идентификации их параметров возможно прогнозирование характеристик процесса, что в итоге сокращает продолжительные и дорогостоящие экспериментальные исследования.
Перспективными направлениями в технологиях переработки сыпучих материалов являются: переход на аппаратурное оформление стадии смешивания по непрерывной схеме, разработка принципиально новых конструкций смесителей, осуществляющих процесс в тонких или разреженных слоях с организацией направленного движения материала. Главной задачей таких смесителей является, во-первых, подавление случайных (а также регулярных) "неравно-мерностей" подачи материала в смеситель, во-вторых, обеспечение интенсивного перераспределения частиц смешиваемых компонентов.
Несмотря на то, что вопросам теоретического и экспериментального исследования процесса непрерывного смешивания и его аппаратурного оформления посвящено большое количество работ и публикаций, такие процессы изучены гораздо меньше, чем периодические. Остается ряд малоизученных вопросов, особенно возникающих при соотношениях смешиваемых компонентов 1:100 и более.
Поэтому создание методики моделирования процессов непрерывного смешивания, аппаратов в которых они реализуются, и разработка на основе полученных результатов эффективных смесительных агрегатов является актуальной задачей.
Диссертационная работа подготовлена в соответствии с планами НИР по гранту Министерства образования РФ Т02-06.7-1238 "Научно-практические основы разработки непрерывнодействующих аппаратов центробежного типа с регулируемой инерционностью для получения сухих и увлажненных композиционных материалов".
Цель работы.
Разработка с применением теории марковских процессов теоретических и практических аспектов непрерывного смесеприготовления для прогнозирования его характеристик в центробежных смесителях со сложной структурой материальных потоков.
Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в настоящей работе решались следующие основные зад ift>c. национальная!
гад1
-
Разработка комплекса моделей, описывающих процесс смешивания в центробежных смесителях непрерывного действия (СНД) с различной структурой организации материальных потоков;
-
Разработка методов идентификации неизвестных численных параметров моделей;
-
Реализация математической модели СНД с помощью численных методов моделирования и проверка её на адекватность реальному процессу;
-
Разработка и исследование новой конструкции СНД центробежного типа с организацией направленного движения материала них, обеспечивающих получение качественных смесей.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработаны математические модели, позволяющие достаточно точно прогнозировать характеристики процесса непрерывного смешения сыпучих материалов при любом их соотношении, дисперсности и способе дозирования;
-
На основе полученных моделей, проанализирован непрерывно-действующий смесительный агрегат центробежного типа с различной структурой организации материальных потоков: исследована однородность смеси, изучена возможность получения смесей заданного качества с учетом его инерционных и конструкционных параметров;
-
Разработана методика численного расчета значений факторов уравнений регрессии для идентификации параметров модели;
Практическая значимость и реализация.
Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований позволили предложить новую конструкцию СНД центробежного типа, обеспечивающую получение смесей высокого качества, техническая новизна которой защищена патентом РФ на изобретение. На базе полученных математических моделей разработана методика проектирования конусных СНД центробежного типа с различной структурой организации материальных потоков в них. При непосредственном участии автора разработано аппаратурное оформление стадий непрерывного смешивания в технологической схеме производства "сухого мороженого", включающее в свой состав центробежный СНД новой конструкции. Проведены успешные опытно-промышленные испытания на ОАО "Кемеровский хладокомбинат".
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре "Процессы и аппараты пищевых производств" КемТИПП при подготовке бакалавров и магистрантов.
АВТОР защищает:
-
Математическое описание процесса непрерывного смесеприготовле-ния в центробежных СНД с использованием теории марковских процессов;
-
Результаты численных и экспериментальных исследований влияния параметров процесса смешивания на его характеристики при различной структуре материальных потоков и способе дозирования в СНД центробежного типа.
-
Методику проектирования конусных центробежных смесителей с вы-
сокими показатежми их характеристик: производительность, сглаживание не-равномерностей при дозировании, качество готового продукта.
4. Новую конструкцию центробежного СНД конусного типа с контурами опережающих потоков и рециклами.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе, были представлены и обсуждены на: ежегодных научных конференциях Кемеровского технологического института пищевой промыпшенности (2001-2004); научно-практических конференциях "Новые технологии в научных исследованиях и образовании", Кемерово: КемТИПП, 2001-2003; "Информационные недра Кузбасса", Кемерово: КемГУ, 2001-2004; 4ой международной научно-технической конференции "Пища. Экология, человек.", Москва: МГУПБ, 2001; межрегиональной конференции молодых ученых "Пищевые технологии", Казань: КГТУ, 2002; 2ой международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и оборудование дж пищевой промыпшенности", Воронеж: ВГТА, 2004.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликована 21 работа.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырехглав, основных выводов, списка литературы и приложения; включает 38 рисунков, 14 таблиц. Основной текст изложен на 106 страницах машинописного текста, приложение - на 37 страницах. Список литературы включает 112 наименования.
