Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние технологии и оборудования для измельчения пищевых продуктов 11
1.1 Физико-механические принципы измельчения используемые для производства рыбной продукции 11
1.2. Специфические особенности процессов измельчения при производстве комбинированных рыбопродуктов 23
1.3. Эффективность различных схем реализации процесса измельчения для пищевых продуктов 36
1.4. Постановка задач исследования 49
2. Экспериментально-теоретические исследования процесса и аппарата для измельчения сырья на основе кавитационных эффектов 50
2.1. Математическое моделирование влияния кавитации на процесс измельчения 50
2.1.1. Физические механизмы влияния кавитации на процесс измельчения 50
2.1.2. Математическая модель центробежного разрушения дефектов 57
2.1.3. Математическая модель отрыва пограничного слоя 66
2.2. Экспериментальное исследование возможностей измельчения комбинированных рыбных продуктов с использованием кавитации 82
2.2.1. Объекты и методы исследования 82
2.2.2. Исследование влияния механической обработки на свойства полуфабриката из рыбы и вспомогательного сырья 89
2.2.3. Исследование эффективности кавитационной обработки и возможностей ее аппаратурной реализации 101
3. Разработка технических рекомендаций по совершенствованию кавитационного измельчения комбинированных рыбопродуктов
3.1. Рекомендации по назначению режимов измельчения 110
3. 2. Рекомендации по техническому обслуживанию оборудования 111
4. Опыт применения кавитационных аппаратов и процессов для переработки рыбной продукции 118
4.1. Общий подход к оценке экономической эффективности совершенствования кавитационных процессов и аппаратов для измельчения 118
4.2. Экономическая эффективность использования разработанных рекомендаций для рыбно-овощных полуфабрикатов 124
5. Заключение 128
6. Литература 129
7. Приложения 144
- Специфические особенности процессов измельчения при производстве комбинированных рыбопродуктов
- Физические механизмы влияния кавитации на процесс измельчения
- Рекомендации по назначению режимов измельчения
- Общий подход к оценке экономической эффективности совершенствования кавитационных процессов и аппаратов для измельчения
Введение к работе
Во всем мире в последние годы все большую популярность приобретает концепция позитивного или функционального питания, сформированная в Японии в начале 80-х г.г.
По оценке экспертов здоровье нации лишь на 25-40 % зависит от системы здравоохранения, в то время, как влияние на здоровье социально-экономических условий и образа жизни составляет 52-55 %, при этом одной из составляющих является фактор питания.
Население экономически развитых стран к настоящему времени осознало необходимость потребления натуральных пищевых продуктов, обогащенных недостающими компонентами, главными из которых являются минеральные вещества, витамины, клетчатка.
По оценкам ООН наша страна в середине 80-х годов входила в десятку стран мира с наилучшим типом питания. Но ряд не спрогнозированных изменений в экономике нашей страны, происходящих с 1992 года, до сих пор сопровождается практически нерешенными социальными и демографическими проблемами.
На решение задач по обеспечению удовлетворения потребностей населения в рациональном здоровом питании с учетом традиций, экономического положения и требований медицинской науки направлена концепция государственной политики в области здорового питания сформулированная постановлением Правительства РФ от 10 августа 1998 г. № 917, одобренная и закрепленная рядом последующих национальных приоритетных программ.
Выпуск продукции переработки рыбы в физиологически необходимых объемах невозможен без разработки и реализации перспективных технологий и оборудования, обеспечивающих ресурсосберегающую переработку, и получение готовой продукции высокого качества.
Повышение эффективности использования на пищевые цели имеющихся рыбных ресурсов должно происходить путем разработки рецептур нового поколения, созданием продуктов с гарантированным содержанием белков, жиров, витаминов, микро- и микроэлементов и других важных компонентов.
Наилучшие возможности для этого имеет производство продукции на основе фарша: рыбные паштеты и пасты. Рыбный фарш в виде полуфабриката, даже из традиционных видов рыб, не пользуется достаточно широким потребительским спросом. Поэтому проблема производства фарша может быть решена только при условии создания технологии переработки его в продукты, пользующиеся спросом у населения. Проведенный социологический опрос по оценке потребительского спроса показал: регулярно хотели бы употреблять в пищу рыбную кулинарию из фарша 31,5 % опрошенных потребителей, 31 % - не удовлетворены ассортиментом выпускаемой фаршевой кулинарии, а 37,5 % - ее качеством. Повышение качества с потребительской точки зрения это прежде всего достижение оптимальных органолептических показателей и взаимосвязи с пищевой ценностью продукта.
Выпуск пастообразных изделий особенно целесообразен на основе маломерного, некондиционного сырья филейного, консервного производств и пищевых отходов. Это не только может способствовать улучшению экономических показателей работы предприятий, внедрению малоотходных технологий, но и расширит ассортимент кулинарных изделий из рыбы за счет продуктов с высокими вкусовыми, питательными свойствами, сбалансированных по своему химическому составу и невысокими по стоимости, например, за счет овощных или крупяных добавок.
Такого типа продукты часто приготовляются с использованием различных видов пищевых порошков. При проведении процессов сушки, термообработки, экстракции, сублимации и многих других, скорость процессов переноса тепла, энергии, массы прямо пропорциональна удельной
поверхности контакта фаз. Анализ существующих методов теплового и механического воздействия на дисперсные материалы и гетерогенные системы позволяет вскрыть механизмы интенсификации многих технологических процессов.
Основным направлением интенсификации обменных процессов является увеличение межфазной поверхности.. Наиболее простой и доступный метод - это механическое измельчение, взвешивание частиц в дисперсионной среде или гидродинамическое (струйное, пульсационное) воздействие на перерабатываемый материал, проведение процессов в глубоко нестационарном режиме.
В большинстве случаев в технологии пищевых производств получение комбинированных пищевых продуктов связано со стадиями подготовки материала, сушки и последующего измельчения. Как правило, в технологической линии эти стадии осуществляются в отдельных аппаратах. Хорошо известно, что совмещение операций или их одновременное выполнение приводит к значительной экономии времени и энергоресурсов. Не все стадии технологического процесса допустимо совмещать друг с другом. Однако, в тех случаях, когда процессы переноса осуществляются в дисперсных системах, такое совмещение не только целесообразно, но энергетически необходимо.
Поэтому, процессы, протекающие в одинаковых гидродинамических условиях и требующие близких по физической природе внешних силовых воздействий, должны протекать в едином реакционном пространстве, с использованием единого силового поля.
Отдельные исследования, направленные на совмещение процессов измельчения, перемешивания и механохимического синтеза отдельных пищевых ингредиентов известны давно, однако комплексных работ, направленных на использование накопленных знаний на комбинированные материалы в процессе их гидромеханической обработки, до сих пор не
было. Общим признаком новых ресурсосберегающих методов и
оборудования является минимизация негативного воздействия: деструктивных факторов на перерабатываемое сырье.
Значительный вклад в развитие и совершенствование процессов и Аппаратов по переработке рыбы и морепродуктов внесли отечественные и зарубежные ученые Борисочкина Л.Щ7-10], Головин А.Щ41], Кизеветтгер И.В.[54-56], Маслова Г.В.[76,77], Сафронова Т.М.[110], Слуцкая Т.Щ1 X <5]5 Becker Щ144], Chang-Lee M.V.[150] и другие.
Несмотря на широкий круг вопросов, как фундаментального, таїс и практического характера рассмотренных указанными авторами в облаоти разработки техники и технологии переработки рыбы, не нашло достаточного освещения влияние на совершенствование этой сферы производства современных теоретических представлений о реализуемых гидромеханических процессах и использование их в современных конструкциях аппаратов ьсави-тационного действия.
Рассматриваемая в диссертационной работе задача развития ресурсосберегающих процессов и аппаратов выработки комбинированной рыо^иой продукции на основе совершенствования гидромеханических процессов ее обработки представляется, таким образом, весьма актуальной.
Актуальность указанной проблемы подчеркивается «Концепцией государственной политики в области здорового питания населения Российской федерации» и научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приортетным направлениям науки и техники», действую, щих на период до 2010 года.
Цели и задачи исследований. В соответствии с выявленной технической задачей основной целью настоящей работы является совершенствование процесса и ресурсосберегающего оборудования для переработки рыо"ы на основе использования гидромеханических мер по учету кавитационньгх Ме_ ханизмов разрушения сырья.
Для этого необходимо решение следующих задач. В рамках теоретических исследований необходимо:
На основе уравнений гидромеханики выполнить моделирование контакта обрабатываемого пищевого продукта (рыбы) с рабочим органом и рабочей средой в условиях динамического воздействия;
Пользуясь основными уравнениями смоделировать распределение силовых факторов в замкнутом объеме при изменяющихся начальных и граничных условиях при поступательном движении среды в рабочих каналах измельчителя;
В рамках аппарата гидродинамики решить задачу о перемещении жидкости в каверне под действием спутного потока.
Для проверки полученных аналитических моделей необходимо провести следующие экспериментальные исследования:
Исследовать влияние механического воздействия на потребительские свойства полуфабриката, в том числе при разных режимах гидродинамической обработки;
Экспериментально определить величину минимальной скорости жидкости, при которой дальнейшее измельчение сырья не произойдет;
Определить характеристики рабочего органа для оптимального гидродинамического воздействия на перерабатываемый пищевой продукт (на модельном объекте);
По результатам выполненных исследований необходимо предложить технические решения для ресурсосберегающих процессов и аппаратов, решающие следующие задачи:
Обеспечивающие рациональные режимы процесса для ресурсосберегающего и измельчения пищевых продуктов;
Аппарат и/или устройство для обслуживания рабочих органов с целью повышения ресурсосбережения процесса;
Методику оценки эффективности процесса и устройства для ресурсосберегающего измельчения комбинированных рыбопродуктов.
Научная новизна исследований состоит в получении новых моделей гидродинамического контакта обрабатываемого пищевого продукта (рыбы) с рабочим органом и рабочей средой в условиях интенсивного динамического воздействия; распределения силовых факторов в замкнутом объеме при изменяющихся начальных и граничных условиях при вращательном и поступательном движении измельчаемых составляющих в каналах аппарата.
Практическая ценность полученных результатов состоит в разработке и опробовании в производственных условиях ресурсосберегающих технических решений для кавитационного измельчения, в частности новых технологических режимов и оснастки для восстановления эксплуатационных свойств каналов и рабочих органов измельчителя.
Автор защищает. Разработанные модели гидромеханической обработки пищевого сырья и созданные на их основе ресурсосберегающие технические решения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Научно-технических конференциях «Технологии живых систем» в Москве (2003-2004), на II Международной научно-технической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» в Санкт-Петербурге (2003), на П-й Всероссийской научно-технической конференции - выставке с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» в Москве (2004), на Конференции молодых ученых «Пищевые технологии» в Казани (2007), и на межвузовских и межкафедральных семинарах в Санкт-Петербурге (2005-2008). Часть результатов работы докладывалась на технических советах объединения «Пищевик» в г. Санкт-Петербурге и ряде рыбоперерабатывающих предприятий
г.Калининграда и г.Астрахани, где они прошли опытно-промышленное опробование.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе патент на изобретение. Часть результатов работы, полученных при выполнении заданий в рамках научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», поощрены дипломами Всероссийской научно-технической конференции — выставки с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Ее содержание изложено на 103 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков,.и 16 таблицы. В списке литературы 154 источника, в том числе 13 иностранный.
Специфические особенности процессов измельчения при производстве комбинированных рыбопродуктов
Производство и обеспечение населения продуктами из высококачественного натурального сырья чаще всего экономически невыгодно, поэтому в мировой практике уже определилась тенденция изготовления продуктов из малоценного и нетрадиционного сырья. Особый интерес в последние годы вызывает рациональное использование сырья водного происхождения, которое обладает высокой пищевой и биологической ценностью. Переработка рыбного сырья в фарш позволяет максимально использовать съедобную часть мелких рыб на производство целого ряда формованных рыбных продуктов, аналогов деликатесных рыбных продуктов типа крабовых, креветоч-ных палочек и др. Промывные воды, получаемые при промывке фарша, например, путассу, используются для производства пищевых вкусоароматиче-ских добавок. Печень, молоки, пробойки икры осетровых и других видов рыб используются при изготовлении кулинарных изделий, консервов. Икра сельдевых, тресковых и других рыб направляется на выпуск деликатесной слабосоленой продукции. Из отходов при разделке гидробионтов и их жиров с помощью наукоемких технологий возможно приготовление ферментных, лечебно-профилактических препаратов и пищевых добавок. Выпуск продукции переработки рыбы в физиологически необходимых объемах невозможен без разработки и реализации перспективных технологий, обеспечивающих ресурсосберегающую переработку, в частности за счет совершенствования процессов и аппаратов для измельчения.
Повышение эффективности использования на пищевые цели имеющихся рыбных ресурсов должно происходить путем разработки рецептур нового поколения, созданием продуктов с гарантированным содержанием белков, жиров, витаминов, микро- и микроэлементов и других важных компонентов.
Наилучшие возможности для этого имеет производство продукции на основе фарша: рыбные паштеты и пасты. Рыбный фарш в виде полуфабриката, даже из традиционных видов рыб, не пользуется достаточно широким потребительским спросом. Поэтому проблема производства фарша может быть решена только при условии создания технологии переработки его в продукты, пользующиеся спросом у населения. Проведенный социологический опрос по оценке потребительского спроса показал: регулярно хотели бы употреблять в пищу рыбную кулинарию из фарша 31,5% опрошенных потребителей, 31 % - не удовлетворены ассортиментом выпускаемой фаршевой кулинарии, а 37,5 % - ее качеством. Повышение качества с потребительской точки зрения это прежде всего достижение оптимальных органолептических показателей и взаимосвязи с пищевой ценностью продукта.
Выпуск пастообразных изделий особенно целесообразен на основе маломерного, некондиционного сырья филейного, консервного производств и пищевых отходов. Это не только может способствовать улучшению экономических показателей работы предприятий, внедрению малоотходных технологий, но и расширит ассортимент кулинарных изделий из рыбы за счет продуктов с высокими вкусовыми, питательными свойствами, сбалансированных по своему химическому составу и невысокими по стоимости. В последнее десятилетие во всем мире значительно изменился основной ассортимент рыбной продукции. Сильно повлияли на эти изменения такие тенденции, как рост потребления продуктов из рыбы и морепродуктов за счет снижения потребления мяса наземных животных, снижение общей калорийности пищевых продуктов, содержания в них поваренной соли и сахара, обогащение натуральных продуктов недостающими компонентами, такими как кальций, железо, витамины, клетчатка.
Исследования, проведенные специалистами, установили уникальную природу рыбных жиров и способствовали возникновению повышенного интереса к продуктам питания, выработанным из рыбы и гидробионтов.
Наиболее серьезные изменения в питании произошли в высокоразвитых странах, где доходы населения выше, чем в прочих. Там на фоне традиционных рыбных продуктов резко увеличилось производство и потребление полностью готовых к употреблению блюд. Зарубежная промышленность освоила выпуск таких рыбных продуктов, пищевая и биологическая ценность которых учитывает индивидуальные потребности различных возрастных групп населения, а также особенности национальной кухни.
Более половины кулинарных изделий из рыбы, вырабатываемых в последнее десятилетие за рубежом, приходилось на продукцию из рыбного фарша. Значительные успехи в развитии пищевых технологий и в сфере упаковки явились мощным стимулом для бурного развития этого направления рыбообрабатывающего производства. Пастообразные комбинированные рыбные продукты издавна вырабатываются на предприятиях многих стран, особенно большой популярностью они пользуются в Японии, Германии, Скандинавских и некоторых других странах.
Традиционный японский пастообразный продукт комабоко приготавливается на пару из рыб с белым нежирным мясом. Вырабатывают эту продукцию в основном небольшие предприятия, которые держат в секрете рецептуру и технологию изготовления пастообразных рыбных продуктов, осо 26
бенно способ приготовления комабоко высшего качества. В общих чертах технология приготовления комабоко продуктов такова: разделанную рыбу моют, пропускают через мясокостный сепаратор, измельченное мясо рыбы промывают водой для удаления жира, крови, водорастворимых азотистых веществ, промытое мясо обезвоживают, пропускают через волчок, растирают на каменном измельчителе, добавляя в процессе растирания такие вкусовые добавки как сахар, соль, глютамат натрия, крахмал и др. В процессе растирания мясо рыбы приобретает некоторую липкость, эластичность и легко формуется. Образующуюся рыбную пасту определенного вида и формы подвергают термической обработке.
Японские предприятия кроме комабоко, приготовляемого на пару и не предназначенного для длительного хранения вырабатывают еще и жареное комабоко. В процессе его приготовления к растертой рыбной пасте, в качестве одной из приправ, добавляют сладкое саке (рисовая водка), после чего продукт обжаривают на огне до приобретения им коричневой окраски.
Кроме комабоко в Японии вырабатывают разнообразные рыбные пасты из сырья пониженной товарной ценности. Рыбу, предназначенную для изготовления пасты, разделывают, пропускают через мясокостный сепаратор, охлаждают до температуры минус 2-4 С, добавляют приправы и добавки, тонко измельчают в куттере-миксере в течение 5 минут. Температура массы после растирания не должна превышать - 1 С. Массу Дополнительно гомоге-незируют, формуют и пастеризуют паром до достижения температуры внутри продукта 84 С.
Физические механизмы влияния кавитации на процесс измельчения
Природа явлений в жидкости, вызывающих разрушение поверхности различных материалов при кавитации, до настоящего времени остается неясной. Известно лишь, что разрушение твердых поверхностей при кавитации происходит вследствие развивающихся в жидкости вблизи поверхности высоких напряжений. В связи с отмеченными обстоятельствами до сих пор нет научно обоснованных рекомендаций по назначению режимов измельчения в соответствующих аппаратах сред со сложным реологическим поведением таких, например, как комбинированные рыбопродукты.
Кавитация может возникнуть как при обтекании различного рода твердых тел капельной жидкостью с высокими скоростями ее движения, так и в неподвижной жидкости вблизи поверхности колеблющегося в ней твердого тела, когда около твердой поверхности появляются и некоторое время существуют парогазовые пузыри.
Существует несколько гипотез, объясняющих образование в жидкости высоких напряжений.
Первая гипотеза заключается в том, что когда гидродинамические силы вблизи образовавшегося кавитационного пузыря становятся намного больше капиллярных сил, пузырь замыкается и при этом возникает ударная волна давления значительной величины.
Выдвигается также и другая гипотеза, состоящая в том, что высокие разрушающие давления в жидкостях появляются при возникновении кумулятивных струй как результат взаимодействия граничащих между собой жидкости и парогазовой смеси кавитационного пузыря.
Выдвигается также релаксационная гипотеза кавитационного разрушения, сущность которой заключается в том, что продолжительность возмущений от действия разрушающих сил настолько мала, что приближается ко времени релаксации сил объемной вязкости жидкости. При этом жидкость начинает обладать свойствами твердого тела. Разрушение поверхности твердого тела возникает в период образования парогазового пузырька, когда жидкость, прилегающая к твердой поверхности и обладающая указанными свойствами, способна оказывать разрушающее действие на твердую поверхность.
Однако прямого экспериментального подтверждения указанные гипотезы до настоящего времени не имеют.
Предлагается также отличное от описанных объяснение развития явлений в жидкости при кавитации, обусловливающих возникновение в ней высоких напряжений, под воздействием которых могут появиться необратимые деформации и даже разрушение твердых поверхностей.
Из имеющихся данных наблюдений за развитием кавитации известно, что необратимые деформации твердых поверхностей появляются с первых же моментов действия кавитации. Это указывает на то, что механическое воздействие является первичным и определяющим в этом процессе. Разного рода усталостные явления, электрохимические процессы и другие являются вторичными и сопутствующими факторами, проявляющимися в процессе развития разрушения поверхностей.
Рассмотрим развитие явлений в жидкости, вызывающих появление разрушений твердых поверхностей при гидродинамической кавитации и при кавитации в неподвижной жидкости. Сущность предлагаемого объяснения таких явлений, обусловливающих возникновение разрушения твердых поверхностей, заключается в следующем.
В зависимости от скорости движения потока при гидродинамической кавитации и в зависимости от интенсивности колебаний в неподвижной жидкости твердого тела, в ней происходит образование разрывов. Энергетический потенциал, требуемый для разрыва жидкости, определяется мощностью потока жидкости при гидродинамической форме кавитации и мощностью колебательного движения твердого тела при кавитации в неподвижной жидкости. При развитой кавитации парогазовые пузыри, возникающие вдали от твердой поверхности, достигают равновесного состояния, когда силы внутреннего давления и поверхностного натяжения уравновешиваются давлением со стороны окружающей жидкой среды. При этом, такие пузыри, приобретая сферическую форму, могут смещаться в нормальном направлении от твердой поверхности внутрь объема жидкости.
Разрывы в жидкости, появляющиеся в непосредственной близости от твердой поверхности, испытывают особое влияние этой поверхности. Прежде всего, около стенки жидкость никогда не рвется по межфазной границе между твердым телом и жидкостью. Границей образования разрывов около стенки является особый слой жидкости, прилегающий к твердой поверхности и обладающий рядом аномальных физических свойств, наиболее важным из которых для данного рассмотрения является повышенная вязкость жидкости в этом слое. Проявление такой аномалии обусловливается влиянием молекулярных сил, которые исходят из твердой поверхности и действуют в глубь жидкости на некоторое малое расстояние.
Рекомендации по назначению режимов измельчения
Для формулирования рекомендаций по режимам измельчения полученные выше уравнения регрессии наиболее важных эксплуатационных характеристик процесса: эффективной вязкости получаемого полуфабриката и энергетической эффективности целесообразно представить графически в виде линий уровня.
На построенных графиках по оси X] отложены кодированная скорость вращения ротора, а по оси Х2 - шероховатость рабочей поверхности.
В качестве примера рассмотрим возможность использования полученных номограмм для назначения режимов измельчения оптимальных, например, с точки зрения энергетической эффективности:
В предыдущем разделе показано, что оптимальная энергетическая эффективность достигается при следующих значениях технологических параметров: Xi=0,732 и X2=-0,469. Подставив эти значения в уравнение регрессии для Yi, можно получить значение эффективной вязкости, которая может быть получена для полуфабриката при таких параметрах измельчения. Она в рассматриваемом случае будет равна Yi=963,0 Па-с.
В том случае, когда из технологических соображений требуется получение полуфабриката иной вязкости, например YJ=:943,0 Па-с, по номограмме рис.3.1а) выбирают соответствующую линию уровня, определяющую параметры X 1,943 и Х2,94з- Для этих значений вычисляют значение энергетической эффективности Y2;943= 120,2 кДж/м.
Например измельчение оптимальное с точки зрения энергетической эффективности, может быть осуществлено при скорости вращения ротора п=263,92 1/с и шероховатости его рабочей поверхности Ra =0,306 мкм.
Таким же образом рассчитываются параметры процесса и аппарата для измельчения при других заданных технологических или экономических (энергетических) ограничениях.
Результаты описанных выше теоретических и экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что помимо технологических режимов осуществления процесса измельчения рыбоовощных полуфабрикатов (скорости вращения рабочего органа) существенное влияние на уровень получаемых потребительских свойств (эффективную вязкость) оказывает также шероховатость рабочей поверхности ротора и статора кавитационного измельчителя.
Последнее обстоятельство говорит о том, что для эффективной работы измельчителей рассматриваемого типа необходимо предусмотреть определенные меры по поддержанию рабочих поверхностей в должном состоянии.
Известны устройства для измельчения растительного сырья реализующие широкий спектр физических эффектов для отделения от обрабатываемого объекта частиц различной формы и размеров.
При получении разного рода овощных пюре и соков известные устройства недостаточно полно разрушают структуру перерабатываемого сырья, что не позволяет выделять максимально возможное количество пищевых волокон и клеточного сока.
Известны устройства-диспергаторы, в основу принципа измельчения сырья в которых положено использование кавитационных эффектов, возникающих при интенсивной турбулизации сопровождающих жидкостных потоков.
Такие устройства более эффективны с точки зрения получения измельченных продуктов необходимой мелкой дисперсности, однако требуют постоянного восстановления измельчительных органов, поскольку кавитация разрушает обе контактирующих поверхности: сырье и поверхность измель-чительного органа.
Наиболее близким по технической сущности и получаемому положительному эффекту к предлагаемому является рабочий орган для восстановления диспергатора, включающий гибкую пластину с нанесенными на нее под углом к торцевой стороне полосами абразива [103].
Описанное устройство за счет нанесения на фольгированный пластик абразивного покрытия позволяет восстанавливать рабочие органы дисперга-торов, что позволяет более глубоко разрушать структуру перерабатываемого пищевого сырья, отделяя большее количество пищевых волокон и сока. Вместе с тем, отсутствие возможности сближения абразивного покрытия с рабочими металлическими поверхностями диспергатора из-за неплотности прилегания, приводит к тому, что под действием центробежных сил в зоне обработки остаются достаточно крупные участки рабочих органов диспергаторов с остаточным воздействием кавитации.
Технический эффект в предлагаемом техническом решении достигается за счет того, что полосы выполнены прерывистыми в виде ромбовидных элементов, две противоположных стороны которых ориентированы параллельно боковой стороне пластины с зазорами между ними равными 0,1-0,2 ширины абразивных полос. Это с одной стороны позволяет более плотно облегать ротор или статор диспергатора при, соответственно, наружном или внутреннем размещении рабочего органа относительно этих элементов. С другой стороны удаляемый в процессе обработки металл вместе с СОЖ удаляется по межполостным канавкам. Поскольку пластина на торцевых сторонах, на участках свободных от абразива, снабжена прямоугольными металлическими выпусками с возможностью отклонения их в плоскости перпендикулярной плоскости пластины, имеется возможность крепления рабочего органа к торцевым поверхностям ротора или закрепления, например винтами, его на поверхности статора. В одном случае восстановлению подвергается статор, в другом - ротор.
Общий подход к оценке экономической эффективности совершенствования кавитационных процессов и аппаратов для измельчения
К числу достоинств кавитационных способов и аппаратов переработки пищевого сырья безусловно относится их пониженная ресурсоемкость.
Под ресурсоемкостью продукции понимают совокупность свойств продукции, характеризующих суммарные затраты ресурсов различного вида и назначения, применяемых для создания и использования изделия. При этом создание и использование изделия может быть охарактеризовано понятиями ресурсопотребление и ресурсосбережение.
Ресурсопотреблением называют преобразование ресурсов определенных видов при заданных условиях реализации технологического процесса или работы данного вида аппарата.
Ресурсосбережением считают совокупность мероприятий, снижающих ресурсопотребление при реализации данного вида технологического процесса или работы аппарата при заданных условиях.
Приведенные определения свидетельствуют о том, что всесторонняя экономия материальных средств должна предусматриваться на всех без исключения жизненных этапах любых процессов и аппаратов: разработке, изготовлении, эксплуатации и утилизации отходов.
В соответствии с введенным понятием ресурсосбережения оценка эффективности используемых при производстве рыбопродуктов процессов и аппаратов должна учитывать не только более полное использование сырья, что безусловно важно, но и расход других ресурсов: энергии, вспомогательных материалов, ручного труда и др.
С этой точки зрения наиболее приемлемым подходом для такой общей оценки можно принять следующий [19 ].
Пусть при использовании результатов проведенных научных исследований определенный аппарат снизил количество отходов пищевого сырья при переработке с п0 до щ. Покажем каким образом использование этих результатов влияет на общую эффективность реализуемого аппаратом процесса.
Затраты на электроэнергию рассчитывают, исходя из потребляемой мощности, годового времени работы оборудования и стоимости киловаттчаса электроэнергии, причем коэффициент загруженности оборудования определяется дневной нормой переработки сырья и производительностью оборудования.
Проведенные расчеты показывают, что при определенных значениях показателя ресурсосбережения (п) работа аппарата убыточна. То же самое можно сказать о зависимости эффективности работы аппарата от его срока службы.
Дополнительный анализ этих данных показывает, что изменение количества отходов при переработке продуктов питания сказывается на эффективности работы аппарата более существенно, чем повышение стоимости перерабатываемого сырья или даже изменение объема переработки продукта.
Это еще раз говорит о важности ресурсосбережения для повышения общей эффективности работы аппаратов для переработки продуктов питания. Построенные графические зависимости позволяют разработчикам выбирать альтернативные варианты комплектующих аппаратов в зависимости от требований ресурсосбережения или надежности при сохранении экономических параметров на должном уровне.
Соотношения типа полученных могут быть положены в основу функционально-стоимостного анализа при оценке эффективности использования тех или иных результатов научных исследований, реализованных в виде определенных технических решений.
В соответствии с приведенным выше определением ресурсосбережения в общем виде экстремум полученного выше функционала нужно искать сразу по нескольким переменным, которые входят в него нелинейным образом. Поиск такого экстремума может быть осуществлен только при наличии ряда ограничений на некоторые комплексы входящих переменных, обусловленных условиями в которых реализуется конкретное производство.
Такого рода ограничения должны быть сформулированы по каждому из видов рыбы и каждому из типов выпускаемой продукции, поскольку для разных видов рыбы и разной продукции могут использоваться разные технологические процессы и оборудование.
Учитывая сложность аппарата динамического программирования для сформулированной нелинейной задачи условной оптимизации, эффективность выполненных разработок оценивали в условиях конкретного внедрения одного из разработанных аппаратов.
