Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 11
1.1 Описание и систематизация технологического процесса комплексной переработки тыквы 11
1.2 Классификация технологических процессов разделения сыпучих материалов на фракции 15
1.3 Классификация машин для выделения семян 25
1.4 Технология и классификация машин для производства порошков из фруктов и овощей 30
1.5 Классификация процессов и машин для сепарации тыквенного порошка 34
1.6 Рабочая гипотеза 44
1.7 Задачи исследований 45
2 Теоретические исследования процесса разделения порошка тыквы на фракции сепараторам с круговым поступательным движением сит 46
2.1 Программа исследований 46
2.2 Обоснование и расчет параметров кругового поступательного движения сита 47
2.3 Теоретические исследования прохода частиц порошка через отверстия сита 57
2.4 Математическая модель процесса просеивания частиц порошка тыквы через отверстия сит 60
2.5 Выводы по разделу 63
3 Программа и методика экспериментальных исследований 64
3.1 Объекты исследований 64
3.2 Программа экспериментальных исследований 64
3.3 Общая методика экспериментальных исследований 66
3.4 Методика лабораторных исследований влияния физико-механических свойств и гранулометрических характеристик порошка тыквы на качество сепарирования 67
3.4.1 Методика исследований внутреннего и внешнего трения порошка тыквы 68
3.4.2 Методика регулирования и контроля влажности порошка тыквы 74
3.5 Методика лабораторных исследований параметров кругового поступательного движения сит 75
3.5.1 Описание лабораторной установки инерционного сепарирования для проведения лабораторных экспериментальных исследований 75
3.5.2 Исследование влияния частоты вращения эксцентрикового механизма на параметры сепарации порошка 78
3.5.3 Исследование влияния амплитуды движения инерционного ситового короба на качество сортировки порошка 80
3.5.4 Методика определения качества калибровки порошка тыквы... 83
3.6 Методика оценки погрешности измерений 83
4 Экспериментальные исследования 86
4.1 Результаты исследования физико-механических и технологических свойств порошка тыквы 86
4.2 Результаты исследований динамических характеристик ситового короба 93
4.3 Результаты исследований влияния параметров установки на качество сепарации 95
4.3.1 Влияние влажности порошка тыквы на параметры сепарирования 96
4.3.2 Результаты исследований, влияния угла наклона рабочей поверхности сита на показатели процесса сепарирования 97
4.3.3 Зависимость эффективности сепарирования порошка тыквы от длины рабочей поверхности сита 100
4.3.4 Результаты исследований влияния частоты и амплитуды колебаний ситового механизма на эффективность сепарации 103
5 Производственная проверка установки инерционного сепарирования с круговым поступательным движением сит 109
5.1 Конструкция экспериментальной установки 109
5.2 Результаты производственной проверки установки инерционного сепарирования 115
5.3 Технико-экономическое обоснование реализации результатов исследований 120
Общие выводы и рекомендации 128
Литература 130
Приложение 139
- Классификация технологических процессов разделения сыпучих материалов на фракции
- Обоснование и расчет параметров кругового поступательного движения сита
- Методика исследований внутреннего и внешнего трения порошка тыквы
- Результаты исследования физико-механических и технологических свойств порошка тыквы
Введение к работе
Правильное и рациональное питание - непременное и обязательное условие здоровья человека. Оно должно полностью обеспечивать потребности человека в энергии и всех основных пищевых веществах: белках, жирах, углеводах, пищевых волокнах, витаминах, минеральных солях, микроэлементах и других биологически активных компонентах пищи.
Физиологические потребности человека в пищевых веществах и энергии изменяются вместе с изменением труда и быта людей. В связи с этим постоянное изменение набора и качества продовольственного сырья и продуктов питания диктуется временем и находится в прямой зависимости от физиологического состояния человека на всех возрастных стадиях его развития.
В настоящее время известны 13 витаминов жизненно необходимых человеку. В 1909 году немецкий ученый Штеппа обнаружил, что одним из основных витаминов, непосредственно связанных со зрением, ростом, кожей, состоянием дыхательных путей, пищеварительного тракта, почек, легких является витамин А.
При А-гиповитаминозе ослабляются процессы противоинфекционной защиты - иммунитета: снижается способность белых клеток крови к поглощению и уничтожению болезнетворных микробов, уменьшается выработка антител. А-витаминоз является основной причиной детской смертности [і].
Давно отмечено, что отменным возобновителем недостатка витамина А в организме человека каротин превращается в витамин А. Содержанием каротина богаты целый ряд овощей, фруктов, ягод, но наибольший научный и практический интерес представляет собой высокоурожайная в большей части территории России и долгохранящаяся тыква.
В этой связи, исследования, направленные на создание новых сбалансированных для возобновления и поддержания многих жизненно важных функций организма человека, актуальны.
В настоящее время все большее распространение получают комбинированные продукты, они представляют собой сложные системы с единой внутренней структурой и общими физико-химическими свойствами. Создание необходимой структуры и свойств возможно только при использовании пищевых добавок (эмульгаторов, стабилизаторов, загустителей, желе- и студнеобразователей). Эти добавки подразделяют на натуральные (слизи, камеди, агар, пектин, желатин) и полусинтетические -модифицированные природные (метилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза и т.д). Особое место в связи со своим растительным происхождением среди перечисленных природных загустителей имеет место пектин [і - з].
Природный полисахарид пектин - один из основных строительных материалов клеточных стенок высших растений - обладает широким спектром функциональных свойств. В сочетании с водой и некоторыми другим веществами он проявляет себя в качестве загустителя, студнеобразователя, стабилизатора, эмульгатора, агента, связывающего воду и катионы металлов и т.п. [і]. В силу этого пектин является биополимером, особенно ценным для производства продуктов питания и медицинских препаратов [2J.
Мировое потреблении пектина превышает отметку в 20000 тонн в год [З]. По разным оценкам, годовая потребность России колеблется от 3000 тонн до 8000 тонн [4]. Эта потребность совершенно не удовлетворяется, так как собственного производства пектина РФ не имеет, а импортируемый пектин стоит немалых валютных средств.
Высокие пищевые и медицинские функционалии пектина и невозможности полного удовлетворения потребности в отечественной пищевой промышленности этого ценного продукта за счет импорта являются
факторами, определяющими актуальность создания собственного российского производства пектина.
В России для этого имеется большой сырьевой потенциал. Прежде всего, это свекловичный жом (отходы свеклосахарного производства). Ежегодная его масса оценивается в 18.7 млн. тонн [б].
Это практически неисчерпаемый для России источник
низкоэтерифицированного пектина. Для производства
высокоэтерифицированного пектина целесообразно использовать тыквенный жом [б], используя технологию, разработанную учеными СГАУ им. Н.И. Вавилова [7].
Получаемый по этой технологии тыквенный пектин уступает по прочности геля зарубежным коммерческим образцам (цитрусовому и яблочному), но имеет перед ними то преимущество, что обладает более низким концентрационным порогом студнеобразования [8] и содержит большее количество полезных для организма катионов калия и железа [9J.
В технологическом процессе получения пектина ключевой стадией является экстракция - перевод полисахарида из ткани высших растений в среду растворителя. Выход продукта при этом зависит от ряда факторов: от рода гидролизирующего агента и его концентрации, от гидромодуля (отношения массы жома к массе растворителя), температуры и продолжительности экстракции, фракционного состояния переработанной клетчатки.
Пектиновые вещества - гетерополисахариды сложного строения с молекулярной массой 25-300 тыс., основу которых составляют молекулы Д-галактуроновой кислоты, гликозидносвязанные между собой L = 1—4 связями в полигалактуроновую (пектиновую) кислоту.
Желирующие свойства пектина зависят от величины молекулы и ее химического состава, но основная причина различной желирующей способности пектина в степени этерификации молекулы, от которой зависит
7 как сама способность образования геля в средах с разным содержанием сахара, так и скорость его образования.
Дифференцированные желирующие свойства пектинов определяют область их использования:
высокоэтерифицированные (Е больше 50 %) пектины (4-5 г на 1 кг) применяются для приготовления желе, мармеладов, повидла, зефира, фруктовых соков, мороженого, майонеза, соусов, рыбных консервов и т.п.
низкоэтерифицированные (Е меньше 50 %) идут на производство диетических продуктов с низким содержанием сахара - желе, конфитюров, повидла, молочных пудингов пониженной калорийности.
Пектин как добавка, изменяющая консистенцию, позволяет решить традиционные задачи - сделать пищу разнообразной, вкусной и привлекательной - и новые, обусловленные условиями и образом жизни -создать ассортимент низкокалорийных продуктов повышенной биологической ценности.
В настоящее время ведутся интенсивные исследования по выявлению лечебных эффектов пектиновых препаратов.
Показана эффективность их применения при лечении отравлений тяжелыми металлами, при заболевании органов пищеварения, для снижения уровня холестерина, при лечении полиартритов.
В соответствии с основами правильного питания в рационе здорового человека обязательно наличие 5-6 г пектиновых веществ в сутки.
Развитие технологии комбинированных продуктов питания с заданными свойствами обуславливает изменение требований к пектиновым препаратам, вызывает необходимость создания широкого ассортимента пектинов с различными функциональными свойствами.
Цель работы: Повышение эффективности технологического процесса переработки тыквы путем деления порошка на фракции сепаратором инерционного типа.
Объект исследования: Технологические режимы разделения на фракции порошка тыквы на сепараторах инерционного типа.
Предмет исследований: Сепаратор инерционного типа для разделения на фракции сыпучих продуктов.
Методика исследования: Теоретические и экспериментальные исследования, построенные на методах реологического, математического и экспериментального анализа фракционных составляющих, проводились по существующим общим и разработанным частным методикам.
Научная новизна состоит в совершенствовании технологии переработки порошка тыквы, обеспечивающем качественные показатели и эффективность при производстве пектина, порошка, сока и кормовых добавок путем оптимизации и разделения на размерные фракции порошка.
Практическая значимость: При исследованиях использована установка инерционного сепарирования порошка тыквы (патент на полезную модель), позволяющая с высокой точностью и эффективностью разделять порошок на четыре размерные фракции. Обоснована конструктивно-технологическая схема разделения порошка, что позволило повысить эффективность переработки порошка для производства пектина, сока и кормовых добавок. Разработаны и утверждены технические условия на производство порошка тыквы.
Реализация результатов исследований: Сепаратор инерционного типа подвергался комплексным испытаниям в лабораториях СГАУ им. Н.И. Вавилова и УНПЦ «Волгоагротехника», внедрен на ООО Консервный завод «Покровский».
Апробация работы: Результаты исследований по диссертационной работе доложены, представлены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского государственного
10 аграрного университета им. Н.И. Вавилова в 2002-2005 годах, на выставках ВВЦ «Золотая осень» в 2004 и 2006 годах. По экспонатам получены Дипломы I степени в 2004-2006 годах.
Публикации: По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 6 печатных работ, общим объемом 2,46 печатных листов, в том числе 0,74 принадлежат лично автору. Две работы объемом 0,9 печатных листов опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ, в том числе получен 1 патент на полезную модель.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка используемой литературы и приложений.
Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц, 51 рисунок и 4 приложения. Список литературы включает в себя 92 наименования, из них 10 на иностранных языках.
Основные положения, выносимые на защиту:
аналитические зависимости, позволяющие оценивать качество сепарации порошка в процессе комплексной переработки тыквы;
результаты сравнительных, теоретических и экспериментальных исследований влияния сепарации на качество продукции и эффективность технологии;
^ технология получения порошка тыквы с использованием конструкции сепаратора центробежного типа;
> результаты теоретической и экспериментальной оптимизации
конструктивных, режимных и технологических параметров.
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Классификация технологических процессов разделения сыпучих материалов на фракции
Биологические ценности тыквы были известны еще в 2 - тысячелетие до н.э. Богатый набор питательных веществ при малом содержании клетчатки и очень низкой калорийности [1,2].
У многих народов нашей страны тыква - один из важных элементов питания. Ее добавляют в хлебное тесто, широко используют в общей и национальной кухне. Особую ценность эта культура представляет как диетический продукт в рационах детского питания благодаря присутствию в ней легкоусвояемой формы углеводов, витаминов, органических кислот, микроэлементов.
В мякоти плода тыквы содержится воды до 90 %, сухого вещества 9,7-16 %. Сумма Сахаров (в % на сырое вещество) составляет 4,8-8, крахмал - 2, клетчатка - 1-1,2, сырой белок - 0,8-1, пектин - 0,3-1,4, кислоты - 0,1. Есть группа сортов тыквы, у которых количество сухого вещества доходит до 30 %, содержание сахара - 15 %, крахмала - 23 %, золы - до 1,4 %. В тыкве меньше, чем в овощных культурах, органических кислот и клетчатки. Органические вещества в основном представлены лимонной и яблочной кислотами. Малое содержание клетчатки при богатом наборе питательных веществ позволяет рекомендовать эту культуру для включения в рацион питания при многих воспалительных процессах. Из всех тыквенных она выделяется содержанием витаминов В3, В5, в ее составе элатерицин А, больше таких витаминов, как В) - 0,05, Вг - 0,05, В6 - 0,13, В - 14, С - 4-40, РР - 0,5, каротин - 2-35 (мг на 100 г сырого вещества). По содержанию каротина тыква значительно превосходит все овощные и многие плодово-ягодные культуры.
Минеральный состав представлен следующими элементами (мг на 100 г сырого вещества): натрий - 14, калий - 170, кальций - 40, магний - 14, фосфор - 25, железо - 0,8, с общей суммой зольных элементов 0,6 %. Тыква богата солями кальция, фосфора и калия, а зрелые плоды содержат до 30 % меди и 0,016 % серы. В мякоти плодов есть и соли кремниевой кислоты. Калорийность тыквы невелика - 29 ккал, поэтому блюда из тыквы рекомендуются людям пожилого возраста и склонным к ожирению.
О лекарственном значении тыквы писал древнегреческий врач Диоскорид в 1 в.н.э. Ему вторил и Плиний. Упоминал в своих работах о применении тыквы в китайской медицине в 3-й четверти XVI в. Ли-Си-Чен.
Человечество научилось использовать все многообразие полезных составляющих тыквы. В своем большинстве она используется как исходное сырье для получения пектина, порошка, сока, жома и семян. [3,4,5,6,7,8,9,12,13,14,15,16].
Мировое потребление пектина достигло отметки более чем 20 000 метрических тонн в год. По разным оценкам годовая потребность России в пектине колеблется от 3 000 до 8 000 тонн. Между тем, в прошлом году потребление пектина в России составило чуть больше 1 000 тонн. Существенное отставание потребления от спроса объясняется отсутствием у средних, а тем более мелких предприятий валюты, необходимой для импорта пектина. Высокие пищевые и медицинские функции пектина и невозможность удовлетворения потребности в этом ценном продукте за счет импорта являются факторами, определяющими необходимость и актуальность создания собственного российского производства пектина.
Мировое производство пектина в настоящее время составляет около 80 тыс. тонн с ежегодным увеличением на 1-2 тыс. тонн. Крупнейшими производителями пектина являются фирмы "Hercules Inc." (США), "Herbstreith & Fox" (Германия), "Grill & Grossman" (Австрия), "Kopenhagen pectin fabric" (Дания), "Pectowin" (Польша) (Fox, 1984; Fox, 1991).
В странах Европейского союза в настоящее время только заводов с мощностью более 2 000 тонн в год функционирует 11. Так, объединение "СР Kelco", чьи заводы располагаются в Германии, Дании, Великобритании в 2001 г. выработало около 14000 тонн пектина. Второе место по объему производства занимает немецкая компания "Herbstreith & Fox". В 2001 г. она выпустила 6 200 тонн пектина. Мексиканское отделение "Danisco" ежегодно производит около 5 000 тонн пектина, французская "Degussa" - 4 000 тонн пектина.
По состоянию на начало 2004 г. на территории России и сопредельных государств производство пектина и пектинопродуктов отсутствует, в связи с чем, весь объем потребляемого пектина поставляется из-за рубежа.
Анализ данных весовых объемов поставок по странам-производителям пектина выявил группу лидеров, которая стабильна на протяжении последних 3 лет. В эту группу входят Германия, Чехия и Дания. Если в 1999 г. явного лидера не было - доли Германии, Дании и Чехии были примерно равны, то с 2001 г. безусловно, первенство принадлежит Германии. С 2001 г. к тройке лидеров присоединилась Франция, которая за счет увеличения поставок пектина вытеснила с четвертого места Великобританию.
По химической структуре пектины представляют собой макромолекулярные соединения и близки к гемицеллюлозам - коллоидным полисахаридам или глюкополисахаридам растений. Остовом молекулы пектиновых веществ является цепь из остатков D-галактуроновой кислоты, которая соединена а-(1 - 4) гликозидными связями в нитевидную молекулу полигалактуроновой (пектиновой) кислоты (Selvedran, 1985). В порошке пектина в малых количествах присутствуют остатки нейтральных моносахаридов L-арабинозы, D-галактозы, D-ксилозы и фруктоза, которые присоединены к пектиновым молекулам в виде боковых цепей, а в главную цепь включается рамноза, являющаяся узлом изгиба молекулы пектина (Шелухина, 1988; Voragen, 1995).
В растительных клетках находятся две основные формы пектиновых веществ: пектин растворимый (гидропектин) и нерастворимый - протопектин (первым его заметил Fremy в 1848 г., а название "протопектин" ему присвоил Tschirch в 1907 г.), представляющий собой прочное соединение пектина с целлюлозой. Он трудновыделяем, но в случаях достаточного расщепления протопектина он является дополнительным источником получения растворимого пектина (Голубев, 1995).
Классифицируют пектины по степени метоксилирования. Степень метоксилирования (этерификации) оказывает значительное влияние на основные свойства пектинов.
Степень метоксилирования (отношение метоксильных групп (-ОСНз) галактуроновой кислоты ко всем кислотным остаткам в молекуле) делит все промышленные виды пектинов на две группы: высокоэтерифицированные (яблочные, цитрусовые, тыквенные и прочие фруктовые) и низкоэтерифицированные (свекловичный). Пектины со степенью этерификации (СЭ) равной или более 50 % относятся к высокоэтерифицированным (ВЭ) пектинам, при СЭ менее 50 % - к низкоэтерифицированным (НЭ).
Обоснование и расчет параметров кругового поступательного движения сита
Один из известных способов, (Рисунок 11), разделения состоит в том, что исходную смесь подают порциями на верхнее сито каскада, размещенных одно под другим решет. Фракции улавливают путем перемещения блока решет относительно размещенных под ним приемников в процессе просеивания материала. Процесс разделения, очевидно, может быть осуществление путем перемещения приемников фракций относительно решетного канала.
Способ сепарации по комплексному признаку и интенсивности просеивания заключается в следующем. Частицы порции смеси, поступившие одновременно на верхнее решето, начинают опускаться в канале под действием силы тяжести, преодолевая встречающиеся препятствия, образуемые решетами. Мелкие частицы смеси имеют меньшую вероятность встречи с препятствиями и при встрече обходят их скорее, чем крупные.
Четкость разделения зависит от насыщенности сепаратора препятствиями (решетами). Чем больше решет, тем выше четкость разделения компонентов смеси. Способ дает возможность разделять материал на любое число фракций вплоть до непрерывного распределения. При этом формирование самих фракций и установка их выхода может осуществляться как в процессе разделения, так и после него. В производственных решетнотриерных сепарирующих устройствах эти вопросы решаются до начала процесса установкой решет и ячеистых поверхностей с отверстиями определенных размеров.
Подаваемый питающим устройством 1 исходный зерновой материал поступает на верхнее решето 2 решетного стана 3. При совершении колебательных движений решетного стана 3 происходит перераспределение частиц зернового материала в пространстве, образованном пакетом решет 2. Частицы смеси, попавшие в канал на верхнее решето, проходят через блок решет, разделяясь по крупности и другим свойствам, влияющим на интенсивность просеивания, за счет различной скорости их перемещения в решетном пространстве.
Мелкие частицы обладают в сравнении с другими более высокой средней скоростью прохода решетного пространства каскадного решетного стана 3, выходят из него раньше других и попадают в более близкие к загрузочному устройству приемники фракций. Остальные частицы смеси распределяются в соответствии с их скоростью прохода решетного пространства в других, более удаленных от места подачи секциях приемного устройства. Однако, невзирая на ряд существенных преимуществ плоскорешетные каскадные сепараторы имеют и некоторые недостатки, а именно: наличие большого количества решет (до 30 штук и более) в решетном стане приводит к существенному увеличению колебательных масс сепараторов, а также к удорожанию конструкции и снижению ее надежности; имеют место случаи забивания отверстий решет, особенно при разделении зерновых материалов повышенной влажности (18% и более). с целью повышения эффективности процессов сепарации зерновых материалов по комплексным признакам интенсивности просеивания зерновых материалов через решетное пространство разработан каскадный центробежный сепаратор (рисунок 12). Его существенное и конструктивное отличие от плоскорешетного состоит в том, что диаметры отверстий решетных полотен меньше, чем в решетах каскадного плоскорешетного сепаратора, что позволяет значительно уменьшить количество решетных полотен в сепараторе. Однако недостатком данного технического решения является повышение забиваемости отверстий решет. Исходный зерновой материал поступает на внутреннее решето 1. Зерновки под действием силы тяжести и центробежных сил просеиваются сквозь решета 1 и движутся вдоль длинной оси сепаратора к разгрузочному концу. Мелкие частицы поступают в приемники 5, близкие к загрузочному концу, а основное зерно поступает в средние приемники 5. Центробежные цилиндрические каскадные сепараторы, также как и плоскорешетные, характеризуются высокой универсальностью и, по сравнению с последними, имеют ряд существенных преимуществ. Невзирая на это центробежные цилиндрические сепараторы, как и каскадные, представляют собой сложную конструкцию по сравнению с обычными решетными машинами. С целью повышения точности сепарации широкого класса сыпучих материалов разработан ленточный (рисунок 13) сепаратор. Отличительной особенностью ленточного сепаратора является абсолютное исключение забиваемости отверстий разделяющих элементов. Исходный сыпучий материал, например ворох пшеницы, из загрузочного бункера 1 поступает на внешнюю поверхность ленты 9. Ленты 9 и 8 приводятся в колебательное движение за счет барабанов 2, 3 и 4, которые выполнены со смещенными валами 5, 6 и 7 соответственно. Причем величина смещения лент друг относительно друга равна половине шага перфораций. Это способствует образованию отверстий одинаковых размеров при наложении лент друг на друга. Мелкие частицы просеиваются сквозь перфорации лент 8 и 9 и поступают в приемник 10 мелких частиц, средние частицы попадают в приемник 11, а крупные - в приемник 12. Триеры по конструктивному исполнению подразделяются на цилиндрические и дисковые и преимущественно используются для очистки зерна от коротких и длинных примесей, а также для сортирования семян.
Методика исследований внутреннего и внешнего трения порошка тыквы
В процессе экспериментальных исследований сепарирующих установок с круговым поступательным движением сит одними из основных параметров являются производительность и эффективность разделения вороха на фракции.
Анализ литературных источников [74, 76, 81], а так же результаты теоретических исследований показали, что основными параметрами, влияющими на производительность и качество калибровки, являются скорость перемещения сит, длина рабочей поверхности сита, величина нагрузки на сито, угол наклона сита к горизонту.
Данные параметры напрямую зависят от конструктивных параметров рабочих органов и динамики их работы [79, 81].
Производительность установки и фракционный состав исследуемого продукта определялись взвешиванием вороха до сепарирования и сходов каждой фракции после сепарирования.
Взвешивание осуществляют на эталонных весах марки ВЛКТ-1000. Время сепарирования фиксировалось секундомером. Оценка качества разделения продукта на фракции проводилось с помощью анализа схода каждой фракции. Для проведения анализа отбирались пробы сходов, которые взвешивались и подвергались дополнительной контрольной калибровке на эталонных ситах. Полученные фракции в ходе контрольной калибровки подвергали взвешиванию, результаты которого заносились в таблицы для анализа и оценки. Качество калибровки характеризуется относительным содержанием проходовой фракции в общей массе сходовой фракции: где л - коэффициент эффективности калибровки; Мпр - масса проходовой фракции; М - суммарная масса сходовой фракции. Анализ литературных источников выявил параметры, определяющие качественные показатели сепарирования сыпучих продуктов. Основными параметрами являются частота вращения и амплитуда колебаний рабочего органа - сита, рабочая длина, а так же угол наклона сита к горизонту [73, 74, 76]. Наряду с параметрами рабочего органа на качество сепарирования оказывают влияние физико-механические и гранулометрические характеристики сыпучих продуктов [79, 82]. С целью повышения достоверности результатов экспериментальных исследований использовались общеизвестные методики проведения экспериментов [стр. 74]. Статистическая обработка результатов экспериментов проводилось по методикам определения коэффициентов вариации к среднеквадратичному отклонению с определением законов распределения значений регистрируемого параметра [Стр.75]. Методика лабораторных исследований влияния физико-механических свойств и гранулометрических характеристик порошка тыквы на качество сепарирования Целью исследований являлась отработка методики оценки влияния наиболее значимых физико-механических свойств и гранулометрических характеристик сыпучих продуктов на параметры сортировки и калибровки. Для получения достоверных результатов исследования параметров сортировки и калибровки осуществлялись в соответствии с ГОСТами. Отбор проб сыпучих продуктов переработки производился в соответствии с ГОСТ 18681-80 и ГОСТ 13496-80. Гранулометрические характеристики сыпучих продуктов определялись по ГОСТ 13496-80. Для определения угла естественного откоса, а так же внутреннего и внешнего трения сыпучих продуктов использовались методические рекомендации согласно ГОСТ 915-75. Для исследования физико-механических свойств и гранулометрических характеристик сыпучих продуктов использовались лабораторные технические весы ВЖТ-1000, микрометр рычажный 0-25мм, микрометр оптический, угломер типа УН, влагомер Элвис-2, секундомер, а так же анализатор ситовой АСВ 300. Перед проведением исследований для получения наиболее достоверных результатов всё оборудование подвергается проверке и эталонированию. Зависимость угла естественного откоса, а так же коэффициентов внутреннего и внешнего трения порошка тыквы от его влажности определят по известным методам [82]. Угол естественного откоса порошка тыквы при различных значениях влажности определяем при помощи прибора (рис.3.1), который состоит из основания 1 с установленным на нем штативом 2 с воронкой 3, имеющей перекрывающееся выпускное отверстие. Процесс исследований проводился в следующей последовательности. В закрепленную на высоте 300 мм от горизонтальной поверхности основания воронку засыпают порошок тыквы объемом 1000см с влажностью 4%, 8%, 12%, 16% и 20%.
Результаты исследования физико-механических и технологических свойств порошка тыквы
Гранулометрический состав порошка тыквы исследовался с помощью набора тарированных капроновых сит с размерами отверстий от 20 до 3000 мкм в соответствии с ОСТ 17-46-71 (таб. 4.1.)
Размеры частиц порошка определялись с помощью оптического микрометра. Для проведения исследований выбиралась партия порошка тыквы, имеющая влажность 8% после измельчения на микромельнице. Партия порошка завешивалась, после чего подвергалась калибровке. Для удобства проведения экспериментов и упрощения расчетов использовалась навеска порошка массой 1 кг, которая завешивалась на электронных весах. После проведения каждого этапа экспериментов фракции завешивались для математической обработки, затем перемешивались для повторных экспериментов. Калибровка порошка проводилась последовательно от максимального к минимальному размеру. Каждая откалиброванная размерная группа порошка взвешивалась и данные заносились в таблицу 4.2. для статической обработки. Результаты исследований гранулометрического состава порошка и сравнительного анализа размеров частиц с требованиями ТУ (9164-001-00493497-2005), показывают, что в общем объеме порошка после однократного измельчения находятся частицы с размерами частиц от 20 до 300 мкм. Причем, содержание частиц порошка с размерами более 200 мкм, что не отвечает требованиям ТУ, превосходит 34 %. Это обусловлено с одной стороны физико-механическими и биохимическими свойствами тыквы [49], а с другой - технологией получения порошка. Для обеспечения требований ТУ после измельчения тыквы требуется калибровка порошка на ситах с размером отверстий 40 мкм, 100 мкм, 160 мкм и 200 мкм. Частицы порошка, имеющие размер более 200 мкм и не прошедшие калибровку, подлежат дополнительному измельчению. Сравнительный анализ графиков распределения размеров частиц до и после калибровки порошка тыквы (рис.4.1, рис.4.2), выявляет увеличение плотности, вероятности распределения размеров частиц порошка в 1,75 раза. Одновременно выявлено до 12-14% порошка с размерами частиц меньше размеров отверстий в зоне не соответствующей данной фракции. Это обусловлено, возможно, перегрузкой сита, в результате чего частицы с размерами меньше размеров отверстий не контактируют с рабочей поверхностью сита и, не пройдя разделения на фракции, поступают на «сход». Для эффективной сортировки и калибровки сыпучих продуктов на плоских ситах основными параметрами являются способность перемещения продукции по поверхности сита, а также движение частиц продукта друг относительно друга [73, 76]. Данные параметры определяются соответственно внутренним и внешним трением частиц порошка. Внутреннее и внешнее трение порошка тыквы зависит от целого ряда факторов, среди которых основными являются физико-механические свойства порошка, его влажность, а также материал и состояние поверхности трения. Показатели трения порошков достаточно полно изучены в ряде работ. Однако, как уже отмечалось ранее, учитывая свойства и состав порошка тыквы необходимы дополнительные данные о характеристиках его внутреннего и внешнего трения. В процессе исследований внутреннего трения частиц порошка тыквы, друг относительно друга, а также внешнего трения частиц порошка относительно капроновой поверхности сита определены коэффициенты внутреннего и внешнего трения порошка тыквы. Одновременно были получены результаты исследований влияния влажности порошка тыквы, на параметры внутреннего и внешнего трения (рис.4.3), а также скорость перемещения частиц порошка по рабочей поверхности сита (рис.4.4). В качестве материала поверхности трения выбран капрон, в связи с тем, что в настоящее время наибольшее применение на практике получили капроновые тканые сита. С целью получения достоверных результатов при проведении экспериментов для поверхности трения использовались капроновые сита с минимальными размерами отверстий. Это обусловлено тем, что тканые сита имеют рельефную поверхность, которая оказывает существенное влияние на трение порошка. Анализ результатов исследований внутреннего и внешнего трения порошка тыквы показывает различие значений коэффициентов внутреннего и внешнего трения. Коэффициент внутреннего трения на 20 - 25% больше коэффициента внешнего трения, что обуславливается составом и физико-механическими свойствами порошка тыквы. В процессе экспериментальных исследований определены минимальные значения внутреннего трения 0,48 и внешнего трения 0,33, которые соответствуют влажности порошка тыквы W = 4 - 8 %. Изменение внутреннего и внешнего трения порошка тыквы при изменении влажности от 4 до 20% показывает увеличение коэффициента внутреннего трения до 0,75 и коэффициента внешнего трения до 0,6. При изменении влажности порошка тыквы от 4 до 16% внутреннее и внешнее трение изменяются незначительно. Коэффициент внешнего трения порошка тыквы по гладкой капроновой поверхности возрастает с 0,38 до 0,45, а по поверхности капронового сита - с 0,43 до 0,47. Дальнейшее повышение влажности порошка тыквы с 16 до 20% способствует значительному росту коэффициента внутреннего и внешнего трения соответственно до 0,75 и 0,66 соответственно. Значения и параметры изменения коэффициентов внутреннего и внешнего трения, полученные в ходе экспериментов, позволяют подтвердить гипотезу движения массы порошка по поверхности решета, предложенную в теоретическом разделе работы.
За счет снижения трения порошка относительно поверхности капронового сита в сравнении с внутренним трением частиц, нижний слой порошка перемещается по поверхности быстрее вышерасположенных. В результате происходит образование свободных зон на поверхности сита, которые заполняются вышерасположенными частицами, что обуславливает в итоге движение порошка в один слой и более качественную сортировку и калибровку.
Анализ изменения скорости перемещения частиц порошка тыквы и сравнение характера изменения скорости и коэффициентов внутреннего и внешнего трения (рис. 4.3 и рис. 4.4), показывает пропорциональное уменьшение скорости перемещения частиц при увеличении трения порошка.
Характер изменения скорости движения частиц можно разделить на два этапа. На первом этапе при влажности порошка от 4 до 16% изменение скорости незначительно и составляет от 0,096 до 0,08 м/сек.
