Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор литературы
1.1 Существующие способы переработки сахарной свеклы 7
1.2 Способы получения пищевых порошков 23
1.2.1 Особенности распылительной сушки 25
1.2.2 Сушка растворов распылением 31
1.3 Использование порошкообразных полуфабрикатов в производстве кондитерских изделий 34
1.4 Цель и задачи исследования 43
Глава 2 Экспериментальные установки, объекты и методики исследования
2.1 Сырье и его характеристика 44
2.2 Физико-химические методы исследований сырья, полуфабрикатов и кондитерских масс 45
2.3 Методы исследования реологических свойств полуфабрикатов и кондитерских масс 47
2.4 Экспериментальная распылительная сушильная установка и методика получения порошков 48
2.5 Экспериментальная установка и методика изучения гигроскопических свойств порошков 50
2.6 Экспериментальная установка и методика изучения структурно-механических свойств порошков 52
2.7 Лабораторная вакуум-выпарная установка и методика получения концентрированных свекловичных соков 53
2.8 Универсальная смесительно-формующая установка, методика получения и исследования кондитерских масс 54
Глава 3 Получение порошкообразного свекловичного полуфабриката
3.1 Получение сока из сахарной свеклы и исследование его физико- химических свойств 57
3.1.1 Исследование процесса очистки и получения сока из сахарной свеклы 57
3.1.2 Исследование концентрирования свекловичного сока под вакуумом 65
3.2 Исследование физико-химических свойств свекловичного сока перед сушкой распылением 77
3.3 Оптимизация процесса сушки концентрированного свекловичного сока 82
3.4 Предлагаемая схема получения порошкообразного свекло вичного полуфабриката 96
3.5 Разработка способа получения пюре из жома 99
Глава 4 Иследование физико-химических и структурно- механических свойств порошкообразного свекловичного полуфабриката
4.1 Гигроскопические свойства порошкообразного свекловичного полуфабриката 101
4.2 Структурно-механические свойства порошкообразного свекловичного полуфабриката 107
4.3 Термопластические свойства ПСвП 117
4.4 Химический и микробиологический состав ПСвП 118
Глава 5 Применение порошкообразного свекловичного полуфабриката в производстве кондитерских изделий
5.1 Исследование реологических характеристик пралиновых масс 120
5.2 Разработка способа получения таблетированных изделий на основе ПСвП 130
Выводы и рекомендации 138
Список использованных источников 139
Приложение
- Использование порошкообразных полуфабрикатов в производстве кондитерских изделий
- Методы исследования реологических свойств полуфабрикатов и кондитерских масс
- Исследование физико-химических свойств свекловичного сока перед сушкой распылением
- Структурно-механические свойства порошкообразного свекловичного полуфабриката
Введение к работе
Кондитерская отрасль сегодня одна из наиболее динамично развивающихся в России. Она включает более 14 видов производств (карамели, ириса, халвы, драже, зефира, пряников, печенья, тортов и пирожных, вафель, пастилы, мармеладных и шоколадных изделий и др.) и относится к основным отраслям АПК России.
Сырьевая база кондитерской отрасли очень разнообразна и включает в себя более 200 продуктов.
Следует отметить, что в себестоимости кондитерской продукции стоимость сырья и материалов до недавнего времени составляла около 80 - 85 %, в том числе импортного сырья более 30 %. К последнему относятся, в первую очередь, какао продукты (какао бобы, какао масло, какао тёртое), орех, желирующее вещество, изюм и др.
Значительная доля сырья в себестоимости кондитерских изделий делает актуальной проблему поиска новых, дешевых сырьевых источников и способов переработки, снижающих их потери. Одним из таких перспективных направлений является рациональная переработка сахарной свеклы.
В основном сахарная свекла применяется как сырье для получения сахара-песка и сахара-рафинада. При этом образуется значительное количество вторичных продуктов, таких как меласса, жом, дефекосатурацион-ный осадок, большая часть которых в дальнейшем не используется в производстве, вместе с ними теряются ценные органические и минеральные вещества [1,2].
В кондитерском производстве сахар-песок используется в основном в виде сиропов, что усложняет технологический процесс и увеличивает себестоимость готовых изделий.
Таким образом, разработка способов получения кондитерских полуфабрикатов (в порошкообразном виде), повышающее эффективность использования сахарной свеклы и изделий на их основе, обладающих повышенной пищевой
ценностью, низкой сахароемкостью, себестоимостью и высокой технологичностью является актуальной задачей и имеет народно-хозяйственное значение.
Большой вклад в развитие порошковых технологий пищевых продуктов внесли работы П.А. Ребиндера, Б.В. Дерягина, Н.Б. Урьева, М.А. Талейсника, Е.Д. Зимона, А.В. Зубченко, Г.О. Магомедова и др.
Тема диссертационной работы соответствует плану НИР кафедры технологии хлебопекарных, макаронных и кондитерских производств Воронежской государственной технологической академии на 2001-2005 г. № ГР 01.9.70008815 «Создание и совершенствование ресурсосберегающих технологий при переработке сельскохозяйственного растительного сырья».
Использование порошкообразных полуфабрикатов в производстве кондитерских изделий
Порошкобразные полуфабрикаты из сахара, патоки, плодов, овощей, молока находят широкое применение в производстве различных продуктов питания: хлебобулочных и кондитерских изделий, пищеконцентратов, сухих смесей для детского и диетического питания, пюреобразных соусов и напитков, молочных продуктов.
Применение порошкообразных сахарных, овощных, фруктово-овощных полуфабрикатов способствует решению следующих задач: улучшить качество выпускаемой продукции; снизить энергоемкость высококалорийных продуктов кондитерского и пищеконцентратного производства; обогатить состав продуктов питания биологически ценными компонентами; расширить ассортимент кондитерских и пищеконцентратных изделий; разработать целый ряд новых продуктов детского и диетического питания; разработать новые виды пищевых красителей; сократить технологический процесс [89-95].
Основным сырьем для производства пищевых порошков являются фрукты, ягоды, некоторые виды овощей (морковь, тыква, свекла столовая), крахмальная патока, сахар-песок.
В отраслевой научно-производственной лаборатории (НПЛ) «Прогрессивная технология и техника кондитерского производства» ВГТА) впервые методом распылительной сушки разработаны способы получения многокомпонентных порошков из сахара, патоки, фруктов, овощей и молочных продуктов. В зависимости от состава их можно классифицировать на группы (табл. 2).
Интенсивность технологических процессов производства кондитерских изделий пропорциональна активной поверхности взаимодействия фаз. Дисперсность твердой фазы - один из основных критериев, определяющих условия проведения этих процессов, а увеличение дисперсности - один из основных путей их интенсификации.
Применение высокодисперсных порошкообразных пищевых полуфабрикатов с размером частиц 1-Ю-5 - 3-Ю-4 мм (1-30 мкм) при производстве пищевых продуктов позволяет сократить технологический процесс путем интенсификации структурообразования. Порошкообразные полуфабрикаты в зависимости от свойств могут выступать как основные структурообразующие компоненты, так и как наполнители.
В НПЛ разработаны новые технологии и пищевые продукты на основе порошкообразных полуфабрикатов: конфеты с корпусами из мелкодисперсных компонентов (сахарные, фруктовые, сбивные, молочные, пралино-вые и типа пралиновых), приготовленные «холодным» и комбинированным способами; зефир на основе яблочного, яблочно-паточного и свекольно-молочного порошков; шоколадная глазурь на основе сахаро-паточного (П = 20 %) порошка; вафли с жировой начинкой на основе свекольно-молочного порошка; пищевые концентраты; кремы для мучных кондитерских изделий на основе яблочного порошка; сухие напитки и др.
В НПЛ ведутся исследования по разработке и утверждению новых технологий ириса, пастилы, мармелада, карамели, печенья, начинок, экс-трудированных изделий и продуктов детского питания на основе пищевых порошков.
Таким образом, многообразие вариантов использования фруктовых и овощных порошков в пищевой промышленности свидетельствует о целесообразности дальнейшего совершенствования сушки с целью получения более технологичных порошкообразных полуфабрикатов.
Известно [45], что порошкообразные полуфабрикаты обладают анти-оксидантными и радиопротекторными свойствами, а также способствуют выводу из организма радионуклидов и токсинов. Важнейшее физиологическое свойство овощей - способность значительно увеличивать секрецию пищеварительных желез и усиливать их ферментативную активность. Кроме того, они оказывают выраженное нормализующее влияние на жизнедеятельность полезной кишечной микрофлоры, повышают моторную функцию желудка и кишечника. Особый интерес представляет содержание пектина в порошках, который способен образовывать нерастворимые комплексные соединения с поливалентными металлами, такими как железо, цинк, кадмий, кобальт и выводить из организма радиоактивные вещества. Порошкообразные пищевые полуфабрикаты (ППП) являются дисперсными системами с сильно развитой внутренней поверхностью раздела между фазами. Они обладают рядом особых характерных свойств: избытком свободной энергии, повышенной химической активностью, адсорбционной способностью, и являются термодинамически неустойчивыми. Пищевые порошки можно классифицировать по следующим признакам: дисперсности, лиофобности, т.е. интенсивности молекулярного взаимодействия на границе раздела фаз, агрегатному состоянию фаз, топографическому признаку - по форме частиц и характерным геометрическим особенностям распределения фаз и отсутствию или наличию пространственной дисперсной структуры.
Порошкообразные пищевые полуфабрикаты, полученные распылительной сушкой классифицируются по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, дисперсности частиц 1- -30 мкм /1-Ю"4 - 3-Ю"3 см/ от тонкодисперсных до грубодисперсных, интенсивности молекулярного взаимодействия между фазами на их поверхности раздела. Лиофобные дисперсные системы имеют слабое взаимодействие вследствие большой разности полярностей образующих их веществ и обла дают большим избытком свободной энергии на единицу площади поверхностного слоя на границе между фазами (высоким межфазным поверхностным натяжением) и, следовательно, являются термодинамически неустойчивыми [83, 84, 86]. В отличие от лиофильных, лиофобные дисперсные системы требуют стабилизации, т.е. введения веществ, адсорбирующихся на поверхности частиц дисперсной фазы и образующих защитные слои, препятствующие сближению частиц друг другу. По степени структурированности различают порошкообразные полуфабрикаты бесструктурные - со свободными частицами дисперсной фазы, агрегатное состояние которых определяется дисперсионной средой, (сахарные, фруктовые, овощные), и структурированные, обогащенные ПЭКи и мучные полуфабрикаты, образующие тонкопористую структуру.
По форме частицы порошкообразных пищевых полуфабрикатов являются шарообразными или чешуйчатыми, в зависимости от состава и условий их получения сушкой методом распыления.
В зависимости от вида основного сырья и способа получения порошкообразного пищевого полуфабриката различают: сахарные, фруктовые, овощные, фруктово-овощные, комбинированные фруктовые и овощные обогащенные ПЭКи и мучные.
Методы исследования реологических свойств полуфабрикатов и кондитерских масс
Принципиальная схема универсальной распылительной сушильной установки представлена на рисунке 2.
Для подготовки распылительной сушильной установки к работе необходимо выполнить следующие действия. Перед включением рубильником электропитания необходимо проверить заземление, открыть шиберную заслонку на вентиляторе 10, закрыть смотровое окно распылительной башни 11, проверить соединение в трубопроводе. Слить конденсат из ресивера компрессора 6, закрутить сливное отверстие.
Включение установки и выход на рабочий режим. В первую очередь включают вытяжной вентилятор 10, проверяют тягу воздуха на фильтре 2. Включают все ТЭНы калорифера 1 и выставляют необходимую мощность теплоподвода на пульте управления 4.
Для распыляемой жидкости включают термостатирование ячейки, выставляя необходимую температуру. Включают компрессор 6. По истечении 10-15 минут (полный прогрев установки) включают подачу сжатого воздуха. Выставляют необходимое давление. Включают перистальтический насос 7 для подачи воды на распыление. Через 5-10 минут корректируют мощность нагрева ТЭНов для создания необходимого температурного режима на входе и выходе распылительной башни. Температура сухих частиц в основном определяется температурой газов на выходе из сушилки.
После установления стабильного режима работы установки дозатор переключается с распыления воды на распыление высушиваемого раствора. В течение процесса сушки термометрами 3 контролируется температура на входе и выходе распылительной башни. Визуально через смотровое окно оценивается качество получаемого порошка. Камера 11 состоит из цилиндрической и конической части. В сушильной камере 11 установлена пневматическая форсунка, которая предназначена для распыления высушиваемого раствора. Продукт подается с помощью перистальтического насоса 7. Сжатый воздух подается компрессором 6. Ввод горячего воздуха -через фильтр 2, калорифер 1 и далее тангенциально по центру сверху камеры 11.
Отработанный воздух с продуктом по центру снизу камеры отводится в конический циклон 5 для дополнительной очистки воздуха от мельчайших частиц порошка в контрольную камеру 9 и далее вентилятором 10 выбрасывается в атмосферу.
Перед остановкой работы распылительной сушильной установки необходимо переключить подачу распыляемой жидкости на подачу воды. Через 1-2 минуты выключают перистальтический насос, ТЭНы, через 5-6 минут компрессор, вентилятор 10 и общий рубильник. После охлаждения порошка открывают смотровую башню 11, счищают порошок, находящийся на внутренней поверхности башни. Собранный продукт сразу же упаковывают в герметичные пакеты.
Для изучения гигроскопических свойств пищевых порошков экспрессным методом была разработана экспериментальная установка (рис 2.2). Принцип работы установки основан на том, что сжатый воздух с различным влагосодержанием, создавая псевдоожижение порошкообразных материалов, ускоряет процесс сорбции и десорбции влаги с материалом, и позволяет быстро оценить изотермы сорбции и десорбции. Сжатый воздух из компрессора 1 с приводом 2 поступает в адсорбционную колонку 3 с адсорбентом для осушивания, затем в рабочую камеру 4. Из рабочей камеры воздух отводится через патрубок с вентилем 5 в компрессор. При установлении заданной относительной влажности и температуры воздуха адсорбционную колонку отключают вентилями 6, 7 и установку переключают на рабочий режим. Сжатый воздух поступает через ротаметр РС-5 8 в распределительную ячейку 9 с клапанами 10 и стаканчиками 1 1 с высокопористыми перегородками для предотвращения уноса порошка при его псевдоожижении. Стаканчики с полу фабрикатами периодически взвешивают на аналитических весах 12 с точностью до пятого знака после запятой.
Регулирование относительной влажности воздуха в камере осуществляют вентилями 6, 7 и 20, сообщающими ее с атмосферой и адсорбционной колонкой.
Рабочая камера представляет собой герметичный бокс с форкамерой 13 из органического стекла. Форкамера и аварийная магистраль 14 для подачи воздуха в рабочую камеру обеспечивают герметичность и бесперебойность процесса при замене исследуемых образцов.
Относительную влажность воздуха контролируют волосяным гигрометром 15, а температуру - термометром 16, 17. Изменение давления в рабочей камере фиксируют чувствительным манометром 21 типа ТНМП-100.
Одновременно можно анализировать 8 образцов. Для исследования температурной зависимости сорбции влаги материалом в рабочей камере предусмотрен контактный термометр 16, подающий сигнал на термореле 13, которое связано с нагревающим элементом 19.
Исследование физико-химических свойств свекловичного сока перед сушкой распылением
Известно, что на интенсивность процесса сушки исходного раствора влияет дисперсность распыленных частиц, причем с повышением ее дисперсности и однородности скорость сушки увеличивается. Процесс распыления струи жидкости зависит как от гидродинамических условий, так и от физико-химических свойств распыливаемой жидкости, причем наиболее существенно влияет вязкость 77с, поверхностное натяжение Ос, плотность рс. При увеличении вязкости распыливаемой жидкости распыл становится более грубым, но и более однородным, с повышением поверхностного натяжения наблюдается общее замедление распада струи и увеличение размера капель [72, 73, 105].
Значительное влияние на распад струи жидкости оказывает отношение плотностей газа и жидкости pjpp. Таким образом, молекулярная структура жидкости оказывает существенное влияние на процесс ее диспергирования. В свою очередь, физико-химические и структурно-механические свойства продуктов, получаемые распылительной сушкой, зависят от степени диспергирования распыляемой жидкости.
Поэтому представляет интерес исследовать влияние г)с, 0С) рс сока сахарной свеклы на ее диспергирование с учетом соотношения расходов растворов и сжатого газа, содержания РВ и влажности (рис 3.7; 3.8; 3.9; ЗЛО).
Концентрированные свекловичные соки отличаются высокой вязкостью, которая зависит от массовой доли влаги, углеводного состава, а также от температуры. Химическая природа углеводов, входящих в состав раствора, определяет степень гидратации молекул, а, следовательно, молекулярную структуру Для построения математической модели, отражающей зависимость физико-химических показателей сока использовали центральное композиционное ротатабельное планирование (ЦКРП) (табл. 3.7) [98 - 103].
В качестве основных факторов, влияющих на свойства распыляемого сока (вязкость rjc (Па-с), поверхностное натяжение Ос (Н/м) , и плотность рс (кг/м ), выбрали: х} - массовая доля влаги сока, %; х2 - температура сока, С.
Эксперименты проводили согласно матрице планирования (табл. 3.8), при проведении эксперимента применяли рандомизацию опытов с использованием таблиц случайных чисел. Каждый опыт дублировали два раза.
Обработку данных результатов ЦКРП проводили по типовой методике. При этом были рассчитаны регрессионные коэффициенты, определена значимость каждого из них. Установлено, что в соответствии с критерием Стьюдента, все коэффициенты являются значимыми. По критерию Фишера установлено, что уравнение регрессии адекватно описывает результаты эксперимента.
Анализ уравнений регрессии позволяет выделить факторы, наиболее влияющие на рассматриваемый процесс. При увеличении температуры и массовой доли влаги вязкость, плотность и поверхностное натяжение сока уменьшаются. Наибольшее влияние на вязкость, плотность, и поверхностное натяжение сока оказывает массовая доля влаги Х\, и в меньшей степени температура Х2. Таким образом, установлена математическая зависимость rjc, Ос, рс от массовой доли влаги и температуры. Как известно, физико - химические свойства высушенных распылением продуктов зависят от режима сушки. Для достижения хорошего с технологической и экономической точек зрения режима сушки необходимо исследовать и оптимизировать температуру сушки, расход воздуха в сушильной башне, концентрацию высушиваемого раствора, процесс распыления, размер частичек и конечную влажность [83, 84]. Кинетика процесса испарения и сушки диспергированных капель в распылительных сушилках с переменными режимными параметрами и учетом гидродинамики установок весьма сложна. Поэтому необходимо соблюдать постоянство других режимных параметров. Исследования, проведенные по испарению одиночных капель различных растворов, показали значительное влияние природы раствора и внутренних процессов переноса на интенсивность и температуру испарения капли, на длительность процессов обезвоживания и теплообмен с внешней средой. Кроме того, испарение одиночных капель значительно отличается от испарения полидисперсных капель раствора [85]. Предпринята попытка оптимизировать процесс сушки капель свекловичного сока по конечной влажности порошкообразного полуфабриката и по выходу. Сушка диспергированных капель растворов протекает в два периода. Длительность первого периода, в течение которого происходит испарение влаги с поверхности капель, зависит от режимных параметров, геометрических размеров и начального влагосодержания капель. По истечении первого периода капли покрываются корочкой, начинается второй период сушки, продолжительность которого в основном зависит от скорости перемещения влаги внутрь капель и диффузионного сопротивления корочки [85]. Известно, чем меньше концентрация раствора, тем больше развит первый период испарения влаги. Он протекает при более низкой температуре газового потока, что важно для сохранения пищевой ценности продукта. При исследовании выбрали диапазон начальной массовой доли влаги соков от 60 до 80 %, с различным содержанием редуцирующих веществ (от 2,5 до 36 %). Равновесная влажность высушенных продуктов зависит от молекулярной структуры исходного продукта, относительной влажности и температуры воздуха. Следовательно, конечная влажность ПСвП будет определяться физико-химическими свойствами сока сахарной свеклы при постоянных параметрах сушки [83,85]. Более устойчивыми параметрами при сушке являются начальная температура и расход горячего воздуха и раствора, поэтому были взяты эти параметры постоянными и равными te = 130 С; e = 100 м3/ч; tp - 60 С; %р = 42,5 мл/мин, давление сжатого воздуха (6 - 8) 105 Па. Температура горячего воздуха была взята с учетом термочувствительности раствора, так как при распылительной сушке возможен перегрев продукта. Температура воздуха на выходе из сушильной камеры 75-80 С была выбрана с учетом конечной влажности продукта для получения его с хорошими физико-химическими и структурно-механическими свойствами. Исследование процесса сушки раствора свекловичного сока проводили на экспериментальной распылительной сушильной установке смешанного типа (рис. 4) с пневматической форсункой. Использование завихренных потоков связано с высокими относительными скоростями фаз, т.е. интенсивным подводом тепла к поверхности материала.
Структурно-механические свойства порошкообразного свекловичного полуфабриката
Свойства порошкообразных свекловичных полуфабрикатов, полученных распылительной сушкой, определяются не только молекулярной структурой исходного продукта, но и режимом сушки. Оптимальным называется такой режим сушки, при котором получается продукт с необходимыми свойствами, а эффективность данного процесса наибольшая. Поэтому для правильного выбора режима сушки необходимо изучить свойства ПСвП, полученных распылительной сушкой. [30]
Полученные данные о физико-химических свойствах пищевых полуфабрикатов могут быть использованы при проектировании аккумулирующих емкостей, транспортного, дозирующего и другого оборудования, необходимого для разработки способов их получения и переработки [95,96,97].
Необходимыми свойствами ПСвП являются высокая дисперсность, сыпучесть, объемная масса и при этом минимальная слеживаемость и гигроскопичность. ПСвП получали из свекловичных соков, уваренных при различных температурах с различным содержанием РВ и СВ. Результаты исследований ПСвП приведены в таблице 11.
Наиболее важной характеристикой порошкообразного полуфабриката является объемная масса. Поэтому выявили общую тенденцию изменения объемной массы в зависимости от содержания влаги в продукте. С увеличением влажности соков объемная масса увеличивается (496-536) и конечная влажность продукта увеличивается (1,6-3,0), дисперсность повышается (5,13-5,80) и угол естественного откоса увеличивается.
К наиболее важным физико-механическим свойствам порошкообразных пищевых полуфабрикатов относятся их сдвиговые свойства. Изменения сопротивления сдвигу занимает центральное место среди других физико-механических испытаний порошков. Трение возникает в точках контактов при взаимном перемещении частиц сыпучего материала (порошка), называют внутренним трением (/). Уплотнение сыпучего материала (СМ) зависит от величины нормального напряжения. В случае, когда оно равно его предельному значению - т„, происходит разрушение образца - сдвиг, СМ начинает течь. Сдвиговое деформирование идеальных сыпучих материалов (порошков) описывается законом Кулона, согласно которому сопротивление сдвигу (т) пропорционально коэффициенту внутреннего трения и нормальной (сжимающей) нагрузки а„ (прямая тп - г проходит через начало координат) где (р- угол внутреннего трения. При наличии аутогезии и нормальной нагрузки, которая прилагается извне или обусловлена собственным весом сыпучего материала (порошка), добавляются силы аутогезионного взаимодействия в плоскости сдвига, численно равные прочности порошка на разрыв. Для таких порошков, называемых связными, закон Кулона имеет вид: где То - начальное удельное сопротивление сдвигу. Величина начального сопротивления сдвигу т0 является функциональной величиной зависимой от внешних и внутренних факторов СМ, равно сопротивлению сдвига порошка при ап = 0. Для связных сыпучих материалов в координатах сг„ - тне проходит через начало координат, она отсекает на оси ординат г отрезок, соответствующий начальному удельному сопротивлению сдвига равный to. В тонкодисперсных связных сыпучих материалах (порошках) силы ауто-гезии препятствуют полной укладке частиц. Под действием внешней нагрузки такие материалы сжимаются, растут число и прочность контактов, одновременно увеличивается прочность на разрыв и сопротивление деформации. По этой причине для тонкодисперсных сыпучих материалов, обладающих аутоге-зией и сцеплением, предел текучести выражается семейством линий предела текучести, каждая из которых соответствует определенной нагрузке. Линии предела текучести не являются прямыми, они выпуклы к верху. Последнее нашло подтверждение в работах [98, 99, 100, 101]. Зависимость сопротивления сдвига от напряжения сжатия сыпучего материала определены для ПСвП с различным содержанием РВ (рис. ЗЛО). Как видно из рис. 4.3, с увеличением содержания РВ в ПСвП величина предельного напряжения сдвига растет, что обусловлено увеличением аутогезии, т.е. возрастают силы притяжения между частицами. С увеличением предварительного напряжения сжатия наблюдается такая же закономерность. Это объясняется тем, что при уплотнении порошков происходят одновременно два процесса. Первый из них связан с более плотной упаковкой частиц, что приводит к росту числа контактов. Так как между частицами порошка имеются пустоты, с увеличением напряжения мелкие частицы проникают между крупными, происходит заполнение этих пустот. Одновременно растет площадь контактов между частицами. Результаты исследования зависимости значения коэффициента внутреннего трения от напряжения сжатия для ПСвП с различным содержанием редуцирующих веществ представлены на рис. 4.4. Как видно из приведенных дан ных, с ростом напряженного состояния материала величина коэффициента внутреннего трения падает. Это объясняется тем, что при увеличении нормального напряжения происходит уплотнение частиц и происходит как бы сдвиг одной поверхности частиц по отношению к другой. На основании экспериментальных данных получили аппроксимирующие функциональные зависимости между коэффициентом внутреннего трения/и величиной сжимающего напряжения jn = 0...1,8 кПа для ПСвП с содержанием РВ10,8%(/})и2,5%() Поверхностные свойства сыпучих материалов проявляются на границе раздела между сыпучим материалом и твердой стенкой. Трение сыпучего материала при его движении по ограждающей поверхности (стенке) называется внешним трением [103]. Внешнее трение - сложное явление, зависящее от многих процессов, протекающих на границе раздела в зонах фактического контакта и в тонких поверхностных слоях этих тел при относительном перемещении [104]. Характер течения сыпучих материалов в трубопроводах, накопителях, дозаторах, взаимодействия СМ с поверхностями различных рабочих органов машин, транспортирующих устройств определяется силами их сцепления с ограждающей поверхностью. Природа взаимодействия материала с ограждающей поверхностью полностью не выяснена, известно несколько теорий, объединяющих физико-механическую и физико-химическую сущность этого явления. По адсорбционной теории Дебрина и Мак-Ларена [105] взаимодействие материалов происходит в результате межмолекулярного взаимного притяжения молекул. Диффузионная теория Вьюцкой и Дерягина [106, 107] основана на том, что при контакте двух тел происходит взаимная диффузия макромолекул в пазы и трещины металлической поверхности. Площадь молекулярного контак та при диффузии, по Вьюцкому, значительно превышает площадь номинального контакта. Поэтому диффузия будет тем интенсивнее, чем дольше контакт и больше напряжение. Электрическая теория [106] основана на явлении контактной электризации, происходящей при тесном соприкосновении диэлектрика и металла или двух диэлектриков. Как указывают некоторые исследователи [108] структура СМ в пристен-ковой зоне оказывает большое влияние на сопротивление СМ сдвигу по поверхности, причем меньшей плотности укладки в пристенных слоях соответствуют большие коэффициенты внешнего трения. Однако есть мнение [109, 110], что в процессе сдвига происходит структурная перестройка в пристенных слоях СМ. в зависимости от первоначальной плотности укладки возможно и уплотнение материала при сдвиге и его разрыхление.
