Совершенствование процесса структурообразования полидисперсных быстрорастворимых напитков в тарельчатых грануляторах

• Автор: Макковеев, Максим Александрович
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 172 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Литературный обзор
1.1 Способы окатывания дисперсных материалов
1.2 Характеристика работы тарельчатых грануляторов
1.3 Кинетика и механизм процесса гранулообразования
1.4 Комкуемость дисперсных материалов
1.5 Постановка задачи исследования
Глава 2. Идентификация процесса гранулирования инстантированных дисперсных материалов в тарельчатых грануляторах с активатором
2.1 Разработка математической модели процесса
2.2 Результаты идентификационных экспериментальных исследований
2.3 Алгоритмы параметрической идентификации математической модели гранулирования дисперсных материалов
2.4 Выводы по второй главе
Глава 3. Оптимизация конструктивно-режимных параметров гранулирования дисперсных материалов в тарельчатых грануляторах активатором
3.1 Разработка методики количественной оценки комкуемости и влажности дисперсных метериалов
3.2 Определение оптимального значения показателя комкуемости влажных дисперсных материалов
3.3 Постановка задачи оптимизации конструктивно-режимных параметров тарельчатых грануляторов с активатором
3.4 Разработка алгоритма поиска оптимальных конструктивно-режимных параметров гранулятора
3.5 Выводы по третьей главе
Глава 4. Повышение эффективности управления процессом гранулирования инстантированных дисперсных продуктов в тарельчатых грануляторах с активатором
4.1 Постановка задачи оптимального управления гранулятором
4.2 Разработка алгоритма поиска оптимальных режимов гранулирования дисперсных продуктов
4.3 Разработка системы управления гранулированием полидисперсных продуктов в производственных условиях
4.4 Выводы по четвертой главе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Методика проведения экспериментального исследования динамики процесса гранулирования полидисперной смеси в тарельчатом грануляторе с активатором
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Листинг программы идентификации математической модели
динамики процесса гранулирования дисперсных материалов
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Методика определения мощности, потребляемой
асинхронными двигателями приводов тарели и активатора
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Листинг программы поиска оптимальных режимов
работы тарельчатых грануляторов с активатором
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Схемы автоматизации тарельчатого гранулятора
с активатором
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Програма управления тарельчатым гранулятором с активатором контроллером ОВЕН ПЛК
ВВЕДЕНИЕ
Гранулирование дисперсных материалов методом окатывания представляет собой процесс превращения сухой сыпучей или влажной бесформенно агрегированной дисперсной системы в одинаковые по плотности, размеру и прочности шарообразные гранулы. Гранулирование методом окатывания впервые было применено в 1912 году Андерсеном (Швеция) [129], а затем в 1913 году Браксельбер-гом [102]. Систематические исследования и широкое внедрение процесса гранулирования окатыванием в производство начались лишь в середине пятидесятых годов. В настоящее время получили распространение многотоннажные производства, которые включают в себя на промежуточном или конечном этапах процесс гранулирования полидисперсных смесей. Существенное преимущество гранулированного продукта по сравнению с сыпучим материалом объясняет широкое распространение данного процесса в промышленности. Гранулы легко транспортируются, не загрязняют окружающую среду пылью, просто дозируются, не выветриваются и не слеживаются. Использование гранулированных материалов позволяет перейти от периодических к непрерывным процессам производства продуктов быстрого приготовления. Кроме этого, многослойное гранулирование обеспечивает процесс производства многокомпонентных пищевых продуктов.
Теоретическую основу производства быстрорастворимых продуктов (в зарубежной литературе - инстант продукты) составляет физико-химическая механика дисперсных систем. Основоположником этой науки является академик П.А.Ребиндер. Она возникла на стыке физики и химии, механики дисперсных систем, коллоидной химии, молекулярной физики. В настоящее время она широко используется при получении дисперсных систем с заданными структурномеханическими свойствами. Исследования в данной области были выполнены:
А.В.Лыковым, Н.В.Михайловым, В.И.Лихтманом, Е.Д.Щукиным, Н.Б.Урьевым,
Н.Н.Крушицким, Б.В.Дерягиным, А.Д.Зимоном, А.А.Трапезниковым, И.Н. Вла-довцом, Ю.С.Липатовым, А.В.Думанским, А.Ф.Полаком, Е.Е.Сегаловой, [23, 37, 54, 56, 65, 67, 93, 96, 120], применительно к пищевым материалам -

эффективный производственный процесс. Недостаточно исследовано влияние на механизм гранулообразования режимно-конструкционных параметров гранулято-ров и различных механических активаторов [113, 133]. Эксплуатация тарельчатых грануляторов в промышленных условиях показывает, что качество комкуемого сырья по гидрофильности, по гранулометрическому составу, по наличию коллоидных фракций, по влажности оказывает существенное влияние на процесс, что говорит о высокой чувствительности процесса к их изменению. В настоящее время теория рассматриваемого процесса не может дать количественных зависимостей между многочисленными частными факторами, определяющими комкуе-мость сырья и показателями эффективности работы грануляторов.
1.4 Комкуемость дисперсных материалов
Комкуемость существенно влияет на скорость образования и роста гранул и их прочность. Чаще всего комкуемость определяется как склонность дисперсного материала к мокрому гранулированию методом окатывания. В работе [15] предлагается оценивать комкуемость как прочность сцепления частичек влажного материала в грануле.
Первые исследования по оценке прочности связей материала в грануле были выполнены Ферсом [134]. Он установил обратно пропорциональную зависимость между размерами частиц дисперсного материала и склонностью дисперсного материала к окомкованию. Ферс показал, что плотность гранул пропорциональна плотности брикета, полученного при давлении равном тысяче атмосфер. Путем аналитических расчетов было установлено, что данное давление может возникать при мгновенном столкновении сырой гранулы с средним единичным зерном накатываемого материала. Тарьян [135] высказал предположение, что прочность сырых гранул зависит, в основном, стягивающей силой воды, которой заполнены капилляры гранул. Он предложил рассчитывать капиллярное давление (Рк) по выражению (1.23), которое вывел из условия оптимального содержания