Разработка и исследование вихревых устройств для гомогенизации и эмульгирования пищевых продуктов

• Автор: Баронов, Владимир Игоревич
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Вологда- Молочное
• Количество страниц: 173 с. : ил.

1 .Современные способы и устройства гомогенизации и эмульгирования пищевых продуктов

1.1 Применение гомогенизации и эмульгирования

в производстве пищевых продуктов

1.2 Теоретические представления об устройствах и

процессах гомогенизации и эмульгирования

1.3 Обзор современных конструкций эмульсоров

1.4 Анализ экспериментальных данных исследования

процесса гомогенизации

1.5 Вихревые устройства для гомогенизации и

эмульгирования

1.6 Задачи исследований

2. Моделирование процессов вихревой гомогенизации и
эмульгирования
2.1 Разработка модельной установки для изучения процесса вихревой гомогенизации
2.2 Экспериментальное исследование модельного
вихревого устройства
2.2.1 Исследование влияния угла подачи воды
в вихревую трубу на структуру и геометрию вихря
2.2.2 Исследование влияния расхода воды на структуру и
геометрию вихря
2.2.3 Исследование зависимости количества
кавитационных пузырьков от расхода и положения трубы
2.2.4. Исследование влияния температуры воды
на структуру и геометрию вихря
2.3. Теоретический анализ процессов вихревой гомогенизации и эмульгирования с учетом конусности
свободной поверхности потока
3. Сравнительные теоретические исследования процесса гомогенизации
в клапанных и вихревых устройствах
3.1 Механизм субкавитационной гомогенизации в клапанном устройстве на примере жирового шарика молока
3.2 Динамика движения жидкости в вихревом устройстве как винтового потока конечной глубины, притекающего к стоку
4. Разработка конструкций экспериментальных вихревых
устройств для гомогенизации и эмульгирования
4.1 Разработка и обоснование конструктивных параметров экспериментального вихревого гомогенизирующего устройства
4.2 Описание экспериментальной установки
4.3 Создание экспериментальных вихревых устройств
4.4 Методы определения эффективности гомогенизации и эмульгирования
5. Результаты экспериментальных исследований
5.1. Исследование положения вихревого устройства
на качество процесса гомогенизации
5.2 Исследование влияния количества входных сопел
на качество процесса вихревой гомогенизации
5.3.Исследование двухступенчатой вихревой гомогенизации
5.4. Исследование длины камеры энергетического разделения
5.5. Исследование формы камеры энергетического разделения
5.6. Разработка модельной установки для изучения процесса вихревого эмульгирования
5.7. Математическая обработка результатов экспериментального исследования эмульгирования пищевых продуктов в вихревом устройстве
6. Разработка промышленного вихревого гомогенизатора и эмульсора производительностью лч
6.1 Методика расчта опытного образца вихревого устройства
для гомогенизации
6.2 Проектирование промышленного образца вихревого гомогенизатора производительностью лч
6.3 Экспериментальное исследование вихревого гомогенизатора
6.4 Методика расчта опытного образца вихревого устройства
для эмульгирования при производстве майонеза
6.5 Проектирование вихревого эмульсора производительностью
6.6 Экспериментальное исследование вихревого эмульсора
Общие выводы
Список литературы


Единственными прямыми экспериментами, наиболее приближенными к процессу гомогенизации, являются исследования Мухина и Канцельсона о распределении давления в клапанной щели гомогенизатора. Результаты их исследований показали, что в клапанной щели существует зона сверхнизких давлений, которая не учитывалась ни в одной из приведенных выше гипотез гомогенизации. В последнее время появилась гипотеза субкавитационного дробления жировых шариков молока, которая основывалась именно на этих экспериментах. Эта гипотеза является единственной, которая объясняет появление зон сверхнизких давлений и движущую силу процесса гомогенизации, связанную с процессом сублимации дисперсной фазы при давлениях ниже 0 Г1а . Гидродинамика этого процесса не подчиняется общеизвестной теории НавьеСтокса. Доказано, что при больших скоростях, приближающихся к сверхзвуковым, преобладают межмолекулярные взаимодействия, которые были учтены в обобщенной гипотезе дискретности жидкой фазы. Таким образом, появилось новое перспективное направление совершенствования гомогенизирующих устройств. Для производства кремов, паст, майонезов, кетчупов наибольшее распространение получили установки, включающие центробежный эмульсор, рабочую емкость и переключатель потока смеси. Обработка смеси производится по рециркуляционной технологии, обеспечивающей получение стабильных эмульсий. Загружаемая в рабочую мкость многокомпонентная смесь через обратную линию пропускается эмульсором по замкнутому контуру. По окончании обработки одной загрузки смеси трхходовой переключатель потока переводится в положение выгрузки. Эффективные перекачивающие свойства эмульсора позволяют практически без остатка выкачивать готовый продукт из системы. На сегодняшний день одной из перспективной моделью для производства майонезов и паст в промышленных условиях является, например, эмульсор марки Эмульсор0 производительностью лчас, мощностью 5,5 кВт и габаритными размерами x0x мм . Применяемые в настоящее время гомогенизирующие устройства обладают повышенной энергоемкостью более 7 кВт на 1 тонну продукта, тогда как при эмульгировании расходуется менее 2 кВт на 1 тонну продукта. Эмульсор включает цилиндрический корпус, съемную крышку, закрепленный на ней привод в виде планетарного редуктора и связанного с ним электродвигателя, закрепленную к крышке неподвижную шестерню и подшипник, ротор, состоящий из водила, в корпус которого на подшипниках качения установлены валы с закрепленными с одной стороны шестернямисателлитами, входящими в зацепление с зубьями неподвижной шестерни, и планетарными миксерами с другой стороны, и очистными скребками, размещенный на периферии крышки загрузочный люк для загрузки объемной части смеси и патрубок для загрузки других компонентов смеси. Патрубок для загрузки других компонентов смеси совмещен с грубчатой осью, при этом электродвигатель смещен от оси к периферии съемной крышки корпуса, установлен на планетарном редукторе и соединен с входным валом планетарного редуктора посредством зубчатой муфты. Патрубок для загрузки компонентов смесей и добавок выполнен в виде двух соосных цилиндров, причем цилиндр меньшего диаметра для загрузки одних компонентов смеси расположен внутри цилиндра большего диаметра, соединенных между собой усеченным конусом, на поверхности которого размещены трубчатые подводы для загрузки других компонентов смеси, а цилиндр большего диаметра расположен внутри водила ротора с зазором. Компоненты смеси подаются по патрубкам в цилиндрический корпус, после заполнения которого включают мешалки миксеры. Недостатками данной конструкции являются большая продолжительность обработки продукта и низкое качество эмульгирования . Центробежный эмульсор включает в себя корпус с отражателями, рабочее колесо с выступами, штуцеры для подвода компонентов с устройствами для регулирования количества поступающего жидкого компонента и обратные клапаны. Центробежный эмульсор работает следующим образом. Основа эмульсии по трубопроводу поступает в центральную часть насосного центробежного колеса эмульсора. При его вращении сразу за отражателями образуются зоны вакуума.