Математическое моделирование процесса экструзии в двухшнековом экструдере при производстве зерновых чипсов

• Автор: Попов, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 206 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Г л а в а 1. Современное состояние теории, техники и технологии

производства продуктов питания на двухшнсковом экструдере.

1.1. Основы теории и краткий обзор двухшнековых экструдеров.

1.2. Технологии получения экструдированных продуктов питания

1.3. Выбор компонентов модельной зерновой смеси

1.4. Анализ существующих математических моделей процессов,

происходящих в двухшнековых экструдеров

1.5. Анализ литературного обзора и задачи исследования.

Г л а в а 2. Теоретические и экспериментальные исследования

Ф процесса экструзии зерновой смеси в двухшнековом
экструдере.
2.1. Обоснование выбора рецептурных компонентов
2.2. Исследование зерновой смеси методами термического
анализа
2.3. Экспериментальная установка.
4 2.4. Методика проведения эксперимента
2.5. Влияние гранулометрического состава зерновой смеси на
характер протекания процесса экструзии.
ф 2.6. Исследование реологических характеристик расплава зерновой
смеси в предматричной зоне двухшнекового экструдера
2.7. Кинетика процесса экструзии.
Г л а в а 3. Математическая модель движения аномально вязкой
жидкости в предматричной зоне двухшнскового экструдера.
3.1. Теоретические основы моделирования движения вязкой
жидкости.
3.2. Обоснование метода решения задач течения реологических
жидкостей
ф 3.3. Трехмерная модель движения жидкости в предматричной
зоне двухшнекового экструдера
3.4. Двухмерная модель движения жидкости в зазоре,
ограниченном стенками матрицы и вращающимися конусами шнеков экструдера.
3.5. Результаты расчета математического моделирования
3.5.1. Трехмерная модель.
3.5.2. Двухмерная модель.
3.6. Анализ математической модели.
Г л а в а 4. Комплексная оценка качества экструдированных
продуктов.
4.1. Исследование качественных показателей экструдированных
палочек.
4.1.1. Методы исследования физикохимических свойств образцов
4.1.2. Анализ качественных показателей экструдированных
палочек.
4.2. Определение микробиологических показателей экстру дата
4.3. Анализ пищевой ценности разработанного экструдированного продукта
Г л а в а 5. Разработка конструкций экструдеров
5.1. Методика инженерного расчета двухшнекового экструдера.
5.2. Двухшнековый экструдер
5.3. Разработка конструкции формующего устройства экструдера
5.4. Расчет ожидаемого экономического эффекта от
использования двухшнекового экструдера
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.
ЛИТЕРАТУРА


В зависимости от температуры продукта перед матрицей и влажности исходной смеси различают три вида экструзии: холодную, теплую и горячую [, , ]. При холодной экструзии влажность исходного сырья свыше % и температура перед матрицей не превышает °С. Для нее характерно только механическое воздействие рабочих органов экструдера на продукт без изменения его внутренней структуры и свойств. Наиболее широко данный вид экструзии используется при производстве макаронной продукции, разного рода конфет, батончиков и других кондитерских изделий. При теплой экструзии температура перед матрицей составляет . С и влажность продукта . Данный вид экструзии предусматривает наряду с механическим воздействием подвод тепла посредством внешних обогревателей. С ее помощью получают полуфабрикаты сухих завтраков, которые перед употреблением в пищу необходимо погрузить на . С растительное масло. После чего продукт приобретает упругоэластичные свойства, а аккумулированная в результате тепловой обработки в экструдере влага превращается в пар, который при выходе из продукта способствует образованию его пористой структуры [8, , , 1, 5, 6]. Широкое распространение теплая экструзия нашла также в комбикормовой промышленности при получении легкоусвояемых комбикормов [,, 0]. При горячей экструзии температура перед матрицей больше 0 °С и влажность продукта менее %. При этом возможно производство текстурированных продуктов на основе растительного и животного белка. В режиме горячей экструзии глобулярная структура белка переходит в фибриллярную, более усвояемую организмом человека и животных [1,9]. В процессе горячей экструзии пищевое сырье подвергается фазовым превращениям из хрупкого стекловидного в высокоэластичное, а затем в вязкотекучее состояние. Основной технологической машиной в производстве экструдированных изделий является экструдер (дисковый, поршневой, шнековый и т. Двухшнековый экструдер состоит из нескольких основных узлов (рис. Рис. Корпус двухшнекового экструдера конструктивно изготавливается в двух основных вариантах: в виде нескольких цилиндров (рис. Широкое распространение в экструзионной технике получили индукционные нафеватели (рис. Вт/см^), слюдяные (до 3 Вг/см^) и керамические (до 5 Вт/см'1). Мощность нагревателя рассчитывается для каждой зоны, руководствуясь простым правилом: все зоны должны выйти на заданную температуру одновременно. Рис. Дозатор сухих компонентов (рис. Он представляет собой одно- или двухшнековый транспортер с постоянным шагом и глубиной витка. По типу основного рабочего органа экструдеры подразделяют на валковые, шестеренные, винтовые, шнековые, дисковые, поршневые и комбинированные, из которых наибольшее развитие в пищевой промышленности получили шнековые экструдеры. Они в свою очередь делятся на одно- и многошнековые [, , ]. В современной практике экструзионных технологий наиболее широкое распространение нашли экструдеры двух типов - одно- и двухшнековые [6, ,]. Одношнековые экструдеры проще в изготовлении, относительно дешевы, но имеют и некоторые недостатки: может происходить налипание экструдируемой массы на шнек; существуют ограничения в выборе перерабатываемого сырья с большой влажностью, в связи с трудностью захвата продукта и его даль-нешего транспортирования; имеет место невысокое качество смешивания и гомогенизации. Перемещение материала в одношнековых экструдерах происходит за счет разности коэффициентов трения перерабатываемого сырья по шнеку и внутренней поверхности рабочей камеры []. В двухшнековых экструдерах реже возникают подъемы давления, так как не происходит накопления продукта. Нагнетательная способность высока и ограничивается лишь прочностью конструкции. Производительность определяется только геометрическими и кинематическими параметрами шнеков, и практически не зависит от размеров формующего инструмента, так как утечки через зазоры зацепляющихся шнеков малы. Основным достоинством двухшнековых экструдеров является получение Ф продуктов питания более высокого качества по сравнению с одношнековыми. Классификация двухшнековых экструдеров приведена на рис. Рис.