Исследование процессов дозирования в агрегатах непрерывного действия с целью интенсификации смесеприготовления

Процессы дозирования мелкозернистых и дисперсных материалов и получения многокомпонентных смесевых композиций (витаминизированных смесей на основе сухого молока, посольных и пряно-солевых сухих составов в мясной и рыбной промышленности) на их основе занимают важное место в пищевой, химической и других отраслях народного хозяйства.

Анализ известных результатов теоретических и экспериментальных исследований по данному вопросу показывает значительное преимущество смесеприго-товительного оборудования непрерывного действия над периодическими аналогами (повышение производительности агрегата при одновременном снижении удельного энергопотребления, металлоемкости и себестоимости готового продукта, широкие возможности по автоматизации процесса, улучшение технических и санитарных условий труда.

Однако непрерывно действующие смесительные агрегаты не получают широкого применения в промышленности главным образом из-за сложности дозирования в них компонентов в заданных соотношениях, в то время как их оснащение автоматическими весовыми дозирующими устройствами часто бывает экономически неоправданным.

Одной из основных трудностей при приготовлении многокомпонентной смеси является определение комплекса параметров функционирования блока дозирующих устройств (ДУ) и поддержание его на заданном уровне, т. е. установление и стабилизация схемы формирования доз компонентов, выдаваемых отдельными дозаторами блока, для создания входных — по отношению к смесительному устройству — материалопотоков, обладающих минимальными флуктуациями.

В настоящее время отсутствует системный подход к изучению процессов дозирования сыпучих материалов, который бы рассматривал их влияние на интенсивность смесеприготовления с позиций кибернетических представлений о динамических системах.

Таким образом, решение вопросов разработки и совершенствования технологических способов исследования смесеприготовительных процессов в непре-рывнодействующих агрегатах для переработки порошкообразных материалов на базе теоретических и экспериментальных исследований, создания теории и методик их расчета, реализуемых на компьютерной основе, является актуальной задачей, представляющей научный и практический интерес.

Настоящая работа выполнена в соответствии с целевой региональной научно-технической программой «Кузбасс» и планом основных научных направлений ПНИЛ Кемеровского технологического института пищевой промышленности (Кем-ТИПП).

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

.

Целью настоящей работы является разработка и совершенствование технологических способов дозирования порошкообразных композиций на базе смесепри-готовительных агрегатов (СМПА) на основе соответствующих теоретических и экспериментальных исследований и оценки совместного влияния материальных потоков дозирующих устройств и характеристик смесителей непрерывного действия на качество потока готовой смеси.

Сформулированы следующие задачи:

— исследование процессов дозирования в устройствах непрерывного и дискретного типов (спиральных, шнековых, порционных);

— формирование — с использованием кибернетического подхода — комплексной математической модели блока ДУ, учитывающей совокупность режимных параметров дозирующих сигналов при их варьированииразработка методов исследования модели, позволяющих рационально согласовать комплекс параметров дозирующих устройств и центробежных смесителей непрерывного действия с целью интенсификации процесса смесеприготовления;

— проведение анализа результатов физического и цифрового моделирования фрагментов системы смесеприготовления;

— совершенствование технологических режимов дозирования с точки зрения минимизации пульсаций дозирующих материалопотоков и их увязка с качеством получаемых в смесителе композиций.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

Разработана комплексная математическая модель блока ДУ, учитывающая совокупность режимных параметров выходных сигналов, которая позволяет варьировать условия дозирования в интерактивном режиме, используя при этом структурно-топологический подход, и моделирование в технологическом пространстве состоянийизучено влияние параметров процессов дискретного дозирования на характер выходных потоков смесителейразработаны способы интенсификации процесса получения смесей заданного качества путем организации рациональных режимов дозирования и использования согласно-параллельных каналов и каналов рециркуляции с целью интенсификации процесса смесеприготовленияпроизведена оценка параметров асинфазно-синхронного режима дозирования с целью обеспечения предварительного демпфирования флуктуаций питающих потоковпоказана эффективность импульсного режима рециркуляции по сравнению со статическим рециклом, выявлены количественные закономерности сглаживания дискретных дозирующих воздействий центробежными смесителями непрерывного действия, работающими в различных режимах загрузки.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Предложены конструктивные изменения в центробежном смесителе непрерывного действия с внутренними опережающим и рециркулирующим каналамина данное решение подана авторская заявка на выдачу патента РФ.

С участием автора разработано аппаратурное оформление технологического процесса мультиингредиентного дозирования в производстве витаминизированных порошкообразных продуктов на основе молочных смесей. Данная технологическая схема успешно опробована на АО Кемеровский молочный комбинат. Технология дозирования и способы интенсификации смесеприготовления испытаны при выработке посольных и пряно-солевых композиций для приготовления рыбных пресервов и посолочных смесей в условиях АО «Кемеровский мясокомбинат» .

Материалы диссертационной работы внедрены в научно-учебные комплексы кафедр процессов и аппаратов пищевых производств и автоматизации производственных процессов и автоматизированных систем управления КемТИПП и используются в лекционных курсах и дипломном проектировании.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ :

Комплексная математическая модель технологического процесса дозирования в СМПА непрерывного действиярезультаты теоретических и экспериментальных исследований процесса дозирования в устройствах непрерывного и дискретного действиярезультаты исследования сглаживающей способности центробежным смесителем воздействий от непрерывных и дискретных дозаторов объемного типаструктурно-топологические схемы материалопотоков в блоке дозирующих устройств и собственно в смесительном аппаратеусовершенствованная схема порционного дозирования (асинфазно-синхронного типа).

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Разработана комплексная структурно-топологическая математическая модель непрерывно действующего смесеприготовительного агрегата, которая позволяет на основе ее анализа реализовать оптимальные согласованные параметры настройки дозаторов и смесителя для получения смесей заданного качества.

2. Получена математическая модель блока ДУ (спирального, шнекового и порционного), учитывающая динамику формирования доз (частоту, длительность выдачи, скважность дозирования и др. параметры), позволяющая повысить точность оценки входных потоков и установить зависимость характера выходного потока готовой смеси от рабочих режимов дозатор-ного блока.

3. Сформирована модель блока дозирующих устройств в терминах технологического пространства состояний, в соответствии с которой разработаны технологические способы получения смесей заданного качества путем организации каналов направленного действия с целью интенсификации процесса смешивания.

4. Выявлены качественные и количественные закономерности сглаживания дискретно-релаксационных входных воздействий смесителями непрерывного действия, обладающими разными инерционными свойствами и работающими в различных режимах загрузки, от комбинированного вектора параметров ДУ и смесителя.

5. Разработан способ асинфазно-синхронного дозирования гомогенного типа, обеспечивающий предварительное демпфирование флуктуаций питающих потоков, что способствует повышению эффекта сглаживания пульсаций смесительной аппаратурой. При этом рациональным диапазоном значений скважности формирования доз порционным дозатором является диапазон 1,48 < М < 2,5 при скважности дополняющего дозатора 3,08 > Д2> 1,67.

6. В качестве средства, интенсифицирующего процесс смесеприготовления, предложен режим смешения с наличием импульсной рециркуляции, дающий возможность эффективного снижения энергетических затрат по сравнению со статическим рециклом, а также позволяющий рационально управлять качеством смеси во времени за счет перераспределения материальных потоков внутри смесителя, посредством воздействия на них импульсными потоками рециркуляционного канала. 7. Получены сухие многокомпонентные молочные смеси, посольные и пряно-солевые смеси для рыбных пресервов и посолочные композиции для приготовления мясных продуктов удовлетворительного и хорошего качества при использовании разработанных способов дозирования.