Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров маслоизготовителя периодического действия

Животноводческая отрасль даёт народному хозяйству около 2/3 продуктов питания, а также различное сырьё для лёгкой промышленности. Важнейшим продуктом отрасли является молоко, из которого изготавливается и реализуется населению питьевое молоко, творог, кисломолочная продукция, сливочное масло и многое другое.

Сливочное масло является для человека ценнейшим продуктом питания, который усваивается организмом практически полностью. В настоящее время этот продукт производится в достаточно широком ассортименте, насчитывающем более двадцати сортов.

Сливочное масло вырабатывается по двум технологиям: сбивания (на маслоизготовителях) и преобразования высокожирных сливок (на маслообразователях). Вторая технология применяется только при больших объёмах производства масла. Технологию сбивания осуществляют на маслоизготовителях непрерывного (при переработке более 300 литров сливок в смену) и периодического (при объёме менее 300 литров сливок в смену) действия [8. 12, 29,33].

Учитывая увеличение поголовья коров в личных подсобных и фермерских хозяйствах и соответственно выход молока [1 —7, 29, 31.34] I более выгодно и эффективно для производства масла применение маслоизготовителей периодического действия. Однако исходя из анализа работы подобных устройств [29- 33.60] видно, что процесс сбивания масла в 1 них занимает значительный период времени (от 0,35ч до 2ч) и это значительно снижает их производительность и повышает энергоёмкость процесса в целом. Использование более производительных маслоизготовителей снижает время сбивания масла, но отход жира в пахту выходит за пределы требований ГОСТа. Все это свидетельствует о необходимости совершенствования конструкций маслоизготовителей периодического действия, теоретического и экспериментального исследования процесса работы и обоснования их оптимальных конструктивно-режимных параметров.

Основные положения диссертационной работы следующие.

Цель исследований.

Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров I маслоизготовителя периодического действия, обеспечивающего снижение энергоемкости сбивания.

Объект исследований.

Сбивание сливочного масла в маслоизготовителе периодического действия с механизмом в виде двухвального лопастного ротора, вращающегося вокруг горизонтальной и вертикальной осей.

Предмет исследований.

Закономерности и режимы сбивания сливочного масла в маслоизготовителе периодического действия.

Методика исследований.

Для определения основных показателей качества^ сливочного масла и исходного продукта (сливок) использовали методики действующих ГОСТов*и ОСТов. Для теоретического обоснования формы лопастей маслоизготовителя, способа их установки на роторе и определения затрат мощности на сбивание применялся математический анализ и моделирование гидродинамических явлений при движении сливок. С целью определения оптимальных конструктивно-режимных параметров маслоизготовителя использовалась методика планирования эксперимента и стандартные компьютерные программы Statistica 6.0, MathCAD 11, Microsoft office Excel.

Научная новизна.

Конструкция маслоизготовителя периодического действия и методика расчета конструктивно-режимных параметрованалитическое выражение для определения затрачиваемой мощности и уравнение регрессии энергоемкости сбиванияоптимальные значения конструктивно-режимных параметров маслоизготовителя.

Научная новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2 269 890.

Практическая ценность и реализация исследований.

Оптимальные конструктивно-режимные параметры разработанного маслоизготовителя периодического действия обеспечивают снижение энергоемкости сбивания на 58% и увеличивают производительность на 17% по сравнению с серийно-выпускаемым ИПКС-030. Предлагаемый маслоизготовитель внедрен в МП «Комбинат детского питания» и КФХ «Горизонт» Пензенской области.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в, т.ч. получен патент РФ на изобретение, две статьи опубликованы в издании, указанном в «Перечне.ВАК» и три — без соавторов. Общий объем публикаций составляет 2,1 п.л., из них автору принадлежит 0,7 п.л.

Апробация работы.

Основные положения диссертации1 и результаты исследованию доложены и одобрены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2003.2007гг.), ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н. И> Вавилова» (2005г.), региональной НПК вузов Поволжья и Предуралья* ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2006г.), IV международной научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2007г.).

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы из 125 наименований* и приложения. Объем диссертации составляет 151 е., 16 табл. и 38 рис.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ существующих конструкций маслоизготовителей периодического действия, а также поисковые опыты подтвердили целесообразность установки в ёмкости маслоизготовителя механизма сбивания в виде двухвального лопастного ротора, вращающегося вокруг горизонтальной и вертикальной осей, способствуя интенсификации гидродинамических явлений в маслоизготовителе, что обеспечивает турбулизацию движения сливок и ускоряет процесс образования масляного зерна.

2. Теоретическими исследованиями получено уравнение для расчёта мощности на привод маслоизготовителя, определена плоская форма лопастей с установкой Pix на роторе тангенциально против вращения, что, позволяет получить высокую подачу при минимальном напоре, снизить время агрегации жировых шариков и энергоёмкость сбивания.

3. По критерию оптимиз’ации '— энергоёмкости сбивания в у маслоизготовителе — выявлены стационарные области, которые позволили определить оптимальные конструктивно-режимные параметры: частота вращения ротора пр—264 мин, угол установки лопастей i=45 градширина лопастей Ь=12 мм степень заполнения ёмкости <рзап-0,71- частота вращения механизма вокруг вертикальной оси ' пв=40 мин1, обеспечивающие производительность по маслу 27 кг/ч с выходом масла 59,9%, отходом жира в пахту не более-0,4% и надлежащем (в соответствии с требованиями’ГОСТ 3791) качестве сливочного масла. Методика4 гидравлического моделирования маслоизготовителя по критерию подобия Рейнольдса при динамической вязкости сливок р=0,27−10'4 Па-с с плотностью р=998 кг/м при 10 °C позволяет проектировать маслоизготовитель требуемой производительности.

4. Экспериментальными исследованиями установлено, что при оптимальных конструктивно-режимных параметрах энергоёмкость сбивания составляет 0,0093 кВт-ч/кг при потребляемой мощности 0,25 кВт. Производственные исследования подтвердили работоспособность предлагаемой конструкции маслоизготовителя и результаты лабораторных опытов. Годовой экономический эффект от применения предлагаемого маслоизготовителя составляет 13 391 руб., срок окупаемости дополнительных затрат 0,65 года при годовом объеме переработки сливок 15 000 кг.