РОЗДІЛ 2
ОБ`ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Організація досліджень
Основні напрямки досліджень, послідовність їх виконання та взаємозв’язок етапів
вирішення завдання удосконалення роботи вихрових апаратів з метою підвищення
ефективності знепилення відображені в структурній схемі, яка наведена на рис.
2.1.
Згідно методології системного підходу першим етапом роботи стало проведення
аналітичних досліджень, які дозволили обрати конкретні напрямки аналітичних
вишукувань, визначити послідовність ключових стадій вирішення поставленого
завдання. Наступні теоретично-експериментальні дослідження, які були проведені
згідно напрямків, наведених на рис. 2.1, довели доцільність використання
апаратів відцентрової дії, а саме вихрових закручених потоків для
інтенсифікації процесу знепилення газів на харчових виробництвах. Застосування
апаратів запропонованого типу дозволяє максимально підвищити ефективність
знепилення із збереженням початкової структури сухих молочних продуктів, за
рахунок чого збільшується випуск якісного готового продукту та знижується
забруднення навколишнього природного середовища. Крім того, під час досліджень
процесу знепилення в вихровому апараті проведено досконале вивчення
фізико-механічних властивостей, структури і дисперсного складу сухих молочних
консервів на різних етапах технологічного процесу.
Заключним етапом дослідження було підготовка методики розрахунку вихрових
апаратів і розробка типорозмірного ряду ВПВ-АЛ30-ВП для промислового
впровадження запропонованого способу знепилення з метою підтвердження
ефективності та доцільності виведеного рішення мети, яка поставлена в
дисертаційній роботі.
2.2. Об`єкти досліджень
Об`єктом досліджень є процеси знепилення технологічних газів при виробництві
сухих молочних продуктів. Процес розпилювального сушіння лежить в основі
сучасного виробництва сухих молочних продуктів.
Апаратурне оформлення сушіння молока і молочних продуктів відмічається
складністю, має високу ступінь автоматизації, механізації тощо. В той же час
проводяться дослідження по удосконаленню технології сушіння, всебічному
вивченню складу, властивостей і структури висушого молока, які зумовлюють
харчову цінність відновлених продуктів.
Сухе молоко являє собою порошкоподібні харчові продукти, які виробляються із
нормалізованого пастоподібного згущеного незбираного або знежиреного молока,
вершків і пахти висушуванням на сушарках розпилювального типу. Готовий продукт
повинен відповідати вимогам діючих стандартів або технічних умов [75]. Сухе
молоко, яке виробляється розпилювальним сушінням взагалі складається із
частинок, які мають кулясту форму. В сухому молоці значна маса частинок
знаходиться у вільному, не пов`язаному між собою стані, а незначний об`єм
частинок поєднані між собою. Середній розмір поодиноких частинок, як правило,
не перевищує 50 – 60 мкм, агломерованих – 300 мкм. Сухі молочні продукти
утворюють змішаний потік частинок в якому зустрічаються як поодинокі частинки,
так і більш крупніші агломерати, що складаються із сукупності частинок [40].
Сухі молочні продукти містять мінімальну кількість вологи (не більше 7 %), що
дозволяє зберігати їх якість протягом тривалого часу.
Основними вимогами, які висуваються до сухих молочних консервів, є те, що після
відновлення вони повинні мати властивості, які були в наявності до сушіння.
Відновлення повинно забезпечити повне розчинення частинок продукту і швидкий
перехід усіх компонентів у розчин. Швидкість та повнота відновлення сухих
молочних продуктів залежать від способів і режимів сушіння, параметрів та
якості води, фізико-хімічних та механічних властивостей готового сухого
продукту, а також його гранулометричного складу.
Вихровий апарат для знепилення технологічних газів, а саме уловлення сухих
молочних продуктів з газів відноситься до I групи апаратів відцентрової дії, в
яких матеріал (продукт) відокремлюється в сухому виді (ГОСТ 12.2.043 – 80
“Оборудование пылеулавливающее. Классификация”) [76].
Пиловловлювачі першого класу під час роботи дозволяють вловлений пил, як
готовий продукт, повернути в технологічний процес без додаткової переробки.
Вони прості в експлуатації, не потребують устрою системи зворотного
водопостачання і переробки шламів, можуть бути встановлені в неопалюємих
приміщеннях.
2.3. Методи досліджень
Під час дослідження аеродинамічних характеристик закручених потоків,
математичне моделювання проводилося з використанням рівняння руху Нав’є-Стокса
і рівняння нерозривності.
Дослідження в лабораторних умовах проводилось з використанням сучасних методів
аналізу і загальноприйнятих методик. Математичне та фізичне моделювання
доповнювалося експериментами в промислових умовах. Дисперсний склад пилу
визначався ситовим методом з послідуючим аналізом підситової фракції за
допомогою рідинної седиментації.
Для об`єктивної оцінки впливу процесу знепилення на змінювання структури і
властивостей готового продукту були прийняті:
однакові показники вологості продукту;
необхідні показники відновлюваності та розчинності;
показники щільності та дисперсного складу;
смакові властивості готового продукту.
2.3.1. Властивості й гранулометричний склад висушеного молока. Опис методів
досліджень фізико-механічних властивостей у відповідності з напрямками
проводжуваних досліджень наведено в табл. 2.1. Спеціальні методи досліджень
фізико-механічних властивостей сухих молочних продуктів, а також методика
вимірювань полів швидкості з використанням триканального циліндричного зонду
докладно викладені в цьому розділі.
Фізико-м