Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,578

THE QUESTION OF RESEARCH SELECTIVE OF GRINDING MATERIALS BY ELECTROMAGNETIC MECHANOACTIVATION

Volkov V.S. 1 Bezzubceva M.M. 1 Ramanan N.V. 1
1 St.-Peterburg agrarian university
There are results of investigations of the selectivity of grinding materials in devices with magnetic liquified layer – electromagnetic mehanoaktivators. Revealed the physical nature of the effect of selectivity. It is shown that the selectivity of grinding depends on the ratio of the modes of electromagnetic mehanoaktivators. It is confirmed that there is a possibility to control the degree of grinding as well as its granulometric composition. The experimental results confirm the theoretical studies of physical and mechanical processes in magnetic liquified layer of mehanoaktivatoors in the formation of dispersing loads.
electromagnetic mechanoactivation
selectivity of destruction
modes of operation
fractional composition of grinding products

Существенным потребителем энергетических ресурсов являются перерабатывающие предприятия АПК, для которых приоритетной задачей развития является повышение энергоэффективности производства и сбережение сырьевых материалов. Наиболее энергоемкой в аппаратурно-технологических линиях переработки является стадия измельчения. Независимо от степени измельчения и количества стадий диспергирования общим фактором, отвечающим за энергоемкость готовой продукции, принято считать механизм трансформации разрушающих усилий в поверхность разрушения материала или способ формирования диспергирующих нагрузок в механоактиваторах [1, 2]. От этого параметра зависят энергозатраты на образование единицы вновь образованной поверхности. В зависимости от физико-механических и реологических свойств перерабатываемого продукта и способа формирования диспергирующих нагрузок, реализованных в механоактиваторах, энергозатраты на проведение процесса могут отличаться на порядки. При этом существенным показателем, характеризующим как энергоэффективность механоактиваторов, так и качество готовых изделий является избирательность (селективность) разрушения, предопределяющая гранулометрический состав продуктов помола [3, 4].

Целью исследования является интенсификация процесса механоактивации рецептурного компонента шоколадных масс (сахарного песка) электромагнитным способом.

Материалы и методы исследований

Объектом исследования являются закономерности измельчения сахарного песка на электромагнитном механоактиваторе (ЭММА). Использованы аналитические и экспериментально-статистическими методы исследований.

Результаты исследования и их обсуждение

В рамках комплексного исследования селективности разрушения сыпучих материалов и изучения спектра сил, действующих на измельчаемый материал в элекромагнитных механоактиваторах [5, 6, 7, 16, 17], установлено [8], что показатель селективности зависит от соотношения скоростного и электромагнитного режимов работы аппарата. С целью изучения селективности процесса обработки порошкообразных сыпучих продуктов в аппаратах с магнитоожиженным слоем был разработан инновационный электромагнитный механоактиватор (ЭММА) [9], конструктивная схема которого представлена на рис. 1. Согласно классификации [10, 11, 12] устройство относится к цилиндрической группе аппаратов с магнитоожиженным слоем. ЭММА является однороторным, коаксиальным, многополярным, 4-катушечным, двухкамерным, с чередующейся полярностью полюсов электромагнита во времени и с системой автоматического управления силы тока в обмотке управления (ОУ). Технологическое назначение устройства – совмещение стадий среднего и тонкого помола с перемешиванием смеси технологических ингредиентов, также получение частиц помола с заданным технологией гранулометрическим составом. Размольные элементы выполнены в форме правильных сферических тел диаметром 2 мм из ферромагнитного материала и размещены в рабочем объёме устройства в смеси с обрабатываемым продуктом. Режимы работы устройства устанавливаются путем регулирования частоты вращения внутреннего вала-шнека и силы тока в ОУ. Время измельчения контролируется традиционными приборами (секундомерами, реле времени и т.д.). Для оценки селективности измельчения в ЭММА в качестве модельного продукта выбран полуфабрикат шоколадного производства – смесь сахарного песка и какао крупки с показателем nc = 2 [13].

pic_1.wmf

Рис. 1. Конструкция ЭММА: I – шнек; 2 – зубчатые колеса из диамагнитного материала; 3 – корпус; 4 – диамагнитные кольца; 5 – выносные магнитопроводы; 6 – обмотки управления; 7 – размольные тела в форме призм удлиненной формы

Выборочно гранулометрический состав смеси, полученной в режимах работы ЭММА при величине магнитной индукцией в рабочем объеме аппарата В равной 0,25 и 0,4 Тл, представлен на рис. 2 в виде кривых функций распределения, изображенных на логарифмически – вероятностной сетке [14]. Увеличение индукции в рабочем объеме способствует улучшению однородности продукта. Линия распределения зернового состава при В = 0,4 Тл в области мелких фракций имеет более низкое расположение, что свидетельствует о меньшей доле частиц «вредных» фракций, размером δ < 10 мкм. Более близкое расположение линии распределения к вертикали говорит о меньшей дисперсии и соответственно меньшем стандартном отклонении кривой распределения, а следовательно, и более узком распределении, то есть большей однородности по своим размерам частиц смеси. Среднеквадратичное отклонение lgδ можно определить аналитически, по формулам [14]:

volkov01.wmf

или

volkov02.wmf (*)

полученным из равенства

volkov03.wmf

где δ50 – медиана распределения; lgδ – стандартное среднеквадратическое отклонение логарифмов диаметров от их среднего значения) в результате подстановки табличного значения функции распределения D(δ) = 84,1 %, которое соответствует нормированной нормально распределенной величине U = +1. Диаметры частиц (проход 84,1 и 50 %) находятся из графиков функции распределения частиц по размерам. Аналитическую формулу (*) можно использовать для характеристики однородности продукта помола и для анализа селективности процесса измельчения материалов, обработанных электромагнитной механоактивацией.

pic_2.tif

Рис. 2. Функции распределения частиц шоколадной массы, полученной на ЭММА при величине индукции в рабочем объеме В, Тл: 1 – В = 0,25 Тл; 2 – В = 0,4 Тл

В результате анализа экспериментальных данных установлены следующие гранулометрические характеристики продуктов помола: при В = 0,25 Тл: D = 90,5 %; δ50 = 12 мкм; δ84,1 = 25 мкм; δ = 2,08; при В = 0,4 Тл; D = 96 %; δ50 = 12 мкм; δ84,1 = 19,9 мкм; δ = 1,66. Наиболее рациональным гранулометрическим состав для приготовления шоколадных изделий обладает смесь, диспергированная в электромагнитном режиме работы ЭММА с В = 0,4 Тл. Получение более однородного полуфабриката с высокой дисперсностью положительно сказывается как на вкусовых достоинствах шоколадных изделий, так и на их себестоимости [15].

Заключение

Полученные результаты имеют практическое значение для производства шоколадных полуфабрикатов, так как качество готового шоколада и экономичность его приготовления определяются размерами частиц твердой фазы рецептурных компонентов шоколадных масс, в том числе и размерами частиц сахарной пудры, которая составляет значительную долю (60–70 %) от твердой фазы шоколадных месс.