Из рассмотрения существа процесса, происходящего в ЭММА, можно заключить, что размольные элементы под действием двух потоков энергии создают достаточно однородное поле силового воздействия на частицы продукта, который одновременно с усилиями разрушения подвергается интенсивному перемешиванию по всему объему рабочей камеры [1, 2, 3, 14]. С увеличением времени обработки все большее число частиц попадает под действие размольных элементов, в результате чего частицы разрушаются и переходят в область более мелких фракций [7, 8, 9]. По мере уменьшения среднего размера частиц их прочность, т.е. сопротивляемость разрушению возрастает. Одновременно уменьшается и вероятность попадания частиц в зону силового воздействия, увеличивается энергоемкость процесса [10, 11, 12, 13]. Совместное воздействие этих факторов уменьшает скорость измельчения материала с течением времени обработки. Ввиду крайней сложности физической картины процесса разрушения материала в ЭММА [15], предсказать количественное изменение гранулометрического состава продукта в процессе его обработки невозможно без проведения экспериментальных исследований.
Целью исследования является анализ закономерностей изменения гранулометрического состава полуфабрикатов шоколадного производства по контролируемым фракциям 10 и 30 мкм от времени измельчения с получением в результате математической обработки эмпирического уравнения, позволяющего определить степень измельчения исследуемых продуктов в любой момент времени обработки.
Материалы и методы исследования
Закономерности изменения гранулометрического состава полуфабрикатов шоколадного производства, механоактивированных электромагнитным способом. Использованы аналитические и экспериментально-статистические методы исследований.
Рис. 1. Зависимость «прохода» и «остатка» сахарной пудры от продолжительности обработки сахарного песка 1 – в ЭММА–С (патент РФ № 2045195); 2 – в ЭММА – Ш (патент РФ № 1457881).; 3 – в ЭММА – К (патент РФ № 2007094)
Таблица 1
Значения коэффициентов уравнения кинетики измельчения полуфабрикатов шоколадного производства в электромагнитных механоактиваторах разных типов
Наименование продукта |
Значения уравнения кинетики |
Тип аппарата |
|||||
ЭММА – С |
ЭММА – Ш |
ЭММА – К |
|||||
Dδ30 |
Dδ10 |
Dδ30 |
Dδ10 |
Dδ30 |
Dδ10 |
||
Сахар |
Ка |
0,0988 |
0,0298 |
0,1060 |
0,0340 |
0,1329 |
0,0350 |
КИ |
3,6440 |
3,7010 |
3,6640 |
3,7010 |
3,6640 |
3,7010 |
|
КИ Ка |
0,3620 |
0,1103 |
0,3884 |
0,1258 |
0,4869 |
0,1295 |
|
Какао |
Ка |
0,0750 |
0,0280 |
0,0769 |
0,0299 |
0,0781 |
0,0328 |
КИ |
0,6350 |
6,7200 |
6,6350 |
6,7200 |
6,6350 |
6,7200 |
|
КИ Ка |
0,4976 |
0,1882 |
0,5102 |
0,2009 |
0,5182 |
0,2204 |
Результаты исследования и их обсуждение
С целью выявления зависимости изменения гранулометрического состава полуфабрикатов шоколадного производства по контролируемым фракциям 10 и 30 мкм от времени измельчения были проведены серии опытов по диспергированию сахарного песка и какао крупки на трех типах ЭММА, представляющих предмет изобретений, при различных режимах работы аппаратов [4, 5, 6]. Результаты экспериментальных исследований частично представлены на рис. 1 и 2. Математической обработкой получено эмпирическое уравнение, позволяющее определить степень измельчения исследуемых продуктов в любой момент времени обработки [5, 6, 9]:
, (1)
где – степень измельчения материала по контролируемым фракциям в начальный момент времени;
t – время измельчения;
КИ – коэффициент, характеризующий прочность продукта, его измельчаемость и условия измельчения;
Ка – коэффициент, характеризующий скорость измельчения в начальный момент времени и определяющий наклон кинетической кривой к оси абсцисс в начале процесса.
Значения коэффициентов КИ и Ка приведены в табл. 1.
Сравнительный анализ расчетных значений и опытных данных представлен в табл. 2.
Таблица 2
Расчетные и опытные данные по измельчению сахара и какао в ЭММА
Наименование продукта |
Тип аппрата |
Расчетные и опытные данные по кинетике измельчения |
Время измельчения t, мин |
||||
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
|||
Сахарный песок |
ЭММА – С |
«Проход» по контролируемой фракции размером менее 30 мкм |
|||||
Опытные Dδ30(оп) |
36,90 |
57,00 |
74,40 |
85,00 |
93,20 |
||
Расчетные Dδ30 (Р) |
37,86 |
57,38 |
74,10 |
85,64 |
92,51 |
||
Dδ30 (оп)-Dδ30 (Р) |
-0,96 |
-0,38 |
0,30 |
-0,64 |
0,69 |
||
ЭММА – Ш |
Опытные Dδ300 (оп) |
38,70 |
59,00 |
76,40 |
88,00 |
93,50 |
|
Расчетные Dδ30(Р) |
39,28 |
60,08 |
77,07 |
88,06 |
94,14 |
||
Dδ30(оп)-Dδ30(Р) |
-,058 |
-1,08 |
-0,67 |
-0,06 |
-0,64 |
||
ЭММА – К |
Опытные Dδ30(оп) |
45,10 |
70,00 |
86,10 |
95,00 |
98,20 |
|
Расчетные Dδ30(Р) |
44,65 |
69,44 |
85,97 |
94,21 |
97,73 |
||
Dδ30(оп)-Dδ30(Р) |
0,45 |
0,56 |
0,13 |
0,79 |
0,47 |
||
ЭММА – С |
«Проход» по контролируемой фракции размером менее 10 мкм |
||||||
Опытные Dδ10(оп) |
6,80 |
11,90 |
21,00 |
27,50 |
35,20 |
||
Расчетные Dδ10(Р) |
7,40 |
12,90 |
20,02 |
27,48 |
34,86 |
||
Dδ10(оп)-Dδ10(Р) |
-0,60 |
-1,00 |
0,98 |
0,02 |
0,34 |
||
ЭММА – Ш |
Опытные Dδ10(оп) |
6,60 |
13,00 |
24,10 |
31,50 |
40,00 |
|
Расчетные Dδ10(Р) |
7,04 |
13,95 |
23,20 |
31,48 |
40,21 |
||
Dδ10(оп)-Dδ10(Р) |
-0,44 |
-0,95 |
0,90 |
0,02 |
-0,21 |
||
ЭММА – К |
Опытные Dδ10(оп) |
7,30 |
15,50 |
21,00 |
32,50 |
41,40 |
|
Расчетные Dδ10(Р) |
7,30 |
15,40 |
20,58 |
32,70 |
41,88 |
||
Dδ10(оп)-Dδ10(Р) |
0 |
0,10 |
0,42 |
-0,20 |
-0,48 |
||
Какао |
ЭММА – С |
«Проход» по контролируемой фракции размером менее 30 мкм |
|||||
Опытные Dδ30(оп) |
20,50 |
48,60 |
73,00 |
89,30 |
96,00 |
||
Расчетные Dδ30(Р) |
20,30 |
48,40 |
73,51 |
88,51 |
95,45 |
||
Dδ30(оп)-Dδ30(Р) |
0,20 |
0,20 |
-0,51 |
0,79 |
0,55 |
||
ЭММА – Ш |
Опытные Dδ30(оп) |
21,00 |
50,20 |
75,50 |
90,00 |
96,00 |
|
Расчетные Dδ30(Р) |
21,00 |
49,84 |
75,01 |
89,54 |
95,97 |
||
Dδ30(оп)-Dδ30(Р) |
0 |
0,36 |
0,49 |
0,46 |
0,03 |
||
ЭММА – К |
Опытные Dδ30(оп) |
22,40 |
50,50 |
76,00 |
91,10 |
97.20 |
|
Расчетные Dδ30(Р) |
21,40 |
50,78 |
75,94 |
90,11 |
96,27 |
||
Dδ30(оп)-Dδ30(Р) |
1,00 |
-0,28 |
0,06 |
0,99 |
0,93 |
||
Окончание табл. 2 |
|||||||
Наименование продукта |
Тип аппрата |
Расчетные и опытные данные по кинетике измельчения |
Время измельчения t, мин |
||||
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
|||
Какао |
ЭММА – С |
«Проход» по контролируемой фракции размером менее 10 мкм |
|||||
Опытные Dδ10(оп) |
7,00 |
14,20 |
22,7 |
32,70 |
45,00 |
||
Расчетные Dδ10(Р) |
6,04 |
14,17 |
23,52 |
33,95 |
44,88 |
||
Dδ10(оп)-Dδ10(Р) |
0,96 |
0,03 |
-0,82 |
-1,25 |
0,12 |
||
ЭММА – Ш |
Опытные Dδ10(оп) |
6,00 |
15,50 |
25,00 |
36,00 |
48,70 |
|
Расчетные Dδ10(Р) |
6,80 |
15,29 |
25,44 |
36,72 |
48,67 |
||
Dδ10(оп)-Dδ10(Р) |
-0,80 |
0,21 |
-0,44 |
-0,72 |
0,03 |
||
ЭММА – К |
Опытные Dδ10(оп) |
7,50 |
17,20 |
29,00 |
41,40 |
56,20 |
|
Расчетные Dδ10(Р) |
7,54 |
17,21 |
28,74 |
41,40 |
55,04 |
||
Dδ10(оп)-Dδ10(Р) |
-0,04 |
0,01 |
0,26 |
0 |
1,16 |
Рис. 2. Зависимость «прохода» и «остатка» какао тертого от продолжительности обработки 1 – в ЭММА – С; 2 – в ЭММА – Ш; 3 – в ЭММА – К
Заключение
Анализ представленных в статье данных свидетельствует, что полученное на основании обработки экспериментальных данных эмпирическое уравнение достаточно хорошо описывает кинетику процесса измельчения полуфабрикатов шоколадного производства электромагнитным способом на аппаратах различных конструктивных модификаций [8]. Среднее квадратическое отклонение расчетных значений от опытных составляет не более 2,1 %. В этой связи уравнение целесообразно использовать при разработке импортозамещающих технологий диспергирования продуктов в ЭММА [9].
Библиографическая ссылка
Беззубцева М.М. ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЛУФАБРИКАТОВ ШОКОЛАДНОГО ПРОИЗВОДСТВА, МЕХАНОАКТИВИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ СПОСОБОМ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 11-2. – С. 188-192;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=10462 (дата обращения: 18.02.2025).