Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние и перспективы развития смесителей центробежного типа 11
1.1. Теоретические основы процесса смешения сыпучих материалов 12
1.2. Состояние и перспективы развития оборудования для приготовления смесей сыпучих материалов 19
1.3. Современные конструкции смесителей центробежного типа 24
Выводы по главе 41
Глава 2. Теоретическое описание процесса смешивания. Разработка математических моделей смесительных агрегатов центробежного типа 42
2.1. Современные методы моделирования процесса смешения дисперсных материалов 42
2.2. Моделирование процесса смешения в непрерывнодействующем агрегате центробежного типа с различной топологией материальных потоков на базе корреляционного анализа 46
2.3. Анализ схем движения потоков с учетом усреднения (оператора текущего среднего) 62
Выводы по главе 74
Глава 3. Аппаратурное, приборное и методическое обеспечение экспериментальных исследований 75
3.1. Описание экспериментального стенда 75
3.2. Циркуляционные смесители центробежного типа периодического типа 77
3.2.1. Циркуляционный смеситель центробежного типа 77
3.2.2. Циркуляционный смеситель - диспергатор центробежного типа.80
3.3. Разработка новых конструкций СНД центробежного типа 82
3.4. Методика определения концентрации ключевого компонента в смеси 90
3.5. Дисперсные материалы, использованные в экспериментальных исследованиях 92
3.6. Методика определения корреляционной функции случайного процесса 92
3.6.1. Основные сведения о случайных процессах и их характеристиках 92
3.6.2. Стационарный случайный процесс и некоторые его свойства 96
3.6.3. Экспериментальное определение характеристик эргодического стационарного процесса 101
3.6.4. Выбор математической зависимости для описания корреляционной функции 103
Выводы по главе 105
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований и практическая их реализация 106
4.1. Разработка конструктивных элементов центробежных смесителей и смесителей - диспергаторов 106
4.2 Определение оптимального времени смешивания 108
4.3 Исследование влияния способов ввода жидкости в материал на качество смеси 111
4.4. Исследование влияния коэффициента заполнения смесителя на качество смеси 111
4.5 Влияние отношения ширины окон конуса к расстоянию между ними 114
4.6. Исследование влияния конструктивных и режимных параметров смесителя на качество смешения 115
4.7. Исследование рациональных конструктивных параметров ротора и режима работы смесителя 118
4.8. Исследование диспергирующей способности смесителя 124
4.9. Методика расчета циркуляционного смесителя центробежного типа 129
4.10. Промышленная реализация 132
4.10.1. Разработка аппаратурного оформления стадии смешивания при получении новых зерновых завтраков 132
4.10.2. Разработка аппаратурного оформления стадии смешивания при получении посолочных композиций 141
Выводы по главе 145
Выводы и основные результаты работы 147
Литература 149
Приложения 160
- Теоретические основы процесса смешения сыпучих материалов
- Анализ схем движения потоков с учетом усреднения (оператора текущего среднего)
- Стационарный случайный процесс и некоторые его свойства
- Разработка аппаратурного оформления стадии смешивания при получении посолочных композиций
Введение к работе
Актуальность проблемы. Реализация концепции государственной политики в области здорового питания населения РФ предусматривает увеличение производства витаминов, биологически активных добавок (БАД), создание обогащенной пищевой продукции и улучшение структуры её потребления. При этом главное внимание обращается на качество пищевых продуктов и их соответствие медико-биологическим требованиям.
В настоящее время в НИИ и ведущих вузах пищевого профиля уже разработаны принципиально новые, энергетически выгодные технологии, обеспечивающие комплексную безотходную переработку как традиционного, так и вторичного сырья, производства экологически безопасных продуктов питания, обогащенных витаминами и БАД, с учётом различных возрастных потребностей и состояния здоровья населения.
Экологическая обстановка, сложившаяся в Кузбассе, осложняется несбалансированностью рациона и отсутствием в нем нужного количества витаминов, микро- и макроэлементов. Это вызывает необходимость обогащения продуктов питания биологически ценными компонентами.
При производстве сухих, увлажнённых и жидких комбинированных продуктов питания, одной из основных проблем является равномерное распределение различных добавок (витамины, БАД, наполнители, стабилизаторы, ароматизаторы и т.д.), вносимых в небольших количествах (0,01-1)%, по всему объёму смеси. Аналогичную проблему приходится решать в других отраслях промышленности при производстве комбикормов, ЗЦМ сухим способом, премиксов, БВД, новых композиционных материалов, различных шихт для получения стекла и искусственных алмазов, электронных и электротехнических изделий и т.п.
Для решения этой задачи в промышленности вынуждены использовать исходные компоненты не только в зернистом, но и дисперсном состояниях. В последнем случае они при хранении и в процессе смешивания способны образовывать конгломераты из частиц. Серийно выпускаемые смесители, как правило, не способны эффективно их разрушать или делают это с большими затратами энергии и времени. Известно, что высокая интенсивность и эффективность процесса смешивания порошкообразных материалов могут быть обеспечены только при надежном разрушении образующихся конгломератов. Поэтому его результативность может быть повышена, если его проводить одновременно с процессом диспергирования. Определённые трудности возникают и при равномерном распределении небольших по объёму жидких добавок в основной массе дисперсных материалов (многокомпонентные увлажнённые смеси ).
Повысить интенсивность процесса смешивания можно путем организации в рабочем объеме смесителя эффективной циркуляции. Для этого, как правило, необходимо перевести смешиваемые компоненты в псевдо-ожиженное (кипящее) состояние. Однако, это не всегда возможно ввиду их различных физико-механических характери([г^|с]Я0Ш1ММЯ1МйМ|фвают
I C.newp*J»r/-}V-l
большое влияние на процесс смешивания, особенно при приготовлении смесей с соотношением смешиваемых компонентов 1:100 и выше.
Незавершенность исследований по этим вопросам сдерживает разработку новых типов смесительных агрегатов, которые бы более полно соответствовали требованиям каждого конкретного производства.
Поэтому разработка эффективных смесительных агрегатов периодического и непрерывного действия для переработки зернистых и дисперсных материалов (при соотношении смешиваемых компонентов 1:100 и выше), создание теории и методики их расчета является актуальной научной задачей, представляющей большой практический интерес для пищевой и ряда других отраслей РФ.
Диссертационная работа подготовлена во исполнение целевой региональной научно-технической программы «Кузбасс» (тема 4.2.3. «Интенсификация процесса смешивания высокодисперсных материалов и разработка его аппаратурного оформления»); координационного плана НИИ переработки и сертификации продовольственного сырья КемТИПП (тема «Теоретические и прикладные аспекты разработки непрерывнодействующих смесительных агрегатов для переработки порошкообразных материалов с жидкими добавками»).
Цель работы. Создание новых периодически и непрерывнодействующих конструкций высокоэффективных циркуляционных смесителей центробежного типа для получения сухих и увлажненных комбинированных смесей (соотношение компонентові:100 и выше) на основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований процессов смешивания и диспергирования.
Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие основные задачи: математическое описание процесса смешивания в циркуляционных смесителях центробежного типа с различной топологией перерабатываемых потоков зернистых и дисперсных материалов; корреляционный анализ различных схем с направленной организацией движения материальных потоков в смесителях непрерывного действия (СНД); исследование влияния различных факторов на процессы смешивания и диспергирования с целью нахождения рациональных динамических и конструктивных параметров разрабатываемых смесителей; разработка новых конструкций циркуляционных аппаратов центробежного типа: смесителя и смесителя -диспергатора периодического действия, двух непрерывнодействующих смесителей, обеспечивающих получение качественных смесей при соотношении смешиваемых компонентов 1:100 и выше; проверка разработанных математических моделей смесителей на адекватность реальному процессу; разработка аппаратурного оформления стадий смешивания зернистых и дисперсных композиций для ряда отраслей промышленности с использованием предложенных нами новых конструкций смесителей.
Научная новизна. Созданы математические модели процесса смешивания в циркуляционных аппаратах центробежного типа периодическо-
го и непрерывного действия с различными контурами рециклов; проведен анализ влияния топологии материальных потоков на однородность смеси в СНД центробежного типа; получены результаты исследования влияния различных параметров на процесс смешивания в циркуляционном смесителе центробежного типа при соотношении смешиваемых компонентов 1:100; предложен алгоритм расчета на базе ЭВМ рациональных конструктивных и динамических параметров смесителя центробежного типа.
Практическая ценность и реализация результатов. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований процессов смешивания и диспергирования сухих и увлажненных комбинированных смесей позволил нам разработать новые конструкции циркуляционных аппаратов центробежного типа с направленной организацией материальных потоков в них, обеспечивающие получение продуктов заданного качества. Использование их в промышленности позволяет существенно снизить ме-талло-и энергоемкость по сравнению с серийными смесителями. Техническая новизна двух конструкций смесителей защищена патентами РФ на изобретения. Подана заявка на патент смесителя - диспергатора. С использованием смесителей нашей конструкции, прошедших успешные опытно-промышленные испытания, разработано аппаратурное оформление стадий смешивания технологических схем для получения следующих комбинированных смесей: новых сухих зерновых завтраков (хлебцев), ООО «Смит», г. Кемерово. Разработаны рецептуры : новых наименований хлебцев: «К пиву», «Пикантные», «Летние» и др. ТУ 9196-001-43838877-2000. Чертежи смесителя и необходимая техдокументация переданы заказчику для внедрения; посолочных композиций для мясных продуктов, торговый дом «ОТМАШ», г. Кемерово.
Теоретические и практические материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении лекций, курсовом и дипломном проектировании, научно-исследовательской работе при подготовке бакалавров и магистров на кафедре процессов и аппаратов пищевых производств КемТИПП.
Автор защищает: математическое описание процесса смешивания в циркуляционном аппарате центробежного типа периодического действия и результаты экспериментальных исследований влияния различных параметров на качество смеси в нем; результаты корреляционного анализа различных схем движения материальных потоков в центробежных СНД; новые конструкции циркуляционных смесителя и смесителя - диспергатора центробежного типа, позволяющие получать высококачественные смеси сухих и увлажненных дисперсных материалов при соотношении исходных компонентов 1:100 и выше; методики проектирования и расчета циркуляционных смесителей центробежного типа.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе, были обсуждены на ежегодных научных конференциях Кемеровского технологического института пищевой промышленности (2002-2003гг.); 4-ой международной научно-технической конференции
«Пища. Экология. Человек.»- Москва, 2001г.; всероссийской научно-практической конференции «Экологическая безопасность, сохранение окружающей среды, и устойчивое развитие регионов Сибири и Забайкалья»,-Улан - Уде, 2002г.; республиканской научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии хранения и переработки зерна», Барнаул, 2002г.; всероссийской научно-практической конференции «Достижения и практика в деятельности образовательных учреждений», Кемерово, 2003г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ (в том числе две в центральных журналах), получены три патента РФ на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений, включает 52 рисунка и 11 таблиц. Основной текст изложен на 110 страницах машинописного текста, приложение - на 30 страницах. Список литературы включает 126 наименований.
Теоретические основы процесса смешения сыпучих материалов
Анализ публикаций, посвященных вопросам смешивания сыпучих материалов, показывает всю сложность этого механического процесса. Существенный вклад в развитие теории и практики смешивания сыпучих материалов внесли многие исследователи [1,2,6,7,8,10,11,12,14, 18, 23, 32, 38, 44, 49, 55]. Вопросы моделирования и аппаратурного оформления процессов смешивания гетерогенных систем рассмотрены в работах и монографиях [17 ,19, 20, 25, 33, 39, 45,47, 48, 51, 53, 59, 61, 63, 66, 73, 74, 76, 78, 92, 93, 94, 95, 99].
Процесс смешивания представляет собой пространственное распределение двух и более компонентов с целью получения однородной по составу, физико-механическим и другим свойствам среды, называемой смесью. Этот процесс носит случайный характер [74]. Смешивание сыпучих материалов имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с подобными процессами, протекающими в газах и жидкостях. В первую очередь это обусловлено тем, что сыпучие Материалы представляют собой совокупность твёрдых макрочастиц, в то в$Ємя как газы и жидкости являются гомогенной молекулярной фазой. Поэтому для осуществления процесса смешивания сыпучих компонентов необходимо внешнее силовое воздействие, позволяющее частицам смеси перемещаться относительно друг друга. Существуют два метода, обеспечивающих смешивание сыпучих материалов - случайный и упорядоченный [74]. Первый заключается в смешивании под влиянием внешнего силового воздействия, вызывающего хаотичное движение макро объёмов и отдельных частиц. Второй метод предполагает, что устройство для смешивания упорядочение размещает исходные компоненты в некотором объёме. Оба этих метода имеют свои преимущества и недостатки. Случайный метод предполагает произвольную подачу сыпучих материалов, но при этом требует значительных затрат энергии и времени. Упорядоченный метод предусматривает непрерывную, согласованную и равномерную подачу двух или нескольких компонентов в одно и тоже место, что затруднительно при соотношении смешиваемых компонентов 1:50 и более. Поэтому в реальных условиях, исходя из требуемой степени равномерности распределения исходных компонентов по объёму получаемой смеси, обычно совмещают оба метода с преобладанием одного из них.
На практике процесс смешивания осуществляют для достижения одной из следующих целей [79]: получения многокомпонентных композиций с заданными свойствами; уменьшение вариации свойств сырья и готовой продукции (усреднение партий); увеличение поверхности контакта фаз. Для всех вышеупомянутых случаев необходимо добиться равномерного распределения исходных компонентов по всему объёму смеси. Однородность (качество) смеси принято оценивать по величине вариации её состава в разных частях. Известно более 20-ти оценок однородности смеси [74]. Поскольку при исследовании процесса смешивания, как правило, исходят из случайного характера распределение компонентов по объёму смеси, то мерой оценки её качества принимают параметры, характеризующие распределение случайной величины. Такими параметрами являются дисперсия, среднеквадратичное отклонение (СКВО), корреляционный момент, коэффициент вариации и другие. В настоящее время нет единого мнения по выбору определяющего параметра, характеризующего качество смеси. Наиболее целесообразно применение безразмерных параметров оценки однородности смеси [74].
Наибольшее практическое применение получили математическое ожидание (т), выборочная исправленная дисперсия ((72) и выборочное среднеквадратичное отклонение (о ) концентрации ключевого компонента в пробах смеси, рассчитываемые по формулам
На практике процесс смешивания производится либо в периодическом режиме, либо в непрерывном. При периодическом перемешивании загрузка компонентов производится дозаторами в соответствии с рецептурой смеси либо за один раз, либо поэтапно.
При периодическом способе протекают три элементарных процесса: конвективное смешивание, диффузионное смешивание, сегрегация. Все они, в принципе, происходят одновременно, но их скорость в разное время различна, а значит, неодинакова и степень влияния на однородность смеси.
Конвективное смешивание предполагает перераспределение макрообъёмов компонентов по всему объёму смеси. Благодаря этому происходит быстрое снижение ее неоднородности.
Диффузионное смешивание предполагает перемешивание микрообъёмов и отдельных частиц различных компонентов относительно друг друга. В этом случае снижение неоднородности смеси происходит значительно медленнее, чем при конвективном смешивании. В силу этого время проведения диффузионного смешивания практически и определяет продолжительность всего процесса смесеобразования. Сегрегация - это процесс, обратный смешиванию, он заключается в сосредоточении частиц одинаковой массы в соответствующих зонах смесителя под влиянием гравитационных, инерционных и других сил. По мере проведения процесса смешивания сегрегация оказывает всё более значительное влияние на однородность смеси. В какой-то момент скорости процессов смешивания и сегрегации уравниваются, и наступает динамическое равновесие. Поэтому дальнейшее проведение процесса смешивания не приводит к улучшению качества смеси. В ряде случаев возможно усиление процесса сегрегации, что приводит к ухудшению качества и совершенно необоснованным энергозатратам.
Альтернативой периодическому способу служит непрерывное смесеобразование. В этом случае совмещаются случайный и упорядоченный методы смешивания. Упорядоченный метод смешивания имеет место при подаче исходных компонентов в смеситель дозирующими устройствами. Непосредственно в смесителе смешивание поступающих в него компонентов носит случайный характер. В следствии сравнительно небольшого времени пребывания материала в активной зоне смешивания, в конструкциях смесителей с принудительным механическим перемешиванием, как правило, преобладает конвективная составляющая процесса. Однако в смесителях непрерывного действия (СНД) с тонкослойным движением материалов скорость диффузионного смешивания существенно возрастает. Это приводит к улучшению качества смеси. Поэтому разработка СНД с тонкослойным движением смеси является перспективным направлением.
Анализ схем движения потоков с учетом усреднения (оператора текущего среднего)
Анализ топологии движения материальных потоков в смесителях типа А, Б, С, Д проводился с учетом влияния только рециркуляции. Результаты показали, что применение рециркуляции (даже без усреднения) позволяет существенно повысить однородность смеси.
Рассмотрим влияние процесса усреднения потока, поступающего на каждый виток смесителя, на однородность смеси. Для этого используем оператор текущего (скользящего) среднего [94]. Тогда корреляционная функция выходящего потока Кх.(т) будет связана с корреляционной функцией потока Кх.(т) соотношением: где Т0 - время прохождения потока через і - й виток (і= 1 ,п).
Затем, зная корреляционную функцию Кхп(т) потока, поступающего в смеситель и, решая совместно системы (2-3, 2-5, 2-7, 2-9) с уравнением (2-10), можно получить корреляционную функцию потока на выходе из него.
Рассмотрим входящий поток хо(т) в виде последовательности равностоящих импульсов прямоугольной формы, имеющих одинаковую длительность to, период Т ввода и случайную амплитуду.
Если случайные амплитуды любой пары импульсов некоррелирова-ны, то корреляционная функция Кх (т) будет иметь вид
Следовательно, возмущения на входе в смеситель вызванные использованием входных сигналов в виде последовательности равностоящих импульсов прямоугольной формы, достаточно хорошо сглаживаются как с помощью рециркуляции, так и за счет усреднения потока. Наибольший эффект достигается при их совместном применении.
Рассмотрим новую схему движения материальных потоков в циркуляционном смесителе центробежного типа с учетом распределения материала в рабочей камере последнего и спрогнозируем качество смеси, получаемой в нем. . Разобьем условно смеситель на секции. Исходные компоненты потоком (XQ) поступают в секцию 1. Затем одна часть выходящего из этой секции потока (cti ) за счет вращения переходит в секцию 2 (слой на стенках конуса) и выбрасывается в секцию 4 (нижняя часть смесителя), а другая (1-cti) поступает через отверстия в конусе в секцию 4. Из последней часть потока (щ) направляется в секцию 3 (нижняя часть конуса), а из нее в секцию 1, а оставшаяся часть (\-щ) выводится из смесителя (Хв). В каждой из секций происходит усреднение потока.
Схема движения материальных потоков в СНД изображена на рис.2.5.
Хо(і)-количество материала, поступающего в смеситель;
Хі(1)-количество материала, поступающего в і-ую секцию і=1-4;
х і(і)-количество материала, выходящего из і-ой секции; х в(і)-количество материала, выходящего из смесителя; осі сц-коэффициент рециркуляции.
Замечание: хв=х0; при a4—»1; ai и а4 а, значит, распределение материала по секциям и общую загрузку смесителя можно найти задавая скорость вращения конуса со, размеры отверстий, их расстояние от нижнего основания конуса, а также физико-механические свойства материалов и величины Xo(t).
Зная корреляционную функцию Кхо(т) на входе и решая совместно систему (2-20) с уравнением (2-22), можно получить корреляционную функцию Кхв(х) и дисперсию потока на выходе из смесителя, характеризующих однородность смеси и его сглаживающую способность.
Рассмотрим влияние только разделения входящего потока (без учета его усреднения в каждой секции) на однородность смеси и сглаживающую способность смесителя.
Как видно из решения, экстремумов нет. Значит, даже не учитывая процесса усреднения потоков при прохождении ими каждой секции, только за счет направленной организации движения материальных потоков (разделения и рециркуляции) можно значительно улучшить качество смеси.
Рассмотрим теперь задачу нахождения корреляционной функции выходящего из смесителя потока Кхв(т) и его дисперсии сгхв с учетом процесса усреднения, т.е. решение системы (2-21) с учетом уравнения (2-22)
Стационарный случайный процесс и некоторые его свойства
Как уже отмечалось, стационарные случайные процессы отличаются однородностью, т.е. имеют вид непрерывных случайных колебаний вокруг некоторого среднего значения (рис. 3.7). В качестве примеров стационарных случайных процессов можно привести следующие:
а) в пищевой промышленности - колебания в дозировании компонентов для получения пищевых продуктов, т.е. колебания рецептуры при их производстве;
б) колебания напряжения в электрической осветительной сети;
в) случайные шумы в радиоприемнике и т.д.
Многие реальные процессы можно считать в большей или меньшей степени приближением к стационарным. Стационарные случайные процессы очень часто встречаются в физических и технических задачах. По своей природе они проще, чем нестационарные, и описываются более простыми характеристиками. Для стационарного процесса распределение случайных величин для каждого сечения t постоянно. Поэтому его вероятностные характеристики постоянны и не зависят от времени протекания процесса:
а),математическое ожидание
mx(t) = mx = const (3-5)
б) дисперсия
Dx(t) = D(X) = const (3-6)
Корреляционная функция стационарного случайного процесса зависит только от промежутка времени между сечениями т=і2-1ь и не зависит от положения аргументов И t2 Kx(t, t+т) - Кх(т) (3-7)
Следовательно, корреляционная функция стационарного случайного процесса есть функция не двух, а одного аргумента. Это обстоятельство значительно упрощает операции над стационарными случайными функциями. Корреляционная функция симметрична относительно оси координат, она не изменяет своего значения при перестановке аргументов, т.е. Кх(Ц-12) = Кх(Х2-и) или Кк(т) = Кх(-т) (3-8)
Для упрощения расчетов часто вместо корреляционной функции используют нормированную корреляционную функцию Rx(ti;t2) которая равна коэффициенту корреляции случайных величин сечений t] и t2 . Для стационарных центрированных функций lV К,(0) „2х Нормированная функция корреляции - безразмерна. Она может принимать значения в пределах [-1, +1] и в зависимости от характера процесса имеет различный вид. Если функция корреляции равна 1, то это говорит о полном совпадении или прямой пропорциональности мгновенных значений двух рассматриваемых сечений, а если она при каких-либо значениях аргумента имеет отрицательное значение, то положительное отклонение процесса в одном сечении соответствует преимущественно отрицательному в другом. Подавляющая часть случайных процессов обладает эргодиче-ским свойством. Суть его заключается в том, что вероятностные характеристики стационарного процесса, полученные на ансамбле реализаций в каком-либо сечении t, равны, с вероятностью близкой к единице, аналогичным характеристикам, полученным при одной единственной реализации путем усреднения по времени за достаточно большой промежуток. Поясним это определение эргодичности процесса подробнее. Для получения вероятностных характеристик стационарного случайного процесса необходимо получить несколько его реализаций (рис.3.9). Математическая обработка их достаточно трудоемка. Естественно предположить, поскольку случайный стационарный процесс протекает однородно по времени, что одна единственная реализация достаточной продолжительности может служить достаточным материалом для получения характеристик случай 99 ной функции. Таким образом, одна реализация достаточной продолжительности Т (рис.3.10.) может заменить при обработке несколько. Вероятностные характеристики этой реализации (математическое ожидание, дисперсия, корреляционная функция) приблизительно (с вероятностью близкой единице) равны аналогичным характеристикам стационарного процесса, представленным множеством его реализаций. Их приближенное значение определяют путем осреднения значений единственной реализации по оси абсцисс
Корреляционная функция является важнейшей характеристикой случайной функции. Она показывает, как быстро затухают колебания во времени.
Для случайной функции, плавно изменяющейся во времени (рис.3.12), корреляционная функция убывает медленно. Между сечениями с ростом интервала T=t2_ti связь значений X(tj) и X(t2) сохраняется (рис. 3.13).
Для случайной функции, подверженной частым и резким изменениям (рис.3.14), эта связь быстро сходит на нет (рис.3.15)
Так как степень затухания функции корреляции с увеличением интервала т зависит от скорости, с которой в среднем протекает процесс, то по ее характеру судят о величине скорости протекания процесса (в данном случае понимается не скорость протекания физического процесса в технологической операции, а скорость случайного процесса изменения парамет-раХ).
Таким образом, корреляционная функция может являться характеристикой степени стабильности изучаемого процесса. Чем стабильнее (однороднее) стационарный процесс во времени по своим свойствам (рис. 3.12), тем медленнее спад корреляционной функции (рис.3.13). Количественная характеристика стабильности потока будет рассмотрена ниже.
При ti = t2 корреляционная функция превращается в дисперсию случайной функции
Следовательно, корреляционная функция несет значительно больше информации о процессе, чем дисперсия, так как последняя является её частным случаем .
Разработка аппаратурного оформления стадии смешивания при получении посолочных композиций
Посол мясного сырья является одной из основных и определяющих операций технологического процесса производства цельномышечных мясопродуктов, в результате которой у изделий происходит формирование необходимых потребительских свойств: вкуса, аромата, нежности, цвета [37].
Введение в мясо хлорида натрия изменяет коллоидно — химическое состояние белков, способствует направленному развитию биохимических процессов автолитического и микробиального происхождения, оказывает консервирующее действие, т.е. предохраняет сырье и готовую продукцию от порчи.
Применение различных модификаций посола, а также его сочетаний с другими технологическими операциями (варка, копчение, сушка и т.д.) позволяет получать из одного и того же сырья большой ассортимент продукции с широким спектром органолептических показателей и различным уровнем стабильности при хранении.
Интенсивность получаемой окраски мясных изделий зависит от количественного содержания мышечных пигментов в сырье, концентрации нитрита, температуры, активности ферментных систем, а также от окислительно - восстановительного потенциала, который поддерживают, вводя стабилизаторы, предотвращающие окисление и разрушение пигментов. В качестве стабилизаторов используют аскорбиновую, эриторбиновую и другие пищевые кислоты, а также их соли.
При любом варианте технологической обработки внесение в мясное сырье нитрита и аскорбиновой кислоты должно быть раздельным и последовательным, т.к. последняя бурно реагирует с нитритом при ее введении во влажную посолочную смесь или рассол. Сухую готовую смесь (включая аскорбинат натрия) можно хранить при низких температурах и относительной влажности несколько суток.
Различают три классических метода посола:
- мокрый (выдержка в рассоле);
- сухой (натирка сухой посолочной смесью);
- смешанный (сочетание мокрого и сухого).
Сухой посол применяют, как правило, для обработки сырья с повышенным содержанием жировой ткани (шпик, грудинка), а также при производстве изделий с длительным сроком хранения (сыросоленые, сырокопченые, сыровяленые).
При сухом посоле сырье натирают хлоридом натрия или сухой посолочной смесью, укладывают в чаны, пересыпают дополнительно солью и выдерживают от 7 до 30 суток.
В классическом виде сухой посол применяют редко (в основном, при производстве шпика), т.к. мясные изделия получаются весьма жесткими и солеными.
Разновидность сухого посола (шприцевание - натирка сухой посолочной смесью - созревание - сушка) используют при изготовлении сыро - соленых мясопродуктов из свинины и говядины.
Мокрый посол позволяет получать изделия лучшего качества, с высоким выходом за более короткое вред я, но с меньшим периодом хранения.
Смешанный посол. В этом случае сырье шприцуют рассолом, натирают сухой посолочной смесью, выдерживают вне рассола, после чего перекладывают в чаны, подпрессовывают и заливают рассолом в количестве 30-60% от массы мясного сырья. По окончании мокрого посола мясное сырье выдерживают вне рассола и вымачивают в воде для удаления излишков соли из верхних слоев.
В современной практике технологии цельномышечных мясопродуктов наряду со стандартными посолочными смесями (7-16% хлорида натрия, 0,05 - 0,075% нитрита натрия, до 4% сахара) дополнительно вводят в каждом конкретном случае следующие вещества:
- пищевые кислоты и их соли;
- пищевые фосфаты;
- пряности, приправы, вкусо-ароматические добавки;
- вещества- консерванты;
- вещества, повышающие адгезию и величину водосвязывающей способности;
- пищевые красители;
- вещества - антиокислители;
- бактериальные препараты;
- белковосодержащие добавки и белковые препараты.
Анализ экспериментальных данных, полученных нами при изучении работы смесителя для многокомпонентных смесей, показывает, что для получения конечного продукта заданного качества необходимо сблизить дисперсные составы смешиваемых ингредиентов.
С этой целью нами проверена возможность использования смесителя - диспергатора для получения сухих посолочных смесей. Особенностями его конструкции являются:
- организация движения опережающих потоков материала в циркуляционном контуре;
- использование в качестве дополнительного диспергирующего устройства режущих кромок окон вращающегося конуса (ротора).
Экспериментальная проверка подтвердила правильность принятых нами конструктивных решений. По своей диспергирующей способности режущие кромки окон конуса и мешалки вполне сопоставимы.
На опытно - промышленном образце смесителя - диспергатора была наработана опытная партия посолочной смеси в количестве 20 кг, используемой для выработки фонарика вареного и копчено - вареного из птицы по рецептуре 4 (таблица 4.8.).
