Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕЛЕКТИВНОСТИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ МЕХАНОАКТИВАЦИЕЙ

Волков В.С. 1 Беззубцева М.М. 1 Романейн Н.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»
В статье представлены результаты исследований эффекта селективности (избирательности) процесса измельчения материалов в аппаратах с магнитоожиженным слоем – электромагнитных механоактиваторах. Раскрыта физическая сущность эффекта селективности. Показано, что избирательность измельчения зависит от соотношения режимов работы электромагнитных механоактиваторов. Подтверждена возможность управления как степенью измельчения, так и гранулометрическим составом продуктов помола. Результаты эксперимента подтверждают теоретические исследования физико-механических процессов, происходящих в магнитоожиженном слое механоактиваторов при формировании диспергирующих нагрузок.
электромагнитная механоактивация
селективность разушения
режимы работы
фракционный состав продуктов помола
1. Беззубцева М.М., Обухов К.Н. Электромагнитный способ снижения энергоемкости продукции на стадии измельчения // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 8. – С. 399–400.
2. Беззубцева М.М., Обухов К.Н. К вопросу исследования физико-механических процессов в магнитоожиженном слое ферротел // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 7 – С. 191–195.
3. Беззубцева М.М. Исследование процесса измельчения какао бобов в электромагнитных механоактиваторах // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 3. – С. 171.
4. Беззубцева М.М. Исследование процесса диспергирования продуктов шоколадного производства с использованием электромагнитного способа механоактивации // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 5–2. – С. 78–79.
5. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н., Котов А.В. Прикладная теория электромагнитной механоактивации (монография) // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 2–1. С. 101–102.
6. Беззубцева М.М., Обухов К.Н. К вопросу исследования процесса электромагнитной механоактивации пищевого сельскохозяйственного сырья // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1–2. – С. 232–234.
7. Беззубцева М.М., Обухов К.Н. Энергетические параметры, характеризующие работу электромагнитных механоактиваторов // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 8–1. – С. 134–135.
8. Беззубцева М.М., Криштопа Н.Ю., Михайлов В.Н. Исследование скоростных режимов работы электромагнитного измельчителя постоянного тока // Технологии и средства механизации сельского хозяйства сборник научных трудов. Редакционная коллегия: М.А. Новиков, Л.В. Тишкин, Б.И. Вагин, Е.И. Давидсон, В.В. Калюга. – СПб., 2005. – С. 17–21.
9. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В., Обухов К.Н. Инновационные электротехнологий в АПК // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 2–2. – С. 221
10. Беззубцева М.М., Криштопа Н.Ю.Классификация электромагнитных измельчителей (ЭМИПТ) // Проблемы аграрной науки на современном этапе сборник научных трудов : к 100-летию университета. Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. – СПб., 2004. – С. 140–153.
11. Беззубцева М.М., Романов А.Н. К анализу конструктивного исполнения электромагнитных механоактиваторов // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 8. – С. 419–420
12. Беззубцева М.М., Волков В.С., Ружьев В.А. Классификация электромагнитных мельниц // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 9. – С. 103–104
13. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В., Обухов К.Н. К вопросу исследования электромагнитного способа механоактивации рецептурных компонентов шоколадных изделий // Современные наукоёмкие технологии. – 2015. – № 4. – С. 12–14.
14. Беззубцева М.М., Волков В.С. К вопросу исследования закономерностей электромагнитного способа измельчения продуктов // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 2 – С. 428–429.
15. Беззубцева М.М. Интенсификация классических технологических схем переработки сырья на стадии измельчения // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. –2014. – № 2–2. – С. 132–133.
16. Беззубцева М.М., Бороденков М.Н. Анализ направлений повышения энергоэффективности размольного оборудования // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 9 – С. 85–86.
17. Беззубцева М.М., Григорьев И.Ю. Интенсификация процесса переработки цеолитов // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 8 – С. 393–394.

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.


Библиографическая ссылка

Волков В.С., Беззубцева М.М., Романейн Н.В. К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕЛЕКТИВНОСТИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ МЕХАНОАКТИВАЦИЕЙ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 11-3. – С. 329-332;
URL: https://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=7732 (дата обращения: 20.01.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074