Наукові основи ресурсозберігаючого розподілу овочефруктової суспензії на перфорованій поверхні

qo = o  so   , (2)

де o – коефіцієнт витрат

so – повний переріз отвору

h – товщина шару продукту в барабані протиральної машини.

Між тим для розподілу овочефруктових суспензій запропоновані вельми різні конструктивні схеми машин (рис. 1). Всі відомі машини мають основні робочі органи: перфоровану поверхню 1, виконану у вигляді барабана і била або скребачки 3, які очищують цю поверхню.

Аналіз науково-технічної інформації показує, що подальший розвиток обладнання для розподілу овочефруктових суспензій гальмується недостатнім рівнем теоретичного дослідження процесу, а саме:

відомі дослідження стосуються лише інерційної протиральної машини з нерухомим перфорованим барабаном і непридатні для аналізу відомих машин та вибору раціональної конструктивної схеми машини

модель відокремлення напівфабрикату (2) не враховує явища закупорювання та очищення отворів перфорації. Це приводить до помилкових висновків щодо напрямків удосконалення існуючого обладнання

відомі теоретичні моделі не враховують зміни властивостей суспензії внаслідок відокремлення обробленого напівфабрикату і придатні лише для аналізу окремих стадій процесу

бракує аналізу взаємодії робочих органів машини з частками суспензії, зокрема, із фруктовими кісточками

не розроблено інженерних методик оптимізації режиму розподілу суспензій на перфорованій поверхні.

Показано, що технічний рівень обладнання для розподілу овочефруктової сировини на перфорованій поверхні можна оцінити за такими ознаками: питомою продуктивністю перфорованої поверхні машини витратами енергії на розподіл одиниці маси сировини втратами поживних речовин з відходами придатністю машини до розподілу існуючих видів плодоовочевих суспензій.

Сформульовані наукові гіпотези, які покладено в основу роботи:

Розподіл овочефруктової суспензії на перфорованій поверхні є системою процесів, що відбуваються на мікрорівні, макрорівні та в машині у цілому.

Основний опір відокремленню напівфабрикату чинить отвір перфорації, при цьому на витратні характеристики отворів суттєво впливає транзитний рух суспензії по перфорованій поверхні і явища закупорювання отворів частками баластових тканин та їх очищення билами.

Поведінка фруктової кісточки під час розподілу суспензії (руйнування або збереження цілісності) вирішується при її взаємодії з робочими органами машини.

Цілі й задачі дослідження викладено в загальній характеристиці роботи.

Розділ 2 присвячено мікроаналізу процесів розподілу компонентів овочефруктової суспензії на отворах перфорованої поверхні та взаємодії робочих органів машини з фруктовими кісточками.

Овочефруктова сировина розглядається як суспензія, яка містить частки тканин, що запасають поживні речовини (паренхимні клітини і їх групи) і частки баластових тканин (фрагменти шкірочки, насінини, кісточки, кам’янисті клітини, судинні волокна).

Дослідження процесу закупорювання отворів перфорації при витіканні суспензії здійснено для простих суспензій, які містять однакові частки дисперсної фази. Моделі, що використано для дослідження поведінки часток баластових тканин, наведено у табл. 1.

Якщо суспензія містить сферичні частки (рис. 2), то поведінка часток на отворі залежить від швидкості транзитного руху суспензії v. Уведено граничну швидкість, при якій частки утримаються на отворі

vреж = вит  , (3)

де вит  коефіцієнт, який враховує зниження швидкості поблизу ситового полотна

  коефіцієнт обтікання часток

sz  статичний момент частки відносно рівня перфорованої поверхні.

 

Таблиця 1

Моделі часток баластових тканин

Походження часток Теоретична модель

Кісточка Тверде сферичне тіло

Насінина

Ранева перидерма

Кам’яниста клітина Пластичне тіло з граничною

напругою зсуву б

Фрагмент шкірочки (епідерміс) Гнучка пластина

Судинне волокно, прозенхімна клітина Ниткоподібна частка

 

Якщо виконується умова

v < vреж, (4)

то частка затримується на отворі перфорації й витікання суспензії через певний час припиняється. Такий режим названо тихохідним.

Якщо умова (4) порушується, то частка змивається транзитним рухом суспензії.

Теоретичний аналіз показав, що при розвиненому турбулентному тонкошаровому русі суспензії в інерційній протиральній машині сферичні частки не закупорюють отвори перфорації. При збільшенні h/R сили тиску здатні утримувати частки, розміри яких dсф порівнянні з розмірами отворів d. Але навіть при повному заповненні барабана розмір утримуваних часток знаходиться в межах d  dсф  1, 5 d.

У випадку витікання суспензії, що містить дрібні частки (розмір часток у (4... 10) разів менший за розміри отвору) пробка утворюється на бічній поверхні отвору. Коефіцієнт відкриття отвору , що дорівнює відношенню вільного перерізу до його повного перерізу, не може бути меншим критичної величини. Пробка періодично змивається потоком суспензії, що витікає через отвір.

Якщо суспензія містить ниткоподібні частки, то пробка утворюється на робочій крайці отвору. Характер закупорювання залежить від довжини часток с суспензії. Якщо довжина часток lч менше від граничної величини, то пробка періодично змивається суспензією, яка витікає через отвір. Якщо довжина часток перевершує границю, то витіканні суспензії закінчується повним закупорюванням отвору й розподіл суспензії через певний час припиняється.

Розподіл суспензії на перфорованій поверхні з періодичним очищенням отвору розглянуто як систему процесів витікання дисперсійного середовища, закупорювання та очищення отворів (рис. 3).

Припускається, що витрати дисперсійного середовища становлять

q =   qo, (5)

де   плинний коефіцієнт відкриття отвору.

Витрати напівфабрикату на виході з отвору

qп/ф = qo  exp ( t / tчз)  (1 – c),