Розробка і дослідження установки для обробки продуктів харчування надвисоким тиском

9. Сукманов В. А., Соколов С. А., Гаркуша В. Б., Дебелый В. Л., Петрова Ю. М., Курасов С. Н., Установка для исследования влияния сверхвысокого давления на пищевые продукты.  Тези доповідей міжн. наук. -практ. конф.,, Стратегічні напрямки розвитку підприємств харчових виробництв і торгівлі”, присвяченої 35-річчю ХДАТОХ. -Х. : ХДАТОХ. – 2002р. -С. 124-127. (0, 2 др. арк.) Особистий внесок здобувача: розрахунок, проектування та дослідження установки надвисокого тиску.

 

 

Гаркуша В. Б. Розробка і дослідження установки для обробки продуктів харчування надвисоким тиском. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук спеціальності 05. 18. 12 -процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв. – Донецький державний університет економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського Міністерства освіти і науки України. Донецьк, 2002 р.

Дисертація присвячена питанням розробки установки для оброблення продуктів харчування та інших біологічних об’єктів надвисоким тиском у дослідницьких цілях. Запропонована методика розрахунку й проектування установок надвисокого тиску на основі номограм отриманих у дисертаційній роботі. Розроблена установка для дослідження процесів оброблення продуктів харчування надвисоким тиском. Параметри установки: тиск у робочій камері – до 1000 МПа; максимальна висота дослідженого об’єкта – 120 мм; робочий діапазон температур – (від -20оС до +80оС). Експериментальними дослідженнями здобуті залежності зміни опору манганинового датчика від величини температури і тиску в камері; фактичної температури в робочій камері від показників термопари; величини прирощування значення діаметра каналу камери від величини робочого тиску; характеру зміни температури в робочій камері в процесі її нагрівання та охолодження. Надійність розробленої камери надвисокого тиску описана у виді стаціонарної феноменологічної стохастичної моделі кумулятивного пошкодження, яка побудована у виді ланцюга Маркова.

Ключові слова: продукти харчування, установка надвисокого тиску, експлуатаційні параметри, температура, тиск, ущільнення.

 

 

Гаркуша В. Б. Разработка и исследование установки для обработки продуктов питания сверхвысоким давлением. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 18. 12 -процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. – Донецкий государственный университет экономики и торговли им. М. Туган-Барановского Министерства образования и науки Украины. Донецк, 2002.

Диссертация посвящена вопросам разработки установки для обработки продуктов питания и других биологических объектов сверхвысоким давлением в исследовательских целях.

Предложена методика расчета и проектирования установок сверхвысокого давления на основе номограмм, полученных в диссертационной работе.

Теоретически обоснована конструкция рабочей камеры установки в виде двухслойного цилиндра. Определена величина контактного давления между слоями цилиндра, обеспечивающая оптимальные условия работы материала камеры под давлением.

Разработана установка для исследования процессов обработки продуктов питания сверхвысоким давлением. Параметры установки: максимальное давление в рабочей камере при комнатной температуре – 1000 МПа; рабочее давление в рабочей камере – 800МПа; диаметр канала – 40, 38 мм; максимальная высота исследуемого объекта – 120 мм; рабочий диапазон температур – (от -20˚С до +80˚С) ; расчетное количество циклов нагружения при Р до 800 МПа – 900; чувствительность системы регистрации температуры – 0, 1˚С; чувствительность системы регистрации давления – 1МПа; точность системы длительного поддержания температуры в КСВД  0, 2С; охлаждение КСВД жидким азотом; ; масса УСВД ~300кг; компьютерная обработка, документирование и непрерывная регистрация данных. Для управления процессом нагрева камеры предложена и экспериментально обоснована идея “эталонного тела”. В качестве рабочей жидкости принята жидкость ПЭС – 3.

Экспериментальными исследованиями установлены зависимости изменения сопротивления манганинового датчика от величины температуры и давления в камере; фактической температуры в рабочей камере от показаний термопары; величины приращения значения диаметра канала камеры от величины рабочего давления; характера изменения температуры в рабочей камере в процессе ее нагрева и охлаждения. Определено давление в прессе установки для обеспечения заданного давления в КСВД с учетом гистерезисных потерь. Теоретические и экспериментальные зависимости использованы при написании компьютерной программы для управления работой УСВД.

Разработана и экспериментально исследована конструкция уплотнительного устройства камеры, в которой использован принцип некомпенсированной площади. Испытания узла показали, что при возрастании давления до 400 МПа падение давления практически отсутствует; при различных температурных режимах работы установки, а также через 72 часа при t = +200С и Рк = 1000 МПа падение давления составляет 10-20 МПа.

Надежность разработанной камеры сверхвысокого давления описана в виде стационарной феноменологической стохастической модели кумулятивного повреждения, которая построена в виде цепи Маркова. В качестве интегральной функции распределения использовано распределение Вейбулла. Методами компьютерного моделирования выполнен прогноз надежности камеры при давлении 1100 МПа. Получены зависимости интегральной функции распределения накопления повреждений, функции надежности, функции интенсивности отказов камеры и уплотнения от числа циклов нагружения, а также обобщающая функция распределения, описывающая полную вероятность выхода из строя камеры сверхвысокого давления, состоящей из камеры и поршня. Установлено, что после 900 циклов максимальной нагрузки целесообразно проведение плановой замены уплотнения и после 1300 циклов максимальной нагрузки целесообразно произвести замену цилиндра.

Ожидаемая экономическая эффективность от освоения производства разработанной УСВД на АООТ “Донецкий завод “Продма”, составляет 117, 95 тыс. грн. в год. Предполагаемое внедрение технологии сверхвысокого давления на ЗАО “Геркулес” позволит снизить эксплуатационные расходы на 74, 3 тыс. грн. в год, повысить срок хранения продукции и обеспечить сохранность ферментно-витаминного комплекса.

Ключевые слова: продукты питания, установка сверхвысокого давления, эксплуатационные параметры, температура, давление, уплотнение.

 

 

Garkusha V. B. The elaboration and investigation of the plant for food nutrition processing due to super high pressure. -The manuscript.

The thesis for competition of candidate of technical science of scientific degree on specialty 05. 18. 12 – processes and machinery of food, microbiological and pharmaceutical manufacturing industries – Donetsk State University of Economics and Trade named after M. Tugan-Baranovsky Ministry of Education and Science of Ukraine. Donetsk, 2002.

The thesis is devoted to the questions of elaboration and processing food nutrition and other biological units by super high pressure with a view to research.

The methods of calculation and designing of super high-pressure plants of the basis of nomograms received in the thesis work are suggested here. The plant for food nutrition researching processes by super high pressure is out. The plant parameters are: the pressure in a working chamber is to 1000 MPa; the maximum height of investigating unit is 120 millimetres; the working temperature range is from -200C to +800C. As a result of investigation the dependences of changing manganite adopter resistance on temperature size and pressure in a chamber; on thermo couple showing; sizes of increases meaning of chamber canal diameter on working pressure size; the changing temperature character in a working chamber during its heating or cooling are received by experimental investigations. The reliability of the elaborated super high chamber is described as a stationary phenomenological stochasis model of cumulative damage which is built as Markov’s chain.

Key words: food nutrition, super high pressure plant, operational parameters, temperature, pressure, condensation reliability.