Совершенствование технологии производства пищевых порошков из дикорастущих ягод брусники тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.01, кандидат наук Кожухарь, Елена Николаевна

• Кожухарь, Елена Николаевна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Кожухарь, Елена Николаевна

3.3 Разработка и изготовление опытного образца роторно-вихревого аппарата .................................................................................................................................45

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ .. 50

4.1 Исследование физико-механических свойств измельчаемого растительного сырья для обоснования конструктивных параметров роторно-вихревого аппарата...............................................................................................50

4.1.1 Физико-механические свойства сырой ягоды брусники.........................50

4.1.2 Физико-механические свойства высушенной ягоды брусники..............53

4.1.3 Исследование корреляционных зависимостей между массой и диаметром ягод брусники.....................................................................................58

4.2 Исследование влияния физико-механических свойств на технологические параметры работы роторно-вихревого аппарата на получение порошка из растительного сырья.............................................................................................60

4.2.1 Определение критической скорости воздуха в роторно-вихревом аппарате для обеспечения технологического процесса измельчения.............60

4.2.2 Оптимизация технологических параметров роторно-вихревого аппарата для работы с заданной скоростью движения воздушного потока...................62

4.3 Оптимизация технологических параметров работы роторно-вихревого аппарата .................................................................................................................. 64

4.3.1 Статистический анализ влияния технологических параметров на степень измельчения ............................................................................................. 64

4.3.2 Статистический анализ влияния технологических параметров на длительность измельчения ................................................................................... 68

4.3.4 Статистический анализ влияния технологических параметров на изменение температуры среды и режущего органа...........................................74

4.4 Основные конструктивные параметры технологического процесса и модель процесса получения порошка на роторно-вихревом аппарате по заданным параметрам...........................................................................................78

ГЛАВА 5 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВОГО КОНЦЕНТРАТА "ПОРОШОК БРУСНИКИ" С ПРИМЕНЕНИЕМ РОТОРНО-ВИХРЕВОГО АППАРАТА..........................84

5.1 Технология получения мелкодисперсного порошка с использованием роторно-вихревого аппарата................................................................................84

5.2 Определение экономической эффективности от внедрения результатов исследования..........................................................................................................85

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ............................................................90

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..................................................92

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................109

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии производства пищевых порошков из дикорастущих ягод брусники»

Актуальность темы исследования.

Согласно стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года одним из основных приоритетов является техническое перевооружение с внедрением современных достижений научно-технического прогресса и переход пищевой и перерабатывающей промышленности к ресурсосберегающим технологиям. Получение пищевого порошка из дикорастущих ягод, обеспечивает безотходное производство и производство с минимальным воздействием на экологию.

В районах арктической зоны и северных территорий Сибири произрастает большое количество дикорастущих ягод богатых биологически активными веществами, среди них можно выделить бруснику, которая является наиболее распространенной по объемам заготовок и широко используется на территории России, а также за рубежом.

Проблема переработки дикорастущих ягод включает имеющуюся транспортную недоступность в возможных районах произрастания дикорастущих ягод, а также стоит острая проблема по сбыту товарной продукции, так как основные потребители находятся за пределами арктических зон и северных территорий. В этой связи, для переработки, необходимо разработать технологию и оборудование позволяющие получать товарный продукт на месте произрастания в удобном для упаковки и транспортировки виде. Наиболее приемлемой формой переработки ягод брусники является получение пищевого концентрата в виде порошков, которые позволяют сократить массу переработанного сырья, а также продлить срок хранения за счет пониженной влажности, и снизить затраты при транспортировке концентрата пищевого порошка из арктической зоны и северных территорий Сибири.

Таким образом, исследования, посвященные разработке технологии получения пищевого концентрата "Порошок брусники" в районах произрастания и заготовки являются важными и актуальными.

Степень разработанности темы исследования.

Значительный вклад в разработку процессов получения пищевых порошков внесли М.Э. Ахмедов, Г.И. Иванова, Н.З. Дубкова, С.В. Золоторев, А.В. Кондратов, Л.П. Кормановский, А.А. Костылев, С.В. Мельников, В.И. Пахомов, А.А. Перов, А.М. Попов, С.Д. Руднев, В.И. Сыроватка, В.А. Сысуев, М.А. Тищенко, И.А. Хозяев и др.

Исследованиям переработки плодово-ягодного сырья и разработки нового технологического оборудования посвящены работы Е.В. Алексеенко, И.В. Алтухова, Н.А. Величко, Т.Ф. Киселевой, О.Я. Кольман, И.А. Короткого, В.Н. Невзорова, Е.А. Овсяниковой, В.М. Позняковского, В.А. Помозовой, Н.Н. Типсиной, С.Н. Хабарова и др.

Полученные данные и разработанные способы переработки являются ценными для науки и практики. Однако данные исследования не могут решить проблему переработки ягод брусники по месту сбора с возможностью длительного хранения и упрощения транспортировки.

Целью данной работы является совершенствование технологии переработки дикорастущих ягод брусники с получением пищевого концентрата "Порошок брусники".

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать и обосновать изменение технологии и конструкции оборудования для переработки ягод брусники на основе патентных исследований и анализе научно-технической литературы;

- обосновать конструкцию нового измельчающего роторно-вихревого аппарата;

- установить взаимосвязь кинематических параметров работы роторно-вихревого аппарата на процесс измельчения и определить оптимальные режимы параметров получения пищевого концентрата "Порошок брусники";

- разработать технологическую модель процесса производства пищевого концентрата "Порошок брусники" с использованием роторно-вихревого аппарата;

- рассчитать экономическую эффективность производства пищевого концентрата "Порошок брусники".

Предмет исследования.

Предметом исследования является установление закономерностей процесса получения пищевого концентрата "Порошок брусники" в роторно-вихревом аппарате.

Объект исследования.

Объектом исследования являются технологический процесс получения пищевого концентрата "Порошок брусники" по месту заготовки.

Методы исследования.

При организации и проведении экспериментов использовались методы сбора, сравнительного анализа и систематизации научной информации, лабораторного анализа стандартными физико-химическими методами, результаты которых обрабатывались методами математической статистики и математической обработки данных эксперимента с использованием современных программных продуктов.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые разработана технология переработки дикорастущих ягод брусники по месту заготовки с использованием роторно-вихревого аппарата, обеспечивающая производство пищевого концентрата "Порошок брусники".

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования при измельчении эффекта непрерывного

движения измельчаемых частиц растительного сырья в замкнутом пространстве и воздушной среде, что позволило разработать новые виды измельчающих устройств, типа роторно-вихревых аппаратов. Получена рабочая скорость движения воздушного потока для обеспечения подъема и витания измельчаемого материала в процессе получения пищевого концентрата "Порошок брусники".

Методами планирования эксперимента получены регрессионные уравнения, отражающие влияние параметров технологического режима работы аппарата на его технические характеристики и качество готового продукта.

Разработана математическая модель, позволяющая прогнозировать процесс получения пищевого концентрата "Порошок брусники" с использованием роторно-вихревого аппарата и заданных параметров измельчения.

Практическая значимость работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований предложена технология переработки дикорастущих ягод брусники в пищевой концентрат "Порошок брусники" на основании разработанной конструкции роторно-вихревого аппарата.

Разработаны кинематические схемы конструкции нового оборудования для процесса переработки дикорастущих ягод брусники с получением пищевого концентрата "Порошок брусники" (патенты РФ №2564492, № 2546273, № 2573961, № 162758).

Проведены лабораторно-опытные испытания роторно-вихревого аппарата для получения пищевого концентрата "Порошок брусники", которые показали эффективность данного оборудования для получения пищевых порошков путем измельчения ягод брусники. Получены акты внедрения на предприятиях ООО "СибАГРО", ООО "ТЕХНОКОМ" и ООО "ЦНТИ", разработано СТО 2189614 - 001 - 2016.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре "Технология, оборудование бродильных и пищевых производств" ФГБОУ ВО "Красноярский ГАУ".

Положения, выносимые на защиту.

1. Технология получения пищевого концентрата "Порошок брусники" на основе разработанного и запатентованного роторно-вихревого аппарата;

2. Технические и конструктивные решения роторно-вихревого аппарата, защищенного патентами РФ №2564492, № 2546273, № 2573961, № 162758;

3. Математическая модель процесса получения пищевого концентрата "Порошок брусники" в роторно-вихревом аппарате;

4. Результаты экспериментальных исследований, с учетом влияния параметров процесса получения пищевого концентрата "Порошок брусники" в роторно-вихревом аппарате и экономическое обоснование эффективности производства пищевого концентрата "Порошок брусники".

Степень достоверности и апробация результатов обеспечивалась применением современных методов испытаний, проведением промышленной апробации экспериментальных данных на разработанном оборудовании, обработкой результатов исследований методами математической статистики, публикацией материалов в рецензируемых журналах.

Основные положения и результаты исследований докладывались и представлены в материалах международных и региональных конференций: Международная научно-практическая конференция молодых ученых: «Инновационные тенденции развития Российской науки» (г. Красноярск, 2013-2015 гг.); Международная научная конференция «Проблемы современной аграрной науки» (г. Красноярск, 2013-2016 гг.); Международная научно-практическая конференция «Проблемы развития АПК Саяно-Алтая» (г. Абакан, 2013 г., 2015 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы развития рынка товаров и услуг» (г. Красноярск, 2014 г.); Международная научно-практическая конференция:

«Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития» (г. Красноярск, 2014 г, 2015 г.); Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы здорового питания. Инновации и традиции» (г. Барнаул, 2014 г.); Международная конференция «Инновационные разработки молодых ученых - развитию агропромышленного комплекса» (г. Ставрополь, 2015 г.). Получена финансовая поддержка проекта «Технология и оборудование комплексной переработки дикорастущих ягод брусники в районах Крайнего Севера» краевым фондом науки (2015 г.). Проект на тему «Разработка инновационной технологии и нового оборудования для переработки дикорастущего сырья в пищевые порошки в условиях Арктических и северных территорий» вошел в 20 лучших проектов в конкурсе инновационных проектов по направлению "АгроГенетика 2016" фонда Сколково.

Соответствие диссертации научной специальности. Диссертация соответствует специальности 05.18.01 Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства (п.3 - Разработка новых (в том числе интенсивных) и совершенствование существующих технологий производства продуктов зерноперерабатывающей, комбикормовой, крупяной, хлебопекарной, макаронной, кондитерской, винодельческой, консервной, овоще- и фруктосушильной, пищеконцентратной отраслей, быстрозамороженной продукции).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 3 - в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 патента РФ на изобретения и 1 патент РФ на полезную модель.

Личное участие автора в получении результатов состоит в выборе тематики исследования, постановке цели и задач, объектов и методов исследований. Автором проведены исследования по диссертационной работе с 2011 по 2016 г., обработаны и проанализированы основные результаты.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, выводов, библиографического списка из 134 наименований отечественных и зарубежных авторов, приложения на 25 страницах. Работа изложена на 133 страницах, включает 41 рисунок, 32 таблицы.

1.1 Существующие технологии переработки дикорастущих ягод

На предприятиях пищевой промышленности России для обогащения рецептур и готовых продуктов питания на сегодняшний день широко используется дикорастущая ягода в виде сока, экстракта, замороженной ягоды, перетертой замороженной массы, сушенной ягоды, порошка.

Проблема переработки растительного сырья для дальнейшего использования в пищевой промышленности нашла отражение в многочисленных исследованиях отечественных и зарубежных учёных [1-39].

Научные работы Расщепкина А.Н., Короткого И.А. [1-10] посвящены реализации низкотемпературных технологий в производстве сухих плодов и ягод. Изученные процессы конвективной, вакуумной и сублимационной сушки позволяют устанавливать оптимальные параметры температурных режимов для сохранения биологически активных веществ в составе растительного сырья.

В научных работах Алтухова И.В. [11-15] исследованы режимы обработки и сушки растительного сырья, представлены перспективы применения импульсной инфракрасной сушки. Установлено, что максимальная температура нагрева без утраты биологически активных веществ в количестве ниже 5% составляет 60 °С.

В работах Алексеенко Е.В. [16-21] решался комплекс научно -практических задач, направленных на разработку инновационного подхода к переработке растительного сырья, разработаны технологические рекомендации и принципиальная схема переработки растительного сырья с получением ягодных концентратов.

Исследована перспективность производства пищевых порошков, установлено, что в пищевых порошках растительного происхождения витамины сохраняются гораздо дольше, чем в исходном сырье [22,23].

В научных работах Костылева А.А. [24-28] исследованы вопросы переработки растительного сырья в порошки применяя роторно-вихревую мельницу тонкого помола.

В работах Беззубцева М.М. [39] представлены теоретические исследования электромагнитного способа измельчения материалов.

В научной работе Дубкова Н.З., Иванова Г.И., Галиакберова, Николаева Н.А. [32] представлена кинетика процесса измельчения при производстве порошков из растительного сырья. Проведен анализ совмещенного процесса в вибрационной сушилке-мельнице, процесс сушки в котором является лимитирующим процессом, а для измельчения используют высушенное до остаточной влажности (8-60%) сырье.

Вопросу производства продуктов питания с добавлением порошков из растительного сырья посвящено большое количество работ, в том числе научные труды Банниковой А.В. [41], Величко Н.А. [42], Глазырина С.В. [43], Давидович Е.А. [44], Евдокимовой О.В. [45], Красиной И.Б. [46, 47], Козлова О.И. [48], Кольман О.И. [49], Локтева Д.Б. [50], Попова А.М. [51-53], Тарасенко Н.А. [54], Типсиной Н.Н. [55] , Филипповой Е.В. [47,56] и других исследователей.

В этой связи, вопрос переработки дикорастущих ягод является актуальным и востребованным.

Территория Сибири обладает огромными запасами сырья растительного происхождения. Среди растительного сырья следуют выделить дикорастущие ягоды, которые пользуются спросом не только в России, но и за рубежом. Биологический запас дикорастущих ягод на территории Российской Федерации на 2016 г. составляет 8992 тыс. тонн. Наибольшая урожайность составляет брусника, так по данным [57] в Красноярском крае урожайность плодов брусники колеблется от 20 до 1137

кг/га, при 2559,1 тыс. га предоставленных для заготовки недревесных ресурсов по состоянию на 01.01.2014 г. [58]. Сибирский федеральный округ богат ресурсами дикоросов, но его удаленность приводит к повышенной добавочной стоимости реализуемой продукции.

Заготовки сырья в арктических и северных территориях Сибири производится в сжатые сроки и необходимая быстрая транспортировка до места переработки замедляется из-за большого расстояния доставки и загрузки летательных транспортных средств. Кроме того, отдаленность районов заготовки влечет за собой более острую проблему по сбыту товарной продукции, так как основные потребители находятся в регионах России, а также за рубежом. В этой связи, для переработки по месту заготовки, необходима разработка новых наукоемких и малотоннажных технологий позволяющих получать товарный продукт удобным для упаковки и транспортировки виде. Отвечающей всем поставленным задачам является технология получения пищевых концентратов в виде порошков по месту заготовки в модульных мини-цехах. Основным преимуществом пищеконцентратных продуктов питания является их длительный срок хранения и восстанавливаемость при добавлении жидкости.

Оборудование для автоматизации сбора ягод серийно не налажено и сбором занимаются только физические лица. В связи с проанализированными проблемами заготовки ягод брусники было разработано и запатентовано устройство для сбора ягоды [59] позволяющее ускорить и упростить процесс сбора дикорастущих ягод брусники.

1.2 Анализ технологий получения пищевых порошков и конструкций оборудования для переработки растительного сырья

Современные тенденции пищевой промышленности ориентированы на производство натуральных пищевых концентратов в виде порошков, как

Измельчение применяется для увеличения поверхности твердых материалов с целью повышения скорости биохимических и физических процессов, так чем выше дисперсность порошка, тем быстрее протекают реакции, что позволяет получать быстрорастворимые и быстровосстанавливаемые порошкообразные смеси.

Исследованию производства пищевых порошков и порошкообразных смесей и анализу конструкций оборудования для переработки растительного сырья посвящены работы Алексеева Г.В. [60,61], Ахмедова М.Э. [62-65], Введенской И.О. [66], Дубковой Н.З. [67,68], Ермолаевой Е.О. [69], Катлера Л. [70], Кондратова А.В. [71], Косовой Н. В. [72] , Минаевой Л.В. [73], Осзмански Я. [74], Попова А. М. [75-77], Руднева С.Д. [78-79], Снегиревой А.В. [80], Труфанова В.В. [81], Харкевича В.Г. [82] и других исследователей.

Модернизация современных технологий и оборудования для получения пищевых порошков из растительного сырья нацелена на уменьшение частиц получаемого порошка и на сохранение биологически активных веществ при переработки.

Проведенный анализ работ посвященных технологиям и оборудованию для переработки растительного сырья показал, что современный прогресс в области получения пищевых порошков связан с созданием новых способов организации процесса, разработки аппаратов малой энерго- и металлоемкости, соответствующих принципам рационального природопользования.

Для механического способа получения порошков измельчители можно разделить на дробилки и мельницы, [82] осуществляющие дробление и помол с различной крупностью (рис.1.1) и имеющие в зависимости от преобладания способ измельчения сырья истирающего и раздавливающего, ударного и резального действия. Измельчение принято называть

крупным, средним и промежуточным, мелким, тонким (размолом) и сверхтонким. Измельчение бывает сухое или мокрое; в последнем случае к исходному материалу добавляется определенное количество воды.

Рисунок 1.1 - Классификация измельчителей механического воздействия

При дроблении и размоле расходуется много механической энергии, и поэтому важно правильно выбрать способ измельчения.

Существующие технические решения [83-86] являются крупногабаритными аппаратными комплексами, имеющими большой вес по массе и большие габариты, не предназначенные для переработки растительного сырья органического происхождения в местах сбора и заготовки дикорастущих ягод.

1.3 Патентные исследования по оборудованию для получения

пищевых порошков

Патентные исследования проводились в соответствии с ГОСТ Р 15.011 - 96 "Патентные исследования. Содержание и порядок проведения." [87] по базе данных электронного ресурса Федерального института промышленной

Проведенные патентные исследования позволили выделить направления для анализа по системе международной классификации МПК, схема проведения представлена на рисунке 1.2

Рисунок 1.2 - Схема проведения анализа по системе международной

классификации МПК

На предмет существующих разработок конструкций оборудования для осуществления технологического процесса измельчения проанализированы следующие изобретения:

- Патент РФ 2106199 "Роторно-вихревой аппарат" (автор Еремин А.Ф.).

Известен роторно-вихревой аппарат, содержащий корпус с патрубками ввода и вывода обрабатываемого материала, в котором коаксиально размещен ротор, на боковой поверхности которого выполнены пазы прямоугольного сечения, а боковые, поверхности ротора и корпуса, обращенные друг к другу, выполнены конусными (рис. 1.3) [88].

Рисунок 1.3 - Роторно-вихревой аппарат

Роторно-вихревой аппарат содержит: корпус 1, ротор 2, пазы 3 , кольцевые ребра 4, патрубки ввода 5и патрубки вывода 6 обрабатываемого материала и несущего газа. Вращение ротора осуществляется приводом с регулируемым числом оборотов.

Недостатком роторно-вихревого аппарата является необходимость предварительного измельчения материала до размеров, соответствующих зазору между боковой поверхностью ротора и стенкой корпуса, и следовательно, низкая производительность.

- Патент РФ 224983 "Роторно-вихревая мельница" (авторы: Еремин А.Ф., Денисов М.Г.).

Известна роторно-вихревая мельница, содержащая корпус с патрубками ввода и вывода обрабатываемого материала, в котором коаксиально размещен ротор, на боковой поверхности которого выполнены пазы прямоугольного сечения, а боковые, поверхности ротора и корпуса, обращенные друг к другу, выполнены конусными, а на торцевой поверхности ротора, обращенной к патрубку ввода, выполнено, по крайней мере, два кольцевых конических выступа и внутренняя поверхность крышки корпуса выполнена конической (рис. 1.4) [89].

Фиг. I Фш .2

Рисунок 1.4 - Роторно-вихревая мельница

Роторно-вихревая мельница содержит: корпус 1, крышка 2, патрубки ввода 3 и вывода 4 обрабатываемого материала, ротор 5, приводной вал 6, пазы прямоугольного сечения 7, кольцевые конические выступы 8.

Недостатком данного роторно-вихревой мельницы является отсутствие возможности дробления растительного сырья различного по физико-химическому составу, по толщине и длине волокон, следовательно, получения одноразмерного ультрадисперсного порошка.

- Патент РФ 2465764 "Вертикальный шнековый измельчитель-смеситель кормов" (автор Горюнов С.В.).

Вертикальный шнековый измельчитель-смеситель кормов, включающий размещенный в корпусе вертикальный режущий орган, выполненный в виде винтовой нарезки с режущими кромками по ее переферии, и противорежущий элемент, охватывающий режущий орган, а также в качестве противорежущего элемента используется шнековый рабочий орган с ленточным винтом и противоположными режущему органу направлениями навивки и вращения конической (рис. 1.5) [90]

Фиг. 1

Рисунок 1.5 - Вертикальный шнековый измельчитель-смеситель

кормов

Измельчитель-смеситель содержит: загрузочное устройство 1, заостренные отогнутые витки 2 и 11, цилиндрический корпус 3, шнековый рабочий орган со сплошным винтом 4, шнековый рабочий орган с ленточным винтом 5, конический редуктор 6, приводной вал рабочего органа со сплошным винтом 7, ременная передача 8, полый приводной вал 9 , выгрузное окно 10.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности дробления растительного сырья с получением одноразмерного ультрадисперсного порошка.

- Патент РФ 2272400 "Измельчитель кормов" (авторы: Грицай Д.И., Ангилеев О.Г.).

Измельчитель содержит размещенные на приводном валу верхний и нижний ножевые диски. Ножи расположены на периферии дисков попарно в одном направлении и с боковым смещением от оси вращения. В

Рисунок 1.6 - Измельчитель кормов

Измельчитель содержит загрузочный бункер 1, диски ножевые верхний 2 и нижний 3, размещенные на приводном валу 4. На ножевых дисках 2; 3 расположены наклонные ножи 5 с окнами 6 под ними для прохода резки (стружки). Ножи 5 размещены на периферии диска попарно в одном направлении и с боковым смещением от оси вращения на расстояние Бх. В этом случае возникает эффект «скользящего резания», обеспечивающего чистый срез материала и снижение энергозатрат в 1,4-2,5 раза по сравнению с резанием в режиме «рубка». Нижний диск 3 снабжен лопастями-швырялками 7. В междисковом пространстве размещена крыльчатка 8, связанная с валом 4 через подшипник качения 9. Крыльчатка 8 фиксируется верхним осевым стопором 10 к валу 4 либо верхним наружным стопором 11 - к стенке бункера 1. Размещение на приводном валу 4 и фиксация рабочих положений нижнего ножевого диска 3 выполнены аналогично размещению и фиксации рабочих положений крыльчатки 8 стопорами: нижним осевым 12 и нижним наружным 13. Вал 4 приводной, вращается в подшипниках 14 и 15. Такое крепление вала 4, а также связь с

ним крыльчатки 8 и нижнего ножевого диска 3 через подшипники 9 и 16 обеспечивают три варианта работы: а) - привод осуществляется на оба ножевых диска 2,3 и крыльчатку 8, б) - привод передается на верхний ножевой диск 2 и крыльчатку 8, в) - привод передается на верхний и нижний ножевые диски 2,3. Вращение приводного вала 4 осуществляется от электродвигателя 17 через шкив вариатор 18 и клиноременную передачу 19. В загрузочном бункере 1 размещены конус отражатель 20 и стенка ограничитель 21. Бункер закрыт съемной крышкой 22 с выполненной в ней загрузочным окном 23. Выгрузная горловина 24 бункера оснащена регулировочной заслонкой 25. Названные узлы и элементы размещены на станине 26, представляющую собой сварную раму.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности измельчения растительного сырья с получением одноразмерного ультрадисперсного порошка.

Патент РФ 2142217 "Измельчитель растительного сырья" (авторы: Ткаченко А.И., Волошин В.П.).

Измельчитель растительного сырья, содержащий загрузочный и выгрузной узлы, основание с установленным на нем электродвигателем, передачу от электродвигателя с ведущим и ведомым валами и механизм измельчения растительного сырья с ножами, отличающийся тем, что механизм измельчения выполнен в виде двух раздельных узлов, первый из которых снабжен гребенчатыми ножами установленными на диске их вращения, и гравитационным бункером загрузочного узла, второй узел снабжен комбинацией плоских ножей, установленных на диске их вращения, и неподвижного ножа, установленного перпендикулярно к плоскости вращения диска с плоскими ножами. швырялки (рис. 1.7)[92].

Рисунок 1.7 - Измельчитель растительного сырья

Привод с рамой 1 является основным узлом, на котором укреплены с левой стороны загрузочный бункер 2 и механизм 3 речки корнеплодов. С правой стороны привода с рамой 1 установлен механизм 4 резки трав с неподвижным ножом 5 и лотком 6. Вращение валов и, следовательно, дисков 7 и 8 с режущими ножами осуществляют от двигателя 9 через клиноременную передачу 10. Расположение в механизме резки корнеплодов бункера 2, диска 7, ножа 11 и накладки 12 для крепления этого ножа. Бункер 2 установлен под углом D, а нож 11 -под углом А к плоскости вращения диска 7. Расположение ножей 11 на диске 7,. 4 - смещение ножей 11 относительно друг друга. Режущий элемент одного ножа 11 может быть смещен относительно режущего элемента другого ножа на величину ^ а если t = 1, то режущий элемент одного ножа становится напротив пространства между режущими элементами другого ножа 11.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кожухарь, Елена Николаевна, 2016 год

/ \

7

/

\

5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 Category (upper limits)

Рисунок 4.2 - Гистограмма распределения диаметра сырой ягоды

брусники

Таблица 4.2 - Статистический анализ соответствия распределения диаметра сырой ягоды брусники по нормальному распределению

Наблюдаемая частота Накопленная наблюдаемая частота Наблюдаемая частота в % Накопленная наблюдаемая частота в % Ожидаемая частота Накопленная Ожидаемая частота Ожидаемая частота в % Накопленная ожидаемая частота в % Разность между таблюдаемой и ожидаемой

<6,0 0 0 0,000 0,000 0,699 0,699 0,233 0,233 -0,69

6,5 3 3 1,000 1,000 2,065 2,765 0,688 0,922 0,93

7,0 4 7 1,333 2,333 6,166 8,931 2,056 2,977 -2,16

7,5 20 27 6,667 9,000 14,783 23,714 4,928 7,905 5,21

8,0 30 57 10,000 19,000 28,457 52,170 9,486 17,390 1,54

8,5 41 98 13,667 32,667 43,991 96,161 14,664 32,054 -2,99

9,0 49 147 16,333 49,000 54,612 150,773 18,204 50,258 -5,61

9,5 60 207 20,000 69,000 54,449 205,222 18,150 68,407 5,55

10,0 40 247 13,333 82,333 43,597 248,819 14,532 82,940 -3,59

10,5 32 279 10,667 93,000 28,033 276,852 9,345 92,284 3,96

11,0 14 293 4,667 97,667 14,476 291,328 4,825 97,109 -0,47

11,5 5 298 1,667 99,333 6,002 297,330 2,001 99,110 -1,00

12,0 2 300 0,667 100,000 1,998 299,328 0,666 99,776 0,00

Больше 0 300 0,000 10,000 0,672 300,000 0,224 100,000 -0,67

Полученные распределения показали, что диаметр сырой ягоды подчиняется нормальному закону распределения, теснота связи между экспериментальными и теоретическими данными определялась с помощью критерия хи-квадрат, для распределения диаметра Хи-квадрат фактическая = 4,88472 при доверительной вероятности p = 0,67403. Поскольку Хи-квадрат фактическая меньше Хи-квадрат стандартная модель является адекватной.

4.1.2 Физико-механические свойства высушенной ягоды брусники

Распределения масс высушенной ягоды брусники с влажностью 13 %, 11 %, 9 % представлены соответственно на рисунках 4.3, 4.4, 4.5, а также получены статистические анализы соответствия распределения массы высушенной ягоды брусники с влажностью 13 %, 11 %, 9 % по нормальному закону распределения (табл. 4.3, 4.4, 4.5).

Variable масса ягоды с влажностью 13 %, Distribution: Normal Chi-Square test = 6,19310. df = E [adjusted), p = 0 40191

/ \

/

/ \

/ \

/

I-V \

N

0 1400 0 1615 0,1831 0,2046 0,2262 0,2477 0,2692

0 1508 0,1723 0 1938 0,2154 0,2369 0,2585 0,2800

Category [upper limits)

Рисунок 4.3 - Гистограмма распределения массы высушенной ягоды брусники с влажностью 13 %

Наблюдаемая частота Накопленная наблюдаемая частота Наблюдаемая частота в % Накопленная наблюдаемая частота в % Ожидаемая частота Накопленная Ожидаемая частота Ожидаемая частота в % Накопленная ожидаемая частота в % Разность между наблюдаемой и ожидаемой частотой

<0,151 0 0 0,000 0,000 0,826 0,826 0,275 0,275 -0,82

0,162 1 1 0,333 0,333 2,851 3,677 0,950 1,226 -1,85

0,172 12 13 4,000 4,333 9,075 12,752 3,025 4,251 2,92

0,183 23 36 7,667 12,000 22,025 34,777 7,342 11,592 0,97

0,194 41 77 13,667 25,667 40,754 75,531 13,585 25,177 0,24

0,205 66 143 22,000 47,667 57,502 133,033 19,168 44,344 8,49

0,215 58 201 19,333 67,000 61,870 194,903 20,623 64,968 -3,86

0,226 46 241 15,333 82,333 50,764 245,667 16,921 81,889 -4,76

0,237 24 271 8,000 90,333 31,761 277,428 10,587 92,476 -7,76

0,248 21 292 7,000 97,333 15,152 292,580 5,051 97,527 5,84

0,259 7 299 2,333 99,667 5,511 298,090 1,837 99,363 1,48

0,269 1 300 0,333 100,000 1,528 299,618 0,509 99,873 -0,52

Больше 0 300 0,000 100,000 0,382 300,000 0,127 100,000 -0,38

Хи-квадрат = 6,19310, р = 0,40191

Variable: масса ягоды с влажностью 11%, Distribution: Normal Chi-Square test = 7,11784, df = 7 (adjusted), p = 0,41671

N

/

(

/ \

/

/

0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 Category (upper limits)

Рисунок 4.4 - Гистограмма распределения массы ягоды брусники с

влажностью 11 %

Наблюдаемая частота Накопленная наблюдаемая частота Наблюдаемая частота в % Накопленная наблюдаемая частота в % Ожидаемая частота Накопленная Ожидаемая частота Ожидаемая частота в % Накопленная ожидаемая частота в % Разность между наблюдаемой и ожидаемой частотой

<0,13 0 0 0,000 0,000 0,734 0,734 0,245 0,245 -0,73

0,14 1 1 0,333 0,333 2,279 3,013 0,760 1,004 -1,27

0,15 7 8 2,333 2,667 6,950 9,963 2,317 3,321 0,05

0,16 18 26 6,000 8,667 16,761 26,724 5,587 8,908 1,23

0,17 39 65 13,000 21,667 31,967 58,691 10,656 19,564 7,03

0,18 44 109 14,667 36,333 48,220 106,911 16,073 35,637 -4,22

0,19 53 162 17,667 54,000 57,530 164,441 19,177 54,814 -4,52

0,20 62 224 20,667 74,667 54,289 218,729 18,096 72,910 7,71

0,21 31 255 10,333 85,000 40,520 259,249 13,507 86,416 -9,51

0,22 24 279 8,000 93,000 23,920 283,169 7,973 94,390 0,08

0,23 14 293 4,667 97,667 11,168 294,337 3,723 98,112 2,83

0,24 6 299 2,000 99,667 4,123 298,460 1,374 99,487 1,87

0,25 1 300 0,333 100,000 1,204 299,663 0,401 99,888 -0,20

Больше 0 300 0,000 10,000 0,337 300,000 0,112 100,000 -0,33

Хи-квадрат = 7,11784, р = 0,41671

Variable: масса ягоды с влажностью 9%. Distribution: Normal Chi-Square test = 6.1Э8Э5. df = 6 [adjusted), p = 0 40128 80 n-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-

70

0.0969 0.1105 0.1400 0,1615 0.1831 0,2046 0,2262

0.1077 0,1292 0.1508 0.1723 0.1938 0,2154 0,2369

Category [upper limits)

Рисунок 4.5 - Гистограмма распределения массы ягоды брусники с

влажностью 9 %

Наблюдаемая частота Накопленная наблюдаемая частота Наблюдаемая частота в % Накопленная наблюдаемая частота в % Ожидаемая частота Накопленная Ожидаемая частота Ожидаемая частота в % Накопленная ожидаемая частота в % Разность между наблюдаемой и ожидаемой частотой

<0,111 0 0 0,000 0,000 0,825 0,825 0,275 0,275 -0,82

0,122 1 1 0,333 0,333 2,847 3,672 0,949 1,224 -1,84

0,132 12 13 4,000 4,333 9,068 12,740 3,023 4,247 2,93

0,143 23 36 7,667 12,000 22,017 34,757 7,339 11,586 0,98

0,154 41 77 13,667 25,667 40,751 75,508 13,584 25,169 0,24

0,165 66 143 22,000 47,667 57,508 133,016 19,169 44,339 8,49

0,175 58 201 19,333 67,000 61,881 194,897 20,627 64,966 -3,88

0,186 46 247 15,333 82,333 50,773 245,670 16,924 81,890 -4,77

0,197 24 271 8,000 90,333 31,764 277,434 10,588 92,478 -7,76

0,208 21 292 7,000 97,333 15,150 292,584 5,050 97,528 5,84

0,219 7 299 2,333 99,667 5,509 298,092 1,836 99,364 1,49

0,229 1 300 0,333 100,000 1,527 299,619 0,509 99,873 -0,52

Больше 0 300 0,000 100,000 0,381 300,000 0,127 100,000 -0,38

Хи-квадрат = 6,19895, р = 0,40128

Полученные распределения для всех показателей влажности показали, что масса высушенной ягоды подчиняются нормальному закону распределения, поскольку Хи-квадрат фактическая меньше Хи-квадрат стандартного и р>0,05 стандартная модель является адекватной и статистически незначима отличается от нормального закона.

Распределение величины диаметра высушенной ягоды брусники представлено на рисунке 4.6, а также получен статистический анализ соответствия распределения диаметра высушенной ягоды брусники по нормальному закону распределения (табл. 4.6).

100 эо 80 70 ЕО 60 40 30 20 10 О

Variable: диаметр сухой ягоды. Distribution Normal Chi-Square test = 6,15115. df = 4 (adjusted). p = 0 18814

\

/

Г—/~ \

/ \

/ \

/ \

/ Ал

V.

2,5 3,0 3,6 4 0 4.5 5 0 5,6 6.0 6,6 7 0 7,6

Category [upper limits)

Рисунок 4.6 - Гистограмма распределения диаметра высушенной ягоды

брусники

Таблица 4.6 - Статистический анализ соответствия распределения диаметра высушенной ягоды брусники по нормальному распределению

Наблюдаемая частота Накопленная наблюдаемая частота Наблюдаемая частота в % Накопленная наблюдаемая частота в % Ожидаемая частота Накопленная Ожидаемая частота Ожидаемая частота в % Накопленная ожидаемая частота в % Разность между наблюдаемой и ожидаемой

<3,00 0 0 0,000 0,00 0,662 0,662 0,221 0,221 -0,66

3,50 4 4 1,333 1,333 4,220 4,883 1,407 1,628 -0,22

4,00 22 26 7,333 8,667 18,095 22,978 6,032 7,659 3,90

4,50 55 81 18,333 27,000 47,830 70,807 15,943 23,602 7,17

5,00 86 167 28,667 55,667 78,004 148,812 26,002 49,604 7,99

5,50 74 241 24,667 80,333 78,533 227,345 26,178 75,782 -4,53

6,00 42 283 14,000 94,333 48,809 276,153 16,270 92,051 -6,80

6,50 15 298 5,000 99,333 18,717 294,870 6,239 98,290 -3,71

7,00 2 300 0,667 100,000 4,425 299,295 1,475 99,765 -2,42

Больше 0 300 0,000 100,000 0,705 300,00 0,235 100,000 -0,70

Полученные распределения показали, что диаметр высушенной ягоды подчиняются нормальному закону распределения, теснота связи между экспериментальными и теоретическими данными определялась с помощью критерия хи-квадрат, для распределения диаметра Хи-квадрат фактическая = 6,15115 при доверительной вероятности р = 0,18814. Поскольку Хи-квадрат фактическая меньше Хи-квадрат стандартная модель является адекватной.

4.1.3 Исследование корреляционных зависимостей между массой и

диаметром ягод брусники

Используя, полученные экспериментальные материалы была установлена корреляционная связь между массой и диаметром сырой ягоды брусники, графически корреляционная связь представлена на рисунке 4.7.

Между диаметром и массой сырой ягоды брусники обнаружена линейная связь, описываемая уравнением:

ё = 4.99725812 + 8,64541009- т (4.1)

о

о 8

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0,6 0,7 0,8 О.Э

масса, г

Рисунок 4.7 - Взаимосвязь масса-диаметр сырая ягоды

Анализ полученной графической зависимости показывает, что форма связи между массой и диаметром сырой ягоды имеет линейный вид и существует тесная корреляционная связь (Я2 = 0.989).

Используя, полученные экспериментальные материалы для массы и диаметра высушенной ягоды брусники была установлена корреляционная связь, представленная на рисунке 4.8.

Между диаметром и массой высушенной ягоды брусники обнаружена линейная связь, описываемая уравнением:

ё = - 1,40709488 + 34,2037023-ш (4.2)

7.0

6.5

6.0

6.5

£ 5,0

4,5

4.0

3.5

3.0

> СО о« о X» о

^оо

уЬ о

0.12

0,14

0.16

0,18

0,20

0.22

0.24

0.25

масса, г

Рисунок 4.8 - Взаимосвязь масса-диаметр для высушенной ягоды

брусники

Анализ полученной графической зависимости показывает, что форма связи между массой и диаметром высушенной ягоды имеет линейный вид и существует тесная корреляционная связь (Я2 = 0.984).

Полученные данные позволили определить технологические параметры воздушного потока в роторно-вихревом аппарате для

4.2 Исследование влияния физико-механических свойств на технологические параметры работы роторно-вихревого аппарата на получение порошка из растительного сырья

4.2.1 Определение критической скорости воздуха в роторно-вихревом аппарате для обеспечения технологического процесса

измельчения

Результаты обработки экспериментальных данных физико-механического анализа сырья использованы для расчета скорости уноса и скорости витания ягодного сырья в роторно-вихревом аппарате, как основных параметров работы аэроплатформы.

Плотность измельчаемого сырья определяли по формуле 2.2:

т 0.0001875 = V = 6.573 • 10-5 = 286 ^

Для нахождения критерия Лященко по формуле 2.3 был найден критерий Архимеда для измельчаемого растительного сырья:

а3 •рм -д 5.013 • 10-12 • 286 • 9.81 = = 1.5 6-10-10-1.18 = 1916'64

Кинематический коэффициент вязкости воздуха при заданном температурном режиме находился по формуле 2.4:

дк 1.85 • 10-5

V = —- =-гтт;-= 1.56 • 10 5 м2/сек

рв 1.18

Скорость уноса и скорость витания воздушного потока с измельчаемым сырьем в роторно-вихревом аппарате производится по формулам 2.6, 2.7:

^уноса

м

^Укр •У 9 -Рм 3

Рв

40 • 1.56 • 10-5 • 9.81 • 286

1.18

= 2.46м/с

3

Ш

витания

N

ЬУраб • V 9 •Рм 3

Рв

N

1 • 1.56 • 10-5 • 9.81-286

1.18

= 0.72 м/с

Полученные технологические параметры движения воздушного потока в роторно-вихревом аппарате, приведенные в таблице 4.7.

Таблица 4.7 - Технологические параметры воздушного потока в роторно-вихревом аппарате

3

Рабочие скорости аэроплатформы Технологические параметры

В Диаметр, м м Масса, кг V Объем, м V вязкость воздуха Рм плотность материала Рв плотность воздуха ьу-р критерий Лященко Аг Критерий Архимеда Скорость воздушного потока, м/с

Скорост ь витания, м/с 5,0110-12 0.00018 6.573 • 10-5 1.56 • 10-5 286 1,18 40 1916,6 4 0,72

Скорост ь уноса, м/с 5,0110-12 0.00018 6.573 • 10-5 1.56 • 10-5 286 1,18 1 1916,6 4 2,46

Результаты исследований полученных технологических параметров показали, что скорость движения воздушного потока в роторно-вихревом

4.2.2 Оптимизация технологических параметров роторно-вихревого аппарата для работы с заданной скоростью движения

воздушного потока

Для оптимизации технологического процесса измельчения ягоды брусники в роторно-вихревом аппарате исследовалось изменение скорости движения воздушного потока в вихревой камере, которую определяли по плану двухфакторного эксперимента второго порядка. Уровни варьирования и результаты исследований зависимости скорости воздуха приведены в таблице 4.8. При исследовании скорости движения воздушного потока варьировались два независимых параметра эксперимента (Х1- длина верхнего режущего ножа, Х2- высота подъема лопатки аэроплатформы).

Таблица 4.8 - Уровни варьирования и результаты исследований зависимости скорости движения воздушного потока _

Х1 Х1 Х2 Х2 У1

Уровень Длина Уровень Высота подъема Скорость

режущего лопатки движения

ножа, мм аэроплатформы, мм воздушного потока, м/с

-1 64 -1 5 0,92

0 84 -1 5 0,87

+1 104 -1 5 0,7

-1 64 0 10 1,92

0 84 0 10 1,83

+1 104 0 10 1,56

-1 64 +1 15 2,5

0 84 +1 15 2,34

+1 104 +1 15 1,85

При математической обработке экспериментальных данных получены

результаты регрессионного анализа, приведенные в таблице 4.9.

Таблица 4.9 -Результаты дисперсионного и регрессионного анализа

Показатель Сумма квадратов Степень свободы F-отношение Уровень значимости (р-значение)

A:X1 1539,2 1 19,12 0,04

B:X2 18139,0 1 225,34 0,8-10"3

AA 174,845 1 2,17 0,04

AB 647,702 1 8,05 0,01

BB 285,605 1 3,55 0,4 40-2

При статистическом анализе данных эксперимента было получено уравнение регрессии, которое имеет следующий вид:

У! = -2.4142 + 0. 0446 • х± + 4.223 • х2 - 0. 0003 • х^ -- 0. 0108 • ххх2-0.96 х^ (4.3)

Статистическая значимость коэффициентов в уравнении (4.3) составляет от p <0,0008 до p <0,04 , коэффициент детерминации R2 = 0,998 и стандартной ошибки =0,4.

Поверхность отклика скорости движения воздушного для уравнения (рис. 4.1)

Рисунок 4.9 - Зависимость скорости движения воздушного потока (У1) от длины ножа (Х1) и подъема аэроплатформа(Х2)

Максимум скорости движения воздушного потока (2,5 м/с) лежит в области значений длины режущего ножа 64 мм и высоты подъёма аэроплатформы 15 мм.

В пределах полученных данных проведенного исследования скорость движения воздушного потока соответствует скорости полученной расчетным путем по известным формулам.

4.3 Оптимизация технологических параметров работы роторно-

вихревого аппарата

4.3.1 Статистический анализ влияния технологических параметров

на степень измельчения

На основании выполненных экспериментальных исследований по оптимизации технологических параметров работы роторно-вихревого

аппарата была проведена математическая обработка полученных результатов, приведенных в таблице 4.10.

Таблица 4.10 - Результаты исследований зависимости степени

измельчения

Уровень Длина верхнего режущего ножа, х1 ,мм (N1 К Л н е в о р Влажность сырья, х2, % го к Л н е в о р Высота подъема лопатки аэроплатформы, х3, мм Степень измельчения, у

-1 64 -1 9 -1 5 13.8

0 84 -1 9 -1 5 15.09

1 104 -1 9 -1 5 15.23

-1 64 0 11 -1 5 13.69

84 0 11 -1 5 15.078

1 104 0 11 -1 5 15.02

-1 64 1 13 -1 5 13.593

84 1 13 -1 5 15.051

1 104 1 13 -1 5 15.018

-1 64 -1 9 0 10 14.16

84 -1 9 0 10 15.702

1 104 -1 9 0 10 16.08

-1 64 0 11 0 10 14.02

84 0 11 0 10 15.087

1 104 0 11 0 10 16.05

-1 64 1 13 0 10 13.96

84 1 13 0 10 15.012

1 104 1 13 0 10 15.98

-1 64 -1 9 1 15 14.1

84 -1 9 1 15 14.709

1 104 -1 9 1 15 15.713

-1 64 0 11 1 15 13.923

84 0 11 1 15 14.663

1 104 0 11 1 15 15.7

-1 64 1 13 1 15 13.903

0 84 1 13 1 15 14.601

1 104 1 13 1 15 15.634

В результате регрессионного анализа экспериментальных данных получены уровни значимости переменных факторов на параметр оптимизации, представленные в таблице 4.11.

Таблица 4.11 - Результаты анализа значимости факторов эксперимента

Показатель Уровень значимости (р-значение)

У- пересечение 0,05

Длина режущего ножа, Х1 0,01

Влажность сырья, Х2 0,55

Высота подъема лопатки аэроплатформы, Х3 0,04

ХГХ1 0,03

Х1 ^Х2 0,81

Х1 Х3 0,29

Х2-Х2 0,65

Х2 Х3 0,93

Хз Хз 0,9-10_3

Значимое влияние на степень измельчения получаемого порошка оказали длина режущего ножа и высота подъема лопатки аэроплатформы.

Учитывая статистические значимые показатели была проведена повторная обработка с получением коэффициентов регрессии (табл.4.12) и получен коэффициент детерминации Я2 = 0,912.

Таблица 4.12 - Результаты регрессионного анализа

Показатель Коэффициент регрессии Уровень значимости (р-значение)

У- пересечение 5,5534 5-10-3

Длина режущего ножа, Х1 0,1454 240-3

Высота подъема лопатки аэроплатформы, Хз 3,5244 0,3-10-3

ХГХ1 -0,0006 0,03

Х3 Х3 -1,6858 0,4-10-3

С помощью анализа экспериментальных данных и используя коэффициенты регрессии получено следующее уравнение регрессии:

У! = 5,5534 + 0,1454-Х! + 3,5244 х3 - 0,0006-х^ - 1,6858 х32 (4.4)

Взаимодействия между факторами представлены на графиках поверхности отклика, приведенных на рисунке 4.10.

"Т

Рисунок 4.10 - Зависимость степени измельчения (у1 )от длины режущего ножа (х1 ) и высоты подъема лопатки аэроплатформы (х3)

Графические зависимости показывают, что с увеличением длины режущего ножа и высоты подъема аэроплатформы увеличивается степень измельчения, достигая пика на уровне 0,76 для , -0,17 для х2.

4.3.2 Статистический анализ влияния технологических параметров на длительность измельчения

Результаты исследований зависимости длительности измельчения 100 г ягоды представлены в табл. 4.13.

Таблица 4.13 - Уровни варьирования и результаты исследований

зависимости длительности измельчения 100 г ягоды

Уровень хг Длина верхнего режущего ножа, хг ,мм (N1 * Л н е в о £ Влажность сырья, х2, % го * Л н е в о £ Высота подъема лопатки аэроплатформы , х3, мм Длительность измельчения 100 г, у

-1 64 -1 9 -1 5 3.15

0 84 -1 9 -1 5 2.8

1 104 -1 9 -1 5 1.9

-1 64 0 11 -1 5 3.25

84 0 11 -1 5 3.01

1 104 0 11 -1 5 2.93

-1 64 1 13 -1 5 3.46

84 1 13 -1 5 3.17

1 104 1 13 -1 5 3.15

-1 64 -1 9 0 10 3.02

84 -1 9 0 10 2.1

1 104 -1 9 0 10 1.89

-1 64 0 11 0 10 3.11

84 0 11 0 10 2.75

1 104 0 11 0 10 2.65

-1 64 1 13 0 10 3.3

84 1 13 0 10 2.81

1 104 1 13 0 10 2.79

-1 64 -1 9 1 15 2.99

84 -1 9 1 15 2.02

1 104 -1 9 1 15 1.8

-1 64 0 11 1 15 3.1

84 0 11 1 15 2.7

1 104 0 11 1 15 2.6

-1 64 1 13 1 15 3.2

0 84 1 13 1 15 2.8

1 104 1 13 1 15 2.7

В результате регрессионного анализа экспериментальных данных получены уровни значимости переменных факторов на параметр оптимизации, представленные в таблице 4.14.

Таблица 4.14 - Результаты анализа значимости факторов эксперимента

Показатель Уровень значимости (р-значение)

У- пересечение 0,04

Длина режущего ножа, Х1 0,09 •Ю-3

Влажность сырья, Х2 0,04

Высота подъема лопатки аэроплатформы, Х3 0,02

ХГХ1 0,018

Х1 -Х2 0,1-10-3

Х1 Х3 0,55

Х2-Х2 9-10-3

Х2 Х3 0,94

Х3 Х3 0,8

Значимое влияние на степень измельчения получаемого порошка оказали длина режущего ножа и высота подъема лопатки аэроплатформы.

Учитывая статистические значимые показатели была проведена повторная обработка с получением коэффициентов регрессии (табл.4.15) и получен коэффициент детерминации Я2 = 0,921.

Таблица 4.15 - Результаты регрессионного анализа

Показатель Коэффициент регрессии Уровень значимости (р-значение)

1 2 3

У- пересечение 4,4735 0,05

Длина режущего ножа, Х1 -0,131 0,1-10-3

Влажность сырья, Х2 0,7274 0,05

Продолжение таблицы 4.15

1 2 3

Высота подъема лопатки аэроплатформы, Х3 -0,3233 0,1-10-3

Х1-Х1 0,0004 0,02

Х1-Х2 0,0047 0,2-10-3

Х2 -Х2 -0,0438 9-10-3

С помощью анализа экспериментальных данных и используя коэффициенты регрессии получено следующее уравнение регрессии:

у2 = 4,4735 - 0,131 x1 + 0,7274 x2 - 0,3233 х3 + 0,0004-х^ + + 0,0047х1х2- 0,0438 х22 (4.5)

Рисунок 4.11 - Зависимость длительности измельчения (у2)от длины режущего ножа (х1 ), влажности сырья(х2 ) и высоты подъема лопатки

аэроплатформы (х3)

Графические зависимости показывают, что с увеличением длины режущего ножа и высоты подъема аэроплатформы уменьшается длительность измельчения, достигая пика на уровне -1 для хг и х3. С увеличением влажности сырья показатель длительность измельчения увеличивается и оптимальное значение находится на уровне -0,85 для х2.

4.3.3 Статистический анализ влияния технологических параметров на влажность готового порошка по окончанию процесса измельчения

Результаты исследований зависимости длительности измельчения 100 г ягоды представлены в табл. 4.16.

Таблица 4.16 - Результаты исследований зависимости влажности

готового порошка по окончанию процесса измельчения

Уровень ХХ Длина верхнего режущего ножа, Хг ,мм 2 Х Л н е в о £ Влажность сырья, Х2, % го Х Л н е в о £ Высота подъема лопатки аэроплатформы, Х , мм Изменение влажности, %

1 2 3 4 5 6 7

-1 64 -1 9 -1 5 1.1

84 -1 9 -1 5 0.73

1 104 -1 9 -1 5 0.86

-1 64 0 11 -1 5 0.73

84 0 11 -1 5 0.29

1 104 0 11 -1 5 0.34

-1 64 1 13 -1 5 0.32

84 1 13 -1 5 0.18

1 104 1 13 -1 5 0.18