Наукове обґрунтування вибору раціональних конструктивно-технологічних параметрів процесів і обладнання харчових та фармацевтичних виробництв - Автореферат

Оскільки переважна більшість сировинних матеріалів є висококонцентрованими дисперсними системами, то особливе місце серед процесів їх перероблення займають технології за участю твердих фаз, що здійснюються, як правило, з використанням обладнання із зовнішнім підведенням енергії: - змішування, подрібнювання, екструзії, транспортування, ущільнення, формування, гранулювання, диспергування і т. п. Для ефективного проведення відповідних технологічних операцій необхідно забезпечити раціональну конструкцію робочих органів і режимів оброблення дисперсних матеріалів (ДМ), тобто на етапі проектування обрати необхідні конструктивно-технологічних параметри. У якості наукової основи проведення проектувальних робіт доцільно використовувати теоретичні методи дослідження, які основані на модельному описуванні подібних процесів у формі нелінійних просторово-нестаціонарних крайових задачі математичної фізики, що дозволяє врахувати конструктивні параметри обладнання, технологічні характеристики процесів та структурно-механічні властивості сировини у реальному масштабі часу. Це обумовлює актуальність подальшого розвитку методів математичного моделювання нерівноважних процесів деформування ДМ, які дозволять науково обґрунтувати визначення раціональних конструктивних параметрів елементів обладнання, а також енергоожадні режими оброблення сировини, що забезпечують необхідну якість готової продукції. Робота виконувалась у Національному університеті харчових технологій відповідно до плану держбюджетних науково-дослідних робіт НУХТ протягом 1993-2005 рр. у межах наукового напрямку «Розробка наукових основ тепломасообмінних та інших робочих процесів харчових виробництв, з метою створення нового високоефективного обладнання, засобів механізації та автоматизації для харчових та переробних галузей АПК» (код виду н/т діяльності 1.216 за КВНТД), а також згідно основних наукових напрямів та найважливіших проблем фундаментальних досліджень у галузі природничих, технічних і гуманітарних наук на 2009-2013 роки (1.2.1., 1.2.3.) (Наказ МОН України, НАН України №1066/609 від 26.11.09 року).Мета і завдання досліджень полягають у розробленні нових теоретичних методів дослідження тепломассобмінних процесів у дисперсних системах з врахуванням реальних конструктивно-технологічних та просторово-часових параметрів їх перероблення, а також створенні на їх основі математичного забезпечення для інформаційних технологій проектування процесів та обладнання харчових та фармацевтичних виробництв. Проаналізувати та узагальнити методи дослідження закономірностей процесів тепломасопереносу, деформування та формозмінення дисперсних волого-насичених матеріалів в умовах термосилового навантаження. На основі проекційно - сіткових методів: методів скінчених елементів (МСЕ) та скінчених різниць (МСР) розробити математичні моделі процесів та обладнання з перероблення дисперсних харчових матеріалів, а саме пресування, гранулювання та формування екструзією; оброблення у шнекових пристроях; профілювання валковими пристроями; подрібнення у вовчках; теплового та напружено-деформованого стану окремих елементів конструкцій та ін. Розробити узагальнений методологічний підхід до створення інформаційних технологій проектування (ІТП) машин і апаратів з перероблення дисперсних харчових матеріалів. Застосувати розроблені методологічні здобутки (методи, алгоритми, програмне забезпечення) для виконання проектних розрахунків процесів та обладнання харчових та фармацевтичних виробництв.Ці параметри умовно розділені на три групи: 1) конструктивні (геометричні форми робочих органів, матриць, фільєр та ін.); 2) технологічні (схеми процесів; взаємозвязок властивостей заготовок і готових виробів, кінетика фазового складу матеріалів в умовах неусталеної течії ДМ; зусилля, що діють на робочі органи машин; продуктивність та ін.); 3) структурно-механічні (обємні місткості складових фаз; дифузійні, реологічні модулі; дисперсність компонентів; волого поглинальна здатність та ін.). Зясування на мікроскопічному рівні закономірностей і механізмів процесів утворення дисперсних систем, процесів їх деформації і руйнування, зясування ролі молекулярно-поверхневих явищ у відповідних системах протягом конкретних технологічних процесів разом з відповідними модельними уявленнями, що запропоновані в роботах Штерна М.Б. та його учнів дає підґрунтя для формулювання визначальних співвідношень, що описують процеси ущільнення дисперсних систем з врахуванням ефектів зміни концентрацій фаз. Для описання механічної поведінки таких матеріалів необхідно використовувати поняття напружень, деформацій, щільності, а також швидкості зміни цих параметрів. Для визначення напруженого стану незалежно від обраної системи координат повни напруження ?t у ПЕ дисперсної суміші визначаються суперпозицією напружень у твердій фазі ? та гідростатичного тиску у рідинному дисперсійному середовищі Р (тиск у порах): , (2) а також по аналогії з механікою волого насичених ґрунтів «ефективними» (або «фіктивними»)) напруженнями: . Для таких мат

Основний зміст роботи