ТОШКЕНТ КИМЁ ТЕХНОЛОГИЯ ИНСТИТУТИ...
TRANSCRIPT
1
ТОШКЕНТ КИМЁ-ТЕХНОЛОГИЯ ИНСТИТУТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ DSc.27.06.2017.Т.04.01 РАҚАМЛИ
ИЛМИЙ КЕНГАШ АСОСИДАГИ БИР МАРТАЛИК ИЛМИЙ КЕНГАШ
ТОШКЕНТ КИМЁ-ТЕХНОЛОГИЯ ИНСТИТУТИ
АБДУЛЛАЕВ АЛИШЕР ШОНАЗАРОВИЧ
ИЛДИЗ- ВА ТУГУНАКМЕВАЛАРДАН КУКУН ОЛИШ ЭНЕРГЕТИК САМАРАДОР ТЕХНОЛОГИЯСИНИ ИШЛАБ ЧИҚИШ
02.00.16– Кимё технологияси ва озиқ-овқат ишлаб чиқариш жараёнлари ва аппаратлари (техника фанлари)
ТЕХНИКА ФАНЛАРИ ДОКТОРИ (DSc) ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2018
2
УДК 631.362.3-66.047.7
Докторлик диссертацияси (DSc) автореферати мундарижаси
Оглавление автореферата докторской диссертации
Contents of dissertation abstract of doctoral dissertation
Абдуллаев Алишер Шоназарович Илдиз- ва тугунакмевалардан кукун олиш энергетик самарадор технологиясини ишлаб чиқиш ...............................................................................................................3 Абдуллаев Алишер Шоназарович Разработка энергетически эффективной технологии получения порошка из корне- и клубнеплодов..................…………………………………………………29 Abdullaev Alisher Shonazarovich Development of an energy effective technology of producing powder from root and tuber crops…..…………….........................................................................................53
Эълон қилинган ишлар рўйхати Список опубликованных работ List of published works..............................................................................................57
3
ТОШКЕНТ КИМЁ-ТЕХНОЛОГИЯ ИНСТИТУТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ DSc.27.06.2017.Т.04.01 РАҚАМЛИ
ИЛМИЙ КЕНГАШ АСОСИДАГИ БИР МАРТАЛИК ИЛМИЙ КЕНГАШ
ТОШКЕНТ КИМЁ-ТЕХНОЛОГИЯ ИНСТИТУТИ
АБДУЛЛАЕВ АЛИШЕР ШОНАЗАРОВИЧ
ИЛДИЗ- ВА ТУГУНАКМЕВАЛАРДАН КУКУН ОЛИШ ЭНЕРГЕТИК САМАРАДОР ТЕХНОЛОГИЯСИНИ ИШЛАБ ЧИҚИШ
02.00.16– Кимё технологияси ва озиқ-овқат ишлаб чиқариш жараёнлари ва аппаратлари (техника фанлари)
ТЕХНИКА ФАНЛАРИ ДОКТОРИ (DSc) ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2018
4
Фан доктори (DSc) диссертацияси мавзуси Ўзбекистон Республикаси Вазирлар Маҳкамаси ҳузуридаги Олий аттестация комиссиясида В2018.4.DSc /T83 рақам билан рўйхатга олинган.
Диссертация Тошкент кимё-технология институтида бажарилган.
Диссертация автореферати учта тилда (ўзбек, рус, инглиз (резюме)) Илмий кенгаш веб-саҳифасида www.tkti.uz ва «ZiyoNET» ахборот-таълим порталида www.ziyonet.uz жойлаштирилган.
Илмий маслаҳатчи: Нурмухамедов Хабибулла Сагдуллаевич техника фанлари доктори, профессор
Расмий оппонентлар: Юсупбеков Нодирбек Рустамбекович ЎзР ФА акад., техника фанлари доктори, профессор
Бахронов Хошимжон Шойимович техника фанлари доктори, профессор
Артиков Аскар Артикович техника фанлари доктори, профессор
Етакчи ташкилот: «Ўзбеккимёмаш заводи» АЖ
Диссертация ҳимояси Тошкент кимё-технология институти ҳузуридаги DSc.27.06.2017.Т.04.01 рақамли Илмий кенгаш асосидаги бир марталик Илмий кенгашнинг 2018 йил «____» ноябр куни соат ____ даги мажлисида бўлиб ўтади. (Манзил: 100011, Тошкент шаҳар, Шайхонтоҳур тумани, А.Навоий кўч., 32. Тел.: (99871) 244-79-20, факс: (99871) 244-79-17, e-mail: [email protected].
Диссертация билан Тошкент кимё-технология институтининг Ахборот-ресурс марказида танишиш мумкин (____рақам билан рўйҳатга олинган). (Манзил: 100011, Тошкент шаҳар Шайхонтоҳур тумани, А.Навоий кўч., 32. Тел.: (99871) 244-79-20).
Диссертация автореферати 2018 йил «___» ноябрда тарқатилди. (2018 йил «_____» ноябрдаги ___ рақамли реестр баённомаси).
С.М.Туробжонов Илмий даражалар берувчи илмий кенгаш раиси
т.ф.д., профессор
А.С. Ибодуллаев Илмий даражалар берувчи илмий кенгаш котиби
т.ф.д., профессор
К.О. Додаев Илмий даражалар берувчи илмий кенгаш
қошидаги илмий семинар раиси т.ф.д., профессор
5
КИРИШ (фан доктори (DSc) диссертациясининг аннотацияси).
Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурлиги. Бугунги кунда илдиз- ва тугунакмевалардан кукун олиш мақсадида қайта ишлаш дунё миқёсида 29-33% ташкил этади. Уларга озиқ-овқат саноатида эхтиёж кундан-кунга ошиб, улардан пархезбоб, одам организмига керакли бўлган витаминларга бой маҳсулотлар олиш кенгаймоқда. Шу муносабат билан ярим тайёр ва тайёр маҳсулотлар олиш учун илдиз- ва тугунакмеваларни қайта ишлаш бўйича интенсив жараёнлар ва қурилмалар ўз ичига олган янги самарали технологияларни ишлаб чиқиш муҳим вазифалардан биридир.
Бугунги кунда жаҳонда илдиз- ва тугунакмевалардан кимё ва озиқ-овқат саноати учун уларни кимёвий ва биологик хоссаларини сақлаган холда хомашё олиш технологияларининг илмий асосини яратиш, уларни сув ва энергетик сарфини камайтирган ҳолда тозалаш, ювиш ва майдалашнинг усуллари ва қурилмаларини иновацион ишланмалар асосида такомиллаштириш, интенсив усуллар ва қурилмалардан фойдаланган ҳолда илдиз- ва тугунакмеваларда озиқ-овқат кукунлари ва ярим тайёр маҳсулотлар олиш бўйича чиқиндисиз технологияларни ва ускуналарни яратишнинг илмий асосларини ишлаб чиқиш борасида илмий тадқиқот ишлари олиб борилмоқда.
Мамлакатимизда сўнги йилларда илдиз- ва тугунакмеваларни қайта ишлаш технологиялари сифатини истеъмол меъёрларига мос даражагача етказишга, улардаги жараёнлар ҳамда тозалаш ва майдалашга мўлжалланган қурилмаларнинг унумдорлиги ва самарадорлигини оширишда салмоқли натижаларга эришилди. Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш бўйича Ҳаракатлар стратегиясида «юқори технологияли қайта ишлаш тармоқларини, энг аввало, маҳаллий хомашё ресурсларини чуқур қайта ишлаш асосида юқори қўшимча қийматли тайёр маҳсулот ишлаб чиқаришни жадал ривожлантиришга қаратилган сифат жиҳатидан янги босқичга ўтказиш орқали саноатни янада модернизация ва диверсификация қилиш»1 вазифалари белгилаб берилган. Бу борада, жумладан, озиқ-овқат саноатида илдиз- ва тугунакмеваларни қайта ишлаш технологиясида хомашёдан самарали фойдаланиб, ишлаб чиқарилаётган маҳсулотларни биологик қийматини сақлаб қолган ҳолда, тежамкор жараён ва қурилмаларни яратишга йўналтирилган тадқиқотлар алоҳида аҳамият касб этади.
Ўзбекистон Республикаси Президентининг «Ўзбекистон Республикасида мева-сабзавотчиликни жадал ривожлантиришга доир қўшимча чора-тадбирлар тўғрисида» 2018 йил 29 мартдаги ПФ-5388-сон, «Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш бўйича ҳаракатлар стратегияси тўғрисида» 2017 йил 7 февралдаги ПФ-4947-сон, «2017-2018 йилларда мева-сабзавот маҳсулотларини сақлаш ва чуқур қайта ишлаш қувватларини ташкил этишни ривожлантириш бўйича қўшимча чора тадбирлар тўғрисида» 2017 йил 6 январдаги ПҚ-2716-сон қарор ва фармонлари, Вазирлар Маҳкамасининг «Илмий-инновацион ишланма ва технологияларни ишлаб чиқаришга тадбиқ
1 Ўзбекистон Республикаси Президентининг «Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш бўйича ҳаракатлар стратегияси тўғрисида» 2017 йил 7 февралдаги ПФ-4947-сон фармони
6
этишнинг самарали механизмларини яратиш чора- тадбирлари тўғрисида» 2018 йил 12 январдаги 24-сон қарори ҳамда мазкур фаолиятга тегишли бошқа меъёрий-ҳуқуқий ҳужжатлардаги вазифаларни бажаришга хизмат қилади.
Тадқиқотнинг республика фан ва технологияларини ривожланиши-нинг устувор йўналишларига мослиги. Мазкур тадқиқот Республика фан ва технологияларни ривожлантиришнинг VII. «Кимё технологиялари ва нанотех-нологиялар» устувор йўналишига мувофиқ бажарилган.
Диссертация мавзуси бўйича хорижий илмий тадқиқотлар шарҳи. Илдизмевалардан озиқ-овқат ярим тайёр маҳсулотлари ишлаб чиқариш бўйича самарали технологияларни такомиллаштиришга қаратилган илмий изланишлар дунёнинг етакчи илмий марказлари ва олий таълим муассасаларида, жумладан, Swedish Institute of food and biotechnology (Швеция), Canadian Institute of food science and technology (Канада), Кемерово озиқ-овқат маҳсулотлар технологиялари институти, Москва озиқ-овқат ишлаб чиқариш давлат университети, Мичуринск давлат аграр университети, Воронеж давлат технология академияси, Воронеж муҳандислик технологиялари давлат университети, Красноярск давлат аграр университети (Россия), Украина давлат кимё-технология университети (Украина), Белоруссия давлат аграр-техник университети (Белоруссия), Тошкент давлат техника университетида ва Тошкент кимё-технология институтида (Ўзбекистон) олиб борилмоқда.
Илдизмевалардан озиқ-овқат ярим тайёр маҳсулотлари ишлаб чиқариш учун технология ва машиналарни такомиллаштириш бўйича олиб борилган тадқиқотлар натижасида қатор илмий натижалар олинган, жумладан, тайёр ва ярим тайёр маҳсулотлар ишлаб чиқариш технологияси яратилган (Swedish Institute of food and biotechnology, Швеция), пюре олиш технологияси ишлаб чиқилган (Canadian Institute of food science and technology, Канада), пюресимон концентратларни ишлаб чиқариш учун линия ва узлуксиз ишлайдиган комбинациялашган қурилма ишлаб чиқилган (Воронеж давлат технологик академияси), пюре олиш усуллари, пюре тайёрлаш учун маҳсулотлар тайёрлаш технологияси яратилган («Озиқ-овқат илмий тадқиқот институти», Красноярск давлат аграр университети), озиқ-овқат хомашёсини сувсизлантириш учун грохот яратилган (Геотехник механика институти, Украина) ва илдизмевалардан кукун олиш энергетик самарадор технологияси ишлаб чиқилган (Тошкент кимё-технология институти, Ўзбекистон).
Дунёда илдиз- ва тугунакмеваларни қайта ишлаш ва улардан кукун ишлаб чиқариш бўйича қатор, жумладан, қуйидаги устувор йўналишларда тадқиқотлар олиб борилмоқда: технология ва машиналар, илдизмеваларни тозалаш ва майдалаш, уларнинг кимёвий, физик-механик хоссаларини сақлаш, жараён режим параметрларини ҳисобга олувчи дастурлар, хомашё йўқотилишини камайтириш, сувни тежайдиган технологиялар, энергетик ва металл сарфи бўйича тежамкор машиналарнинг янги авлодини яратиш.
Муаммонинг ўрганилганлик даражаси. Қишлоқ хўжалиги хомашёсини тозалаш ва ундан пюре, озиқ-овқат кукунларини олиш технологиясини ишлаб чиқиш ҳамда бу борадаги жараёнлар бўйича А.С.Гинзбург, С.П.Муштаев, М.Г.Магомедов, Г.Флейсснер, О.Кришер, А.Синг, Б.Дмитриев, А.В.Ковалев,
7
Э.Бэр, З.В.Геллер, П.Розин, Х.Клингер, Г.Клейн, Д.Банкроф, В.Массони, Р.Дин, Г.Кросс, В.Роджерс, А.Н.Остриков, В.В.Красников, В.М.Кравченко, И.Кретов, Ю.А.Михайлов, Н.Р.Юсупбеков, А.А.Артиков, К.О.Додаев, Ш.М.Маматов ва бошқалар илмий тадқиқот ишлари олиб боришган.
Улар томонидан уч ва икки фазали мавҳум қайнаш системали қурилмаларни математик ва физик моделлаштириш муаммоларини ҳал қилиш, озиқ-овқат саноати учун биологик қўшимчалар билан бойитилган юқори сифатли озиқ-овқат ярим тайёр маҳсулотларини олиш ускуналари, технологик жараёнлари ишлаб чиқилган.
Шу билан бирга тугунак- ва илдизмевалардан озиқ-овқат маҳсулотлари ва ярим тайёр маҳсулотларини олишда энергия ва хомашёни кам сарфлаган ҳолда турли жинсли аралашмаларни тозалаш, ажратиш, пюре олиш, қумоқ материалларни майдалаш; кейинчалик озиқ-овқат кукунларини ишлаб чиқариш; интенсив усуллар ва самарали қурилмалар яратиш бўйича илмий тадқиқот ишлари олиб борилмоқда.
Диссертация мавзусининг диссертация бажарилган олий таълим муассасасининг илмий-тадқиқот ишлари билан боғлиқлиги. Диссертация тадқиқоти Тошкент кимё-технология институти илмий тадқиқот ишлари режасининг ПЗ-20170929273 «Илдиз- ва тугунакмеваларини қайта ишлаб озиқ-овқат кукуни ва толаларини олишнинг чиқиндисиз, юқори самарадор технологиясини яратиш» (2018-2020 й.й.) амалий лойиҳаси, Тошкент кимё-технология институти ва «To’raqorg’on Shirinlik Аgro» ЧК МЧЖ ўртасидаги 2017 йил 31 мартадаги «Илдизмевалардан озиқ-овқат кукунини олиш энергетик самарадор технологиясини ишлаб чиқиш» (2017-2018 й.й.) хўжалик шартномаси доирасида амалга оширилган.
Тадқиқотнинг мақсади илдиз- ва тугунакмевалардан кукун олиш энергетик самарадор технологиясини ишлаб чиқишдан иборат.
Тадқиқотнинг вазифалари: илдиз ва тугунакмеваларни хоссалари ва технологик жараёнлар: тозалаш,
турли жинсли аралашмани ажратиш, тозалаш ва пюре олишда хомашёнинг намсизланишини, ҳамда қумоқ материалларни майдалашга таъсирини аниқлаш;
илдиз- ва тугунакмеваларни қайта ишлашда тозалаш, ажратиш, пюре олиш ва майдалаш жараёнларини жадаллаштиришни аниқлаш;
тозалаш, ажратиш, пюре олиш, намсизлантириш, майдалаш бўйича тажриба маълумотлари асосида ҳисоблаш тенгламаларини яратиш;
босимни бир зумда тушириш усулида тозалаш ва пюре олиш, уч фазали мавҳум қайнаш қатламли қурилмасида турли жинсли аралашмаларни ажратиш ва тезкор усулда қумоқ материалларни майдалаш жараёнларининг параметрларини аниқлаш;
кечаётган ҳодисалар механизмини очиб берувчи тадқиқ этилаётган жараёнларнинг физик моделларини ишлаб чиқиш;
илдизмевалардан озиқ-овқат саноати учун кукунлари олиш технологияси қурилмалари ҳисоблаш муҳандислик усулларини яратиш;
босимни бир зумда тушириш мосламаси, уч фазали мавҳум қайнаш қатлами қурилмаси ва майдалагич ускунасини яратиш;
8
илдиз- ва тугунакмевалардан озиқ-овқат кукунлари олишнинг ноанъанавий технологиясини яратиш.
Тадқиқотнинг объекти мева ва тугунакмевалар, уларни тозалашдан сўнг ҳосил бўладиган «ядро+пўстлоқ» кўринишидаги аралашмалар, тозаланган хом мева ва қуритишдан сўнг ҳосил бўладиган пюре қумоқлари.
Тадқиқотнинг предмети илдиз ва тугунакмеваларни тозалаш ва пюре олиш учун босимни бир зумда туширишдан, «ядро-пўстлоқ» турли жинсли аралашмани ажратиш учун уч фазали мавҳум қайнаш қатламидан фойдаланиш, қумоқ материалларни майдалаш, қурилмаларни ҳисоблашнинг муҳандислик услубларини, самарали технологияларни яратиш ҳисобланади.
Тадқиқот усуллари. Диссертация ишида суюқлик ва газ сарфи, босим, иссиқлик элткичлар температураси, намлик, масса, қаттиқ жисмлар чизиқли ўлчамлари ва гранулометрик таркибини ўлчашнинг анъанавий усуллари қўлланилди, ҳамда тадқиқот натижаларни қайта ишлаш ва умумлаштиришда суюқлик ва газлар гидродинамикаси, сочилувчан материаллар механикасининг асосий қонун ва формулалардан фойдаланиб, тажриба тадқиқотлар натижаларининг ҳисоби ва график талқини MS Word, MS Excel дастурлари тўпламидан фойдаланилган.
Тадқиқотнинг илмий янгилиги қуйидагилардан иборат: илдиз- ва тугунакмевалардан босимни бир зумда тушириш усули билан
тозалаш ва пюре олишда сув буғи энергияси икки функцияни (тозалаш ёки майдалаш; намсизланишни амалга ошириш) бажариши исботланган;
босимни бир зумда туширишдан фойдаланган ҳолда тозалаш ва пюре олиш, «қаттиқ жисм–қаттиқ жисм» турли жинсли аралашмани ажратиш ва қумоқ материалларни майдалашнинг бошланғич хоссалари ва режим параметрлари аниқланган;
яратилган усулда тозалаш жараёни 20% гача, қаттиқ аралашмани ажратиш жараёни 1,25 баробар, пюре олиш жараёни 4-5 баробар ва майдалаш жараёни 70% жадаллашиши исботланган;
босимни бир зумда тушириш усули билан деформация бўладиган материалларни тозалаш самарадорлигини, «қаттиқ жисм–қаттиқ жисм» тизимида ажратиш гидродинамикаси, илдиз меванинг тозаланган ядроси пюресини олиш ва намсизланиш, қумоқ материалларни майдалаш даражасини аниқлаш тенгламалари яратилган;
илдизмеваларни тозалаш учун босимни бир зумда тушириш, турли жинсли қаттиқ аралашмаларни ажратиш, уч фазали мавҳум қайнаш қатламли, ҳамда тозаланган ва илдизмева хом ядросидан пюре олиш қурилмаларини ҳисоблашнинг муҳандислик услублари ишлаб чиқилган;
босимни бир зумда тушириш усулида фойдаланган ҳолда тозалаш ва пюре олиш, уч фазали мавҳум қайнаш қатламли қурилмада қаттиқ аралашмаларни ажратиш ва тезкор майдалашнинг ноанъанавий усули ва қурилмаси ишлаб чиқилган;
тозалаш ва пюре олиш учун босимни бир зумда тушириш усулидан, деформация бўладиган объектларни ажратиш ва тезкор майдалаш учун
9
уч фазали мавҳум қайнаш қатламли қурилмадан фойдаланган ҳолда, илдиз- ва тугунакмевалардан озиқ-овқат кукунларини олиш технологияси яратилган.
Тадқиқотнинг амалий натижалари қуйидагилардан иборат: босимни бир зумда тушириш усулида тозалаш ва пюре олиш, уч фазали
мавҳум қайнаш қатламли қурилмасида турли жинсли аралашмаларни ажратиш ва тезкор усулда қумоқ материалларни майдалаш жараёнларининг параметрлари ишлаб чиқилган;
илдиз мевалардан озиқ-овқат саноати учун кукунлар олиш технологияси қурилмалари кўрсаткичлари ҳисоблаш муҳандислик усулларини яратилган;
босимни бир зумда тушириш мосламаси, уч фазали мавҳум қайнаш қатлами қурилмаси ва майдалагич ускунасини ишлаб чиқилган;
илдиз ва тугунакмевалардан озиқ-овқат кукунлари олишнинг ноанъанавий технологияси яратилган.
Тадқиқот натижаларининг ишончлилиги термодинамика, назарий механиканинг фундаментал қонунларидан, гидродинамика, ҳамда иссиқлик ва масса алмашиниш назариясининг классик қоидалари, материалларнинг парчаланиш механикаси ва материаллар қаршилиги назариясининг қонунлари, қайта ишлаш объектларини қиздиришда иссиқлик ва масса алмашиниш қонунларидан фойдаланилганлиги, жараёнларнинг мос физик моделлари ва ҳисоблаш алгоритмлари мавжудлиги, тажриба тадқиқотларининг умумий қабул қилинган усуллари, назарий ва тажриба натижаларининг ўзаро мослиги, ярим саноат қурилмаларининг синовлари билан изоҳланади.
Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти. Тадқиқот натижаларининг илмий аҳамияти илдиз ва тугунакмевалардан
озиқ-овқат кукунини олишнинг тозалаш, уч фазали мавхум қайнаш қатламида «қаттиқ жисм–қаттиқ жисм» турли жинсли аралашмаларни ажратиш, пюре олиш, қумоқ материалларни майдалаш жараёнларининг илмий асослари ва жадаллаштириш усулларига таянган энергетик самарадор технологияси ишлаб чиқилганлиги, шунингдек, бир зумда кечадиган гидромеханик, иссиқлик ва масса алмашиниш, механик жараёнлар механизмларини ёритиб берувчи физик моделлар ишлаб чиқилгани билан изоҳланади.
Тадқиқот натижаларининг амалий аҳамияти илдиз- ва тугунакмевалардан озиқ-овқат кукунлари олишнинг энергетик самарадор (энергия ва сув сарфи тежалгани ва тозалашга мўлжалланган босимни бир зумда тушириш қурилмаси, қаттиқ жисмли аралашмани ажратиш учун уч фазали мавҳум қайнаш қатламли классификатори, тозаланган мевадан пюре олиш қурилмаси, ҳамда қумоқ материалларни майдалаш учун турбопарракли қурилма технологиясининг яратилганлиги билан исботланади.
Тадқиқот натижаларининг жорий қилинганлиги. Илдиз- ва тугунакмевалардан кукун олиш энергетик самарадор технологиясини ишлаб чиқиш бўйича олинган илмий натижалар асосида:
қанд лавлаги пюресини олиш усулига Ўзбекистон Республикаси Интеллектуал мулк агентлигининг ихтирога патенти олинган (№IAP 05529, 2018 й.). Натижада илдиз- ва тугунакмевалардан озиқ-овқат пюреси ва қўшимчаларини ишлаб чиқариш имконини берган;
10
топинамбур тугунакини тозалаш усулига Ўзбекистон Республикаси Интеллектуал мулк агентлигининг ихтирога патенти олинган (№IAP 05594, 2018 й.). Натижада топинамбур тугунакини самарали тозалаш имконини берган;
қаттиқ турли жинсли аралашмани фракцияларга ажратиш учун суюқлик мавҳум қайнаш қатламли қурилмасига Ўзбекистон Республикаси Интеллектуал мулк агентлигининг ихтирога патенти олинган (№IAP 20140407 талабнома бўйича, 2018 й.). Натижада қаттиқ турли жинсли аралашмани фракцияларга ажратиш учун суюқлик мавҳум қайнаш қатламли қурилмасини қўллаш имконини берган;
илдиз- ва тугунакмевалардан озиқ-овқат кукунини олиш учун уларни тўлиқ тозалаш, уч фазали мавҳум қайнаш қатламида «қаттиқ жисм–қаттиқ жисм» турли жинсли аралашмаларни ажратиш, қумоқ материалларни майдалаш жараёнларини ўз ичига олган технологиянинг техник шарти «Ўзстандарт» агентлиги томонидан тасдиқланган (Тsh19594976-01:2013). Натижада технологияда 4 та жараённи қисқартириш, хомашё йўқотишларини 8-13% га камайтириш имконини берган;
асептик усулда консерваланган сабзавот пюреларига техник шарт «Ўзстандарт» агентлиги томонидан тасдиқланган (Тs20155874-01:2016). Натижада таклиф этилган технология асосида илдиз- ва тугунакмевалардан саноат миқёсида кимёвий таркиби максимал даражада сақланиб қолинган пюре олиш имконини берган;
илдиз- ва тугунакмеваларни тозалаш ва уч фазали мавҳум қайнаш қатламида «қаттиқ жисм – қаттиқ жисм» аралашмасини ажратишга мўлжалланган қурилмалар «Ўзбеккимёмаш заводи» АЖда амалиётга жорий этилган («Ўзбекозиқовқатхолдинг» холдинг компанияси АЖнинг 24.07.2018 йилдаги АС/05-2-1964-сон маълумотномаси). Натижада илдиз- ва тугунакмеваларни тозалаш жараённи 20-25% интенсивлаш имконини берган;
юқоридаги қайд этилган жараён ва қурилмалар асосида озиқ-овқат саноати учун илдиз ва тугунакмевалардан кукун олиш технологияси «Тo’raqorg’on Shirinlik Agro» ЧК МЧЖда амалиётга жорий этилган («Ўзбекозиқовқат-холдинг» холдинг компанияси АЖнинг 24.07.2018 йилдаги АС/05-2-1964-сон маълумотномаси). Натижада иқтисодий самарадорликни 40-45% га ошириш имконини берган.
Тадқиқот натижаларининг апробацияси. Диссертация ишининг асосий натижалари 23 та халқаро ва 17 та республика илмий конференцияларида маъруза қилинган ва маъқулланган.
Тадқиқот натижаларининг эълон қилиниши. Диссертация мавзуси бўйича 42 та илмий иш эълон қилинган, шулардан 3 та монография, 2 та патент, 1 патентга ижобий хулоса, 2 та дарслик, 1 та ўқув қўлланма, Ўзбекистон Республикаси Олий Аттестация комиссияси томонидан илмий натижаларни чоп этиш тавсия этилган илмий нашрларда 24 та мақола, шундан 12 таси хорижий ва 12 таси республика илмий журналларда нашр этилган.
Диссертациянинг тузилиши ва ҳажми. Диссертация кириш, 7 та боб, хулоса, фойдаланилган адабиётлар рўйхати ва иловалардан иборат. Диссертация ҳажми 200 бетни ташкил этади.
11
ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ
Кириш қисмида ўтказилган тадқиқотларнинг долзарблиги ва зарурати асосланган, тадқиқотнинг мақсади ва вазифалари, объекти ва предмети тавсифланган, ЎзР фан ва технологиялари ривожланишининг устувор йўналишларига мослиги кўрсатилган, тадқиқотнинг илмий янгилиги ва амалий натижалари баён қилинган, олинган натижаларнинг илмий ва амалий аҳамияти очиб берилган, тадқикот натижаларини амалиётга жорий қилиш, нашр этилган ишлар ва диссертация тузилиши бўйича маълумотлар келтирилган.
Диссертациянинг «Озиқ-овқат кукунлари олиш назарияси ва масаласининг бугунги ҳолати таҳлили» деб номланган биринчи бобида қишлоқ хўжалиги хомашёси пўстини тозалаш, пюре олиш мақсадида майдалаш, «қаттиқ жисм–қаттиқ жисм» турли жинсли тизимларни ажратиш учун мўлжалланган усул ва қурилмалар кўриб чиқилган. Қаттиқ жисмларни керакли ўлчамларда майдалаш олинаётган тайёр маҳсулот сифатини белгилаб берувчи омиллардан бири ҳисобланади. Қишлоқ хўжалиги хомашёсининг таркибий қисми бўлган янги жараёнлар ва қурилмалар турли сабаблар туфайли саноатда ўз ўрнини топмади.
Топинамбур, қанд лавлаги ва бошқа илдиз- ва тугунакмеваларни қайта ишлаш технологиясида мавжуд муаммолар таҳлили шуни кўрсатдики, қишлоқ хўжалиги хомашёсини қайта ишлашнинг маълум ва қўлланилаётган технологиялари талабга жавоб бермайди, ҳамда ўз имкониятларининг чўққисига етган. Тозалашнинг энг истиқболли усулларидан бири босимни бир зумда тушириш билан кечадиган буғ-термик ишлов бўлиб, унда хомашё кам йўқотилади ва энг муҳими, тўлиқ тозаланган маҳсулот бутун ва хом бўлади, унинг таркибидаги фойдали компонентлар сақлаб қолинади. Босимни бир зумда тушириш (ББЗТ) эффектини яратишнинг энг афзал манбаи сифатида сув буғидан фойдаланилди. Физик-механик ва аэродинамик хоссаларига кўра кескин фарқ қилувчи компонентлардан иборат турли жинсли тизимларни ажратиш мақсадида фракциялаш жараёни уч фазали мавҳум қайнаш қатламида яхшироқ кечади, бу бир қурилмада бир нечта жараённи бажариш имконини беради. Тозаланган илдиз- ва тугунакмевалар пюресини олишда босимни бир зумда тушириш жараёнида сув буғи энергиясидан фойдаланиш маъқул, чунки бунда майдалаш билан бир қаторда материалнинг намсизланиши содир бўлади.
Қишлоқ хўжалиги хомашёларидан озиқ-овқат кукунларини олиш муаммосининг бугунги ҳолати илдиз- ва тугунакмевалардан хомашёни кам сарф қилган, энергетик ва моддий харажатларни нисбатан камайтирган, фойдали моддаларни максимал даражада сақлаб қолган ҳолда озиқ-овқат кукунларини олиш учун ноанъанавий, интенсив усул ва қурилмаларни яратишни тақозо этмоқда. Муаммога доир адабиётларни назарий таҳлили ва умумлаштириш, ҳамда муаммонинг жорий ҳолатини ўрганиш асосида тадқиқот мақсади ва вазифалари белгиланди. Боб якунида хулосалар келтирилган.
Диссертациянинг «Экспериментал мослама, тажриба ўтказиш ва маълумотларга ишлов бериш методикалари» деб номланган иккинчи бобда қаттиқ жисмлардан иборат турли жинсли аралашманинг физик-механик
12
10-1 2 4 6 8
4
6
8
101
S
P/P0
100
100
хоссаларини аниқлаш, тозалаш ва пюре олиш, шунингдек, уч фазали мавҳум қайнаш қатламли тажриба ускуналарининг тавсифи келтирилган. Шунингдек, тозалаш, пюре олиш, уч фазали мавҳум қайнаш қатламининг (УФМҚҚ) гидродинамикаси бўйича тажриба маълумотларини тадқиқ этиш методикалари баён қилинган. Бундан ташқари, ўтказилган барча тажрибаларда ўлчанаётган ва ҳисобланаётган параметрларнинг хатолиги аниқланган. Боб якунида хулосалар берилган.
Диссертациянинг «Босимни бир зумда тушириш усули билан илдиз меваларни тозалаш жараёнини жадаллаштириш» деб номланган учинчи бобида илдиз- ва тугунакмеваларни, хусусан, топинамбур, картошка, сабзи, қанд ва қизил лавлагиларни босимни бир зумда тушириш усули билан тозалаш бўйича тажрибалар натижалари келтирилган.
ББЗТда илдиз- ва тугунакмеваларни тозалаш бўйича барча тажриба маълумотлари қайта ишланиб, S=f(P/Pо) функция кўринишида келтирилган. Топинамбурни тозалаш бўйича маълумотлар таҳлили ушбу функция ўсиб борувчи ҳусусиятга эгалигини кўрсатди (1-расм).
♦ - U=71,8%; ■ - U=76,9%; - U=83,2%. 1-расм. Ўткир буғ босими
Р/Ро нинг тозалаш жараёни S га
таъсири
Масалан, топинамбур тугунакларининг бошланғич намлиги U=71,8% ва
ўткир буғ босими Р=0,15 МПа бўлганда, тугунакмевани тозалаш даражаси S=0,1 га тенг, Р=0,26 МПа бўлганда, бу кўрсаткич S=0,429, Р=0,3 МПа бўлганда S=0,67, тегишли равишда Р=0,34 МПа да тўлиқ тозаланиши, яъни S=1,0 га эришилади. Кўриниб турибдики, хомашёнинг намлиги U=76,9% ва сув буғи босими Р=0,2 дан Р=3,2 МПа гача ошганда жараён 4 маротаба тезлашади.
Расмдан кўриниб турибдики, бошланғич намлик ҳам тозалаш жараёнининг самарадорлигига ижобий таъсир кўрсатади. Масалан, ўткир буғ босими P/Pо
=2,8, бошланғич намлик U=71,8% бўлганда тозалаш даражаси S=0,54, намлик U=76,0% да тозалаш даражаси S=0,71 ва ниҳоят U=83,2% да тозалаш даражаси S=0,92 га тенг. Бошланғич намликни U=71,8 дан U=83,2% гача ортиши тозалаш самарадорлигини 1,7 баробар ўсишига олиб келади. Тажрибалар орқали объектнинг бошланғич намликлари ўрганилган ораликда ўткир буғ босими Р=0,29-0,34 МПа ларда тўлиқ тозалашга эришилди.
13
Бошланғич намлик U=80,3% да топинамбурни тозалаш бўйича тажрибалар таҳлили шуни кўрсатдики, қурилмани хомашёни билан тўлдирилганлик коэффициенти ўсиши билан тозалаш даражасининг озгина камаяди (2-расм). Масалан, нисбий босим Р/Р0=3,1 ва қурилманинг хомашё билан тўлдирилганлик коэффициенти kz=0,4 да, қанд лавлагини тозалаш даражаси S=1,0, kz=0,6 да тозалаш даражаси S=1,0, kz=0,8 да тозалаш даражаси S=0,97, ва ниҳоят қурилма бутунлай юкланган, яъни kz=1,0 да тозалаш даражаси S=0,94 ни ташкил этди.
Тўлдирилганлик коэффициенти kz=0,4 дан 1,0 гача ўсиши билан тозалаш даражаси 5% га камайди. Шундай натижалар бошқа илдиз- ва тугунакмевалар бўйича ҳам олинган, фарқи шундаки, қайта ишлаш объектидан қараб тозалаш даражаси пасайишининг сонли қийматлари ~ 6-8% ни ташкил этади.
♦ - P/P0=1,5; ■ - P/P0=2,2; ▲- P/P0=2,6; × - P/P0=2,8; △ - P/P0=3,0; ● - P/P0=3,1.
2-расм. kz нинг топинамбурни тозалаш даражаси S га таъсири U=80,3% ва dэ=55 мм
Хомашё ифлосланганлигининг тозалаш даражасига таъсири бўйича
тажрибалар S=f(z) функция билан ифодаланди. Ушбу функция барча тадқиқ этилаётган объектлар учун абсциссага нисбатан параллел жойлашгани кўриниб турибди, яъни параметр kz тозалаш даражаси S сезиларли таъсир этмайди.
ББЗТнинг яна бир афзаллиги шундаки, у ҳатто қум ва тупроқ билан тўлган чуқурчаларни ҳам самарали тозалайди. Бундан ташқари, бошланғич хомашёда турли ўлчам ва агрегат ҳолатидаги жисмларнинг мавжудлиги жараённинг самарадорлигига таъсир кўрсатмайди. Демак, тозалашдан аввал хомашёни турли аралашмалар, қум, лойдан тозалаш ва ювиш бўйича технологик жараёнларга эҳтиёж қолмайди.
Топинамбурни ББЗТда тозалаш бўйича тажриба маълумотларини умумлаштириш асосида қуйидаги формула келтириб чиқарилди:
no
m
о
UРРАS
(1)
бунда Uо=U/10 – материалнинг нисбий бошланғич намлиги. Формула (1) да А коэффициенти 0,38510-4-4,5210-3 оралиғида ўзгаради, картошка учун бу даража m=2,8, n=3,32, қанд лавлаги учун m=2,11, n=1,7, қизил лавлаги учун
14
m=2,08, n=2,245, топинамбур учун m=2,6, n=1,243. Формула (1) ўткир буғ босимининг ўзгариш оралиғи Р/Ро=1,4-3,8, объектларининг бошланғич намлиги U=53-86,5% бўлганда унинг хатолиги ±11,7% дан ортмайди.
Ўтказилган тажрибалар натижалари ва аввал ўтказилган тадқиқотларнинг назарий таҳлилига асосланиб, илдиз- ва тугунакмеваларни босимни бир зумда тушириш усули билан тозалаш жараёнининг физик модели ишлаб чиқилган, унда жараённи жадаллаштириш механизми очиб берилган ва уни қуйидаги кетма-кет босқичлар йиғиндиси сифатида қараш таклиф этилган: а) бошланғич материални қиздириш; б) илдиз мевага буғ-термик ишлов бериш; в) илдиз мевалар пўстини ёриш ва ажратиш. Боб якунида хулосалар келтирилган.
Диссертациянинг «Уч фазали мавҳум қайнаш қатламида турли жинсли қаттиқ тизимларни ажратиш» деб номланган тўртинчи бобида илдиз- ва тугунакмеваларнинг тозаланган ядроси ва юпқа пўсти бўлакчаларидан иборат «қаттиқ жисм–қаттиқ жисм» аралашмасининг физик-механик хоссалари келтирилган. Турли узунлик, кенглик ва қалинликдаги пўстларнинг шакл омили ва эквивалент диаметри (3-расм), шунингдек, ядронинг ички ишқаланиш коэффициенти топилган. Бундан ташқари, илдиз мева пўстлоғининг ядродан узилиш кучи аниқланган.
Тозаланган барча ядролар учун тажрибалар асосида ички ишқаланиш бурчакларининг қийматлари ва пўстлоқлар учун шакл омили аниқланди.
Икки ва уч фазали мавҳум қайнаш қатламларининг умумий гидравлик қаршилиги қуруқ панжара гидравлик қаршилиги, материал қатлами, суюқлик устуни ва сиртий таранглик қаршиликларининг йиғиндиси сифатида аниқланади. Тўғри олти бурчак чўққилари бўйича кичик кўндаланг кесимли эллипссимон тешиклар, марказида - катта кўндаланг кесимли эллипссимон тешик жойлашган секциялардан иборат панжаранинг гидравлик қаршилиги суюқлик ҳаракатланганда босим градиентини, яъни газ-суюқлик оқимининг осциллирланган ҳаракатини таъминлайди.
Панжарадаги тешиклар кўндаланг кесимларининг улуши ва қиялик даражаси γ бўлган “қуруқ” панжараларнинг гидравлик қаршилиги бўйича тажрибалар маълумотларини умумлаштириш асосида қуйидаги ҳисоблаш формуласи келтириб чиқарилди:
24 0,46 0,29,53 10
2курукwР
(2)
Ҳаво тезлиги w=0,01-25 м/с, =0,2-0,7 ва нишаблик бурчаги =0-25о га ўзгарганда формула (2) хатолиги ±7,7% дан ортмайди.
4-расмда турли илдиз- ва тугунакмевалар учун Рсл нинг объекти қатламининг баландлиги Н га боғлиқлиги келтирилган. Графикдан кўриниб турибдики, қатлам қалинлиги Н=40 дан 100 мм га ортиши билан гидравлик қаршилик Рсл катталиги 160 дан 440 Па га ўсади. Қатламнинг ғоваклилиги объект турига боғлиқ ва у =0,37 дан 0,45 гача ўзгаради.
Уч фазали мавҳум қайнашда топинамбурнинг «ядро-пўстлоқ» турли жинсли аралашмасини ажратиш бўйича тадқиқотлар шуни кўрсатдики,
15
Фракция
миқдори
, %
20
40
60
80
100
0 1,3 2,1 2,8 3,4 4,4 5,4 6,1 8,3
dэ
Эквивалент диаметр, мм
Архимед сони Ar=4005 да нотўғри шаклдаги бўлакчаларнинг учиб чиқиш тезлигига мос Рейнолдьс критерийсининг қиймати Re=39,8, Ar=26858 да Re=124, Ar=200546 да Re=378,5, Ar=804834 да Re=773, ва ниҳоят Ar=1610594 да Re=1168 тенг (5-расм).
Тажриба натижаларининг таҳлили, «ядро-пўстлоқ» тизимини ажратиш учун уч фазали мавҳум қайнаш қатламидан фойдаланиб, жараён самарадорлигини икки фазали (секцияланган панжара) усулга нисбатан 17-32% га, ҳамда икки фазали (элаксимон панжара) усулга нисбатан 43-55% га ошириш мумкинлигини исботлади.
Учиб чиқиш тезликларининг бундай пасайиши газ-суюқлик оқимининг осциллирланган режимини ҳосил қилувчи ўзгарувчан тезликка эга ясси оқимчаларнинг самарали таъсири, ҳамда чексиз юпқа пластина кўринишидаги пўстлоқларнинг аэродинамик хоссалари билан изоҳланади. Секцияланган панжарада уч фазали тизим қўлланганда, учиб чиқиш критик тезлигининг қиймати оддий элаксимон панжара билан таққослаганда 1,43-1,55 баробарга камайиши аниқланди.
Кўпчилик ҳолларда мавҳум қайнаш қатламидан учиб чиқиш исталмаган,
салбий ҳодиса сифатида қабул қилинади. Аммо, бизнинг ҳолатда, яъни «ядро-пўстлоқ» турли жинсли тизимни ажратишда бу камчилик ижобий ҳодиса ҳисобланади, ҳамда аралашмани таркибий қисмларга тўлиқ, 100% даражада ажратишга катта хисса қўшади.
200
300
400
500Рcл, Па
40 60 100Н, мм
80
3-расм. Пўстлоқ бўлакчаларининг гранулометрик таркибини ифодаловчи эгри чизиқ (дифференциал)
● - топинамбур; ■ - сабзи; - қизил лавлаги; ▲- картошка; ♦ - қанд лавлаги; 4-расм. Гидравлик қаршилик Рсл нинг қатлам баланд- лиги Н га боғлиқлиги
16
× - Тодес формуласи бўйича; ◇ – элакли, 2 фазали қайнаш;
△ - секцияланган, 2 фазали қайнаш; ○ – секцияланган, 3 фазали қайнаш. 5-расм. Турли панжараларда қайнашда нотўғри шаклдаги жисмлар учиб чиқиш тезлиги Reуч нинг Архимед сони Ar га боғлиқлиги
6-расмда Г:С=0,25:1 нисбати учун панжарада тешиклар кўндаланг кесими
улуши =0,5 бўлган секцияланган панжарадан фойдаланганда «ядро-пўстлоқ» аралашмасини ажратиш R=f(Re) функционал боғлиқлик кўринишидаги графиги келтирилган. Расмдан кўриниб турибдики, график пастдан тепага йўналган ўсувчи ҳусусиятга эга. Масалан, эквивалент диаметри dэ=4,98 мм ва газ-суюқлик оқими Рейнольдс сони Re=300 га тенг бўлганда, ажратиш даражаси R=30%, Re=600 да ушбу қиймат R=69%, Re=800 да R=92% ва ниҳоят Re=900 да тегишли равишда R=100% бўлади. Газ-суюқлик оқимининг тезлиги Re=300 дан Re=900 гача оширилганда ажратиш самарадорлиги 3,3 баробар ўсиши кузатилди.
УФМҚҚда «ядро-пўстлоқ» аралашмасини ажратиш бўйича тажриба маълумотларини умумлаштириш асосида қуйидаги кўринишдаги формула келтириб чиқарилди:
024,072,0Re448,0 ArR (3)
Формула (3) зарралар диаметри dэ =1,98-7,75 мм ва Re=200-1200 бўлган оралиқдаги барча қийматларда хатолиги ±19% дан ошмайди.
Уч фазали мавҳум қайнаш қатламида «ядро-пўстлоқ» турли жинсли аралашмани мавҳум қайнашининг бошланиш тезлиги бўйича тажриба маълумотларини умумлаштириш орқали Reмқ ни ҳисоблаш учун қуйидаги формула келтириб чиқарилди:
ArAr
пс6,104300
Re
(4)
103
102
101 103 104 105 106 107
Reуч
Ar
103
17
Уч фазали мавҳум қайнаш қатламида ажратиш
Чўктириш
Ювиш
Совитиш
101
102 R, %
2
4
6
8
2 4 6 8 103102 2
Re
Илдиз- ва тугунакмеваларнинг нотўғри шаклли жисмлар кўринишидаги пўстлоқ бўлакчаларининг ҳамма ўрганилган диаметр оралиғида формула (4) хатолиги ±15% дан ошмайди.
● - dэ=1,98 мм; ▲- dэ=2,85 мм; ■ - dэ=4,98 мм; ◆ - dэ=6,15 мм; ∗- dэ=7,75 мм. 6-расм. УФМҚҚда оқим тезлиги Re нинг ядрони пўстлоқдан ажратиш R даражасига таъсири. Г:С=0,25:1;=0,5
7-расм. УФМҚҚда кечадиган жараёнлар схемаси
Уч фазали мавҳум қайнаш қатламида «ядро-пўстлоқ» турли жинсли
аралашмадан пўстлоқ бўлакларининг учиб чиқиш тезлиги бўйича тажриба маълумотларини (5-расм) умумлаштириш натижасида Reуч ни ҳисоблаш учун қуйидаги формула олинди:
ArAr
ун
177,118
Re (5)
Уч фазали мавҳум қайнаш қатламида илдиз- ва тугунакмевалар пўстлоғи бўлакчаларининг учиб чиқиш тезлигини ҳисоблаш формуласи (5) нинг хатолиги ±5% дан ошмайди.
18
Учиб чиқиш
Турғун қатлам
Уч фазали мавҳум қайнаш
104 105 106
100
101
102
103
Re
Ar
8-расм. «Ядро-пўстлоқ» турли жинсли аралашмани УФМҚҚда мавжуд бўлиш чегаралари
9-расм. ББЗТда ишлов беришда қанд лавлагидан пюре чиқиш боғлиқлиги
Мавҳум қайнашнинг бошланиш тезлиги (4) ва учиб чиқиш тезлиги (5)
формулалари маълум бўлса, уч фазали мавҳум қайнаш қатламининг мавжуд бўлиш чегараларини аниқлаш мумкин (8-расм). Илдиз- ва тугунакмеваларнинг «ядро-пўстлоқ» аралашмасини ажратиш бўйича комплекс тадқиқотлар, ҳамда аввал ўтказилган илмий изланишларнинг чуқур таҳлили ва тажриба натижалари асосида «қаттиқ жисм – қаттиқ жисм» турли жинсли тизимни самарали ва тўлиқ ажратиш механизмини изоҳлайдиган уч фазали мавҳум қайнаш қатламида ажратиш жараёни моделини яратиш имконини берди. Ушбу жараён бир нечта босқичдан иборат: а) қайта ишлаш объектини жойлаш; б) оптимал Г:С нисбати ва учиб чиқиш тезлигини белгилаш; в) илдиз- ва тугунакмевалар ядросидан пўстлоқни ювиш; г) ювилган ядрони олиш.
Ўтказилган тадқиқотлар, шунингдек, тажриба маълумотларининг таҳлилига асосан уч фазали мавҳум қайнаш қатламида «қаттиқ жисм – қаттиқ жисм» турли жинсли аралашмани самарали ажратишнинг қуйидаги оптимал режим параметрлари аниқланди: газнинг суюқликка нисбати Г:С=0,25:1,0; панжара тешиклари юзасининг улуши fпан.=0,5-0,7; объектнинг қурилмада бўлиш вақти τ=6-10 с.
«Қаттиқ жисм – қаттиқ жисм» турли жинсли аралашмаларни ажратиш УФМҚҚдан фойдаланиш бошқа усулларга қараганда кам энергия сарфлаган ҳолда пўстлоқни ядродан тўлиқ ажратиш, ювиш, аралашмаларни чўктириш ва қайта ишлаш объектини совитиш жараёнларини бир йўла олиб бориш имконини берди (7-расм). Боб якунида хулосалар келтирилган.
◆-U=40,9%;■-U=48,7%;△-U=55,8%
10-1
100
2
4
6
8
100
64 2
P/P0
П
19
Диссертациянинг «Тозаланган илдиз меваларни босимни бир зумда тушириш усулида майдалаш самарадорлиги» деб номланган бешинчи бобида илдиз- ва тугунакмевалардан тайёр ва майдаланган пюре олиш бўйича тажриба натижалари тавсифланган.
9-расмда қанд лавлагининг тозаланган хом ядросидан ББЗТ орқали пюре олиш бўйича ўтказилган тажриба натижалари келтирилган. Кўриниб турибдики, П=f(Р/Ро) функция ўрганилган барча объектлар учун ўсувчи ҳусусиятга эга. Тўлдирилганлик коэффициенти kz=0,6, бошланғич намлик U=40,9% ва Р/Ро=2,4 бўлганда қанд лавлагидан пюре чиқиши П=0,178 ни, Р/Ро=3,0 да ушбу қиймат П=0,365 ни, Р/Ро=3,5 да ушбу қиймат П=0,63 ни ва ниҳоят, Р/Ро=4,0 бўлганда 100%, яъни П=1,0 ни ташкил этди. Кўриниб турибдики, Р/Ро ва бошланғич намлик ўсиши билан пюре олиш жараёни жадаллашмоқда.
Қандли лавлагидан босимни бир зумда тушириш усулида пюре олиш бўйича тажриба маълумотларини умумлаштириш асосида қуйидаги кўринишга эга формула келтириб чиқарилди:
81,10
23,3
0
310855,0 UРРП
(6)
бунда Uо=U/100% – қанд лавлаги этининг нисбий намлиги. Бошланғич намликнинг ўзгариш оралиғи U=40,9-55,8% ва ўткир буғнинг ортиқча босими Р=0,2-0,4МПа бўлганда формула (6) нинг хатолиги ±7,7% дан ортмайди. Шу каби формулалар бошқа илдиз- ва тугунакмевалар учун ҳам келтириб чиқарилган. Боб якунида хулосалар келтирилган.
Диссертациянинг «Босимни бир зумда тушириш усулида қайта ишлашда намсизланиш жараёнини жадаллаштириш» деб номланган олтинчи бобида илдиз- ва тугунакмеваларни тозалаш ва улардан пюре олишда намликни йўқотиш борасидаги тажриба натижалари келтирилган, улар умумлаштирилган, жараённинг физик модели, шунингдек, қумоқлашган материалларни майдалаш бўйича маълумотлар тавсифланган. Топинамбурни тозалашда намликни йўқотиш жараёни 10-расмда келтирилган. Масалан, бошланғич намлик U=77% ва ўткир буғ босими P/Po=2,0 бўлганда тозаланган ядронинг нисбий намлиги =0,67, P/Po=3,0 да ушбу қиймат =0,61, P/Po=4,5 да =0,55, ва тегишли равишда P/Po=6,0 да нисбий намлик кўрсаткичи =0,51 ни ташкил этади. Бошланғич намликнинг таъсири қуйидаги мисолда яққол кўринади: U=83% бўлган топинамбур сув буғи P/Po=3,2 билан ишлов берилганда тозаланган ядронинг нисбий намлиги =0,65 ни, U=77% да ушбу қиймат =0,61 ни ва U=72% да =0,55 ни ташкил этди. Таҳлиллар кўрсатдики, топинамбурни пўстлоқдан тозалаш билан бир қаторда намсизланиш жараёни кечади, бунда намлик 15-18% га камайиши кузатилган.
Сув буғи нисбий босимини ошириш намсизланиш ортишига, яъни олинадиган топинамбур пюреси намлигининг камайишига хизмат қилади (11-расм).
20
● - U=72%; ■ - U=77%; ▲ - U=83%. =0,05 с: ○-φбош.=0,54, △-φбош.=0,61, □-φбош.=0,65; =0,007 с: ●-φбош.=0,54, ▲-φбош.=0,61, ■-φбош.=0,65.
10-расм. Топинамбурни ББЗТда тозалашда буғ босими Р/Ро нинг нисбий намлик га таъсири
11-расм. ББЗТда пюре олишда φ нинг тозаланган пюре Р/Ро га
боғлиқлиги
Бундан ташқари, қурилмадан босимни бир зумда тушириш вақтини камайтириш қайта ишлаш объектидан намликнинг йўқотилиш жараёнини жадаллаштиришга олиб келади, масалан, P/P0=3,2 да ядронинг бошланғич намлиги U=56% да босимни тушириш вақти =0,05 с ни ташкил этганда пюренинг нисбий намлиги =0,39 ни, P/P0=4 да ушбу қиймат =0,34 ни, ҳамда P/P0=6 да =0,29 га тенг бўлди. Ўткир буғ босимининг 3,2 дан 6 га ошириш жараённинг 1,35 маротаба тезлашишига олиб келади. Босимни бир зумда тушириш вақтини =0,05 дан =0,007 с гача пасайтириш намсизланиш жараёнини кескин тезлаштириш имконини беради. Масалан, P/P0=4, =0,05 с ва U=61% бўлганда пюренинг нисбий намлиги =0,38 ни, босимни тушириш вақтини =0,007 с га қадар камайтириш эса намсизланиш жараёнини оширади ва пюренинг нисбий намлиги =0,23 ни ташкил этади, яъни жараён 1,65 баробар жадаллашади. Илдиз- ва тугунакмеваларнинг ядросини майдалашда намсизланиш салмоқли даражада ёпиқ тизимдан буғ босимини тушириш туш темпига боғлиқ.
Илдиз- ва тугунакмеваларнинг тозаланган ядросини босимни бир зумда тушириш усули билан майдалашда намсизланиш бўйича тажриба маълумотларни умумлаштириш қуйидаги формулани келтириб чиқариш имконини берди:
16,041,1
49,0
31095,0
U
PP
o (7)
10-1
100
2
6
4
1001
8
2 4
Р/Р0
φ
6 8
2
4
1001
8
φ
6 8100
6
10-1
4 2
Р/Р0
21
бунда параметрлар қуйидаги чегараларда ўзгаради: материалнинг бошланғич намлиги U=52-68%; буғнинг нисбий босими Р/Ро=1-6; босимни тушириш вақти =0,007-0,05 с.
а) буғ-термик ишловдан аввал б) ишлов бериш даврида; в) босимни туширишда;
12-расм. Илдиз меваларни ББЗТ усули билан тозалашда ҳарорат, босим ва намлик градиентларининг ўзгариш механизми
Намсизланишнинг бундай юқори сон қийматлари қуйидагилар билан
изоҳланади: иситувчи буғнинг ортиқча босими ортиши билан қиздириш темпи dt/dτ ортиб боради, ядро қаърида юқори ҳароратлар фронти тезда ҳосил бўлади ва пўстлоқнинг интенсив намланиши рўй беради. Айни пайтда иситувчи буғнинг юқори ҳарорати, ҳамда илдиз ёки тугунак меванинг нисбатан паст ҳарорати оқибатида қайта ишлаш объектининг қаърига қаратилган ҳарорат градиенти вужудга келади (12а-расм).
Р/Ратм˃0 босимли сув буғи билан ўралган қайта ишлаш объекти ҳарорат фронтига эга бўлса, объект ичидаги босим Р/Ратм=0,1 га тенг, яъни gradP объектнинг ичига қаратилган (12а-расм). Намлик вектори ҳам шундай йўналишга эга, чунки ишчи элткич тўйинган сув буғидир Uпар˃Uмат. Бундай шароитда ишлов беришнинг давомийлигига боғлиқ ҳолда пўстлоқ ости қатламининг пишиши рўй беради, бу эса пўстлоқнинг ядро билан ёпишиш кучининг пасайишига олиб келади. Таъкидлаш жоизки, илдиз мева ядросининг ички ёпиқ маконида босимни тушириш лаҳзасида босимнинг кескин тушиши gradP = Р2-Ратм оқибатида ўта қизиб кетган суюқлик буғ ҳолатига ўтади (12б-расм). Шу билан бир вақтда ушбу ҳодиса ичкаридан ташқарига йўналишга эга майда сув томчилари ва буғ шаклидаги буғ-суюқлик оқимини ҳосил қилади. Босимни тушириш лаҳзасида gradt, gradP ва gradU ташқарига, яъни қайта ишлаш объектининг марказидан унинг юзасига йўналган бўлади (12в-расм).
Ишлов бериш босқичи gradt gradP gradU
Босқич белгиланиши
Буғ-термик ишловдан аввал 0 0 0
Буғ-термик ишлов давомида >0 >0 >0
Буғни туширишдан сўнг t3-tатм P3-Pатм U3-Uатм
22
8
6
4
2
2
4
101 2 4 6 8 102 2 4100
101
i
v, с-1
ББЗТда пюре олиш бўйича тажриба маълумотлари ва визуал кузатувларнинг танқидий таҳлили шуни кўрсатадики, пюре олиш жараёни буғ-суюқлик оқимини тарқалиш тезлигига салмоқли боғлиқ, бу тезлик ўз навбатида босимни тушириш вақти τтуш функцияси кўринишига эга. ББЗТда илдиз- ва тугунакмевалар этини майдалаш ёки ундан пюре олиш жараёни тез кечади ва қуйидаги босқичлардан иборат: сув буғининг ортиқча босими остида нам объектларни қиздириб, босимни тушириш лаҳзасида қайта ишлаш объектининг ядроси ва атроф муҳит ўртасида вужудга келадиган босим градиенти таъсири остида бир йўла кечадиган майдалаш ва намсизланиш жараёнлари.
○– t/d=0,6; △– t/d=0,98.
13-расм. Турбопарракли қурилмада топинамбурни майин майдалаш даврида майдалаш даражаси i нинг бурчак тезлиги га боғлиқлиги
Мева ва тугунакмеваларнинг олинган пюреси вакуум остида қуритилади ва
натижада катталиги 1 дан 11 мм гача бўлган гранулометрик таркибли материалга айланади. Табиийки, сифатли ва товар аҳамиятига эга кукунни олиш учун қумоқларни майдалаш лозим. Адабиётлар таҳлили шуни кўрсатдики, қаттиқ жисмларни майдалашнинг истиқболли усулларидан бири турбопарракли типдаги қурилмаларда тезкор майдалашдир. 13-расмда стерженларни жойлаштиришнинг турли қадамлари t/d да топинамбур зарраларини майин майдалаш бўйича тажриба натижалари келтирилган.
Кўриниб турибдики, d диаметрли стерженларни жойлаштириш қадамлари t нинг сон қийматларини камайтириш оқибатида майдалаш даражаси i нинг ўсиши кузатилди. Масалан, ишчи ўқ айланишининг бурчак тезлиги v=21 с-1, t/d=0,98 да i=1,78 га тенг бўлади. Стерженларни жойлаштириш қадами t/d=0,6 га қадар камайтирилганда, майдалаш даражасининг қиймати 2,38 гача ортади. Юқорида келтирилган натижалар таҳлили стерженларни жойлаштириш қадами t/d нинг майдалаш даражаси i га таъсири салмоқли экани, ҳамда жараённи 33-73% га тезлашишини таъминлайди. Топинамбурнинг қуритилган пюресининг гранулометрик таркиби 3 дан 9 мм гача бўлган заррачалар ташкил этади, бу эса умумий массанинг 92% ни ташкил этади, яъни диаметри 3-5 мм бўлган зарралар 25% ни, 5-7 мм ли зарралар 32% ни, 7-9 мм ли зарралар тегишли
23
80
100
60
40
20
0 1 3 5 7 9 11
R, %
d, мм
80
100
60
40
20
00,1
R, %
d, мм 0,2 0,5 1,0 1,5 2,00,8
равишда умумий массанинг 35% ни ташкил этади (14а-расм). d=9-11 мм зарралар улуши эса, 4% ни ташкил этади.
а) б)
14-расм. Топинамбурнинг қуритиш (а) ва майин майдалашдан сўнг (б) гранулометрик таркиби
14б-расмда топинамбур кукунининг турбопарракли майдалагичда майин
майдалашдаги дисперс таркибининг гистограммаси келтирилган. Кўриниб турибдики, кукун умумий массасининг аксарият қисмини 0,5-0,8 мм ўлчамли зарралар эгаллайди, бу майдаланган материал умумий массасининг 68,9% ни ташкил этади. Масалан, катталиги 0,1 дан 0,2 мм бўлган зарралар 1,2%, 0,5 дан 0,8 мм – 68,9%, 0,8 дан 1,0 мм – 15% , 1,0 дан 1,5 мм – 5,2%, ва ниҳоят қолган қисми - 2,0% ни катталиги 2,0 мм гача бўлган зарралар эгаллайди.
Топинамбур зарраларини майин майдалаш бўйича тажриба маълумотларини умумлаштириш орқали майдалаш даражасини ҳисоблаб чиқиш учун қуйидаги формула келтириб чиқарилди:
n
m
dtAi
(8)
Формула (8) да қизил лавлаги учун коэффициент А=0,42, даража
кўрсаткичи m=0,69, n=1,04; топинамбур учун А=0,308, m=0,7, n=0,82 га тенг. Формула хатолиги =14,6-254,3с-1 ва t/d=0,5-0,98 оралиғи учун 7,4% ни, лавлаги учун эса 7,9% ни ташкил этади. Боб якунида хулосалар келтирилган.
Диссертациянинг «Тадқиқот натижаларини амалиётда қўллаш» номли еттинчи бобида озиқ-овқат кукунлари олишнинг ноанъанавий технологияси, тозалаш, пюре олиш учун ББЗТ қурилмаси, ажратиш учун УФМҚҚ қурилмаларини ҳисоблашнинг муҳандислик услуб ва конструкциялари, ҳамда турбопарракли типдаги тезкор майдалагични лойиҳалаш учун шарт-шароитлар
24
ББЗТда қисман қуритиб тозалаш
Хомашё
Уч фазали мавҳум қайнаш қатламида ядрони пўстлоқдан ажратиш
Ядрони тўртбурчак бўлакларга кесиш
ББЗТда намсизлантириб пюре олиш
Вакуум остида пюрени қуритиш
Турбопарракли қурилмада тезкор майдалаш, совитиш ва фракциялаш
Қадоқлаш
яратилган. Бундан ташқари, озиқ-овқат кукунлари, пюресини олиш технологияларининг экологик ҳавфсизлиги баҳоланган.
Илдиз- ва тугунакмеваларни қайта ишлаш жараёнлари бўйича ўтказилган комплекс ва жадал тадқиқотлар маҳаллий хомашё негизида озиқ-овқат кукунлари олиш технологиясини ишлаб чиқиш имконини берди (15-расм).
Озиқ-овқат кукунини олишнинг таклиф этилаётган технологияси ихчам, энергетик самарадор, чиқиндисиз, экологик мукаммал бўлиб, 4 та технологик жараённи ва шунча қурилмани қисқартириш имконини берди
15-расм. Илдиз- ва тугунакмевалардан озиқ-овқат кукунларини олиш технологияси
Маълум бошланғич маълумотлар ва унумдорликда ББЗТ қурилмасини
ҳисоблаб чиқишнинг муҳандислик методикаси қуйидаги кетма-кетликда амалга оширилади:
1. Цилиндрик қобиқ мустаҳкамлигини ҳисоблаш; 2. Эллиптик туб мустаҳкамлигини ҳисоблаш; 3. Пневматик цилиндр поршенининг диаметри қуйидаги формула асосида
ҳисобланади:
2
22
4PD
> 1
21
4PD
(9)
4. Пневматик цилиндр деворининг қалинлиги ушбу формула асосида аниқланади:
25
2
22 PD (10)
5. Фланецни қобиққа бирлаштириш болтлари миқдорини ҳисоблаш. 6. Болтлар диаметри ва миқдорини ҳисоблаш. 7. Фланец бирикмасининг мустаҳкамлиги ва герметиклигини ҳисоблаш. 8. Босимни бир зумда тушириш узели конструкциясини ҳисоблаш. 9. Бирикмалар мустаҳкамлиги ва герметиклигини текшириш. 10. ББЗТда топинамбур, картошка, сабзи, қизил ва қанд лавлагини тозалаш
даражаси қуйидаги формула бўйича аниқланади:
no
m
о
UРРАS
(11)
бунда, А коэффициент, m ва n даражалар қиймати 3-бобда келтирилган. 11. ББЗТда илдиз- ва тугунакмеваларнинг тозаланган, хом ядросидан
пюре олиш қуйидаги боғлиқлик ёрдамида аниқланади:
ух
UРРВП 0
0
(12)
бунда, В коэффициент, х ва у даражалари қиймати 5-бобда келтирилган. 12. ББЗТ қурилмасининг унумдорлиги қуйидаги формула асосида
ҳисобланади:
циклазkmAG
60
(13)
Муҳандислик методикаси асосида босимни бир зумда тушириш узели конструкцияси лойиҳаланди ва саноат қурилмаси яратилди (16-расм). Унинг асосий кўрсаткичлари: қурилма қобиғининг диаметри 0,325 м; қурилма узунлиги 0,6 м; унумдорлиги - 12 т/сутка; энергия истеъмоли (ўткир буғ) 20 м3/сутка; эгаллайдиган майдони 1,25 м2.
Ушбу қурилма ихчам, технологик жиҳатдан қулай, катта капитал ва эксплуатация харажатларини талаб қилмайди. ББЗТ усули билан олинган турли жинсли аралашма, жумладан, илдиз ва тугунакли меваларнинг «ядро-пўстлоқ» аралашмасини ажратиш учун қурилма махсус конструкцияли тақсимлаш панжарасига эга цилиндрик қобиқли кўринишга эга (17-расм). Унинг пастидан сув узатиш учун штуцер (6) ўрнатилган. Бироз юқорида эса, тақсимлаш панжарасининг остида барботер 12 жойлаштирилган, унга штуцер 11 орқали ҳаво юборилади. Панжаранинг 2 горизонтга нисбатан қиялик бурчаги =5-25о
ни ташкил этади. Панжара тешиклари кўндаланг кесимининг улуши =0,2-0,7 оралигида бўлади.
26
Махсус конструкциядаги тақсимлаш панжарасининг ўзига хослиги
шундаки, у n та миқдордаги секцияларга бўлинган. Қолаверса, ҳар бир секцияда тўғри олти бурчакнинг чўққилари бўйлаб кичик кўндаланг кесимли эллипссимон тешиклар, марказида эса – катта тешик жойлашган. Уч фазали суюқ қатлам қурилмаининг ишлаш принципи қуйидагича: ишчи элткич – сув қурилмага пастки штуцер 6 орқали тақсимлаш панжараси 2 остига юборилади. Қурилма ҳажми тўлган сари ювгич 5 штуцерига 8 орқали сув ҳайдалади (17-расм).
Тақсимлаш панжарасининг қиялигидан сирпаниб тушаётган қаттиқ турли жинсли аралашмага сув-ҳаводан иборат оқим ювилганда юпқа пўстлоқ бўлакчалари осциллирланган газ-суюқлик оқими билан ҳосил бўладиган кўтарма куч таъсири остида юқорига кўтарилади. Енгил компонент қурилманинг штуцери 7 орқали чиқариб ташланади, ёпишган пўстлоқдан тозаланган оғир компонент эса (тозаланган, хом ядро) қия жойлашган тақсимлаш панжарасидан сирпаниб тушади ва штуцер 10 орқали чиқарилади.
Уч фазали мавҳум қайнаш қатламида ажратишда ҳаво оқимидан фойдаланиш энергия сарфини 20-25% гача камайтириш имконини беради.
Босимни бир зумда тушириш усулида илдиз- ва тугунакмеваларни тозалаш, уларнинг пўстлоғидан таркиб топган аралашмасини ажратиш учун уч фазали мавҳум қайнаш қатламли ва пюре олиш қурилмаларининг тажриба намуналари тайёрланди, уни жорий этишдан иқтисодий самара йилига 287,44 млн. сўмни ташкил этди (2016 йил нархларида).
16-расм. Босимни бир зумда тушириш мосламаси
27
1 - цилиндрик қобиқ; 2 - тақсимловчи панжара; 3 - конуссимон туб; 4 - эллиптик қопқоқ; 5 - ювгич; 6 - сув узатиш штуцери; 7 - енгил компонент чиқариш штуцери; 8 - сув юбориш штуцери; 9 - қаттиқ аралашмани узатиш штуцери; 10 - оғир компонентни чиқариш штуцери; 11 - ҳаво ҳайдаш штуцери; 12 - барботер.
17-расм. Уч фазали мавҳум қайнаш қатламли қурилма
Тадқиқотлар натижасида «To’raqorg’on shirinlik agro» ЧК МЧЖ да озиқ-
овқат кукунларини олишнинг энергетик самарадор технологияси яратилди ва кутилаётган иқтисодий самара 1395,65 млн. сўмни ташкил этди.
«Ўзстандарт» агентлиги ва Ўзбекистон Республикаси Соғлиқни сақлаш вазирлиги томонидан тасдиқланган Tsh19594976-01:2013-сонли «Кукунсимон ош лавлаги ярим тайёр маҳсулоти. Техник шартлар», ҳамда «Ярим тайёр маҳсулотлар. Асептик усулда консерваланган сабзавот пюрелари. Техник шартлар» Тs 20155874-01:2016 ташкилот стандарти яратилди.
Х У Л О С А
1. Ўткир буғни қўллаб босимни бир зумда тушириш усулида иккита
жараённи, яъни илдиз- ва тугунакмеваларни тозалаш ва тозаланган ядродан пюре олиш, турли жинсли қаттиқ аралашмаларни ажратиш учун уч фазали мавҳум қайнаш қурилмаси, ҳамда қумоқ материалларни майдалаш учун тезкор усули тавсия этилган.
28
2. Тозалаш ва пюре олиш жараёнларига энг катта таъсир этувчи параметрлар сифатида ўткир буғнинг нисбий босими Р/Ро, хомашёнинг бошланғич намлиги U аниқланган. Р/Ро ортиши билан тозалаш жараёни 3,8-5,7 баробар ва U кўпайганда эса тегишли равишда 1,6-1,8 баробар жадаллашиши тавсия этилган.
3. Тадқиқ этилаётган объектларга қисқа муддатда ишлов берилганда хомашёнинг умумий массасининг минимал йўқотилиши 2-7% ва тўлиқ тозаланишига эришилиши, ҳамда тозалаш ва пюре олиш жараёнлари билан бир вақтда қайта ишланаётган материал намлигининг камайиши билан изохланади.
4. Уч фазали мавҳум қайнаш қурилмаси гидродинамикаси Г:С нисбатининг критик тезликларга, айниқса учиб чиқиш тезлигига катта таъсири, яъни Г:С=0,25:1 гача ортиши билан ажратиш жараёнининг тезлиги 1,3 маротаба ортиши билан изохланади.
5. Ажратиш ва ювиш жараёнларини бир қурилмада амалга ошириш сувни 2,3 баробар тежаш, ҳамда «қаттиқ жисм-қаттиқ жисм» аралашмасини қайта ишлашда энергия сарфини 60% га камайтириши ва бундан ташқари, ҳаводан учинчи фаза сифатида фойдаланиш газ-суюқлик оқим зичлигини камайтириш (юқорига йўналган) ва эрлифт эффектини (ҳаволи кўтаргич) ҳосил қилиши ва энергия сарфини 20-25 фоизга камайтириши тавсия этилган.
6. Ўткир буғдан фойдаланиб босимни бир зумда тушириш усулида илдиз- ва тугунакмевалар пюреси олишда - нисбий босим Р/Ро 2,4 дан 4 гача ортса пюре олиш жараёни 4-5 маротаба жадаллашиши, қурилма ишчи камерасидан ортиқча босимни бир зумда тушириш вақтини туш=0,07 дан 0,005 с гача камайтириш тозалаш ва пюре олиш, ҳамда намсизлантириш жараёнларини ~1,8 баробаргача интенсивлаш тавсия этилган.
7. Тозалаш, учун уч фазали мавҳум қайнаш қурилмаси, пюре олиш ва тезкор майдалаш жараёнларининг асосий параметрларини юқори аниқликда ҳисоблаш учун критериал формулалар келтириб чиқарилган ва босимни бир зумда тушириш, уч фазали мавҳум қайнаш қатламли қурилмалари ва турбопарракли майдалагични ҳисоблашнинг муҳандислик услублари тавсия этилган.
8. Илдиз- ва тугунакмеваларни ноанъанавий, энергетик самарадор ва чиқиндисиз технологияда озиқ-овқат кукунларига қайта ишлаш 8-13% хомашёни тежалиши, уларни олиш технологиясида анъанавийга караганда 4 та технологик жараён ва шунча қурилмалар қисқартилиши тавсия этилган.
29
РАЗОВЫЙ НАУЧНЫЙ СОВЕТ НА ОСНОВЕ НАУЧНОГО СОВЕТА ПО ПРИСУЖДЕНИЮ УЧЕНЫХ СТЕПЕНЕЙ DSc.27.06.2017.Т.04.01 ПРИ ТАШКЕНТСКОМ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ
ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
АБДУЛЛАЕВ АЛИШЕР ШОНАЗАРОВИЧ
РАЗРАБОТКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ИЗ КОРНЕ- И КЛУБНЕПЛОДОВ
02.00.16 – Процессы и аппараты химической технологии и пищевых производств (технические науки)
АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК (DSc)
Ташкент – 2018
30
Тема докторской диссертации (DSc) зарегистрирована в Высшей аттестационной комиссии при КабинетеМинистров Республики Узбекистан за номером В2018.4.DSc /T83.
Докторская диссертация выполнена в Ташкентском химико-технологическом институте.
Автореферат диссертации на трёх языках (узбекский, русский, английский (резюме)) размещен на веб-странице по адресу www. tkti.uz.и информационно-образовательном портале «Ziyonet» по адресу www.ziyonet.uz.
Научный консультант: Нурмухамедов Хабибулла Сагдуллаевич доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Юсупбеков Нодирбек Рустамбекович акад. АН РУз, доктор технических наук, профессор
Бахронов Хошимжон Шойимович доктор технических наук, профессор
Артиков Аскар Артикович доктор технических наук, профессор
Ведущая организация: АО «Завод Узбекхиммаш»
Защита диссертации состоится «____» ноября 2018 г. в часов на заседании Разового Научного совета на основе Научного совета DSc.27.06.2017.Т.04.01 при Ташкентском химико-технологическом институте. (Адрес: 100011, г. Ташкент, Шайхонтахурский район, ул. А.Навои, 32. Тел.: (99871) 244-79-20; факс: (99871) 244-79-17; e-mail: [email protected].
Диссертация зарегистирована в Информационно-ресурсном центре Ташкентского химико-технологического института за №___, с которой можно ознакомиться в ИРЦ. (100011, г. Ташкент, Шайхонтахурский район, ул. А.Навои, 32. Тел.: (99871) 244-79-20).
Автореферат диссертации разослан «____» ноября 2018 года. (протокол рассылки №_______от _____ ноября 2018 года).
С.М.Туробжонов Председатель научного совета по присуждению учёных степеней,
д.т.н., профессор
А.С. Ибодуллаев Ученый секретарь научного совета по
присуждению учёных степеней, д.т.н., профессор
К.О. Додаев Председатель научного семинара при научном
совете по присуждению учёных степеней, д.т.н., профессор
31
ВВЕДЕНИЕ (аннотация докторской диссертации).
Актуальность и востребованность темы диссертации. Во всём мире переработка корне- и клубнеплодов с целью получения из них порошка в настоящее время составляет 29-33%. Потребность в них в пищевой промышленности повышается изо дня в день, получение из них диетических, обогащенных витаминами, необходимых организму человека продуктов расширяется. В связи с этим разработка новых эффективных технологий с интенсивными процессами и аппаратами по переработке корне- и клубнеплодов для получения полуфабрикатов и готовых продуктов является одной из важных задач.
Сегодня в мире в химической и пищевой промышленности проводятся целенаправленные научно-исследовательские работы по совершенствованию способов и аппаратов для очистки, мойки и измельчения корне- и клубнеплодов с минимальными потерями сырья при низких энергетических и водных затратах, по разработке научных основ безотходной технологии получения пищевых порошков и полуфабрикатов из корне- и клубнеплодов с применением интенсивных способов и аппаратов, сохранив их химические и биологические свойства.
В нашей стране в последние годы достигнуты существенные результаты по улучшению качества технологий по переработке корне- и клубнеплодов до уровня, соответствующего нормам потребления, по повышению производительности и эффективности входящих в них процессов и аппаратов для очистки и измельчения. В стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан отмечены приоритетные задачи по «дальнейшей модернизации и диверсификации промышленности путем перевода ее на качественно новый уровень, направленные на опережающее развитие высокотехнологичных обрабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов»1. В этой связи, в частности, особое место занимают исследования, направленные на создание эффективных процессов и аппаратов в технологиях пищевой промышленности по переработке корне- и клубнеплодов с рациональным использованием сырья, с сохранением биологической ценности выпускаемых продуктов.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в указах и постановлении Президента Республики Узбекистан от 29 марта 2018 года № УП-5388 «О дополнительных мерах по ускоренному развитию плодоовощеводства в Республике Узбекистан», от 7 февраля 2017 года № УП-4947 «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», от 6 января 2017 года № ПП-2716 «О дополнительных мерах по дальнейшему углублению переработки и созданию мощностей по хранению плодоовощной продукции в 2017- 2018 годах», постановлении Кабинета Министров Республики Узбекистан от 12 января 2018 года № 24 «О мерах по созданию эффективных механизмов
1 Указ Президента Республики Узбекистан от 7 февраля 2017 года № УП-4947 «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан»
32
внедрения научно-инновационных разработок и технологий в производство», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере.
Соответствие исследования основным приоритетным направлениям развития науки и технологий республики. Данное исследование выполнено в соответствии с приоритетным направлением развития науки и технологий республики VII. «Химические технологии и нанотехнологии».
Обзор международных научных исследований по теме диссертации. Научные исследования, направленные на разработку интенсивных процессов технологии производства пищевых полуфабрикатов из корнеплодов, осуществляются в ведущих научных центрах и высших образовательных учреждениях мира, в том числе, Swedish Institute of food and biotechnology (Швеция), Canadian Institute of food science and technology (Канада), Кемеровский институт технологий пищевых продуктов, Московский государственный университет пищевых производств, Мичуринский государственный аграрный университет, Воронежская государственная технологическая академия, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Красноярский государственный аграрный университет (Россия), Украинский государственный химико-технологический университет (Украина), Белорусский государственный аграрный технический университет (Белоруссия), Ташкентский государственный технический университет и Ташкентский химико-технологический институт.
В результате проведенных исследований по совершенствованию технологий и машин в производстве пищевых полуфабрикатов из корнеплодов достигнуты ряд научных результатов, в том числе, создана технология производства пищевых продуктов и полуфабрикатов (Swedish Institute of food and biotechnology, Швеция), разработана технология получения пюре (Canadian Institute of food science and technology, Канада), внедрена линия производства и комбинированный аппарат непрерывного действия для получения пюреобразных концентратов (Воронежская государственная технологическая академия); созданы способы получения пюре, технология получения пюре в приготовлении продуктов (РАМН «Пищевой научно-исследовательский институт», Красноярский государственный аграрный университет, создан грохот для обезвоживания сырья пищевой промышленности (Геотехнический механический институт, НАН, Украина) и совершенствование энергетически эффективной технологии получения порошка из корне- и клубнеплодов (Узбекистан).
В мире по созданию технологии и машин для производства пищевых полуфабрикатов из корнеплодов осуществляются исследования по ряду приоритетных направлений, в том числе новой серии высокопроизводительных, энерго- и металлосберегающих машин для очистки и измельчения корнеплодов, учитывающих уменьшение потерь сырья, рекомендации режимных параметров, применяемых в технологическом процессе с учетом химических, физико-механических свойств корне- и клубнеплодов.
Степень изученности проблемы. Научными исследованиями по разработке технологий по получению пищевых продуктов, а также процессами очистки и получения пюре, пищевых порошков из сельхозсырья занимались
33
А.С.Гинзбург, С.П.Муштаев, М.Г.Магомедов, Г.Флейсснер, О.Кришер, А.Синг, Б.Дмитриев, А.В.Ковалев, Э.Бэр, З.В.Геллер, П.Розин, Х.Клингер, Г.Клейн, Д.Банкроф, В.Массони, Р.Дин, Г.Кросс, В.Роджерс, А.Н.Остриков, В.В.Красников, В.М.Кравченко, И.Т.Кретов, Ю.А.Михайлов, Н.Р.Юсупбеков, Артиков А.А., К.О.Додаев, Ш.М.Маматов и др.
Ими решены проблемы физического и математического моделирования аппаратов с трех- и двухфазными системами, для пищевой промышленности, разработаны технологические процессы получения высококачественных пищевых полуфабрикатов, обогащенных биологическими добавками.
Кроме вышесказанного, проводятся научно-исследовательские работы по получению пищевых продуктов и полуфабрикатов из клубне- и корнеплодов, по созданию интенсивных методов и эффективных аппаратов для очистки, разделения твердых неоднородных смесей, получения пюре и измельчения окомкованных материалов с последующей выработкой пищевых порошков при низких энергетических затратах и потерях сырья.
Связь темы диссертации с научно-исследовательскими работами высшего учебного учреждения, где выполняется диссертация. Диссертационное исследование выполнено в рамках плана научно-исследовательских работ прикладного проекта ПЗ-20170929273 «Разработка высокоэффективной безотходной технологии по переработке корне- и клубнеплодов для получения пищевых порошков и волокон» (2018-2020), хозяйственного договора между Ташкентским химико-технологическим институтом и ИП ООО «To’raqorg’on Shirinlik Аgro» (от 31.03.2018 г.) по теме «Разработка энергетически эффективной технологии получения пищевых порошков из корнеплодов» (2017-2018 г.г.).
Целью исследования является разработка энергетически эффективной технологии получения порошка из корне- и клубнеплодов.
Задачи исследования: определение влияния свойств корне- и клубнеплодов и параметров
технологического процесса на процессы очистки, разделения неоднородной смеси, получения пюре из мякоти, влагоудаления сырья при очистке и получении пюре, а также измельчения деформирующихся материалов;
определение интенсификации процессов очистки, разделения, получения пюре и измельчения при переработке корне- и клубнеплодов;
вывод расчетных формул на основе экспериментальных данных по очистке, разделению, получению пюре, влагоудалению, измельчению;
определение режимных параметров методом мгновенного сброса давления при очистке и получении пюре, трехфазного псевдоожиженного слоя при разделении неоднородных смесей и измельчении окомкованных материалов;
разработка физических моделей внедряемых процессов, раскрывающие механизм протекающих явлений;
создание инженерных методик расчета аппаратов технологии получения пищевых порошков из корнеплодов;
разработка конструкции резкого сброса давления, аппарата трехфазного псевдоожиженного слоя и аппарата для тонкого измельчения;
34
разработка нетрадиционной технологии получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов.
Объектом исследования являются корне- и клубнеплоды, их смеси в виде «мякоть+кожица» после очистки, очищенная сырая мякоть и окомкованное пюре после сушки.
Предмет исследования: использование метода мгновенного сброса давления для очистки корнеплодов и получения пюре, трехфазного псевдоожиженного слоя для разделения твердой неоднородной смеси «мякоть-кожица», измельчение окомкованных объектов, создание инженерных методик расчета аппаратов, эффективной технологии и анализ её экологический безопасности.
Методы исследований. В диссертационной работе использованы традиционные методы измерения расхода жидкой и газовой фаз, давления, температуры теплоносителей, влажности, массы, линейных размеров и гранулометрического состава твердых материалов, при обработке и обобщении экспериментальных результатов использованы основные законы и формулы гидромеханики жидкостей и газов, теплотехники и технической термодинамики, механики сыпучих материалов, а также расчеты и графическая интерпретация результатов экспериментальных исследований проводились с использованием пакета программ в MS Word, MS Excel.
Научная новизна исследования заключается в следующем: доказано, что энергия водяного пара при очистке и получении пюре корне-
и клубнеплодов методом мгновенного сброса давления выполняет две функции (очистка или измельчение, влагоудаление);
определены режимные параметры и исходные свойства по очистке и получению пюре методом мгновенного сброса давления, разделению неоднородной смеси «твердое тело-твердое тело» и измельчению окомкованных материалов;
доказана интенсификация процессов при очистке предлагаемым способом до 20%, при разделении твердой смеси до 1,25 раза, получении пюре в 4-5 раза и измельчении на 70%;
выведены формулы для расчета эффективности очистки деформирующихся материалов методом мгновенного сброса давления, степени измельчения сырой мякоти, гидродинамики разделения системы «твердое тело- твердое тело», влагоудаления и степени измельчения, погрешности которых не превышает допустимых границ для подобных исследований;
разработаны инженерные методики расчета аппаратов мгновенного сброса давления для очистки корнеплодов, трехфазного псевдоожиженного слоя для разделения твердых смесей и получения пюре из очищенной и сырой мякоти;
разработаны нетрадиционные способы очистки и получения пюре методом мгновенного сброса давления, разделения твердых неоднородных смесей в трехфазном псевдоожиженном слое и скоростного измельчения;
создана технология получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов с использованием метода мгновенного сброса давления для очистки и получения пюре, трехфазного псевдоожиженного слоя для разделения и скоростного измельчения деформирующихся объектов.
Практические результаты исследования заключается в следующем:
35
разработаны режимные параметры при очистке и получении пюре методом мгновенного сброса давления, трехфазного псевдоожиженного слоя при разделении неоднородных смесей и измельчении окомкованных материалов;
создана инженерная методика расчета аппаратов для технологии получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов;
разработаны конструкция резкого сброса давления, аппарат трехфазного псевдоожиженного слоя и аппарат для тонкого измельчения;
создана нетрадиционная технология получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов.
Достоверность полученных результатов подтверждается использованием фундаментальных законов термодинамики, теоретической механики, использованием классических положений теории гидродинамики и тепло- и массообмена, законов механики разрушения и теории сопротивления материалов, - и массообмена при нагреве объектов переработки, наличием адекватных физических моделей процессов и алгоритмов расчета, общепринятыми методами экспериментальных исследований, а также сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, испытаний полупромышленных аппаратов.
Научная и практическая значимость результатов исследования. Научная значимость результатов исследования определяется разработкой
энергетически эффективной технологии получения пищевого порошка корне- и клубнеплодов, опирающейся на научные основы и способы интенсификации процессов очистки, разделения неоднородной смеси «твердое тело – твердое тело» в трехфазном псевдоожиженном слое, получения пюре корне- и клубнеплодов и измельчения окомкованных материалов, а также разработкой физических моделей, раскрывающих механизмы мгновенно протекающих гидромеханических, тепло- и массообменных и механических процессов.
Практическая значимость полученных результатов работы доказывается созданием концепции энергетически эффективной (экономия энергии и воды, аппарат мгновенного сброса давления для очистки, классификатор трехфазного псевдоожиженного слоя для разделения твердой смеси, аппарат для получения пюре очищенной сырой мякоти, а также турболопастной измельчитель окомкованых материалов) технологии для получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов.
Внедрение результатов исследования. На основе проведенных исследований по разработке энергетически эффективной технологии получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов получены:
патент на способ получения пюре из сахарной свеклы Агенства Интеллектуальной собственности Республики Узбекистан (№IAP 05529, 2018 г.). В результате, создана возможность производства пищевых пюре и добавок из корне- и клубнеплодов;
патент на способ очистки клубней топинамбура Агенства Интеллектуальной собственности Республики Узбекистан (№IAP 05594, 2018 г.). В результате, создана возможность эффективной очистки клубнеплодов топинамбура;
положительное решение Агенства Интеллектуальной собственности Республики Узбекистан на изобретение - аппарат жидкостного
36
псевдоожиженного слоя для разделения неоднородной смеси на фракции (по заявке № IAP 20140407, 2018 г.). В результате, создана возможность применения аппарата жидкостного псевдоожиженного слоя для разделения неоднородной смеси на фракции;
технические условия на технологию получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов, включающую полную очистку, разделение неоднородной смеси «твердое тело–твердое тело» в трехфазном псевдоожиженном слое, получение пюре корне- и клубнеплодов и измельчение окомкованных материалов, утверждены агентством «Узстандарт» Республики Узбекистан (ТУ 19594976-01:2013). В результате в технологии сокращены 4 процесса, потери снижены на 8-13%;
технические условия на пюре овощные, консервированные асептическим способом утверждены агентством «Узстандарт» Республики Узбекистан (Тs20155874-01:2016). В результате, на основе предложенной технологии в промышленном масштабе получено пюре корнеплодов с сохранением химического состава в максимальной степени;
аппарат, предназначенный для очистки методом мгновенного сброса давления и разделения смеси «твердое тело-твердое тело» в трехфазном псевдоожиженном слое внедрен в АО «Завод Узбекхиммаш» (справка АО «Узбекозиковкатхолдинг» от 24 июля 2018 г. АС/05-2-1964). В итоге обеспечивается интенсификация процесса на 20-25%;
технология получения пищевого порошка на основе вышеуказанных процессов и аппаратов испытана в ИП ООО «To’raqorg’on Shirinlik Agro» (справка АО «Узбекозиковкатхолдинг» от 24.07.2018г. АС/05-2-1964). В результате появилась возможность увеличения экономической эффективности на 40-45%.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены на 23 Международных и 17 республиканских научных конференциях.
Опубликованность результатов исследования. По теме диссертации опубликованы 42 научных работ, в том числе 3 монографии, 2 патента, 1 положительное решение на патент, 2 учебника, 1 учебное пособие, 24 статей, в том числе, 12 - в зарубежных, 12 - в республиканских научных журналах, рекомендованных ВАК Республики Узбекистан для публикации научных результатов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертации 200 страниц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении обосновывается актуальность и востребованность проведенного исследования, цель и задачи исследования, характеризуются объект и предмет, показано соответствие исследования приоритетным направлениям развития науки и техники Республики Узбекистан, излагаются научная новизна, практические результаты исследования, раскрываются научная и практическая значимость полученных результатов, внедрение в
37
практику результатов исследования, сведения по опубликованным работам и структуре диссертации.
В первой главе диссертации «Анализ современного состояния теории и практики получения пищевых порошков» рассмотрены способы и аппараты для очистки кожицы сельскохозяйственного сырья, измельчения с целью получения пюре, разделения неоднородных систем «твердое тело-твердое тело», а также измельчения твердых тел до необходимых размеров являются определяющими качество получаемого готового продукта. Вновь созданные процессы и аппараты, являющиеся составной частью технологии переработки сельхозсырья по разным причинам не нашли промышленного применения.
Анализ существующих проблем технологии для переработки топинамбура, сахарной свеклы и других корне- и клубнеплодов свидетельствует о том, что известные технологии переработки сельскохозяйственного сырья исчерпали себя и достигли предельно возможных своих значений. Одним из наиболее перспективных методов очистки является паротермическая обработка с мгновенным сбросом давления, при котором минимальные потери сырья и самое главное, полностью очищенный продукт целый и сырой, а также сохранены полезные компоненты. В качестве предпочтительного источника создания эффекта мгновенного сброса давления использован водяной пар. Для разделения неоднородных систем, состоящих из компонентов с резко отличающимися по физико-механическим и аэродинамическим свойствам, процесс фракционирования лучше протекает при жидкостном псевдоожижении, что позволяет совместить несколько операций в одном аппарате. При измельчении очищенных корне- и клубнеплодов более рациональней будет использование энергии водяного пара в процессе мгновенного сброса давления, так как при этом наряду с измельчением происходит снижение влажности материала.
Оценка современного состояния проблемы получения пищевых порошков из сельскохозяйственного сырья диктует изыскания нетрадиционных, интенсивных методов и аппаратов для получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов при минимальных потерях сырья, относительно низких энерго- и материальных затратах при максимальном сохранении полезных веществ. На основе теоретического анализа и обобщения литературных данных и современного состояния трактуемой проблемы осуществлены постановка цели и задач исследования. В завершении приведены выводы по главе I.
Во второй главе диссертации «Экспериментальные установки, методики проведения опытов и обработки данных» представлены описания экспериментальных установок для определения физико-механических свойств неоднородной смеси из твердых тел, для очистки корне-и клубнеплодов и получения пюре из очищенной мякоти, а также трехфазного псевдоожиженного слоя для разделения твердых неоднородных систем. Также представлены методики исследования и обработки экспериментальных данных по очистке, получению пюре, гидродинамике трехфазного псевдоожиженного слоя (ТФПС). Кроме того, произведена оценка погрешностей измеряемых и вычисляемых параметров экспериментальных исследований. В итоге приводятся выводы по главе II.
38
В третьей главе диссертации «Интенсификация процесса очистки корнеплодов методом мгновенного сброса давления» (ММСД) приводятся результаты экспериментальных исследований по очистке корне- и клубнеплодов, в частности, топинамбура, картофеля, моркови, сахарной и красной свекл методом мгновенного сброса давления.
Все экспериментальные данные по очистке корне- и клубнеплодов ММСД обработаны и представлены в виде функциональной зависимости S=f(P/Pо). Анализ данных по очистке топинамбура показывает, что функция имеет возрастающий характер (рис.1).
Так, при исходной влажности клубней топинамбура U=71,8% и давлении острого водяного пара Р=0,15 МПа степень очистки корнеплода S=0,1, при Р=0,26 МПа данный показатель равен S=0,429, при Р=0,3 МПа значение степени очистки S=0,67, и соответственно при Р=0,34 МПа – достигается полная очистка, т.е. S=1,0. Видно, при влажности исходного сырья U=76,9% с ростом давления водяного пара Р=0,2 МПа до 3,2 интенсивность процесса повышается в 4 раза.
Из рисунка видно, что исходная влажность также положительно влияет на эффективность процесса очистки. Так, при давлении острого пара P/Pо =2,8 и исходной влажности U=71,8% степень очистки S=0,54, при влажности U=76,0% степень очистки S=0,71 и наконец при U=83,2% степень очистки S=0,92. Увеличение исходной влажности с U=71,8% до U=83,2% приводит к росту степени очистки в 1,7 раза. Экспериментальными исследованиями выявлено, что в исследованном интервале исходных влажностей объекта полная очистка достигается при давлениях острого пара Р=0,29-0,34 МПа.
♦ - U=71,8%; ■ - U=76,9%; - U=83,2%. Рис.1. Влияние давления острого пара Р/Ро на степень очистки S топинамбура
Анализ опытных данных по очистке топинамбура с исходной влажностью
U=80,3% показывает, что с ростом коэффициента заполнения аппарата степень очистки несколько снижается (рис.2). Так, при относительном давлении Р/Р0 =3,1 и заполнении аппарата сырьем kz=0,4 получаем степень очистки сахарной свеклы S=1,0, при kz=0,6 степень очистки S=1,0, при kz=0,8 степень очистки S=0,97, и наконец при полной загрузке kz=1,0, соответственно - S=0,94.
Видно, с ростом коэффициента заполнения kz=0,4-1,0 степень очистки уменьшается на 5%. Аналогичные результаты получены и для других корне- и
10-1 2 4 6 8
4
6
8
101
S
P/P0
100
100
39
клубнеплодов, с разницей лишь в численных значениях снижения степени очистки, которая в зависимости от объекта переработки составляет ~ 6-8%.
Опыты по влиянию степени загрязненности на степень очистки показывают, что функция S=f(z) имеет параллельное расположение относительно абсциссы для всех исследуемых объектов.
Ещё одна особенность ММСД заключается в том, что он эффективно и чисто очищает даже глазки и места углубления, заполненные песком и землей. Кроме того, наличие различного вида сора и степени загрязненности исходного сырья не влияет на эффективность процесса. Следовательно, перед очисткой отпадает надобность в технологических операциях по очистке сырья от металлических примесей, песка, грязи и мойка.
Обобщение опытных данных по очистке топинамбура ММСД позволило вывести следующую расчетную формулу:
no
m
о
UРРАS
(1)
где Uо=U/10 – относительная исходная влажность материала. Коэффициент А колеблется в диапазоне 0,38510-4-4,5210-3, степень m=2,8, n=3,32 для картофеля, степень m=2,11, n=1,7 для сахарной свеклы, степень m=2,08, n=2,245 для красной свеклы, степень m=2,6, n=1,243 для топинамбура. Формула (1) справедлива в интервале изменения давления острого пара Р/Ро=1,4-3,8, влажности объектов U=53-86,5% и её погрешность не превышает ±11,7%.
Основываясь на проведенные экспериментальные результаты и теоретический анализ ранее проведенных исследований, создана физическая модель процесса очистки корне-и клубнеплодов методом мгновенного сброса давления, раскрывающая механизм интенсификации процесса, который предлагается рассматривать как сумму следующих последовательных стадий: а) нагрева исходного материала; б) паротермической обработки корнеплода; в) разрыва и сдирания кожицы корнеплодов. Глава III завершается выводами.
В четвертой главе диссертации «Разделение твердых неоднородных систем в трехфазном псевдоожиженном слое» представлены физико-
♦-P/P0=1,5; ■-P/P0=2,2; ▲-P/P0=2,6; ×-P/P0=2,8; △-P/P0=3,0; ●-P/P0=3,1. Рис. 2. Влияние kz на степень очистки S топинамбура U=80,3% и dэ=55 мм
40
200
300
400
500Рcл,
40 60 100Н, мм
80
Содержание
фракции
, %
20
40
60
80
100
0 1,3 2,1 2,8 3,4 4,4 5,4 6,1 8,3
dэ
Эквивалентный диаметр, мм
механические свойства смеси «твердое тело- твердое тело», которая состоит из очищенной мякоти и кусочков тонкой пленки кожицы корне- и корнеплодов. Определены фактор формы и эквивалентный диаметр кожиц различной длины, ширины и толщины (рис.3), а также угол внутреннего трения мякоти. Кроме того, определена сила отрыва кожицы от мякоти в зависимости от ее размера.
Для всех очищенных мякотей экспериментально определены значения угла внутреннего трения и фактор формы для кожиц.
Общее гидравлическое сопротивление двух- и трехфазных псевдоожиженных слоев определяется как сумма гидравлического сопротивления сухой решетки, слоя материала, столба жидкости и поверхностного натяжения. Гидравлическое сопротивление секционированной решетки с эллипсоидными отверстиями меньшего поперечного сечения по вершинам правильного шестиугольника и в центре с эллипсоидными отверстиями большего поперечного сечения обеспечивает градиент давлений при истечении жидкости, т.е. осциллирующий режим истечения газожидкостного потока.
Обобщением опытных данных по гидравлическому сопротивлению сухих
решеток с различной долей свободного сечения и угла наклона γ выведена следующая расчетная формула:
2,046,02
4
21053,9
wРсух (2)
Формула (2) описывает экспериментальные данные при изменении скорости воздуха w=0,01-25 м/с, доли свободного сечения =0,2-0,7 и угла наклона решетки =0-25о с погрешностью ±7,7%.
● - топинамбур; ■ - морковь; - красная свекла; ▲-картофель; ♦-сахарная свекла. Рис.4. Зависимость гидравличес- кого сопротивления Рсл от высоты слоя Н
Рис. 3. Кривые грануломет- рического состава кусочков кожицы (дифференциальные)
41
103
102
101 103 104 105 106 107
Reун
Ar
103
На рис. 4 приведены опытные данные по Рсл от высоты слоя Н объекта переработки для различных корне- и клубнеплодов. Как видно из графика, с ростом толщины слоя Н от 40 до 100 мм величина гидравлического сопротивления Рсл растет со 160 до 440 Па. При этом порозность слоя в зависимости от объекта переработки изменялась от =0,37 до 0,45.
Исследования по разделению неоднородной смеси «мякоть-кожица» топинамбура при трехфазном псевдоожижении показали, что унос частиц неправильной формы начинается при значении числа Архимеда Ar=4005 значение критерия Рейнольдса Re=39,8, при Ar=26858 величина Re=124, при Ar=200546 число Re=378,5, при Ar=804834 параметр Re=773 и, наконец, при Ar=1610594 соответственно Re=1168 (рис.5).
× - по формуле Тодеса; ◇ - ситчатая, при 2-х фазном ожижении; △ - секционированная, при 2-х фазном ожижении; ○ - секционированная, при 3-х фазном ожижении.
Рис.5. Зависимости скорости уноса Reун тел неправильной формы от числа Архимеда Ar при ожижении на различных решетках
Трехфазное псевдоожижение при разделении системы «мякоть-кожица»
позволило достичь эффективности 17-32% по сравнению с двухфазным (секционированная решетка) и в 43-55% по сравнению с двухфазным (ситчатая решетка) ожижением.
Подобное снижение скорости уноса объясняется эффективным воздействием плоских струй с переменными скоростями, создающие осциллирующий режим истечения газожидкостного потока и аэродинамическими свойствами кожиц в виде бесконечно тонкой пластины. При применении трехфазной системы на секционированной решетки значение критической скорости уноса уменьшается в 1,43-1,55 раза по сравнению с ситчатой решеткой. Зачастую, унос из псевдоожиженного слоя в большинстве случаев представляет собой нежелательное, отрицательное явление. Однако, при разделении неоднородной системы «мякоть - кожица», данный недостаток
42
101
102 R, %
2
4
6
8
2 4 6 8 103102 2
Re
Разделение в трехфазном псевдоожиженном слое
Осаждение
Мойка
Охлаждение
является положительным явлением и вносит существенный вклад в полное, 100%-ное разделение смеси на компоненты.
На рис.6 представлен график зависимости степени разделения смеси “мякоть-кожица” в виде функции R=f(Re) при использовании секционированной решетки с долей свободного сечения =0,5 для соотношений Г:Ж=0,25:1. Как видно из рисунка, график имеет рассекающийся снизу вверх, возрастающий характер.
● - dэ=1,98 мм; ▲- dэ=2,85 мм; ■ - dэ=4,98 мм; Рис.7. Схема протекающих ◆ - dэ=6,15 мм; ∗- dэ=7,75 мм. процессов в ТФПС Рис. 6. Влияние скорости потока Re на степень разделения R мякоти от кожицы при ТФПС. Г:Ж=0,25:1; =0,5
Так, для частиц с эквивалентным диаметром dэ=4,98 мм при течении газожидкостного потока с числом Рейнольдса Re=300 степень разделения составит R=30%, при Re=600 значение R=69%, при Re=800 величина R=92% и, наконец, при Re=900, соответственно - R=100%. Увеличение скорости газожидкостного потока с Re=3000 до Re=900 эффективность разделения возрастает в 3,3 раза. Обобщением экспериментальных данных по разделению смеси «мякоть-кожица» в ТФПС получена формула в виде:
024,072,0Re448,0 ArR (3) Погрешность формулы (3) не превышает ±19% во всем интервале чисел
Re=200-1200 и диаметре частиц dэ =1,98-7,75 мм. Обобщением опытных данных по скорости начала псевдоожижения
неоднородной смеси “мякоть-кожица” в трехфазном псевдоожиженном слое получена следующая формула для расчета Reпс:
ArAr
пс6,104300
Re
(4)
Погрешность формулы (4) для тел неправильной формы в виде кусочков кожицы корнеплодов в трехфазном псевдоожиженном слое ±15%.
43
Унос
Неподвижный слой
Трехфазный псевдоожиженный
слой
104 105 106
100
101
102
103
Re
Ar
Обобщением экспериментальных данных по скорости уноса (рис.5) кожицы из неоднородной смеси “мякоть-кожица” в трехфазном псевдоожиженном слое получена следующая формула для расчета Reун:
ArAr
ун
177,118
Re (5)
Погрешность формулы (5) для расчета скорости уноса тел неправильной формы в виде кусочков кожицы корне- и клубнеплодов в трехфазном псевдоожиженном слое не превышает ±5%
Имея формулы для расчета скорости начала псевдоожижения (4) и уноса (5) можно определить пределы существования состояний слоя при трехфазном псевдоожиженном слое (рис.8). Комплексные исследования по разделению смеси «мякоть - кожица» корне- и клубнеплодов и тщательный анализ ранее проведенных научных изысканий на основе экспериментальных исследований позволили разработать модель процесса разделения в трехфазном псевдоожиженном слое, объясняющая механизм эффективного и полного разделения неоднородной системы «твердое тело-твердое тело». Данный процесс состоит из нескольких этапов: а) загрузка объекта переработки; б) установка оптимального соотношения Г:Ж и режима уноса; в) смыв кожицы с мякоти корне- и клубнеплодов; г) выгрузка вымытой мякоти.
Рис. 8. Пределы существования ТФПС Рис. 9. Зависимости выхода пюре при ожижении неоднородной сахарной свеклы при смеси «мякоть - кожица» обработке ММСД
На основании проведенных исследований, а также анализа опытных
данных выявлены следующие оптимальные режимные параметры эффективного разделения неоднородной смеси «твердое тело-твердое тело» в трехфазном псевдоожиженном слое: соотношение газа к жидкости Г:Ж=0,25:1,0; живое сечение решетки fpеш.=0,5-0,7; время пребывания объекта в аппарате τ=6-10 с. Выявлено, что использование ТФПС при разделении
◆-U=40,9%; ■-U=48,7%; △-U=55,8%
10-1
100
2
4
6
8
100
64 2
P/P0
П
44
неоднородных смесей «твердое тело - твердое тело» позволяет полностью разделить кожицу от мякоти, при низких энергетических затратах по сравнению с другими способами и дает возможность совместить процесс мойки, осаждения примесей и охлаждение объекта переработки (рис.7). Завершается глава IV выводами.
В пятой главе диссертации «Эффективность измельчения очищенных корнеплодов методом мгновенного сброса давления» описаны результаты экспериментальных исследований по получению готового и измельченного пюре корне- и клубнеплодов.
На рис.9 представлены результаты экспериментальных исследований по получению пюре из очищенной сырой мякоти сахарной свеклы ММСД. Установлено, что функция П=f(Р/Ро) имеет круто восходящий характер при всех исследованных исходных влажностях корнеплода. При коэффициенте заполнения kz=0,6, исходной влажности U=40,9% и Р/Ро=2,4 выход пюре сахарной свеклы составил П=0,178, при Р/Ро=3,0 значение П=0,365, при Р/Ро=3,5 величина П=0,63 и, соответственно, при Р/Ро=4,0 достигнуто 100%-ное значение, т.е. П=1,0. Как видно, с ростом Р/Ро и исходной влажности процесс получения пюре интенсифицируется.
Обобщением экспериментальных данных по получению пюре из сахарной свеклы методом мгновенного сброса давления получена расчетная зависимость, имеющая следующий вид:
81,10
23,3
0
310855,0 UРРП
(6)
где Uо=U/100% – относительная влажность мякоти сахарной свеклы. Формула (6) справедлива в диапазоне изменения исходной влажности
U=40,9-55,8% и избыточного давления острого пара Р=0,2-0,4МПа. Погрешность формулы не превышает ±7,7%. Аналогичные формулы выведены и для остальных корне- и клубнеплодов. Завершается глава V выводами.
В шестой главе диссертации «Интенсификация процесса влагоудаления при переработке методом мгновенного сброса давления» представлены результаты по влагоудалению при очистке и получении пюре корне- и клубнеплодов, обобщению экспериментальных данных, физическая модель процесса, а также данные по измельчению окомкованных материалов. Процесс влагоудаления при очистке топинамбура представлен на рис.10.
Так, при исходной влажности U=77% и давлении острого пара P/Po=2,0 относительная влажность очищенной мякоти =0,67, при P/Po=3,0 величина =0,61, при P/Po=4,5 значение =0,55, и соответственно, при P/Po=6,0 численный показатель относительной влажности равен =0,51. Влияние исходной влажности видно из следующего примера: для топинамбура с U=83% при обработке водяным паром P/Po=3,2 относительная влажность очищенной мякоти составила =0,65, для U=77% величина =0,61 и для U=72% значение =0,55. Анализ данных показывает, что наряду с очисткой топинамбура от кожицы протекает процесс влагоудаления, при котором происходит снижение влажности на 15-18%. Увеличение относительного давления водяного пара способствует повышению удаления влаги, т.е, снижению влажности получаемого пюре топинамбура (рис.11).
45
Кроме того, снижение временного сброса давления из аппарата также ведет к интенсификации процесса удаления влаги из объекта переработки например, при времени сброса давления =0,05 с исходной влажностью мякоти U=56% при P/P0=3,2 остаточная влажность пюре =0,39 при P/P0=4 значения =0,34 и при P/P0=6 величина =0,29. Рост давления острого пара с 3,2 до 6 приводит к интенсификации процесса в 1,35 раза.
● - U=72%; ■ - U=77%; ▲ - U=83%. =0,05 с: ○-φисх.=0,54, △-φисх.=0,61, □-φисх.=0,65; Рис.10. Влияние давления пара =0,007 с: ●-φисх.=0,54, ▲-φисх.=0,61, ■-φисх.=0,65. Р/Ро на относительную влажность Рис.11. Зависимости φ от Р/Ро очищенного топинамбура при при получении пюре очистке ММСД топинамбура ММСД
При снижении времени сброса давления с =0,05 до =0,007 с резко
увеличивается интенсивность процесса влагоудаления. Так, при P/P0=4, =0,05 с и U=61% остаточная влажность пюре составляет =0,38, а снижение времени сброса до =0,007 с приводит к росту влагоудаления и остаточная влажность пюре составляет =0,23, т.е, интенсификации процесса в 1,65 раз.
Влагоудаление при получении пюре корне- и клубнеплодов существенно зависит от темпа сброса сб давления пара из замкнутой системы.
Обобщение экспериментальных данных по влагоудалению при измельчении очищенной мякоти корне- и клубнеплодов методом мгновенного сброса давления позволило вывести следующую расчетную формулу:
16,04,1
5,0
31095,0
U
PP
o (7)
где параметры изменяются в следующих пределах: исходная влажность материала U=52-68%; относительное давление пара Р/Ро=1-6; время сброса давления =0,007-0,05 с.
10-1
100
2
6
4
1001
8
2 4
Р/Р0
φ
6 8
2
4
1001
8
φ
6 8100
6
10-1
4 2
Р/Р0
46
Создана физическая модель совмещенного процесса очистки, раскрывающая механизм эффективного влагоудаления. Объяснение столь высоких численных значений в процессе влагоудаления заключается в следующем: с увеличением избыточного давления греющего пара возрастает темп нагрева dt/dτ, идет быстрое проникновение фронта высоких температур вглубь мякоти и интенсивное увлажнение кожицы. При этом из-за высокой температуры греющего пара и относительно низкой температуры мякоти корне- или клубнеплода возникает градиент температуры, который направлен во внутрь объекта переработки (рис.12а). Объект переработки, окруженный насыщенным водяным паром с давлением Р/Ратм˃0, имеет температурный фронт, а внутри объекта давление соответствует Р/Ратм=0,1, т.е. gradP направлен вовнутрь объекта (рис.12а). Аналогичную направленность имеет вектор влажности, т.к. рабочим агентом является насыщенный водяной пар Uпар˃Uмат. В подобных условиях в зависимости от продолжительности обработки происходит проваривание пристенной области, что ведет к снижению сил сцепления кожицы с мякотью. Следует отметить, что в момент сброса давления из замкнутого пространства внутри мякоти корнеплода, вследствие образовавшегося перепада давления gradP = Р2-Ратм перегретая жидкость переходит в пар (рис.12б). Одновременно это явление формирует парожидкостной поток в виде мельчайших капелек воды и пара, которые устремлены изнутри наружу.
а) до паротермической обработки; б) в период обработки; в) при сбросе давления.
Рис.12. Механизм изменения градиентов температуры, давления и влажности при очистке корнеплодов ММСД В момент сброса давления grad t, grad P и grad U направлены наружу, т.е.
от центра объекта к ее поверхности (рис.12в). Процесс получения пюре зависит от скорости переноса парожидкостного потока, которая является функцией времени сброса давления τсб.
Стадия обработки gradt gradP gradU
Обозначение стадий
До паротермической обработки 0 0 0
При паротермической обработке >0 >0 >0
После сброса давления t3-tатм P3-Pатм U3-Uатм
47
8
6
4
2
2
4
101 2 4 6 8 102 2 4100
101
i
v, с-1
Измельчение или получение пюре мякоти корне- и клубнеплодов ММСД скоротечен и состоит из следующих этапов: нагрев влажных объектов под избыточным давлением водяного пара, одновременно протекающего измельчения и влагоудаления под действием градиента давления, возникающего в момент сброса между ядром объекта переработки и окружающей средой.
Полученное пюре корне- и клубнеплодов подвергается сушке под вакуумом и в результате становится окомкованным материалом с гранулометрическим составом от 1 до 11 мм. Естественно, для получения качественного и товарного порошка необходимо его измельчить. Анализ литературного обзора показал, что одним из перспективных методов измельчения твердых тел является скоростное измельчение в аппаратах турболопастного типа.
На рис.13 представлены результаты исследований по тонкому измельчению частиц топинамбура при различных численных значениях шага размещения стержней t/d.
Видно, что уменьшение численных значений шага размещения стержней t с диаметром d приводит к росту степени измельчения i. Например, при угловой скорости вращения рабочего вала v=21 с-1 и t/d=0,98 величина i=1,78, а с уменьшением шага размещения до t/d=0,6 значение степени измельчения возрастает до 2,38.
○– t/d=0,6; △– t/d=0,98.
Рис.13.Зависимость степени измельчения i частиц топинамбура от угловой скорости v при тонком измельчении в турболопастных аппаратах
Анализ вышеприведенных результатов показывает существенное влияние
шага размещения t/d на степень измельчения i, обеспечивающий интенсификацию процесса в пределах 33-73%. Дисперсность подсушенного пюре топинамбура заключается в размерности частиц от 3 до 9 мм, что
48
80
100
60
40
20
0 1 3 5 7 9 11
R, %
d, мм
80
100
60
40
20
00,1
R, %
d, мм 0,2 0,5 1,0 1,5 2,0 0,8
составляет 92% от общей массы, т.е. частицы диаметром 3-5 мм составляют 25%, 5-7 мм – 32%, и частицы диаметром 7-9, соответственно, 35% от общей массы (рис.14а). Доля частиц d=9-11 мм составляет 4%. На рис.14б представлена диаграмма дисперсного состава порошка топинамбура после тонкого измельчения на скоростном измельчителе турболопастного типа.
а) б)
Рис.14. Гранулометрический состав топинамбура после сушки (а) и тонкого измельчения (б)
Выявлено, что больше пловины общей массы порошка занимают частицы
размером 0,5-0,8 мм, что составляет 68,9% от общей массы измельченного материала. Так, частицы размером от 0,1 до 0,2 мм составляют 1,2%, от 0,5 до 0,8 – 68,9%, от 0,8 до 1,0 – 15%, от 1,0 до 1,5 – 5,2%, и, наконец, оставшуюся часть – 2,0% - занимают частицы размером до 2,0 мм.
Обобщением опытных данных по тонкому измельчению частиц топинамбура выведена формула для расчета степени измельчения в виде:
nm
dtAi
(8)
В формуле (8) для красной свеклы коэффициент А=0,42, показатель степени m=0,69, n=1,04; для топинамбура А=0,308, m=0,7, n=0,82. Погрешность формулы в интервале =14,6-254,3с-1 и t/d=0,5-0,98 для топинамбура 7,45%, а для свеклы 7,9%. Глава VI завершается выводами.
В седьмой главе диссертации «Практическое использование результатов работы» приведены разработанная технология получения пищевых порошков, инженерные методики расчета и конструкции аппарата МСД для очистки, получения пюре и ТФПС для разделения, а также созданы предпосылки для разработки конструкции аппарата турболопастного типа по измельчению. Кроме того, произведена оценка качества полученных пищевых порошков, пюре и экологической безопасности разработанной технологии.
49
Комплексные и динамичные исследования на протяжении многих лет по процессам переработки корне- и клубнеплодов позволили разработать технологию получения пищевых порошков на базе местного сырья (рис.15).
Предлагаемая технология получения пищевого порошка из корне- и клубнеплодов компактна, энергетически эффективна, безотходна, экологически безупречна и позволит сократить 4 технологических процесса и соответственно столько же аппаратов.
Рис.15. Технология получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов
Инженерная методика расчета аппарата МСД при известных исходных
данных и производительности ведется в последовательности: 1. Расчет на прочность цилиндрической обечайки; 2. Расчет на прочность эллиптического днища; 3. Диаметр поршня пневматического цилиндра вычисляется по формуле:
2
22
4PD
> 1
21
4PD
(9)
4. Толщина стенки пневматического цилиндра вычисляется по формуле:
2
22 PD (10)
5. Расчет количества болтов крепления фланца к корпусу.
Очистка ММСД с частичной подсушкой
Сырьё
Разделение мякоти от кожуры в трехфазном псевдоожиженном слое
Резка мякоти на кубики
Получение пюре ММСД с влагоудалением
Сушка пюре под вакуумом
Скоростное измельчение, охлаждение и классификация в турболопастном аппарате
Упаковка
50
6. Расчет диаметра и количества болтов. 7. Расчет на прочность и герметичность фланцевого соединения. 8. Конструктивный расчет узла мгновенного сброса давления. 9. Проверка прочности и герметичности соединения. 10. Степень очистки топинамбура, картофеля, моркови, красной и
сахарной свекл ММСД определяется по формуле:
no
m
о
UРРАS
(11)
где коэффициент А, значение степеней m и n приведены в главе 3. 11. Получение пюре из очищенной, сырой мякоти корне- и клубнеплодов
ММСД вычисляется по зависимости:
ух
UРРВП 0
0
(12)
где коэффициент В, величины степеней х и у приведены в главе 5. 12. Производительность аппарата ММСД рассчитывается по формуле:
циклазkmAG
60
(13) На основе инженерной методики рассчитан, сконструирован и изготовлен
узел мгновенного сброса давления (рис.16) и промышленный аппарат. Его основные характеристики следующие: диаметр корпуса аппарата 0,325 м; длина аппарата 0,6 м; производительность 12 т/сутки; потребляемая энергия
20 м3/сутки; занимаемая площадь 1,25 м2.
Данный аппарат компактен,
технологичен, не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат. Аппарат для разделения неоднородной смеси, в частности, смеси «мякоть- кожица» корне- и клубнеплодов, полученных ММСД, представляет собой корпус с решеткой специальной конструкции (рис.17). Основные характеристики аппарата: диаметр корпуса - 0,6 м; высота аппарата - 1,5 м; производительность - 16 т/сутки; рабочие
агенты - вода и воздух 20 м3/сутки; занимаемая площадь 2,0 м2; угол наклона решетки - =5-25о; живое сечение решетки колеблется в диапазоне =0,2-0,7.
Особенность распределительной решетки специальной конструкции заключается в том, что она разбита на n-ное количество секций. Причем в
Рис.16. Пневматическое устройство мгновенного сброса давления
51
каждой секции по вершинам правильного шестиугольника размещаются эллипсоидные отверстия малого поперечного сечения, а в центре - большего.
Принцип работы аппарата трехфазного жидкостного слоя следующий: ожижающий агент - вода, подается в аппарат через нижний штуцер 6 под распределительную решетку 2. По мере наполнения объема аппарата вводится вода в штуцер 8 вымывателя 5 (рис.17).
При контакте ожижающей воды с твердой неоднородной смесью, сползающей по наклонной распределительной решетке налипшие кусочки тонкой кожицы вымываются и под действием подъемной силы, создаваемой осциллирующим газожидкостным слоем. Легкий компонент удаляется через штуцер 7 аппарата, а тяжелый компонент (очищенная, сырая мякоть), освобожденный от налипшей кожицы, скатывается по наклонно установленной распределительной решетке и выводится через штуцер 10.
Использование воздушной струи в качестве третьей фазы при разделении в трехфазном псевдоожиженном слое позволяет снизить энергетические затраты до 20-25%.
Изготовлены опытные образцы промышленных аппаратов для очистки, разделения и получения пюре экономический эффект от их внедрения составит 287,44 млн. сум в год (в ценах 2016 г.).
По результатам исследований создана и внедрена энергетически эффективная технология получения пищевых порошков в ИП ООО
«To’raqorg’on shirinlik agro» с ожидаемым экономическим эффектом 1395,65 млн.сум.
Создан стандарт организации ТУ 19594976-01:2013 «Полуфабрикат
столовой свеклы порошкообразный». Технические условия, а также разработан стандарт организации Тs 20155874-01:2016 «Полуфабрикаты. Пюре овощные, консервированные асептическим способом». Технические условия утверждены Агентством «Узстандарт» и Министерством здравоохранения Республики Узбекистан.
1-корпус; 2-распределительная решетка; 3 - коническое днище; 4-эллиптическая крышка; 5-вы-мыватель; 6-штуцер для подачи воды; 7-штуцер для вывода легкого компонента; 8-штуцер для ввода воды; 9-штуцер для ввода исходной твердой смеси; 10-штуцер для вывода тяжелого компонента; 11-штуцер для ввода воздуха; 12-барботер. Рис. 17. Аппарат трехфазного псевдоожиженного слоя
52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Предложено применение острого пара в ММСД для эффективной организации двух процессов, т.е. очистки корне- и клубнеплодов и получения пюре из очищенной мякоти, а также ТФПС для разделения твердых неоднородных смесей и скоростной метод для измельчения окомкованных материалов.
2. Предложено, что наиболее сильно влияющими параметрами являются относительное избыточное давление острого пара Р/Ро и исходная влажность U сырья. С ростом Р/Ро интенсификация процесса очистки составляет 3,8-5,7 раз, а при увеличении U, соответственно в 1,6-1,8 раза.
3. Доказано достижение полной очистки исследуемых объектов при минимальных потерях массы сырья (2-7%) и кратковременной обработке, причем процессы очистки и получения пюре сопровождаются ещё и процессом влагоудаления из перерабатываемого сырья.
4. Доказано влияние соотношения Г:Ж на критические скорости, особенно на скорость уноса в гидродинамике трехфазного псевдоожиженного слоя и получены кривые псевдоожижения, с ростом Г:Ж=0,25:1 интенсивность процесса разделения возрастет в 1,3 раза.
5. Предложено совмещение процессов разделение и мойка в одном аппарате, что позволяет сэкономить воду в 2,3 раза и энергетические затраты на 60% при переработке твердой неоднородной смеси «твердое тело-твердое тело». Кроме того, применение воздуха в качестве агента третьей фазы позволяет уменьшить плотность газожидкостного потока (которая движется в вверх) и создать эффект эрлифта (воздушный подъемник), что ведет к сокращению энергозатрат на 20-25%.
6. Предложена интенсификация процессов очистки и получения пюре из корне- и клубнеплодов при использовании острого пара. С ростом относительного давления Р/Ро с 2,4 до 4 процесс получения пюре улучшается в 4-5 раз, снижение времени сброса избыточного давления из рабочей камеры аппарата с сб=0,07 до 0,005 с интенсифицирует процессы очистки и получения пюре, а также влагоудаление ~1,8 раза.
7. Предложены критериальные формулы для расчета основных параметров процессов очистки, получения пюре и скоростного измельчения с достаточно с высокой точностью, на основе которых созданы инженерные методики расчета и конструкторско-технологические документации на аппарат мгновенного сброса давления, трехфазного псевдоожиженнного слоя и турболопастного измельчителя.
8. Предложена нетрадиционная, энергетически эффективная и безотходная технология переработки корне- и клубнеплодов в пищевой порошок, обеспечивающая экономию сырья 8-13%. Предлагаемая технология получения пищевых порошков корне- и клубнеплодов позволит сократить четыре технологических процесса и соответствующее количество аппаратов.
53
ONE-OFF SCIENTIFIC COUNCIL ON THE BASIS OF SCIENTIFIC COUNCIL ON AWARDING SCIENTIFIC DEGREES OF
DSc.27.06.2017.T.04.01 AT TASHKENT CHEMICAL-TECHNOLOGICAL INSTITUTE
TASHKENT CHEMICAL-TECHNOLOGICAL INSTITUTE
ABDULLAEV ALISHER SHONAZAROVICH
DEVELOPMENT OF AN ENERGY EFFECTIVE TECHNOLOGY OF PRODUCING POWDER FROM ROOT AND TUBER CROPS
02.00.16 – Processes and apparatus of chemical technologies and food рroduction (technical sciences)
ABSTRACT OF DOCTORAL DISSERTATION (DSc) ON TECHNICAL SCIENCE
Таshkent–2018
54
The theme of dissertation doctor of science (DSc) was registered at the Supreme Attestation Commission at the Cabinet of Ministers of the Republic of Uzbekistan under number В2018.4.DSc /T83.
The dissertation has been carried out at the Tashkent chemical-technological Institute.
The abstract of dissertation in three languages (Uzbek, Russian, English (resume)) is available online tkti.uzand on the website of the Information-educational portal «ZiyoNet»www.ziyonet.uz.
Scientific supervisor: Nurmuhamedov Khabibulla Sagdullaevich Doctor of Technical Sciences, professor
Official opponents: Yusupbekov Nodirbek Rustambekovich Doctor of Technical Sciences, professor, academician
Baxronov Xoshimjon Shoyimovich Doctor of Technical Sciences, professor
Artikov Askar Artikovich Doctor of Technical Sciences, professor
Leading organization: Joint company “Uzbekkhimmash Factory”
The defense of the dissertation will take place on «___» november 2018 at «_____» o’clock at the meeting of One-off Scientific Council on the basis of scientific council on awarding scientific degrees of DSc.27.06.2017.Т.04.01 at Tashkent chemical-technological institute.(Address: 100011, Tashkent, Navoi street, 32. Ph.: (99871) 227-79-20, fax: (99871) 244-79-17; е-mail: [email protected]).
The dissertation has been registreded at the Information Resource Centre of the Tashkent chemical-technological institute №___ (Address: 100011, Tashkent, Navoi street, 32 Administrative Building of the Tashkent chemical-technological institute, Ph.: (99871) 244-79-20.
The abstract of the dissertation has been distributed on «___» november 2018. Protocol at the register № _______dated «____» november 2018.
S.M. Turobjonov Chairman of the Scientific Council for
аwarding of the scientific degrees, Doctor of Technical Sciences, Professor
A.S. Ibodullaev Scientific Secretary of the Scientific Council
for awarding the scientific degrees, Doctor of Technical Sciences, Professor
Q.O. Dodaev Chairman of the Scientific Seminar under Scientific
Council for awarding the scientific degrees, Doctor of Technical Sciences, Professor
55
INTRODUCTION (abstract of DSc dissertation)
The aim of the research work is development of an energy effective technology of producing powder from root and tuber crops.
The object of the research work are root and tuber crops, their mixtures in the form of «pulp + peel» after cleaning, peeled raw pulp and poured mashed potatoes after drying.
The scientific novelties of the research consists in the following: It was improved that the energy of water vapor during purification and
purification of roots and tubers by instantaneous pressure relief performs two functions: first - purification (or grinding); the second is moisture retention;
Determined the experimental data on the purification (patent RU No. 055529) and the preparation of puree (patent RU No. 055594) by the method of instantaneous pressure relief, the separation of the inhomogeneous solid-solid mixture and the grinding of the pelletized materials in a wide range of changes in the regime parameters and the initial properties of the processing facility;
Process intensification is achieved when purified to 20% in the separation of solid mixture to 1.25 times, producing mashed 4-5 times and pulverizing 70%, which is the basis for the alignment process;
Formulas are derived for calculating the purification efficiency of deforming materials by the method of instantaneous pressure relief, the degree of grinding of raw pulp, the hydrodynamics of the separation of the solid-solid system, the moisture removal and the degree of grinding, the errors of which do not exceed the admissible boundaries for similar studies;
Formulated engineering methods for calculating instantaneous pressure relief devices for cleaning root crops, a three-phase fluidized bed for separating solid non-uniform mixtures and obtaining puree from purified and raw pulp;
Formulated unconventional methods for cleaning and mashing by the method of instantaneous pressure relief, separation of solid mixtures in a three-phase fluidized bed and high-speed grinding;
Created a technology for obtaining food powders from root- and tuber crops using the method of instantaneous pressure relief for purification and mashing, a three-phase fluidized bed for separation and high-speed grinding of deforming objects.
Implementation of the research results. Based on the research carried out to develop an energy efficient technology for obtaining food powders from root- and tuber crops:
- a patent has been received for a method for producing sugar beet puree from the Intellectual Property Agency of the Republic of Uzbekistan (№IAP 05529, 2018). As a result, the possibility of producing food purees and additives from root and tuber crops has been created;
- a patent has been received from the Intellectual Property Agency of the Republic of Uzbekistan (№IAP 05594, 2018) for a method of cleaning the artichoke tubers. As a result, the possibility of effective cleaning of artichoke tuber crops was created;
- a positive decision was received by the Agency of Intellectual Property of the Republic of Uzbekistan on an invention - a fluidized fluid bed apparatus for
56
separating a heterogeneous mixture into fractions (№IAP 20140407, 2018). As a result, the possibility has been created of using the apparatus of a fluidized bed to separate a heterogeneous mixture into fractions;
- technology for obtaining food powders from root and tuber crops: cleaning, separation of a heterogeneous solid-solid mixture in a three-phase fluidized bed, obtaining root and tuber puree and grinding of pelletized materials, technical conditions approved by the Uzstandard agency (TU 19594976-01 : 2013). As a result, the technological process was reduced by 4 processes, raw material losses were reduced by 8-13%;
- technical conditions for pureed vegetable, canned aseptic, approved by the agency «Uzstandart» (Ts20155874-01: 2016). As a result, on the basis of the proposed technology, a puree of root crops was obtained on an industrial scale with the chemical composition preserved to the maximum extent;
- an apparatus intended for separation of a solid-solid mixture in a three-phase fluidized bed was introduced into “Uzbekkhimmash Factory” (reference from Uzbekkhimmash Factory, dated January 9, 2018 08 / 12-023). As a result, the economic efficiency is increased by 20%-25%.
- the process and the device for instantaneous pressure relief has been introduced into the LLC «To'raqorg'on shirinlik agro» (reference of JSC «Uzbekzokovakholdholding» dated July 24, 2018 AS/05-2-1964). As a result of using the results of this dissertation, economic efficiency increases by 40%-45%.
The structure and volume of the dissertation. The dissertation consists of an introduction, 7 chapters, conclusion, literature and applications. The volume of the dissertation is 200 pages.
57
ЭЪЛОН ҚИЛИНГАН ИШЛАР РЎЙХАТИ СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
LIST OF PUBLISHED WORKS
I бўлим (I часть; I part)
1. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С. и др. Интенсификация процесса очистки некоторых корнеплодов. –Ташкент, ТХТИ, 2013.-136 с. (Монография).
2. Абдуллаев А.Ш., Глушенкова А.И., Нурмухамедов Х.С. и др. Эффективная технология получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов. –Ташкент, ТХТИ, 2017.-164 с. (Монография).
3. Абдуллаев А.Ш., Нигмаджонов С.К., Абдурахимова А.У. и др. Перспективы трехфазного псевдоожиженного слоя в пищевой промышленности. –Ташкент, ТХТИ, 2017.-131 с. (Монография).
4. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С. и др. Эксергия процесса «взрывной» очистки деформирующихся материалов // Химическая технология. Контроль и управление, 2005. - №4. - С.21-23. (02.00.00; №10).
5 Абдуллаев А.Ш., Нигмаджанов С.К., Юлчиев Р.А. и др. Расчет степени очистки моркови методом мгновенного сброса давления // Химическая технология. Контроль и управление, 2011. - №2.- с.25-27.
6. Абдуллаев А.Ш., Абдуллаева С.Ш., Нурмухамедов Х.С. Расчет эффективности очистки корнеплодов методом мгновенного сброса давления // Россия, Москва, Хранение и переработка сельхозсырья, 2011. - №2. - с.76-77. (02.00.00; №25).
7. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С. и др. Частичная подсушка при очистке корнеплодов методом мгновенного сброса давления // Москва, Хранение и переработка сельхозсырья, 2011.- №6.- с.17-18. (02.00.00; №25).
8. Абдуллаева С.Ш., Абдуллаев А.Ш. и др. К вопросу полной очистки топинамбура // Россия, Москва, Хранение и переработка сельхозсырья, 2012. - №3. - с.11-12. (02.00.00; №25).
9. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С., Сагдуллаев У.Х. и др. Механизм процесса очистки деформирующихся материалов методом мгновенного сброса давления // Химическая технология. Контроль и управление, 2012.- №2.- с.52-55. (02.00.00; №10).
10. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С. и др. Влияние угловой скорости вала на степень измельчения окомкованных материалов // Химическая технология. Контроль и управление, 2013.- №6.- c.14-17. (02.00.00; №10).
11. S.Abdullaeva, A.Abdullaev, H.Nurmuhamedov. Issue of non-traditional roots clearning // USA, The advanced science, 2013.- №5.- p.81-84. (02.00.00; № 2).
12. A.Abdullaev, S.Abdullaeva, H.Nurmuhamedov and other. Effciency calculation for tuber peeling process by instant pressure release method // USA, The advanced science, 2013.- №8.- p.17-20. (02.00.00; № 2).
13. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С. и др. Обобщение опытных данных по измельчению клубнеплодов // Химическая технология. Контроль и управление, 2014.- №1.- С.24-27.
58
14. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.C. и др. Влияние темпа нагрева клубней на степень их очистки методом мгновенного сброса давления // Химическая технология. Контроль и управление, 2014. - №3.- с.18-22. (02.00.00; №10).
15. Абдуллаев А.Ш. Измельчение корнеплодов методом мгновенного сброса давления // Россия, Москва, Хранение и переработка сельхозсырья, 2014.- №3.- с.42-45. (02.00.00; №25).
16. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С., Нигмаджанов С.К. и др. Расчет степени измельчения материалов в скоростных измельчителях // Россия, Москва, Хранение и переработка сельхозсырья, 2014.- №8. – с.11-13. (02.00.00; №25).
17. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С., Нигмаджанов С.К. и др. Расчет диаметра пневмоцилиндра аппаратов мгновенного сброса давления // Химическая технология. Контроль и управление, Ташкент, 2015.-№1.-с.21-24. (02.00.00; №10).
18. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.C. и др. К вопросу о частичной подсушке корнеплодов при очистке методом мгновенного сброса давления // Химическая технология. Контроль и управление, 2015. - №6. - с.12-16. (02.00.00; №10).
19. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С., Хаджибаев А.Ш. и др. Влияние давления острого пара на подсушку корнеплодов при очистке методом мгновенного сброса давления // Россия, Москва, Хранение и переработка сельхозсырья, 2016.- №4.- с.9-12. (02.00.00; №25).
20. Абдуллаев А.Ш., Нигмаджанов С.К. и др. Тонкое измельчение окомкованных деформирующихся материалов в скоростных измельчителях // Россия, Москва, Хранение и переработка сельхозсырья, 2016.- №4.- с.22-26. (02.00.00; №25).
21. Абдуллаев А.Ш. Гранулометрический состав пищевых порошков корне-и клубнеплодов при скоростном измельчении // Россия, Москва, Хранение и переработка сельхозсырья, 2016.- №9. – с.23-26. (02.00.00; №25).
22. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С., Нурматов Т.Б. и др. Обобщение опытных данных по скоростному измельчению деформирующихся материалов // Россия, Москва, Пищевая промышленность, 2016. - №12.–с.45-47. (02.00.00; №18).
23. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С. и др. Эффективная технология получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов // Россия, Москва, Хранение и переработка сельхозсырья, 2016.- №10.- С.21-25. (02.00.00; №25).
24. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С., Абдурахимова А.У. и др. Влияние осциллирующего режима истечения газожидкостного потока на скорость уноса при трехфазном псевдоожижении // Химическая технология. Контроль и управление, 2017.-№5.-с.5-9. (02.00.00; №10).
25. Абдуллаев A.Ш., Нурмухамедов Х.С., Нуримбетов Б.Ч. и др. К проблеме тонкого измельчения топинамбура // Химия и химическая технология. - Ташкент, 2017. - №1.-С.63-65. (02.00.00; №10).
59
26. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С., Темиров О.Ш. и др. Влияние эквивалентного диаметра частиц неправильной формы на скорость начала псевдоожижения в трехфазных системах // Химическая технология. Контроль и управление, 2017. - №4 – с.25-29. (02.00.00; №10).
27. Абдуллаев А.Ш., Темиров О.Ш., Нурмухамедов Х.С. Расчет скорости уноса при трехфазном псевдоожижении твердой неоднородной смеси // Химическая технология. Контроль и управление, 2018. - №1-2. – с.39-43. (02.00.00; №10).
28. Патент Республики Узбекистан №05529. МПК8 А23L 1/00. Технология получения пюре корнеплодов/Абдуллаева С.Ш., Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С. и др. опубл. 18.04.2018 г. – ил.3.-с.7.
29. Патент Республики Узбекистан №05594. МПК8 А23N 7/02, A47J 17/00, A23L 1/214. Способ очистки клубней топинамбура / Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С., Нигмаджанов С.К. и др. – Б.И. №6.-опубл. 29.06.2018 г. – с.3.
30. Патент Республики Узбекистан по заявке №20140407 (положительное решение). МПК7 В05В 5/62. Аппарат жидкостного псевдоожиженного слоя для разделения неоднородной смеси на фракции / Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С., Глушенкова А.И. и др.- ил.4. – с.9. 22.07.2018 г.
II бўлим (II часть; II part)
31. Нурмуҳамедов Ҳ.С., Абдуллаев А.Ш., Ниғмаджонов С.К. ва бошқалар. Нефть ва кимё саноати машина ва қурилмаларини ҳисоблаш ва лойиҳалаш. – Т.: Фан ва технологиялар, 2008. – 351 б.
32. Нурмухамедов Х.С., Абдуллаев А.Ш., Бабаев З.К. ва б. Гидравлика, гидромашина ва гидроюритмалар. – Т.: Фан ва технологиялар, 2012. – 304 б.
33. Нурмухамедов Х.С., Абдуллаев А.Ш., Нигмаджонов С.К. ва б. Нефть ва кимё машинасозлиги технологияси. - Т.:Фан ва технологиялар, 2013.- 220 б.
34. Абдуллаев А.Ш., Нигмаджанов С.К. и др. Об одной особенности очистки корнеплодов при их очистке методом мгновенного сброса давления // Казахстан, Пищевая технология и сервис, 2010.-№6.- с.50-52.
35. Абдуллаев А.Ш., Абдуллаевa С.Ш., Нурмухамедов Х.С. Концепция нетрадиционной технологии получения порошков корнеплодов // Научно-техн. конф. «Умидли кимёгарлар - 2008», Ташкент, 2008.- т.2, с.297-299.
36. Abdullaev A.Sh., Nigmadjanov S.K. Humidity change of deforms materials for steam termalprocess / 7-th World Conference on Intelligent Systems for Industrial Automation «WСIS-2012», Тashkent.: nov. 25-27, 2012. - p.207-209.
37. Абдуллаев А.Ш., Курбанбеков Ф.С., Усманов Б.С. Зависимость степени измельчения от угловой скорости вала скоростного измельчителя-охладителя // Мат.межд.науч.-техн. конф. «Технологии и управление: проблемы, идеи и инновации» Россия, Тверь, 21-22 ноября 2013 г., с.113-117.
38. Абдуллаев А. Ш., Нурмухамедов Х.С. и др. Нетрадиционный метод измельчения очищенных корнеплодов // Межд. научный форум «Пищевые инновации и биотехнологии» Россия, Кемерово, 2013 .- с.45-51.
60
39. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С. К очистке топинамбура методом мгновенного сброса давления / Кимё саноатида инновацион технологиялар, Урганч, УрДУ, 2017. - т.2. - с.199-200.
40. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С., Аннаев Н.А. и др. Эффективный метод разделения неоднородной смеси «твердое тело-твердое тело» / Тез. докл. 4-й Межд. научно-технич. конф. «Прогрессивные технологии и процессы», Россия, г.Курск, 2017. - с.6-8.
41. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С. Зависимость второй критической скорости от диаметра частиц при трехфазном псевдоожижении / 7-межд. Симп. «Химия и химическое образование» Владивосток, 2017.- с.54-55.
42. Абдуллаев А.Ш. и др. Энергетическая эффективность процесса очистки корнеплодов методом мгновенного сброса давления / Мат. межд. научно-практ. конф. «Энергоэффективность и энергосбережение в современном производстве и обществе», Россия, г. Воронеж: ФГБОУ, 2018. - с.7-11.
61
Автореферат «Кимё ва кимёвий технология» журнали таҳририятида таҳрирдан ўтказилиб, ўзбек, рус ва инглиз тилларидаги матнлар ўзаро мувофиқлаштирилди.
Бичими: 84х60 1/16. «Times New Roman» гарнитура рақамли босма усулида босилди.
Шартли босма табоғи: 3,75. Адади 100. Буюртма № 30.
«Тошкент кимё-технология институти» босмахонасида чоп этилди. 100011, Тошкент, Навоий кўчаси, 32-уй.