Актуальність розробки.

У харчовій, як і в багатьох інших галузях промисловості широко розповсюджені процеси гомогенізації і диспергування. Апарати, які використовуються для їх проведення мають ряд суттєвих недоліків і часто не відповідають сучасним вимогам якості та енергозбереження. Наприклад при переробці молока клапанні гомогенізатори мають енерговитрати більш 8 кВт/т і швидкий знос плунжерних пар і робочих органів, вакуумні – не забезпечують необхідного ступеня диспергування і т.д. Тому задача удосконалення існуючих конструкцій диспергаторів, наприклад за рахунок концентрації енергії та ефективного її розподілення по об’єму продукту, що обробляється є актуальною.

Робота проводилась у рамках науково-дослідної роботи кафедри обладнання переробних і харчових виробництв імені професора Ф.Ю. Ялпачика Таврійського державного агротехнологічного університету відповідно до програми науково-дослідної роботи на 2016–2020 рр. “Розробка технологій і технічних засобів для переробки і зберігання сільськогосподарської продукції та процесів і обладнання харчових виробництв” (державний реєстраційний номер №0116U002729).

Метою роботи є підвищення ефективності процесу гомогенізації молока на основі дослідження та оптимізації процесу гомогенізації молока в пульсаційному апараті з вібруючим ротором.

Об’єктом дослідження є процес гомогенізації молока в пульсаційному апараті з вібруючим ротором.

Предметом дослідження є технологічні, конструктивні та гідравлічні параметри пульсаційного апарату з вібруючим ротором у взаємозв’язку з енергетичними та якісними показниками процесу гомогенізації молока.

Методи дослідження. Теоретичні залежності параметрів гомогенізації молока визначалися за допомогою класичних залежностей гідравліки та механіки, теорії дискретно-імпульсного введення енергії, коливань консервативних лінійних систем та прикладного програмування COSMOSFloWorks сумісно з програмою геометричного проектування SolidWorks. Фізико-хімічні методи використовувались при визначенні жирності молока. Дисперсні характеристики молочної емульсії визначались при використанні мікроскопу з веб-камерою та персонального комп’ютера. Експериментальні дані оброблювались за допомогою методів математичної статистики з використанням табличного процесора Microsoft Excel та програмного забезпечення Mathcad.

 Гомогенізуючий вузол пульсаційного апарата з ротором, що вібрує         Схема експериментальної установки ПА з ВР:

1 – пасова передача; 2 – електродвигун приводу обертання ротора, 3 – отвори статора; 4 – отвори ротора; 5 – ротор; 6 – статор; 7 – гомогенізуючий вузол; 8 – лопатки; 9 – кривошипний механізм приводу вібрації ротора; 10 – електродвигун приводу вібрації ротора.

Новації роботи пролягають у розвитку теорії гідродинамічного диспергування молочної емульсії, що ґрунтується на створенні відносної швидкості дисперсної та дисперсійної фаз та зв’язку цього чинника з прискоренням руху потоку емульсії. Оптимізація процесу диспергування з метою підвищення прискорення потоку емульсії при використанні знакозмінних пульсацій, накладання механічних коливань, створення умов для виникнення резонансних явищ та оптимізації кратності обробки продукта та відносної швидкості фаз емульсії дозволяє значно підвищити енергоефективність гомогенізаторів молока.

Розроблений промисловий зразок гомогенізатора дозволяє отримати молочну емульсію з середнім діаметром жирових кульок 0,8 мкм і мають у 4,9–6,7 разів менші питомі енерговитрати, ніж промислово освоєні гомогенізатори молока (у т.ч. клапанні).

Економічний ефект від впровадження розробленого інноваційного гомогенізатора становить 265740–362945 грн, що досягається зниженням питомих енерговитрат на 45–76% і експлуатаційних витрат – на 35–64%. Термін окупності нового гомогенізатора не перевищує 4–9 місяців.

Статті, тези та патенти за тематикою:

  1. Дейниченко Г.В. Синхронізація коливальних і обертальних рухів ротора у пульсаційному гомогенізаторі з вібруючим ротором/Г.В. Дейниченко, К.О. Самойчук, А.О. Івженко //Вібрації в техніці та технологіях : Вінниця – 2016. – №1 (81). –С. 122-131. (Index Copernicus (Польша), РИНЦ)
  2. Самойчук К.О. Гомогенізація жирової фази молока в пульсаційному апараті з ротором, що вібрує / Самойчук К.О., Паляничка Н.О., Верхоланцева В.О. // IV наукова конференція «Фундаментальні та прикладні дослідження у сучасній науці» (30 жовтня 2016 р., м. Харків). – Харків, Технологічний центр, 2016. – С. 86–87.
  3. Самойчук К.О.Методика розрахунку пульсаційного гомогенізатора з вібруючим ротором/К.О. Самойчук, А.О. Івженко//Збірник наукових праць Вінницького національного аграрного університету: Вінниця – 2015. – Вип. 1 (89)– Том.2, №1. – С. 133 – 138.
  4. Самойчук К.О. Рівняння зміни площі прохідного перетину модулятора в пульсаційному апараті з вібруючим ротором/К.О. Самойчук, А.О. Івженко// Наукові праці НУХТ: Київ – 2015. – Том.21, №4. – С. 164 – 170. (Индексируется Index Copernicus · EBSCOhost · CABI Full Text· Universal Impact Factor· Google Scholar)
  5. Самойчук К.О. Ефективність гомогенізації молока в пульсаційному апараті з вібруючим ротором/К.О. Самойчук, А.О. Івженко// Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка: Харків – 2015. – Вип. 166.– С. 98 – 104. (Google Scholar)
  6. Самойчук К.О. Визначення продуктивності пульсаційного апарату з вібруючим ротором/К.О. Самойчук, А.О. Івженко // Наукові праці ОНАХТ: Одеса – 2014. – Вип. 45, Т.3 – С. 25 – 30.
  7. Самойчук К.О. Определение скорости в модуляторе пульсационного гомогенизатора с вибрирующим ротором//К.О. Самойчук, А.О. Івженко //Вестник Могилёвского государственного университета продовольствия: Могилёв – 2014. – №1 (16). – С. 87 – 99.
  8. Самойчук К.О. Експериментальні дослідження диспергування жирової емульсії в пульсаційному апараті з вібруючим ротором /К.О. Самойчук, А.О. Івженко // Обладнання та технології харчових виробництв : Донецьк – 2013.– Вип. 30. – С. 155-161.
  9. Самойчук К.О. Визначення резонансних режимів роботи пульсаційного апарата з вібруючим ротором/ К.О. Самойчук, А.О. Івженко // Обладнання та технології харчових виробництв : Донецьк – 2013.– Вип. 31. – С. 74-82.
  10. Самойчук К.О. Розрахунок енерговитрат пульсаційного апарата з вібруючим ротором /К.О. Самойчук, А.О. Івженко //Наукові праці Одеської національної академії харчових виробництв : Одеса – 2013.– Вип. 43. – Том 2 С. 133-137.
  11. Самойчук К.О. Механізми диспергування жирової фази в пульсаційному апараті з вібруючим ротором/ К.О. Самойчук, А.О. Івженко// Праці ТДАТУ.: Мелітополь – 2013. – Вип.13, Т.7. – С. 11-20.
  12. Ялпачик О.В., Самойчук К.О., Гвоздєв О.В. Експериментальне обґрунтування основних параметрів пальцевої дробарки з вертикальним ротором / О.В.Ялпачик, К.О.Самойчук, О.В.Гвоздєв// Тези доповідей VІІ міжнародної науково-практичної конференції “Проблеми харчових технологій і харчування. сучасні виклики і перспективи розвитку” 7-9 вересня 2011 р.Донецьк-Святогірськ с. 211-213.
  13. Пат. 106554, Україна, МКИ5 B01F 7/12. Роторно-пульсаційний апарат з ротором, що вібрує / Самойчук К.О., Івженко А.О., Ялпачик Ф.Ю., Султанова В.О., заявник і патентовласник Таврійський державний агротехнологічний університет. – № u201511568, заявл. 23.11.15, опубл. 25.04.2016. Бюл. № 8.
  14. Пат. 107458, Україна, МКИ5 B01F 7/12. Роторно-пульсаційний апарат з ротором, що вібрує / Самойчук К.О., Івженко А.О., Ялпачик Ф.Ю., Султанова В.О., заявник і патентовласник Таврійський державний агротехнологічний університет. – № u201511506, заявл. 23.11.15, опубл. 10.06.2016. Бюл. № 11.
  15. Пат. 121949, Україна, МКИ5 B01F 7/12 (2006.01). Роторно-пульсаційний апарат з ротором, що вібрує/ Кюрчев В.М., Дейниченко Г.В., Самойчук К.О., Пацький І.Ю., заявник і патентовласник Таврійський державний агротехнологічний університет. – № u201705629, заявл. 07.06.2017, опубл. 26.12.2017. Бюл. № 24/2017.