Актуальність роботи. Гомогенізація молока являє собою один з процесів, що використовується при виробництві більшості продуктів молокопереробної галузі. Але дана операція відрізняється декількома специфічними ознаками, серед яких високі енерговитрати процесу, що складають в середньому 8 кВт/т для конструкції клапанного гомогенізатору який є найбільш поширеним та забезпечує найкращий ступінь гомогенізації. З іншого боку незважаючи на досить тривалу історію використання операції в технологічних процесах галузі, вчені досі не запропонували загальної теорії процесу. Існує понад 6 гіпотез, кожна з яких претендує на роль теорії, але жодна з них не здатна вичерпно пояснити механізми за якими відбувається подрібнення жирових кульок. Існуючі гіпотези являють собою підгрунття для виготовлення конструкцій на базі відповідних принципів. Однак, технічна реалізація цих конструкцій виявила такі їх недоліки як високі енергетичні витрати при досягненні меж досконалості конструкції, низьке енергозбереження та недостаню дисперсність жирових кульок після проведення гомогенізації.
Метою роботи є обґрунтування раціональних параметрів роботи струминно-щільового гомогенізатора молока з роздільною подачею жирової фази для отримання дисперсності молочної емульсії, на рівні технологічних вимог при мінімальних енерговитратах процесу.
Об’єктом дослідження є процес струминно-щілинної гомогенізації молока з роздільним подаванням вершків.
Предметом дослідження є технологічні, конструктивні та гідравлічні параметри процесу струминно-щілинної гомогенізації молока з роздільним подаванням вершків у взаємозв’язку з енергетичними та якісними показниками.
Методи досліджень. Поставлені задачі вирішувались з використанням теоретичного та експериментального інструментарію. Серед теоретичних методів використовувались залежності класичної гідродинаміки, теорії затоплених струменів, граничного шару Шліхтінга, локальної ізотропної турбулентності Колмогорова-Обухова. Експериментальні дані оброблювались з використанням методу мікрофотографування з використанням цифрової камери та обробки отриманих результатів за допомогою комп’ютерної програми аналізу зображень.
Зовнішній вигляд лабораторної установки струминно—щілинного гомогенізатора молока
1 – гнучкий трубопровід для подачі знежиреного молока; 2 – насос шестеренний типу НШ; 3 – ємність з вершками; 4 – пакетний вимикач; 5 – електричний трифазний двигун; 6 -трубопровід; 7 – насос подачі дисперсної фази; 8 – ємність iз знежиреним молоком; 9 – камера гомогенізації; 10 – гнучкий шланг з фіксатором для подачі вершків; 11 – манометр; 12 – частотний перетворювач з регулятором; 13 – гнучкий шланг для відведення гомогенізованого молока; 14 – тумблер запуску насосу подачі вершків; 15 – електричний привід насосу подачі вершків.
а) зовнішній вигляд; б) внутрішня будова струминно-щілинного гомогенізатора молока; 1 – ємність з вершками; 2 – патрубок подачі знежиреного молока; 3 – конфузор; 4 – корпус камери струминно-щілинного гомогенізатора молока; 5 – дифузор; 6 – патрубок відведення гомогенізованого молока.
Струминно-щілинний гомогенізатор молока (СГЩ) призначений для отримання однорідних молочних емульсій, середній діаметр жирових кульок складає 0,8 мкм i менше. Розробка гомогенізатора грунтується на теорії гідродинамічного диспергування молочної ємульсії, основаній на кореляцйї між максимальною різницею швидкостей фаз та критерієм Вебера. Розроблена в ТДАТУ iмeні Дмитра Моторного.
Підвищення ефективності роботи СГЩ досягається при забезпеченні максимальної різниці між швидкостями руху знежиреного молока та вершків, що призводить до появи тангенційних напружень та руйнування початкової кульки на декілька дрібних. При використанні СГЩ досягається зменшення питомих витрат електроенергії на 59%, експлуатаційних витрат – на 56%, а термін окупності не перевищує 0,3 роки.
Статті, тези та патенти з данної тематики:
- Самойчук К. О., О. О. Ковальов., О. С. Колодій., І. О. Сєрий. Оптимізація експериментальних параметрів та визначенняекспериментального значення критерію Вебера струминно-щілинного гомогенізатора молока/ Праці ТДАТУ, ТДАТУ імені Дмитра Моторного – Мелітополь: 2019. – Вип19. – Том3. С 78-85.
- Самойчук К.О., Ковальов О.О., Паляничка Н.О. Зниження енергетичних витрат при використанні струминно–щільового гомогенізатора молока. Міжнародний науково-практичний форум «Сучасні наукові дослідження на шляху до євроінтеграції» – Мелітополь : ТДАТУ, 2019. – С. 99–102.
- Самойчук К.О., Ковалев А.А. Перспективы использования струйно-щелевого диспергатора для создания тонкодисперсных эмульсий в сельском хозяй-стве//Материалы международной научно-практической конференции «Техническое и кадровое обеспечение инновационныхтехнологий в сельском хозяйстве» Минск, БГАТУ, 2019 Ч2. С 188-190.
- Кузьмін К.С., Ковальов О.О. Щілинний гомогенізатор молока струминного типу. VII Всеукраїнська науково-технічна конференція магістрантів і студентів ТДАТУ. Механіко-технологічний факультет: матеріали VII Всеукр. наук.-техн. конф., 11-22 листопада 2019 р. Мелітополь: ТДАТУ, 2019. с. 73.
- К.О. Самойчук, О.О. Ковальов. Струминно-щілинний гомогенізатор молока з роздільною подачею вершків. Інноваційні аспекти розвитку обладнання харчової і готельної індустрії в умовах сучасності : третя міжнародна науково-практична конференція, 4–6 вересня 2019 р / під заг. ред. Г. В. Дейниченка. – Харків : ХДУХТ, 2019. 77-78 с.
- Самойчук К. О., Ковальов О. О., Борохов І. В., Паляничка Н. О. Аналітичні дослідження енергетичних показників і параметрів якості струминно-щільового гомогенізатора молока // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету / ТДАТУ. Мелітополь: ТДАТУ, 2019. Вип. 19, т. 1. С. 3–18.
- Самойчук К. О., Ковальов О. О., Паляничка Н. О., Колодій О. С., Лебідь М. Р. Експериментальні дослідження параметрів струминного гомогенізатора молока з роздільною подачею вершків щільового типу// Праці Таврійського державного агротехнологічного університету / ТДАТУ імені Дмитра Моторного. Мелітополь: ТДАТУ імені Дмитра Моторного, 2019. Вип. 19, т. 2. С. 117–129.
- Самойчук К.О., Ковальов О.О., Лебідь М.Р. Економічна ефективність впровадження струминного гомогенізатора молока щілинного типу. Розвиток харчових виробництв ресторанного та готельного господарств і торгівлі: проблеми, перспективи, ефективність. Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції, Харків, ХДУХТ, 2019.
- Самойчук К.О., Ковальов О.О., Лубко Д.В. Моделювання параметрів струминного гомогенізатора молока щілинного типу. Праці ТДАТУ. – Мелітополь, ТДАТУ. – Вип. 18. Т.2 – 2018. – С. 286–292.
- Ковальов О.О., Лебідь М.Р. Теоретичні основи диспергування в щілинному гомогенізаторі молока / Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції, присвяченої 80-річчю з дня народження ректора університету «Розвиток харчових виробництв,ресторанного та готельного господарств і торгівлі:проблеми, перспективи, ефективність» 19 листопада 2018 р. – Харків, ХДУХТ. – 2018. – С. 327-328