Файл: Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов.pdf

При постоянном давлении и температуре получается зави­ симость для расчета удельной (на единицу объема) работы Луд (Дж/м3):

е(р, т) — относительная объемная деформация в любой момент времени;.

Для ряда пластично-вязких тел, в частности для торфа, ко­ торый подобен по своему реологическому строению многим пластично-вязким пищевым продуктам, применимо кинети­ ческое уравнение деформации;

самой деформации. Поэтому первоочередной задачей является отыскание коэффициентов к этому уравнению.

Соотношение вертикальных и горизонтальных давлений при сжатии в цилиндре пластично-вязких материалов отли­ чается от закона Паскаля. Распределение давлений характери­ зуется коэффициентом бокового давления, который представляет собой отношение горизонтального давления рг к вертикальному

Рв-

и лежит в пределах от 0 до 1 соответственно для абсолютна твердого тела и вязкой ньютоновской жидкости.

Впервые и наиболее подробно величины коэффициента бокового дав­ ления были исследованы для грунтов в работах проф. Н. М. Герсеванова, К. Терцаги, Н. В. Орнатского и др. Эту величину для песчаных грун­ тов определили равной 0,41—0,43 [118], 0,5 [99] и т. д. В последних работах [33] найдена зависимость коэффициента бокового давления от степени дисперсности песка: от 0,39 для крупного до 0,52 для пылеватого. Кроме того, с увеличением влагосодержания коэффициент увеличивается. Характеризуя распорные усилия (давления), этот показатель позволяет определить, исходя из условий прочности, толщину цилиндров обрабаты­ вающих продукт машин, размеры гравитационных спусков.

Принцип действия различных приборов, имеющих цилиндр с поршнем, одинаков. Образец продукта, взвешенный с зара­

88

в который входит притертый поршень. К нему прикладывается усилие от гидроприводной установки, рычага с грузом или набора грузов. Для удаления воздуха продукт подпрессовывается или вакуумируется. Высоту продукта в цилиндре изме­ ряют после подпрессовки. Затем при постоянном давлении через каждые 20 с или непрерывно записывают величины абсолютных деформаций продукта. Рабочие пределы изменения давления, например у консистометра Гепплера, от 1,56 • 105 до 15,6 • 105 Па. Максимальное время, необходимое для достижения равновес­ ного состояния, 180 с, что примерно соответствует периоду релаксации для многих пищевых продуктов. Затем нагрузку снимают и исследуют кинетику восстановления образца. Экспе­ рименты позволяют вычислить относительные деформации, построить кинетические зависимости и найти коэффициенты к уравнению (I—96). Поскольку масса продукта в цилиндре известна, эти же эксперименты дают возможность определить плотность при различных давлениях. Если цилиндр (см. рис. 25) снабжен водяной рубашкой, а в продукт помещены термопары, то прибор можно рассматривать в качестве акалориметра и определять на нем теплофизические характеристики продуктов

[21, 43].

Для вычисления коэффициента бокового давления и опре­ деления характера распределений давления по высоте цилиндра продукт в него закладывают на 5—10 мм выше верхней месдозы (см. рис. 25). Давление на продукт от поршня можно рас­ считать по весу грузов, давление на стенку — измерить датчи­ ками давления, месдозами (рис. 26). Зная боковое давление в трех точках по высоте цилиндра и коэффициент бокового давления, можно составить полную картину распределения давлений в цилиндре.

Для определения свойств продуктов при осевом сжатии между двумя плоскими пластинами можно использовать дефометр конструкции МТИММПа (рис. 27) [2]. Прибор имеет корпус, состоящий из верхней и нижней частей. Внутри верх­ ней части установлен выдвижной столик с тензометрической балкой, которая расположена в фиксированном положении на призмах. На тензометрической балке в средней ее части жестко закреплена бобышка для установки и крепления ниж­ ней пластины. Эти пластины могут иметь различную площадь и быть выполнены из разного материала. Подвижная штангагайка получает возвратно-поступательное равномерное движе­ ние от вращающегося винта, жестко соединенного с электродви­ гателем через редуктор и ступенчатый вариатор, позволяющий создавать различные скорости движения штанги-гайки (в опы-

89

тах скорости сжатия образцов равнялись 2,7 -10-4, 1,35 •10-4' и 2,7 • 10"5 м/с). В нижней части штанги-гайки крепится пласти­ на-поперечина, служащая опорой для ножки индикатора, и верхняя рабочая пластина. На корпусе прибора смонтированы включатель и переключатель реверса.

Рис. 26. Датчики давления пластично-вязких продуктов:

Результаты испытания прибора на мясных фаршах и мясе показали возможность определения на нем как модулей упру­ гости, так и величин адгезии.

90

Для исследования релаксационных характеристик клубней картофеля и овощей использовали прибор [139], имеющий плунжер сечением 0,179 см3, который приводится в движение от электродвигателя со скоростью от 0,0845 до 2,12 мм/с. Наи­ большее развиваемое плунжером усилие достигает 90 Н.

8 з

г — месдоза: / — прижимная гайка; 2 — корпус; 3 — втулка; 4 — бобышка; 5 — корпус аппарата; 6 — стальная сменная мембрана с тензодатчиком.

Датчики давления (см. рис. 26) широко используются для измерения давления пластично-вязких продуктов: в вискозиметре, в цилиндрах при объемном сжатии, в трубопроводах при течении по ним пластично-вяз­ ких масс и т. д. Однако таких приборов в промышленности пока нет. Основные требования, предъявляемые к ним, — легкость очистки, сво­

91

бодный доступ к чувствительному элементу, точность и воспроизводимость показаний и надежность в работе. Для лабораторных и промышленных исследований используют специально разработанные приборы [36, 61]. В соответствии с существующей классификацией приборы подразделяют на жидкостные (гравитационные), механические и электрические. В совре­ менной технике наибольшее распространение получили механические и электрические датчики, конструкции которых чрезвычайно разнообразны. Электрические приборы малогабаритны, позволяют измерять различные по величине' давления н вакуум с автоматической записью измеряемой величины на электронных приборах.

Механические приборы с буферной жидкостью и пружиной дают устойчивые показания в области от 0 ,2 -105 до 50-10® Па, тензометриче­ ский датчик— от 0,2.10s до 500-10s Па и потенциометрический — от O.l-lO5 до 10-10s Па. Датчик первого типа (рис. 26, а) более удобен в статических режимах работы, так как при пульсации давления трудно визуально следить за показаниями стрелки; датчик второго типа (рис. 26, б) хорошо зарекомендовал себя при измерении переменных давлений, по­ скольку инерционность поршня и трение в уплотнениях сглаживают пуль­ сацию давления.

Рис. 27. Прибор для определения свойств мясопродуктов при осевом сжатии:

92

Датчики электрические (рис. 26, в, г) используют в любых режимах: работы; особую ценность представляет автоматическая запись показания: например, при испытании насосов удалось проследить пульсации дав­ ления, скорость распространения волны сжатия и т. д.

Датчик с трубкой Бурдона и буферной жидкостью (см. рис. 26, а) прост по конструкции и в эксплуатации, но необходимо часто менять резиновую мембрану. Датчики с пружиной и индикатором работают безразборки более продолжительное время, однако точность и воспроизво­ димость их показаний удовлетворительна в том случае, когда пружина или мембрана находится в области напряжений до предела пропорциональ­ ности.

Указанные датчики не требуют дополнительной аппаратуры и могут быть установлены на любом аппарате, датчики электрические работают в комплекте с осциллографической установкой при отсутствии вибраций в условиях нормальной влажности. Однако возможность передачи инфор­ мации на расстояние позволяет выносить регистрирующие приборы из сырого помещения. При работе в помещениях с повышенной влажностью следует принимать меры к герметизации тензометров и реохордов (за­ ливка маслом, герметизация клеем и пр.).

Изменение реологических свойств пищевых продуктов в зависимости от некоторых технологических факторов

Компрессионные характеристики мясопродуктов определяли на указанных выше приборах. Кривые кинетики от­ носительной деформации объемного сжатия (рис. 28) имеют лога­ рифмический характер и описываются уравнением (I—96). По ки­ нетическим кривым для равновесного состояния можно вычислить коэффи­ циент объемного сжатия р (Па-1) при продолжительности действия давле­ ния 180 с:

93