Анотація до роботи:

Сандул О.О. Дослідження та математичне моделювання процесу формування екструзією вибродженого тіста. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.18.12 – процеси та обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв. – Національний університет харчових технологій, Київ, 2003.

Дисертаційна робота присвячена вивченню процесу ізотермічного формування дріжджового пшеничного тіста методом екструзії. Тісто розглянуто як середовище, що складається з твердо-рідкої і газової фаз. Досліджено вплив підвищеного тиску на накопичення титрованої кислотності при бродінні тіста та поведінку його газової фази. Встановлено, що застосування надлишкового тиску призводить до інтенсифікації процесу бродіння.

Створена математична модель процесу екструзії, що враховує контактну взаємодію матеріалу і обладнання, зміну станів газової фази і в’язкості тіста в умовах навантаження. Використовуючи результати математичного моделювання, вирішено задачу оптимізації геометричних розмірів формуючого каналу. Отримано залежності швидкості випресовування і коефіцієнту розбухання екструдатів від тиску пресування і геометрії формуючого обладнання. Запропоновано новий спосіб розробки вибродженого тіста, використання якого дозволяє спростити машинно-апаратурну схему і підвищити ефективність виробництва хлібобулочних виробів.

Наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення задачі інтенсифікації процесів хлібопекарського виробництва і створення високоефективного обладнання, а саме: запропоновано новий, економічно ефективніший спосіб виробництва виробів з пшеничного дріжджового тіста методом екструзії і визначено необхідні параметри роботи обладнання. Аналіз отриманих в роботі результатів дозволив зробити такі висновки:

1. Для опису течії пшеничного дріжджового тіста в діапазоні швидкостей зсуву 0.046 – 1.77 с^-1 доцільно використовувати ступеневий закон Гершеля – Балклі. Це обумовлено існуванням граничного напруження зсуву тіста (149 Па) і нелінійною залежністю його в’язкості h (Пас) від напруження t (Па) і швидкості зсуву (с^–1): і . Отримані дані використані при математичному моделюванні для опису неньютонівської поведінки тіста.

2. Дослідження накопичення кислотності за різних умов бродіння показало, що бродіння у закритій ємності під надлишковим тиском призводить до інтенсифікації процесу: час, протягом якого досягається її задане значення 3Н, при тиску 50 кПа скорочується в 2.2 рази. Як наслідок, зменшуються втрати сухих речовин при бродінні та загальна тривалість виробництва продукції з дріжджового тіста.

3. Збільшення надлишкового тиску при бродінні від 50 до 150 кПа викликає зниження вмісту газоподібного СО₂ в тісті у 6 разів. У розчиненому стані перебуває до 80% СО₂. За умови поєднання в одному агрегаті двох технологічних операцій – бродіння і формування – таке співвідношення між газоподібним і розчиненим в тісті СО₂ є однією з причин спучування виробів на виході з формуючого каналу. В результаті усувається необхідність подальшого вистоювання тістових заготовок, які можна формувати безпосередньо на під печі.

4. При тиску більше 200 кПа відбувається повний перехід газової фази тіста в розчинений стан і надалі воно поводить себе як однофазне нестискуване середовище. Перевищення цієї межі під час формування виробів з тіста недоцільне.

5. Реалізація процедури зміни граничних умов для рухомого дискретного об’єму, а також урахування контактної взаємодії між продуктом та обладнанням, особливостей поведінки газової фази тіста і зміни ефективної в’язкості тіста в залежності від зовнішнього навантаження дозволило створити математичну модель процесу екструзії вибродженого тіста. Вона є інструментом, що дає можливість з мінімальними витратами часу і матеріальних ресурсів розраховувати конструк-тивні варіанти обладнання і досліджувати поведінку сировини з найрізноманітнішими структурно-механічними характеристиками.

6. При екструдуванні тіста доцільно застосовувати матрицю радіусом
6.78 мм і довжиною 27.67 мм. Ці розміри, отримані при вирішенні задачі оптимізації з використанням аналізу напружено-деформованого стану досліджуваного матеріалу, забезпечують максимальну продуктивність екструдера при заданих діаметрі екструдату, швидкості випресовування, контактних напруженнях і розподілі пористості.

7. На експериментальній установці досліджено вплив робочого тиску і геометрії формуючих органів на процес екструдування. Для забезпечення якісної, без розривів і кратерів, поверхні виробів, тиск пресування слід обмежувати 150 кПа.

Тиск пресування Р_н (кПа) і швидкість екструдату на виході з формуючого каналу v (мм/с) зв’язані залежністю: . Отримані дані можуть бути використані для створення промислової установки.

Шляхом порівняння даних чисельних експериментів і відповідних їм фізичних з’ясовано, що відмінність між цими залежностями для зазначених експери-ментів становить 6.7%. Розроблена математична модель є адекватною реальному процесу екструдування.

8. Застосування процесу екструзії при виробництві хлібобулочних виробів є перспективним, про що свідчать розрахунки економічної ефективності (річний прибуток підприємства становитиме 1027,62 тис. грн., термін окупності лінії 3 роки) і позитивні відгуки хлібокомбінату №10 м. Києва і малого підприємства “Інжтехсервіс” щодо показників якості виробів, отриманих запропонованим способом у виробничих умовах.

Публікації автора:

1. Сандул О.О., Штефан Є.В., Теличкун Ю.С., Теличкун В.І. Математичне моделювання процесу формування тіста екструзією // Харчова промисловість. – 2001. – №1. – С. 95 – 98.

Особистий внесок: Постановка задачі, розробка схеми моделювання процесу екструзії, опис об’єкту дослідження.

2. Сандул О.О., Штефан Є.В., Теличкун В.І. Побудова моделей оптимізації у розрахунках процесу екструдування тіста // Наукові праці УДУХТ. – 2001. – №10. – С.110 – 111.

Особистий внесок: постановка задачі оптимізації.

3. Сандул О.О., Штефан Є.В., Теличкун В.І. Розроблення чисельних методів розрахунку процесу формування пшеничного дріжджового тіста екструзією// Наукові праці НУХТ. – 2002. – №11. – С.47–49.

Особистий внесок: розробка алгоритмічного і програмного забезпечення для врахування особливостей процесу екструзії; проведення чисельних експериментів і аналіз їх результатів.

4. Сандул О.О., Штефан Є.В., Теличкун В.І. Розроблення математичної моделі процесу екструдування тістових заготовок для виробництва сухарів // 65-а студентська наукова конференція: Тези доп. – К.: УДУХТ. – 1999. – С.64.

Особистий внесок: визначення реологічних характеристик вибродженого тіста і вдосконалення на основі отриманої залежності математичної моделі.

5. Сандул О.О., Штефан Є.В., Теличкун Ю.С., Теличкун В.І. Розроблення методики дослідження контактної взаємодії “продукт – екструдер” в процесах пресування тіста // Шоста міжнародна науково-технічна конференція “Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості”: Тези доп. – К.: УДУХТ. – 2000. – С.64–65.

Особистий внесок: обґрунтована необхідність урахування контактної взаємодії між продуктом і обладнанням, запропонована методика її дослідження.

6. Загладько В.М., Теличкун В.І., Сандул О.О. Розроблення поршньового нагнітача для формування тіста екструзією // 66-а студентська наукова конференція: Тези доп. – К.: УДУХТ. – 2000. – С.101.

Особистий внесок: участь у розробці конструкції нагнітача.

7. Сандул О.О., Теличкун В.І. Розроблення математичної моделі процесу формозмінення тістової заготовки при виході з екструдера // 67-а наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених: Тези доп. – К.: УДУХТ. – 2001. – С.52 – 53.

Особистий внесок: розробка математичної моделі процесу формозмінення тістових заготовок на виході з екструдера.

8. Сандул О.О., Штефан Є.В. Розроблення алгоритмічної моделі відносного руху в системі “тісто – обладнання” в технологіях екструдування // 67-а наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених: Тези доп. – К.: УДУХТ. – 2001. – С.113 – 114.

Особистий внесок: розробка алгоритму і програми автоматизованої зміни граничних умов при русі тіста.

9. Сандул О.О., Теличкун В.І., Штефан Є.В. Особливості поведінки газової фази тіста під тиском // Міжнародна наукова конференція молодих вчених, аспірантів і студентів: Тези доп. – К.: НУХТ. – 2002. – С.49.

Особистий внесок: виконання експериментального дослідження стискуваності тіста, аналіз результатів.

10. Сандул О.О., Теличкун В.І. Використання екструзії при формуванні вибродженого тіста // 69-а наукова конференція молодих вчених, аспірантів і студентів: Тези доп. – К.: НУХТ. – 2003. – С.52.

Особистий внесок: проведення експериментів, аналіз і узагальнення отриманих даних.