Влияние режимов работы ЭММА на качество шоколадных масс

Гранулометрический состав обработанной на ЭММА шоколадной массы, состоящей из разнородных по своим реологическим свойствам компонентов (сахар и какао бобы) зависит от соотношения приложенных к ним ударно-истирающих нагрузок со стороны размольных элементов.

Способ создания измельчающего усилия, рализованный в ЭММА, позволяет управлять величиной силового воздействия на частицы обрабатываемого продукта. При этом регулирование ударных нагрузок осуществляется изменением скоростного режима работы ЭММА, а нагрузки сжатия и истирания зависят от величин индукции в рабо­чем объеме устройства.

При анализе качества обработанного вЭММА полуфабрикате наряду с дисперсностью, одним из важных критериев является его однородность, установление которой позволяет оценить соотношение приложенных к продукту ударных и истирающих нагрузок со стороны мелющих тел и на этой основе произвести выбор оптимальных режимов работы устройства. Решать такие задачи можно на основе анализа гранулометрического состава продукта, подученного наЭММА при различных режимах его работы, исходя из оценки максимально возмож­ных стандартизированной степени измельчения и однородности смеси.

На рисунке 4.4 приведены результата исследований, иллюстрирую­щие влияние скоростных режимов работы ЭММА на степень измельчения шоколадных масс. Из приведенных данных следует, что при фиксиро­ванном значении индукции в рабочем объеме увеличение частоты вра­щения внутреннего цилиндра эффективно до определенного экстремаль­ного значения при, котором достигается максимизация дисперсности продукта. Так, например, в электромагнитном режиме работы ЭММА, определяемым индукцией В = 0,3 Тл, увеличение скоростного режи­ма от 19 до 24 с^-1 способствует росту степени измельчения смеси от 88 до 95 %, а при n = 25 с^-1 дисперсность обрабатываемого продукта резко падает и составляет примерно 85 %. При этом уста­новлено, что с увеличением электромагнитного, режима до значений индукции' В = 0,4 Тл процесс измельчения эффективнее проводить в более высоком скоростном режиме. Максимально допустимая частота вращения равна в данном случае 25 с^-1. Как видно из графиков, экстремальный ход зависимостей D = (n) характерен для всех исследуемых режимов работы аппарата. То есть, для каждого установленного скорост­ного режима может быть определен соответствующий ему электромагнит­ный режим, при котором достига­ется максимально возможная диспер­сность обрабатываемого продукта.

В результате экс­периментальных исследований установлена зависимость между ве­личинами В и n, обеспечивающая максимизацию сте­пени измельче­ния смеси. Так, наибольшая дисперсность продукта 99% достигается в режимах работы ЭММА В = 0,4 Тл и n = 26,8 с^-1.

Допустимую частоту вращения n_доп внутреннего цилиндра ЭММА, при которой осуществляется целенаправленная переориентация размольных элементов в слое скольжения можно определить по фор­муле (4.5), полученной на основании теоретических исследований физико-механических процессов в рабочих объемах аппаратов с постоянным магнитным полем

или ,

где U_л - линейная скорость шара, расположенного на уровне поверхности внутреннего цилиндра ЭММА; - радиус внутреннего цилиндра ЭММА; - масса размольного элемента; К - коэффициент, характеризующий величину компенсации центробежной силы при помощи увеличения м.д.с. обмоток управления; Р_к - сила сцепления между феррошарами и поверхностью внутреннего цилиндра ЭММА.

Рисунок 4.4 - Зависимость степени измельчения шоколадных масс от скоростного режима работы ЭММА при величине индукции в рабочем объеме В, Тл: 1 – В = 0,2 Тл; 2 – В = 0,25 Тл; 3 – В = 0,3 Тл; 4 – В = 0,4 Тл;

Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных показал достаточно хорошую их сходимость (таблица 4.1).

Таблица 4.1 - Экспериментальные и расчетные значения экстремальной частоты вращения внутреннего цилиндра ЭММА

№ п/п	Величина индукции в рабочем объеме	Экстремальная частота вращения внутреннего цилиндра nдоп, с-1
В, Тл	Экспериментальная nдоп.э	Теоретическая nдоп.т
	0,2	20,5	20,54	0,04
	0,25	22,5	22,62	0,22
	0,3	24,2	24,27	0,07
	0,4	26,7	26,85	0,15

Таким образом, установлено, что степень компенсации дейст­вия центробежной силы на размольные элементы можно оценить в про­цессе расчета и проектирования ЭММА. Это дает возможность, зада­ваясь электромагнитным режимом работы устройства в конкретной технологической схеме, установить предельно допустимую частоту вращения внутреннего цилиндра, обеспечивающую максимизацию дис­персности обрабатываемой смеси.

Функции распределения частиц шоколадной массы, полученной в скоростных режимах работа ЭММАn = 20 с^-1, n = 23 с^-1 и n = 25 с^-1 приведены на рисунке 4.5. Как видно из графиков, гранулометрический состав шоколадной массы зависит от частоты вращения внутреннего цилиндра. Так, по мере увеличения скоростного режима работа ЭММА от n = 21,5 с^-1 до 23 с^-1 происходит выравнивание фракционного состава смеси и показатель , характеризующий ее одно­родность уменьшается от 1,66 до 1,59.

Рисунок 4.5 - Функции распределения частиц шоколадной массы, при частоте вращения внутреннего цилиндра n, с^-1: 1 – n = 21,5 с^-1; 2 – n = 23 с^-1; 3 – n = 25 с^-1

Дальнейшее увеличение частоты вращения до n = 25 с^-1 способствует росту степени измельчения шоколадной массы за счет ускорения процесса переориентации размольных элементов в структурных группах, а следовательно, и усилению ударных импульсов по частицам обрабатываемой смеси. При этом однородность продукта ухудшается ( = 1,78) и массовая доля частиц, находящаяся в оптимальном диапазоне дисперсностей (10-30мкм) уменьшается с 50 % до 43%.

В рассмотренных режимах измельчения продуктов имеет место изменение соотношений приложенных к ним истирающих и ударных нагрузок со стороны размольных элементов, которые характеризуются преоб­ладанием ударных импульсов при высоких скоростных режимах работы ЭММА и усилением нагрузок сжатия и истирания при низкой частоте вращения внутреннего цилиндра. В результате экспериментальных исследований установлено, что наиболее оптимальным фракционным составом для приготовления шоколада обладает шоколадная масса, обработанная наЭММА в режиме его работы: В = 0,4 Тл и n = 23 с^-1 Полуфабрикат имеет следующие гранулометрические характеристики: = 11мкм; = 17,5мкм; = 1,59мкм;

При этом массовая доля частиц, разме­ром от 10 до 30 мкм, составляет 58 %, что примерно в 2 раза больше, чем в шоколадных мас­сах, полученных многостадийным измельчением традиционными механи­ческими способами.

При проектировании ЭММА необходимо учитывать тепловой режим обработки продукта. Для обеспечения заданного режима необходимо принимать соответствующие конструктивные решения.