Научное обоснование внедрения импортозамещающего способа электромагнитной механоактивации в аппаратурно-технологические системы шоколадного производства

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

________________________________________________________________________________

­

М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, В.С. ВОЛКОВ,К.Н. ОБУХОВ

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ ИМПОРТОЗАМЕЩАЮЩЕГО СПОСОБА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ МЕХАНОАКТИВАЦИИ В АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ШОКОЛАДНОГО ПРОИЗВОДСТВА

МОНОГРАФИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

УДК 663.915

ББК 40.76

М.М. Беззубцева, В.С. Волков, К.Н. Обухов.Научное обоснование внедрения импортозамещающего способа электромагнитной механоактивации в аппаратурно-технологические системы шоколадного производства: монография. – СПб.: СПбГАУ, 2016. –197с.

Ведущее место при переработке какао-бобов в готовую продукцию занимают многочисленные процессы измельчения (механоактивации). Эффективность проведения процессов механоактивации определяет качественные показатели готовых шоколадных изделий и энергоемкость всего производства. Для интенсификации процессов измельчения в технологической схеме производства шоколадных продуктов применение традиционных способов и аппаратурных решений недостаточно. В практику всё в большей мере входят инновационные импортозамещающие физические методы активации.

Задача повышения энергоэффективности шоколадного производства связана с разработкой высокоинтенсивных способов организации измельчающего усилия и устройств их реализующих, основанных на принципиально новых, нетрадиционных методах использования различных видов энергии (энергии газа и электромагнитных полей, ультразвуковых колебаний и т.д.). Перспективным направлением в этой области является применение в шоколадном производстве инновационного способа создания измельчающего усилия в магнитоожиженном слое ферроэлементов – размольных органов механоактиваторов. Проведенные за последние годы работы по формированию фундаментальной теории электромагнитного способа измельчения и создание на этой основе аппаратов нового типа - электромагнитных механоактиваторов (ЭММА), расширили представление о возможности практического использования постоянных электромагнитных полей для диспергирования продуктов различного целевого назначения, в том числе и полуфабрикатов шоколадного производства.

В монографии представлены инновационные разработки научной школы профессора М.М. Беззубцевой «Эффективное использование энергии, интенсификация электротехнологических процессов». Особое внимание уделено анализу энергоемкости процессов электромагнитной механоактивации какаопродуктов и качественным показателям перерабатываемых на ЭММА шоколадных полуфабрикатов.

Изложенные в монографии инновационные разработки научной школы внедрены в учебный процесс кафедры «Энергообеспечение предприятий и электротехнологии».

Монография предназначена для научных сотрудников и студентов агроинженеров.

Рецензенты:

д.т.н., проф.А.Г. Новоселов (ИТМО),

д.т.н., проф. Ф.Р. Мусаев (РГСХА),

д.т.н., проф. С.А. Ракутько (ИЭАП)

Рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией Института технических систем, сервиса и энергетики: протокол № 10от 20 октября2015 г.

ISBN

©М.М. Беззубцева,2016

©В.С. Волков,2016

©К.Н. Обухов,2016

© СПбГАУ, 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………….
Глава 1. Процесс измельчения в шоколадном производстве…………………………...………………………………………....................
1.1. Влияние дисперсности полуфабрикатов шоколадного производства на качественные и экономические показатели шоколадных изделий…………………..
1.2. Анализ аппаратурно-технологических систем производства шоколадных масс……………………………………………………………………………………….
Глава 2. Аналитический обзор изобретений научной школы «эффективное использование энергии, интенсификация электротехнологических процессов»………………………………….........................................................………...
2.1. Электромагнитная механоактивация в постоянном электромагнитном поле…...
2.2. Инновационные электромагнитные механоакиваторы шоколадного производства................................................................................………………….……...
2.3. Технологические возможности электромагнитных механоактиваторов………………………………………………....................................
2.4. Рекомендации по проектированию электромагнитных механоактиваторов шоколадного производства........................................................................................……………………
Глава 3. Диспергирование сахарного песка в аппарате с постоянным магнитнымполем…………………….......................................................................................................
Глава 4. Интенсификация процесса механоактивации шоколадных масс электромагнитным способом………………………………………………….……….
4.1. ЭММА для диспергирования шоколадных масс………………………................
4.2. Описание гранулометрического состава шоколадных масс, обработанных в ЭММА....................................................................................................……………...…
4.3. Влияние режимов работы ЭММА на качество шоколадных масс…......................
Глава 5. Математическое описание и оптимизация процесса измельчения рецептурной смеси сахара и какао продуктов при производстве шоколадных масс электромагнитным способом........................................................................................………….…………….….
Глава 6. Исследование тепловых режимов механоактивации полуфабрикатов шоколадного производства вЭММА.......………………………………………….…….
6.1. Метод расчета тепловых режимов....................................................…...................
6.2. Метод расчета ЭММА с системой принудительного охлаждения........................
6.3. Метод расчета стационарного теплового поля электромагнитного механоактиватоора............................................................................................................
Глава 7. АНАЛИЗ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ МЕХАНОАКТИВАЦИИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ШОКОЛАДНОГО ПРОИЗВОДСТВА...............................................................……….
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………...
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………………….
ПРИЛОЖЕНИЕ 1…………………………………………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Импортозамещение становится одной из стратегических задач российского АПК. Наряду с инновациями, формированием инфраструктуры продовольственного рынка, модернизацией материально-технической базы, развитием малого бизнеса, её решение будет способствовать дальнейшему устойчивому развитию отрасли[35,38,40,56,193,195].

Одним из результатов происходившего в последние годы импортозамещения стало то, что производство кондитерских изделий, хлебобулочных изделий, безалкогольных напитков для внутреннего рынка к 2007 году было практически полностью перенесено в Россию[60,62,75,187,193,195].

Импорт сахара-сырца в Россию достиг пика в 1999 году, составив 5,8 млн. тонн, что в три с лишним раза превысило внутрироссийское производство сахара (1,7 млн. тонн). В 2000-х годах произошёл значительный рост производства сахара при одновременном падении его импорта. В 2011 году импорт составил 2,3 млн. тонн, а производство — 4,8 млн. тонн. Таким образом, сахар-сырец отечественного производства стал доминировать на российском рынке.

За первую половину 2015 года в России производство шоколада и других продуктов, содержащих какао, снизилось на 18,4%, до 44 400 т. Об этом говорится в Центре исследований кондитерского рынка (ЦИКР).Производство алкогольных конфет упало почти на 30%, до 14 700 т. Также за первые шесть месяцев снизилась отрасль порошка какао без сахара на 13,6%, до 2200 т, а с добавлением сахара — на 26,6%, до 3900 т. В то же время с января по июнь на 4,7% выросло производство карамели — до 97 400 т. Шоколад оказался одним из самых пострадавших сегментов пищевой отрасли. Это связано с высокими ценами на ингредиенты, используемые при производстве шоколада, продолжающимся снижением курса рубля, снижением покупательной способности россиян и некоторыми другими факторами. Производители не могут повышать цены на готовую продукцию пропорционально росту затрат на её производство, и фактически большинство предприятий работают на грани рентабельности. В случае если ситуация в экономике не изменится, на повестке дня окажутся банкротства широкого круга региональных предприятий.

Стоимость 100 г шоколада в России в июне 2015 года составляла 68,2 рубля, что больше цены аналогичного периода 2014 года на 34,5%. В марте 2015 года рост цен на шоколад к такому же периоду 2014 года составлял 38%. Общий объём производства шоколада и сладких изделий в России в первом полугодии 2015 года составил 737 800 т.Весной 2015 года российские кондитеры хотели остановить производство шоколада из-за ослабления рубля и ограничений на импорт сырья. Также летом производители шоколада просили правительство страны включить продукт в перечень товаров, на которые действует российское продовольственное эмбарго.

Ведущее место при переработке какао бобов в готовую продукцию занимают многочисленные процессы измельчения, от успешного проведения которых в значительной степени зависят как экономические и качественные показатели готовых шоколадных изделий, так и энергоэффективность всего производства [1,90,129,135,136,145,150,155,160]. Для интенсификации процессов дроб­ления и измельчения в технологической схеме производства шоколадных продуктов применение традиционных способов и аппаратурных решений недостаточно. В практику производства всё в большей мере внедряют импортозамещающие инновационные физи­ческие методы активации [11,16,24,26,35,125,126,175,176].Современный прогресс в технике и технологии шоколадного про­изводства связен с разработкой высокоинтенсивных способов организации измельчающего усилия и устройств их реализующих, основанных на принципиально новых, нетрадиционных методах использования различных видов энергии (энергий газа и переменных электромагнитных полей, ультразвуковых колебаний и т.д.).Перспективным направлением в этой области является использование способа создания измельчающего усилия, основанного на примене­нии постоянного по знаку и регулируемого по величине электромагнитного поля. Проведенные за последние годы работы по созданию теории электромагнитного способа измельчения и разработке на этой основе аппаратов нового типа - электромагнитных механоактиваторах (ЭММА), расширили представление о возможности практического использования постоянных электромагнитных полей для диспергирования продуктов различного целевого назначения, в том числе и полуфабрикатов шоколадного производства [16,25,37,46,58,66,69,78,82].Сложные физико-химические и биохимические процессы, которые обуславливают возникновение и проявление характерных для шоколадных изделий вкуса, аромата и структуры, недостаточно изучены, хотя, при­веденные в литературе данные, позволяют выявить тенденции улучшения качества готовых продуктов. Основным показателем качества шоколадных масс является степень измельчения ее твердой фазы. Поэтому при разработке аппаратов нового типа для диспергирования полуфабрикатов шоколадного производства в качестве параметра оптимизации технологического процесса измельчения использованы гранулометрические характеристики продуктов помола и показатели их однородности.

Необходимо отметить, что в связи с отсутствием в настоящее время общепринятой, приемлемой для всех стадий диспергирования теории, традиционные задачи процесса измельчения с использованием нового типа мельниц решаются опытным путем. Эффективность оценивается сравнительным анализом подученных на новых устройствах параметров с известными аналогами по конечному результату. Изложенный в монографии экспериментальный материал, дает достаточно полное представление о множестве факторов, которыми вЭММА можно воздействовать на продукт в нужном направлении и подтверждает перспективность использования электромагнитного способа измельчения в шоколадном производстве.

Согласно представленным в монографии результатам исследований, практическое использование инновационного способа электромагнитной механоактивации позволит интенсифицировать классическую технологическую схему производства шоколадных масс путем исключения многостадийного диспергирования, сократить технологические потери какао бобов за счет получения продукта с рациональным для полуфабрикатов шоколадного производства фракционным составом, заменить импортное обору­дование отечественным и создать автоматическую систему управления процессом на стадии механоактивации.