Повышение эффективности создания технических средств для обработки молока на основе декомпозиционно-морфологического моделирования их структуры

4.3. Исследование направлений совершенствования технологических процессов обработки молочного сырья с помощью СВЧ-поля. Полученные результаты исследования нашли применение в разработках по применению СВЧ-энергии в технологических процессах обработки молока, получения сгущенного молока, обработки молочно-белкового сгустка, выпечки хлебобулочных изделий. Совместно с сотрудниками ЛЭТИ (С.-Петербург) определены необходимые при СВЧ-нагреве режимы стерилизации молока. Проведенные испытания на Костромском городском молочном заводе подтвердили возможность снижения температуры обработки молока при пастеризации до 60^оС, что улучшает сохранение нативных свойств молока в готовом продукте. На предприятии ООО «Ингредиент» (С.-Петербург) принято решение о выпуске в 2010 году многоцелевых микроволновых установок для фермерских хозяйств с использованием полученных параметров режима пастеризации.

4.4. Выявление спектра эффективных вариантов организации технологических процессов обработки молока. Получена морфологическая модель технологических процессов обработки молока, включающая формализованные описания множества возможных, в том числе нереализованных (заранее структурно неопределенных), вариантов получения молочных продуктов на основе принятых морфологических параметров. Один из синтезированных вариантов использован для разработки структуры оригинального процесса получения нового функционального продукта повышенной пищевой ценности - фруктового плавленого сыра на основе копреципитата (а.с. 1600667).

4.5. Проектирование и модернизация технических средств для обработки молока. Разработанные основы моделирования структуры в различной мере нашли применение в проектных организациях пищевой промышленности РФ. Их использование в ЗАО «Ленпродмаш» на стадии предпроектной подготовки повысило обоснованность принимаемых к реализации вариантов модернизации выпускаемого оборудования, сократилось время на разработку исходных требований, технического задания на конструирование и оформление конструкторской документации. В научно-производственном предприятии «Сибагромаш» (г.Краснообск Новосибирской обл.) была применена методика системного анализа модернизируемого технологического оборудования и системного синтеза новых аппаратурных оформлений процессов обработки пищевого сырья; она использована при разработке новых типов нестандартного оборудования для обработки молочного сырья (обезвоживатели, коагуляторы для творога и адыгейского сыра), а также при проектировании специального аппаратурного оформления технологических процессов для малых предприятий.

В ходе выполнения НИР на кафедре «Техники мясных и молочных производств» (СПбГУНиПТ) проведена модернизация ряда аппаратов молочной отрасли.

Рис. 8. Схема аппарата для плавления блоков сливочного масла

Рис. 9. Поперечный разрез ножа - скребка с изменяющейся массой

Рис. 10. Схема аппарата с регулируемым зазором между лопастями мешалки и поверхностью теплообмена

а)

б)

Рис. 11. Схема модернизации эскимогенератора (Ролло-20»:

а) наколка-носитель с термоэлементами в зубцах,

б) устройство для механизированной установки наколки-носителя

В предложенном аппарате для плавления блоков сливочного масла (а.с. 712063, рис. 8) нагревательный элемент выполнен в виде двух полых пластин 1 и 2, между которыми размещают блок масла, причем пластина 2 установлена с возможностью возвратно-поступательного движения. Наличие подвижной пластины обеспечивает надежный принудительный контакт рабочей поверхности нагревательного элемента с блоком масла в процессе плавления, что приводит к повышению качества получаемого топленого масла, так как отсутствует перегрев молочного жира, при этом также минимизируется энергопотребление. Для термообработки жидких молочных продуктов разработаны конструкции аппаратов с очищаемой поверхностью теплообмена, позволяющие оптимизировать силу прижатия ножей-скребков, снизить износ трущихся поверхностей и, тем самым, улучшить качество выпускаемого продукта и повысить долговечность работы оборудования. С этой целью по а.с. 907386 предложено при обработке сырья различной плотности (молоко цельное, сливки, молоко сгущенное и др.) варьировать в силу прижатия ножей-скребков к поверхности теплообмена путем изменения их массы. Для этого с помощью защелки 1 (рис. 10) в пазы 2 устанавливается необходимое количество утяжелителей 3. В аппарате по а.с. 1519620 (рис. 11), с целью гарантированного получения заданного зазора между очищаемой поверхностью теплообмена и ножами-скребками, положение последних изменяется с помощью регулятора 1, получающего сигнал от датчика 2, посредством изменения частоты вращения электродвигателя 3, на валу 4 которого шарнирно установлены ножи-скребки. На Хладокомбинате № 1 г. Санкт-Петербурга в эскимогенераторе «Ролло-20» была выполнена модернизация наколки-носителя для брикетов мороженого (а.с. 1045879, рис. 11а). В зубцах 1 наколки-носителя 2 установлены термоэлементы, и нестабильность температуры хладоносителя, подаваемого с эскимогенератора не приводила к поломке зубцов при их примерзании и деформации брикетов 4 во время их съема. Для этого же эскимогенератора с целью сокращения затрат ручного труда предложена механизированная установка наколок в брикеты мороженого. Наколка 1 (рис. 11б), сдвигаемая кареткой 2 и толкателем 3, устанавливается в брикеты 4.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ применения системного подхода к созданию технических средств для обработки молока показала отсутствие единой теории, позволяющей объединить анализ, синтез и прогноз развития структуры технических средств для обработки молока.

2. Разработано научное обеспечение создания технических средств для обработки молока на основе декомпозиционно-морфологического моделирования их структуры, применение которого обеспечивает объективный выбор структуры аппарата, исходя из целей его создания на стадии проектирования. При этом повышение эффективности создания технических средств реализуется включением в математическую постановку задачи мотивированного выбора структуры ресурсо- и энергосберегающих технических решений информационных описаний технологических процессов и аппаратов для обработки молока.

3. Разработан метод прогнозирования направлений совершенствования технологических процессов и технических средств для обработки молока. Метод успешно апробирована при исследовании развития структуры ряда технологических процессов и технических средств для обработки молока:

- аппаратурного оформления процесса кристаллизации лактозы при охлаждении сгущенного молока с сахаром;

- основных технологических процессов и технических средств в производстве творога;

- технологических процессов и технических средств для обработки молока с помощью СВЧ-поля.

В результате теоретических исследований определены направления совершенствования ряда технологических процессов и технических средств для обработки молока. На их основе разработано оборудование для обработки молока на малых предприятиях (ООО Научно-производственое предприятие «Сибагромаш»); подготовлена рабочая документация (ОАО «СПб Мясомолмаш»), а затем изготовлен и испытан (ГМЗ г. Приозерск) опытно-промышленный поточный агрегат для коагуляции молочного белка и обезвоживания молочно-белкового сгустка; проводится разработка многоцелевых микроволновых установок для фермерских хозяйств, а также получены авторские свидетельства на изобретения (аппарат для охлаждения и кристаллизации сгущенного молока с сахаром - а.с. 1274664, способ кристаллизации сгущенного молока и аппарат для его осуществления - а.с. 1337026). Способ кристаллизации сгущенного молока прошел успешные испытания на Молочно-консервном комбинате г.Резекне (Латвия).

4. Предложен экспресс-метод и разработан стенд для исследования теплофизических свойств молочных продуктов. Для обеспечения расчетов энергосберегающих режимов функционирования при создании технических средств для обработки молока экспериментально получены (в диапазоне температур, соответствующих процессам обработки конкретных продуктов) теплофизические характеристики сгущенного молока с сахаром, плавленых сыров, сливочных масел, молочно-овощных пюре. Для этих же продуктов получены кривые кинетики деформации в характерном для аппаратов непрерывного действия режиме постоянной скорости сдвига. На кривых выявлено четыре характерных участка: нарастание касательного напряжения до предела сдвиговой прочности, структурная релаксация касательного напряжения до установления динамического равновесия между процессами разрушения и восстановления структуры, установившейся режим течения, прекращение принудительной деформации приводящее к релаксации касательного напряжения до остаточного конечного значения.

5. Показано, что структурные уровни полученные при декомпозиции информационного описания могут быть представлены в виде ролевого фрейма. Это использовано при разработке алгоритма компьютерной поддержки реализации задач по выбору структурных моделей при проектировании, конструировании и модернизации технических средств для обработки молока.

6. Способ расчета информационной обеспеченности аппаратурного оформления процессов обработки молочного сырья применена при подготовке технических условий на «Теплообменники пластинчатые разборные ТПРП для жидких пищевых продуктов ТУ 3612-003-2050-5854-2003» (ОАО «Омега-СПАК-инженеринг»).

7. На основе предложенного расчета получена морфологическая модель технологических процессов обработки молока. Полученная модель использована для разработки структуры технологического процесса получения нового функционального продукта повышенной пищевой ценности на основе копреципитата (а.с.1600667).

8. Разработана методика ранжирования аппаратурных оформлений технологических процессов обработки молока. Методика нашла применение для выбора наиболее перспективных вариантов технологического оборудования в проектных организациях (ФГУП «Гипромясомолагропром», ЗАО «Ленпродмаш»).

9. Сформулирован словарь для формализации понятий компонентов, связей и видов связей при моделировании структуры технических средств для обработки молока. Словарь, включил принятые в технологических процессах АПК термины.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

Устройство для плавления блоков масла: А.С. 712063 СССР / Л.К. Николаев, В.В. Орлов. - № 2656641/28-13; Заявл. 11.08.78; Опубл. 30.01.80. - Бюл. №4. - 2с.

Устройство для измерения теплофизических характеристик материалов: А.С. 842531 СССР / Л.К. Николаев, В.В. Орлов, В.Н. Лепилин и др. - №2815170/18-25; Заявл. 31.07.79. - Опубл. 30.06.81. - Бюл. №24. - 3с.

Березко В.А., Замыцкий И.А., Орлов В.В. Реодатчики для создания систем микропроцессорного управления производством некоторых видов молочных продуктов // Тез. докл. ВНТК: «Теоретические и практические аспекты применения методов ИФХМ с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств». - М.: МТИММП, 1982. - С. 9 - 10.

Устройство для очистки внутренней поверхности теплообменных аппаратов для термической обработки веществ: А.С. 907386 СССР / Л.К. Николаев, В.В. Орлов. - № 2942772/24-12; Заявл. 09.06.80; Опубл. 23.02.82. - Бюл. №7. - 4с.

Березко В.А., Замыцкий И.А., Орлов В.В. Пути интенсификации процесса охлаждения при производстве молочных консервов // Тез. докл. ВНТК «Эффективность безотходных технологий в молочной промышленности», Ставрополь: СтПТИ, 1983. - С. 50 - 51.

Березко В.А., Замыцкий И.А., Орлов В.В. Время - импульсные информационно-измерительные устройства экспресс анализа параметров некоторых видов молочных продуктов для микропроцессорного управления их производством // Тезисы трудов всесоюзной выставки-семинара «Инструментальные методы оценки качества пищевых продуктов». - М.: 1983. - С. 12 - 14.

Замыцкий И.А., Березко В.А., Орлов В.В. Микропроцессорное управление производством некоторых видов молочных продуктов с применением информационно-измерительных устройств // Тез. докл. VI Всесоюз. сем.: «Основные направления применения микропроцессорных средств и мини-ЭВМ в мясной и молочной промышленности». - М., КПИ, 1983. - С. 27 - 30.

Орлов В.В., Березко В.А., Степаненко В.И. Кинетика деформации и изменения теплофизических свойств сгущенного молока с сахаром и наполнителями при его охлаждении // Изв. ВУЗов СССР. Пищевая технология. - 1985. - № 3. - С. 76 - 78.

Способ комплексного измерения теплофизических характеристик веществ: А.С. 1196745 СССР / Л.К. Николаев, В.В. Орлов, Ю.М. Дорохина. - № 3709633/24-25; Заявл. 03.02.84; Опубл. 07.12.85. - Бюл. №45. - 3с.

Назаров А.А., Орлов В.В. Построение морфологической модели технологического процесса с целью прогнозного обеспечения путей его совершенствования. - В кн.: Процессы, управление, машины и аппараты пищевой технологии. - Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1985. - С. 13-18.

Орлов В.В. Определение скоростей зародышеобразования и роста кристаллов лактозы при охлаждении сгущенного молока с сахаром // Изв. ВУЗов СССР. Пищевая технология. - 1986. - № 4. - С. 12.

Орлов В.В. Процесс кристаллизации лактозы при непрерывном охлаждении сгущенного молока с сахаром // Тез. докл. ВНПК «Интенсификация производства и применение искусственного холода. - Л.: ЛТИХП, 1986. - С. 95 - 96.

Орлов В.В., Назаров А.А. Прогнозное обеспечение путей совершенствования технологического процесса на основе анализа развития его морфологической модели. - В кн.: Теоретические и экспериментальные исследования процессов, управления машин и агрегатов пищевой технологии. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1986. - С. 34-36.

Аппарат для охлаждения и кристаллизации сгущённого молока с сахаром: А.С. 1274664 СССР / В.В. Орлов, В.А. Березко, А.А. Назаров и др. - № 3804022/28-13; Заявл. 22.10.84; Опубл. 07.12.86. - Бюл. №45. - 4с.

Способ кристаллизации сгущённого молока и аппарат для его осуществления: А.С. 1337026 СССР / В.В. Орлов, В.А. Берёзко, А.А. Назаров. - № 3964650/31-13; Заявл. 15.10.85; Опубл. 15.09.87. - Бюл. № 34. - 3 с.

Орлов В.В., Дорохина Ю.М., Федотов В.А. Полуэмпирический метод определения теплофизических характеристик пищевых продуктов. - В кн.: Интенсификация процессов пищевых производств, управления, машин и аппаратов. - Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1987. - С. 88 - 90.

Аппарат для термической обработки пищевых продуктов: А.С. 1519620 СССР / В.В. Орлов, А.М. Маслов, О.М. Горина и др. - № 4258040/31-12; Заявл. 05.06.87; Опубл. 05.06.87. - Бюл. №41. - 2 с.

Карусельный эскимогенератор для производства мороженого без палочек: А.С. 1045879 СССР / А.В. Макаренко, С.Л. Кириллов, В.В. Орлов. - №3324976/28-13; Заявл. 29.07.81; Опубл. 07.10.88. - Бюл. №37. - 7с.

Орлов В.В., Евстигнеева Т.Н., Забодалова Л.А., Зарембо В.Н. Кинетика структурообразования молочнобелкового сгустка при ускоренном сквашивании сливок в производстве сметаны // Тез. докл VIII НТК: «Повышение эффективности использования НИОКР в новых условиях хозяйствования. - Каунас: КПИ, 1988. - С. 108.

Орлов В.В., Назаров А.А. Научно-техническое прогнозирование - необходимое условие повышения эффективности НИОКР в системе АПК // Тез. докл. VIII республиканской НТК: “Повышение эффективности использования НИОКР на мясомолочных предприятиях в новых условиях хозяйствования”. - Каунас: Госагропром, 1988. - С. 269-270.

Орлов В.В. Оценка реологических характеристик пищевых средств по кривым кинетики деформациям в режиме постоянной скорости сдвига // Сб.тр. VI ВНТК «Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья» М., 1989. - С. 84.

Орлов В.В., Назаров А.А. Методическое обеспечение управления гибкими технологиями производства молочной промышленности // Тез. докл. ВНТК «Состояние и основные направления создания АСУ в молочной промышленности на основе микропроцессорной техники». - М.: ВНИиКИМП, 1989. - С. 43-44.

Маслов А.М., Орлов В.В. Применение микрофотографирования для определения скоростей зародышеобразования и роста кристаллов в растворах на основе теории числовой плотности. // Тез. докл. Всесоюзн. научно-техн. симпозиума, посвященного 150-летию со дня рождения основоположника молочного дела в России В.Н. Верещагина: Актуальные проблемы обработки молока и производства молочных продуктов. - Вологда: ВМИ, 1989.

С. 216-217.

Маслов А.М., Алексеев Н.Г., Евстигнеева Т.Н., Орлов В.В., Синицына О.А. Выбор оптимального способа коагуляции белков молока при производстве творога // Тез. респ. НТК «Интенсификация технологий и совершенствование оборудование перерабатывающих отраслей АПК». - Киев: КТИПП, 1989. - С. 103.

Орлов В.В., Дорохина Ю.М. Изменение теплофизических характеристик плавленых сыров при их термообработке // Тез. докл. НТК «Интенсификация производства и повышение качества сырья». - Барнаул. - 1989. - С. 53 - 55.

Маслов А.М., Орлов В.В., Лупинская С.М. Теплофизические характеристики сладкого плавленого сыра на основе копреципитата // Тр. ВНТК «Современная технология сыроделия и безотходная переработка молока». - Ереван: Айстан, 1989. - С. 450 - 451.

Орлов В.В., Назаров А.А., Сергеев В.Н. Прогнозирование научно-технического развития в перерабатывающих отраслях / Изв. ВУЗов СССР. Пищевая технология, 1989, №6. - С. 77-78.

Способ производства фруктовых плавленых сыров: А.С. 1600667 СССР / А.М. Маслов, Н.Г. Алексеев, С.М. Лупинская, В.В. Орлов. - № 4379076/30-13; Заявл. 17.11.87; Опубл. 23.10.90. - Бюл. №39. - 3с.

Василинец И.М., Орлов В.В., Радионова И.Е. Определение теплофизических свойств концентрата пивного сусла // Тез. докл. ВНТК: «Холод народному хозяйству». - Л.: ЛТИХП, 1991. - С. 325 - 326.

Николаев Л.К., Горбатова К.К., Орлов В.В. Консистенция творога и методы ее контроля: Обзорная информация. - М.: АгроНИИТЭиММП, 1992. - 36 с.

Орлов В.В., Гусев И.Н. Получение сгущенного молока в СВЧ-поле // Сб. тр. МНТК: Холод и пищевые производства. - СПб. СПбГАХи ПТ, 1996. - С. 211-212.

Орлов В.В., Гусев И.Н., Ковалёва О.В. Научно-технический прогноз совершенствования способов обработки молочных продуктов с помощью СВЧ-поля // Холод и пищевые производства: Сб. тр. МНТК. - СПб.: СПбГАХПТ, 1996. - С. 230.

Орлов В.В., Дерябин А.П. Моделирование выпечки хлебобулочных изделий в СВЧ-поле // Сб. тр. МНТК: Ресурсосберегающие технологии пищевых производств. - СПб.: СПбГАХиПТ, 1998. - С. 134-135.

Орлов В.В. Системный анализ обработки пищевого сырья с целью его совершенствованья / В кн. Процессы, аппараты и машины пищевых технологий. - СПб.: СПбГАХиПТ, 1999. - С. 4-7.

Орлов В.В., Дерябин А.В. Аппаратная реализация автоматического регулирования при СВЧ-нагреве. // Тез. докл МНТК: Прогрессивные технологии и оборудование пищевых производств. - СПб.: СПБГАХиПТ, 1999. - С. 205.

Орлов В.В., Клоков Ю.В., Доценко В.А. Развитие пищевой индустрии Санкт-Петербурга // Пищевая промышленность. - 1999. - № 11. - С. 12-13.

Орлов В.В., Клоков Ю.В. Научно-обоснованное регулирование пищевой индустрии региона // Пищевая промышленность. - 2000. - №8. - С. 20-21.

Орлов В.В. Неэнтропийные основания развития системы высшего образования. // Тез докл. IV МНПК: Проблемы и перспективы взаимодействия вузов с регионами России в контексте реформирования образования. - СПб.: МАДУ, 2001. С. 166-167.

Сабуров А.Г., Орлов В.В. Информационно-энтропийный аспект системного анализа применительно к совершенствованию аппаратурного оформления процессов обработки сельскохозяйственного сырья // Тез. тр. МНПК «Научные основы процессов, аппаратов и машин пищевых производств. - Краснодар: Куб. ГТУ, 2002. - С. 269 - 271.

Сабуров А.Г., Орлов В.В. Информационный обмен как основа оптимизации аппаратурного оформления процессов обработки сельскохозяйственного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2003. №3, - С. 80-82.

Сабуров А.Г., Орлов В.В. Информационная модель аппаратурного оформления процессов обработки сельскохозяйственного сырья // Технологии и техника пищевых производств: итоги и перспективы развития на рубеже XX и XXI веков. Сб. науч. тр. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. - С. 14 - 23.

Орлов В.В. Модель структуры преобразования сельскохозяйственного сырья в пищевой продукт // Тез. тр. II МНТК «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке». - СПб.: СПбГУНиПТ. 2003. С. 209-211.

Орлов В.В. Синтез аппаратурного оформления процессов обработки сельскохозяйственного сырья на основе декомпозиции структуры целей функционирования // Тез. тр. II МНТК «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке». - СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. С. 214-215.

Орлов В.В. Системная устойчивость аппаратурного оформления обработки сельскохозяйственного сырья // Тез.трудов II МНТК «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке». - СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. - С. 216 - 217.

Орлов В.В. Методология ранжирования уровня соответствия цели функционирования аппаратурного оформления процессов обработки сельскохозяйственного сырья на основе теории принятия решений // Междунар. сб. науч. тр. «Проблемы пищевой инженерии и ресурсосбережения в современных условиях». - СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. - С. 6 - 18.

Сабуров А.Г., Орлов В.В. Возможности совершенствования аппаратурного оформления обработки сельскохозяйственного сырья на основе процедур формализации закономерностей развития оборудования АПК // Тр. II МНТК, посвященной 100-летию Заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора Попова Владимира Ильича “Прогрессивные технологи и оборудование для пищевой промышленности”, Ч.2. - Воронеж: ВГТА, 2004. - С. 25-26.

Орлов В.В. Системообразующие отношения неоднородных элементов системотехнического комплекса для обработки сельскохозяйственного сырья // Тр. II МНТК, посвященной 100-летию Заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора Попова Владимира Ильича «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности», Ч. 2. - Воронеж: ВГТА, 2004. - С. 254 - 255.

Орлов В.В. Формализация спектра вариантов процессов обработки молока на базе системного подхода / Хранение и переработка сельхозсырья. - 2005. - № 1. - С. 43 - 45.

Сабуров А.Г., Орлов В.В. Стратегия декомпозиционно-морфологического подхода анализа и синтеза аппаратурного оформления процессов обработки сельскохозяйственного сырья / Техника и технология пищевых производств: Сб. научн. тр. V МНТК, - Могилёв: МГУП, 2005. - С. 212.

Орлов В.В., Сабуров А.Г. Системный анализ в пищевой инженерии: декомпозиционно-морфологический подход совершенствования процессов и аппаратов. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2005. - 160 с.

Сабуров А.Г., Орлов В.В. Применение энтропийного подхода для оптимизации функционирования аппаратурного оформления процессов обработки сельскохозяйственного сырья / Хранение и переработка сельхозсырья. - 2005. - № 8. - С. 60, 61.

Орлов В.В., Сабуров А.Г. Декомпозиционно-морфологический подход к структурному анализу аппаратурного оформления процесса обработки сельскохозяйственного сырья / Хранение и переработка сельхозсырья. - 2005. - № 11. - С. 18 - 23.

Орлов В.В., Иванов В.А., Алферьев С.А. Применение СВЧ излучения для изменения микроструктуры пищевых продуктов. // Тез. трудов III МНТК «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» СПб. СПбГУНиПТ, 2007. - С. 678-680.

Орлов В.В. Выбор оборудования с использованием принципа Парето // Молочная промышленность. - 2008. - № 11. - С. 88.

Орлов В.В. Исследования развития декомпозиционно-морфологических моделей технологических процессов и технических средств для обработки молока. - СПб.: СПбГАУ, 2009. - 85 с.

Размещено на Allbest.ru