Звіт про науково-дослідну роботу № 12-17-18Б «Дослідження інноваційних процесів переробки сільськогосподарської сировини з розробкою прогресивного ресурсозберігаючого обладнання харчової індустрії» (заключний)

Abstract

Об'єкт дослідження – процес різання харчових продуктів водополімерним струменем в режимі 3D та механізм аномально високої різальної здатності водополімерного струменя. Предмет дослідження – обладнання для різання харчових продуктів водополімерним струменем, розчини полімерів, а також фізико-механічні властивості (твердість, граничне напруження зрізу і межа міцності при одновісному стисканні) заморожених харчових продуктів. Мета дослідження полягає в обґрунтуванні науково-теоретичних основ процесу різання харчових продуктів водополімерним струменем та в розробці обладнання для універсального водополімерного різання в режимі 3D за умов енергоресурсозбеження. Встановлено, щоб досягти однакової глибини різання заморожених харчових продуктів (в діапазоні від -3 оС до -25 оС) достатньо тиску водополімерного струменя лише 45–65% від водяного струменя, і навпаки, за однакового початкового тиску спостерігається збільшення глибини і швидкості різання водополімерним струменем в 1,5–2,5 рази, що свідчить про особливий механізм його взаємодії з харчовим продуктом. Доведено, що механізм гідроструминного водополімерного різання харчових продуктів не обумовлений ефектом Томса, а полягає в руйнівній дії водополімерного струменя, «армованого» сильно розгорнутими макромолекулярними ланцюгами та динамічними надмолекулярними структурами, що утворюються під дією розтягуючої течії у вхідній ділянці сопла струменеформуючої голівки; Теоретично обґрунтована і експериментально доведена можливість прояву підвищення різальної здатності водополімерного струменя в осцилюючому режимі його формування, що випливає з теорії ефектів пружних деформаційю Розроблено науково обґрунтовані принципи проектно-розрахункових опрацювань обладнання для різання харчових продуктів водополімерним струменем в режимі 3D за умов енергоресурсозбеження та забезпечення вимог щодо екологічності виробництва; розрахунок режимів протікання водополімерного розчину крізь гідрорізальну струменеформуючу голівку ґрунтується на використанні встановленого критерію, що характеризує початок виникнення динамічного структуроутворення у водополімерних розчинах при їх протіканні крізь сопло гідрорізальної струменеформуючої голівки, а також рекомендацій з оптимізації процесу різання харчових продуктів водополімерним струменем. Отримано дані стосовно динаміки лінійних макромолекул у вхідній ділянці сопла гідрорізальної струменеформуючої голівки, що дало змогу довести наявність суттєвої (до 70%) деформаційної дії гідродинамічного поля на макромолекулярні клубки (ПЕО) і, як наслідок, прояв значних деформаційних ефектів при протіканні водних розчинів ПЕО крізь струменеформуючу голівку. Розроблено концептуальні рішення конструкції машини для універсального різання харчових продуктів водополімерним струменем в режимі 3D з можливістю отримання різної конфігурації поверхні розрізів харчової сировини за умов енергоресурсозбеження та забезпечення вимог щодо екологічності виробництва. Отримано рекомендації стосовно оптимізації процесу гідроструминного водополімерного різання заморожених харчових продуктів, реалізація яких знижує раціональний робочий тиск у 4–5 разів в порівнянні з тиском при різанні водяним струменем. Це дало змогу запропонувати універсальну гідрорізальну в режимі 3D машину МОВПС-100 з вартістю в 10 разів меншою за вартість стандартного гідрорізального обладнання