Глава 7 анализ энергоэффективности процесса электромагнитной механоакцивации полуфабрикатов шоколадного производства

Удельная энергия измельчения полуфабрикатов, измельченных электромагнитным способом, определена по формуле

, (7.1)

где - суммарная удельная поверхность обрабатываемого продукта, ;

Е_М- привнесенная энергия, кДж/кг,

, (7.2)

где Р_ОБ- мощность рабочего процесса организации измельчающего усилия;

Р_ПР – мощность процесса измельчения компонентов электромагнитным способом;

t – время измельчения, мин.

Удельная поверхность полифракционного материала рассчитана путем умножения удельной поверхности соответствующей фракции на ее количество с последующим суммированием по всем фракциям

, (7.3)

гдее₁, е₂,…е_i– удельная поверхность отдельных монофракций;

– процентное содержание этих монофракций в измельченных компонентах.

Удельная поверхность отдельных фракций определена из равенства

, (7.4)

где Р_ом – плотность обрабатываемого продукта, кг/м³;

δ – размер фракции, м.

Для математического описания процесса тонкого и сверхтонкого измельчения в ЭММА справедлива энергетическая теория Риттингера

,

, (7.5)

где ΔF- прирост новой поверхности, м²; к – коэффициент пропорциональности, равный работе, затраченной на образование новой поверхности; G – производительность; i – степень измельчения; ρ- плотность порошкообразного сыпучего продукта; χ- фактор формы частиц материала (табличное значение); D_i-начальный размер кусков.

Для оценки энергетической эффективности способа при проектировании типовых рядов электромагнитных активаторов целесообразно использовать параметр эффективности – отношение полезно достигаемого результата измельчения к суммарным энергетическим затратам, достигаемым в рабочем объеме аппарата

, ; , (7.6)

где V- рабочий объем механоактиватора, м³; N – затраченная работа в единицу времени, Дж.

Параметр эффективности показывает прирост новой поверхности в единице объема аппарата на единицу затраченной работы в единицу времени.

С учетом формулы (7.6) энергетическая эффективность

, (7.7)

или,

(7.8)

где , - критерий качества.

Показатель энергетической эффективности (7.8) может быть использован для сравнения любых видов измельчающего оборудования (при условии обработки идентичных материалов), если его привести к безразмерному виду

(7.9)

Для сравнения энергетической эффективности при внедрении электромагнитного способа механоактивации в представленные формулы введен показатель прочности материала П,

, (7.10)

Необходимо отметить, что входящая в формулу величина также косвенно характеризует прочность материала

, (7.11)

где - работа разрушения материала объемом V_м упругой деформацией (σ-предел прочности материала, Па; Е-модуль Юнга, Па).

Тогда критерий, учитывающий прирост площади поверхности измельченного материала и его прочностные равен

, (7.12)

С учетом представленных формул параметр эффективности имеет вид

. (7.13)

Параметр эффективности процесса измельчения в электромагнитных механоактиваторах будет тем выше, чем больший прирост поверхности будет достигнут для более прочных материалов при меньших энергетических затратах и минимальном рабочем объеме аппарата.

В результате сравнительно анализа полученных данных (рис. 7.1) с результатами исследований, представленных в работе [56], установлено, что удельный расход энергии на образование единицы поверхности продукта в ЭММА в 1,5…1,7 раза меньше по сравнению с энергозатратами на измельчение аналогичных продуктов такой же крупности традиционным способом.

Рисунок 7.1 - Удельная энергия измельчения компонентов шоколадной массы электромагнитным способом 1 – какао; 2 – сахар; 3 – смесь компонентов

Полученные данные (в перерасчете на тонну измельчаемого продукта) свидетельствуют, что затраты энергии на механоактивацию компонентов шоколадной массы составляют не более 54 кВт·ч/т, в то время как используемые в настоящее время измельчающее оборудование предприятий потребляет от 35 до 100 кВт·ч/т. При этом, как показали предыдущие исследования, по качеству продуктов помола и экономическим параметрам электромагнитный способ механоактивации имеет более высокие показатели по сравнению с традиционными способами переработки какао бобов на механическом оборудовании.