II Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2010

Моделирование измельчения условно подразделяются на дробление (крупное, среднее и мелкое) и измельчение (тонкое и сверхтонкое). Измельчение мясных продуктов осуществляется путем раздавливания, раскалывания, истирания и удара.

В большинстве случаев эти виды воздействия на мясные продукты используют комбинированно; при этом обычно основное значение имеет один из них, что обусловлено конструкцией машины, применяемой для измельчения.

В зависимости от физико-механических свойств и размеров измельчаемого материала выбирают тот или иной вид воздействия. Так, дробление твердых и хрупких материалов производят раздавливанием, раскалыванием и ударом, твердых и вязких - раздавливанием и истиранием.

Результат измельчения характеризуется степенью измельчения, равной отношению среднего характерного размера D куска материала до измельчения к среднему характерному размеру d куска после измельчения (рис. 1).

Измельчение осуществляется под действием внешних сил, преодолевающих силы взаимного сцепления частиц материала. При дроблении куски твердого материала сначала подвергаются объемной деформации, а затем разрушаются по ослабленным дефектами (макро- и микротрещинами) сечениям с образованием новых поверхностей. Куски продукта дробления ослаблены трещинами значительно меньше исходных продуктов. Поэтому с увеличением степени измельчения возрастает расход энергии на измельчение.

Согласно гипотезе академика П.А. Ребиндера затраты энергии А (Н*м) на измельчение какого-либо продукта для получения конечного продукта, состоящего из частиц определенной дисперсности, могут быть выражены математической формулой

где К - энергия, расходуемая на процессы деформации и образования продуктов износа рабочих органов измельчающей машины, Н*м; s_р - разрушающее напряжение измельчающего материала, Н*м²; V - объем измельчающего материала, м³; Е - модуль упругости измельчающего материала, Н/м²; m_y - число циклов деформаций частиц измельчающего материала, Н/м; DS = S_k-S_н - вновь образованная поверхность (S_k, S_н - соответственно общая поверхность материала после и до измельчения), м²; a - безразмерный коэффициент, характеризующий для машины данной конструкции процесс образования новой поверхности:

где n - показатель степени, зависящий от условий измельчения.

Коэффициент полезного действия процесса измельчения определяется выражением

Анализ этих выражений показывает, что для уменьшения энергозатрат следует стремиться к уменьшению упругих деформаций рабочих органов дробилок и повышению их износостойкости, к уменьшению числа циклов деформаций (m_y) частиц измельчаемого материала и к снижению разрушающих напряжений измельчаемого материала.

Измельчение можно производить раздавливанием, разрыванием, растяжением и резкой. Нарезанные куски имеют правильную, заранее выбранную форму с ровными краями и обычно в дальнейшем подвергаются только тепловой обработке. При дроблении частицы продукта имеют неправильную форму и в большинстве случаев подвергаются дальнейшему тонкому измельчению. Резание - процесс моделирования механического расчленения продукта, с помощью вклинивающегося в него рабочего органа. Резание мясных продуктов осуществляют для того, чтобы отделить от массива продукта определенную его часть, для разделения продукта на частицы заданных формы и размеров и для измельчения продукта без предъявления требований к форме частиц.

Для резки продукта нож должен совершать одновременно два силовых движения - перпендикулярно лезвию и параллельно ему. При этом микроскопические зубцы перерезают волокна и клетки измельчаемого продукта. Резание может быть рубящим (при Vt=0) или скользящим (при Vn=0). При скользящем резании коэффициент резания kc= Vt/ Vn>0; при рубящем резании - kc=0.