Дослідження високоефективного обладнання для гомогенізації дрібнодисперсних емульсій з використанням комп’ютерного моделювання

Abstract

UK: Стаття присвячена актуальному питанню дослідження технологічного обладнання для гомогенізації. Встановлено, що сучасне обладнання, яке використовується для отримання дрібнодисперсних емульсій потребує вдосконалення з метою зниження енерговитрат на процес гомогенізації та підвищення якості готового продукту. Теоретичні розрахунки проводились з використанням комп’ютерного моделювання за допомогою програми Ansys Workbench. В результаті проведеного дослідження було встановлено, що ступінь гомогенізації в імпульсному гомогенізаторі становить Hm = 4…5, а енерговитрати на процес при цьому складають 0,82 Дж/кг. Це високі показники, які доводять ефективність використання імпульсної гомогенізації для отримання дрібнодисперсних емульсій. RU: Статья посвящена актуальному вопросу исследования технологического оборудования для гомогенизации. Установлено, что современное оборудование, используемое для получения мелкодисперсных эмульсий требует усовершенствования с целью снижения энергопотребления на процесс и повышения качества готовой продукции. Теоретические расчеты проводились с использованием компьютерного моделирования при помощи программы Ansys Workbench. В результате проведеного исследования было установлено, что степень гомогенизации в импульсном гомогенизаторе составляет Hm = 4…5, а энергопотребление на процесс - 0,82 Дж/кг. Это высокие показатели, которые доказывают эффективность применения импульсной гомогенизации для получения мелкодисперсных эмульсий. EN: The article is devoted to the topical issue of research of technological equipment for homogenization. It is established that the modern equipment used for obtaining fine emulsions needs improvement in order to reduce energy consumption for the homogenization process and improve the quality of the finished product. The analysis showed that the most promising type of homogenizer, which allows to obtain a high degree of dispersion of the emulsion, at low energy consumption for the process is a impulse homogenizer. Dispersion of milk fat globules in the impulse type of the homogenizer occurs due to the gradient of the emulsion flow rate, which occurs due to pulse oscillations of the piston-drummer. However, to determine the gradient of the emulsion flow rate is quite difficult. Therefore, it was first decided to calculate the milk flow rate that occurs during pulse homogenization using computer simulation using a universal software system of finite element analysis Ansys Workbench. This program has a CFX module that allows you to efficiently and reliably perform calculations related to the dynamics of liquids and gases. As a result of the simulation and calculation, three-dimensional graphs of pressure and flow velocity distribution were obtained when passing through the percussion piston holes and in the gap between the percussion piston and the working chamber cylinder depending on the oscillation amplitude. it through the holes of the percussion piston 15,44… 17,84 m/s and when passing through the gap between the working chamber and the percussion piston 12,92… 15,.2 m/s is achieved when the value of the oscillation amplitude 10…12 mm, while the pressure formed in the middle of the working chamber is 1,44… 1,49 MPa. The optimal technological parameters for dispersion in a impulsive homogenizer should be considered the oscillation frequency f = 55 Hz, and the amplitude of oscillation of the piston-drummer h = 10… 12 mm. Through computer simulations and calculations, Ansys Workbench determined the degree of homogenization that can be obtained from the milk processing in the pulse homogenizer and the energy consumption spent on the process. According to the calculations, it was found that the degree of homogenization in the pulse homogenizer is Hm = 4…5, and the energy consumption for the process is 0.82 J/kg. These are high values that prove the efficiency of pulsed homogenization to obtain fine emulsions.