Дослідження структуроутворення пористих фільтруючих елементів для обладнання харчової промисловості

Abstract

У роботі представлено результати дослідження процесу структуроутворення пористих багатошарових фільтруючих елементів для харчової промисловості методом радіально-ізостатичного пресування із використанням математичного та комп’ютерного моделювання. Даний процес є важливою частиною під час виготовлення зазначених елементів. З огляду на важливість забезпечення якості, безпечності та гігієнічності харчового виробництва, розглянуто вплив технологічної схеми структуроутворення на розподіл пористості у фільтруючих елементах. Розглянуто дві технологічні схеми пресування: на оправку та на матрицю. Встановлено, що при використанні схеми пресування на оправку забезпечується монотонний розподіл пористості, що сприяє підвищенню рівномірності фільтрації, зносостійкості та зменшенню виникнення фізичних, хімічних та мікробіологічних ризиків виробництва харчових продуктів. Досліджено, що доцільно застосовувати схему ущільнення на оправку. Окрему увагу приділено фільтруючим елементам складної форми з ребристою поверхнею, які мають збільшену площу контакту з середовищем при збереженні компактних розмірів. Проведене моделювання показало, що класичні конструкції таких елементів характеризуються нерівномірністю щільності та накопиченої пластичної деформації, що знижує фільтруючі та експлуатаційні властивості. Запропоновано нову геометрію поперечного перерізу фільтра, яка дозволяє істотно знизити розкид значень пористості. Це забезпечує кращу ефективність миття в режимі промивання, підвищує довговічність елементів, а також відповідає вимогам гігієнічного інжинірингу та системи НАССР. Отримані результати дають підстави стверджувати, що комп’ютерне моделювання є ефективним інструментом для розробки й оптимізації конструктивно-технологічних параметрів фільтруючих елементів, які застосовуються в обладнанні харчової промисловості, де важливими є як технологічні характеристики, так і вимоги гігієнічного інжинірингу, а також санітарно-гігієнічні умови виробництва. The paper presents the results of researching the process of structure formation of porous multilayer filter elements for the food industry by the method of radial isostatic pressing with using mathematical and computer modeling. This process is an important part of the production of these elements Taking into account the importance of ensuring the quality, safety, and hygiene of food production, the influence of the technological scheme of structure formation on the distribution of porosity in filter elements is considered. Two technological schemes of pressing are considered: on a mandrel and on a die. It has been established that the mandrel pressing scheme ensures a monotonic distribution of porosity, which contributes to increased filtration uniformity, wear resistance, and a reduction in physical, chemical, and microbiological risks in food production. It has been found that it is advisable to use the mandrel compaction scheme. Special attention is paid to complex-shaped filter elements with a ribbed surface, which have an increased contact area with the medium while maintaining compact dimensions. The modeling showed that the classic designs of such elements are characterized by uneven density and accumulated plastic deformation, which reduces filtration and operational properties. A new filter cross-section geometry is proposed, which significantly reduces the spread of porosity values. This provides better washing efficiency in the flushing mode, increases the durability of the elements, and also meets the requirements of hygienic engineering and the HACCP system. The research results give grounds to assert that mathematical and computer modeling is an effective tool for the development and optimization of design and technological parameters of filter elements which used in food industry equipment, where technological characteristics and requirements of hygienic engineering are important as well as sanitary and hygienic production conditions.