9.Механикалық үрдістері және аппараттары.

Ұсату (механикалық) –механикалық күштің әрекеті кезінде қатты денені бөлікке бөлу. Егер де бөлікті ұсату үрдісінде кездейсоқ пішін пайда болса, оны жару, ал егер де оған арнайы пішін белгілесе, онда мұндай үрдісті кесу деп атайды.

Материалдардың бұзылу негізіне, әдетте олардың Δ деформациясының ε кернеуіне эмпирикалық тәуелділігін санайды. Оларды материал үлгілерін созылуға және қысуға алып келегнде жатқызады –бұруға, майыстыруға , өшіруге, бөлуге, басуға, ұрып –соғуға және т.б. Алынған тәуелділіктерді қисық созылу немесе қысу деп атайды. Қисық созылуда көп тағам өнімдерді жатқызатын реологиялық материалдармен байланысқан көп ерекшеліктер орын алады.

Бөлшектеу әдістері. Оларды негізгі деформацияның іске асыру сипатына байланысты жүктеуді ұрып –соғудың, езудің, бөлудің, өшірудің, аралықтың және иілудің көмегімен бөлшектейді. Бөлшектеудің шынайы үрдісі екі және одан да көп әдістерді қолданады: ұрып –соғумен қысу, ұрып –соғу және өшіру т.б.

Бөлшектеудің і дәрежесі –бұл материал бөліктерінің сипатты өлшемдерінің D-дан және d бөлшектеуден кейінгі қалпы, демек i=D/d қатынасы.

Бөлшектеу нәтижесінде алынған бөліктердің мөлшерлері: ірі, орташа, ұсақ, жұқа, тым жұқа және коллоидты болады. Кестеде бөліктердің сипатты бөлшектері және бөлшектенуге дейінгі және кейінгі түрлі түрлі типтері көрсетілген.

Бөлшектеу (жару) типтерінің жіктелуі келесі обьективті заңдылықты көрсетеді. Кез –келген ұнтақтағыш қадай да бір ұнтақталынатын бөліктің өлшемдеріне жатады. Өзнің мүмкіндігі бойынша алынатын берілген жіктелуден екі класты немесе одан да көп ережеге сай ұнтақтауды құра алмайды.

Мысалы, басында материалдардың ірі бөліктері түсетіндей құрылғы жоқ, оның шығысы кезінде материал ұсақ өлшемдермен сипатталады. Мұндай жағдайда ұсақ дисперсті материалдар және орташа дисперсті материалдарды алу үшін бірінші ұнтақтағышпен тағы бір ұнтақтағышты қондыру қажет.

Бөлшектеудегі (жарудағы) қуаттың шығымы. Бөлшектеу (жару) үрдісінде сыртқы күштер материалдар бөліктерінің жауапты тіркесу күштерінен артық болады. Сол себептен жалпы жұмыс шығындары келесі үрдістерден құралады:

- бөліктердің бөлінуі немесе жаңа беткі жағының пайда болуы, демек қатты дененің беткі жағында жұмыс шығынының өсуі;

- бұзылатын бөліктердің көлемді деформациясы;

- оршаған кеңістіктегі үрдістің жылулық эффектісінің шашырауы.

Жарғыштарға қойылатын талаптар. Жарғыштарға қойылатын жалпы талаптар: ұнтақталған материалдар өлшемнің кіші шашылымдылығы; бөлшектеуге (жаруға) қуат шығынының қысқаруы үшін ұнтақталған материалдың бөлшектеу зонасынан жылдам жойылуы; минималды шаңның пайда болуы; бөгде заттардың бөлшектеу зонасына түскен жағдайда сынудан, қираудан сақтайтын құрылғының болуы, тозу элементтерінің жеңіл ауыстыруы.

Беткі, немесе жақты (щековые) жарғыштар. Тағам өнеркәсібінде оларды пештерде көмірқышқыл газды алуда, қызылшадан қантты өндіру зауыттарда және ақ балшықты ұсату үрдісінде қолданады. Беткі бөлшектегіште (жарғыштарда) (2 сурет) материал бөліктерінде қозғалатын және қозғалмайтын беттерде басылады.

Бетті бөлшектегіш жұмыс кезінде қарапайым және кепілді болады. Оларда қозғалыс беттер қисықшипалы –шатунды механизіммен іске асады, сондықтан да олардың фундаменттерінің белгілі вибрациясын құрады. Егер де гидроприводты қолданса, вибрация кемиді.

Конусты (гидрационды) бөлшектегіш материалды сыртқы конусы және пестик арасында басады. Пестик 2, айналғанда өзінің өсімімен коналы беткі жағын 3 көрсетеді. Нәтижесінде конустың және пестиктің аралығы өзгереді және олардың арасына түсетін материал бөлшектелінеді. Ірі және орташа бөлшектеу үшін қолданады.

Білікті бөлшектегіштер (жарғыштар) материалды қысу және қажау жолымен бөлшектейді (сурет 2). Егерде біліктерді иректелген (рифленные) пішінде дайындаса, оған түскен материал тағы да ұсатылады (жарылады). Оларды орташа, ұсақ және жұқа бөлшектеу (жару) үшін қолданады. Білікті жарғыштарда горизонтальды остен айналым жасайтын біліктердің саны бір немесе бірнеше жұпты біліктерден құралуы да мүмкін. Біліктер бір -біріне қарама –қарсы айналып тұрады.

Балғалы бөлшектегіш (жарғыш) (2,г суреті) түсетін материалдарды айналмалы балғамен және қозғалмайтын рифленді декаға 2 материалдың соғуымен бөлшектейді. Ұсақталынған материал жүк түсіретін зонаға 3 ситосы арқылы өтеді, егер материал елеуішпен (ситамен) ұсталып қалса, ол аэродинамикалық күшімен жару (бөлшектегіш) зонасына қайта оралады. Балғалы бөлшектегіштерді (жарғыштарды) нәзік материалдарды орташа, ұсақ және өте жұқа бөлшектеу үшін қолданады.

Балғалы жарғыштарда олардың балғалары остерінде бос тербелетін остерінде орнатылады. Айналу кезінде балғалар радиалды пішін (тәртіп) түрінде орналасады (жақын түрінде). Материалдың бұзылуы (жарылуы), балғалардың ұштарындағы жоғары айналмалы жылдамдықтың әсерінен соғылу кезінде пайда болады (материал бұзылуын қамыту керек). Бұл үрдіс қозғалыс сақтау заңына бағынады.

Матариалды өте жұқа ұнтағына айналдыратын (қамтамасыздандыратын) дезинтегратор жарғыштарда (2, д суреті) материал үлкен жылдамдықта әр түрлі жаққа айналатын екі дискінің арасында ұсатылады. Дисктердегі әр бармақтар (била) өзгеше жасалынады - олардың әрқайсысы екінші дисктің бармақтарының екінші қатарының арасында орналасқан. Дисктің айналу жиілігі -200...1000 айн/мин, соғу жылдамдығы -300 м/с –ке дейін, соғу жиілігі -10³...10⁴ 1/с. Дисктік бөлшектегіштегі сыртқы диаметрінің жылдамдығы 7...8 м/с –ті құрайды.

Бір дискі қозғалмайтын, қалғандары қозғалатын ұнтақтағыш (ұсақтағыш) дисмембратор деп аталады. Егер дисмембратордың осі тігінен (вертикалды) орналасса, ондай құралды энтолейтор деп атайды.

Шарлы (стерженді) диірмендерде (ұсақтағыштарда) түсетін материалдар құлайтын шарлар (2, и суреті) және стержен арасында ұсатылып және үйкеленіп жарылады. Шарлы диірмен материалдарды ұсақ және өте жұқа фракция алу үшін қолданады. Олардың тірегі арқылы берілетін тік (вертикалды) жазықтықта диірмен (ұн тартқыштың) барабанына вибрационды қозғалысты хабарлап ұсату (бөлшектегіш) дәрежесін жоғарлатуға болады.

Ағынды диірмендер (2, л суреті) материалды газды ағында (струяда) оның бір бөлігін екіншісімен соғу арқылы үлкен жылдамдықта бөлшектелінген бөліктерді айдап жарады. Сонымен қатар негізгі әсерді бөлшектегішке олардың беткі жағының жауапты үйкелісі бөліктердің жарылуына (ұсатылуға) апарады. Ағынды диірмендер материалдарды ұсақ немесе өте ұсақ фракция береді.

Коллоидты түрде жаратын диірмендер бөліктердің жабысуынан сақтайтын дисперсті ортаның қатысуымен (сұйық немесе газ) материалды қуыссыз ара қатынаста заттардың жарылуын туғызады және бұл жағдайда бөлшектер бір – бірімен жабыспайды. Жарылу үрдісі айналатын ротормен қозғалысқа кіргізіледі, ал қозғалмайтын корпус материалды ұстап жібермеуге апарады сол себептен олардың ұсату бөліктері сұйықтарда бірнеше рет айналып ұсатылады (құйынды эффект).

Кесу –материалға арнайы пішін беріп, өлшемін және беткі жағының сапасын түзеп бөлу үрдісі. Кесу қондырғылардың жіктеуі:

- бағыты (тағайындалғаны) бойынша –нәзік, қатты, серпімді, байланғыш –пластикалы және біркелкі емес материалдарды кесу үшін.

- іс-әрекет принципі бойынша –кезендікті, үзілссіз және көп әрекетті (комбинирлі); -кесетін элементінің (құралының) түріне байланысты –пластикалық, дисктік,

- шнектік (струналы), гильотинді, роторлы, ағынды (струйные), (сұйықтық және пневматикалы), ультрадыбысты және лазерлі;

- кесетін құралдың қозғалыс сипаты бойынша – осінде айналатын, барып- қайтарымды, жазық параллельді, бұрылыс және вибрационды қозғалыспен;

- кесу кезіндегі және оның бекіту түріндегі материал қозғалсының сипаты бойынша.

Кесуге арналған машиналар.Көбінесе кесу үшін өндірістік машиналарды қант өндіру зауыттарында қолданады. Мұндай машина өзінше лопостиялармен горизонтальды айналмалы диск және оны жабатын қозғалмайтын барабанды білдіреді. Барабанның кесілген жерінде пышақпен бірге рамалар қондырылады. Диск жиілігі 70 айн/мин айналады, орташа линиялы жылдамдықта пышақ ауданында 8м/с. Барабанды қызылшамен толтырады, бұл дискке түскенде центробежді күшпен пышаққа қарай ығысады және стружкаға кесіледі. Соңғысының профилі пышақ пішінімен анықталынады.

Ет және консервілі кәсіпорындарында етті кесу үшін, нанды, картопты және қызылшаны кесу үшін волчок деп аталынатын машиналар кең қолданады. Олардың конструкциясы тұрмыстық ет кескішті (мясорубка) еске түсіреді. Кесу екі кесетін құралмен іске асады –қозғалмайтын пышақты тормен (декамен) және жазық айналмалы пышақпен. Материал шнекпен кесу зонасына шығады, торға басылады және айналмалы жазық пышақтармен кесіледі. Ақырын жүретін волчоктар үшін шнектің айналу жиілігі 100...200, жылдам жүретін шнек үшін -300айн/мин –тан көп.

Тегістеу. Тегістеуді бидайлы немесе дөңгелек пішінді штукты қатты өніммен материалдың жұқа беткі қабатынын жою үшін қолданады: тамыржемісті, бидайды, бидайлы кружкаларды және т.б. Бидай тамырларының тегістеу мақсаты –беткі қабатының олрадан жойылуы (қабықтан тазаруы, терінің алуы). Сәйкесінше бидай өнімінің тегістеуі оның қабыршықтануына (беткі пленканың алынуы) немесе беткі түсірілімдерді тегістеу мақсаты бар. Тегістеу материал бөліктерінің бір –біріне және машина бетінің абразивтіге үйкелеу нәтижесінде іске асады. Материал бөліктерінің бір –біріне қысылуы немесе қатты беткі жақтарға айналумен іске асады, массалармен немесе басқа күштермен машинаның полостяларында сәйкесінше ұйымның қозғалысы. Беткі қабатын жақсы жою үшін эндоспермді құрғақ күйінде сақтап, бидайды ылғалдатады. Сонымен қатар жойылатын қабат эластикалы болады, ал оның эндосперммен байланысы нашарлайды. Тамырлы жидектің беткі қабатында жойлатын қабат сілтілі ертіндіні, өткір буды және жоғарғы температуралы газдарды өндеумен жетеді.

Материалдардың басылуымен жүретін үрдістерді екі топқа бөлуге болады: престеу және пішіннің пайда болуы.

Пресстеу. Престің көмегімен өнделіп жатқан материалдың басылуында қортындалынады. Осының салдарынан ылғалды кашице тәрізді немесе қатты денеден сұйықтықтың сығылуы, немесе үгітілетін материалдардың тым ірі пайда болғанға байланысы (брикеттер, түйіршіктер, таблеткалар). Соңғы жағдайда престеу үрдістерін брикетирлеу, түйіршіктеу, таблетирлеу деп атайды.

Материалдан сұйықтықтың сығылуы. Бұл сусымалы пішіндеу нәтижесінде болады. Сонымен қатар онда бос орындардың және поралардың өлшемдері кемиді, ал материалды құрайтын сұйықтық оларды көп қылып толтырады. Осы кезде сұйықтықтың қысымы пораларда үлкеймейді. Алдағы басу материалдағы сұйықтық қысымының өсуіне алып келеді. Осының әсерінен сұйықтық поралар арқылы сыртқа ағады. Бұндай ағын Паузель заңына бағынады.

Бұндай сұйықтықтың ағыны капилляр көлемі сұйықтықпен толық толғанша дейін жүреді. Олардың маңызды емес мөлшері сәл сұйықтықтан босаған кезінде артық парциальдық қысымы нөлге дейін жылдам түседі де ағын күрт тоқталады. Поралар және материалдағы бос жерлер сығылатын сұйықтыққа толы болған сәттен бастап сұйықтықтың жалпы сығылған көлемі сығылу үрдісінде материал көлемінің тең кішіреюіне әкеледі. Сұйықтықтардың сығу үрдісін материалдағы поралардың және бос орындардың сұйықтықпен толтырып қысым күшінің әрекетімен сол сұйықты кейінтеккапи бастап оның басылуы құрамында оның келесі толған копилярлар арқылы оларды басумен келесі басулар жүреді.

Сусымалы материалдарды ірі бөлшектерге (формаларға)айналдыру барысындағы байлануы

Жабық формаларда байлау материал бар немес жоқ жағдайда оларды престеу (басу) үрдістерінде жүзеге асырылады. Жеке бөліктердің байлануы олардың бетіндегі молекулалардың бір-біріне жақындауымен және басылынатын бөлшектердің молекулаларының араларында байланыстың пайда болуынан. Осы құбылысқа бір-біріне жақындалынатын бөлшектердің беттерінің қалпы әсер етеді. Олардың беттері негізгі материал бөлшектерінің химиялық құрамымен салыстырғанда ластанатын пленкалармен жабылып тұруы мүмкін немесе құрамында пленкасы жоқ олардың беткі жағы таза болуы мүмкін. Беттік пленкалар бөлшектердің байланысына кедергі келтіруіне немесе керісінше кедергі келтірмеуіне әсер тигізеді. Соңғы жағдайдағы құбылысты байлайтын, ал олардан құрылған материалдарды байлайтын материал деп атайды. Бөліктерді байлауға кедергі келтіретін негізгі материал бөлігінен кішірейген химиялық құрамымен ерекшелінетін оксидті пленкалар және кірленетін материалдар.

Байланатын материалдарды үлкен екі топқа бөледі - жабысатын және байланатын бөліктердің беткі қасиетін өзгертпейтінге. Жабысатын материалдардың бөліктермен байлануы жоғарғы адгезиямен иеленеді. Агрегатталынатын бөлшектердің беткі қасиеттерінің байлауын жақсарту бағытында арттыру мүмкін, мысалы, тағамдық немесе азықтық ұсақталған материалға су қосып. Бұл жағдайда бөлшектердің беттері ылғалданады (сумен қанығады) және осы себептен оларда полимерлер қасиеті пайда болады. Бұндай материалдар жеңіл басумен агрегатталынады. Агрегатталынғаннан соң су байлау материалы функциясын атқарып материалдың көлеміне диффузияланып орналасады. Диффузияланып орналасқан суды жою үшін агрегатталынған материалды кептіру қажет.

Тәжірибеде байланатын материалдың концентрациясын оптимизациялау қажет. Байланыс материалдың құрамының тым көптігі немесе тым аздығы бөлшектердің беткі қабатының жоғары сұйықталуына әкеледі немесе керісінше қабаттардың полимерге айналуына мүмкіндік бермейді. Осы екі жағдайда бөлшектердің агрегатталынуы қиынға соғады.

Сусымалды материалдардың ірі агрегаттарға байлануы брикеттеу, түйіршіктеу, дәрілену (таблетирование), жұмырлату (окатывание), дрожирлеу процестерімен іске асады. Осы үрдістердің атауларына сәйкес процестердің соңғы өнімдері болып брикеттер, түйіршіктер, таблеткалар, жұмырлар (окатыш) және дрожелар болып табылады. Тәжірибеде бұл өнімдер бір – біріне жиі ұқсас болып келеді, тек бір-бірінен ғана өлшемдерімен ерекшелінеді. Брикеттер (тым үлкендеу агрегаттар болғандықтан) 100...200 мм өлшемдерін түзеді; жұмырлар -20...40 мм;түйіршіктер және дрожелар -1...20 мм; таблеткалар -12...50 мм.Ертінділерден жасалынған сусымалды тағамдық және азықтық өнімдерінің жұмырлату, дрожерлеу және түйіршіктеу үрдістері адгезиялық байлану (жабысу) үрдісімен жүзеге асырылады. Осыған қоса адгезия күшінен бөліктердің агрегаттауына басқа да күштер әсер етеді: капиллярлы, адсорбционды, молекулярлы және басқалар. Олардың бірлескен нәтижесі бөлшектердің алдын ала дайындалуына немесе олардың механикалық құрылуына (өңдеуіне) байланысты болады. Нақты агрегаттау бөлшектердің араласу үрдісі кезінде ғана болады. Жұмырландыру (окатывание) – жалпы араласу әдістерінің бір түрі.

Дражирлеу – қатты материялдың жұмырлау түйіршіктеудің адгезиясының дербес түрі. Дражирлеу үрдісі кезінде материал - дән, бидай, жаңғақ, миіз, цукаттар немесе басқа болашақ драженің ядролары адгезионды барабанда айналып кейін олардың жұмыр беттеріне какао, қант пудрасы және басқа ұнтақтарды жабыстырады (қабаттайды). Агрономияда егіс материалдарын дражирлеу кезінде тұқымның үстіне қабатпен пестицид пен улағышты қабаттайды. Ерітіндіні, суспензияны және пульпты сұйықтардан материалдарды гранулирлаған кезінде әдетте зат газтәріздес кептіру агентніі екіфазалы ағымында жүзеге асырады. Бұл үрдіс жалғансұйықтату (псевдосжиженный) қабатында немесе қарама-қарсы айналмалы ағымдарда жүзеге асырады. Екі жағдайда да кептірілетін суспензиялардың немесе пульпалардың бөлшектері қажетті ылғалдылыққа жеткенде бір-біріне жабысады және олар газдың ағынында еркін ұшу қалпында бөлек, ұсақ түрінде қозғалады. Бөлшектердің қажетті өлшемге келгенде бөліктер (гранулалар) массасының көбеюіне байланысты өлшемде тұнбаға кейіннен түседі. Түскен бөліктер дайын өнім ретінде алынады.

Түйіршіктеу (брикетирлеу) және таблеткалау гранулирлеу сияқты жағдайларда жүзеге асырылады - шығатын ұнтақ материалына біріктіргіш ретінде су немесе басқа сұйықтықты қосады кейін алынған массаны пуансонмен тұйық матрицаға басылады немесе матрица ролін атқаратын сыңаулардан өткізіледі. Алынған өнімдер кейін керек емес судан жоюы үшін кептіріледі. Брикет пен таблеткаларды штамптау ұсақдисперсті ылғал материалынан да және алдын ала өңделген ұсақ гранулалардан да жасау мүмкін.

Пішінберу (форматүзілу). Бұл әрекет материалдарға ойдағыдай форманы беруге арналған үрдіс болып табылады - штамптау, басу, прокаттау, дөңгелету (жұмырлату), жабу (закатывание) және т.б. операциялар арқылы іске асырылады. Пішінберуді материалдарға қалайтын тұйық пішінберуші көлемнің толтыру жолы арқылы да, сонымен қатар бөлек материалдардың беттеріне циклдік әсер күштері арқылы ұрып (соғып) жүзеге асырады. Пішінберу үшін қолданылатын тұйық көлем мен форманы әдетте алынбалы (ауыстырмалы) етіп жасайды, ал олардың осы бөліктерін матрица және пуансон деп атайды. Пуансонның көмегімен матрицаға материалды басқаннан кейін формаланған материал одан итеріліп шығарылады. Бұндай үрдісті штамповка деп атайды. Егер де материал үзіліссіз жгут түрінде форманың фигурлы тесіктері арқылы итеріліп жасалынса, онда бұндай үрдісті айдау немесе сығу деп атайды. Сығу әдісімен дайындайды, мысалы: макарон өнімдерін, кәмпит жгуттарын, және т.с.с.; штамптау әдісімен – печенье, вафли, кәмпит және қамыр дайындауында шар тәрізді домалатуы немесе ұзынша келген цилиндрлі пішінде начинканың домалатуы, табалы жапырақты дайындықтар және т.б. өнім бөліктерінің бетінде ену жолымен пайда болуы қамыр жапырағын домалату кезінде пайда болады.

Тағамдық материалдардың үзіліссіз жгут тәрізді (макаронды өнімдер, кәнпитті масса, ірімшік массалар және т.б) түрінде басылса ( нагнетания) (матрица арқылы басу) материал қабатының деформациясымен бірге қозғалатын сыртқы қысымның әсерінен оның ұзын полимерлі молекулалары бір-біріне жақындап спецификалық ерекшелікті туғызады. Нәтижесінде көлденең байланыстардың көлемі олардың арасында ұлғаяды және материал жоғарғы беріктік алады. Осындай әдіспен алынған макарон өнімдері езілмейді (пісіп кетпейді). Осы эффектті ұлғайту үшін тағамдық өнеркәсібінде арнайы конструктивті және технологиялық әдістерді қолданады. Осылардың эффекттік негізі:

- матрицаға кірер кездегі қысымның жоғарлауы 35 МПа –ға дейін және одан да көп;

- қамырдан ауаны жою және молекулалардың тығыз жақындату мақсатында матрицаны вакуумдау;

- материал қабаттарының салыстырмалы араласуының жоғарлату мақсатында матрицаның кіріс бөлігін арнайы профилирлеу;

- ұзын полимерлі молекуланың көлемін ұлғайту мақсатында макаронды қамырда клейковина құрамын арттыру;

- макаронды қамырында крупчатка - ұнын қолдану - олардың ішкі бөлігі илеу үрдісі кезінде аз ылғалды қабылдау себебінен және ұндағы артық ылғалдың алынуына әсер етуінен (макаронды қамырдың ылғалдығының кемуінің аналогті технологті қабылдануына әсері);

- қамырға арнайы қосындыларды (присадка) қосу және т.б. Бұл әрекеттер бірігіп макаронды өнімдердің сыртқы бетін жалтырлатады және үзіліссіз пісіру кезіндегі оның сақталуы және оның суға көшуі әлсірейді.

Прокаттау (қысу) – параллельді орналасқан біліктердің арасынан өткізіп материалдың деформирлеу үрдісі. Прокаттау нәтижесінде бетті (листовой) немесе жгут тәрізді берілген профильді материал алады. Аналогия бойынша жазық беттерді алу үрдісімен пластмас қалыптастыруы кезінде қамырдың беттік дайындығының прокаттау (қысу) үрдісі басқаша коландирлеу деп аталуы мүмкін. Қамырлы өнімдерді дайындағанда прокаттау және жұмырлату үрдістері оған деген бет жағына әсер ету күшін біраз уақытқа созады. Күш әсерінің ұзақтығы дайындық бетінде аз болатындықтан, осымен прокаттау үрдісі ковка үрдісінен ерекшелінеді. Прокаттау, жұмырлау және жабу кезіндегі материалдардың деформирлеу нәтижесі үрдісті көп қайталауды талап етеді (повторение). Сонымен, тағамдық материалдың пішіндік қалыптасуы релаксации кернеуінің уақыт кезінде жүктеу қалпында ұстап тұруымен негізделеді.