створити математичну модель процесів тепло- і масообміну в блочних виморожувачах з горизонтальним пластинчастим кристалізатором та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною;

дослідити зміну густини екстрактів шипшини, мускатного горіха, гвоздики в залежності від масової частки розчинних речовин і температури екстракту, а також дослідити умови фазової рівноваги екстрактів при виморожуванні з них води;

вивчити кінетику процесів блочного виморожування води із екстрактів на нижній поверхні горизонтальних кристалізаторів в умовах природної конвекції в розчині та при перемішуванні розчину за допомогою вібруючої перфорованої пластини;

дослідити процес гравітаційного сепарування блоку льоду, отриманого в установках вказаних вище конструкцій;

оптимізувати режимні та конструктивні параметри виморожуючої установки;

розробити конструктивну схему багатомодульного блочного виморожувача;

виконати економічне обґрунтування щодо застосування блочних виморожувачів нової конструкції;

провести апробацію кріоекстрактів та пілотного зразку виморожуючої установки.

Об'єкт дослідження: процеси тепло- і масообміну в блочних виморожувачах з горизонтальним пластинчастим кристалізатором та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною.

Предмет дослідження: густина та умови рівноваги між твердою і рідкою фазами при кристалізації води в екстрактах, математична модель процесів тепло- та масообміну, кінетика процесів блочного виморожування води із екстрактів та гравітаційного сепарування блоку льоду, конструктивні схеми, методики розрахунку, режимні та конструктивні параметри установок, а також техніко-економічні характеристики виморожуючих установок.

Методи досліджень: методи теплофізичного моделювання; теорія подібності, метод аналізу розмірностей, експериментальні методи з використанням контрольно-вимірювальних приладів та аналітичні дослідження з використанням ПЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів. В результаті аналітичних та експериментальних досліджень вперше доведені наукові положення:

1. Формування блоку льоду з меншим вмістом розчинних речовин можливе при однаковій спрямованості градієнтів концентрацій і температур та напрямку дії гравітаційної сили.

2. Експлуатація виморожуючої установки при визначених в результаті оптимізації режимних та конструктивних параметрах дозволить підвищити ефективність процесу низькотемпературного концентрування екстрактів.

Також вперше:

– створена математична модель процесів тепло- і масообміну при блочному виморожуванні води із розчинів на нижній поверхні горизонтального кристалізатора та в умовах вібруючої в розчині перфорованої пластини;

– отримані кріоскопічні криві водних екстрактів шипшини, кориці, мускатного горіха, гвоздики та рівняння для розрахунку зниження температури замерзання цих розчинів в залежності від масової частки розчинних в них речовин;

– встановлені залежності густини водних екстрактів шипшини, гвоздики та мускатного горіха від масової частки розчинних в них речовин та їх температури;

- встановлені кінетичні закономірності процесів низькотемпературного концентрування екстрактів при виморожуванні з них води на нижній поверхні горизонтального пластинчастого кристалізатора, та при застосуванні вібруючої перфорованої пластини;

- отримані критеріальні рівняння для розрахунку коефіцієнтів масовіддачі від розчину до фронту кристалізації при зазначених вище умовах;

- розроблено методику розрахунку процесів тепло- і масообміну в блочних виморожувачах з горизонтальним кристалізатором та з вібруючою у розчині пластиною;

- розроблена нова конструктивна схема багатомодульної виморожуючої установки.

Практичне значення отриманих результатів. З використанням розробленої методики проведена оптимізація режимних та конструктивних параметрів виморожуючої установки з горизонтальним пластинчастим кристалізатором та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною і сформовані рекомендації щодо раціональних режимів їх експлуатації при концентруванні екстрактів. Розроблена методика також використана для розрахунку техніко-економічних показників чотирьохмодульної виморожуючої установки з продуктивністю 200 кг / цикл по вихідному екстракту при умовах її роботи на різних температурних режимах.

Зразки кріоекстрактів і пілотна установка апробовані на підприємствах ПП ФІРМА «ГАРМАШ» та ТОВ «Ланжерон и К». Для умов зазначених виробництв розраховані показники економічної ефективності.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі літературних джерел за темою досліджень, проведенні експериментальних досліджень, обробці та аналізі отриманих результатів, формуванні висновків та пропозицій, підготовці матеріалів досліджень до опублікування, виступах з доповідями на конференціях та участі у впровадженні результатів роботи.

Структура та об'єм роботи. Робота складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел, що включає 178 найменувань вітчизняних та зарубіжних авторів на 21 сторінках та 6 додатків на 30 сторінках. Робота викладена на 148 сторінках основного тексту, містить 65 рисунків на 34 сторінках та 19 таблиць на 9 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладено загальну характеристику роботи - актуальність теми, зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету і задачі досліджень, наукові положення, практичне значення отриманих результатів та особистий внесок здобувача, представлена апробація дисертаційної роботи та її структура, подана кількість публікацій.

В першому розділі «Теорія, техніка і перспективи використання виморожуючих установок для концентрування екстрактів рослинної сировини» показано, що для підвищення біологічної та харчової цінності продуктів харчування, а також для створення продуктів з лікувально-профілактичним призначенням доцільно використовувати екстракти рослинної сировини. Наведена порівняльна характеристика різних способів концентрування екстрактів та показані переваги використання виморожуючих установок для підвищення масової частки розчинних речовин в екстрактах. Представлені фізичні основи процесу виморожування води із розчинів, наведена класифікація та характеристика обладнання для кристалізації води із розчину та сепарування твердої фази. Наведена схема та принцип роботи блочного виморожувача, вказані його переваги серед іншого обладнання та можливі напрямки застосування.

Представлений аналіз наукових досліджень по процесам блочного виморожування води із розчинів. Показано, що у зв'язку з ростом інтересу до технологій концентрування харчових розчинів виникає необхідність в удосконаленні конструкції виморожуючих установок, а також в інтенсифікації процесів з метою збільшення продуктивності установок, зниження питомого енергоспоживання в процесі виморожування, а також отримання водного льоду з мінімальним вмістом розчинних речовин.

Одними з таких способів інтенсифікації є організація процесу виморожування на нижній поверхні горизонтального кристалізатора та виморожування на горизонтальному кристалізаторі із вібруючою у розчині перфорованою пластиною. Але для промислової реалізації таких способів, а також для виробництва промислових зразків обладнання необхідно провести комплекс аналітичних та експериментальних досліджень, розробити методику розрахунку виморожуючих установок та визначити режими їх експлуатації. В результаті виконаного літературного аналізу сформульовані мета та завдання досліджень.

У другому розділі «Методологічні основи аналітичних та експериментальних досліджень» наведено основні напрямки дослідної роботи та послідовність їх вирішення. Наведені характеристики методів математичного моделювання процесів тепло- і масообміну у виморожуючій установці, експериментальні методики визначення кінетичних закономірностей процесів при блочному виморожуванні води із екстрактів, умов рівноваги між твердою і рідкою фазами при кристалізації води в екстрактах та досліджень густини екстрактів. Представлені характеристики експериментальних стендів. Також наведені методики узагальнення експериментальних досліджень, оптимізації та оцінки похибок досліджень.

У третьому розділі «Моделювання процесів переносу тепла та маси у виморожуючих установках з горизонтальним кристалізатором та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною» представлені фізичні моделі виморожуючих установок вказаних конструкцій та наведені балансові моделі для матеріальних та теплових потоків в таких установках.

Загальна кількість теплоти, яка відводиться холодоносієм в процесі низькотемпературного концентрування екстрактів у виморожуючій установці з горизонтальним кристалізатором, складається з кількості теплоти, яка витрачається на охолодження розчину до кріоскопічної температури, на кристалізацію води із розчину, на охолодження блоку льоду до кінцевої температури, яка нижче кріоскопічної, на охолодження стінок кристалізатора, ємності для розчину та ізоляції та на компенсацію втрат теплоти в навколишнє середовище.

Особливістю балансової моделі для теплових потоків в установці з вібруючою пластиною є врахування кількості теплоти, яка відводиться від поверхні пластини в процесі її охолодження, а також врахування величини дисипації механічної енергії.

Масообмін в виморожуючій установці відображається рівнянням масовіддачі від розчину до фронту кристалізації.

Аналіз рівнянь, що описують тепло- і масообмін у виморожуючих установках показав, що для їх практичного застосування необхідним є отримання залежностей для розрахунку середніх коефіцієнтів масовіддачі від розчину до фронту кристалізації (, м/с) як для умов виморожування води на нижній поверхні горизонтального кристалізатора, так і при виморожуванні в умовах вібруючої у розчині перфорованої пластини. Необхідними також є відомості про умови рівноваги між фазами при кристалізації води в екстрактах (t_кр, °С) та теплофізичні властивості екстрактів.

Для умов виморожування на нижній поверхні горизонтального кристалізатора, а також для умов виморожування на горизонтальному кристалізаторі із вібруючою у розчині перфорованою пластиною вид рівняння для розрахунку процесу масовіддачі було отримано з використанням принципів теорії подібності і методу аналізу розмірностей.

Було прийнято, що коефіцієнт масовіддачі при блочному виморожуванні води на поверхні горизонтального кристалізатору залежить від: товщини зазору між фронтом кристалізації і паралельної йому внутрішньої поверхні ємності (д_р, м); коефіцієнту дифузії переважаючого компоненту у розчині (D, м²/с); густини розчину (с_р, кг/м³); динамічного коефіцієнту в'язкості (м_р, кг/(м·с)); різниці між концентраціями розчинних речовин біля фронту кристалізації та в ядрі розчину (C, кг/м³); прискорення вільного падіння (g, м/с²); конструктивних параметрів кристалізатору - довжини (l_к, м) та ширини (b_к, м).

Після розв'язання системи рівнянь, складеної для основних одиниць розмірності вказаних параметрів, і пошуку комбінацій безрозмірних комплексів одержано структуру рівняння в узагальнених змінних:

,(1)

де Sh, Sc, Gr - числа подібності Шервуда, Шмідта, Грасгофа дифузійного відповідно; К₁ та К₂ - безрозмірні параметри, які враховують конструктивні особливості установки та розраховуються так: К₁=l_к / _р та К₂=b_к / _р; С, e, k, g, h - константа та показники ступеню, які визначаються в результаті математичної обробки комплексу експериментальних даних.

При формуванні структури рівняння для розрахунку процесу масовіддачі в розчині при виморожуванні води на горизонтальному кристалізаторі із вібруючою у розчині перфорованою пластиною в якості незалежних параметрів були прийняті наступні: д_р, с_р, м_р, D, l_к, b_к, швидкість потоку розчину, проникаючого крізь пори перфорованої пластини (_р, м/с); амплітуда (А, м) і частота коливань вібруючої пластини (f, с^-1); площа поверхні перфорованої пластини (F_пл, м²); площа поверхні отворів у пластині (F_отв, м²); еквівалентний діаметр перерізу каналу для потоку рідини (d_ек, м). Швидкість руху розчину, проникаючого крізь пори поверхні розраховували як _р=fА(F_отв/F).

Аналогічним чином, як і у випадку з моделюванням процесу масовіддачі в розчині в умовах виморожування води на нижній поверхні горизонтального кристалізатора, було одержано структуру рівняння в узагальнених змінних для умов виморожування води на нижній поверхні горизонтального кристалізатора та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною:

(2)

де N, a, b, c, d - константа та показники ступеню, які визначаються в результаті математичної обробки комплексу експериментальних даних; Re_еф - ефективне число Рейнольдса.

Використання Re_еф обумовлено необхідністю врахування енергії, що передається розчину від пластини, яка рухається та енергії, що передається частинкам розчину внаслідок дії сил гравітації.

В якості визначаючих параметрів для розрахунку чисел подібності (рівняння 1 та 2) прийняті середня температура розчину та середня масова частка розчинних речовин у розчині.

У четвертому розділі «Експериментальні дослідження процесів у виморожуючій установці» представлені результати експериментальних досліджень умов рівноваги між твердою і рідкою фазами при кристалізації води в екстрактах, густини екстрактів, а також кінетики процесів виморожування та сепарування. В розділі також наведені результати математичної обробки та узагальнення експериментальних досліджень.

Експериментальні дослідження умов рівноваги між рідкою і твердою фазою при кристалізації води проводились для екстрактів шипшини, кориці, мускатного горіха, гвоздики. Результати цих досліджень представлені у вигляді кривих охолодження екстрактів та кривих, що відображають зниження температури замерзання розчину (t_кр, єС) в залежності від масової частки розчинних речовин.

Математична обробка експериментальних даних виконана з використанням прикладного математичного пакету «Exсel». Результати такої обробки представлені у вигляді регресійних рівнянь для визначення t_кр. При експериментальних дослідженнях густини екстрактів вивчався характер її зміни (с_р, кг/м³) в залежності від температури розчину t_р та масової частки розчинних в ньому речовин щ_р.

Математична обробка експериментальних даних здійснювалась за допомогою пакету «Statistica». Результати досліджень представлені у вигляді графічних залежностей та регресійних рівнянь для визначення с_р.

Для дослідження кінетики процесів блочного виморожування використовувались екстракти шипшини, кориці і гвоздики, дистильована вода та водні розчині сахарози. В ході кінетичних експериментальних досліджень процесів тепло- і масообміну у виморожуючій установці з горизонтальним пластинчастим кристалізатором вивчався вплив температурного режиму роботи установки (, єС), початкової масової частки розчинних у розчині речовин (, %), початкової температури розчину (,°С) на зміну в процесі виморожування середньої масової частки розчинних у розчині речовин (, %); середньої температури розчину (,°С); поточного об'єму розчину (V_р, м³) і середньої товщини блоку льоду (, м). Виморожування здійснювалось на нижній поверхні горизонтального пластинчастого кристалізатора із нержавіючої сталі довжиною l_к=0,285 м, шириною b_к=0,15 м та товщиною _к=0,002 м.

На основі отриманих даних розраховувалися ступінь концентрування розчину (), масова частка розчинних речовин у розплаві блоку льоду (_бл, %), об'єм (V_бл, м³) та маса блоку льоду (m_бл, кг).

Режимні умови, при яких проводилися зазначені вище кінетичні експериментальні дослідження, змінювалися в таких діапазонах: - від 5 до 40 %; - від 0,0030 до 0,0047 м³; - від 4,5 до 23 °С; - від мінус 6 ° до мінус 20 °С; - від 15 до 20 °С. Деякі результати експериментальних досліджень кінетики виморожування води із водного розчину сахарози та екстрактів на нижній поверхні горизонтального кристалізатора представлені у вигляді графічних залежностей.

Залежності відображають зміну кінетичних параметрів розчину і вимороженої фази протягом процесу виморожування. Умовні позначення представлені в табл. 1.

Таблиця1

Аналізуючи результати кінетичних досліджень процесу блочного виморожування води із розчинів на нижній поверхні горизонтального кристалізатора, можна відмітити наступне:

- із збільшенням для умов , , , = const значення показників / та зменшується, а значення збільшується. Наприклад, при збільшенні в два рази через =10800 с значення / зменшується в 1,14 рази, значення параметру зменшується в 1,18 рази, а значення збільшується в 1,7 рази;

- із збільшенням для умов , , , = const значення показників /, зменутья, оказника - збільшується. Наприклад, при виморожуванні води із екстракту гвоздики з =5 %, =0,0041 м³ при =-10 °С та протягом 10800 с збільшення з 4 до 23 °С призводить до зменшення в 1,17 рази показнику /, та до зниження значення параметру в 1,62 рази (криві 9 та 8, рис 3в);

– із зниженням для умов , , , = const значення показника / зменшується, а показників , - збільшується. Також із зниженням інтенсифікується процес теплообміну в розчині. Наприклад, при виморожуванні води із екстракту шипшини з =5 %, =0,0030 м³, =7 °С та протягом =10800 с значення показнику / при =- 9 єС складає 1,85, при =- 13 єС - 1,77, а при =- 17 єС - 1,72 . При аналогічних умовах значення збільшується з 0,48 до 1,51 %.

Таблица 2

Процес сепарування рекомендується проводити наступним чином: протягом перших 60 - 70 хв. збираються стоки, які далі змішуються з концентрованим розчином і сприяють підвищенню виходу кінцевого продукту на 5 - 15 %. А протягом наступних 60 - 180 хв. збираються стоки, які повертаються на концентрування з початковим екстрактом, що в свою чергу зменшує втрати розчинних речовин з вимороженим блоком льоду в 2 - 3 рази. Для визначення доцільного частотного режиму вібруючої пластини, а також доцільного значення поверхневої пористості пластини проведена оптимізація, результати якої наведені в наступному розділі.

У п'ятому розділі «Інженерні методи розрахунку блочних виморожувачів з горизонтальним кристалізатором та з інтенсифікатором» наведена інженерна методика розрахунку апаратів запропонованої конструкції, яка включає наступні етапи: визначення теплофізичних властивостей екстрактів та зниження температури їх замерзання; розрахунок процесів тепло- і масообміну в апараті; розрахунок конструктивних та техніко-економічних параметрів виморожуючих установок. Методики базуються на результатах аналітичних та експериментальних досліджень, представлених в розділах 3 і 4.

За допомогою отриманої методики та з використанням сучасного прикладного пакету системи Matlab «Optimization Toolbox» проведена багатопараметрична оптимізація режимного параметру процесу виморожування та конструктивного параметру установки.

При оптимізації вирішувалася задача, яка передбачала визначення доцільного режиму вібрації пластини (f_пл) та її поверхневої пористості (П_пл) при фіксованому температурному режимі роботи установки з горизонтальним кристалізатором та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною. В якості критерію оптимізації використовувався показник (С, грн/кг), який характеризує вартість загальних витрат на процес отримання шляхом виморожування 1 кг концентрованого розчину.

При цьому маса розчину перераховувалася на одиницю маси абсолютно сухої речовини. В ході вирішення поставленої задачі оптимізація параметрів здійснювалася шляхом мінімізації функції С=f (f_пл, П_пл, )>min. В процесі оптимізації незалежні параметри змінювалися в наступних діапазонах від 5 до 40 %; f_пл - від 0,33·10^-2 до 11,67 10^-2 Гц та П_пл - від 21 до 60 %.

Номограма відображає зміну оптимальних (за показником С) значень параметрів f_пл та П_пл в залежності від початкової масової частки розчинних речовин в розчині та дозволяє визначати режими експлуатації установки. Оскільки значення оптимальних параметрів f_пл та П_пл для екстрактів з від 5 до 40 % незначно змінюються (так f_пл від 0,083 до 0,096 Гц, а П_пл від 43 до 43,8 %), то в якості доцільних з практичної точки зору (виготовлення пластини та регулювання режиму її вібрації) рекомендовано наступні їх значення: f_пл - 0,089 Гц, а П_пл - 43,5 %.

З врахуванням отриманих в дисертаційній роботі результатів розроблена конструктивна схема чотирьохмодульного блочного виморожувача з горизонтальним пластинчастим кристалізатором та з продуктивністю по вихідному екстракту 200 кг/год.

Зразки кріоекстрактів мускатного горіха та кориці апробовані в умовах підприємств ПП ФІРМА «ГАРМАШ» при виробництві варених ковбас «Докторська», «Останкінська», «Теляча із вершками», а випробування пілотної установки проводились разом з представниками фірми ТОВ «Ланжерон и К» на кафедрі процесів та апаратів ОНАХТ. З використанням існуючих методик, економічно обґрунтована доцільність використання виморожуючих установок із запропонованою конструкцією в умовах вище названих підприємств.

Орієнтовна вартість виморожуючих установок із зазначеною продуктивністю складатиме від 80795 до 98950 грн, а вартість концентрованих екстрактів, наприклад шипшини з щ_р=30%, складатиме 35 грн/кг продукції. Термін окупності капіталовкладень при проектуванні блочного виморожувача з горизонтальним кристалізатором становитиме 1,97 роки, а при проектуванні блочного виморожувача з інтенсифікатором - 2,1 роки.

ВИСНОВКИ

1. На підставі виконаних аналітичних та експериментальних досліджень, розроблена методика розрахунку блочних виморожувачів з горизонтальним кристалізатором та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною для низькотемпературного концентрування екстрактів рослинної сировини. З використанням розробленої методики проведена оптимізація режимних та конструктивних параметрів виморожуючих установок та визначені доцільні режими їх експлуатації.

2. Розроблена математична модель процесів блочного виморожування, що складається з балансових та кінетичних рівнянь, які описують тепло- та масообмін у виморожуючих установках вказаних конструкцій.

3. Отримані графічні залежності та рівняння для розрахунку густини екстрактів шипшини з масовою часткою розчинних речовин в діапазоні від 5 до 30 %, а також екстрактів мускатного горіха та гвоздики з масовою часткою розчинних речовин в діапазоні від 2 до 10 % в залежності від їх температури. Також визначені криві охолодження і кріоскопічні криві екстрактів та отриманні рівняння для розрахунку зниження температури їх замерзання.

4. Встановлені закономірності, які відображають вплив температурного режиму роботи установки, початкових параметрів розчину, частоти коливань та перфорації пластини на поточні параметри рідкої та твердої фази, які утворюються в процесі виморожування. Також визначені залежності зміни параметрів стоків, які утворюються в процесі гравітаційного сепарування блоків льоду, отриманих в установках з горизонтальним кристалізатором та з вібруючою у розчині пластиною.

5. Отримані критеріальні рівняння для розрахунку процесу масовіддачі в блочних виморожувачах: Sh=810¹⁴(GrSc)^-0,80K^0,52 - виморожування на нижній поверхні горизонтального кристалізатора; Sh=310⁴Re^0,32Sc^0,47K^-2,19- виморожування на нижній поверхні горизонтального кристалізатора та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною.

6. Створена номограма, яка відображає оптимальні за показником С (грн/кг) параметри виморожуючої установки - частоту вібрації перфорованої пластини (f_пл) та поверхневу пористість пластини (П_пл).

7. Визначені доцільні режими процесу низькотемпературного концентрування екстрактів у виморожуючих установках з горизонтальним кристалізатором і з вібруючою у розчині пластиною: для екстрактів з _р в діапазоні від 5 до 15 % процес доцільно здійснювати при =-6…-9 єС, в діапазоні від 15 до 25 % - при =-10..-15 єС, в діапазоні від 25 до 40 % - при =-17…-20 єС. А при застосуванні виморожуючої установки з вібруючою пластиною в якості доцільного рекомендовано наступний режим: f_пл=0,089 Гц, П_пл =43,5 %. Процес сепарування необхідно розділити на два за тривалістю етапи з метою збору стоків з різною концентрацією розчинних речовин і їх різним подальшим призначенням. Тривалість першого етапу - 60 - 70 хвилин, а призначення отриманих стоків - підвищення виходу концентрованого продукту. Тривалість другого етапу від 60 до 180 хвилин, призначення стоків - зменшення втрат розчинних речовин з вимороженим блоком льоду.

8. Розроблена конструктивна схема багатомодульного блочного виморожувача та розраховані техніко-економічні характеристики установки із запропонованою конструкцією та з продуктивністю по вихідному екстракту - 200 кг за цикл.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ

1. Коваленко Е.А. Математическое моделирование процессов массопереноса в вымораживающей установке / Е.А. Коваленко, Л.П. Реминная // Темат. зб. наук. пр. «Обладнання та технології харчових виробництв». - Донецьк: ДонНУЕТ, 2008. - Вип.19. - С. 271 - 277.

2. Коваленко Е.А. Обобщение результатов экспериментальных исследований по процессам низкотемпературного концентрирования экстрактов / Е.А. Коваленко, Л.П. Реминная // Зб. наук. праць ОНАХТ. - Одеса: 2008. - Вип. 32. - С. 159 - 163.

3. Реминная Л.П. Исследование кинетики блочного вымораживания воды из экстрактов на горизонтальном кристаллизаторе / Л.П. Реминная, О.Г. Бурдо, Е.А. Коваленко // Зб. наук. пр. ОНАХТ. - Одесса, 2007. - Вип. 30. - Т. 1. - С. 164 - 169.

4. Реминная Л.П. Влияние исходных параметров раствора на кинетику процессов вымораживания // Зб. наук. пр. ОНАХТ. - Одесса, 2007. - Вип. 30. - Т. 2. - С. 320 - 324.

5. Криоконцентрирование соков и экстрактов / Е.А. Коваленко, О.Б. Васылив, Л.Н. Токарева, Л.П. Реминная // Зб. наук. пр. ОНАХТ. - Одесса, 2006. - Вип. 28. - Т. 2. - С. 130 - 135.

6. Коваленко О.О. Технології виморожування води із розчинів та їх роль у вирішені актуальних проблем харчових виробництв / О.О. Коваленко, О.О. Євдокимова, Л.П. Ремінна // Аграрний вісник Причорномор'я. - Вип. 37. - Одеса: Імідж - Прес, 2007. - С. 134 - 137.

7. Коваленко Е.А. Теплофизические свойства экстрактов на основе растительного сырья / Е.А. Коваленко, О.Б. Васылив, Л.П. Реминная // Вісн. Харк. нац. техн. унів-ту сільс. госп-ва ім. Петра Василенка: наук. вид. / Харків: ХНТУСГ ім. Петра Василенка, 2006. - Вип. 45. - С. 86 - 91.

8. Коваленко О.О. Кріотехнології. Можливості їх застосування у харчовій промисловості / О.О. Коваленко, О.О. Євдокимова, Л.П. Ремінна // Харч. і перер. пром-ть. - 2007. - № 8 - 9. - С. 27 - 29.

9. Коваленко О.О. Дослідження впливу конструкції кристалізатора при блочному виморожуванні води із харчових розчинів / О.О.Коваленко, Л.П. Ремінна // Зб. наук. пр. ХДУХТ «Прогресивні техніка та технології харчових виробництв, ресторанного господарства і торгівлі». - Харків, 2007. - Вип.1 (5). - С. 368 - 375.

10. Деклараційний патент України на корисну модель № 23132, МПК А 23 L2/08. Спосіб отримання шляхом виморожування концентрованих рідких продуктів / О.Г. Бурдо, О.О. Коваленко, С.І. Мілінчук, Л.П.Ремінна (Україна). - № u 2006 13021; Заявл.11.12.2006; опубл. 10.05.2007, Бюл.№ 6.

11. Деклараційний патент України на корисну модель № 34280, МПК А 23 L 2/08. Спосіб отримання концентрованих рідких продуктів шляхом виморожування / О.Г. Бурдо, О.О. Коваленко, Л.П. Ремінна (Україна). - № u 2008 01496; Заявл.05.02.2008; опубл. 11.08.2008, Бюл.№ 15.

12. Позит. рішення на заявку № u 2008 05661.Установка для низькотемпературного концентрування рідких продуктів / О.Г. Бурдо, О.О. Коваленко, Л.П. Ремінна. Заявл. 30.04.08.

13. Коваленко Е.А. Экспериментальные исследования и обобщение по процессам массопереноса в блочном вымораживателе с горизонтальным кристаллизатором / Е.А. Коваленко, Л.П. Реминная // Мат. межд. науч. конференции XII «Совершенствование процессов и оборудования пищевых и химических производств. - Одесса, 2008. - С. 252 - 256.

14. Реминная Л.П. Применение способа блочного вымораживания для концентрирования экстрактов растительного сырья// Зб. наук. пр. молодих учених, асп. та студ. ОНАХТ. - ОНАХТ: Одеса, 2007.- С.103 - 105.

15. Реминная Л.П. Кинетика процесса концентрирования экстрактов в блочном вымораживателе с горизонтальным кристаллизатором / Л.П. Реминная, О.Г. Бурдо, Е.А. Коваленко // Мат. межд. науч. - практ. конф. «Повышение энергетической эффективности пищевых и химических производств». - Одесса: 2007. - С. 108 - 113.

16. Реминная Л.П. Технические и технологические аспекты технологии концентрирования экстрактов растительного сырья путём вымораживания из них воды / Л.П. Реминная, Е.А. Коваленко // Мат. III міжн. наук.-практ. конференції. - Полтава, 2007. - Т. 6. - С. 91 - 94.

17. Реминная Л.П. Моделирование процессов массоотдачи в растворе при вымораживании его в условиях низкочастотных механических колебаний // Зб. тез студентських наукових праць «Техніка та технологія харчових виробництв». - Донецьк, ДонНУЕТ, 2008. - Вип. 2. - С. 35 - 37.

18. Драгонер И. Кинетика процесса блочного вымораживания воды из экстрактов шиповника / И. Драгонер, Е.А. Коваленко, Л.П. Реминная // Зб. тез студентських наукових праць «Техніка та технологія харчових виробництв». - Донецьк, ДонНУЕТ, 2008. - Вип.2. - С. 33 - 35.

19. Ремінна Л.П. Інтенсифікація процесу блочного виморожування води із розчинів за допомогою механічних коливань / Л.П., Ремінна, О.О. Коваленко // Тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. «Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка» - Донецьк, ДонДУЕТ, 2007. - С. 105.

20. Коваленко Е.А. Концентрирование вымораживанием экстрактов на основе растительного сырья / Е.А. Коваленко, Л.П. Реминная // Тези доп. II міжн. наук. - практ. конф. «Харчові технології - 2006» - Одеса. - 2006. - С. 70.

21. Ремінна Л.П. Вплив виду поверхні кристалізатора на процеси блочного виморожування води із

харчових розчинів/ Л.П. Ремінна, О.О. Коваленко // Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті: Програма і матеріали 73-ї наук. практ. конф. молод. вчених, аспірантів і студентів. - К.:НУХТ, 2007. - Ч. ІІ. - С. 149.

22 Ремінна Л.П. Вплив поверхневої пористості пульсуючої у розчині мембрани на кінетику блочного виморожування води із харчових розчинів / Л.П. Ремінна, О.О. Коваленко // Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті: Програма і матеріали 74-ї наук. практ. конф. молод. вчених, аспірантів і студентів. - К.:НУХТ, 2008. - С. 380.

23 Реминная Л.П. Моделирование процессов в блочном вымораживателе с горизонтальным кристаллизатором // Тр.VI международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств»- Могилёв, Республика Беларусь, 2008. Ч 2. - С.119 - 120.

Особистий внесок здобувача в наукові роботи:

Проаналізовано доцільність використання концентрованих екстрактів у харчовій промисловості, а також здійснено аналіз існуючих технологій концентрування [6, 8, 14, 16, 20], проведено експериментальне дослідження умов рівноваги між твердої та рідкої фазами при кристалізації води в екстрактах та густини екстрактів [5, 7]. Проведено моделювання процесів при блочному виморожуванні води із розчинів у виморожуючій установці з горизонтальним кристалізатором [1, 23] та з вібруючою в об'ємі розчину пластиною [17]. Вивчено кінетику процесів виморожування [3, 4, 15, 18] та вплив конструкції кристалізатора на зміну параметрів розчину та твердої фази [9, 10, 21]. Досліджена кінетика інтенсифікації процесу виморожування за допомогою вібруючої у розчині пластини [11, 19], а також проаналізовано вплив поверхневої пористості пластини на кінетику процесу [22]. Узагальнено результати досліджень та отримано критеріальні рівняння для розрахунку коефіцієнтів масовіддачі [2, 13]. Запропоновано конструктивну схему промислового чотирьохмодульного блочного виморожувача з горизонтальним пластинчастим кристалізатором [12].

АНОТАЦІЯ

Ремінна Л.П. «Низькотемпературне концентрування екстрактів рослинної сировини». - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв, Одеська національна академія харчових технологій Міністерства освіти і науки України, Одеса, 2008.

Дисертаційна робота присвячена розробці методики розрахунку блочних виморожувачів з горизонтальним кристалізатором та з вібруючою перфорованою пластиною для концентрування екстрактів рослинної сировини, а також визначенню доцільних режимів їх експлуатації.

Розроблена математична модель процесів блочного виморожування, яка описує тепло- та масообмін у виморожуючих установках вказаних конструкцій. Представлені експериментальні результати досліджень зниження температури замерзання, а також густини екстрактів в залежності від масової частки розчинних в них речовин.

Представлені критеріальні рівняння для розрахунку коефіцієнтів масовіддачі при блочному виморожуванні води із розчинів при зазначених умовах. Наведені методики розрахунку кінетичних, конструктивних та техніко-економічних параметрів блочного виморожувача вказаної конструкції. Представлена конструктивна схема чотирьохмодульного блочного виморожувача та розрахунок техніко-економічних характеристик установки із запропонованою конструкцією з продуктивністю по вихідному екстракту - 200 кг за цикл.

Ключові слова: екстракти рослинної сировини, концентрування, блочне виморожування, інтенсифікація, вібрація, математичне і експериментальне моделювання, узагальнення, оптимізація.

АННОТАЦИЯ

Реминная Л.П. «Низкотемпературное концентрирование экстрактов растительного сырья». - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и аппараты пищевых, микробиологических и фармацевтических производств, Одесская национальная академия пищевых технологий Министерства образования и науки Украины, Одесса, 2008.

В работе, на основе выполненных аналитических и экспериментальных исследований, разработана методика расчета блочных вымораживателей с горизонтальным кристаллизатором и с вибрирующей в растворе перфорированной пластиной для низкотемпературного концентрирования экстрактов растительного сырья.