Розробка та дослідження процесу ЗТП-сушіння моркви

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ТЕХНОЛОГІЇ

ТА ОРГАНІЗАЦІЇ ХАРЧУВАННЯ

УДК 664.8.035.29: 582.893.6.001.5

РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ЗТП-СУШІННЯ МОРКВИ

Спеціальність 05.18.12 - процеси та апарати

харчових виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

СОМОВ ОЛЕКСАНДР СЕРГІЙОВИЧ

Харків 2000

Дисертацією є рукопис:

Робота виконана в Харківській державній академії технології та організації харчування Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент ПОГОЖИХ Микола Іванович, Харківська державна академія технології та організації харчування, доцент кафедри енергетики та фізики.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор БУРДО Олег Григорович, Одеська державна академія харчових технологій, зав. кафедрою процесів та апаратів;

кандидат технічних наук, доцент АНТРОПОВА Людмила Миколаївна, Донецький державний університет економіки і торгівлі, доцент кафедри обладнання харчових виробництв.

Провідна установа: Одеська державна академія холоду Міністерства освіти і науки України, м. Одеса, кафедра тепломасообміну.

Захист відбудеться 2 листопада 2000 року об 11.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.088.01 Харківської державної академії технології та організації харчування за адресою: вул. Клочківська, 333, 61051, Харків - 51.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківської державної академії технології та організації харчування за адресою: вул. Клочківська, 333, 61051, Харків - 51.

Автореферат розісланий 2 жовтня 2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Михайлов В.М.

Загальна характеристика роботи

морква сушіння функціональний теплообмінний

Актуальність теми. Переробка плодів та овочів у харчові напівфабрикати і готові продукти здійснюється в Україні у великих обсягах і характеризується значними витратами енергії та залученням великої кількості матеріальних ресурсів. Ті технологічні процеси та обладнання для переробки харчової сировини, що існують, далеко не повною мірою відповідають сучасним вимогам до підприємств харчових виробництв. Це стосується і процесу сушіння харчової сировини. Сушарки багатьох типів у цілому характеризуються високими питомими витратами енергії на обробку одиничної кількості сировини і, до того ж, не мають достатньої універсальності відносно до асортименту сировини. Спосіб сушіння змішаним теплопідведенням (ЗТП-сушіння) дозволяє ефективно обробляти різноманітні види плодів і овочів при понижених питомих енерговитратах з отриманням високопористого швидковідновлюваного кінцевого продукту. Для повної реалізації можливостей даного способу необхідна раціоналізація температурного режиму сушіння, швидкості руху сушильного агента та геометрії функціональної місткості (ФМ). Зважаючи на значну економічну ефективність, на яку очікується від запровадження раціональних режимів зазначеного способу сушіння у практику переробної та харчової промисловості України, тема даної дисертаційної роботи є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано відповідно до планів держбюджетних робіт ХДАТОХ на замовлення Міністерства освіти і науки України (тема № 2 - 98 - 01Б Фізико-хімічні та технологічні проблеми стану води в харчових продуктах").

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є теоретичне та експериментальне обґрунтування раціональних параметрів потоку сушильного агента та конструкції ФМ для ЗТП-сушіння овочів, зокрема моркви.

Виходячи з мети дисертаційної роботи, було сформульовано такі задачі досліджень:

визначити гідравлічні характеристики каналу сушильного агента;

експериментально дослідити розподіл статичного тиску на теплообмінній поверхні ФМ при різних значеннях параметрів потоку сушильного агента;

провести аналіз кінетики температури матеріалу;

вивчити вплив на кінетику сушіння і критичні параметри процесу ЗТП-сушіння параметрів потоку сушильного агента - швидкості руху та температури;

вивчити вплив геометричних розмірів ФМ на кінетику ЗТП-сушіння та науково обґрунтувати раціональну конструкцію одноповерхневої ФМ для ЗТП-сушарок;

розробити наукову концепцію будови алгоритму розрахунку ЗТП-сушарок, який враховує параметри потоку сушильного агента, і кількісно апробувати її на прикладі сушарки для моркви;

визначити раціональний режим процесу ЗТП-сушіння, який забезпечує отримання високопористої швидковідновлюваної сушеної моркви;

здійснити заходи з упровадження результатів досліджень у практику підприємств, які розробляють і випускають обладнання для овочесушильного виробництва.

Наукова новизна одержаних результатів.

Встановлено, що температура матеріалу в процесі ЗТП-сушіння більшою мірою залежить від температури сушильного агента і меншою - від швидкості його руху.

Встановлено функціональну залежність розподілу тиску на теплообмінній поверхні ФМ в процесі ЗТП-сушіння від швидкості руху сушильного агента, геометрії та ступеня заповнення ФМ.

Доведено, що величина критичної швидкості руху сушильного агента, яка визначає можливість реалізації процесу ЗТП-сушіння моркви, зумовлена гідродинамікою течії агента сушіння поблизу поверхні теплообміну.

Розроблено наукову концепцію побудови алгоритму розрахунку ЗТП-сушарок з урахуванням зв'язку між параметрами сушильного агента та тривалістю сушіння.

Практичне значення одержаних результатів полягає в:

доведенні ефективності способу ЗТП-сушіння при виробництві високопористої швидковідновлюваної сушеної моркви;

визначенні геометричних параметрів одноповерхневої ФМ, які забезпечують отримання високопористої швидковідновлюваної сушеної моркви;

визначенні раціональних режимних параметрів потоку сушильного агента, які необхідні для отримання сушеної моркви;

розробці конструкції та визначенні геометричних розмірів одноповерхневої ФМ та ЗТП-сушарки для сушіння рослинної сировини, зокрема моркви;

розробці практичних рекомендацій з раціональної експлуатації ЗТП-сушарок;

розробці пакету програм для реалізації запропонованого алгоритму розрахунку ЗТП-сушарок із застосуванням ПЕОМ.

Реалізація результатів роботи. Проведено впровадження результатів дисертаційної роботи у підприємстві Онікс, м. Харків (акт впровадження від 28 травня 2000 р.).

Особистий внесок здобувача в отриманні наукових результатів, які викладено в дисертації, полягає в: організації та проведенні експериментальних робіт, аналізі та обробці одержаних даних, узагальненні одержаних результатів і формулюванні висновків, підготовці результатів досліджень до опублікування, організації та проведенні заходів з практичного впровадження результатів роботи.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи обговорено та схвалено на:

міжнародній науково-технічній конференції - Розвиток масового харчування, готельного господарства і туризму в умовах ринкових відносин (Харків, 1994 р.);

міжнародній науково-практичній конференції - Споживча кооперація в перехідний період: проблеми та перспективи (Полтава, 1995 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 7 наукових праць, у тому числі: статей у наукових фахових виданнях, що затверджені ВАК України - 4; тез доповідей на наукових конференціях - 2.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, що включає 150 найменувань, у тому числі 34 іноземних, і додатків. Роботу викладено на 139 сторінках, вона містить 60 рисунків, 11 таблиць і 6 додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та основні задачі досліджень, подано відомості про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі Сучасний рівень та тенденції розвитку техніки та технології сушіння овочів проаналізовано основні способи сушіння, які дозволяють одержувати високопористу швидковідновлювану сушену моркву, розглянуто сучасні погляди на вплив параметрів потоку сушильного агента, а також процесів тепломасо-обміну в пограничному шарі на кінетику сушіння. Аналіз тенденцій розвитку методів сушіння та їх технічного забезпечення дозволив зробити висновок про перспективність способу ЗТП-сушіння, який забезпечує одержання високоякісного сушеного продукту з меншими енерговитратами порівняно з іншими способами. Відзначено, що технічна реалізація цього способу потребує подальших досліджень у напрямку оптимізації параметрів потоку сушильного агента та геометрії ФМ.

У другому розділі Об'єкти та методи дослідження обґрунтовано вибір процесу ЗТП-сушіння моркви з одноповерхневою ФМ як основного об'єкта досліджень.

Для моделювання впливу на процес ЗТП-сушіння параметрів потоку сушильного агента та геометрії ФМ було розроблено та виготовлено спеціальний експериментальний стенд, схему якого показано на рис. 1. У сушильній камері було розміщено експериментальну ФМ, яку заповнювали попередньо підготовленою морквою або модельним матеріалом (тирсою). Схему експериментальної ФМ наведено на рис. 2. Передбачено встановлення датчиків для вимірювання температури матеріалу, статичного тиску та локальних швидкостей сушильного агента. Зазор між пластинами ФМ, який виконує роль поверхні масообміну, може регулюватися з метою дослідження впливу його розміру на питому продуктивність ФМ. Наведено опис методик проведення експериментів, зокрема вимірювання обємних витрат сушильного агента і статичного тиску на поверхні теплообміну ФМ, локальних швидкостей у каналі руху сушильного агента, температури матеріалу та сушильного агента та змінювання маси матеріалу в процесі сушіння.

Методика досліджень передбачає також визначення показників якості сушеної моркви - відновлюваності, гігроскопічності, мікробіологічних показників і збереження біологічно активних речовин вихідної сировини.

Математична обробка результатів експериментальних досліджень здійснювалася сучасними статистичними методами за допомогою ПЕОМ з використанням пакету програм Маthcad.

У третьому розділі Результати експериментальних досліджень наведено результати дослідження гідравлічних характеристик каналу сушильного агента, розподілу тиску потоку сушильного агента на теплообмінній поверхні ФМ, кінетики ЗТП-сушіння моркви та кінетики нагріву матеріалу під час ЗТП-сушіння. Показано, що на характер змінювання величини втрат повного надмірного тиску по довжині тракту каналу L впливають розриви його геометричної поверхні (зазори між пластинами), а також стан матеріалу, що змінюється під час сушіння (рис. 3). У початковий період сушіння, коли матеріал вологий, зазор є непрозорим для газу. У процесі сушіння, особливо в кінцевий період, зазор стає прозорим, тож сушильний агент надходить з каналу до ФМ (відсос) і виходить з ФМ до каналу (вдув), що зумовлює локальне змінювання повного тиску.

Результати дослідження залежності розподілу статичного тиску потоку сушильного агента по елементу поверхні теплообміну ФМ від його швидкості руху представлено на рис. 4. З рис. 4 видно, що зі зростанням швидкості руху повітря збільшується і максимальний тиск, але вигляд кривої не змінюється. Такий характер кривих свідчить про стійкий вплив геометричної форми елемента ФМ на розподіл статичного тиску, яка більшою мірою визначає профіль тисків на теплообмінній поверхні ФМ порівняно зі швидкістю течії самого потоку. Спостерігається дисипація енергії потоку та деформація кривих змінювання статичного тиску, що визначається наявністю зазорів на поверхнях каналу сушильного агента, через котрі здійснюється вдув або відсосповітря в каналі. Залежність змінювання тиску від температури потоку сушильного агента при постійній швидкості є незначною. Тому температурний фактор не вноситиме похибки в розрахунок елемента каналу, тобто його можна не враховувати.

Деформацію кривої змінювання тиску можна характеризувати швидкостями зростання тиску на ділянці дифузора та зменшення тиску на ділянці конфузора ФМ (рис. 5). Ці швидкості можна визначити як тангенси кутів нахилу гілок, що зростають і що спадають, кривої змінювання тиску в елементі каналу. Значення цих тангенсів практично не змінюється у процесі сушіння, але спостерігається кореляційний зв'язок між цими значеннями і швидкістю потоку сушильного агента (рис. 6).

Виходячи з цього визначено, що поблизу швидкості руху сушильного агента =4 м/с зростання та падіння статичного тиску по тракту каналу припиняється і процес ЗТП-сушіння блокується. Було досліджено вплив швидкості руху сушильного агента (рис. 7) і ступеня затисненості (величини зазору) поверхні масообміну на максимальну швидкість сушіння.

Кореляції між максимальною швидкістю сушіння і величиною зазору, який змінювався у межах 5...30 %, не помічено. Слід відзначити стійкість величини максимальної швидкості сушіння при постійній величині зазору. Залежність тривалості сушіння від швидкості руху сушильного агента показано на рис. 8.

Вона може бути апроксимована рівнянням:

, (1)

де - тривалість сушіння, с;

а₁, а₂, а₃ - коефіцієнти, значення яких наведено в таблиці 1.

Таблиця 1

Значення коефіцієнтів рівняння (1)

Параметр	Коефіцієнт
	а1	а2	а3
Розмірність	м-1	с-1	мс-2
Значення	0,0024	0,004	-0,012
Похибка, %	4,7	6,1	5,3

Найбільш ефективний вплив швидкості руху сушильного агента з точки зору скорочення тривалості сушіння спостерігається в інтервалі =6...12 м/с.

Експериментально визначено питоме завантаження сировини (m) на поверхню теплообміну ФМ: m=7 кг/м².

Проведено аналіз термограм сушіння - залежностей температури матеріалу від тривалості сушіння. Типову термограму процесу ЗТП-сушіння моркви наведено на рис. 9. На ній можна виділити характерні ділянки. На ділянці А - від початку сушіння до першої критичної точки, в якій зростання температури матеріалу припиняється, - спостерігається нагрів ФМ і матеріалу до температури t_КР1.

Ділянка Б розташована між першою і другою критичними точками. На цій ділянці спостерігається зниження температури матеріалу до t_КР2. Це зниження є специфічним для ЗТП-сушіння, а величина зниження температури на цій ділянці визначає інтенсивність процесу ЗТП-сушіння. Ділянка В характеризується безперервним підвищенням температури матеріалу до значення, яке дорівнює температурі сушильного агента. На ділянці В можна виділити зони В1 і В2 - відповідно, постійної та спадної швидкостей зростання температури. Місце розташування першої критичної точки практично не залежить від параметрів сушильного агента, а другої - суттєво залежить від швидкості руху сушильного агента.

У четвертому розділі Раціональні режими виробництва сушеної швидковідновлюваної моркви досліджено вплив режимів ЗТП-сушіння на показники якості кінцевого продукту - сушеної моркви. Встановлено, що за температури сушильного агента, яка не перевищує 80 ⁰С, відновлюваність сушеної моркви є максимальною і становить 98 %, а при температурі, що перевищує 90 ⁰С, зменшується до 80 %. Це зменшення пояснюється впливом реакції меланоідиноутворення. Дослідження гігроскопічних властивостей сушеної моркви показали, що максимальний рівноважний вологовміст становить 45 % при відносній вологості повітря 100 %. Впливу режимів сушіння на ці властивості не помічено. Ці дані вказують на можливість тривалого зберігання сушеної моркви у полімерній упаковці.

Було досліджено біохімічні показники якості сушеної моркви. Втрати основних вітамінів (А, Є, каротиноїдів) при ЗТП-сушінні моркви є мінімальними. Оскільки каротиноїди розпадаються під дією світла, то сушена морква має зберігатися в світлонепроникній упаковці.

Встановлено раціональні режими ЗТП-сушіння моркви, які забезпечують ефективну реалізацію ЗТП-процесу для даної ФМ і необхідну якість сушеного продукту при типовій технологічній схемі підготовки сировини. Температура сушіння, яка забезпечує відновлюваність сушеної моркви і її сприятливі мікробіологічні показники, а також максимальну харчову цінність, становить 80 1 ⁰С. Швидкість руху сушиль-ного агента має критичне значення 4 м/с, нижче за яке ЗТП-сушіння не реалізується. Прямого зв'язку між якістю сушеної моркви і швидкістю руху сушильного агента не помічено. Перепад температури повздовж ФМ має становити 4...6 ⁰С для забезпечення рівномірності сушіння, продуктивність сушарки при цьому зменшується тільки на 10 %. З експлуатаційних і конструктивних міркувань довжина і ширина ФМ не повинні перевищувати 0,5 м; ширина планки поверхні теплообміну і зазору між планками має бути в межах, відповідно, 0,012...0,025 м і 0,0015...0,005 м, товщина ФМ - становити 0,03 м, що забезпечує раціональну кінетику сушіння при сприятливій металомісткості ФМ.

У п'ятому розділі Практична реалізація результатів досліджень наведено наукове обґрунтування концепції побудови алгоритму методики розрахунку ЗТП-сушарки для моркви. Кількість теплоти, що підводиться до матеріалу, визначається значенням коефіцієнта тепловіддачі () від потоку сушильного агента до поверхні теплообміну ФМ. Для обчислення цієї величини було виведено формулу:

. (2)

З використанням (2) було побудовано функцію:

, (3)

де t_ФМ - перепад температури між сушильним агентом і температурою матеріалу, ⁰С;

n - показник ступеня в критеріальному рівнянні тепловіддачі ;

Nu - теплообмінний критерій Нусельта;

Re - гідродинамічний критерій Рейнольдса;

- швидкість потоку сушильного агента, м/с;

- коефіцієнт теплопровідності повітря, Вт/(мК);

d_а - характерний розмір каналу сушильного агента, м;

- відношення висоти ФМ до її довжини;

- кінематична в'язкість повітря, м²/с;

r - питома теплота пароутворення води, Дж/кг;

m - питоме масове навантаження вологого матеріалу на поверхню теплообміну, кг/м²;

w - коефіцієнт, який визначає відносне зменшення вологовмісту матеріалу під час сушіння.

Фізичний зміст цієї функції полягає в тому, що при виконанні нерівності

- (4)

кількість теплоти, що надходить через теплообмінну поверхню, забезпечує процес випаровування вологи матеріалу. При цьому має фізичне рішення система рівнянь теплового та масового балансу:

, (5)

, (6)

де - щільність сушильного агента, кг/м³;

с - питома тепломісткість сушильного агента, Дж/(кгК);

t_L - перепад температури повздовж ФМ, ⁰С;

- безрозмірне відношення висоти ФМ до ширини каналу.

Для аналізу функції (3) було побудовано її поверхневу модель залежно від двох змінних n і t_ФМ у інтервалі значень швидкостей сушильного агента 5...20 м/с. Одержану поверхню у вигляді ліній рівня представлено на рис. 10. При заданих значеннях вказаних вище параметрів аналіз цієї моделі дає змогу визначити показник n, що задовольняє нерівності (4). Встановлено, що при перепаді температур на поверхні ФМ t_ФМ=25 ⁰С n=1,0. Це було враховано під час побудови системи рівнянь (5), (6). На основі цієї системи було виведено рівняння для визначення параметра за заданими значеннями t_ФМ, , t_L:

-, (7)

де А₁, Р, Р₁ - коефіцієнти, які обчислюються за формулами:

; (8)

; (9)

. (10)

Для зручності визначення з рівняння (7) було побудовано спеціальну номограму і розглянуто приклад проведення розрахунку ЗТП-сушарки. Для визначення раціональної величини швидкості сушильного агента в зазорі між ФМ отримано формулу:

, (11)

де А, В - коефіцієнти, які обчислюються за формулами:

; (12)

. (13)

Під час розрахунків за формулою (11) з двох величин вибирається >5м/с, тому що при менших величинах процес ЗТП-сушіння не реалізується.

Результати цих розрахунків є достатніми для подальшого визначення геометричних розмірів ФМ і сушильної камери, необхідної продуктивності та напору вентилятора, який забезпечує подачу сушильного агента в канал сушарки, а також потужності калорифера для нагрівання сушильного агента. Для зручності прак-тичного застосування цю методику оформлено у вигляді програми в середовищі Маthcad. На базі результатів проведених розрахунків розроблено конструкцію ФМ і ЗТП-сушарки для моркви. Загальний вигляд останньої показано на рис. 11. ЗТП-сушарка містить такі основні елементи: сушильну камеру в якій розташовано вісімнадцять ФМ, вентилятор і калорифер. Вихід сушильного агента з камери здійснюється безпосередньо до внутрішнього простору сушарки. Під сушильною камерою вміщено піддон, який виконує функції конденсатора вологи і збірника сміття. У бічній стінці є отвір для випуску частини відпрацьованого сушильного агента та отвір підведення повітря з навколишнього середовища. Розроблена ЗТП-сушарка має продуктивність 38 кг/год за сировиною і призначена для переробки рослинної сировини - моркви - на фермерських господарствах поблизу місця вирощування овочів. Технологічна схема переробки включає стандартні операції підготовки сировини до сушіння.

Виготовлено і апробовано експериментальний зразок сушарки. За результа-тами проведених досліджень розроблено технічну документацію, яку передано на завод-виробник для організації і технологічної підготовки виробництва для випуску дослідної партії ЗТП-сушарок.

Економічний ефект практичного впровадження ЗТП-сушарки з одноповерхневою ФМ визначається зниженням енерговитрат на 1 кг сушеної моркви в 1,5 рази, металомісткості - в 1,7 рази в порівнянні з конвективними сушарками, при високій якості сушеного продукту. Соціальний ефект впровадження нової сушарки полягає в більш повному задоволенні потреб населення в сушеній моркві, яка містить цінні біологічні речовини, зокрема каротин.

Висновки

1. На підставі проведеного за літературними даними аналізу способів сушіння, які застосовуються на цей час у промисловому виробництві високопористих швидковідновлюваних продуктів і напівфабрикатів з рослинної сировини, відзначено деякі загальні недоліки. Зроблено висновок, що на сучасному етапі розвитку сушильної технології ЗТП-сушіння є альтернативою сублімаційному сушінню у виробництві швидковідновлюваних продуктів. Однак апаратурне оформлення цього прогресивного методу потребує дослідження в напрямку раціоналізації параметрів потоку сушильного агента та геометрії ФМ.

2. Експериментально показано, що процес сушіння, як такий, не впливає на величину втрат повного надмірного тиску по тракту каналу. Вони залежать від швидкості руху сушильного агента, стану матеріалу, який зневоднюється, та геометричної форми ФМ і каналу сушильного агента.

3. Показано, що наявність зазорів на поверхні теплообміну, а також “вдувів” (“відсосів”) через зазори призводить до дисипації енергії течії та деформації кривих розподілу статичного тиску. Показано наявність критичних швидкостей потоку сушильного агента близько 4 м/с, які визначають можливості реалізації ЗТП-процесу.

4. Встановлено, що відносна тривалість нагрівання матеріалу не залежить від параметрів сушильного агента. При цьому температура матеріалу більшою мірою залежить від температури сушильного агента і меншою - від його швидкості. Доведено, що перепад температури повздовж ФМ в межах t_L=4...6 ⁰С забезпечує рівномірність сушіння і практично не впливає на продуктивність сушарки, тому що тривалість сушіння при цьому змінюється в межах 10 %.

5. Визначено вплив на кінетику сушіння моркви параметрів течії сушильного агента. Експериментально одержано залежність тривалості сушіння від швидкості сушильного агента в межах 5...25 м/с. Запропоновано рівняння апроксимації цієї залежності. Встановлено, що в інтервалі швидкостей руху сушильного агента від 6 до 12 м/с спостерігається найбільш ефективний його вплив з точки зору скорочення тривалості сушіння. Експериментально знайдено інтервал значень товщини ФМ за заданими геометричними розмірами поверхні теплообміну. Показано, що змінювання площі поверхні масообміну ФМ у межах 5...30 % практично не впливає на кінетику ЗТП-сушіння.

6. Показано, що коефіцієнт відновлювання сушеної моркви залежно від температури сушіння змінюється в межах 80...98 %.; гігроскопічні властивості сушеної моркви дозволяють її тривале зберігання у світлонепроникній полімерній упаковці. Експериментально доведено добре зберігання вітамінів у процесі ЗТП-сушіння. Проведено аналіз і визначено раціональні значення температури сушильного агента - t=801 ⁰C - і максимального падіння температури повздовж ФМ - t_L=4...6 ⁰С.

7. Проведено аналіз рівнянь теплового балансу ЗТП-сушіння за експериментально отриманими результатами. Уточнено значення показника ступеня n в критеріальному рівнянні тепловіддачі Nu=0,032Reⁿ для умов ЗТП-процесу. Запропоновано наукову концепцію побудови алгоритму розрахунку ЗТП-сушарок, який дозволяє визначати параметри сушильного агента, геометричні розміри ФМ і сушильної камери, розраховувати гідравлічний опір каналів сушильного агента, вибирати тип вентилятора за його характеристиками, калорифер за обчисленою кількістю теплоти для процесу. Розроблений алгоритм програмно реалізовано на ПЕОМ.

8. Розроблено комплекс заходів з упровадження результатів досліджень у практику підприємств, які розробляють обладнання для сушіння рослинної сировини. Розроблено конструкторську документацію на ЗТП-сушарку моркви малої продуктивності - 38 кг/год за сировиною. Виготовлено і апробовано експериментальний зразок на якому підтверджено розрахункові показники продуктивності, якості та енергетичних витрат. Зроблено висновок про доцільність організації промислового виробництва ЗТП-сушарок малої продуктивності. Визначено економічний ефект практичного впровадження ЗТП-сушарки з одноповерхневою ФМ.

Список публікацій за темою дисертації

1. Погожих Н.И., Потапов В.А., Сомов А.С. Экспериментальная установка для моделирования процесса СТП-сушки// Новые технологии пищевых производств и актуальные проблемы развития торговли и общественного питания: Сб.науч.тр. Харьков: ХГАТОП, 1995. С. 268 - 269.

2. Сомов А.С., Погожих Н.И., Потапов В.А. Новая технология сушки пищевых продуктов //Придніпровський науковий вісник. Сер. Машинобудування. 1997. №53(64). С. 1 - 3.

3. Погожих Н.И., Потапов В.А., Сомов А.С. Распределение статического давления на поверхности функциональной емкости при СТП-сушке //Прогресивні ресурсозберігаючі технології та їх економічна обґрунтованість у підприємствах харчування. Економічні проблеми торгівлі: Зб. наук. пр. Харків: ХДАТОХ, 1998. Ч.1. С. 140 - 143.

4. Сомов А.С. Использование термограмм при исследовании процесса СТП-сушки //Технологии в машиностроении. Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Сб. научн. тр. Вып. 62. Харьков: ХГПУ, 1999. С. 25 - 28.

5. Камсулина Н.В., Цуркан Н.М., Сомов А.С. Изменение количества биологически активных веществ в процессе получения растительного масла, обогащенного каротиноидами моркови // Химия, хим. технологии, экология. Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Сб. научн. тр. Вып. 115. Харьков: ХГПУ, 2000. С. 145 - 148.

6. Погожих Н.И., Потапов В.А., Сомов А.С. Особенности производства сушеных быстровосстанавливаемых подуктов на сушильной установке со смешанным теплоподводом // Тези. доп. міжнар. наук.- практ. конф. Розвиток масового харчування, готельного господарства і туризму в умовах ринкових відносин. Київ: КДТЕУ. 1994. С. 95.

7. Погожих Н.И., Потапов В.А., Сомов А.С. Экспериментальное изучение процессов в пограничной области при СТП-сушке// Тез. докл. междунар. научн.- практ. конф. Потребительская кооперация в переходной период: проблемы и перспективы. Полтава: ПКИ. 1995. Ч.2. С. 86.

Анотація

Сомов О.С. Розробка та дослідження процесу ЗТП-сушіння моркви. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси та апарати харчових виробництв. - Харківська державна академія технології та організації харчування Міністерства освіти і науки України, Харків, 2000.

Дисертацію присвячено питанням розробки та дослідження процесу сушіння моркви змішаним теплопідведення (ЗТП-сушіння) з використанням одноповерхневої функціональної місткості (ФМ) і визначенню раціональних режимів цього процесу. У дисертації розроблено новий підхід до проектування функціональної місткості, який ґрунтується на врахуванні впливу гідравлічних характеристик потоку сушильного агента біля поверхні масообміну на ефективність процесу ЗТП-сушіння. Встановлено, що згадані гідравлічні характеристики суттєво залежать від конструктивних параметрів ФМ, і на цій основі обґрунтовано раціональні значення цих параметрів. Запропоновано наукову концепцію побудови алгоритму розрахунку ЗТП-сушарок з удосконаленою ФМ. Доведено високий ступінь зберігання цінних харчових і біологічних компонентів моркви при застосуванні ЗТП-сушіння з удосконаленою ФМ при обраних раціональних режимах сушіння. Основні результати роботи знайшли промислове впровадження у підприємствах, які виготовляють обладнання для харчової та переробної галузей виробництва.

Ключові слова: ЗТП-сушіння, гідравлічні характеристики, функціональна міс-ткість, раціональні режими сушіння.

Аннотация

Сомов А.С. Разработка и исследование процесса СТП-сушки моркови. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и аппараты пищевых производств. - Харьковская государственная академия технологии и организации питания Министерства образования и науки Украины, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена вопросам разработки и исследования процесса сушки моркови смешанным теплоподводом (СТП-сушка) с использованием одноповерхностной функциональной емкости (ФЕ) и установлению рациональных режимов этого процесса.

Показано, что процесс сушки, как таковой, не влияет на величину потерь полного давления по тракту канала сушильного агента; она зависит от режима течения, состояния высушиваемого материала и геометрической формы функциональной емкости. Значение величины потерь полного давления, полученное расчетом по общепринятой методике, совпадает с экспериментальными данными.

Показано, что наличие разрывов на поверхности теплообмена, а также “вдувов” (”отсосов”) через разрывы приводит к диссипации энергии потока и деформации кривых изменения статического давления на поверхности теплообмена ФЕ. Показано наличие критических скоростей потока сушильного агента около 4 м/с, не зависящих от температуры, которые определяют возможность реализации СТП-процесса.

Установлено, что относительная длительность нагревания материала не зависит от параметров сушильного агента. При этом температура материала в большей степени зависит от температуры сушильного агента и в меньшей - от его скорости. Определен интервал перепада температуры по длине ФЕ t_L= 4...6 ⁰С который практически не влияет на производительность сушилки, т. к продолжительность сушки при этом изменяется в пределах до 10 %.

Экспериментально получена зависимость продолжительности сушки от скорости движения сушильного агента в интервале 5...25 м/с. Предложено уравнение аппроксимации этой зависимости. Установлено, что в диапазоне скоростей сушильного агента от 6 до 12 м/с наблюдается наиболее эффективное его влияние с точки зрения сокращения продолжительности сушки. Экспериментально определен интервал оптимальной толщины функциональной емкости при заданных геометри-ческих размерах поверхности теплообмена. Показано, что изменение площади массообменной поверхности ФЕ в пределах 5...30 % практически не влияет на кинетику СТП-сушки.

Экспериментально установлено, что коэффициент восстанавливаемости сушеной моркови в зависимости от температуры сушки изменяется в пределах 80...98 %. Исследованием гигроскопических свойств сушеной моркови установлена возможность ее длительного хранения в светонепроницаемой полимерной упаковке. Экспериментально определена хорошая сохраняемость витаминов в процессе СТП-сушки, а также соответствие микробиологических показателей допустимым санитарным нормам для данного вида продукции. Проведен анализ и определены рациональные значения температуры сушильного агента t=801 ⁰C и максимального падения температуры по длине функциональной емкости t_L= 4...6 ⁰C.

Проведен анализ уравнений теплового баланса СТП-сушки по экспериментально полученным результатам. Уточнено значение показателя степени в критериальном уравнении теплоотдачи Nu=0,032Reⁿ для условий СТП-процесса. Предложена научная концепция построения алгоритма расчета СТП-сушилок, которая позволяет найти параметры сушильного агента, геометрические размеры функциональной емкости и сушильной камеры, рассчитывать гидравлическое сопротивление каналов сушильного агента, выбирать тип вентилятора по рассчитанной объемной производительности и напору, мощность калорифера для нагрева сушильного агента. Разработанный алгоритм программно реализован на ПЭВМ.

Разработана конструкторская документация на СТП-сушилку моркови для фермерских хозяйств производительностью 38 кг/ч по сырью. Для обеспечения продолжительной и надежной работы СТП-сушилки разработаны рекомендации, которые регламентируют основные вопросы монтажа и эксплуатации сушилки.

Технологическая схема переработки включает стандартные операции по подготовке сырья к сушке.

Основные результаты работы нашли промышленное внедрение на предприятиях, изготавливающих оборудование для пищевой и перерабатывающей отраслей производства.

Ключевые слова: СТП-сушка, гидравлические характеристики, функциональная емкость, рациональные режимы сушки.

Annotation

Somov A.S. Development and research of carrot MHT-drying processes. - Manuscript.

Thesis for a candidates degree by speculate 05.18.12 - processes and apparatus for food production. - Kharkiv State Academy of Food Technology and Management of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2000.

The dissertation is dedicated to problems of improving the functional container (FC) for the realization of the technological process of carrot drying by mixed heat transfer (MHT-drying) and determining the rational conditions for this process. A new approach to designing the functional containers is elaborated which is based on accounting the influence of hydraulic characteristics of drying agent flow near the heat transfer surface on the efficiency of MHT-drying process. There is established that mentioned hydraulic characteristics essentially depend on the FC constructive parameters; on this base the rational values of these parameters are well grounded. The scientific concept of building the calculation algorithm is proposed for the MHT-dryer with improved FC. The high level of preservation of valuable food and biologically active components of carrot is stated by using the MHT-drying with improved FC at the selected rational drying conditions. The main results of the work have found an industrial utility at the enterprises which manufacture the equipment for the food and processing production branch.

Key words: MHT-drying, hydraulic characteristics, functional container, rational drying conditions.

Размещено на Allbest.ru

...