Наукові основи теорії та техніки сушіння харчової сировини у масообмінних модулях
Феноменологічна гіпотеза процесу зневоднення вологих матеріалів у масообмінних модулях. Аналіз динаміки процесу сушіння харчової сировини у функціональних місткостях. Фізико-математична модель механізмів переносу маси при сушінні у масообмінних модулях.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 25.06.2014 |
| Размер файла | 102,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Харківська державна академія технології та органІзації харчування
УДК 664.834
НАУКОВІ ОСНОВИ ТЕоРІЇ ТА ТЕХНІКИ СУШІННЯ ХАРЧОВОЇ СИРОВИНИ У МАСООБМІННИХ МОДУЛЯХ
Спеціальність 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних
та фармацевтичних виробництв
АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук
ПОГОЖИХ МИКОЛА ІВАНОВИЧ
Харків 2002
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківській державній академії технології та організації харчування Міністерства освіти і науки України.
Науковий консультант доктор технічних наук, професор ГРИШИН Михайло Олександрович, Одеська державна академія харчових технологій, професор кафедри технології молока та сушіння
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, чл.- кор. НАН України СНЄЖКІН Юрій Федорович, НТК "Інститут технічної теплофізики" НАН України, заступник директора;
доктор технічних наук, професор БУРДО Олег Григорович, Одеська державна академія харчових технологій, завідувач кафедри процесів та апаратів;
доктор технічних наук, професор ФОКІН Віталій Сергійович, Національний технічний університет “ХПІ”, професор кафедри теплотехніки
Провідна установа: Одеська державна академія холоду Міністерства освіти і науки України, м. Одеса, кафедра теплофізики
Захист відбудеться “ 4 ” червня 2002 року о 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.088.01 Харківської державної академії технології та організації харчування за адресою : 61051, м. Харків, вул. Клочківська, 333, ауд.45.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківської державної академії технології та організації харчування за адресою: 61051, м. Харків, вул. Клочківська, 333.
Автореферат розісланий “ 26 ” квітня 2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Михайлов В. М.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Раціональне використання і скорочення втрат сільськогосподарської продукції що вироблена _ одна з основних задач харчової промисловості України. Збільшення обсягів переробки сільгоспсировини на продукти харчування дозволяє не тільки знизити втрати врожаю на процесі його зберігання, але й використовувати відходи виробництва для господарств, що відгодовують тварин. Дефіцит енергетичних ресурсів диктує необхідність раціонального використання енергії, розробки енергозберігаючих процесів і апаратів для харчових технологій, зокрема для сушіння.
Сушіння найпоширеніший спосіб консервування харчової сировини. Задачами сушильних технологій є: зниження енергетичних витрат на процес вилучення вологи; підвищення якості сушеної продукції; розробка високоефективної універсальної сушильної техніки; забезпечення екологічної безпеки сушильних підприємств. Рішення цих задач визначається розвитком наукових уявлень про механізми масо- і теплообміну. Завдяки роботам О.В. Ликова, П.Д. Лебедєва, Г.К. Філоненка, М.О. Гришина, В.В. Краснікова, вчених інституту тепломасообміну ім. О.В. Ликова (Мінськ), ІТТФ НАН України, закордонних вчених О. Крішера, Т. Шервуда тощо створена теорія процесів переносу теплоти і маси, розвинуте учення про технологію й техніку сушіння. Основою цієї теорії є закони збереження, постулати і теореми нерівноважної термодинаміки. Сучасні досягнення та досвід використання нерівноважної термодинаміки у фундаментальних науках дозволяють поширити деякі її висновки безпосередньо на процеси зневоднювання.
З приводу пошуку нових способів сушіння харчової сировини розроблений у ХДАТОХ спосіб сушіння змішаним теплопідводом являє собою перспективний напрямок. Попередні дослідження довели ефективність застосування цього способу для виробництва сушеної продукції підвищеної якості. Але відсутність узагальнених експериментальних результатів й повної теорії процесу стримує розробку методик розрахунку відповідних типів сушарок, визначення раціональних режимів зневоднювання харчової сировини та широке промислове впровадження принципово нових апаратів й технологій сушіння. Викладене обумовило вибір теми дисертаційної роботи.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Представлені в роботі дослідження виконувалися відповідно до планів держбюджетних тем ХДАТОХ за замовленням Міністерства освіти і науки України: № 139195Б “Застосування фізичних методів досліджень для контролю й аналізу процесів технологічної обробки харчових продуктів”; № 59597Б “ Фізико-хімічні проблеми стану води в харчових продуктах і їхня якість”; № 29801Б “Фізико-хімічні і технологічні проблеми стану води в харчових продуктах”; №2 93 БО “Наукове обґрунтування і розробка критеріїв безпеки крові забійних тварин для харчових продуктів на її основі”, госпдоговірних тем: № 0193V024307 “Розробка конструкції пристрою ЗТПсушіння”; № 0192ЦС “Експериментальний сушильний пристрій для виробництва картопляних слойок”, а також у рамках договору про спільну діяльність академії з Харківським науково-технологічним комплексом.
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка теорії, за якою визначаються раціональні режими сушіння харчової сировини у масообмінних модулях та розраховуються апарати для їх практичної реалізації.
Виходячи з мети дослідження, сформульовано та вирішено такі задачі:
запропонувати феноменологічну гіпотезу процесу зневоднення вологих матеріалів у масообмінних модулях, як у штучному модельному пристрої;
вивчити кінетику процесу сушіння в залежності від технології поперед-ньої підготовки сировини, типів і геометричної форми місткостей, режимів сушіння;
дослідити динаміку процесу сушіння харчової сировини у функціональних місткостях;
розробити термодинамічну модель процесу сушіння у масообмінних модулях - місткостях;
розробити фізико-математичну модель механізмів переносу маси при сушінні у масообмінних модулях;
дослідити характер поводження вологи в процесі сушіння;
визначити фізико-хімічні і технологічні показники асортименту сушених харчових продуктів:
визначити раціональні режими сушіння асортименту харчової сировини;
створити концепцію і розробити методику розрахунку сушарок з масообмінними модулями;
розробити економічне обґрунтування та здійснити впровадження результатів досліджень у виробництво.
Об'єктом досліджень є процес сушіння харчової сировини.
Предметами досліджень є процеси тепломассообміну при сушінні харчової сировини у масообмінних модулях і технічні вимоги до сушильного обладнання, в якому здійснюються ці процеси.
Методи досліджень містять у собі стандартні та оригінальні методики дослідження кінетики сушіння, гідромеханічних характеристик сушильного агенту, виміру теплових потоків для масообмінних модулів, а також методи аналітичних досліджень із використанням обчислювальної техніки.
Наукова новизна одержаних результатів.
Доведено наукову концепцію роботи: теорія _ сушіння вологих матеріалів у масообмінних модулях, як процес тепло-масообміну через стан з максимумом вільної енергії; техніка сушіння _ масообмінний модуль, що містить вологий матеріал, є об'єктом сушіння. При цьому:
доведено можливість виключення чи істотного обмеження негативного впливу поверхні матеріалу в процесі масообміну шляхом створення штучних умов за рахунок модельного пристрою _ масообмінного модуля та його практичного утілення _ функціональної місткості (ФМ);
встановлено, що процес сушіння в індивідуальних функціональних місткостях (ІФМ) у першу чергу визначається видом вихідної сировини та технологією її попередньої підготовки до сушіння;
знайдено, що кінетика сушіння в універсальних функціональних місткостях (УФМ) слабко залежить від виду сировини, а визначається режимом сушіння, геометричними розмірами УФМ, ступенем здрібнювання і ступенем заповнення УФМ;
доведено, що ФМ разом із матеріалом, що зневоднюється, варто розглядати як об'єкт сушіння, а кінетика і критичні особливості процесу залежать як від зовнішніх, так і від внутрішніх чинників. Встановлено, що кінетика сушіння у ФМ не має періоду сталої швидкості, а збільшення ефективного пористого простору трансформує процес зневоднювання у конвективний;
визначено, що на кінетику температури матеріалу впливає швидкість і температура сушильного агенту, ступень заповнення ФМ, і у меншій мірі природа сировини. Встановлено, що інтенсивність теплообміну в процесі сушіння визначається теплопровідністю шарів сировини, що стикаються з теплообмінною поверхнею ФМ, і залежить від швидкості зневоднювання її внутрішніх шарів;
отримано рівняння для обчислювання коефіцієнта теплопередачі в процесі сушіння. Показано, що використовуючи поправку з приводу критичної швидкості сушильного агенту, коефіцієнт тепловіддачі можна розраховувати як для “сухого” теплообміну;
встановлено, що гідродинаміка обтікання масообмінного зазору ФМ є визначальним чинником процесу сушіння;
доведено ефективність процесу з погляду енергетичних витрат, що обумовлена випаровуванням вологи за рахунок накопиченої внутрішньої енергії матеріалу;
розроблено повну фізичну модель процесу сушіння у масообмінних модулях, що формулює принципи його реалізації: створення зовнішніх умов для переходу системи зі слабовідткритого у відкритий стан; створення внутрішніх умов для підтримки нерівноваги на відрізку часу, достатньому для повного здійснення процесу. Перший принцип стосується задач сушильної техніки, другий _ технології сушіння;
запроваджено функцію, що відображає розвиток поверхні випару та дозволяє прогнозувати і виконувати чисельну оцінку рівномірності зневоднювання і кінетику температури матеріалу по зонах;
доведено, що поступове збільшення швидкості сушіння до максимуму викликане внеском конвекційної складової потоку пароповітряної суміші. Запропоновано модель динамічного поводження вологи при сушінні, яка стверджує, що кількість і стан зв'язаної вологи залежать від інтенсивності масообмінних процесів.
Практичне значення одержаних результатів.
Розроблений принципово новий спосіб сушіння для асортименту харчової сировини дозволяє одержувати сушені швидковідновлювальні продукти з низькими енерговитратами на процес зневоднювання. Для можливості його широкого впровадження у виробництво:
визначено технологічні прийоми й умови здійснення процесу сушіння в ФМ різного типу;
розроблено універсальну технологічну схему сушіння і технологічні карти раціональних режимів для асортименту харчової сировини. Показано, що раціональні режими сушіння характеризуються витратами енергії 7,5 … 24,0 МДж на 1 кг сушеної продукції;
показано, що концепція методики розрахунку сушарок ґрунтується на уявленні про ФМ, як тепломасообмінний пристрій, а основною величиною, що вишукується, є швидкість повітря поблизу масообмінного зазору ФМ. Проведено класифікацію сушарок по типах ФМ, способу теплопідводу і режиму роботи. Розроблено алгоритм розрахунку сушарок з функціональними міскостями, а для зручності його практичного застосування створена програма для ЕОМ;
розроблено техніко-економічне обґрунтування організації підприєм-ства з виробництва високоякісних сушених харчових продуктів на базі фермерських і індивідуальних господарств потужністю 80 тонн сушеної продукції на рік. Очікуваний прибуток 45000...50000 ум.од. Термін реалізації проекту _ 6...8 місяців. Строк окупності капіталовкладень _ 10...13 місяців;
визначено перспективні напрямки розвитку технології сушіння з використанням ФМ. Показано, що конструкторські рішення нових типів сушарок не вимагають видозмін допоміжних вузлів і є стандартними для сушильної техніки, відсутні вузли, які б змінювали вимоги до техніки безпеки, погіршували екологічні показники чи висували особливі вимоги до виробничих приміщень і інфраструктури підприємства;
проведено іспити сушильних установок, впровадження у виробництво технологій, проектно-конструкторської документації та сушильного устаткування на: Чернігівському овочесушильному заводі; Черкаському м'ясокомбінаті; фірмі “ВСА” (м. Харків); Харківському науково-технологічному комплексі; фірмі “Фатум” (м. Харків); підприємстві “Фирма ВИ-ВА-ЛТД” (м. Донецьк), с/г підприємстві ООО “ІНУЛА” (м. Одеса). сушіння масообмінний модуль зневоднення
Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні наукової гіпотези, науковій концепції і доказі наукових положень дисертації, розробці методик, проведенні комплексних досліджень процесу й узагальненні експериментальних результатів, розробці моделей процесу зневоднювання харчової сировини у масообмінних модулях, проведенні заходів щодо впровадження результатів наукових досліджень у практику, формулюванні висновків і підготовці до публікації результатів досліджень.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались, обговорювались і були схвалені на: Всесоюзній конференції “Проблеми впливу теплової обробки на харчову цінність продуктів харчування”, (м. Харків, 1990р.); Всесоюзній конференції “Разработка комбинированных продуктов питания (Медико-биологические аспекты, технология, аппаратурное оформление, оптимизация)” (м. Кемерово,1991р.); Міжнародній конференції “Heat and Mass Transfer in Technological Process” (Jurmala, 1991р.); Всесоюзній конференції “Механіка сипучих матеріалів” (м. Одеса, 1991р.); Міжнародному форумі “Тепломасообмін” (м. Київ, 1992р.); Міжнародній конференції “Розвиток масового харчування, готельного господарства і туризму в умовах ринкових відносин” (м. Київ, 1994р.); Міжнародної конференції “Перспективи розвитку масового харчування і торгівлі в умовах переходу до ринкової економіки” (м.Харків, 1994р.); науково-технічній конференції “Споживча кооперація в перехідний період. Проблеми і перспективи” (м. Полтава, 1995р.); Міжнародній конференції “Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв” (м. Одеса, 1996р.); Міжнародній конференції “Проблеми промислової теплотехніки” (м. Київ, 1999р., 2001 р.); на наукових конференціях професорсько-викладацького складу ХДАТОХ (1989…2001 роки).
Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 48 наукових праць, у тому числі: 33 статті у наукових фахових виданнях, що затверджені ВАК України; 13 тез доповідей на наукових конференціях; 1-авторське свідоцтво та 1 патент на винаходи.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, восьми розділів, висновків, списку використаних джерел, що включає 254 най-менувань і додатків. Основний текст роботи викладений на 331 стор., включає 111 рисунків, 19 таблиць і 12 додатків.
Основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначено мету та основні задачі досліджень, наведено відомості про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.
У першому розділі "Аналіз сучасного стану технології, техніки і теорії сушіння харчової сировини" проведено огляд проблем, що виникають при виробництві сушеної продукції. Відзначено, що перспективним напрямком розвитку техніки і технології сушіння є розробка принципово нових технологій і устаткування. Аналіз динаміки процесу сушіння дозволив сформулювати варіант наукової концепції способу штучного зневоднювання, заснований на уявленнях про вплив природного пограничного шару на процеси переносу, як чинника, що лімітує зовнішній перенос. Запропоновано замінити природну границю розділу деякою штучною поверхнею із заздалегідь заданими тепло-масообмінними властивостями. Основою для створення теорії і розробки принципово нового способу сушіння обрані сучасні досягнення нерівноважної термодинаміки, які дозволяють прогнозувати шляхи й процеси розвитку системи при взаємодії з навколишнім середовищем. Визначено чотири необхідні й достатні умови для руху системи у бік до максимуму вільної енергії. Розглянуто методи математичного опису процесів переносу. Відзначено, що уявлення про сталість кінетичних коефіцієнтів обмежує можливості в розумінні й керуванні процесами тепломасообміну, але дозволяє одержувати різні емпіричні рівняння, що описують кінетику процесів. На основі комп'ютерної обробки чисельних експериментальних даних визначено вид апроксимуючої функції, що задовільно описує кінетику зневоднювання різних матеріалів. Узагальнення висновків проведеного теоретичного аналізу дозволили сформулювати задачі досліджень.
В другому розділі "Феноменологічна гіпотеза та методики досліджень сушіння у масообмінних модулях" наведено поширене трактування гіпотези сушіння у масообмінних модулях. З положень нерівноважної термодинаміки витікає, що еволюція макроскопічної системи, яка досягла максимуму вільної енергії, у бік рівноваги відбувається через нерівноважний стаціонарний стан. Згідно з теоремою Пригожина цей стан характеризується мінімумом виробництва ентропії, тобто кількість утворень (дисипативних структур), що розсіюють енергію, буде з часом зменшуватись. Однак, термодинамічні умови для самовільного утворення дисипативних структур у системі: 1_ видалення від рівноваги; 2_ хиткість поблизу стаціонарного стану (відсутність потоків зі сталою інтенсивністю, прагнення у бік максимуму вільної енергії); 3_ флуктуації; 4_ відкритість по потоках енергії та маси, _ призведуть до значної інтенсифікації процесу зневоднення. З метою технічної реалізації всіх цих умов запропоновано використовувати масообмінний модуль, що утворить із зовнішнім середовищем активну границю розділу (рис.1). Під активністю границі розділу розуміють її поліфункціональність стосовно потоків енергії і маси : границя виконує роль ключа, що відслідковує взаємодію внутрішньої частини системи з навколишнім середовищем при збереженні своїх фізичних і хімічних властивостей поза залежністю від інтенсивності і природи потоків енергії. Якщо якась властивість зовнішнього середовища є сталою, ту ж саму властивість повинна мати й границя розділу. Встановлено, що модуль повинен знаходитися в слабовідкритому стані по потоку маси і мати поріг чутливості.
універсальні як по відношенню зневоднення без зміни агрегатного стану вологи, так й для сушіння. У випадку сушіння масообмінний модуль являє собою місткість, у якій розміщується сировина та яка має перфорацію для видалення маси (масообмінні зазори). Масообмінний модуль при сушінні гарячим повітрям забезпечує теплопідвід до матеріалу та бере участь у зовнішньому масообміні, тому його запропоновано іменувати функціональною місткістю (рис.2.), а процес _ сушіння змішаним теплопідводом (ЗТП). Показано, що ФМ умовно можна розділити на три основні типи: однобічні; двобічні (включаючи індивідуальні); змішаного типу, що являють собою комбінацію двох попередніх. У однобічних ФМ тепло- й масообмінна поверхні (зазори) розташовані з одного боку від площини симетрії, у двобічних _ взаємно перпендикулярно.
З викладеного сформульовано наукову концепцію роботи, положення якої раніше не формулювались і не доводились.
Особливості процесу дозволили запропонувати непрямий метод вивчення кінетики сушіння. Основою метода є рівняння теплового балансу у будь який момент часу :
, (1)
де _ відповідно теплоємність (Дж/(кгК)), густина (кг/м3), об'ємна витрата (кг/м3) сушильного агенту;
_ відповідно апаратурний коефіцієнт (К/відн.од.), амплітуда сигналу (1/відн.од.) прибору, що реєструє різницю температур сушильного агенту на вході й виході з камери;
_ питома теплота пароутворення, Дж/кг;
_ відповідно швидкість втрати маси (кг/с) та поточна маса (кг) сировини;
_ відповідно швидкість зміни температури (С/с) та поточна температура (С) сировини;
_ питома теплоємність сировини, Дж/(кгК).
Рішення цього рівняння, з урахуванням співвідношень маси та вологовмісту (), а також залежності теплоємності від вологовмісту.
У третьому розділі "Дослідження кінетики сушіння харчової сировини у масообмінних модулях" доведено, що можливість здійснення процесу сушіння в індивідуальних функціональних місткостях (ІФМ), залежить від виду вихідної сировини. Сировину поділено на дві основні групи: що не піддається значній об'ємній усадці; що має високу міцність тканин. Для першої групи (картопля, яблуко, м'ясо) використовують стандартну попередню підготовку, а для другої (гарбуз, морква, буряк) _ спеціальну. Одним з прийомів може бути попереднє заморожування овочів (рис.3). Така операція рекомендована й для сушіння сиру, швидкість й ступень відновлення якого збільшується з 50% до 80%. Необхідність спеціальної попередньої підготовки є вимогою до масообмінного критерію Кирпичьова
. (5)
Нерівність (5) відображує утворення дисипативних структур під час сушіння (поверхня випару), що є внутрішнім флуктуаційним чинником процесу.
Двобічні функціональні місткості (ДФМ) є удосконаленою конструкцією ІФМ. Такі місткості можуть мати нескінченну довжину по відношенню до розміру поперечного перерізу. Встановлено, що розмір масоообмінного зазору в межах (0,5…3,0)10-3 м не впливає на кінетику сушіння, що дозволяє використовувати навіть мілке здрібнення сировини. ДФМ мають три ступеня вільності по відношенню до вектору швидкості агенту сушіння, але орієнтація місткостей суттєво не впливає на загальну тривалість сушіння.
Зовнішніми чинниками процесу є розміри ФМ, під теплообмінною по- верхнею котрої розташовано тіло, що обумовлює стік теплоти до оточуючого середовища.
Використовуючи уявлення про еквівалентний діаметр , як це запроваджено у теорії теплообміну, дослід-жено вплив цього чинника на тривалість сушіння. Встановлено, що існує критична величина у співвідношеннях розмірів ФМ, перевищення якої призводить до росту тривалості сушіння на порядок. Ця критичність геометричного комплексу описується емпіричним рівнянням (9)
(9)
Обчислену за цим рівнянням величину використовують для визначення граничних співвідношень розмірів місткості.
Однобічні функціональні місткості (ОФМ) найперспективніші з погляду їх використання у виробництві: прості у виготовлені та універсальні по відношенню до сировини (рис.5). Характер кінетики сушіння у двобічних і однобічних ФМ не залежить від виду сировини, а визначається параметрами сушильного агенту, геометричними розмірами ФМ і здрібнених шматочків сировини. Доведено, що функціональну місткість варто розглядати, як об'єкт сушіння, масо- і теплопровідність якого залежать від ступеня здрібнювання і кількості сировини в ФМ. Такі ФМ є універсальними.
При сушінні в універсальних ФМ можна завантажити різну кількість сировини в залежності від ступеня здрібнення та заповнення місткості. Запроваджено уявлення про ефективний пористий простір , як частину об'єму ФМ, що не заповнена сировиною
, (10)
де , _ відповідно початкова маса (кг), густина (кг/м3) сировини, об'єм ФМ, м3;
Змінюючи розміри здрібнення й масу сировини, що завантажується, вивчали відносну продуктивність місткості , як елементарного пристрою сушарки (рис.6). Отримано, що збільшення розмірів здрібнення призводить до блокування процесу, а збільшення _ до трансформації процесу у конвективний. Встановлені раціональні параметри щодо завантаження місткостей сировиною. Наведену на рис.6 залежність треба використовувати як номограму для вибору раціонального здрібнення сировини та її завантаження у ФМ. Показники раціонального здрібнення й ступеня завантаження асортименту сировини наведені у табл. 3.
Таблиця 3
Раціональні параметри завантаження ФМ
|
Параметр |
Сировина |
||||||
|
Картопля |
Морква |
Буряк |
Гарбуз |
Часник |
М'ясний фарш |
||
|
L103, м |
1,0...2,0 |
1,5...2,0 |
2,0...2,5 |
2,0...3,0 |
2,5...3,0 |
|
|
|
П, відн.од. |
0,20 |
0,25 |
0,25 |
0,30 |
0,3 |
0,20 |
На підставі аналізу великої кількості кінетичних кривих встановлено, що процес сушіння можна поділити на три періоди: період нагрівання матеріалу і зростаючої швидкості сушіння; період максимальної швидкості сушіння; період убутної швидкості (рис. 7). На перші два періоди суттєво впливають швидкість руху повітря, розміри здрібнення сировини, попередня підготовка сировини до сушіння, ефективний пористий простір, співвідношення розмірів ФМ, а вже потім температура сушіння та природа сировини. Перший період має лавиноподібний характер, основним зовнішнім чинником якого є швидкість руху повітря поблизу масообмінного зазору. Найсуттєвішим чинником другого періоду є ефективний пористий простір, а третього _ температура сушіння. Але тільки перші два періоди є критичними і “чутливими” як до зовнішніх, так і до внутрішніх чинників, та визначають можливість здійснення та інтенсивність процесу сушіння вцілому.
Отримані результати щодо впливу чинників на кінетику сушіння у ФМ сировини рослинного і тваринного походження дозволили визначити діапазони пошуку раціональних режимів процесу за наступними показниками:
геометричні розміри здрібнення сировини;
спосіб і режим попередньої теплової обробки сировини;
кількість сировини, що завантажується у ФМ;
температура й швидкість сушильного агенту (повітря);
тип, геометричні розміри і спосіб розміщення ФМ в об'ємі сушильної камери.
У четвертому розділі "Дослідження динаміки сушіння харчової сировини у масообмінних модулях" відзначено, що характер середньооб'ємної температури і розподіл температур по шарах сировини відрізняються від конвективного сушіння наявністю двох проміжних екстремумів (рис.8) _ критичних точок , перша з котрих є максимумом, а друга _ мінімумом температури. Така кінетика температури є характерною рисою ЗТП_ сушіння поза залежністю від типу ФМ, виду сировини, її розмірів та шару, де вимірюється температура. Однак конкретні умови сушіння деформують температурну криву відносно критичних точок і вони змінюють своє положення по координатах. На положення критичних точок при сталій температурі сушіння впливає швидкість сушильного агенту: вони зближуються і рухаються у бік осі вологовмісту (часу). Відносне положення цих точок описується емпіричними рівняннями:
; (11)
, (12)
де _ коефіцієнти (табл.4).
Таблиця 4
Коефіцієнти рівнянь (11, 12)
|
Сировина |
Критичні точки |
||||||||
|
103, |
103, |
103, |
103, |
||||||
|
102 |
с/м |
102 |
с/м |
102 |
с/м |
102 |
с/м |
||
|
Картопля |
7,5 |
2,1 |
53 |
-9,1 |
40 |
-17 |
42 |
-18 |
|
|
Буряк |
7,8 |
2,1 |
50 |
-9,5 |
42 |
-19 |
41 |
-20 |
|
|
Морква |
7,9 |
2,3 |
50 |
-9,5 |
45 |
-19 |
40 |
-20 |
|
|
Гарбуз |
8,3 |
2,5 |
48 |
-10,0 |
48 |
-19 |
37 |
-22 |
|
|
М'ясний фарш |
6,5 |
2,1 |
53 |
-6,5 |
35 |
-12 |
50 |
-15 |
Визначено, що мінімум температури центрального шару зміщується в залежності від температури сушіння у бік більш високого поточного вологовмісту сировини. При цьому температурний напір між центральним шаром та поверхнею сировини досягає 40С.
Підвищення ефективного пористого простору також сприяє зближенню критичних точок, їх абсолютні величини збільшуються й температурна крива трансформується до кривої 2 (рис. 8). Це обумовлено значним впливом потоку сушильного агенту, який потрапляє усередину ФМ. Висока величина негативно впливає на якість готової продукції та зменшує тепловий потік крізь теплообмінну поверхню ФМ. Показано, що раціональне завантаження сприяє значному градієнту температури між окремими шарами (рис.9).
Хвилеподібний характер розвитку поля градієнтів температури усередині сировини відбиває рух зони випару: максимум градієнта відповідає максимуму швидкості зневоднення у даній зоні, де й відбувається інтенсивне розсіювання основної частини потоку теплоти. Кожна наступна зона зневоднюється за тим же законом, що й попередня. Такий процес є принципово нерівноважним й нестаціонарним, що й фіксується кінетикою сушіння в цілому (відсутній період сталої швидкості).
Розроблені методики дослід-жень дозволили експериментально вимірювати потоки теплоти крізь стінку ФМ й визначити величину та характер коефіцієнта теплопередачі під час сушіння
. (13)
Наприкінці сушіння, коли об'єм ФМ стає майже "прозорим", а кількість випареної вологи зменшується, потік пароповітряної суміші втрачає свою інтенсивність (перегин сигналу 2) і стає стаціонарним. Доведено, що гідродинаміка обтікання масообмінного зазору ФМ є визначальним чинником процесу сушіння у масообмінних модулях.
Встановлено, що розподіл статичних тисків поблизу елементів ФМ не залежить від температури сушильного агенту і від того, чи відбувається процес зневоднювання чи ні, а визначається тільки геометричною формою ФМ і швидкістю потоку. Вивчено залежність повного і статичного тисків потоку в каналі сушарки від вологості сировини, що завантажена у ФМ. Отримано емпіричне рівняння, що описує розподіл тиску уздовж координати (поверхні ФМ), яка співпадає з напрямком руху потоку сушильного агенту:
, (17)
де с, ,, a - коефіцієнти (с, Па/м; , 1/м; , м; a та _ безрозмірні).
Експериментальним вивченням критерію Ребіндера при ЗТП сушінні, доведено зсув витрат теплоти в загальному рівнянні балансу теплоти убік вит-рат на випар, що свідчить про ефективність процесу. Факт того, що при ЗТП_ сушінні цей критерій має від'ємні величини, указує на випаровування вологи за рахунок внутрішньої енергії сировини, накопиченої у попередні періоди. Тоді у процесі сушіння система "волога сировина + ФМ" минає хитливий стан з максимумом вільної енергії. Очевидно, це є самою істотною відмінністю досліджуваного способу сушіння від інших, де процес завжди протікає через стан з мінімумом вільної енергії.
У п'ятому розділі "Фізична модель сушіння вологої харчової сировини у масообмінних модулях" на основі експериментальних досліджень наведено опис механізмів переносу теплоти й маси. Запропоновано термодинамічну модель сушіння вологих матеріалів, засновану на тому, що функціональна місткість виступає як об'єкт сушіння, а сировина, що зневоднюється, визначає внутрішній тепловологоперенос цього об'єкта. За цих умов об'єкт сушіння уявляє собою квазіізольовану систему. Система володіє двома квазірівноважними станами, один з яких є хитливим з максимумом вільної енергії (початковий період зневоднювання), а другий _ стійкий з мінімумом вільної енергії (закінчення зневоднювання). Показано, що обидва стани не є критичними стосов-но температури t (за 0 C < t <100 C) і вологості сушильного агенту (при < 100%), а перехід від хитливого до стійкого стану відбувається за рахунок флуктуацій потоку сушильного агенту поблизу масообмінного зазору. Еволюція цього переходу може бути пояснена за допомогою положень нерівноважної термодинаміки. Приріст ентропії у закритій системі з часом може тільки зменшуватись: . Для відкритих систем зміна приросту ентропії поділяється на дві частини _ внутрішню, яка завжди підпорядковується нерівності , та зовнішню , знак якої залежить від зовнішніх потоків теплоти й маси. Якщо об'єкт сушіння знаходиться у квазіізольованому стані по потоку маси, то самовільно вийти з цього стану він не може (сушіння не відбувається). Потік теплоти збільшує внутрішню енергію об'єкту і його стан стає хитливим. Будь-які флуктуації (зовнішні або внутрішні) призведуть до генерації механізмів руху системи до нового стійкого стану _ почнеться зневоднення. Тривалість зневоднення та характеристики кінцевого стану сировини будуть визначатися інтенсивністю обміну теплотою і масою з оточуючим середовищем, а також внутрішніми флуктуаціями (розвитком поверхні випару) та переносом теплоти й маси, еволюція яких завжди підпорядковується нерівності . За близьких фізичних властивостей сировини тривалість зневоднення не буде залежати від її природи, що й спостерігалося експериментально.
Якщо обмін масою об'єкту сушіння із зовнішнім середовищем відбувається тільки дифузією, то потік теплоти крізь стінку ФМ швидко компенсує її витрати на випар. Це призводить до зростання температури сировини, потік теплоти зменшується, а об'єкт сушіння набуває проміжний квазірівноважний хитливий стан _ процес зневоднення "заблокується".
Приріст ентропії є адитивним за складовими рушійних сил переносу. При сушінні у масообмінних модулях можна відокремити внутрішні складові: _ масова дифузійна; _ теплообмінна; _ масова конвекційна:
. (18)
Третя складова обумовлена утворенням дисипативних структур (розвитком поверхні випару), тому залежить і від . Параметри зовнішнього середовища при сушінні підтримуються сталими, тому перші дві складові (18) набувають стаціонарного режиму. Як це витікає з теореми Пригожина, система повинна знизити свій порядок на одиницю, тобто потік зникне й відбудеться "зрив" процесу зневоднення. Це спостерігається при сушінні у ФМ шматочків з розмірами більш за (5...6)10-3 м, які не втрачають маси по досягненні гігроскопічного вологовмісту.
Аналогічна ситуація спостерігається при завантаженні сировини у ФМ з високим ефективним пористим простором. За цих умов додатково з'являються ще дві складових: _ тепловіддача від потоку сушильного агенту, що потрапляє у ФМ; _ розсіювання енергії потоку сушильного агенту за рахунок тертя:
. (19)
Тоді перша, четверта і п'ята складові (19) набудуть стаціонарного режиму, система зменшить свій порядок на дві одиниці, теплообмін зі стінкою ФМ зникне, упорядкованість внутрішніх потоків маси знизиться або теж зникне. Внаслідок цього, процес сушіння у масообмінних модулях трансформується до конвективного сушіння, що також спостерігалось експериментально.
Теоретичним аналізом встановлено, що процес обміну маси сировини з оточуючим середовищем шляхом дифузії не є визначальним, або його інтен-сивністю можна знехтувати. Обмін масою здійснюється упорядкованим кон-векційним потоком пароповітряного середовища, спрямованим із ФМ. При відсутності джерел маси потік повітря в об'ємі ФМ має вихровий характер, а при випаровуванні вологи _ упорядкований.
Отримано рівняння, що відображає феноменологічну вимогу до швид-кості руху сушильного агенту поблизу поверхні ФМ:
, (20)
де _ об'ємна густина, кг/м3, (індекси: k _, пара; о_ повітря);
_ умовна дифузійна швидкість потоку маси усередині ФМ, м/с;
_ коефіцієнт турбулентності потоку повітря;
_ лінійний розмір (індекси: x_ ширина масообмінного зазору; mw_ здрібненої сировини; без індексу_ ширина елементу ФМ), м;
N_ кількість елементів ФМ.
Розрахунок теоретичного процесу ЗТП_ сушіння з використанням I-d діаграми повітря cтверджує, що потік сушильного агенту в середину ФМ не може забезпечити процес необхідною теплотою. Доведено, що більша частина теплоти надходить до сировини через теплообмінну поверхню ФМ. При цьому ефективність процесу визначається тим, що здібність сушильного агенту до поглинання вологи обумовлюється його нагріванням не тільки в калорифері сушарки, але й усередині ФМ. Висока вологовбирна здатність пароповітряної суміші усередині ФМ обмежує баласт теплоти до 10...15% від тієї, що несе сушильний агент для забезпечення процесу сушіння. Тому поглинання теплоти сировиною повністю визначається інтенсивністю випаровування вологи.
У будь-якій теорії сушіння не обминається питання про форми зв'язку вологи з матеріалом. Це питання нами вивчалося з використанням методу ядерного магнітного резонансу (ЯМР). Аналіз чисельних даних ЯМР_ досліджень дозволив запропонувати модель динамічного поводження вологи в полідисперсних системах органічного походження. Основне положення цієї моделі полягає у твердженні, що кількість і стан зв'язаної вологи залежать від інтенсивності тепломасообмінних процесів. Стан вологи в матеріалі характеризується термодинамічною рівновагою із сухою речовиною. Таких станів не менше трьох і вони стійкі в деякому діапазоні вологовмістів. Як показали дослідження, існує залежність цих діапазонів від температури і способу сушіння. На підставі цієї моделі наведено пояснення швидкого досягнення низького кінцевого рівноважного вологовмісту матеріалів при ЗТП_ сушінні.
Запропонована фізична модель сушіння харчової сировини у масообмінних модулях погоджується з експериментом і дозволяє використовувати її для розрахунку й оптимального керування даним процесом. Відповідно до основних положень моделі процес сушіння заснований на:
створенні зовнішніх умов для переходу системи зі слабовідкритого стану у відкритий;
створенні внутрішніх умов для підтримки нерівноваги на протязі часу, достатнього для зниження вологовмісту матеріалу до необхідної величини.
При цьому перше стосується теорії та задач сушильної техніки, а друге _ теорії та задач технології сушіння.
У шостому розділі "Фізико-хімічні та технологічні показники сушених продуктів" визначені режими проведення процесу сушіння, які забезпечують максимальне зберігання основних показників якості вихідної сировини. Дослідженнями встановлено, що на відновлюваність сушених продуктів у змочувальній рідині впливають тип ФМ, температура сушіння, природа і розміри сировини, ефективний пористий простір (рис. 14). При цьому, якщо вплив типу ФМ позначається тільки на характері кінетики змочування, то інші перераховані чинники, впливають на загальну тривалість і максимальну величину ступеня відновлюваності . Так ступень відновлювання для будь якої сировини підвищується, якщо завантаження ФМ проводити з меншим ефективним пористим простором. Отримані комплексні дані щодо відновлюваності асортименту продукції рекомендовано використовувати при визначенні технології попе-редньої підготовки сировини і режимів сушіння.
Отримано емпіричне рівняння, що дозволяє визначати рівноважний вологовміст сушених продуктів з відносною похибкою, що не перевищує 15 %. Задовільна кореляція розрахованих величин рівноважного вологовмісту з експериментальними дозволила рекомендувати це рівняння для визначення раціональних режимів збереження продукції.
Встановлено, що процес ЗТП_ сушіння характеризується впливом, що щадить на склад біологічно активних речовин сировини, а за дією на _ каротин вплив спостерігається на рівні сублімаційного сушіння. Зниження втрат вітамінів при ЗТП_ сушінні (табл. 8), обумовлено низьким інтегральним температурним впливом на сировину, малою тривалістю процесу, а також тим, що сировина практично ізольована від інтенсивного впливу сушильного агенту і світла.
Таблиця 8
Відносні втрати біологічно активних речовин, % ±0,1
|
Сировина |
Температура сушіння, С |
||||
|
60 |
70 |
80 |
90 |
||
|
Картопля: Вітамін С |
7,2 5,6 45,0 44,0 |
6,0 5,5 44,0 44,0 |
6,2 5,0 45,0 42,0 |
8,3 6,8 49,0 50,0 |
|
|
, С |
|||||
|
Буряк: Вітамін С -каротин , С |
17,0 1,6 47,0 |
15,0 1,8 45,0 |
15,2 1,5 48,0 |
16,5 2,5 51,0 |
|
|
Морква: Вітамін С -каротин , С |
23,0 1,6 47,0 |
16,0 0,8 46,0 |
9,2 2,0 47,0 |
17,5 2,3 49,0 |
|
|
Гарбуз: Вітамін С -каротин , С |
20,0 1,1 43,0 |
12,0 0,7 43,0 |
14,2 2,5 44,0 |
16,0 3,0 48,0 |
Сушіння в ІФМ
Дослідження мікробіологічних показників сушеної продукції показали, що в процесі зберігання в герметичному упакуванні кількість мікроорганізмів зменшується, тому що немає активного середовища (вологи) для розвитку мікроорганізмів. Встановлені гранично припустимі температури сушіння, що забезпечують збереженість колірної гами продукції. Показано, що підвищення температури сушіння можливо тільки у випадку застосування перемінних режимів. Дослідженнями ремісійних властивостей встановлено, що з метою тривалого зберігання продукції її варто упаковувати у світлонепроникні полімерні матеріали під вакуумом.
У сьомому розділі "Раціональні режими та апаратурне оформлення ЗТП_ сушарок " наведено опис загальної технологічної схеми сушіння харчової сировини. Відзначено, що режими сушіння, реалізовані в установках ЗТП, характеризуються витратами енергії 3,1...3,3 МДж на 1кг вологи, що випаровується, а в перерахуванні на 1 кг сушеної продукції цей показник коливається в межах 7,5...24,0 МДж.
Виходячи з положення наукової концепції роботи, розроблено методику вибору раціональних режимів ЗТП_ сушіння. В основі цієї методики лежить аналіз впливу процесних чинників на якість готової продукції. При цьому спочатку визначається діапазон раціональних режимів за кожним чинником, а потім _ остаточний вибір раціонального режиму. Визначені режими дозволили скласти технологічні карти для ЗТП_ сушіння асортименту харчової сировини. Показано, що концепція методики розрахунку ЗТП_ сушарок повинна базуватися на уявленні про ФМ, як своєрідний тепло- масообмінний пристрій. Цей пристрій є окремою одиницею - “ сушарка в сушарці”. Тоді основною величиною, що вишукається та визначає розрахунок сушарки в цілому, є швидкість потоку повітря поблизу масообмінного зазору ФМ. Розроблено алгоритм розрахунку ЗТП_ сушарки і наведенио опис методики його застосування. Для зручності практичного застосування методика розрахунку ЗТП_ сушарок оформлена у вигляді програми для ПЕОМ у середовищі Мathcad.
Відзначено, що обов'язковою конструктивною приналежністю ЗТП_ сушарок є функціональна місткість для сировини. Тому кожне з інженерно-конструкторських рішень повинне забезпечити проведення ЗТП_ процесу тільки при дотриманні вимог, що безпосередньо відносяться до обраного типу функціональної місткості. Розроблено класифікацію ЗТП сушарок за типами ФМ, за способом теплопідводу й за характером роботи. Наведена класифікація дозволяє оцінити перспективу подальших досліджень даного способу сушіння. Відзначено, що особливий інтерес може представляти процес сушіння у масо- обмінних модулях при радіаційному теплопідводі (ІЧ_ і НВЧ_ випромінювання). Встановлено, що основною конструкторською задачею при розробці ЗТП_ сушарок безперервної дії є ефективне технічне рішення із трансформування ФМ у такі стрічки чи транспортери, що безупинно рухаються в рівнобіжних площинах. Для цих цілей варто орієнтуватися на конструкції двосторонніх і однобічних ФМ. Відзначено, що продуктивність безупинних ЗТП_ сушарок, віднесена на одиницю площі стрічки чи транспортера, у 2...3 рази вища, ніж у стандартних стрічкових сушарок, а їх універсальність відповідає виробництву асортименту продукції, що виробляється сушильними підприємствами.
У восьмому розділі "Виробничі випробування технології та техніки сушіння у масообмінних модулях" наведене техніко-економічне обґрунтування створення підприємства з виробництва високоякісних сушених продуктів на базі фермерських і індивідуальних господарств. Структура такого підприємства містить у собі: фермерські (індивідуальні) господарства, що виробляють сушені напівфабрикати на універсальних ЗТП_ сушарках з власної сировини; головне підприємство, що випускає готову продукцію. З урахуванням потужності електромереж у сільській місцевості, загальну потужність устаткування обрано таку, що не перевищує 30 кВт. Оскільки розбіжності у тривалості сушіння для вивченої сировини незначні, то відзначено можливість проводити процес зневоднювання ні по окремих групах сировини, а одночасно, складаючи з них необхідний набір при відповідних масових співвідношеннях. Тобто, за один цикл одержувати необхідний харчовий концентрат без операції дозування сушених компонентів.
Розроблену технологію можливо використовувати при виробництві:
порошків для пюре, натуральних напоїв і натуральних харчових барвників;
харчових концентратів перших, других страв і напівфабрикатів для десертів;
сушених напівфабрикатів високого ступеня готовності для організації харчування в особливих кліматичних і виробничих умовах;
напівфабрикатів швидкого готування для “бістро” і домашнього харчування;
добавок, сушених пряностей, продуктів харчування лікувально-профілак-тичної дії.
Наведено відомості про іспити сушильних установок, впроваджених у виробництво технологій і проектно-конструкторської документації. Показано, що конструкторські рішення ЗТП_ сушарок не вимагають видозмін допоміжних вузлів і є стандартними для сушильної техніки: вентилятор, привод конвеєра, теплопункт, система керування і контролю. Відсутні вузли, які б змінювали вимоги до техніки безпеки, погіршували екологічні показники устаткування чи висували особливі вимоги до виробничих приміщень і інфраструктури підприємства. Усе це підтверджує ефективність і перспективність застосування ЗТП _ технології для виробництва сушених харчових продуктів.
Висновки
1. Сформульовано гіпотезу до теорії сушіння, як до процесу тепломасообміну у штучних пристроях _ масообмінних модулях. Доведено, що штучні умови для утворення дисипативних структур можуть виключати чи істотно обмежувати негативну роль поверхні матеріалу в процесі масообміну. Встановлено, що для перевірки гіпотези необхідно використовувати масообмінний модуль, що утворює із зовнішнім середовищем активну границю розділу. Ідентифіковано два основних класи процесу зневоднювання: без зміни агрегатного стану води і сушіння. Визначено, що для сушіння необхідно застосовувати місткість, у якій розташовується сировина, що зневоднюється, _ функціональна місткість (ФМ). За цих умов об'єкт сушіння (ФМ з вологим матеріалом) минає стан з максимумом вільної енергії. Принципи створення таких штучних умов для процесу тепломасообміну при сушінні є основою формулювання наукової концепції роботи.
2. Досліджено кінетику та встановлено особливості сушіння окремих видів харчової сировини у ФМ. Встановлено, що усадка сировини під час сушіння в ІФМ призводить до погіршення теплообміну та блокуванню зневоднення. З метою зменшення пластичних властивостей окремих видів сировини запропоновано використовувати їх попереднє заморожування.
Знайдено, що тривалість сушіння в УФМ визначається температурою та швидкістю сушильного агенту. При швидкості сушильного агенту 4,0 …2,5 м/с тривалість сушіння більша майже на порядок за тривалість сушінням при швидкостях 10…15 м/с. Такий вплив швидкості сушильного агенту на процес сушіння у ФМ є універсальним та не залежить від природи вихідної сировини. Встановлено, що режим сушіння та геометричні розмірами ФМ є зовнішніми, а ступінь здрібнювання та ступень заповнення ФМ - внутрішніми чинниками, що обумовлюють кінетику і критичні особливості процесу сушіння харчової сировини у ФМ.
Встановлено, що кінетика сушіння в ФМ має три періоди: період нагрівання матеріалу і зростання швидкості сушіння; період максимальної швидкості сушіння; період убутної швидкості сушіння. При цьому перші два періоди є “чутливими” стосовно режиму сушіння і властивостей сировини.
3. Визначено, що кінетика температури сировини має дві характерні критичні точки, одна з яких є максимумом величини температури, а друга _ мінімумом. На положення цих точок у координатах температура - час (вологовміст) впливають як зовнішні, так і внутрішні чинники процесу сушіння. Отримано рівняння, які описують положення цих точок у залежності від швидкості сушильного агенту для різних видів харчової сировини.
Встановлено, що при сушінні у ФМ основний потік теплоти до зони випаровування вологи надходить через теплообмінну стінку ФМ. Рушійна сила переносу теплоти (градієнт температури) визначається її розсіюванням у зоні сировини де спостерігається максимальна інтенсивність випаровування вологи. Встановлено, що при сушінні у ФМ визначальними чинниками процесу теплопередачі є ефективний пористий простір та швидкість сушильного агенту. Доведено, що за умов сушіння у ФМ на зовнішній теплообмін не впливає процес масообміну, тому коефіцієнт тепловіддачі можна розраховувати за критеріальними рівняннями для теплообміну з твердою стінкою. Встановлено, що масообмінні зазори збурюють тепловий пограничний шар, тому для розрахунку числа Рейнольдса запропоновано використовувати поправку до швидкості сушильного агенту. Встановлено, що тільки за умов певної швидкості обтікання сушильним агентом масообмінного зазору може бути здійснено процес зневоднення сировини у ФМ.
Знайдено, що на протязі другого періоду сушіння випаровування вологи відбувається за рахунок накопиченої внутрішньої енергії сировини, а сам процес проходить через максимум вільної енергії. Доведено, що висока вологовбирна здатність сушильного агенту обумовлюється зростанням його ентальпії за рахунок теплоти, що надходить через стінку ФМ. Це обумовлює наближення витрат енергії на випаровування вологи при сушінні у масообмінних модулях до питомої теплоти пароутворення.
4. Запропонована термодинамічна модель процесу сушіння заснована на тому, що ФМ має два стани, один з яких хитливий з максимумом вільної енергії, а другий стійкий з мінімумом вільної енергії. Показано, що обидва стани не критичні стосовно температури (до 100С) і вологості (до 100%) сушильного агенту. Аналізом моделі встановлено, що у процесі сушіння не може існувати періоду постійної швидкості, а основними чинниками процесу є флуктуації зовнішнього середовища у масообмінному зазорі й усередині ФМ. Зовнішні флуктуації обумовлюються вихровою течією сушильного агенту поблизу массообмінного зазору, а флуктуації усередині ФМ - розвитком поверхні випару. Доведено, що розвиток поверхні випару визначає рівномірність зневоднювання і кінетику температури сировини по зонах. Встановлено, що конвекційна складова у загальному потоці пароповітряної суміші залежить від ефективного пористого простору та опору масообмінного зазору. За умов випаровування потік має упорядкований характер, а без випару _ вихровий.
ЯМР_ дослідженнями поводження вологи при сушінні встановлено, що вода минає три стійкі рівноважні стани, а перехід між цими станами визначає динаміку взаємодії води з сухою речовиною сировини.
За допомогою розробленої моделі сформульовано принципи сушіння у масообмінних модулях, пояснені всі особливості процесу, що доводить фізичну коректність моделі.
5. Встановлено, що на відновлюваність продукції впливає природа сировини, температура сушіння й ефективний пористий простір. Отримано рівняння для визначення кінетики і тривалості відновлюваності та обчислення рівноважних вологовмістів асортименту продукції.
Вплив процесу, що щадить на зміст біологічно активних речовин, обумовлений низькою інтегральною температурною дією на сировину, малою тривалістю процесу і відсутністю безпосереднього контакту з потоком сушильного агенту. Визначені гранично припустимі величини температури сушіння, що забезпечують збереженість колірної гами продукції. Величини цих температур коливаються в межах 70С… 85С та залежать від виду вихідної сировини. Визначено вимоги до пакувальних матеріалів для збереження сушеної продукції.
...Подобные документы
Застосування процесів сушіння у харчовій технології для зневоднення різноманітних вологих матеріалів. Його тепловий, гідравлічний та техніко-економічний розрахунок. Способи видалення вологи з матеріалів. Опис апаратурно-технологічної схеми сушіння.
курсовая работа [211,9 K], добавлен 12.10.2009Теоретичні основи процесу сушіння. Статика і кінетика сушіння. Розпилювальні, стрічкові, петльові і барабанні сушарки: технологічна схема, принцип дії, сфери використання. Комплексний розрахунок основного та допоміжного обладнання барабанної сушарки.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 24.03.2011Особливості процесу сушіння деревини. Камерне й атмосферно-камерне сушіння. Лісосушильна камера як об’єкт регулювання. Розрахунок контуру регулювання температури. Вибір та обґрунтування структури системи управління. Система команд мікроконтролера.
дипломная работа [4,3 M], добавлен 25.08.2010Закономірності сушіння дисперсних колоїдних капілярно-пористих матеріалів на прикладі глини та шляхи його інтенсифікації, а саме: зменшення питомих енергетичних затрат на процес, підвищення якості одержаного матеріалу та антропогенний вплив на довкілля.
автореферат [2,4 M], добавлен 11.04.2009Фізико-хімічна характеристика процесу, існуючі методи одержання вінілацетату та їх стисла характеристика. Основні фізико-хімічні властивості сировини, допоміжних матеріалів, готової продукції; технологічна схема; відходи виробництва та їх використання.
реферат [293,9 K], добавлен 25.10.2010Тепловий розрахунок конвективної тунельної сушильної установки: параметри горіння палива; визначення тривалості сушіння, розміру установки. Графоаналітичний розрахунок статики реального процесу сушіння в сушильному тунелі. Вибір допоміжного устаткування.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 09.12.2010Обґрунтування і вибір параметрів контролю, реєстрації, дискретного управління, програмного регулювання, захисту, блокування та сигналізації. Розроблення розгорнутої функціональної схеми автоматизації. Розрахунок програмного забезпечення проекту.
курсовая работа [693,8 K], добавлен 15.04.2014Вилучення нікеля із вторинної вольфрамвмісної сировини, зокрема зі сплаву ВНЖ-90. Реагент для вилучення невольфрамвмісних компонентів, визначення його оптимальної концентрації. Підготовка сировини до процесу вилучення, основні кінетичні параметри.
контрольная работа [2,2 M], добавлен 02.12.2009Розрахунок основного обладнання блоку гідроочистки дизельного палива установки Л-24-7 з розробкою заходів по підвищенню якості гідрогенізату. Фізико–хімічні основи процесу, характеристики сировини, каталізатора. Технологічні розрахунки реакторного блоку.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 03.12.2013Техніко-економічне обґрунтування методу виробництва та вибору сировини. Стадії технологічного процесу, фізико-хімічні основи і норми режиму виготовлення ячмінного солоду. Стандартизація і контроль якості, розрахунок обладнання і техніка безпеки.
дипломная работа [215,9 K], добавлен 16.07.2011Характеристика товарної продукції, сировини, основних і допоміжних матеріалів. Розрахунок витрат і запасів основної і додаткової сировини, тари, допоміжних та пакувальних матеріалів. Технохімічний контроль виробництва та метрологічне забезпечення.
дипломная работа [194,5 K], добавлен 28.11.2022Дослідження асортименту плавленого сиру "Дружба". Особливості хімічного складу, харчової та біологічної цінності. Технологічна схема виробництва плавлених сирів. Розрахунок норм витрат сировини та допоміжних матеріалів. Стандарти на готову продукцію.
курсовая работа [187,5 K], добавлен 27.05.2013Технічні вимоги до фанери загального призначення. Аналіз використання деревинних та клейових напівфабрикатів. Параметри установки ступінчатого тиску. Діаграма пресування фанери. Розрахунок втрат сировини в процентах на етапах технологічного процесу.
дипломная работа [198,5 K], добавлен 13.05.2014Огляд установки В2-ФПІ для здрібнювання м'ясної сировини, його принцип роботи. Порівняння обладнання різних видів машин для нарізання м’яса. Розрахунки процесу різання дисковими ножами. Правила експлуатації встаткування на харчових виробництвах.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 12.12.2013Характеристика деревинної сировини та її використання, вимоги до лущеного шпону. Схема технологічного процесу лущення деревини, підготовка сировини та її гідротермічна обробка. Обладнання і верстати для сортування шпону. Охорона праці на підприємстві.
курсовая работа [91,9 K], добавлен 31.05.2012Технологічний процес роботи автоматичної установки для сушіння вологого матеріалу сільськогосподарського призначення – бурячного жому. Застосування логічного мікропроцесорного контролера VIPA SYSTEM 200V, контури контролю та регулювання процесів.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 07.12.2011Загальне ознайомлення з організаційно-технологічною структурою ресторану "Альбатрос". Інженерно-технічне забезпечення, постачання, зберігання сировини, реалізація харчової продукції. Діагностика виробничих процесів в окремих цехах, відділеннях, ділянках.
отчет по практике [105,5 K], добавлен 20.12.2013Описання технологічного процесу обробки кишок. Розрахунок кількості сировини та готової продукції. Підбір та розрахунок технологічного обладнання для кишкового цеху. Організація контролю виробництва та вимоги до якості сировини і готової продукції.
курсовая работа [47,9 K], добавлен 17.06.2011Галузеві особливості технологій виробництва харчових продуктів. Паралельні технологічні потоки (по видах сировини), які поступово об'єднуються, а на кінцевій стадії трансформуються в один потік. Технології виробництва цукру, переробки м'яса та молока.
реферат [31,9 K], добавлен 13.04.2009Характеристика процесу каталітичного риформінгу. Опис технологічної схеми. Показники якості сировини та продуктів процесу. Обгрунтування вибору апаратів і обладнання. Розрахунок сепаратора низького тиску, фракціонуючого абсорбера та водяного холодильника.
курсовая работа [136,5 K], добавлен 19.02.2010
