Наукові основи теорії та техніки сушіння харчової сировини у масообмінних модулях

6. Розроблено універсальну технологічну схему ЗТП_ сушіння харчової сировини та вимоги до операцій попередньої підготовки. Складено техноло- гічні карти раціональних режимів сушіння у масообмінних модулях.

Розроблено методику розрахунку сушарок з функціональними місткостями. Доведено, що обов'язковою умовою інженерно-конструкторських рішень є необхідність дотримання вимог до функцій масообмінного модуля. Вибір ефективного способу теплопідводу (у тому числі й радіаційного) та трансформація ФМ у стрічки, що рухаються, є основою для розробки промислових сушарок безупинної дії. За результатами досліджень визначено напрямки розвитку розробленої технології та техніки сушіння харчової сировини.

7. Розроблено техніко-економічне обґрунтування підприємства з виробництва високоякісних сушених харчових продуктів. У структуру підприємства входять фермерські і індивідуальні господарства, де виробляються сушені напівфабрикати, та головне підприємство, яке виробляє готову продукцію у вигляді наборів харчових концентратів, харчових фарбників тощо. Проведені іспити та впровадження у виробництво технологій, проектно-конструкторської документації і сушильного устаткування. Наявні відкликання й акти про впровадження результатів досліджень підтверджують ефективність і перспективність застосування технології і техніки сушіння у масообмінних модулях для виробництва сушених харчових продуктів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Симовьян С.В., Жуков В.В., Погожих Н.И., Благоразумова О.В. Влияние влажности мясных пищевых продуктов на технологические особенности их обработки в поле СВЧ// Общественное питание. К.: Техника, 1989. Вып.25. С. 67-71.

Применение метода ЯМР для исследования водного компонента пирожков печеных/ Жуков В.В., Погожих Н.И., Матяш Е.Т., Шильман Л.З., Постнова О.Н.// Общественное питание. К.: Техника, 1990. Вып.26. С. 105-108.

Сухой быстровосстанавливаемый картофель полуфабрикат высокой степени готовности/ Гришин М.А., Жуков В.В., Погожих Н.И., Кухарчук О.В.// Современные аспекты индустриализации общественного питания: Сб.научн.тр. Харьков: ХИОП, 1990. С. 92-94.

Исследование некоторых качественных показателей сухого высокопористого картофеля/ Гришин М.А., Жуков В.В., Погожих Н.И., Томашевская Р.Я. // Изв.ВУЗов. Пищевая технология. 1990.№1. С. 43-45.

Погожих Н.И., Червинский Г.Н. Исследование процесса сушки со смешанным теплоподводом//Технология и качество пищевых продуктов: Сб.научн.тр. Харьков: ХИОП, 1992. С. 10-14.

Гришин М.А., Погожих Н.И., Потапов В.А. Тепловая сушка творога//Прогрессивные технологии и формирование рыночных отношений в общественном питании: Сб.научн.тр. Харьков:ХИОП 1992. С. 57-60.

Исследование качественных показателей сушеных мясных полуфабрикатов высокой степени готовности/ Гришин М.А., Погожих Н.И., Потапов В.А., Шубина Л.Ю. //Прогрессивные технологии и формирование рыночных отношений в общественном питании: Сб.научн.тр. Харьков: ХИОП, 1992. С. 99-102.

Погожих Н.И., Потапов В.А. Экспериментальное моделирование сушки капиллярно-пористых тел со смешанным теплоподводом//Перспективы развития общественного питания: Сб.научн.тр. Харьков:ХИОП, 1993. С.40-42.

Гришин М.А., Погожих Н.И., Потапов В.А. Особенности кинетики СТП-сушки пищевых растительных материалов// Проблемы общественного питания на пути к рынку: Сб.научн.тр. Харьков: ХИОП, 1993. С. 167-171.

Погожих Н.И., Потапов В.А. Рациональные режимы и условия процесса СТПсушки овощей// Новые технологии пищевых производств и актуальные проблемы развития торговли и общественного питания: Сб.научн. тр. Харьков: ХГАТОП 1995. С. 228-230.

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

Погожих М.І., Потапов В.О., Сомов О.С. Реалізація процесу ЗТПсушіння на малогабаритній установці для виробництва високопористого, швидковідновлювального гарбуза//Розвиток масового харчування, готельного господарства і туризму в умовах ринкових відносин: Зб.наук.пр. Київ: КДТЕУ, 1996. С. 166-170.

Разработка рациональных режимов сушки крови убойных животных в зависимости от способа высушивания/ Евлаш В.В., Лерина И.В., Погожих Н.И., Розанова Е.Д. // Актуальні науково-методичні проблеми в підготовці спеціалістів вищої кваліфікаціїї для торгівлі і харчування : Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 1997. Ч. 1. С. 127-132.

Влияние степени заполнения функциональных емкостей на производительность процесса СТП сушки Черевко А.И., Погожих Н.И., Потапов В.А., Иващенко С. С./ // Актуальні науково-методичні проблеми в підготовці спеціалістів вищої кваліфікаціїї для торгівлі і харчування: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 1997. Ч.1. С. 157-161.

Погожих Н.И., Цуркан Н.М., Потапов В.А. Исследование процесса сушки материалов смешанным теплоподводом вблизи критических режимов// Актуальні науково-методичні проблеми в підготовці спеціалістів вищої кваліфікаціїї для торгівлі і харчування / Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 1997. Ч.1. С. 343-346.

Погожих Н.И. Основы технологии и техники сушки материалов смешанным теплоподводом // Актуальні науково-методичні проблеми в підготовці спеціалістів вищої кваліфікаціїї для торгівлі і харчування: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 1997. Ч.1. С. 358-361.

Погожих Н.И., Сомов А.С., Потапов В.А. Новая технология сушки пищевых продуктов// Придніпровський науковий вісник. Сер. “Машинобудування”. Дн: Наука і освіта. 1997. С. 1-3.

Новая технология сушки пищевых продуктов/ Черевко А.И., Погожих Н.И., Потапов В.А., Иващенко С.С. //Питание и общество. 1997. №3. С. 33-35.

Погожих Н.И., Цуркан Н.М., Потапов В.А. Изучение процесса СТП сушки модельного тела при переменных режимах// Прогресивні ресурсо- зберігаючі технології та їх економічна обгрунтованність у підприємствах харчування. Економічні проблеми торгівлі: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 1998. Ч.1. С. 108-111.

Погожих Н.И. Косвенный метод изучения кинетики конвективной сушки материалов // Прогресивні ресурсозберігаючі технології та їх економічна обгрунтованість у підприємствах харчування. Економічні проблеми торгівлі: Зб.наук. пр. Харків: ХДАТОХ. 1998. Ч. 1. С. 111-114.

Погожих Н.И., Потапов В.А., Цуркан Н.М. Анализ кинетики СТПсушки при переменных режимах// Прогресивні ресурсозберігаючі технології та їх економічна обгрунтованність у підприємствах харчування. Економічні проблеми торгівлі: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 1998. Ч.1. С. 117-120.

Погожих Н.И., Сомов А.С., Потапов В.А. Распределение статического давления на поверхности функциональной емкости// Прогресивні ресурсо- зберігаючі технології та їх економічна обгрунтованність у підприємствах харчування. Економічні проблеми торгівліі: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 1998. Ч. 1. С. 140-143.

Вміст та структура вологи у кулінарних виробах із ферментованого м'яса / Жуков В.В., Коваленко В.О., Леріна І.В, Погожих М.І. // Удосконалення технології та організації масового харчування готельного господарства і туризму: Зб.наук.пр. Київ: КДТЕУ, 1998. С. 108-111.

Цуркан Н.М., Погожих Н.И., Потапов В.А. Влияние степени заполнения функциональных емкостей на кинетику СТПсушки// Нові технології та удосконалення процесів харчових виробництв: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 1999. С. 171-174.

Погожих Н.И. Особенности тепломассообменных процессов при сушке смешанным теплоподводом// Нові технології та удосконалення процесів харчових виробництв: Зб.наук. праць_ Харків: ХДАТОХ, 1999. С. 204-208.

Цуркан Н.М., Погожих Н.И., Потапов В.А. Экспериментальный метод определения эффективных теплообменных характеристик капиллярно-пористых тел// Технологии в машиностроеннии: Весник ХГПУ. Харьков: ХГПУ, 2000. Вып. 89. С. 57-60.

Постнов Г.М., Погожих Н.И., Варыпаева Л.М. Разработка технологии производства пищевых концентратов и их применение// Прогресивні технології та удосконалення процесів харчових виробництв: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 2000. Ч. 1. С. 100-104.

Погожих Н.И., Сомов А.С., Потапов В.А. Гидравлические характеристики канала сушильного агента для СТПсушки // Прогресивні технології та удосконалення процесів харчових виробництв: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, _ 2000. Ч. 2. С. 16-20.

Погожих Н.И. Механизмы тепломассообмена при СТПсушке //Прогресивні технології та удосконалення процесів харчових виробництв: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ._ 2000. Ч. 2. С. 49-53.

Погожих Н.И., Цуркан Н.М., Потапов В.А. Влияние размеров функциональной емкости на продолжительность СТПсушки// Прогресивні технології та удосконалення процесів харчових виробництв: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 2000. Ч. 2. С. 134-137.

Гришин М.О., Погожих М.І., Потапов В.О. Модель процесу сушіння змішаним теплопідводом // Наукові праці: Зб.наук.пр. Одеса: ОДАХТ, 2001. Вип.22. С. 17-20.

Гришин М.А., Погожих Н.И., Потапов В.А. Модель динамического структурирования влаги в процессе сушки //Промышленная теплотехника. 2001. Т.23. № 4-5. С. 100-105.

Погожих Н.И. Образование диссипативных структур и температура материала в процессе сушки смешанным теплоподводом // Прогресивні ресурсозберігаючі технології та їх економічне обґрунтування у підприємствах харчування. Економічні проблеми торгівлі: Зб.наук.пр. Харків: ХДАТОХ, 2001. Ч. 1. С. 322-327.

Способ сушки картофеля : А.с. 1517902 СССР, МКИ А 23 В 7/03, А 23 L 1/216 / М.А. Гришин, Н.И. Погожих, В.В. Жуков (СССР)._ № 43001883/13; Заявл. 22.06.88; Опубл. 22.6.89, Бюл. №40. 3 с.

Пат. 2096962 РФ, МКИ⁶ А 23 В 7/03. Способ сушки пищевых продуктов: / Н.И. Погожих, В.А. Потапов, Н.М. Цуркан (Украина)._ № 94033280/13; Заявл.13.09.94; Опубл. 27.11.97.; Бюл. №33. 4 с.

Гришин М.А., Жуков В.В., Погожих Н.И. Влияние температуры на продолжительность сушки картофеля// Труды Всес. науч.-техн. конф. ”Проблемы влияния тепловой обработки на пищевую ценность продуктов питания” Харьков: ХИОП. 1990. С. 231-232.

Гришин М.А., Погожих Н.И., Шубина Л.Ю. Сушеное вареное мясо и его применение в общественном питании// Труды Всес. науч.-техн. конф. ”Проблемы влияния тепловой обработки на пищевую ценность продуктов питания”. Харьков: ХИОП 1990. С. 374-375.

Погожих Н.И. Технология и особенности процесса сушки со смешанным теплоподводом// Труды Всес. науч.-техн. конф. ”Разработка комбинированных продуктов питания. (Медико-биологические аспекты, технология, аппаратурное оформление, оптимизация)”. Кемерово:КемТИПП. 1991. С. 110-112.

Research of the drying process of materials by mixed heat transfer / Grishin M.A., Zhukov V.V., Pogozhih N.I., Potapov V.A. // Abstracts of Reports International conference “Heat and Mass Transfer in Technological Process”. Jurmala. 1991. P. 1315.

Гришин М.А., Жуков В.В., Погожих Н.И. Технология получения картофельного порошка// Труды Всес. науч.-техн. конф.”Механика сыпучих материалов”. Одесса: ОТИПП 1991. С. 210.

Гришин М.А., Погожих Н.И., Жуков В.В. Формирование структуры материала в процессе сушки// Труды 2-ого Междун. форума ”Тепломассообмен”. Киев: ИТТФ НАН Украины. 1992. С. 63-65.

Погожих Н.И. Динамический характер поведения влаги в полидисперсных системах при сушке// Труды 2-огоМеждун. форума ”Тепломассообмен”. Киев:ИТТФ НАН Украины. 1992. С. 217-219.

Погожих Н.И., Потапов В.А., Сомов А.С. Особенности производства сушеных быстровосстанавливаемых продуктов на сушильной установке со смешанным теплоподводом// Праці Міжн. наук.-пр. конф. ”Розвиток масового харчування, готельного господарства і туризму в умовах ринкових відносин”. Київ:КДТЕУ. 1994. С. 95.

Гришин М.А., Погожих Н.И., Потапов В.А. О механизме колебательного фильтрационного переноса в процессе сушки со смешанным теплоподводом// Труды Междун. конф ”Перспективы развития массового питания и торговли в условиях перехода к рыночной экономике”. Харьков:ХГАТОП 1994. С. 63-64.

Погожих Н.И., Потапов В.А. Исследование давления внутри материала при СТПсушке// Труды науч.-практ. конф. ”Потребительская кооперация в переходный период. Проблемы и перспективы”. Полтава: ПКИ. 1995. С. 86.

Влияние функциональных емкостей на кинетику СТПсушки/ Черевко А.И., Погожих Н.И., Потапов В.А., Иващенко С.С. // Праці ІХ Міжн. конф. ”Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв”. Частина 2. Одеса: ОДАХТ. 1996. С. 65.

Исследование равновесного состояния влаги в сушеных продуктах методами ЯМР/ Гришин М.А., Жуков В.В., Погожих Н.И., Потапов В.А. // Праці ІХ Міжн. конф. ”Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв”. Частина2. Одеса:ОДАХТ. 1996. С. 102.

Погожих Н.И., Цуркан Н.М., Потапов В.А. Інтенсифікація процесу ЗТПсушіння термостатуванням// Праці наук.-практ. конф. до 30-річчя ХДАТОХ ”Стан та проблеми розвитку торгівлі й харчування в Україні”. Харків:ХДАТОХ. 1997. С. 47-48.

Анотація

Погожих М.І. Наукові основи теорії та техніки сушіння харчової сировини у масообмінних модулях. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв. - Харківська державна академія технології та організації харчування Міністерства освіти і науки України, Харків, 2002.

Дисертацію присвячено розробці теорії сушіння у масообмінних модулях, теоретичному та експериментальному обґрунтуванню раціональних режимів виробництва асортименту сушених харчових продуктів. На підставі положень нерівноважної термодинаміки знайдено умови, за яких процеси тепло- і масообміну при сушінні можуть бути значно інтенсифіковані. Реалізувати ці умови запропоновано у масообмінному модулі, який є моделлю реальних пристроїв. У разі використання гарячого повітря, як теплоносія, цей пристрій названо функціональною місткістю (ФМ), а спосіб _ сушіння змішаним теплопідводом (ЗТП). Доведено, що ФМ із сировиною треба розглядати як об'єкт сушіння, а кінетика і критичні особливості процесу залежать як від зовнішніх, так і від внутрішніх чинників здійснення процесу. Встановлено, що гідродинаміка обтікання масообмінного зазору ФМ є визначальним чинником процесу. Термодинамічна модель процесу стверджує, що ФМ має два стани, один з яких хитливий з максимумом вільної енергії, а другий _ стійкий з мінімумом вільної енергії. Наведена модель формулює принцип сушіння у ФМ: створення зовнішніх умов для переходу системи зі слабовідкритого у відкритий стан; створення внутрішніх умов для підтримки нерівноваги на відрізку часу, достатньому для повного здійснення процесу. Перше стосується задач сушильної техніки, друге _ технології сушіння. Дослідженнями і впровадженнями у виробництво доведено високу ефективність ЗТП_ сушіння.

Ключові слова: масообмінний модуль, функціональна місткість, сушіння змішаним теплопідводом.

Аннотация

Погожих Н.И. Научные основы теории и техники сушки пищевого сырья в массообменных модулях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. - Харьковская государственная академия технологии и организации питания Министерства образования и науки Украины, Харьков, 2002.

Диссертация посвящена разработке теории процесса сушки в массообменных модулях, создания научной концепции расчетов сушилок с массообменными модулями, теоретическому и экспериментальному обоснованию рациональных режимов производства ассортимента сушеных пищевых продуктов. С этой целью выдвинута гипотеза о возможности и эффективности осуществления обезвоживания сырья через состояние с максимумом свободной энергии. На основании положений неравновесной термодинамики определены условия, при которых процесс тепло- и массообмена при сушке может быть значительно интенсифицирован. Реализовать все эти условия предложено в так называемых массообменных модулях, типы которых являются моделями реальных устройств. В случае использования горячего воздуха, как теплоносителя, эти устройства названы функциональными емкостями (ФЕ), а способ _ сушка смешанным теплоподводом (СТП). Приведена классификация типов массообменных модулей и видов функциональных емкостей. Изучением кинетики сушки пищевого сырья найдено, что основное влияние на сушку в индивидуальных ФЕ оказывает природа исходного сырья, а на сушку в двусторонних и односторонних ФЕ _ скорость и температура сушильного агента, геометрические размеры ФЕ, измельчение и степень заполнения ФЕ. Доказано, что ФЕ с материалом, который обезвоживается, следует рассматривать как объект сушки, а кинетика и критические особенности процесса зависят как от внешних, так и от внутренних факторов процесса. При этом если теплофизические свойства различных видов сырья, обезвоживаемого в ФЕ, близки, то продолжительность сушки не зависит от вида сырья. Этот факт обусловлен тем, что сам обезвоживаемый материал определяет лишь внутренние тепломассообменные характеристики объекта сушки. Получены уравнения для определения величины коэффициента теплопередачи в процессе сушки. Введены безразмерные комплексы, которые отображают влияние энтальпии поступающего во внутрь ФЕ сушильного агента и развивающегося пористого пространства за счет объемной усадки сырья. Доказано, что коэффициент теплоотдачи горячего воздуха можно рассчитывать как для “сухого” теплообмена. Установлено, что гидродинамика обтекания массообменного зазора ФЕ является определяющим фактором процесса сушки в массообменных модулях. Получено уравнение, отображающее феноменологическое требование к скорости потока воздуха вблизи массообменных зазоров ФЕ. Предложенная термодинамическая модель процесса сушки в массообменных модулях основана на том, что система “ФЕ + обезвоживаемый материал” имеет два состояния, одно из которых неустойчивое с максимумом свободной энергии, а второе устойчивое с минимумом свободной энергии. Первое состояние характерно для начального периода сушки и является чувствительным по отношению к условиям проведения процесса. Анализом модели установлено, что в процессе сушки не может существовать периода постоянной скорости или его продолжительность мала, а основными условиями протекания процесса являются флуктуации внешней среды вблизи массообменного зазора и в сырье внутри ФЕ. Введение функции развития поверхности испарения (диссипативных структур) дало возможность прогнозировать и выполнять численную оценку равномерности обезвоживания и кинетики температуры сырья по зонам. Полная физическая модель процесса формулирует принципы сушки в ФЕ: создание внешних условий для перехода системы из слабооткрытого в открытое состояние; создание внутренних условий для поддержания неравновесия на отрезке времени, достаточном для полного осуществления процесса. Первый принцип относится к задачам сушильной техники, второй _ к технологии сушки. С помощью модели объяснены такие особенности процесса, как блокировка, срыв и трансформация в конвективную сушку. Исследованиями показателей качества сушеной продукции установлено, что щадящее влияние процесса на содержание биологически активных веществ обусловлено низким интегральным температурным воздействием на сырье, малой продолжительностью и отсутствием непосредственного контакта с потоком сушильного агента. Определены предельно допустимые температуры сушки, которые обеспечивают сохранность цветовой гаммы продукции. Показано, что рациональные режимы сушки различных материалов характеризуются затратами энергии от 7,5 МДж до 24,0 МДж на 1 кг сушеного продукта. Разработано технико-экономическое обоснование создания предприятия для производства высококачественных сушеных пищевых продуктов. Ожидаемая прибыль 45000...50000 усл.ед. Срок реализации проекта _ 6...8 месяцев. Срок окупаемости капиталовложений _ 10...13 месяцев. Проведены испытания и внедрение в производство технологий, проектно-конструкторской документации и сушильного оборудования. Определены перспективные направления развития СТП_ технологий для производства широкого ассортимента пищевой продукции.

Ключевые слова: массообменный модуль, функциональная емкость, сушка смешанным теплоподводом.

Summary

Pogozhikh N.I. Scientific bases of the theory and drying techniques of food raw materials in masstransfer modules. _Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by specialty 05.18.12 _ processes and equipment of food, microbiologic and pharmaceutical productions. Kharkiv State Academy of Food Technology and Management Ukrainian Education and Science Administration, Kharkіv, 2002.

The thesis is devoted to elaboration of the theory of drying process in masstransfer modules, theoretical and experimental basing of rational processing of dried food assortment. On the bases of regulations irreversible thermodynamics found the conditions, with which the process of heat and masstransfer can be considerably intensified. It is proposed to effect these conditions in the so called masstransfer modules, which are the models of real devices. In the case of using of hot air as dryers agent this device is called functional capacity (FC) and the method _ drying by mixed heattransfer (MHT). It has been proved, that FC with the raw material, should be investigated as a drying object, and kinetics and critical peculiarities of the process depend both on external and internal factors of the process realization. It has been determined, that hydrodynamics of the flow masstransfer gap of FC is the attributive drying factor. Thermodynamics model of the drying process based on the fact, that FC has two conditions: one of which unstable with maximum of free energy the other one is stable with minimum of free energy has been suggested. The full physical model formulates the principle of the drying in FC: the creation of external conditions for transition of system from weak-open to open condition; creation of internal conditions for maintenance of unequilibrium on interim, which is sufficient for realization of the process to end. The first refers upon tasks of the drying engineering, the other one _ to the drying technology. By researches and inculcation's into production effectiveness MHT_ drying has been proved.