Етап 1: y(1) =f(ф) при x1 = 50 0C; 60 0C; 70 0C; x2, x3 ,x4 = const.

Етап 2: y(2) =f(ф ) при x2 = 20; 30; 40 мм; x1, x3, x4 =const.

Етап 3: y(3) =f(ф) при x3 = 2,5; 3,0; 3,5 м/с; x1, x2, x4 =const.

Етап 4: y(4) =f(ф) при x4 = 10/10; 13.5/7; 17/4 Гц/мм; x1, x2, x3 =const.

На основі експериментального висушування дробини до постійної маси в умовах трикратного повторення дослідів і збігу їхніх результатів у межах погрішності експерименту, були отримані криві сушки й криві швидкості сушки при варіюванні температури сушильного агента, навантаження на решето (початкової висоти шару), швидкості сушильного агента й параметрів вібрації, величини яких наведені в табл. 1.

На рис.8 наведені графічні залежності кінетики зміни вологості в процесі сушки пивної дробини Wc=f(ф). Криві містять явно виражену пряму ділянку від початку сушки до точки К1. У цьому періоді процес сушки проходить із постійною швидкістю й аналогічний процесу випарювання рідини з вільної поверхні. Аналогічні залежності були отримані для кожного з 4-х розглянутих етапів сушки.

Аналіз отриманих результатів указує на значний вплив на процес сушки температури сушильного агента й висоти шару продукту; менш ефективними факторами є швидкість сушильного агента й параметри вібрації решета.

За допомогою програми “Curve Expert 1.3” отримані емпіричні формули, що узагальнюють результати дослідів.

Отримані криві дозволяють визначити час сушки й поточний вологовміст продукту, але не дозволяють обрати раціональний режим, оскільки відсутній критерій вибору. У зв'язку з цим, у роботі запропоновані відносний коефіцієнт енергоспоживання; коефіцієнт пропорційності щодо продуктивності й висоти шару; показник умовної витрати електроенергії, які дозволяють обґрунтовано обирати раціональні режими процесу сушки пивної дробини.

З метою подальшого аналізу кінетики сушки пивної дробини здійснене графічне диференціювання кривих сушки й побудовані графіки швидкості сушки . Криві 1, 2, 3 при сушці дробини у псевдозрідженому стані мають горизонтальні ділянки постійної швидкості процесу, що відповідають інтенсивній сушці й похилі криві падаючої швидкості: більш високій температурі сушильного агента відповідає більша швидкість сушки в перший період протікання процесу. При досягненні критичної точки К1 швидкість починає падати, а криві всіх дослідів зближаються й асимптотично наближаються до значення рівноважного стану. Криві швидкості сушки дробини 2-го етапу досліджень (варіювання висоти шару продукту) практично не відрізняються інтенсивністю процесу від наведених вище: більш тонкий шар продукту висихає з більшою швидкістю.

Сполучення кривих сушки пивної дробини, отриманих у двох розглянутих режимах, в одну узагальнену криву за методом В. Красникова доводить сталість добутку швидкості й часу сушки Nф і спрощує розрахунки зміни вологовмісту як під час першого, так і під час другого періодів теплової обробки продукту.

У четвертому розділі „Розробка апаратурно - технологічної схеми та нормативного забезпечення процеса сушки пивной дробини в аеровіброкиплячому шарі„ представлена апаратурно-технологічна схема сушки пивної дробини, технічні вимоги на установку сушки пивної дробини, а також результати дослідження якості вологої й сухої пивної дробини.

Для оцінки впливу процесу сушки пивної дробини на її якісні показники був проведений аналіз хімічного складу пивної дробини, вміст у ній основних мікроелементів, а також амінокислотний склад вологої пивної дробини й сухої. Сушка здійснювалася при температурі сушильного агента t =600С; швидкості сушильного агента х = 3,0 м/с; параметрах вібрації: F =13,5 Гц, А =7 мм.

Порівняльний аналіз отриманих результатів показав, що сушка пивної дробини з використанням прийнятих параметрів процесу не погіршує якісних показників одержуваного продукту, тому що досліджувані показники, при перерахуванні на суху речовину, практично не змінюються.

З метою практичної реалізації результатів досліджень розроблена апаратурно-технологічна схема виробництва дробини пивної сухої; розроблені й затверджені Технічні умови ТУ В 15.9-01566067-103:2008 «Дробина пивна суха» і Технічні умови ТУ В 29.5-01566057-102:2008 «Установка для сушки дробини пивної».

Результати досліджень упроваджені: на ТОВ «Фірма ВІ-ВА ЛТД» (Розробка пакета нормативно-технічної документації на установку для сушки пивної дробини в аеровіброкиплячому шарі); на ЗАТ Дніпропетровський пивоварний завод «Дніпро» і ЗАТ Донецький пивоварний завод «САРМАТ» (дослідження результатів дослідження для розробки лінії сушки пивної дробини).

У п'ятому розділі „Визначення економічної ефективності від впровадження результатів наукових досліджень” визначена економічна ефективність від упровадження результатів досліджень на заводі-виготовлювачі устаткування для сушки пивної дробини й на пивзаводах Дніпропетровському і Донецькому. Впровадження результатів досліджень на заводі-виготовлювачі устаткування для сушки пивної дробини («Фірма ВІ-ВА ЛТД») дозволить одержати економічний ефект 138,0 тис. грн. на рік; на Донецькому пивзаводі «Сармат» і Дніпропетровському пивзаводі - річний економічний ефект 428,0 тис. грн. і 320,0 тис. грн. відповідно, при строках окупності 1,05 року й 1,16 року.

Висновки

У дисертаційній роботі запропоновано нове вирішення актуального наукового завдання щодо удосконалення процесу сушки пивної дробини в аеровіброкиплячому шарі:

1. З аналізу даних, висвітлених у науково-технічній літературі, слідує, що питання сушки пивної дробини в аеровіброкиплячому шарі вивчені недостатньо, відсутні відомості про вплив аеродинамічних і геометричних параметрів сушильних камер на структуру потоку, інтенсивність тепломасообміну й ефективність процесу сушки. Зазначена обставина свідчить про актуальність теми дисертаційної роботи.

2. Запропоновано модель процесу сушки шару пивної дробини. Моделювання за допомогою програмного комплексу ANSYS показало, що максимальна швидкість сушильного агента під шаром дробини має місце у випадку, коли товщина решітки - 2мм, отвори являють собою зрізані конуси із нижнім і верхнім діаметрами 4мм і 2мм відповідно, а крок має максимальне значення - 4мм.

3. У результаті моделювання показано, що для шару дробини товщиною 0,03м і більше період постійної швидкості сушки відсутній і відразу наступає період спадаючої швидкості сушки. У період спадаючої швидкості сушки вологовміст експоненціально змінюється протягом часу, що для пивної дробини практично збігається з експериментом і запропонованою математичною моделлю.

4. Запропонована модель процесу зневоднювання окремого зерна пивної дробини в псевдозрідженому стані дозволила врахувати реальну форму зерна й неоднорідність його капілярно-пористої структури, обумовлену наявністю скоринки. У випадку двошарового зерна при маленьких значеннях критерію Біо ( ), процес вирівнювання вологовмісту в зерні відбувається значно інтенсивніше за рахунок відводу вологи з поверхні й швидкість сушки залежить тільки від інтенсивності вологовіддачі.

5. Розроблено експериментальну модель установки для сушки пивної дробини й багатоканальна вимірювальна система, що дозволяють здійснювати фізичне моделювання процесів сушки.

6. Досліджено поводження частинок дробини у завислому шарі й показано, що створити стійке кипіння пивної дробини можна лише одночасним впливом на неї висхідного потоку теплоносія х = 3 м/с і коливань опорного решета із частотою

F= 13,5 Гц і амплітудою А =7 мм. Отримано криві псевдозрідження пивної дробини при різних висотах насипки продукту.

7. Експериментально досліджена кінетика сушки дробини у завислому шарі й отримані криві зміни вологовмісту й температури пивної дробини в процесі сушки при варіюванні температури сушильного агента, висоти шару дробини, швидкості сушильного агента, параметрів вібрації решета, швидкості сушки пивної дробини.

8. Отримано узагальнену криву сушки пивної дробини при різних режимах процесу. Показано сталість добутку швидкості й часу сушки Nф, що спрощує розрахунки зміни вологовмісту в певні періоди теплової обробки продукту в інтервалі вологовмісту пивної дробини Wc = 400…10%... Знайдено емпіричні залежності тривалості й швидкості сушки.

9. Запропоновано відносний коефіцієнт енергоспоживання; коефіцієнт пропорційності щодо продуктивності й висоти шару; показник умовної витрати електроенергії, які дозволяють обґрунтовано обирати раціональні режими процесу сушки пивної дробини.

10. Порівняльний аналіз хімічного й амінокислотного складу пивної дробини «до» і «після» її сушки з використанням прийнятих параметрів процесу показав, що якісні показники одержуваного продукту не погіршуються й при перерахуванні на суху речовину практично не змінюються. Загальний хімічний состав, зміст у дробині основних мікроелементів і амінокислотний склад дробини залишаються без змін.

11. Упровадження результатів досліджень: випуск устаткування для сушки пивної дробини на заводі-виготовлювачі («Фірма ВІ-ВА ЛТД») дозволить одержати економічний ефект 138,0 тис. грн. на рік; впровадження даного устаткування на Донецькому пивзаводі «Сармат» і Дніпропетровському пивзаводі «Дніпро» дозволить одержати річний економічний ефект 428,0 тис. грн. і 320,0 тис. грн. відповідно при строках окупності 1,05 року й 1,16 року.

Список опублікованих праць за темою дисертаціЇ

1. Гура О.В. Моделювання процесу сушіння окремої зернини пивної дробини в киплячому шарі продукту/ О.В. Гура, Н.М. Лавріненко, Г.І. Русланов, В.О. Сукманов //Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. - 2006. -№10 (104). - С.123-130.

2. Гура О.В. Використання програмного комплексу комп'ютерного моделювання ANSYS під час визначення параметрів сушіння пивної дробини. О.В. Гура, Н.М. Лавріненко, Г.І. Русланов, В.О. Сукманов. //Вісник ДонДУЕТ. - 2006. - №1 (29). - С. 87-103.

3. Гура О.В. Моделювання процесу дифузії твердих частинок у псевдо зрідженому шарі./ О.В. Гура., Н.М. Лавріненко //Зб.наук.праць. Одеса: ОДАХТ, 2006. - Вип. 28. - Т.2. - С.223-225.

4. Гура О.В. Моделювання процесу дифузії твердих частинок у псевдо зрідженому шарі. / О.В. Гура , Н.М. Лавріненко.// Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб.наук. праць. - Донецьк, ДонДУЕТ, 2006. - Вип. 14. - С.144-150.

5. Гура О.В. Використання програмного комплексу комп'ютерного моделювання ANSYS для визначення параметрів сушіння пивної дробини / О.В. Гура, Н.М Лавріненко, В.О. Сукманов. //Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. праць. - Донецьк, ДонДУЕТ, 2006. - Вип. 14. - С.137-144.

6. Патент України № 18742 на корисну модель. Пристрій для сушіння пивної дробини на вібруючий поверхні. / О.В. Гура, Г.І. Русланов, В.О. Сукманов, Н.М. Лавріненко. Опубл. 15.11.2006, Бюл. №11.

7. Гура О.В. Розробка моделі сушарки для експериментальних досліджень зневоднення пивної дробини / О.В. Гура, Г.І. Русланов, В.О. Сукманов, Н.М. Лавріненко //Обладнання та технології харчових виробництв: Темат.зб. наук. пр. - Донецьк, ДонДУЕТ, 2007.

8. Гура О.В. Сушіння пивної дробини для використання її в харчових технологіях / О.В. Гура, Г.І. Русланов, В.О. Сукманов, Н.М. Лавріненко //Матеріали 2-ї міжгалузевої міжнародної наук. - практ. конф. «Харчові добавки, Харчування здорової та хворої людини», 5-7 квітня 2007 р. - Донецьк: ДонДУЕТ, 2007. - С.304-306.

9. Гура О.В. Моделювання псевдозрідженного шару пивної дробини при її сушінні / О.В. Гура, Г.І. Русланов, В.О. Сукманов, Н.М. Лавріненко. // Обладнання та технології харчових виробництв : темат. зб. наук. пр. / Донец. держ. ун-т економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського. - Донецьк, 2007. - Вип. 17, т. 2. - С. 69-79.

10.V.A. Sukmanov, A.V. Gura Cercetгri Experimentare ale Procesului de Uscare a Malюului //15th GBU-International Conference on CONTROL, DEVELOPMENT and APPLIED INFORMATICS in BUSINESS and ECONOMICS Brasov, Romania, November 10-12, 2008, (CDAIBE`08), p. 344-350.

Анотація

Гура О.В. Сушка пивної дробини в аеровіброкиплячому шарі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв.- Донецький національний університет економіки і торгівлі імені Михайла Туган-Барановського, Донецьк, 2009 р.

У роботі розв'язані актуальні задачі з процесу сушки пивної дробини в аеровіброкиплячому шарі. Методами комп'ютерного моделювання у системі ANSYS отримані геометричні розміри решета, що забезпечують раціональні параметри процесу сушки, розроблена модель процесу зневоднення окремого зерна пивної дробини в псевдозрідженому стані, що враховує реальну форму зерна і неоднорідність його капілярно-пористої структури, обумовлену наявністю скориночки; показано, що в разі двошарового зерна при малих значеннях критерію Біо (), процес вирівнювання вологовмісту в зерні відбувається значно інтенсивніше за рахунок відведення вологи від поверхні.

Експериментально досліджена поведінка частинок дробини в зваженому шарі і показано, що створити стійке кипіння пивної дробини можна лише одночасною дією на неї висхідного потоку теплоносія і коливань опорного решета; отримані криві псевдозрідження пивної дробини при різних висотах насипання продукту. Експериментально досліджена кінетика сушки дробини в зваженому шарі й отримані криві: зміни вологовмісту і температури пивної дробини в процесі сушки при варіюванні температури сушильного агента; зміни вологовмісту і температури пивної дробини в процесі сушки при варіюванні навантаження (висоти шару); зміни вологовмісту і температури пивної дробини в процесі сушки при варіюванні швидкості сушильного агента; зміни вологовмісту і температури пивної дробини в процесі сушки при варіюванні параметрів вібрації решета; швидкості сушки пивної дробини.

Отримана узагальнена крива сушки пивної дробини при різних режимах процесу. Показана постійність добутку швидкості і часу сушки Nф, що спрощує розрахунки зміни вологовмісту в певні періоди теплової обробки продукту в інтервалі вологовмісту пивної дробини Wc = 400…10%. Знайдені емпіричні залежності тривалості і швидкості сушки. Запропоновані відносний коефіцієнт енергоспоживання; коефіцієнт пропорційності по продуктивності і висоті шару; показник умовної витрати електроенергії, які дозволяють обґрунтовано обирати раціональні режими процесу сушки пивної дробини.

Виконаний порівняльний аналіз хімічного і амінокислотного складу пивної дробини «до» і «після» її сушки показав, що якісні показники отримуваного продукту не погіршуються: загальний хімічний склад, вміст у дробині основних мікроелементів і амінокислотний склад дробини залишаються без змін. Результати досліджень упроваджені на підприємствах харчової промисловості та машинобудування із загальним економічним ефектом 886 тис. грн. за рік.

Ключові слова: пивна дробина, сушка, аеровіброкиплячий шар, моделювання, раціональні параметри процесу.

Аннотация

Гура А.В. Сушка пивной дробины в аэровиброкипящем слое. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и оборудования пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. - Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского, Донецк, 2009 г.

В диссертационной работе решены актуальные задачи сушки пивной дробины в аэровиброкипящем слое, определению рациональных параметров процесса и соответствующего технологического оборудования.

Предложена математическая модель процесса сушки слоя пивной дробины. Моделирование с помощью программного комплекса ANSYS показало, что максимальная скорость сушильного агента под слоем дробины имеет место в случае, если толщина решетки 2мм, отверстия представляют собой срезанные конусы с нижним и верхним диаметрами 4мм и 2мм соответственно, а шаг имеет максимальное значение - 4мм.

В результате моделирования показано, что для слоя дробины толщиной 0,03м и больше период постоянной скорости сушки отсутствующий и сразу наступает период ниспадающей скорости сушки. В период ниспадающей скорости сушки влагосодержание экспоненциально изменяется с течением времени.

Предложенная модель процесса обезвоживания отдельного зерна пивной дробины в псевдоожиженном состоянии и использование компьютерных методов моделирования позволили учесть такие важные факторы, как реальная форма зерна и неоднородность капиллярно-пористой структуры зерна, обусловленную наличием корочки. Показано, что в случае двухслойного зерна при малых значениях критерия

Био (), процесс выравнивания влагосодержания в зерне происходит значительно интенсивнее за счет отвода влаги от поверхности.

Экспериментальными методами исследовано поведение частиц дробины во взвешенном слое и показано, что создать устойчивое кипение пивной дробины можно лишь одновременным воздействием на нее восходящего потока теплоносителя и колебаний опорного решета. Получены кривые псевдоожижения пивной дробины при различных высотах насыпки продукта.

Экспериментально исследована кинетика сушки дробины во взвешенном слое и получены кривые: изменения влагосодержания и температуры пивной дробины в процессе сушки при варьировании температуры сушильного агента; изменения влагосодержания и температуры пивной дробины в процессе сушки при варьировании нагрузки (высоты слоя); изменения влагосодержания и температуры пивной дробины в процессе сушки при варьировании скорости сушильного агента; изменения влагосодержания и температуры пивной дробины в процессе сушки при варьировании параметров вибрации решета; скорости сушки пивной дробины.

Получена обобщенная кривая сушки пивной дробины при различных режимах процесса. Показано постоянство произведения скорости и времени сушки Nф, что упрощает расчеты изменения влагосодержания. Найдены эмпирические зависимости продолжительности и скорости сушки.

Предложены относительный коэффициент энергопотребления; коэффициент пропорциональности по производительности и высоте слоя; показатель условного расхода электроэнергии, которые позволяют обоснованно выбирать рациональные режимы процесса сушки пивной дробины.

Сравнительный анализ химического и аминокислотного состава пивной дробины «до» и «после» ее сушки показал, что качественные показатели получаемого продукта не ухудшаются. Результаты исследований внедрены на предприятиях пищевой промышленности и машиностроения с общим экономическим эффектом 886 тыс. грн. в год.

Ключевые слова: пивная дробина, сушка, аэровиброкипящий слой, моделирование, рациональные параметры процесса.

Summary

Gura A.V. Beer pellet drying in an aerovibration-agitated layer. - Manuscript.

Thesis for a scientific degree of a Candidate of Technical Sciences in speciality 05.18.12 - processes and equipment for food, microbiological and pharmaceutical industries. - Donetsk National University of Economics and Trade named after Mykhailo Tugan-Baranovsky, Donetsk, 2009.

The work gives solution to very topical problems related to the perfection of beer pellet drying in an aerovibration-agitated layer. Modeling methods in ANSYS system allowed to gain sieve geometrical sizes providing rational parametres for drying process, to design a model of dehydration process of a beer pellet separate grain in pseudo-fluidized condition; there has been shown that the process of grain moisture content alignment occurs much more intensively due to moisture drain from the surface in case of two-layer grain at Bio criterion low values (). The

behaviour of pellet particles in a weighed layer has been experimentally investigated; there have been obtained pseudo-fluidization curves for beer pellet at different product thickness, kinetics of pellet drying in a weighed layer and dependences of moisture content changes and beer pellet temperatures in the course of drying under variable temperature range of a drying agent, layer thickness, drying agent velocity, sieve vibration parametres, speed of beer pellet drying. There has been received a generalized curve of beer pellet drying under various process conditions. The research results have been introduced at enterprises of food-processing and machine-building industries with total economic benefit of 886,000 hrv. per year.

Keywords: beer pellet, drying, aerovibration-agitated layer, computer modeling, moisture, process rational parametres.

Размещено на Allbest.ru