Исследование и разработка "безвакуумной" технологии сублимационной сушки плодов с использованием электротехнологий
Исследование процессов криогенного замораживания плодов рябины обыкновенной и аронии черноплодной. Кинетика сублимационной сушки под действием ультразвука в среде инертного газа. Обоснование технико-экономической эффективности разработанной технологии.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.07.2018 |
| Размер файла | 975,9 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/
Специальность 05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА «БЕЗВАКУУМНОЙ» ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ ПЛОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЙ
Анисимова Ксения Валериевна
Санкт-Петербург 2008
Работа выполнена на кафедре «Технологии и оборудование пищевых и перерабатывающих производств» в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»
Научный руководитель
кандидат технических наук, доцент Литвинюк Надежда Юрьевна
Официальные оппоненты
доктор технических наук, профессор Беззубцева Марина Михайловна
кандидат технических наук, доцент Дьячков Александр Яковлевич
Ведущая организация - ООО «Специальное конструкторское технологическое бюро - Продмаш» (СКТБ - Продмаш)
Защита состоится на заседании диссертационного совета Д220.060.06 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196601, Санкт - Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, ауд. 2 - 719.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.
Ученый секретарь диссертационного совета В.А. Смелик
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
сублимационный сушка ультразвук замораживание
Актуальность темы. Для нормальной жизнедеятельности человека огромное значение имеет система питания, создающая необходимые предпосылки для оптимального развития организма, поддержания его работоспособности, обеспечения долголетия.
Важнейшим условием сохранения здоровья является полноценное и регулярное снабжение организма всеми необходимыми микронутриентами: витаминами и минеральными веществами. Массовые обследования, проводимые Институтом питания РАМН, свидетельствуют о недостаточном потреблении витаминов и некоторых минеральных веществ у значительной части населения России.
Одним из путей повышения качества продуктов питания и совершенствования структуры питания населения является введение в рацион новых нетрадиционных видов растительного сырья, содержащих в своем составе сбалансированный комплекс белков, липидов, минеральных веществ, витаминов и обладающих высокими питательными, вкусовыми и лечебно-профилактическими свойствами. К наиболее перспективным видам нетрадиционного сырья относятся рябина обыкновенная и арония черноплодная.
Но ярко выраженная сезонность сельскохозяйственного производства овощного и ягодного сырья, сохранение высоких биологических свойств при хранении без специального оборудования не позволяют его использовать на протяжении всего года. Удаление влаги из растительного сырья путем сушки до влажности 4…4,5 % предоставит возможность хранения его в обычных условиях длительное время. Вслед за развитием отрасли в целом совершенствуются привычные и появляются новые методы производства сушеных продуктов. Большинство из них в разной степени сохраняют свойства исходного сырья. Поэтому, в таких условиях на первый план выходит степень натуральности, срок хранения и состав полезных макро- и микроэлементов в получаемой продукции.
По сравнению с другими методами сушки сублимация позволяет наиболее полно сохранить питательные и биоактивные вещества, цвет и аромат.
Цель настоящей работы состоит в исследовании и разработке «безвакуумной» технологии сублимационной сушки плодов с предварительным криогенным замораживанием и использованием электротехнологий.
В соответствии с поставленной целью предоставляется возможность решить следующие задачи:
- исследовать процессы криогенного замораживания плодов рябины обыкновенной и аронии черноплодной;
- исследовать кинетику сублимационной сушки плодов под действием ультразвука в среде инертного газа;
- разработать математические модели процессов криогенного замораживания и сублимационной сушки плодов под действием ультразвука в среде инертного газа;
- исследовать кинетику криогенного замораживания и сублимационной сушки обрабатываемых материалов на разработанной установке непрерывного действия с комбинированным энергоподводом;
- обосновать технико-экономическую эффективность разработанной технологии и оборудования.
Научная новизна. В результате работы:
- исследованы кинетические закономерности процессов криогенного замораживания и сублимационного обезвоживания плодов рябины обыкновенной и аронии черноплодной;
- разработан непрерывный способ «безвакуумной» сублимационной сушки плодов с предварительным криогенным замораживанием в едином цикле;
- разработаны математические модели процессов криогенного замораживания и сублимационной сушки плодов при комбинированном энергоподводе;
- обоснованы основные энергетические и технологические параметры и режимы работы установки с комбинированным энергоподводом для непрерывного криогенного замораживания и сублимационной сушки исследуемого продукта.
Практическая ценность работы определяется следующими основными результатами:
- разработан и испытан опытный образец экспериментальной непрерывно действующей установки УСС-НД-КЭ-З-01 производительностью 20 кг/ч по испаренной влаге, обеспечивающий эффективное выполнение фундаментальных и прикладных исследований;
- использование опытного образца в учебном процессе.
Реализация результатов исследований. Работа является продолжением исследований вопросов теории и практики сублимационной сушки, связана с решением прикладных вопросов технологии и проектирования, новых образцов сушильного оборудования.
Работа основана на обобщении результатов исследований аспиранта, выполненных самостоятельно и в содружестве с инженерами, учеными, технологами и специалистами Специального конструкторского технологического бюро «Продмаш» (Ижевск) и ФГОУ ВПО Ижевской государственной сельскохозяйственной академии.
Для разработки исходных требований к технологии сублимационной сушки на установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом на кафедре ТОППП ФГОУ ВПО Ижевской государственной сельскохозяйственной академии была разработана установка «УСС-НД-КЭ-З-01», на которой аспирантом исследованы кинетические закономерности сублимационного обезвоживания с предварительным криогенным замораживанием.
На защиту вынесены следующие положения:
- способ «безвакуумной» сублимационной сушки плодов с предварительным кристаллогидратным замораживанием в среде инертного газа, с введенными ультразвуковыми колебаниями на стадии сублимации и досушки и принудительным потоком газа через слой замороженного продукта;
- физический механизм криогенного замораживания и его математическое описание;
- физический механизм непрерывного процесса сублимационного обезвоживания плодов под действием ультразвука в потоке инертного газа, его математическое описание;
- высокоинтенсивная технология непрерывной «безвакуумной» сублимационной сушки, с предварительным криогенным замораживанием, и комбинированным энергоподводом в едином цикле.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей, в том числе основные положения работы доложены: на научно-практических конференциях: «Актуальные проблемы механизации сельского хозяйства», Ижевск, 2005 год; «Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве», Ижевск, 2006; «Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы», Ижевск, 2007; на всероссийском конкурсе научных работ аспирантов и молодых ученых, Казань, 2007.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 146 страницах основного текста, содержит 38 рисунков, 18 таблиц, список литературы содержит 150 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность работы, сформулирована цель исследований, раскрывается научная новизна, отмечена практическая значимость полученных результатов.
В первой главе проанализировано современное состояние энергосберегающей техники и технологии сушки плодов.
Проведенный анализ позволил установить:
- перспективность применения плодов рябины обыкновенной и аронии черноплодной в качестве пищевой добавки полифункционального назначения.
- принципиальное преимущество «безвакуумной» сублимационной сушки плодов под действием УЗИ в потоке инертного газа с предварительным криогенным замораживанием;
- необходимость дальнейших исследований процессов сублимационной сушки с предварительным криогенным замораживанием плодов;
- необходимость разработки технологии и оборудования с использованием криогенного замораживания, УЗИ и потока инертного газа;
- задачи диссертационной работы.
Во второй главе представлена технология для получения высококачественных сушеных плодов, в связи с этим выдвинута гипотеза о соединении в единый цикл технологии кристаллогидратного замораживания плодов с сублимационной сушкой в ультразвуковом поле.
Криогенное замораживание осуществляли на установке (рисунок 1), разработанной аспирантом.
Рисунок 1. Компоновочная схема лабораторной установки замораживания: 1-танк для хранения хладагента, 2-загрузка ягод, 3-система подачи двуокиси углерода, 4-сетка, 5-манометр, 6-термопара с мультиметром
Рисунок 2 Компоновочная схема лабораторной установки сублимационной сушки: 1- сушильная камера, 2-ягоды замороженные, 3-компрессор, 4-измеритель многоканальный с термопреобразователем сопротивления, 5-сетка, 6 - весы
Установка работает следующим образом. Из баллона 1 через редукторы высокого давления по газопроводу газообразная двуокись углерода поступает в криогенную камеру, где происходит контактное замораживание плодов при давлении 0,1-0,3 МПа и температуре -35…-40°С в течение 15 мин. Затем вентиль баллона 1 закрывается, поступление СО2 в камеру прекращается. В камере происходит падение давления, что свидетельствует о дальнейшем протекании процесса образования кристаллогидратов - твёрдых кристаллических веществ, напоминающих по внешнему виду спрессованный снег. Образуются путём внедрения в пустоты кристаллических структур, составленных из молекул воды и молекул газа. Они более рыхлые, чем обычный лед, неупорядоченное кристаллообразование мешает правильному росту кристаллов обычного льда, в результате не улетучиваются ароматические вещества, лучше сохраняется структура и химический состав продуктов. После стабилизации положения стрелки манометра 5 процесс считается завершенным. Контроль над температурой продукта производили термопарой с мультиметром 6.
Вынутый из криогенной камеры замороженный продукт немедленно пересыпается в сушильную камеру (рисунок 2), которая работает следующим образом.
Компрессором 3 инертный газ подается в нижнюю часть сушильной камеры. Включается пьезоэлектрический излучатель с ультразвуковым концентратором, в результате чего влага начинает испаряться. В материале поддерживается значительная разность температур. Инертный газ, проходя через слой материала отдает тепло продукту для удаления остаточной влаги, наблюдается понижение давления в верхней части колонны, с понижением давления интенсивность испарения увеличивается. При достижении требуемой конечной влажности процесс сушки прекращается и продукт выгружается.
В процессе сушки замерялись убыль массы плодов, изменение температуры и давления двуокиси углерода при прохождении через слой материала. Температура инертного газа, подаваемого в сушильную камеру, регулируется ГХМ. Для регистрации убыли массы использовались электронные автоматические весы.
На установке (рисунок 1) были выполнены исследования кинетики процесса криогенного замораживания ягод с последующей сублимационной сушкой.
На рисунке 3 приведены сравнительные срезы ягод при криогенном и шоковом замораживании, которое реализуется в воздушной среде, при теплообмене между теплонесущей средой (воздухом в камере) и хладагентом.
Рисунок 3 а - сравнительные срезы ягод рябины обыкновенной; б - сравнительные срезы ягод аронии черноплодной.
По ним видно, что при замораживании в потоке низкотемпературного инертного газа нарушение структуры наблюдается значительно меньше, образуются более мелкие кристаллы льда не повреждающие оболочку клетки.
Рисунок 4 Термограмма процесса замораживания аронии черноплодной
Рисунок 5 Термограмма процесса замораживания рябины обыкновенной
В результате изучения процесса замораживания аронии черноплодной (рисунок 4) установлено, что при криогенном замораживании по сравнению с шоковым, длительность процесса сокращается на 45,5%, а при замораживании ягод рябины обыкновенной (рисунок 5) время замораживания уменьшается на 41,7%. Процесс замораживания плодов аронии черноплодной по сравнению с плодами рябины обыкновенной происходит быстрее, это связано с различным содержанием сухих веществ. Продолжительность замораживания сокращается с уменьшением содержания сухих веществ.
На установке (рисунок 2) были выполнены исследования кинетики процесса сушки плодов при различных способах энергоподвода (рисунки 6,7).
Рисунок 6 Кривые сушки и скорости сушки плодов рябины обыкновенной при различных способах энергоподвода
Рисунок 7 Кривые сушки и скорости сушки плодов аронии черноплодной при различных способах энергоподвода
Проанализировав способы энергоподвода можно сделать вывод, что наиболее рациональным является комбинированный энергоподвод, который позволяет интенсифицировать процесс сублимационной сушки на 40 - 45 % для плодов рябины обыкновенной и на 45 - 50% для плодов аронии черноплодной.
Звуко - конвективная сушка плодов проводилась двуокисью углерода в диапазоне температур 0 - 20ъ С (рисунки 8,9).
Рисунок 8 Кривые сушки плодов рябины обыкновенной при различных температурах инертного газа
Рисунок 9 Кривые сушки плодов аронии черноплодной при различных температурах инертного газа
При сушке тем или иным способом тепловой обработки решающее значение имеет оценка качественных показателей готового продукта. Для сушки плодов основным показателем, определяющим качество продукта, является витамин С. Поэтому при исследованиях оценивали этот показатель в зависимости от тепловых нагрузок и временных характеристик процесса сушки.
В третьей главе приведена математическая модель процесса криогенного замораживания и сублимационной сушки плодов в поле УЗИ в среде инертного газа.
Рассмотрен процесс охлаждения ягоды в среде с постоянной температурой и с постоянным коэффициентом теплоотдачи на его поверхности. В начальный момент времени ф = 0 все точки ягоды радиусом r0=0,004 (м) имеют одинаковую температуру t0 = 20 °С. Предполагается, что форма высушиваемого материала максимально приближена к форме шара, избыточная температура для любой точки ягоды с постоянным коэффициентом температуропроводности а. Тогда дифференциальное уравнение теплопроводности ягоды в сферических координатах при отсутствии внутреннего источника тепла имеет вид:
(1)
с граничными условиями третьего рода:
на поверхности шара при r=r0
в центре шара при r=0 из условий симметрии задачи
и начальным условием: для
Решение уравнения (1) получено методом разделения переменных и имеет вид
(2)
где , , - критерий Фурье.
Число из формулы (2) является корнем трансцендентного уравнения
, (3)
где - число Био.,
При распределении тепла в центре ягоды, величина R=0. Тогда согласно первому замечательному пределу отношение для ограниченного числа корней .
С учетом вышеизложенного выражение (2) запишется в виде
. (4)
Наибольшую трудность при расчетах представляет фазовый переход, который сопровождается выделением энергии в виде тепла при переходе из жидкой фазы в твердую. Эта задача решена через энтальпию, а выделение энергии в процессе кристаллизации льда учтено при расчете усредненного коэффициента теплоемкости взвешенного состояния вещества, величина которого входит в усредненный коэффициент температуропроводности .
Процесс моделирования проведен в среде газа двуокиси углерода при температуре -40°С.
Далее рассмотрен процесс сублимационного обезвоживания в потоке инертного газа при температуре 10 °С с учетом подводимого УЗИ.
Принято, что газ вынужденно движется по трубе заполненной ягодами. Для движения газа характерен смешанный режим течения, который определен по критерию Рейнольдса (Re). Теплообмен сопровождается нагревом материала , который описывается уравнением (1) с переменным коэффициентом температуропроводности . Решение имеет вид (4). Для случая нагрева материала число уравнения (3) получено численно в математическом пакете программ Maple 9.
Плотность теплового потока от конвективного источника выражается законом Ньютона - Рихмана:
. (5)
В процессе сублимационной сушки происходит расход теплоты на сублимацию, которая определяется скоростью сублимации
(6)
Система дифференциальных уравнений тепло - и массопереноса в сферических координатах для ягод имеет вид:
(7)
Начальные условия: при u=u0 для
Граничные условия:
От системы дифференциальных уравнений выполнен переход к интегральному уравнению тепло - и влагообмена:
(8)
где - отношение объема к поверхности тела
Получено следующее решение:
(9)
где знак « - » соответствует оттоку теплоты.
Расчеты осуществлялись в математическом пакете программ Maple 9. Адекватность математической модели проверена, путем сравнения расчетных данных с экспериментальными по Фишера - Снедекора. Модель адекватна с надежностью 95%.
В четвертой главе изложено описание экспериментальной установки, методики экспериментальных исследований способа сушки и определения качественных показателей сушеных плодов.
Экспериментальные исследования проводили на установке УСС-НД-КЭ-З-01. На рисунке 10 показана принципиальная схема установки сублимационной сушки УСС-НД-КЭ-З-01 для обезвоживания ягод с комбинированным энергоподводом.
Установка состоит из камеры криогенного замораживания 23, сушильной камеры цилиндрической формы с источником ультразвука 7, ГХМ с вихревой трубой 24. В верхней части сушильной камеры расположен очиститель барабанного типа 20 с наружным электроприводом, включающий в себя электродвигатель 18 и два редуктора 17. В камере имеется спирально-конический циклон 1 для очистки инертного газа от кристаллогидратов.
В нижней части через затвор 11 камера соединена с выгрузным шнеком 13. Сушильная камера с УЗИ - энергоподводом и вводом инертного газа герметично соединена и включена в единую магистраль с компрессором 12. Режим подачи плодов контролируется и управляется субблоком управления (СУГХМ). Расход газа регулируется натекателем по сигналам СУАС.
Рисунок 10 Принципиальная схема установки УСС-НД-КЭ-З-01: 1 - Циклон спирально - конический; 2 - окно для выгрузки гидратов; 3 - дека для съема льда с конвейера; 4 - конвейер карусельного типа для перемещения гидратов; 5 - ролик; 6,11,22 - затворы; 7 - УЗИ излучатель; 8 -напуск инертного газа; 9 - бункер плавитель гидратов; 10 - привод шнека и конвейера; 12 - компрессор инертного газа; 13 - шнек выгрузки готового продукта; 14 - ременная передача; 15 - датчик давления и температуры; 16 - собирающая воронка; 17 - редуктор конический; 18 - привод; 19 - лоток для выгрузки гидратов; 20 -очиститель барабанный; 21 - лоток загрузочный; 23 - камера криогенного замораживания; 24 - газовая холодильная машина с вихревой трубой.
Для контроля рабочих режимов:
- по температуре - в сушильную колонну введен жгут с семью термопарами (ТП0, ТП100, ТП200, ТП300, ТП400, ТП500, ТП600), расположенными последовательно через каждые 100 мм, начиная с верхней части колонны с нулевой отметкой и заканчивая в нижней части на высоте 600 мм. Термопары подключены к субблоку управления (СУГХМ);
- по давлению - установка оснащена тремя датчиками ПМТ 6 (Р0, Р300, Р600), к которым подключены преобразователи 13ВТ3-003 и субблок управления агрегатом (СУАС);
- по влажности - в сушильную колонну опущен капроновый «чулок» для отбора пробы высушенных кусочков. Столб продукта, отобранного в капроновом «чулке», разрезали через каждые 100 мм на отметках 0, 100, 200, 300, 400, 500, 600, соответствующих уровням установки термопар ТП0, ТП100, ТП200, ТП300, ТП400, ТП500, ТП600 и определяли влажность по ГОСТ21103-75 в соответствующих точках W0, W100, W200, W300, W400, W500, W600.
Объект сушки. В качестве объектов сушки были взяты плоды рябины обыкновенной и аронии черноплодной, которыми заполнялась емкость питателя-дозатора.
Работа установки. Очищенные плоды через затвор 22 поступают в камеру криогенного замораживания, в которой происходит процесс взаимодействия сжатого газа с клеточной водой ягод при температуре -40 С. В результате взаимодействия образуются кристаллогидраты.
Продукт по загрузочному лотку 21 поступает в барабанный очиститель, где происходит отделение от кристаллогидратов. Данный процесс происходит при вращении барабана, скорость вращения барабана подобрана таким образом, чтобы ягоды находились в свободном падении (полете) внутри барабана. Это приводит к интенсификации процесса подсушки, так как увеличивается площадь воздействия инертного газа на каждую отдельно взятую ягоду, следовательно, уменьшается и вероятность слипания ягод между собой. Кристаллогидраты по лотку 21 расположенному снизу барабана направляются к конвейеру карусельного типа 4 и удаляются конвейером при помощи снимающей деки и выгрузного окна 2, откуда через затвор 6 попадают в бункер - плавитель 9. При нормальных условиях кристаллогидраты распадаются на воду и газ, который сжимается в компрессоре и подается в ГХМ с вихревой трубой 24. После разделения в трубе газовой холодильной машины холодный поток газа направляется в камеру криогенного замораживания. Теплый поток инертного газа подается на линию всасывания компрессора 12 для удаления остаточной влаги в сушильной камере.
Ягоды поступают в камеру криогенного замораживания, а затем в барабанный очиститель. Одновременно подают инертный газ при температуре 10ъ С в нижнюю часть сушильной камеры. При достижении продуктом в камере сушки уровня m100 включается источник УЗИ, под действием акустических колебаний процесс испарения жидкости с поверхности резко ускоряется. Инертный газ, проходя через слой продукта, отдает тепло ягодам для удаления остаточной влаги, в результате чего наблюдается понижение давления. С понижением давления интенсивность испарения увеличивается. В сортировальной камере происходит смешивание двух потоков, вследствие чего температура газа в сушильной камере понижается. Сублимированная влага взаимодействует с холодным инертным газом, процесс сопровождается с образованием гидратов. Газовая рабочая среда постоянно отсасывается компрессором через циклон, в котором освобождается от кристаллогидратов. В компрессоре инертный газ сжимается, в результате давление и температура газа повышаются. Процесс сушки идет непрерывно под воздействием ультразвука в принудительном потоке инертного газа. Электроэнергия, потребляемая установкой, тратится на перемещение инертного газа по системе с помощью компрессора, на работу ГХМ с теплофикационным циклом, а также на УЗИ.
Результаты замораживания и сушки плодов (по средним значениям влажности) отображены на рисунках 11, 12 и 13, 14, 15, 16.
Рисунок 11 Кривая замораживания плодов рябины обыкновенной
Рисунок 12 Кривая замораживания плодов аронии черноплодной
Рисунок 13 Кинетика процесса сублимационной сушки плодов рябины обыкновенной в среде инертного газа
Рисунок 14 Кинетика процесса сублимационной сушки плодов рябины в потоке инертного газа в поле УЗИ
Рисунок 15 Кинетика процесса сублимационной сушки плодов аронии черноплодной в среде инертного газа
Рисунок 16 Кинетика процесса сублимационной сушки плодов аронии в потоке инертного газа в поле УЗИ
Графический анализ рисунков 13 - 16, показывает, что процесс сублимационного обезвоживания можно разделить на 3 зоны: Н1 - зона сепарирования, Н2 - зона падения, Н - зона обезвоживания, делится еще на два участка: h1 - удаление свободной кристаллической влаги, h2 - удаление связанной влаги.
Важным критерием, по которому судят о работе оборудования, является качество конечного продукта. Для подтверждения целесообразности использования УСС-НД-КЭ-З-01 в технологии производства пищевых добавок из плодов нами было определено содержание аскорбиновой кислоты. По содержанию витамина С сублимированные плоды соответствуют требованиям, предъявляемым к высокопитательным пищевым продуктам.
Обработка экспериментальных данных проведена с использованием математического пакета Maple 9.0 и процессора электронных таблиц Excel в среде Windows. Результаты исследований по замораживанию аппроксимированы в виде неэлементарной функции полиномов третьей степени:
Рябина обыкновенная:
Арония черноплодная:
Результаты исследований по обезвоживанию продуктов аппроксимированы в виде неэлементарной функции полиномов четвертой степени:
Рябина обыкновенная:
Арония черноплодная:
Зависимости статистически проверены на адекватность по критерию Фишера - Снедекора. Модель адекватна реальному процессу с надежностью 95%.
В пятой главе приведены расчеты экономической эффективности от внедрения усовершенствованной технологии и разработанной установки с улучшенными качественными характеристиками. В основу расчета положено сопоставление приведенных затрат на единицу испаренной влаги при сравнении базовой установки УСС-НД-КЭ-Ж-01 и исследуемой УСС-НД-КЭ-З-01.
В результате расчета установлено, себестоимость продукции снижается на 12,24 руб./кг, экономия электроэнергии составляет 9%, годовой экономический эффект после внедрения установки УСС-НД-КЭ-З-01 превышает 562 тыс. руб. при сроке окупаемости капительных затрат менее, чем за 3,2 года.
ВЫВОДЫ
1. Установлено, что для повышения эффективности процесса сублимационного обезвоживания и снижения его энергоемкости перспективна «безвакуумная» технология производства сушеной плодово - ягодной продукции при условии соединения в единый цикл криогенного замораживания и сублимационной сушки при комбинированном энергоподводе.
2. На основе проведенных теоретических исследований предложен непрерывный способ «безвакуумной» сублимационной сушки плодов с предварительным криогенным замораживанием в едином цикле.
3. В соответствии с проведенными экспериментальными исследованиями кинетики процессов криогенного замораживания и сублимационного обезвоживания, для обеспечения высокой пищевой и биологической ценности высушиваемых плодов получены рациональные режимы проведения процесса:
- криогенное замораживание (tг = -40 )
- сублимационная сушка в ультразвуковом поле () в принудительном потоке газа (tг = 10 ).
4. Разработанные математические модели процессов криогенного замораживания и сублимационной сушки позволяют адекватно описывать процессы тепло - и массообмена в условиях комбинированного энергоподвода, строить изменение температуры и влажности продукта, рассчитывать время сушки при заданных условиях, управлять процессом сублимационной сушки без применения дорогостоящего эксперимента.
5. Разработан и изготовлен опытный образец энергосберегающей установки непрерывного действия для сублимационной сушки плодов производительностью по испаряемой влаге 20 кг/ч (УСС-НД-КЭ-З-01), снабженный системой управления, позволяющий реализовать «безвакуумную» технологию производства высококачественных продуктов.
6. Расчетный годовой экономический эффект составил 562 тыс. руб. при сроке окупаемости капительных затрат менее, чем за 3,2 года.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ
Сокращения
УЗИ - ультразвук;
КМ - компрессор;
ГХМ - газовая холодильная машина;
Индексы
дис. - диссоциация;
г - газ инертный;
Обозначения
Р - давление, МПа;
- коэффициент теплоотдачи, ;
- время, с;
t - температура, ;
- коэффициент теплопроводности, ;
W - влажность, %;
r - радиус плодов, м;
- плотность, ;
с - теплоемкость, ;
- скорость сушки, %/мин.
- коэффициент температуропроводности, ;
rf - теплота фазового перехода, ;
Н - высота колонны, мм;
Н1 - зона сепарирования, мм;
Н2 - зона падения, мм;
- коэффициент фазового превращения льда в пар;
u - влагосодержание;
- скорость сублимации, с-1;
Fo - число Фурье;
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ
1. Кожевникова (Анисимова), К.В. Теория адекватного питания / К.В. Кожевникова, В.В. Касаткин, Н.Ю. Литвинюк, И.Г. Поспелова // Вестник №3 (6). - Ижевск, 2005 - С. 17-19
2. Кожевникова (Анисимова), К.В Новые методы исследований электротехнологических процессов при переработке сельскохозяйственной продукции/ К.В.Кожевникова, И.Г.Поспелова, Н.Ю.Литвинюк, И.Ш. Шумилова, В.В. Касаткин // Актуальные проблемы механизации сельского хозяйства: материалы юбилейной научно-практической конференции «Высшему агроинженерному образованию в Удмуртии - 50 лет». - Ижевск, 2005 -С.240-246.
3. Кожевникова (Анисимова), К.В. Анализ существующих сушек / К.В Кожевникова, В.В. Касаткин, Н.Ю.Литвинюк //Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве: материалы Всероссийской научно-практической конференции. III том - Ижевск, 2006 -С. 107-110.
4. Кожевникова (Анисимова), К.В. Авангардное направление развития науки и техники ХХI века / К.В. Кожевникова, Н.Ю.Литвинюк// Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве: материалы Всероссийской научно-практической конференции. III том - Ижевск, 2006 -С. 190-194.
5. Кожевникова (Анисимова) К.В. Мембранные процессы / К.В. Кожевникова, Н.Ю. Литвинюк // Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве: материалы Всероссийской научно-практической конференции. III том - Ижевск, 2006 -С. 194-202.
6. Кожевникова (Анисимова), К.В. Способ сублимационной сушки в потоке ксенона / К.В. Кожевникова, Н.Ю.Литвинюк, А.Б. Анисимов //Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы: материалы Всероссийской научно-практической конференции III том - Ижевск - 2007. - С. 80-82.
7. Анисимова, К.В Сохранение урожая круглый год / К.В. Анисимова, В.В. Касаткин, И.Г. Поспелова // Картофель и овощи.- №8. - 2007. - С. 16.
8. Анисимова, К.В. Моделирование процесса криогенного замораживания плодов / К.В. Анисимова, Л.С. Воробьева, А.П. Ильин // Научный потенциал аграрного производства: материалы Всероссийской научно-практической конференции IV том - Ижевск - 2008. - С. 94 - 98.
9. Анисимова, К.В. Исследование «безвакуумной» сублимационной сушки плодов в поле УЗИ в потоке инертного газа / К.В. Анисимова, Н.Ю. Литвинюк, А.Б. Анисимов // Научный потенциал аграрного производства: материалы Всероссийской научно-практической конференции IV том - Ижевск - 2008. - С. 80 -85.
10. Анисимова, К.В. Способ криогенного замораживания для последующей сублимационной сушки в потоке инертного газа / К.В. Анисимова, Н.Ю. Литвинюк, А.Б. Анисимов // Хранение и переработка сельхозсырья. - № 9. - 2008. - С.39 - 41.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение способов получения экстрактов из плодово-ягодного и лекарственно-технического сырья, их достоинства и недостатки. Описание технологии получения сока из замороженных плодов и ягод клюквы и черноплодной рябины в аппарате с вибрационной тарелкой.
статья [62,9 K], добавлен 23.08.2013Расчет установки для сушки известняка. Обоснование целесообразности выбора конструкции аппарата с учетом современного уровня развития технологии, экономической эффективности и качества продукции. Выбор технологической схемы, параметров процесса.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.05.2015Описание технологии производства пектина. Классификация сушильных установок и способы сушки. Проектирование устройства для сушки и охлаждения сыпучих материалов. Технологическая схема сушки яблочных выжимок. Конструктивный расчет барабанной сушилки.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 19.11.2014Сущность и назначение процесса нагревания продукта под вакуумом (сублимации). Материальный и энергетический баланс процесса выпаривания. Навесные, валковые, просыпные или жидкостные магнитные сепараторы. Схема сушилки для сублимационной сушки продуктов.
контрольная работа [1020,3 K], добавлен 11.09.2010Установки для сушки сыпучих материалов. Барабанные сушила, сушила для сушки в пневмопотоке и кипящем слое. Установки для сушки литейных форм, стержней. Действие устройств сушильных установок. Сушила с конвективным режимом работы. Расчет процессов сушки.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 29.10.2008Устройство и принцип действия основного и дополнительного оборудования. Выбор и обоснование режимов сушки и влаготеплообработки. Расчет продолжительности цикла сушки, количества камер. Определение параметров агента сушки, а также расхода теплоты.
курсовая работа [139,6 K], добавлен 23.04.2015Расчет горения топлива и начальных параметров теплоносителя. Построение теоретического и действительного процессов сушки на I-d диаграмме. Материальный баланс и производительность сушильного барабана для сушки сыпучих материалов топочными газами.
курсовая работа [106,3 K], добавлен 03.04.2015Сущность процесса сушки. Расчет сушильной установки. Аппаратное обеспечение процесса сушки. Технологические основы регулирования сушилок с кипящим слоем. Определение момента окончания сушки по разности температур. Автоматизация сушильных установок.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 25.01.2011Сушильные устройства и режимы сушки керамических изделий. Периоды сушки. Регулирование внутренней диффузии влаги в полуфабрикате. Длительность сушки фарфоровых и фаянсовых тарелок при одностадийной и при двухстадийной сушке. Преимущества новых методов.
реферат [418,0 K], добавлен 07.12.2010Общая характеристика и принцип действия сушилки Т-4721D, предназначенной для сушки ПВХ. Теплообменные процессы в сушилке. Инженерный анализ технологического процесса как объекта автоматизации. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса сушки.
курсовая работа [52,7 K], добавлен 22.11.2011Лечебные свойства шиповника. Ботаническая характеристика, географическое распространение. Сырьевые запасы шиповника. Химический и витаминный состав плодов. Технология комплексной переработки плодов. Описание технологической схемы производства витамина С.
курсовая работа [39,0 K], добавлен 29.09.2008Сушка как способ удаления влаги. Характеристика сырья, химический состав продукта. Технологическая схема производства сушеных яблок, технические требования. Методы сушки яблок, лабораторные сушильные установки. Восстанавливаемость сушеных яблок.
курсовая работа [172,9 K], добавлен 04.06.2011Разработка автоматизированной системы регулирования стенда сушки промковшей ЭСПЦ ЧерМК ОАО "Северсталь". Монтаж оборудования и наладка программного обеспечения, проверка работы. Расчет затрат на модернизацию системы, оценка экономической эффективности.
дипломная работа [4,6 M], добавлен 22.04.2015Использование крыжовника, черной смородины и черноплодной рябины в качестве плодово-ягодного виноматериала. Методика усовершенствования традиционных приемов в технологии производства купажных вин, с учетом использования сырья, произрастающего на Алтае.
статья [412,7 K], добавлен 24.08.2013Современные методы сушки материалов, оценка их преимуществ и недостатков, используемое оборудование и инструменты. Определение основных материальных потоков, а также технологических параметров сушки. Расчет типоразмера барабана выбранной сушилки.
курсовая работа [540,6 K], добавлен 05.02.2014Устройство и принцип действия сушильной камеры ВК-4 и вспомогательного оборудования. Обоснование режимов сушки и влаготеплообработки древесины. Расчёт количества сушильных камер. Определение параметров агента сушки. Организация технологического процесса.
курсовая работа [599,7 K], добавлен 24.08.2012Исследование влияния различных видов сушильных агентов на эффективность сушки формовочных смесей и стержней. Расчет сушильного агрегата в процессе сушки стержня воздухом, проходимым через сушило. Теплотехнические основы сушильного процесса, теплообмен.
курсовая работа [4,5 M], добавлен 04.11.2011Выбор способа обработки и описание типа лесосушильной камеры. Режимы и продолжительность сушки. Выбор расчетного материала. Определение параметров агента сушки. Выбор и расчет конденсата отводчиков, калориферов, вытяжных каналов. Контроль качества сушки.
курсовая работа [46,5 K], добавлен 07.06.2010Устройство и принцип действия сушильной камеры CM 3000 90. Выбор и обоснование режима сушки и влаготеплообработки древесины. Определение количества сушильных камер и вспомогательного оборудования. Тепловой расчет процесса сушки. План сушильного цеха.
курсовая работа [540,7 K], добавлен 20.05.2014Расчет продолжительности сушки пиломатериалов и оборота камеры. Определение параметров агента сушки на входе в штабель. Составление схемы циркуляции агента сушки с выявлением участков сопротивления. Транспортировка сырых пиломатериалов в сушильный цех.
курсовая работа [396,5 K], добавлен 19.10.2012
