Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СУШКИ КЕДРОВЫХ ОРЕХОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ

М.В. Бондаренко

ФБОУ ВПО Новосибирская государственная академия водного транспорта 630099, Новосибирск

Сушка кедрового ореха является одним из важнейших этапов, необходимых для его хранения. Необходимость сушки ореха обусловлена высоким содержанием влажности в орехе-сырце. Повышенная влажность в орехе приводит к потере качества зерен. Для устранения отмеченного недостатка необходимо извлечь излишнюю влагу из зерен ореха. В настоящее время для сушки ореха широко применяется термический способ, в основе которого лежит нагрев осушаемого материала. В результате повышения температур ряд полезных свойств ядер кедрового ореха теряется.

В нашем исследовании в качестве рабочего тела является высокоинтенсивный акусто-конвективный поток. Ключевым преимуществом предлагаемого способа сушки является отсутствие термической составляющей, вследствие чего кедровый орех сохраняет свои полезные свойства. Не менее важным преимуществом является уменьшение времени сушки. Проведенные эксперименты на акусто-конвективной сушильной установке (АКСУ) показали, что временные затраты по сравнению с традиционными способами сушки существенно меньше (до двух раз при одинаковой конечной влажности).

Основной задачей данной работы является сравнение нескольких способов сушки кедрового ореха.

Описание АКСУ. Принцип работы акусто-конвективной сушильной установки основывается на возникновении автоколебаний в сверхзвуковой нерасчетной струе вследствие ее взаимодействия с резонатором. Таким образом, в основе экспериментальной установки (рис. 1) по акусто-конвективной сушке лежит эффект Гартмана. Истекающая из сопла струя тормозится при попадании в резонатор, при этом возникает плоский скачок уплотнения, за которым давление потока возрастает, а скорость становится дозвуковой. В тот момент, когда давление потока и давление на входе резонатора сравняются, резонатор сам начинает испускать газовый поток. Сначала давление во встречном потоке больше, чем в основном, поэтому между соплом и резонатором одновременно существуют две газовые струи, сталкивающиеся в середине зоны между соплом и резонатором. По мере вытекания газа из резонатора давление в нем понижается, выходной поток ослабевает, а скачок уплотнения смещается в сторону резонатора. Фаза разгрузки резонатора закончится тогда, когда давление в резонаторе спадет до величины, меньшей по сравнению с давлением в основном потоке. Далее снова начинается фаза наполнения.

сушка орех акусто конвективный

Таким образом, в пространстве между соплом и резонатором существует непрерывно колеблющийся скачок уплотнения, меняющий свое положение в зависимости от соотношения давления в сталкивающихся потоках. Взаимодействие основного потока с периодически возникающим потоком резонатора приводит к пульсации газа между резонатором и скачком уплотнения. Эти колебания являются источником акусто-конвективных колебаний в осушаемом потоке [1].

Сушка кедрового ореха. Для выполнения экспериментов по сушке ореха было приготовлено несколько порций примерно одинаковой массы. Предварительно было проведено определение начальной влажности ореха. Для этого одна из порций ореха была подвергнута сушке в вакуумном сушильном шкафу при температуре 120 єС в течение 7 часов. В результате проведенного исследования была определена начальная влажность кедрового ореха, которая составила 52,27 %. Полученное значение начальной влажности принималось за опорное для остальных порций кедрового ореха.

Термо-конвективная сушка. Одна из порций кедровых орехов помещалась в термо- и влагопроницаемый контейнер. Сконструированный контейнер циллиндрической формы с кедровыми орехами помещался в центре сформировавшегося теплового потока, при этом один из торцов образца располагался вплотную к выходному сечению потока из тепловой пушки. Таким образом, термо-конвективный поток не только обдувал поверхность цилиндрической засыпки, но и проникал вглубь нее. Через заданный интервал времени образец вынимался из термо-конвективного потока, снимался с креплений и взвешивался (рис 2 (2)).

Термическая сушка. Следующим этапом было проведение эксперимента по выявлению влияния конвективной составляющей на процесс термо-конвективной сушки. Для этого порцию кедровых орехов поместили в стеклянную банку и поместили её в сушильный шкаф предварительно разогретый до 100 єС, температура в сушильном шкафу поддерживалась постоянной в автоматическом режиме. Приблизительно через каждые пять минут контрольная порция извлекалась из сушильного шкафа, и проводился замер массы контрольной порции орехов. Результаты представлены на рис. 2. (3).

Акусто-конвективная сушка орехов осуществлялась на рассмотренной ранее АКСУ. Параметры сформировавшегося акусто-конвективного потока с частотой 270 Гц и интенсивностью 183 дБ реализовывались при давлении в форкамере 6,2 атм. Контейнер с орехами помещался в рабочую часть АКСУ и через каждые 3 минуты подвергался взвешиванию на весах. Динамика изменения абсолютной влажности кедровых орехов показана на рис. 2 (1).

Для проведения оценки влияния скорлупы ореха на процесс сушки одна из порций ореха была расколота и разделена на две фракции: скорлупа и ядра. Скорлупка ореха и ядра по очереди помещались в тот же прямоугольный контейнер, что и целые кедровые орехи и подвергались сушке в АКСУ. В процессе сушки скорлупа остается равномерно распределенной по всему объему контейнера, также как и в случае сушки зерна кедрового ореха. Кривые сушки изображены на рис. 3.

На рис. 2 сведены вместе зависимости изменения влажности зерен от времени сушки на временном интервале от начала процесса экстракции до 1 ч 15 мин. В случае акусто-конвективного воздействия влажность можно описать выпуклой монотонно убывающей функцией, при термо-конвективном - функцией имеющей билинейный вид, а при термической сушке - вогнутой монотонно убывающей.

Рис. 2. Сравнительный график рассмотренных способов сушки.

1 -- акусто-конвективный способ, 2 -- термо-конвективный способ, 3 -- термический способ

Рис. 3. Сравнительный график сушки фракций ореха.

1 -- скорлупа, 2 -- ядра, 3 -- орехи целиком

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Розенберг Л.Д. Источники мощного ультразвука / Л.Д. Розенберг. -М.: 1976 г.

2. Федоров А.В., Жилин А.А., Коробейников Ю.Г Исследование процессов пропитки и сушки зернистого силикагеля//ИФЖ. 2011. Т. 84, №3. С. 897-906.

3. Жилин А.А., Федоров А.В. Физико-математическое моделирование процессов капиллярной пропитки пористых материалов//ПМТФ. 2009. Т. 50, № 1. С. 42-51.

Размещено на Allbest.ru