О вторичных явлениях при микроволновой сушке продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ташкентский химико-технологический институт

Ургенчский государственный университет

О ВТОРИЧНЫХ ЯВЛЕНИЯХ ПРИ МИКРОВОЛНОВОЙ СУШКЕ ПРОДУКТОВ

Артиков Аскар, Доктор технических наук, профессор кафедры

Машарипова Зулхумор Атабековна, PhD по техническим наукам, доцент

Бобоёров Равшан Атабекович, Кандидат технических наук, доцент

Мадрахимова Муаззам Кенжа кизи, тютор

Аннотация

сверхвысокий частота электромагнитный колебание

В статье рассматриваются вопросы о использование энергии электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты в промышленности. В основном токи СВЧ применяются в технологических процессах, использующих свойство веществ активно поглощать энергию.

Важным преимуществом СВЧ-нагрева является возможность практического применения новых необычных видов нагрева, например, избирательного, равномерного, сверхчистого, саморегулирующегося.

Важной особенностью микроволновой сушки является то, что на первом этапе сушки почти 40% влаги в высушиваемом материале выделяется свободно, и эту жидкость можно использовать в производстве сока.

В статье обобщены результаты экспериментальных исследований, показывающих, что микроволновая сушка удаляет большое количество влаги в жидком состоянии.

Также приведены результаты процесса высушивания дыни в аппарате микроволновой сушки. Эксперименты проводились на образцах дыни с промежуточным хранением не больше двух месяцев.

Ключевые слова: сушка, сверхвысокочастота, энергия, влага, микроволновая сушка, тепломассообмен, процесс

Введение

Сушка - это операция, заключающаяся в удалении свободной воды и части связанной воды без воздействия на химическую структуру растительного сырья.

Целью этого процесса является снижение веса и минимизация рисков многих нежелательных химических изменений.

Сушка приводит в действие сложное явление тепломассопереноса. Отсюда и разнообразие режимов сушки и моделей. Они направлены на снижение содержания влаги и активности воды до безопасных пределов, которые продлевают срок хранения, сводят к минимуму потребность в упаковке, а также уменьшают вес при транспортировке. Поэтому этот метод широко используется для обезвоживания пищевых продуктов, таких как овощи, фрукты, специи, зелень и другие продукты.

Для фруктов и овощей применялись различные традиционные методы сушки, в том числе солнечная сушка, сушка горячим воздухом, сублимационная сушка и микроволновая сушка. Однако большинство из этих методов сушки требует длительного времени сушки и чрезмерного расхода энергии, что приводит к нежелательному качеству дегидратированных продуктов [1, 7, 10].

В пищевой промышленности возникли целые отрасли с использованием энергии электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты. В основном токи СВЧ применяются в технологических процессах, использующих свойство веществ активно поглощать энергию.

СВЧ-нагрев следует отнести к новому виду энергосберегающей электротехнологии благодаря следующим преимуществам по сравнению с обычным температурным нагревом:

-тепловая безинерционность, т.е. возможность практически мгновенного включения-выключения теплового воздействия на обрабатываемый материал;

- высокий КПД преобразования СВЧ энергии в тепловую (90%);

- возможность осуществления избирательного, равномерного, быстрого нагрева;

- экологическая чистота нагрева;

- высокое бактерицидное действие.

О методиках исследования вторичных явлений воздействия СВЧ энергии при микроволновой сушке продуктов [9,10]

В статье на основе системного мышления [2,3,5] анализирована СВЧ сушильная установка.

В промышленности для осуществления процесса сушки продуктов применяются в основном естественный способ, конвективные, тепличные, камерные сушилки, которые работают с использованием солнечной и электрической энергии высокой температуры и обладают рядом существенных недостатков: большие габариты и металлоемкость, сложность обслуживания и ремонта, большие тепло- и энергетические затраты, минимум сохранности биологически активных веществ в составе конечного продукта и т.п.

Уточнению анализа способствует предложенная в последнее время методология системного мышления [3,6] развивая методов многоступенчатого моделирования процесса сушки материалов в СВЧ сушильной установки

В целом, системное мышление в анализе и синтезе системы СВЧ сушильной установки выполняются в следующей последовательности по методу приведенной в [3,4, 8]:

Первый этап (системное мышление и анализ)

· предварительно изучается выбранный объект СВЧ сушильная установка, включающий элемент (тело - система) и процесс. Формируются требования к системе, процессу и энергии в системе;

· определяются входные и выходные параметры, как системы, так и исследуемого процесса.

Второй этап (определение взаимосвязи параметров)

Определение взаимосвязи параметров СВЧ сушильной установки, это требует углубления исследований в систему, тогда, определяются элементы - подсистемы.

Третий этап (Выбор оптимального решения)

Здесь уточняются и конкретизируются требования СВЧ сушильной установки на основе системного анализа. Выбираются критерии оптимизации, как для первичной системы, так и для подсистем каждой иерархической ступени. Выбирается способ поиска оптимального решения. Определяется оптимальное решение.

На основе такого мышления разработана методика анализа, математического и компьютерного моделирования, где поэтапно составлены математические модели под процессами в каждом квазиаппарате.

В первом иерархическом уровне рассматривается СВЧ сушильная установка в виде системы с процессом сушки материала в ней, определяются входные и выходные параметры системы (рис.1)

Рис. 1 Входные и выходные параметры СВЧ сушилки

Во второй иерархической ступени учитывается, что СВЧ сушильная установка состоит из элементов подвода энергии, нагревающего агентов - материал с водой, рабочей зоны и зон отвода агентов.

Третьей иерархической ступени длинную рабочую зону СВЧ сушильной установки можно представить многоквазиаппаратным, можно представить, квазиаппарат СВЧ энергии, материала и воздуха.

В четвертой иерархической ступени материал может быть разделён на элементы -квазиаппараты, это кусочки или частички.

В пятой иерархической ступени каждый элемент - кусочки или частички состоит из квазислоёв (рис.2)

Рис. 2 Иерархическая структура СВЧ сушильной установки

Рассматривая элемент четвертой иерархической ступени -- это высушиваемый материал, определено ещё одно важное преимущество воздействия СВЧ энергии, что показывает возможность практического применения его нового свойства.

Еще одной важной особенностью микроволновой сушки является то, что на первом этапе сушки почти 40% влаги из высушиваемого материала выделяется свободно, и эту жидкость можно использовать в производстве сока.

Практические опыты проведенные на лабораторной установке показали, что микроволновая сушка удаляет большое количество влаги в жидком состоянии.

Для уточнения этого свойства на ходу подготовки лабораторной установки был подобран и подготовлен эксприментальный материал. Следовательно, было выявлено воздействия СВЧ энергии в аппарате микроволновой сушке продукта дыня по выдавливанию воды.

Эксперимент проводился на образцах дыни с промежуточным хранением не больше двух месяцев.

Для проведения эксперимента образцы дыни промывали, очищали от кожуры (вручную), а затем нарезали на ломтики толщиной 3х5х5 мм, каждый ломтик имел вес (2 ± 0,20) г.

Эксперимент проводился в Ташкенте в ноябре месяце (температура окружающей среды 12°C ± 2 и влажность воздуха 40 ± 5 %). Для каждого режима сушки использовали образцы весом 381 г и 400 г.

Эксперипентальный материал - дыня устанавливался на врашающийся лабораторный поднос. С помощью весов взвешенный материал в определенной массе, помещается в микроволновую печь и передается энергия в течение периода времени, определенное с помощью компьютерной модели [2,4].

С завершением передачи времени энергии температура, масса и количество жидкости, выделившейся из образца в устройстве, взвешиваются с помощью весов. После снижения температуры материала до 50°С отделившуюся жидкость и массу повторно измеряют, снова помещают в микроволновую печь и проводят процесс сушки через заданный интервал времени.

Включение энергии осуществлялось дискретно. При достижении намеченной температуры экспериментального высушиваемого материала подача энергии выключалась. Наблюдались и записывались показатели температура и масса материала до и после естественного охлаждения. Результаты приведены в табл.1.

Таблица 1

Результаты, полученные при воздействии СВЧ энергии к дыне размером 3х5х5 мм

Результаты исследований показывают, что на первой стадии процесса сушки из высушиваемого материала выделяется большое количество сока. При сушке 381 граммов дыни в микроволновой печи в течение 720 секунд выделилось 150 мл дынного сока. Всего вовремя перработки экспериментальной дыни было удалено 284 г влаги.

Для испаривания в сушилке затрачена энергия на 134 г воды. Таким образом при высушивании дынного продукта в микроволновой сушилке экономия микроволновой энергии составляет почти в два раза меньше.

Чтобы избежать трату энергии следует вывести сок из сушилки. Полученным с помощью этого способа высококачественый сок можно использовать в пищевом промышленности. Блогадаря эффективности СВЧ энергии сокращаются числа микроорганизмов в соке, тем самым прекращается размножения бактерий.

При высушивании на микроволновой сушке продукта, содержащего большое количество влаги, происходит значительное механическое удаление жидкости от её начального объёма. Удаляемая жидкость, при этом, не требует испарения, поэтому обезвоживание продукта осуществляется при минимальных энергозатратах, в свою очередь, увеличивает производительность процесса сушки. К тому же, жидкость, выдавленная из высушиваемого продукта, также является самостоятельным продуктом, который может быть использован должным образом.

Вывод

Уточнению анализа способствует предложенная в последнее время методология системного мышления [1,3] развивая методов многоступенчатого системного анализа и моделирования процесса сушки материалов в СВЧ сушильной установки.

Рассматривая элемент четвертой иерархической ступени -- это высушиваемый материал, определено ещё одно важное преимущество воздействия СВЧ энергии, что показывает возможность практического применения его нового свойства.

Практические опыты проведенные на лабораторной установке показали, что микроволновая сушка удаляет большое количество влаги в жидком состоянии. Для уточнения этого свойства на ходу подготовки лабораторной установки был подобран и подготовлен эксприментальный материал. Проведено воздействия СВЧ энергии продукту дыня в аппарате микроволновой сушке по выделению воды.

Следовательно, еще одной важной особенностью микроволновой сушки является то, что на первом этапе сушки почти 40% влаги из высушиваемого материала выделяется свободно, и эту жидкость можно использовать в производстве сока.

Таким образом при высушивании дынного продукта в микроволновой сушилке экономия микроволновой энергии составляет почти в два раза меньше. Блогадаря эффективности СВЧ энергии сокращаются числа микроорганизмов в соке, тем самым прекращается размножения бактерий, сок можно использовать для других целей. Полученные результаты будут отражены для дальнешего системного мышления составлением математических и компьютерных моделей сушки при воздействия СВЧ энергии.

Используемые литературы

1. Н.Ф. Ушакова, А.Г. Кудряшова, В.В. Касаткин. Опыт применения СВЧ-энергии при производстве пищевых продуктов.//Пищевая промышленность. №10. 2013.С. 30-33

2. Артиков А.А., Машарипова З.А. Компьютерное отображение равновесия процесса сушки по температуре продукта // Хранение и переработка сельхозсырья. Москва, 2013. - № 2. - С. 18-21.

3. Артиков А.А., Джураев Х.Ф., Машарипова З.А, Баракаев Б.Н. Системное мышление, анализ и нахождение оптимальных решений (на примерах инженерной технологии). Издательство «Дурдона». Бухара. 2020. 185c.

4. Artikov A.A., Masharipova Z.A., Rakhmatov F.O. Avtomatizirovannyye raschety ravnovesiya trekhfaznoy sistemy v protsesse obezvozhivaniye zhidkogo materiala [Automated calculations of the equilibrium of a three-phase system in the process of dehydration of liquid material]. Tekhnicheskiye nauki: nauchnyy zhurnal, 2020, no. 12. (In Russ. Available at: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11065) (accessed 24.03.2021)

5. Sh A Sultanova, A Artikov, Z A Masharipova, Abhijit Tarawade1, J E Safarov. Results of experiments conducted in a helio water heating convective drying plant. AEGIS 2021 IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 868 (2021) 012045 IOP Publishing doi:10.1088/1755-1315/868/1/012045 _IOP_Conf._Ser.__Earth_Environ._Sci._868_012045.pdf

6. Артиков А.А., Машарипова З.А. Оптимальное программное управление процессом сушки при использовании микроволновой энергии // Хранение и переработка сельхозсырья, Москва, 2016- № 3. - С. 27-29

7. Sandali M., Boubekri A., Mennouche D., Gherraf N. Improvement of a direct solar dryer performance using a geothermal water heat exchanger as supplementary energetic supply. An experimental investigation and simulation study. Renewable Energy, 2019, vol. 135, pp. 186-196.

8. Артиков А.А., Машарипова З.А. Расчет процесса сушки материалов растительного происхождения на основе сорбционно-испарительных свойств // Хранение и переработка сельхозсырья. - Москва, 2016- № 4. - С. 39-43.

9. Омаров М. А., Цехмистро Р.И. Хатнюк И.С. Физические особенности СВЧ нагрева в технологических становках сушки древесины // Восточно-Европейский журнал передовых технологий 6/5 ( 36 ) 2008. С.4-6.

10. Рущиц А.А., Щербакова Е.И. Применение СВЧ-нагрева в пищевой промышленности и общественном питании //Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии» 2014, том 2, № 1. С.9-13

Размещено на Allbest.ru