WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

КОНДРАТОВ Аркадий Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА И АППАРАТА

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАВИТАЦИОННОГО ЭФФЕКТА ДЛЯ

ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ РЫБОПРОДУКТОВ

Специальность 05.18.12. – Процессы и аппараты

пищевых производств

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Санкт-Петербург

2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий».

Научный руководитель доктор технических наук

Верболоз Е.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Эрлихман В.Н.

кандидат технических наук

Крысин А.Г.

Ведущее предприятие – ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет».

Защита состоится « 4 » июня 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.234.02 при Санкт-Петербургском государственном университете низкотемпературных и пищевых технологий по адресу: 191002, С-Петербург, ул. Ломоносова, 9, СПбГУНиПТ, тел./факс 315-30-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «21» мая 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета,

доктор технических наук,

профессор Колодязная В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Население экономически развитых стран к настоящему времени осознало необходимость потребления натуральных пищевых продуктов из сырья водного происхождения, кото­рое обладает высокой пищевой и биологической ценностью. В последнее десятилетие значительно изменился основ­ной ассортимент рыбной продукции. Сильно повлияли на эти изменения та­кие тенденции, как рост потребления продуктов из рыбы и морепродуктов за счет снижения потребления мяса наземных животных, снижение общей ка­лорийности пищевых продуктов, содержания в них поваренной соли и са­хара, обогащение натуральных продуктов недостающими компонентами, та­кими как кальций, железо, витамины, клетчатка.

Выпуск продукции переработки рыбы в физиологически необходимых объемах невозможен без разработки и реализации перспективных техноло­гий, обеспечивающих ресурсосберегающую переработку, в частности за счет совершенствования процессов и аппаратов для измельчения. Повышение эффективности использования на пищевые цели имею­щихся рыбных ресурсов должно происходить путем разработки рецептур но­вого поколения, созданием продуктов с гарантированным содержанием бел­ков, жиров, витаминов, макро- и микроэлементов и других важных компо­нентов. Наилучшие возможности для этого имеет производство продукции на основе фарша: рыбные паштеты и пасты.

В большинстве случаев получение комбинированных пищевых продуктов связано со стадиями подготовки материала, сушки и последующего измельчения. Как правило, в технологической линии эти стадии осуществляются в отдельных аппаратах. Хорошо известно, что совмещение операций или их одновременное выполнение приводит к значительной экономии времени и энергоресурсов. Не все стадии технологического процесса допустимо совмещать друг с другом. Однако, в тех случаях, когда процессы переноса осуществляются в дисперсных системах, такое совмещение не только целесообразно, но энергетически необходимо.

Значительный вклад в развитие и совершенствование процессов и аппаратов по переработке рыбы и морепродуктов внесли отечественные и зарубежные ученые Кизеветтер И.В., Маслова Г.В., Мезенова О.Я., Рогов И.А., Семенов Б.Н., Слуцкая Т.Н., Фатыхов Ю.А., Шевченко В.В., Becker H. и другие.

Несмотря на широкий круг вопросов, как фундаментального, так и практического характера рассмотренных указанными авторами в области разработки техники и технологии переработки рыбы, комплексных работ, направленных на использование накопленных знаний о комбинированных материалах в процессе их гидромеханической обработки и использование в современных конструкциях аппаратов кавитационного действия, до сих пор не было.

Выпуск пастообразных изделий особенно целесообразен на основе маломерного, некондиционного сырья филейного, консервного производств и пищевых отходов. Это не только может способствовать улучшению экономических показателей работы предприятий, внедрению малоотходных технологий, но и расширит ассортимент кулинарных изделий из рыбы за счет продуктов с высокими вкусовыми, питательными свойствами, сбалансированных по своему химическому составу и невысокими по стоимости, например, за счет овощных или крупяных добавок.

Цели и задачи исследований. Основной целью настоящей работы является совершенствование процесса и ресурсосберегающего оборудования для переработки рыбы на основе использования гидромеханических мер по учету кавитационных механизмов разрушения сырья. Для этого необходимо решение следующих задач.

В рамках теоретических исследований необходимо:

  • На основе уравнений гидромеханики выполнить моделирование контакта обрабатываемого пищевого продукта (рыбы) с рабочим органом и рабочей средой в условиях динамического воздействия;
  • Пользуясь основными уравнениями смоделировать распределение силовых факторов в замкнутом объеме при изменяющихся начальных и граничных условиях при поступательном движении среды в рабочих каналах измельчителя;
  • В рамках аппарата гидродинамики решить задачу о перемещении жидкости в каверне под действием спутного потока.

Для проверки полученных аналитических моделей необходимо провести следующие экспериментальные исследования:

  • Исследовать влияние механического воздействия на потребительские свойства полуфабриката, в том числе при разных режимах гидродинамической обработки;
  • Экспериментально определить величину минимальной скорости жидкости, при которой дальнейшее измельчение сырья не произойдет;
  • Определить характеристики рабочего органа для оптимального гидродинамического воздействия на перерабатываемый пищевой продукт (на модельном объекте).

Научная новизна исследований состоит в получении новых моделей гидродинамического контакта обрабатываемого пищевого продукта (рыбы) с рабочим органом и рабочей средой в условиях интенсивного динамического воздействия, а также распределения силовых факторов в замкнутом объеме при изменяющихся начальных и граничных условиях при вращательном и поступательном движении измельчаемых составляющих в каналах аппарата.

Практическая ценность полученных результатов состоит в разработке и апробовании в производственных условиях ресурсосберегающих технических решений для кавитационного измельчения, в частности новых технологических режимов и оснастки для восстановления эксплуатационных свойств каналов и рабочих органов измельчителя.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

  • Рациональные режимы процесса измельчения и ресурсосбережения пищевых продуктов;
  • Устройство для обслуживания рабочих органов повышающее ресурсосбережение процесса;
  • Методика оценки эффективности процесса для ресурсосберегающего измельчения комбинированных рыбопродуктов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Научно-технических конференциях «Технологии живых систем» в Москве (2003-2004), на II Международной научно-технической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» в Санкт-Петербурге (2003), на II-й Всероссийской научно-технической конференции – выставке с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» в Москве (2004), на Конференции молодых ученых «Пищевые технологии» в Казани (2007) и на межвузовских и межкафедральных семинарах в Санкт-Петербурге (2005-2008). Часть результатов работы докладывалась на технических советах объединения «Пищевик» в Санкт-Петербурге и ряде рыбоперерабатывающих предприятий г.Калининграда и г.Астрахани, где они прошли опытно-промышленное опробование.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе патент на изобретение и статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ. Часть результатов работы поощрены дипломами Всероссийской научно-технической конференции – выставки с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации».

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Ее содержание изложено на 103 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков и 16 таблиц. В списке литературы 154 источника, в том числе 13 иностранный.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Большинство методов воздействия на разрушаемый материал позаимство­вано в природе, однако далеко не все природные явления нашли воплощение в технике. Многие явления вследствие масштабности факторов или наоборот, малости проявления эффектов, не используются в промышленной практике. Воздействие внешних сил на разру­шаемый материал может сопровождаться переносом массы, теплоты, эмисси­ей электронов и другими физико-химическими эффектами, образуя все мно­гообразие способов разрушения, известное на сегодняшний день. Упорядочение методов воздействия на диспергируемый материал по более мелким призна­кам и груп­пам позволяет определить "ячейки" незаполненные сегодняшним уровнем знаний и предсказать новые пути интенсификации и новые способы диспергирования материалов путем комбинации уже известных.

Рис.1. Классификация способов диспергирования материалов по виду напряженного состояния и методам внешнего воздействия

Дальнейшее развитие способов разрушения данной классификацион­ной группы возможно комбинаторикой указанных методов, например, комбини­рованным воздействием механических и гидродинамических нагрузок.

Для достижения максимальной эффективности про­цесса смешения измельчитель-смеситель оп­тимальной конструкции должен отвечать следующим требованиям:

    • максимальное число поверхностей сдвига, образующихся в единицу вре­мени;
    • максимальное число составляющих движений рабочего органа, кор­пуса или их элементов, позволяющих сообщать группам частиц поступа­тельное и вращательное перемещение относительно плоскостей сдвига и друг друга;
    • максимальная скорость обновления поверхности раздела фаз при макси­мально неустановившемся, турбулентном характере самой поверхнос­ти;
    • адаптивность элементов поверхности рабочего органа, обеспечива­ю­щая минимальное сопротивление его перемещению в пространстве и самоус­танавливающийся характер мгновенного положения в среде под действием внешнего сопротивления;
    • комбинация различных видов и способов подвода энергии на компенса­цию изменения потенциального положения частиц, разрыв внутренних свя­зей и диффузионный перенос;
    • минимальные затраты на диссипацию энергии в тепло.

Основной задачей измельчения дис­персных сред является получение максималь­ного количества продукта в минимальные сроки при минимальных затратах энергии. Для сравнения лю­бых видов измельчительного оборудования, применяемого для переработки одного и того же материала, введем понятие параметра энергетической эффективности Э, характеризующего отношение полезно достигаемого тех­нологического результата измельчения к суммарным энергетическим затратам, достигаемым в единице рабочего объема рабочего пространс­тва.

Графическое сравнение табличных данных по параметру энергетической эффективности для различных измельчителей показывает, что к числу наиболее эффективных из них можно отнести кавитационные.

Рис.2. Сравнение различных измельчителей по параметру

энергетической эффективности

Объектами экспериментального исследования явились: ставрида мороженая, филе ставриды мороженое, фарш пищевой мороженный из ставриды, хек мороженый, минтай мороженый, путассу мороженая, полуфабрикаты и готовые кулинарные изделия, приготовленные на основе разработанных рецептур.

Задача одного из этапов исследований - сравнение технологических свойств фаршей, приготовленных из сырой и отварной рыбы при одинаковой степени измельчения (диаметр отверстий решетки 3 мм). Полученные данные указывают на необходимость использования наполнителя, способного повысить пластичность фарша и его формообразующие свойства, а также снизить эффективную вязкость.

Для изучения влияния наполнителя и определения оптимального количества на физико-химические и структурно-механические свойства комбинированного рыбопродукта рассматривались модельные системы с заменой 20, 25, 30, 35, 40% фарша из отварной ставриды на вязкую ячневую кашу. Для такого содержания наполнителя (в пределах от 20 до 40%) построены соответствующие математические модели. Например, изменение водоудерживающей способности в зависимости от массы вносимой вязкой ячневой каши адекватно описывается математической моделью: y = -1,6071x2 + 10,893x + 36,86, а изменение эффективной вязкости от массы внесенной ячневой каши: y = 82x2 – 727,34x – 2597,5. Также отмечено увеличение содержания пищевых волокон, что адекватно описывается математической моделью: y = 0,1x + 0,2. По показателям влагоудерживающей способности (ВУС), эффективной вязкости, оптимальным является введение в фарш 29,1% вязкой каши из ячневой крупы. При этом отмечена хорошая способность к формуемости.

Результаты следующего этапа исследований на фарше из отварной ставриды с добавлением 29,1% вязкой ячневой каши отображены в таблице № 1.

Таблица № 1

Структурно-механические характеристики образцов рыбного фарша с вязкой ячневой кашей в зависимости от кратности измельчения

Образцы

Эффективная вязкость при = 1с-1, Пас

Темп разрушения структуры, h

Однократное измельчение

1198,8

0,73

Двукратное измельчение

1127,1

0,71

Трехкратное измельчение

1144,9

0,72

Однократное измельчение с добавлением сливочного масла

1060,9

0,76

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»