WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

ПОСПЕЛОВА ИРИНА ГЕННАДИЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ

СУШКИ ФРУКТОВ И ОВОЩЕЙ с ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

СВЧ- и УЗ-излучений

Специальность 05.20.02 – электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск 2009

Работа выполнена на кафедре «Технологии и оборудование пищевых и перерабатывающих производств» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Владимир Вениаминович Касаткин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Марина Михайловна Беззубцева

кандидат технических наук, доцент

Иван Ревович Владыкин

Ведущая организация: Государственное учреждение зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока им. Н.В.Рудницкого (НИИСХ Северо-Востока им. Н.В.Рудницкого)

Защита состоится «05»  ноября  2009 г. в  15-00  часов на заседании диссертационного совета КМ 220.030.02 в ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 9-315.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА, а с авторефератом на сайте www.izhgsha.ru

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по адресу: 426069, г.Ижевск. ул.Студенческая, д.11, Диссертационный совет. Телефон/факс: 58-99-47.

Автореферат размещен на сайте и разослан «03»  октября 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Н.Ю. Литвинюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди продуктов питания, обладающих защитными функциями, превалирующее значение имеют плоды, ягоды, овощи и их соки. По данным Всемирной организации здравоохранения содержание в ежедневном рационе 700…800 г плодов и овощей позволит сократить риск возникновения онкологических, сердечно-сосудистых и некоторых возрастных заболеваний почти на 50 %. Но ярко выраженная сезонность сельскохозяйственного производства овощного и плодово-ягодного сырья, сложность сохранения высоких биологических свойств без специального оборудования не позволяет его использовать на протяжении всего года. Удаление влаги из растительного сырья путем сушки до влажности 8…8,5 % предоставит возможность его длительного хранения в обычных условиях.

Существенный недостаток обычных методов сушки – неравномерная усадка (большая на поверхности и меньшая внутри материала), ведущая к непропорциональному изменению формы материала и даже к разрушению. По сравнению с другими методами сушки сублимация дает равномерную усадку, поэтому материал имеет более пористую, быстро восстанавливающуюся структуру – в течение 5…15 мин в зависимости от вида сырья.

К основным преимуществам метода сублимационной сушки, делающим его промышленное применение весьма перспективным, относятся следующие:

  • минимальные биологические и физико-химические изменения в продукте, связанные с обработкой при низких температурах;
  • снижение массы продуктов, за счет уменьшения конечной влажности;
  • значительное увеличение сроков хранения сублимированных продуктов при положительных температурах;
  • упрощение реализации продуктов в торговой сети, в связи с ненадобностью холодильных установок.

Перспективы развития сублимационной техники связаны с переходом к установкам непрерывного действия, с повышением эффективности сублимационного оборудования за счет интенсификации процесса обезвоживания.

Цель работы состоит в исследовании и разработке технологии сублимационной сушки фруктов и овощей с предварительным измельчением и сортированием в едином вакуумном цикле и использовании энергосберегающих электротехнологий.

Задачи исследования.

  • провести анализ технологий и оборудования для производства высококачественных сушеных мелкокусковых полуфабрикатов;
  • исследовать вакуумное измельчение, сортирование и скорозамораживание растительных материалов на примере картофеля и яблок, высушиваемых с применением СВЧ- и УЗИ - полей в принудительном фильтрационном потоке газа;
  • разработать математические модели процессов скорозамораживания с последующей сублимационной сушкой и рассчитать энергоемкость сушки мелкокусковых растительных материалов на установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом;
  • исследовать кинетику скорозамораживания и сублимационной сушки обрабатываемых материалов на вакуум-сублимационных установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом;
  • обосновать технико-экономическую эффективность разработанной технологии и оборудования.

Объектом исследования является электротехнологический процесс сублимационной сушки мелкокусковых фруктов и овощей.

Предметом исследования являются механизмы измельчения, сортирования в вакууме и сублимационной сушки под воздействие СВЧ, УЗИ полей и конвективного энергоподвода на установках непрерывного действия.

Научную новизну работы составляют:

  • непрерывный способ сублимационной сушки фруктов и овощей с предварительным измельчением и сортировкой в едином вакуумном цикле;
  • математические модели процессов скорозамораживания с последующей сублимационной сушкой и расчетная энергоемкость сушки мелкокускового материала с комбинированным энергоподводом;
  • разработана установка непрерывного действия с предварительным измельчением, сортированием и сублимационной сушкой в вакууме кускообразных материалов, новизна которой подтверждена патентом РФ;
  • кинетические закономерности скорозамораживания и сублимационной сушки картофеля и яблок, обрабатываемых на вакуум-сублимационных установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом.

Практическая ценность работы определяется следующими основными

результатами:

  • разработан и испытан лабораторный образец непрерывно действующей сублимационной установки с производительностью 1 кг/ч по испаряемой влаге УСС-НД-КЭ-И-01, обеспечивающей эффективное выполнение фундаментальных и прикладных исследований;
  • использование результатов работы в научном и учебном процессе ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА.

Реализация результатов исследований. Работа является продолжением исследований вопросов теории и практики производства высококачественных сушеных полуфабрикатов и связана с решением прикладных вопросов технологии и проектирования новых образцов сублимационного оборудования.

Для разработки исходных требований технологии сублимационной сушки на установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом на кафедре «Технологии и оборудование пищевых и перерабатывающих производств» в ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА был создан опытный образец установки «УСС-НД-КЭ-И-01», на котором соискателем исследована кинетика сублимационной сушки кусочков фруктов и овощей, с предварительным измельчением и сортированием в вакууме. Результаты исследований апробированы и внедрены на предприятии ООО «Энергосервис» Агрызского района Республики Татарстан.

На защиту вынесены следующие положения:

  • способ непрерывной сублимационной сушки, с предварительным измельчением на кубики фруктов и овощей и их сортировкой в вакуумной среде, введением СВЧ и УЗИ - энергоподвода с принудительным потоком газа через слой мелкокускового продукта на стадии сублимации и УЗИ энергии с принудительным потоком газа на стадии удаления остаточной влаги;
  • физические механизмы непрерывного измельчения, сортировки, сублимационного обезвоживания мелкокускового материала диэлектрическим методом с УЗИ интенсификацией в потоке газа и их математическое описание;
  • высокоинтенсивная технология непрерывной сублимационной сушки, с предварительной сортировкой измельченных фруктов и овощей, в едином вакуумном цикле при комбинированном энергоподводе.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях: «Современные проблемы аграрной науки и пути их решения», Ижевск, 2005 год; «Актуальные проблемы механизации сельского хозяйства», Ижевск, 2005 год; «Высшему аграрному образованию в Удмуртской Республике 50 лет. Итоги и перспективы», Ижевск, 2005 год; «Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве», Ижевск, 2006 год; «Научный потенциал – аграрному производству», Ижевск, 2008 год; Всероссийский конкурс молодежных инновационных проектов «Зворыкинская премия II тур» 2009 год.

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 2 работы в изданиях, входящих в перечень ВАК, и приравненных к ним патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 138 листах основного текста, в том числе 47 рисунков и 21 таблица. Список использованных источников из 177 наименований, в том числе 11 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследований, отмечена практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проанализировано современное состояние технологий и оборудования для производства сушенных фруктов и овощей. Развитие теории и практики сублимационной сушки связано с именами таких ученых, как Гуйго Э.И, Поповский В.Г., Пушкарев Н.С., Гинзбург А.С., Волынец А.З., Лыков А.В., Лебедев Д.П., Журавская Н.К., Каухчешвили Э.И., Задрин, Э.К. и других.

Проведенный анализ позволил установить:

  • принципиальное преимущество совмещения операций измельчения и сортировки с сублимационной сушкой плодоовощного материала в едином вакуумном цикле;
  • необходимость дальнейших исследований процессов сублимационной сушки с предварительным измельчением и сортировкой фруктов и овощей;
  • необходимость разработки новой технологии и образцов сушильного оборудования с использованием измельчения, сортировки, УЗИ и СВЧ-энергоподвода и потока газа;
  • выводы и задачи диссертационной работы.

Во второй главе представлена усовершенствованная технология сублимационной сушки мелкокусковых фруктов и овощей без операции бланширования.

Исследования сушки в вакууме нарезанных кубиками картофеля и яблок осуществляли на лабораторной установке (рисунок 1).

Работает сушилка следующим образом.

Вакуумное самозамораживание. Нарезанный плодоовощной материал загружается через лоток (17) в барабанную сортировку (16), которая находится внутри вакуум-сублимационной камеры (1). Дверь камеры (10) герметично закрывается, и включается откачка воздуха с помощью вакуумного насоса (3). Давление в камере в течение 10…15 мин опускается и стабилизируется около 30 Па, в это время начинается сортировка кубиков. Продукт при этом самозамораживается за счет того, что расходует внутреннюю энергию на испарение влаги с поверхности кубиков.

Сублимационная сушка. Прошедшие сортировку стандартные кубики падают на лоток с УЗИ источником (14). Далее включается СВЧ нагрев (13), давление в камере увеличивается и устанавливается около 60…70 Па. При этом в камере идет сублимационная сушка. Через определенный промежуток времени, который зависит от массы заложенного на сушку продукта и мощности СВЧ излучения, давление в камере начинает падать, по чему можно определить, что сублимация свободной влаги закончилась. Прекращается СВЧ нагрев и включается натекатель рабочего газа (8) температурой в пределах от +10°С до +40°С, за счет чего давление в камере увеличивается до 100 Па.

Удаление остаточной влаги в продукте осуществляется конвективно-звуко-вакуумным способом. Через какое-то время давление плавно начинает опускаться и устанавливается в пределах около 30 Па. Это означает, что процесс сушки закончен. Отключается УЗИ, вакуумная система, и идет наполнение камеры воздухом. При достижении давления в камере в пределах атмосферного, дверь открывается, и лоток с сублимированным продуктом вынимается для исследований.

На установке были выполнены исследования вакуумного самозамораживания мелкокускового плодоовощного материала с последующей его сублимационной сушкой (рисунки 2, 3). В результате чего, установлено, влияние размеров кусочков и общей массы продукта на время полного самозамораживния, а также влияние способа подвода энергии на время, скорость, энергоемкость сушки и качество конечного продукта (пищевая ценность, внешний вид и способность к восстановлению).

При обработке в вакууме 10 мин

а б

Без обработки в вакууме 10 мин

а б

Рисунок 2 - а - сравнительные срезы картофеля; б - сравнительные срезы яблок

Рисунок 3 - Влияние размеров продукта на время самозамораживания на примере картофеля и яблок

В результате исследований выявлены основные параметры, от которых зависит сушка мелкокускового плодоовощного сырья на вакуумных установках:

, (1)

где nб - частота вращения барабана сортировки; Рк - давление в камере; Таг  - температура агента сушки; В - ширина кубика материала; СВЧ, NСВЧ  - частота и мощность СВЧ-излучателя; УЗ, NУЗ  - частота и мощность УЗ-излучателя.

В третьей главе приведены результаты теоретических исследований непрерывного сублимационного способа сушки с предварительной сортировкой измельченных фруктов и овощей при комбинированном энергоподводе.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






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