Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнологии и электрооборудование в агропромышленном комплексе

Диссертационная работа:

Главатских Надежда Григорьевна. Повышение качества сублимационной сушки термолабильных кисломолочных продуктов путем использования энергосберегающих электротехнологий и электрооборудования : Дис. ... канд. техн. наук : 05.20.02 : Ижевск, 2004 191 c. РГБ ОД, 61:04-5/3017

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ 6

ВВЕДЕНИЕ 10

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 14

  1. Анализ методов сушки "живых" материалов 14

  2. Анализ экспериментальных и теоретических работ по интенсификации процесса сублимационной сушки 17

  1. Физические основы интенсификации процесса сублимационной сушки 18

  2. Сублимационная сушка материала в тонком слое 25

  3. Сублимация гранулированного продукта в виброслое 28

  1. Способы сушки жидких молокосодержащих продуктов 33

  2. Интенсификация процесса сушки в поле УЗ-излучений 37

  1. Сушка под действием УЗ 37

  2. Воздействие УЗ 40

1.5 Воздействие ультразвука на микроорганизмы 43

1.6 Выводы и задачи исследований 48

2 ТЕХНОЛОГИЯ СУШКИ КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ,
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ
ТЕРМОЛАБИЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ НА УСТАНОВКАХ НЕПРЕРЫВНОГО
ДЕЙСТВИЯ, РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ПРИМЕНЕНИЮ 50

  1. Обоснование выбора объектов сушки 50

  2. Разработка технологии сублимационной сушки на установках непрерывного действия в едином вакуумном цикле 53

  1. Подготовительные операции 54

  2. Сушка кисломолочных продуктов 56

з
2.2.3 Алгоритм работы установки 58

  1. Биохимические изменения сырья при консервировании 62

  2. Статика процесса сушки 66

  1. Влажность и влагосодержакие материала 66

  2. Виды связи влаги с материалом 68

  3. Равновесное влагосодержание 73

  1. Теплофизические характеристики материала 78

  2. Термодинамика сушки 80

  3. Электрические свойства пищевых продуктов 83

  4. Требования к качественным показателям быстрорастворимых и лиофилизированных термочувствительных продуктов 84

  5. Выводы по главе 89

3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНВЕКТИВНО-ЗВУКОВОЙ
СУШКИ КРИОГРАНУЛИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ПРИ
ПОНИЖЕННОМ ДАВЛЕНИИ СРЕДЫ 90

  1. Обоснование конвективно-звуковой сушки при пониженном давлении среды 90

  2. Id - диаграмма влажного воздуха для условий низкого вакуума 93

  3. Изображение процесса конвективно-вакуумно-звуковой (КВЗ) сушки термолабильных продуктов на Id - диаграмме 96

  4. Вывод математических зависимостей параметров КВЗ-сушки 99

  1. Испарительное самозамораживание 99

  2. Сушка под действием ИК-излучения 100

  3. Сушка под действием УЗ-энергии и газа 103

3.5 Выводы по главе 107

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СУБЛИМАЦИОННОЙ
СУШКИ МОЛОКОСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ НА УСС-КВЗ-01 108

4.1 Методы и аппаратура для экспериментального исследования процессов
испарительного замораживания и сублимационной сушки жидких продуктов
животного и микробиологического происхождения 108

4.2 Методы определения качественных показателей объектов сушки 113

  1. Метод определения активности закваски . 113

  2. Питательная среда для учета количества бифидобактерий .114

  1. Метод определения влаги в сухих молочных продуктах (ГОСТ 29246-91) 115

  2. Метод определения титруемой кислотности молочных консервов (ГОСТ 30305.3-95) 117

4.2.5 Метод определения скорости растворения (диспергируемости) сухих
молочных продуктов 118

4.2.6 Определение индекса растворимости сухих кисломолочных
продуктов (ГОСТ 30305.4-95) 119

4.2.7 Метод определения жира (ГОСТ 29247-91) 121

4.3 Кинетика сушки ...125

4.4 Анализ результатов исследования. Выводы 127

  1. Анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований. 127

  2. Проверка восстанавливаемости микроорганизмов после сушки.. 128

  3. Выв оды по главе 129

5 РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СУХИХ
МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЕ
ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ УСС-КВЗ-02 НЕПРЕРЫВНОГО
ДЕЙСТВИЯ 130

5.1. Технические условия производства сухих кисломолочных продуктов
«Бифийол» и «Лактол» сублимационной сушки 132

  1. Область применения 132

  2. Требования к качеству и безопасности 132

  3. Маркировка 134

  4. Упаковка 135

5.1.5. Правила приемки 136

5.1.6. Методы контроля 137

5.1.7 Правила транспортирования и хранения 138

  1. Рекомендации по использованию новых лиофилизированных продуктов 139

  2. Теория экономики 139

5.4. Технико-экономическая оценка эффективности процесса
сублимационной УЗ - сушки термолабильных продуктов 143

ВЫВОДЫ 147

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 149

ПРИЛОЖЕНИЯ 168

6 ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ

1. Обозначения: Р - давление, Па;

V- частота излучающего генератора, Гц;

я»,, т2, тъ, т4 - количество испаренной влаги в процессе

испарительного самозамораживания, под действием ИК - излучения, под действием УЗ-энергии, в атмосфере принудительного потока газа, кг; П0- пористость гранулы;

ci) и со" удельная теплоемкость соответственно воды и сухого вещества

гранулы, Дж/(кг*С);

Рп » й\ > Р'Г плотности соответственно влаги, сухого вещества гранулы, льда

кг/м"1;

г - удельная теплота испарения (сублимации), Дж/кг;

Q - удельная теплота замерзания воды, Дж/кг;

ДТ- снижение температуры от начального значения до температуры

замерзания, С;

с,, - удельная теплоемкость льда, Дж/(м3*С);

Л„, Л, и R2- радиусы соответственно гранулы, фронта испарения при

температуре начала замораживания (криоскопическая температура) и фронта испарения в момент, когда вся влага заморожена, м; Т^- криоскопическая температура, С;

с - теплоемкость материала гранулы,

F - площадь испарения, м ;

b - эмпирический параметр, кг/(м *с*С);

А - коэффициент поглощения ИК - энергии, Вт*кг/Вт;

q~ плотность потока излучения, Вт/м2;

Рэф - эффективная площадь поглощения, м ;

и,, - скорость отрыва капли от форсунки, м/с;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

А - расстояние от форсунки до зоны УЗ-сублимации, м

в - расход продукта в единицу времени, кг/с;

Н - расстояние от форсунки до ИК - генератора, м;

сі и с2 - теплоемкость соответственно криофанулянта и парогазвои среды над

слоем фанул, Дж/(кг*С),

/?, и р2 - плотность соответственно криофанулянта и парогазовой среды над

слоем фанул, кг/м";

Т| и Т2 - температура соответственно криофанулянта и парогазовой среды над

слоем фанул, С;

г - продолжительность сушки, ч;

П — пористость слоя фанул;

0 - удельная поверхность (отношение площади испарения фанулы к объему
фанулы), м23;

а - доля испаряемой влаги;

Н] — зона сублимации льда, м;

X,, \, к,{, кя - теплопроводность криофанулянта, каркаса фанулы, льда, влаги,

Вт/(м3*С);

V2 - оператор Лапласа;

Nu - плотность мощности внутренних источников, Вт/м3;

No - удельная мощность УЗ - энергии, подводимая к материалу, Вт/кг;

й)и - круговая частота собственных колебаний, 1/с;

а - декремент затухания, 1/с,

F0 - площадь поперечного сечения, м2;

Ny-j — мощность УЗ, Вт;

R - радиус камеры сушилки, м;

1 - сила (интенсивность) звука, Вт/м2;

F„ - площадь излучающей поверхности, м2;

р - плотность среды распространения УЗ-энергии, кг/м1;

До - коэффициент диффузии при нормальных условиях;

Vnp- приведенный объём воздуха на 1 кг абсолютно сухой его части, мя/кг;

АД - адгезия; П - продукт; эф - эффективный; К-камеры;

к - конец;

э - эвтектическая;

в - влаги;

л - льда;

уз - ультразвуковой;

2. Индексы:
s — насыщенных водяных паров;
V - объем;
Л - лампа;

О ... 600 - высота сублиматора, мм; н - начало; изл - излучатель; кр - криоскопическая; иг - инертного газа; t — термический;

3. Сокращения;
АВТ - автоматический режим работы;
БУ - блок управления;
РУЧ - ручной режим работы;
СУАВ - субблок управления агрегатом вакуумным;
СУСХ - субблок управления системой обеспечения холода;
СУСР - субблок управления системой распыления;
СУСН - субблок управления системой нагрева;
ОТТАИВ - оттаивание;

ВЫКЛ - выключено;

УСС-КВЗ - установка сублимационной сушки конвективно-вакуумно-звуковая

УЗ - ультразвук;

ТП - термопара.

Введение к работе:

Актуальность темы.

Одобренная Правительством Российской Федерации в августе 1998 г. "Концепция государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года" рассматривает развитие производства "живых" продуктов питания в качестве важнейшей и первоочередной меры, от которой решающим образом зависит улучшение питания и здоровья детского и взрослого населения России.

Правильное питание - основа жизни. Молоко и молочные продукты -основа правильного питания. По данным Департамента пищевой и перерабатывающей промышленности Минсельхозпрода РФ фактическое потребление молочных продуктов в последние годы резко снизилось, что привело к нарушениям в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), как правило, связанным с дисбактериозом кишечника [163].

Среди всех средств, направленных на коррекцию кишечного дисбактериоза, наибольшим терапевтическим эффектом обладают биологические препараты и продукты на основе бифидо - и лактобактерий. Разлагая лактозу молочнокислые микроорганизмы, которые входят в состав нормальной микрофлоры кишечника, совместно с бифидо - и лактобактериями создают неблагоприятную среду для развития гнилостных микроорганизмов. Однако указанные продукты относятся к категории скоропортящихся, поэтому их необходимо консервировать.

Вакуум-сублимационная сушка (ВСС), как метод качественного консервирования, основан на низкотемпературном обезвоживании продуктов, позволяет наиболее полно сохранить биологически активные и питательные вещества, содержащиеся в исходном сырье, особенно перспективен для получения высококачественных функциональных ингредиентов [141] и несомненно требует научного обоснования*

Для сушки молочных продуктов применяются различные сублимационные установки. За рубежом расширяется выпуск установок

11 периодического действия такими известными фирмами: «Хохвакуум», «Стоке», «Лейбольд-Хераеус», «Халл» и др.

Аналогичные установки разрабатывались и использовались в СССР и до сих пор эксплуатируются в России. Для таких установок характерны сравнительно низкая производительность, значительные затраты ручного труда, высокая стоимость сублимированных продуктов.

Перспективы развития сублимационной техники связаны с переходом к установкам поточно-циклического и непрерывного действия, повышением эффективности сублимационного оборудования за счет интенсификации процесса обезвоживания. Среди машин этого типа можно выделить следующие: сублимационные сушилки с транспортерной лентой для термочувствительных материалов; сушилки барабанного типа; сушилки с распылом жидкого продукта в вакууме и его досушкой с использованием вибрации. Все вышеперечисленные установки работают в непрерывном режиме.

В ФГОУ ВПО ИжГСХА (Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионально образования(Ижевская государственная сельскохозяйственная академия) по заказу департамента кадровой политики и образования МСХиП РФ с 1996 г. выполнялась НИОКР «ГЛОБУЛИН» на тему «Разработка и изготовление опытного образца установки для вакуумной сублимационной сушки различных термолабильных объектов».

Цель работы заключается в повышении качества сублимационной сушки термолабильных кисломолочных продуктов путем использования энергосберегающих электротехнологий и электрооборудования. Научная новизна. В результате работы:

- обоснованы основные энергетические и технологические параметры, режимы работы установки с комбинированным энергоподводом для непрерывного распылительного самозамораживания и сублимационной сушки кисломолочных биопродуктов, ранее не применяемых в производстве;

- разработана технология непрерывного процесса ВСС термолабильных
продуктов с использованием ИК-излучения, ультразвука и принудительного
потока инертного газа.

разработана математическая модель процесса непрерывной сублимационной сушки гранулированного продукта при комбинированном энергоподводе. Получены аналитические зависимости параметров для квазистационарных условий непрерывного процесса сублимационного обезвоживания;

Практическая ценность работы определяется следующими основными результатами:

проведена модификация УСС-КВЗ-01 и испытана опытная установка непрерывно действующей сублимационной сушилки с производительностью 1 кг/ч по испаряемой влаге УСС-КВЗ-01, позволяющая получить конечную влажность продукта 3,6...3,7% при сохранности микроорганизмов 96...99%;

разработаны технические условия и типовой технологический процесс ВСС для установок серии УСС-КВЗ на базе установки УСС-КВЗ-01 и переданы на испытания в ЗАО "Ижмолоко" совместно с установкой УСС-КВЗ-02 с производительностью по испаряемой влаге 10 кг/ч;

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.

В работе использованы результаты собственных исследований соискателя и исследования, выполненные специалистами Научно-исследовательского института вакуумного электронного машиностроения (Ижевск), Специального конструкторского технологического бюро «Продмаш» (Ижевск), Ижевской государственной сельскохозяйственной академии.

Для разработки исходных требований к технологии сублимационной сушки на установках непрерывного действия с комбинированным

энергоподводом на кафедре механизации переработки сельскохозяйственной продукции (МПСХП) Ижевской государственной сельскохозяйственной академии была создана установка «УСС-КВЗ-01», на которой соискателем исследована кинетика сублимационной сушки кисломолочных биопродуктов.

На защиту вынесены следующие положения:

- способ непрерывной сублимационной сушки с использованием распыления жидкого продукта в поле ИК-изл учения в вакуумной среде, введения ультразвуковых колебаний на стадии сублимации и принудительного потока газа через слой гранулированного продукта на стадии удаления остаточной влаги;

- физический механизм испарительного самозамораживания жидкого
продукта, распыленного в вакууме в поле ИК-изл учения, его математическое
описание;

- физический механизм непрерывного процесса сублимационного
обезвоживания жидких материалов в присутствии ультразвука и в потоке газа,
его математическое описание;

конструктивное решение вакуумно-сублимационной сушилки непрерывного действия, позволяющей обеспечить высокоэффективное удаление влаги из жидкого кисломолочного продукта (биойогурта) и получение высококачественного сухого продукта с влажностью 3,6...3,7%, с восстанавливающейся способностью микроорганизмов до 99%, при значительном (в 3 раза) снижении энергоемкости на осуществление технологического процесса;

- технические условия на получение сублимированных кисломолочных
биопродуктов.

Подобные работы
Дородов Павел Владимирович
Совершенствование процесса десублимации на установках непрерывной сублимационной сушки путем использования энергосберегающих электротехнологий и электрооборудования
Жданов Валерий Георгиевич
Повышение надежности и экономичности работы электрооборудования сельскохозяйственных предприятий на основе специализированного автоматизированного рабочего места руководителя электротехнической службы
Малайчук Людмила Михайловна
Повышение эффективности работы теплогенерирующих предприятий путем выбора рациональных режимов основного электрооборудования
Сукьясов Сергей Владимирович
Применение технических средств симметрирования нагрузок в сельских распределительных сетях 0,38 КВ для повышения качества и снижения потерь электрической энергии
Наумов Игорь Владимирович
Снижение потерь и повышение качества электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ с помощью симметрирующих устройств
Иванов Дмитрий Александрович
Повышение качества электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ, питающихся от тяговых подстанций железных дорог
Кутепов Владимир Николаевич
Методы и средства повышения качества функционирования ветроэнергетических установок в растениеводстве
Агафонова Наталия Михайловна
Повышение качества льноволокна путем использования энергосберегающих электротехнологий и оборудования с использованием СВЧ, УЗ и тепловой обработки льносоломы
Иванкина Юлия Викторовна
Повышение качества изоляции асинхронных двигателей сельскохозяйственных электроприводов за счет капельной пропитки обмоток при ремонте
Касаткин Владимир Вениаминович
Научное обоснование энергосберегающих электротехнологий и оборудования сублимационной сушки жидких термолабильных продуктов пищевого назначения

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net