Интенсификация тепломассообмена при сушке баклажанов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат технических наук Ревина, Алла Викторовна

• Ревина, Алла Викторовна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ревина, Алла Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I

ХАРАКТЕРИСТИКА ИНЖЕНЕРНЫХ И НАУЧНЫХ ПРОБЛЕМ СУШКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ.

1.1. Перспективы производства и использования сухих плодоовощных продуктов. Выбор перспективного способа обезвоживания и конструкторских решений для его осуществления.

1.2. Анализ современного состояния способов и конструкций сушильной техники.

ГЛАВА II

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

БАКЛАЖАНОВ С ВОДОЙ.

2.1. Механизм взаимодействия баклажанов с водой.

2.2. Термодинамика внутреннего массопереноса при взаимодействии баклажанов с водой.

ГЛАВА III

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНО - МЕХАНИЧЕСКИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА ОБРАБОТКИ.

ГЛАВА IV

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ЭНЕРГОПОДВОДА

В ПРОЦЕССЕ СУШКИ.

ГЛАВА V

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ

НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СУШКИ БАКЛАЖАНОВ.

ГЛАВА VI

АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА

НА ОСНОВЕ КИНЕТИКИ СУШКИ.

6.1. Изучение кинетики сушки баклажанов.

6.2. Получение рациональных комбинированных осциллирующих режимов в процессе сушки.

ГЛАВА VII

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЕТ ПОЛЕЙ ТЕМПЕРАТУР, КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОТЕНЦИАЛОПРОВОДНОСТИ И МОЛЯРНОГО

ПЕРЕНОСА ПАРА С УЧЕТОМ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА СУШКИ.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЦИОНАЛЬНЫМ КОНСТУКЦИЯМ СУШИЛЬНЫХ

УСТАНОВОК ДЛЯ ОВОЩЕЙ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация тепломассообмена при сушке баклажанов»

Промышленная переработка сырья биологического происхождения представляет собой сложный комплекс последовательно выполняемых и взаимосвязанных механических, теплофизических, биотехнологических и других специфических процессов.

В современных условиях жёсткой конкуренции на рынке выдвигается проблема повышения эффективности переработки сырья биологического происхождения с выработкой качественных, полноценных и безопасных в санитарном отношении пищевых продуктов. Повышение качества продукции и экономических показателей её производства во многом определяются достижениями в совершенствовании гидромеханических и тепломассообменных процессов.

Среди факторов питания, имеющих важнейшее значение для поддержания здоровья, работоспособности и активного долголетия, особая роль принадлежит полноценному и регулярному снабжению организма человека всеми необходимыми микронутриентами (витаминами, минеральными веществами, микроэлементами, в том числе минорными компонентами пищи). Организм человека не синтезирует указанные соединения и должен получать их в готовом виде с пищей, причём ежедневно, так как способность запасать незаменимые вещества впрок у организма отсутствует.

Для Российской Федерации вопросы обеспечения населения плодовоовощной продукцией актуальны, поскольку большая часть территории не имеет благоприятных климатических условий для выращивания овощей и плодов, и значительная часть населения страны испытывает дефицит многих витаминов, минеральных веществ и других биологически активных соединений, крайне необходимых для жизнедеятельности человека.

Одним из малоисследованных сырьевых источников питательных веществ является баклажан. Ареал возделывания этой культуры занимает южную и почти всю среднюю полосы России.

Однако промышленное внедрение и надежное функционирование линий по переработке баклажанов сдерживается отсутствием комплексных исследований по оптимизации технологических процессов на отдельных стадиях, таких как измельчение, гранулирование, обезвоживание и т.д. Традиционные способы сушки не могут быть использованы ввиду специфики химического состава продукта, относительно большой влажности, а также особенностей механизма внутреннего тепломассопереноса. Все это затрудняет использование традиционных способов обезвоживания и ставит задачу поиска новых методов, позволяющих повысить эффективность проведения процесса обезвоживания и получения конечного продукта высокого качества.

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом НИР АГТУ и региональной "Концепцией и программой "Создание в Астраханской области комплекса по производству сухих плодоовощных продуктов, переработке и утилизации отходов и производство на их основе кормов, кормовых добавок и других продуктов и товаров" на 1998-2005 гг. под руководством доктора технических наук И.Ю. Алексаняна в Астраханском государственном техническом университете на кафедре «Технологические машины и оборудование». Отдельные исследования проводились в Московском государственном университете пищевых производств на кафедре «Процессы и аппараты пищевых производств».

Целью работы являются теоретические и экспериментальные исследования тепломассообмена и оптимизация процессов комбинированной сушки овощных продуктов.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

- определить пути интенсификации тепломассообмена при производстве сухих овощных продуктов; проанализировать способы сушки, конструкторские решения сушильных установок;

- экспериментально и аналитически исследовать основные теплофизические (ТФХ), физико-химические (ФХС), структурно-механические (CMC)), оптические (ОХ) и терморадиационные (ТРХ) свойства и характеристики, а также термодинамические закономерности взаимодействия баклажанов с водой;

-экспериментально и теоретически исследовать инфракрасный (ИК) и конвективный энергоподводы и распределение поглощенной энергии в слое продукта; экспериментально исследовать влияние основных факторов на интенсивность ИК и конвективной сушки баклажанов;

- экспериментально и теоретически исследовать механизм внутреннего тепломассопереноса при высокоинтенсивной комбинированной сушке;

- предложить физико-математическую модель тепломассообмена в процессах сушки с анализом полей температур и определением коэффициентов потенциалопроводности и молярного переноса пара, получить зависимости массовлагообменных характеристик от параметров процессов;

- получить осциллирующие рациональные режимы сушки для баклажанов;

- разработать конструкторские решения для осуществления рациональных способов сушки, методов нанесения продуктов на рабочую поверхность и транспортирующие органы сушильных установок.

Исходя из поставленной цели и задач, решение которых необходимых для ее достижения, можно определить структуру диссертационной работы.

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ СУШКЕ БАКЛАЖАНОВ

ЦЕЛЬ -ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОМБИНИРОВАННОЙ

СУШ КИ БАКЛАЖАНОВ +

ХАРАКТЕРИСТИКА ИНЖЕНЕРНЫХ И НАУЧНЫХ ПРОБЛЕМ СУШКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ПРОЦЕССУ И ОБЪЕКТУ СУШКИ

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЗАКОНО МЕРНОСТЕЙ ВЗАИМСЙ ЕЙСТВИЯ БАКЛАЖАНОВ С ВОДОЙ

ЭКСПЕРИМЕНТ АЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ИНФРАКРАСНОГО И КОНВЕКТИВНОГО ЭНЕРГОПОДЮДА В / ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ

ПРОЦЕССЕ СУШКИ / ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СУШКИ БАКЛАЖАНОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА СУШКИ

ЭКСПЕРИМЕНТ АЛ ЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА СУШКИ БАКЛАЖАНОВ В ТОНКОМСЛСЁ И РАСЧЕТ КОЭФ ФИЦИЕНТОВ

ВЛАГОПРОВОДНОСТИ И МОЛЯРНОГО ПЕРЕНОСА ПАРА

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОГО ОСЦИЛЛИРУЮЩЕГО ЭМБИНИРОВАННОГО ИЕС-КОНВЕКТИВНОГО РЕЖИМА СУШК1

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Ревина, Алла Викторовна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Достижение цели исследования стало возможным благодаря комплексному использованию классических теоретических и экспериментальных методов и корректного применения известных научных достижений в области тепломассообмена. Полученные результаты не противоречат их положениям. Использованные и усовершенствованные методики расчета, а также предложенные технические решения согласуются с опытом их проектирования, экспериментальными данными, полученными автором и другими исследователями. В экспериментальных натурных исследованиях использовались методы статистической обработки результатов измерений, для реализации численно-аналитических моделей использовались пакеты современных компьютерных программ.

В результате можно сделать следующие выводы:

1. Определены пути интенсификации тепломассообмена при производстве сухих плодоовощных продуктов. Проанализированы способы сушки и пути ее интенсификации, конструкторские решения сушильных установок, устройств нанесения продуктов на рабочую поверхность и транспортирующие органы сушилок.

2. Результаты исследований основных термодинамических закономерностей взаимодействия баклажанов с водой показали существенное значение энтропийной составляющей свободной энергии. Выявлено, что величина термоградиентного коэффициента имеет отрицательное значение в диапазоне высоких влажностей. Для интенсификации процесса сушки таких продуктов целесообразно диспергирование (нарезка (измельчение), кипящий слой и т.п.), применение объемных способов энергоподвода. Рекомендуется комбинирование ИК и конвективного энергоподвода при сушке плодоовощных продуктов, что значительно повышает интенсивность сушки, создает "мягкие" режимы и приводит к существенному повышению качества готовой продукции.

3. Проведено обоснование инфракрасного и комбинированного энергоподвода, получены аппроксимирующие уравнения для оптических характеристик и функций распределения объемной плотности поглощенной энергии по глубине оптически тонкого слоя.

4. Выявлен механизм внутреннего тепломассопереноса, получены зависимости интенсивности сушки от варьируемых параметров, разработаны способы конвективной, радиационной, радиационно-конвективной атмосферной сушки баклажанов, способы их нанесения на рабочую поверхность и транспортирующие органы сушилок и устройства для их осуществления.

5. В результате реализации физико-математической модели тепломассообмена получены зависимости влагоообменных характеристик от параметров процесса на основе расчета полей температур.

6. Разработана методика и программное обеспечение для прогнозирования и получения осциллирующих рациональных режимов в процессах. Рекомендованы осциллирующие рациональные режимные параметры и способ сушки.

7. На основе предложенной технологии сушки разработаны и усовершенствованы экспериментальные (экспериментальные установки для исследования процессов ИК, конвективной сушки и сушки в кипящем слое) и опытно-промышленные образцы (комплексная установка с комбинированным энергоподводом и осциллирующим режимом сушки с механизированными операциями загрузки, резки, нанизки и выгрузки для плодов и овощей в дольках) сушилок, планируемые к внедрению в ООО «Биотехсинтез» и ООО «Парад» (мясокомбинат «Астраханский»), где анализ и проверка полученных в работе результатов показали целесообразность их использования.

Научная новизна и практическая значимость проведенных исследований состоит в том, что получены аппроксимирующие зависимости ТФХ, ФХС, CMC, ОХ, ТРХ баклажанов. Выявлены особенности статического взаимодействия баклажанов в дольках с водой, получены зависимости термодинамических параметров от основных факторов (температуры и влагосодержания).

Получены уравнения кривых сушки и скорости конвективной и радиационной сушки для различных зон сушки, а также аппроксимирующие зависимости кинетических коэффициентов сушки. Для оптимизации процессов и математического описания кривых сушки и скорости сушки использован многозонный метод аппроксимации.

На основе экспериментально-аналитического изучения кинетики сушки выявлены особенности механизма внутреннего тепломассопереноса для овощных продуктов.

Получены зависимости массовлагообменных характеристик от параметров процесса на основе численно-аналитического метода расчета полей температур и определения коэффициентов потенциалопроводности и молярного переноса пара.

Рекомендованы рациональные осциллирующие комбинированные режимы для сушки баклажанов.

Результаты исследований предназначены для использования при создании технологий сушки овощных продуктов, при выборе рациональных режимов сушки и проектировании эффективного сушильного оборудования.

Разработаны варианты проведения процессов радиационной, радиационно-конвективной атмосферной сушки и нанесения продуктов на рабочую поверхность и транспортирующие органы сушилок, а также устройства для их осуществления, обоснованы режимные параметры. Получены рациональные осциллирующие режимы комбинированной сушки баклажанов.

Внедрение результатов работы позволяет:

- сократить время сушки сырья растительного происхождения при сохранении высокого качества продукта;

- уменьшить удельные затраты энергии и материалоемкость оборудования при обезвоживании овощных продуктов;

- выбрать рациональные технологические режимы при проектировании эффективного сушильного оборудования и при разработке технологий концентрирования нетрадиционных продуктов.

В диссертации представлены только те результаты, которые получены автором лично либо в соавторстве (указано в ссылках), в том числе: постановка проблемы и входящих в нее задач, организация и проведение экспериментальных исследований, обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований, реализация численно-аналитических моделей процессов сушки, разработка новых технических решений и практических рекомендаций, разработка по результатам исследований опытно-промышленных образцов сушилок.

Результаты исследований опубликованы автором совместно с сотрудниками при равноправном участии автора.

Одним из перспективных направлений исследований является оптимизация режимов тепломассообмена на базе математической модели процесса сушки без экспериментального исследования кинетики сушки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ревина, Алла Викторовна, 2005 год

1. Авраменко В.Н. и др. Инфракрасные спектры пищевых продуктов /В.Н.Авраменко, Н.П. Есельсон, А.А. Заика. М.: Пищевая промышленность, 1974.- 174 с.

2. Автор свид. СССР, № 141126, 6/Х, 1961.

3. Александрова Т. А. Сравнительное исследование пен и высоконцентрированных эмульсий. Канд. дисс. Ростов: Ростовский ГУ, 1969.-22 с.

4. Алексанян И.Ю. Развитие научных основ процессов высокоинтенсивной сушки продуктов животного и растительного происхождения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. -М.:МГУПБ, 2001 г.-52 с.

5. Алимов А.В., Федин В.М «Карусельная сушилка для сельскохозяйственных материалов». Авторское свидетельство СССР № 1177625 А, БИ № 33 07.09.1985г.

6. Альтман А.Ш., Давидович JI.A., Перлин Б.А. «Карусельная сушилка». Авторское свидетельство СССР № 1250804 А1, БИ № 30 15.08.1986г.

7. Аминова Э.Ш. Интенсификация и исследование процесса пеносушки пастообразных продуктов при комбинированном энергоподводе: Автореф. дис. канд. тех. наук. М., 1986 - 25 е., ДСП.

8. Антипов С. Т. Разработка высокоэффективных непрерывнодействующих сушилок барабанного типа для пищевой промышленности (теория и техника): Автреферат дис. на соискание степени доктора технических наук. -Воронеж, 1993.-50 с.

9. Антипов С. Т., Валуйский В. А., Меснянкин В. Н. Тепло-массобмен при сушке в аппаратах с вращающимся барабаном. Воронеж, 2001. - 308 с.

10. Балакирев А. А., Тихомиров В. К. ЖПХ, 1968, т. 41, № 12, с. 2762-2764.12