Разработка способа сублимационной сушки в поле СВЧ продукта на основе форменных элементов крови убойных животных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат технических наук Белозерцев, Александр Сергеевич

• Белозерцев, Александр Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Белозерцев, Александр Сергеевич

Введение.

Глава 1. Литературный обзор. Постановка задач исследований.

1.1. Вакуумное сублимационное обезвоживание при различных видах энергоподвода.

1.2. Анализ существующий конструкций вакуум-сублимационных сушильных установок с СВЧ- энергоподводом.

1.3. Анализ существующих моделей процесса сублимационного обезвоживания.

1.4. Обоснование выбора форменных элементов крови убойных животных как объекта сушки.

1.5. Цели и задачи исследований.

Глава 2. Определение рецептурного состава продукна. Исследование его свойств как объекта вакуум-сублнмационпой сушки.

2.1. Подбор компонентов н оптимизация рецептурного состава исследуемого продукта на основе форменных элементов крови.

2.2. Определение криоскопической температуры и количества вымороженной влаги.

2.3. Определение теплофизнческих характеристик исследуемого продукта.

2.4. Определение электрофизических характеристик и с с л е д у е м о го п р оду кта.

Глава 3. Моделирование процесса вакуум-сублимационной сушки высокопористого материала в сверхвысокочастотном поле.

3.1. Общий анализ процесса.

3.2. Общая формулировка модели тепло- и массообмена.

3.3. Объем и пористость материала в процессе сушки.

3.4. Удельное массосодержапие льда в процессе сушки.

3.5. Моделирование СВЧ нагрева.

3.6. Численный анализ модели.

3.6.1. Сетка разностной аппроксимации.

3.6.2. Разностная схема для вычисления температуры, влагосодержания и давления.

3.6.3. Численный анализ удельного массосодержания льда.

3.7. Анализ и интерпретация машинного эксперимента.

Глава 4. Исследование процесса вакуум-сублимационной сушки в сверхвысокочастотном поле.

4.1. Экспериментальная установка и методика проведения экспериментов.

4.2. Изучение процесса замораживания исследуемого продукта.

4.3. Изучение кинетики процесса вакуум-сублимационной сушки.

4.3.1. Влияние начальной влажности продукта на продолжительность обезвоживания.

4.3.2. Влияние способа замораживания на продолжительностьсублимационного обезвоживания.

4.3.3. Влияние напряженности электромагнитного ноля на продолжительность сублимационного обезвоживания.!

4.4. Исследование качественных показателен полученного продукта.

4.4.1. Пищевая ценность.

4.4.2. Биологическая ценность.

4.5. Проверка адекватности разработанной математической модели.

Глава 5. Практическое применение результатов исследований.

5.1. Разработка способа получения сублимированных пищевых продуктов п установка для его осуществления.

5.2. Разработка способа получения сублимированных пищевых продуктов с заданными свойствами.

5.3. Разработка сублимационной сушилки непрерывного действия с СВЧ- эиергоподводом.

5.4. Способ автоматического управления процессом вакуум-сублимационной сушки пищевых продуктов сверхвысокочастотпом поле.

5.5. Расчет экономической эффективности.

5.5.1. Расчет производительности сублимационной установки.

•• 5.5.2. Расчет стоимости затрат электроэнергии.

5.5.3. Расчет капитальных вложений.

5.5.4. Расчет текущих затрат.

5.5.5. Расчет экономического эффекта.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка способа сублимационной сушки в поле СВЧ продукта на основе форменных элементов крови убойных животных»

На сегодняшний день при переработке животных на мясокомбинатах страны ежегодно собирают до 400 тыс. т цельной пищевой крови из которых по официальным данным только 3 % направляют на пищевые и медицинские цели [85]. Обострившиеся социально-экономические и экологические проблемы в стране ставят задачу строжайшей экономии полезных пищевых ресурсов, привлечения новых идей в практическую пищевую инженерию.

В настоящее время согласно статистике института питания РАМН, 70 % населения страны страдает железодефицитными состояниями. Это одно из самых распространенных в мире алиментарно-зависимых состояний, встречающееся в основном у детей раннего возраста, подростков и женщин. Дефицит железа в организме приводит к снижению иммунного статуса, повышению восприимчивости к инфекционным и другим заболеваниям, нарушению психомоторного развития [12].

В такой ситуации целенаправленное обогащение продуктов препаратами железа - актуальная научно-практическая задача. В этом аспекте особенно ценны железосодержащие компоненты природных веществ, которые обладают значительно более высокой усвояемостью в организме, чем другие его формы. Значительная доля легкоусвояемого белка и железа обуславливает интерес к крови убойных животных, в особенности к тяжелой ее фракции -форменным элементам как источнику для производства продуктов антианемического действия, лечебно-профилактические свойства которых объясняются содержанием биологически активных гемовых форм железа.

Поэтому в данном свете на первый план выступает один из наиболее качественных видов консервирования пищевых продуктов - вакуум- сублимационная сушка, которая позволяет обеспечить максимальное сохранение большинства первоначальных свойств продуктов в процессе их длительного хранения. Основным препятствием для широкого внедрения сублпмацноиной сушки в пищевую промышленность является сравнительно высокая стоимость получаемых продуктов за счет длительности и энергоемкости процесса. Решение проблем, связанных с устранением перечисленных недостатков, является актуальной задачей.

Как известно характер СВЧ-нагрева позволяет резко интенсифицировать процессы тепло- и массообмена, так как прогрев продукта происходит по всему объему. Сушка является тем процессом, в котором преимущество СВЧ-энергии проявляются наиболее ярко, при этом предпочтение отдается установкам непрерывного действия. Поэтому применение сверхвысокочастотного нагрева для интенсификации процесса вакуум- сублимационной сушки пищевых продуктов является перспективным направлением на пути устранения вышеперечисленных недостатков в совокупности с организацией процесса в непрерывном режиме.

Целыо данной диссертационной работы является развитие теории и техники вакуум- сублимационной сушки в свервысокочастотно.м поле продукта лечебно-профилактического действия на основе форменных элементов крови убойных животных.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты пищевых производств», Белозерцев, Александр Сергеевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан способ получения сублимированных пищевых продуктов с использованием энергии высокочастотных электромагнитных колебаний, позволяющий проводить процесс вакуум- сублимационного обезвоживания в непрерывном режиме.

2. Проведены экспериментальные исследования кинетики процессов замораживания и вакуум- сублимационного обезвоживания исследуемого продукта при различных способах организации процесса, позволяющие сделать вывод о целесообразности применения испарительного замораживания, позволяющего снизить время проведения процесса па 65 % по сравнению с сушкой предварительно замороженного продукта.

3. Для обеспечения высокой пищевой и биологической ценности высушиваемого продукта получены рациональные режимы проведения процесса: начальная температура продукта при самозамораживании 278.280 К, конечная температура замораживания 243.248 К, напряженность электромагнитного поля в процессе сушки 3,5 кВ/м.

4. Разработаны конструкции высокоэффективных сушильных установок непрерывного действия с СВЧ- энергоподводом для вакуум- сублимационного обезвоживания продуктов с развитой высокопористой структурой.

5. Разработанная схема автоматического управления непрерывным процессом вакуум- сублимационной сушки в поле СВЧ позволяет снизить энергозатраты за счет повышения точности управления процессом.

6. Исследованы теплофизические и электрофизические характеристики исследуемого продукта как объекта вакуум- сублимационной сушки.

7. Разработанная математическая модель процесса позволяет адекватно описывать процессы тепло- и массообмена в условиях испарительного замораживания и вакуум- сублимационного обезвоживания, рассчитывать время сушки при заданных условиях.

8. Расчет экономической эффективности показал, что внедрение в производство вакуум- сублимационной установки непрерывного действия обеспечит годовой экономический эффект в размере 670 тыс.р.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Белозерцев, Александр Сергеевич, 2004 год

1. A.c. 909497 СССР F 26 В 5/06. Способ сублимационной сушки жидких и пастообразных продуктов и сублимационная сушилка /X. -М.Х. Байсисв /СССР/.- Ks 3672163/28-13; Заявл. 08.07.80; Опубл. 28.02.82, Б юл. № 8.

2. A.c. 1 178380 СССР А 21 О 13/08. Способ производства кекса /Р.И.Скворцова, Т.И.Корчагииа /СССР/.- № 3672163/28-13; Заявл. 27.07.83; Опубл. 15.09.85, Бюл. К» 34.

3. Алмаши А., Эрдели А., Шарой Т. Быстрое замораживание пищевых продуктов: Пер. с вепгер. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1981.

4. Антипова Л.В., Жеребцов H.A. Биохимия мяса и мясных продуктов: Учеб. пособие. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1991. - 184 с.

5. Бабенко В.Е., Буевич 10.А., Шепщук U.M. ТОХТ. - 1975. - Т. 9, №2.-С. 274-277.

6. Бейер В.А Внутренние болезни. Л.: Государственное издательство медицинской литературы, 1963. 528 с.

7. Белозерцев A.C., Китаев С.Ю. Способ измерения влажности продукта бесконтактным методом// Материалы XLI отчетной научной конференции за 2002 год: В 3 ч. /ВГТА, Воронеж, 2003, Ч.1., с. 184-185.

8. Белошапко A.A., Шкарятов A.A., Кузнецов Ю.В. и др. // Тез. докл. II Российский национальный конгресс "Человек и лекарство" М.: 1995. - С. 1158.

9. Белянский Г.Г., Болога М.К., Волынец А.З., Зафрин Э.Я. Исследование процесса сублимации в электромагнитном поле СВЧ. ИФЖ, 1977, т. 33, 2, с. 242-249.

10. Бисярина В.П., Казакова JI.M. Железодефицитные апимии у детей раннего возраста. М.: Медицина, 1979. - 176 с.

11. Бляхман Д.А. Исследование процесса вакуум-сублнмациоипои сушки хлебопекарных дрожжей на инертных носителях: Днсс. канд. техн. наук. Воронеж, 2001. - 198 с.

12. Бражников A.M., Камовников Б.П. О терминологии в области сублимационной сушки // В сб.: Теплообменные процессы и аппараты химических производств.-М.: МИХМ, 1976.-С. 112-116.

13. Бражников С.М. Тепло- и массообмен при испарительном замораживании в процессе гранулообразования в вакууме: Дисс. канд. техн. наук. -М., 1983.

14. Будак Б.М., Соловьева E.H., Успенский А.Б. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задачи Стефана // ЖВМ и МФ. -1965.-Т. 5, №5.-С. 828-840.

15. Вабищевич П.Н. Численные методы решения задач со свободной границей. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. - 164 с.

16. Верба М.К. Исследование процесса сушки материалов методом сублимации. Автореферат кандидатской диссертации, МЭИ, 1955. - 22 с.

17. Волькенштейн B.C. Скоростной метод измерения теплофизических характеристик материалов. // Тепло- массоперенос. Минск, 1962. T.I. С. 65-69.

18. Волькенштейн B.C. Скоростной метод определения теплофизиче-ских характеристик материалов. -JT.: Энергия. 1971. 145 с.

19. Волынец Л.З. Кинетика процесса сублимационной сушки в электромагнитном поле СВЧ. Тр. МИХМ, 1969, т. I, вып. 2, с. 75-76.

20. Волынец Л.З. Особенности кинетики процесса сублимационной сушки в поле СВЧ. ЭОМ, 1970, 6, с. 44-47.

21. Волынец А.З. Тепло- и массообмен в технологии сублимацноиого обезвоживания в вакууме. Автореферат докторской диссертации. М.:МИХМ, I960.-32 с.

22. Вукалович М.П., Ривкии СЛ., Александров A.A. Таблицы теплофи-зических свойств воды и водяного пара. М.: Изд-во стандартов. 1969. 408 с.

23. Гинзбург A.C. Инфракрасная техника в пищевой промышленности. М., Пищевая промышленность, 1966. - 407 с.

24. Гинзбург A.C. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1973. - 528 с.

25. Гинзбург A.C., Громов М.А., Красовская Г.И. Тсплофизнческне характеристики пищевых продуктов. М.: Пищевая пром-ть. 1980.-288 с.

26. Гуйго Э.И. Исследование и разработка .методов интенсификации сублимационной сушки пищевых продуктов. Автореферат докторской диссертации. М.: МТИШ, 1956. - 48 с.

27. Гуйго Э.И., Журавская Н.К., Каухчешвили Э.И. Сублимационная сушка в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1972.-434 с.

28. Гуйго Э.И., Журавская Н.К., Каухчешвили Э.И. Сублимационная сушка пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1966. - 354 с.

29. Гухман A.A., Волынец А.З. О характере сублимации льда в вакууме. ИФЖ, 1968, т. 15, 5, с. 778-781.

30. Думанский A.B. Учение о коллоидах. M-J., Госэнергоиздат, 1948.416с.

31. Ермакова Е.А. Некоторые результаты экспериментального исследования теплообмена при сублимации льда. ИФЖ, 1958, № 12.

32. Ермакова Е.А. О механизме тепло- и массообмена при сублимации льда под вакуумом. ИФй, 1958, № II, с. 32-34.

33. Камовников Б.П., Малков A.C., Воскобойников В.А. Вакуум-сублимационная сушка пищевых продуктов: основы теории, расчет и оптимизация. М.: Агропромиздат, 1985. - 288 с.

34. Камовников Б.Л. Исследования, методы расчета и оптимизация процесса вакуум-сублимационной сушки мясных- и молочных продуктов. Автореферат докторской диссертации. М.: МТШ1МШ, 1980. 39 с.

35. Каухчешвили Э.И. Исследование процессов и научные основы разработки оборудования для сублимационного консервирования пищевых продуктов и биологических материалов.- Автореферат докторской диссертации, М: ЮТМШ, 1968.-36 с.

36. И.Т. Кретов, А.И. Шашкин, С.В.Шахов, В.Б. Черных, A.C. Белозер-цев. Моделирование процесса вакуум-сублимационной сушки пищевых продуктов в поле СВЧ // Известия вузов. Пищевая технология. 2003, ЛЬ 5-6, с.65-68.(3)

37. Кретов И.Т., Антипов С.Т., Шахов C.B. Моделирование тепло- мас-сообмена при вакуум-сублимационном обезвоживании термолабильных продуктов //Сб. науч. тр. Вып. 4. / Воронеж, гос. технол. акад. - Воронеж, 2000.-С. 140-144.

38. Кретов И.Т., Шахов C.B., Белозерцев A.C. Способ автоматического управления процессом вакуум-сублимационной сушки пищевых продуктов в сверхвысокочастотном поле // Техника машиностроения 2003, ЛЬ 4, с. 120-122.

39. Кретов И .Т., Шахов C.B., Белозерцев A.C. Способ сублимационной сушки пищевых продуктов в сверхвысокочастотном поле // Храпение и переработка сел ьхозсырья. 2001. - ЛЬ 9. - с. 24.

40. Лебедев Д.П., Перельман T.JL Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме. М.: Энергия, 1973. - 336 с.

41. Лебедев П.Д. Сушка инфракрасными лучами. М., Госэнергоиздат, 1955.-232 с.

42. Лебедев Д.П. Теплофизические исследования процесса сублимации льда в вакууме. Автореферат кандидатской диссертации. М.: МИХМ, 1968.- 18 с.

43. Левицкая М.А. Моделирование систем вакуум-сублимационного обезвоживания: Автореф. канд. дисс. — Воронеж, 2003. — 20 с.

44. Либерман С.Г., Пожариская Л.С., Файвишевский .\1.Л. Переработка крови убойных животных на мясокомбинатах. М.: Пищевая промышленность, 1980.-200 с.

45. Липатов С.М. Физико-химия коллоидов. М-Л, Госхимиздат, 1948.372 с.

46. Лыков A.B., Грязнов A.A. Молекулярная сушка. М., Пишепромиз-дат, 1956. - 271 с.

47. Лыков A.B. Теория сушки. М.: Энергия, 1968.-471 с.

48. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.599 с.

49. Лыков A.B. Тепло- и массообмен в процессах сушки. — М.-Л.: Гос-энергоиздат, 1956. -464 с.

50. Лыков A.B., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массоперепоса. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. -536 с.

51. Ляховицкий Б.М. Исследование процесса сублимационной сушки жидких пищевых продуктов. Автореферат кандидатской диссертации, М.: МТИПП, 1968.-20 с.

52. Магомедов Г.О., Дерканосова U.M. Многокомпонентные У* порошкообразные полуфабрикаты: состав, свойства и перспективыиспользования // Изв. вузов. Пищевая технология. 1996. - ЛЬЗ-4. - с. 23-25.

53. Магомедов Г.О., Брехов А.Ф. Техника и технология получения пищевых продуктов термопластической экструзией / Воронеж, гос. технол. академия. Воронеж, 2003. - 168 с.

54. Мазур В.А., Парцхаладзе Э.Г., Ольшамовский B.C. Математическое моделирование процесса вакуум-сублимациоипой сушки с деструкцией гранулированных продуктов // Холодильная техника. 1994. — № 2. — С. 9-11.

55. Некрутман C.B. Диэлектрические свойства пищевых продуктов па частоте 2375 МГц // Электронная обработка материалов, 1973, jYu4, с. 82-84.

56. Нетушил A.B., Жуковицкий Б.Я., Кудин В.И., Парии Е.П. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников. М.-Л., Госэнергонздат, 1951.-320 с.

57. Николаенко C.B. Повышение эффективности сублимационной сушки ферментных препаратов. Дисс. канд. техн. наук. Воронеж. 1990.

58. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. -М.: Энергия. 1979.-320 с.

59. Павлов И.О. Активные потери пищевых продуктов. Сб.гГОСИНТИ, 1958, с. 43-49.

60. Патепт РФ Л"» 1837787. Композиция для получения лиофилизиро-ванного пищевого продукта и способ его получения/ Луиджи Костанцо, Би-аджио Калькавечия. 1993, Бюл. Л'и 32.

61. Патепт РФ № 2187053. Способ непрерывной сублимационной сушки термолабильных материалов / Д.П. Лебедев, Б.Н. Быховский, ВИЭСХ. 2002.

62. Патепт РФ № 2203064. Способ непрерывной сублимационной сушки термолабильных материалов / Г.Г. Валеев, Г.Г. Гофман, М.К. Дзалаев, Ли-бин И.Я. 2003.

63. Патент РФ №2197874. Способ получения сублимированных пищевых продуктов и установка для его осуществления. / Ангипов С.Т., Кретов И.Т., Шахов C.B., Игнатов В.Е., Белозерцев A.C., ВГТА, 2003.(5)

64. Петров В.Н. Физиология и патология обмена железа.- Л.: Наука, 1982.-224с.

65. Поповский В.Г. Сублимационная сушка пищевых продуктов растительного происхождения. М.: Пищевая промышленность. 1975. 47 с.

66. Рогов И.А.Г Токаев Э.С., Ковалев Ю.И. К вопросу определения пищевой ценности мясных продуктов //Мясная индустрия СССР. 1987. - № 4.-С. 18-20.

67. Рогов И.А., Токаев Э.С.,Ковалев Ю.И. Новые тенденции развитиятехнологии производства мясных продуктов с точки теории адекватного питания //Мясная индустрия СССР. 1987. -№ 3. - С. 18-21.

68. Рогов И.А., Некрутмап С.В. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов. М.: Агропромиздат, 1986. - 351 с.

69. Рогов И.А., Горбатов A.B. Физические методы обработки пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность. 1974. 584 с.

70. Самарский A.A., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978. - 592 с.

71. Самарский A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1990. - 614 с.

72. Самарский A.A., Моисеенко Б.Д. Экономичная схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана // ЖВМ и МФ. 1965. — Т. 5, JS1» 5. -С. 816-827.

73. Селюков Н.Г. Исследования оптических свойств продуктов, подвергаемых обработке терморадиацией. Автореферат кандидатской диссертации. М.: МТИПП, 1968. 19 с.

74. Сканавн Г.И. Физика диэлектриков (область сильных полей). -М.: Гос.изд.физ.-мат.лит., 1958. -907 с.

75. Скурихин И.М., Волгарев М.Н. Химический состав пищевых про-дуктов.-М.: Агропромиздат, 1987. 236 с.

76. Смоленский Б.Л., Абрамова Ж.И. Справочник по лечебному питанию для диетсестер и поваров. М.: Медицина, 1985. - 376 с.

77. Соловьев О.В. Новый способ коагуляции крови //Мясная пром-сть. -1995.-j\l»4.-C. 14-16.

78. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. -М.: Наука, 1977.-736 с.

79. Файвишевский M.J1. Переработка крови убойных животных: Учебник для кадров массовых профессий. М.: Агропромиздат, 1988. - 224 с.

80. Файвишевский М.Л., Лисина Т.Н. Экстругем новый продукт антианемического действия //Мясная пром-сть. - 1994. - № 2. - С. 23-24.

81. Фокин В.В., Касаткин В.В., Морозов В.А., Литвинюк Н.Ю., Агафонова Н.М., Касаткина В.В. Тепломассобмен в сублимационных сушильных установках непрерывного действия в поле СВЧ и атмосфере инертного газа./ Хранение и переработка сельхозсырья. Л"« 9. 2001.

82. Фролов В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов. Л.: Химия, 1987.-208 с.

83. Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность. 1979. 272 с.

84. Чудновскпй А.Ф. Теплообмен в дисперсных средах. М.: Гостехиз-дат, 1954.-444 о.

85. Шаршов В.Н. Разработка и исследование вакуумного способа сушки казеина: Дисс. канд. техн. наук. Воронеж, 1998.

86. Шахов C.B., Белозерцев A.C. Разработка способа сублимационной сушки экструдированных продуктов. // Материалы XXXIX отчетной конференции за 2000 год: В 2 ч. / ВГТА, Воронеж, 2001, 4.1. с 127.

87. Шостка Г.Д. Железодефицитное малокровие и некоторые вопросы регулязии эритропоэза. Л.: 1970.

88. Шустов В.Я. Биологическая роль и практическое применение микроэлементов. Рига, 1975.

89. Яушева Э.Я. Исследование сублимационной сушки говяжьего мясапри высокотемпературном радиационном энергоподводе с целыо интенсификации процесса. Автореферат кандидатской диссертации. М.: МТИИМПП, 1966. 18 с.

90. Burke R.P., Decareau R.U. Freeze-drying of foods. Advan. Food. Res., 1964, 13, pp. 1-88.

91. Copson D.A. Microwave Heating. Westport, Connecticut, AVI, 1968,292 p.

92. Hoover H., Markantonatos A., Parker W. Engineering aspekcts of using UIIF dielectrik heating to accelerated the freeze-drying of foods. Food Technology, 1966,20, 6, pp. 78-90.

93. Mellor T.D. Scientific and industrial applications of freze-drying. -1978, PACE, No 1, pp. 16-18.