Введение
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ИНДЕКСЫ
1. Обозначения:
Р - давление, Па;
Е — напряженность электрического поля, В/см;
f — частота излучающего генератора, Гц;
е - относительная диэлектрическая проницаемость;
tg6 - тангенс угла диэлектрических потерь;
а - угол между векторами;
N - мощность, Вт;
U - электрическое напряжение, В;
I - электрический ток, А;
V - скорость испарения влаги из продукта, кг/ч; т| - коэффициент полезного действия (КПД);
Y - ускорение конвективно-диэлектрической (КД) сушки по сравнению с конвективно-камерной;
Q - энергоемкость технологического процесса, Дж/кг;
q - энергоемкость подвода и преобразования энергии к технологическому процессу (безразмерная величина согласно МКО);
Д - коэффициент диффузии водяного пара, (см2/с);
Т - абсолютная температура газов, °К;
Э - энергия при сушке, кВт • ч;
а - доля затрат энергии при сушке;
Ц - стоимость 1 кВт • ч электрической энергии, руб./кВт • ч;
У - стоимость 1 кВт • ч тепловой энергии, руб./кВт • ч.;
К - коэффициент теплопередачи многослойной стены сушильной камеры, кВт/(м2оС);
t - температура,°С;
р - плотность продукта, кг/м3;
W - влажность продукта, %;
9
S/V - отношение площади ограждающей камеры к объему загрузки продукта в нее, м2/м3;
г - промежуток времени, ч;
с - теплоемкость, кДж/(кг • °С);
г - удельная теплота парообразования за разные периоды сушки, кДж/кг;
0 - расход распыляемого материала, кг/ч;
d — влагосодержание воздуха, (г/кг);
П - пористость;
2. Индексы: V - объем;
m - тепловые потери с поверхности продукта в окружающую среду; t - термический;
и - поверхность при испарении влаги; а - анод лампы; вх - на входе; вып - выпрямитель; вых - на выходе; д - в ВЧ источнике; е - электрический; к - конвективно - камерная сушка; кв - конвективно - вакуумная сушка; кд — конвективно — диэлектрическая сушка (КД); кз — конвективно — звуковая сушка (КЗ);
квзд — конвективно — вакуумно — звуко — диэлектрическая сушка (КВЗДС);
кон - конечная; Л - лампа; маг - магнетрон; нач. - начальная;
10
ок - воздухообмен и влаготеплообработка при конвективной сушке;
П - продукт;
т - тепловая;
теор - теоретические;
тр - трансформатор.
3. Сокращения
АВ — агрегат вакуумный;
АВАР — авария;
АВТ - автоматический;
БМД - буфер магистраля данных;
БП - блок питания;
БС - блок сопряжения;
БСО - блок сопряжения с объектом;
БУ — блок управления;
ВВН - высоковакуумный насос;
ВН — форвакуумный насос;
ВРЕМ — время;
ВСС - вакуум сублимационная сушка;
ВСУ — вакуум сублимационная установка;
Дв — двигатель;
ЗАКР — закрыто;
ЗАТВ — затвор;
К - клапан;
КВДС - конвективно-вакуумно-диэлектрическая сублимационная сушка в потоке инертного газа;
КВЗДС - конвективно-вакуумно-звуко-диэлектрическая
сублимационная сушка в потоке инертного газа;
КОНВ — конвективный;
МА - магистраль адреса;
11
МД - сигналы магистрали данных; МОШН — мощность; Н - натекатель; НАЛ - наладочный; ОЭВМ - однокристальные микроЭВМ; ОТКР - открыто; ОТТАИВ — оттаивание;
ПЗУ - постоянное запоминающее устройство; РАСХ - расход; РУЧ - ручной;
СВЧ - сверхвысокочастотный; СВЧ-К - СВЧ конвективный СУ - субблок управления;
СУАВ - субблок управления агрегатом вакуумным; СУСН - субблок управления системой нагрева; СУСР - субблок управления системой распыления; СУСХ - субблок управления системой обеспечения холода; УВ - узел ввода; УР — узел реле;
УСВУ - узел согласования с внешним устройством; УСТ — установка; УУ - узел управления; УЗИ - ультразвуковое излучение; ФМУ - схема формирования магистрали управления; ЯИ - ячейка индикации; ЯК - ячейка коммутации.
12
ВВЕДЕНИЕ
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 богатых микронутриентами продуктов питания в качестве важнейшей и первоочередной меры, от которой решающим образом зависит улучшение питания и здоровья детского и взрослого населения России.
Основной причиной дефицита микронутриенов у современного человека как в России, так и во всех экономически развитых странах является резкое снижение энергозатрат и соответствующее уменьшение потребности в пище как источнике энергии, что не позволяет обеспечить эволюционно сформированные физиологические потребности организма в целом ряде незаменимых пищевых веществ за счет адекватного по калорийности рациона, состоящего из обычных продуктов питания.
Следствием этого является массовое распространение полигиповитаминозов, сочетающихся с недостаточным потреблением целого ряда важнейших макро - и микроэлементов, что наносит существенный ущерб здоровью. Особо при этом страдают системы антиоксидантной защиты, имеющие исключительно важное значение для предотвращения повреждений, вызываемых чужеродными для организма агентами (радионуклиды, тяжелые металлы, пестициды и мн. др.).
Эффективным путем ликвидации дефицита микронутриентов является широкомасштабное производство функциональных продуктов питания, положительно влияющих на физиологические функции и обмен веществ в целом, а также оказывающих определенное психотерапевтическое воздействие.
13
Среди продуктов питания, обладающих защитными функциями, превалирующее значение имеют биологически активные кисломолочные продукты, плоды, ягоды, овощи, и их соки. Среди всех средств, направленных на коррекцию кишечного дисбактериоза, наибольшим терапевтическим эффектом обладают продукты на основе бифидо - и лактобактерий. 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, ограниченный срок хранения пищевых продуктов, сложность сохранения высоких биологических свойств без специального оборудования не позволяют их использовать на протяжении всего года. Удаление влаги из сырья путем сушки до влажности 3,6...4,5 % предоставит возможность хранения его в обычных условиях длительное время.
Вакуум-сублимационная сушка (ВСС), как метод консервирования, основанный на принципе низкотемпературного обезвоживания, позволяющий наиболее полно сохранить биологически активные и питательные вещества, содержащиеся в исходном сырье, особенно перспективен для получения качественно новых продуктов функционального назначения.
В настоящее время производство сублимированных продуктов интенсивно развивается. За рубежом это обеспечивается расширением выпуска установок 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 высокая себестоимость, обусловленная следующими факторами:
14
- использование одного источника энергии, который в разные периоды сушки работает неэффективно;
- значительные затраты ручного труда, как результат периодического действия;
- длительность процесса;
- высокая энергоемкость технологического процесса.
Поэтому, создание новых сушильных технологий для комплексной переработки сельскохозяйственного сырья с использованием энергосберегающих электротехнологий, является актуальной задачей подъема народного хозяйства России, что составляет научную проблему.
Перспективы развития сублимационной техники связаны с переходом к установкам поточно-циклического и непрерывного действия, повышением эффективности сублимационного оборудования за счет интенсификации процесса обезвоживания. В ФГОУ ВПО ИжГСХА по заказу департамента кадровой политики и образования МСХиП РФ с 1996 по 1997 г. выполнялось НИОКР «ГЛОБУЛИН» на тему «Разработка и изготовление опытного образца установ-ки для вакуумной сублимационной сушки различных термолабильных объек-тов», которая вошла в планы НИР ФГОУ ВПО ИжГСХА на 1996...2004 гг.
Цель работы. Интенсификация и повышение эффективности сублимационной сушки жидких термолабильных продуктов пищевого назначения на основе энергосберегающих электротехнологий с комбинированным энергоподводом.
Научную новизну работы составляют:
- способы испарительного самозамораживания и сублимационной сушки жидких термолабильных продуктов пищевого назначения, на
15
установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом в едином вакуумном цикле, защищенные патентами РФ;
- теория и методы контроля, расчета и оптимизации эффективности энергоподвода в технологических процессах сублимационной сушки жидких термолабильных продуктов пищевого назначения на установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом;
- математические модели частных энерготехнологических процессов непрерывной сублимационной сушки гранулированного продукта с комбинированным энергоподводом, описывающие: испарительное самозамораживание жидких термолабильных продуктов пищевого назначения и ИК сушку криоранулянта в полете; сублимационную сушку гранул в полях СВЧ и УЗИ; досушку остаточной влаги в фильтрационном потоке инертного газа в поле УЗИ.
Практическую значимость работы представляют:
опытный образец лабораторной непрерывно действующей сублимаци-онной установки с производительностью 1 кг/ч по испаряемой влаге УСС-НД-КЭ-Ж-01, обеспечивающей эффективное выполнение фундаментальных и прикладных исследований;
- типовой технологический процесс ВСС на установках серии УСС-НД-КЭ-Ж, принятый -Продмаш» и производящий промышленные образцы установок УСС-НД-КЭ-Ж-02 с производительностью по испаряемой влаге 10 кг/ч;
- техническая документация на типоразмерный ряд установок сублимационной сушки непрерывного действия для жидких термолабильных продуктов пищевого назначения, принятая -Продмаш» на проектирование и постановку на производство, с производительностями: 1 кг/ч (УСС-НД-КЭ-Ж-01); 10 кг/ч (УСС-НД-КЭ-Ж-02); 50 кг/ч (УСС-НД-
16
КЭ-Ж-03); 240 кг/ч (УСС-НД-КЭ-Ж-04); 1000 кг/ч (УСС-НД-КЭ-Ж-05) по испаренной влаге.
Реализация результатов исследований:
- в Технических условиях: ТУ 9195 - 005 - 39375978 - 01 «Соки натуральные сублимированные «ИТАЛМАС», «РУБИН»»; ТУ 9295 — 010 — 39375978 — 03 «Сухие кисломолочные биопродукты «БИФИЙОЛ»» и в Технологических инструкциях к выше указанным ТУ;
- в типовом технологическом процессе для установок сублимационной сушки типа УСС-НД-КЭ-Ж;
- в монографии «Сублимационная сушка жидких термолабильных продуктов пищевого назначения. Технология и оборудование с комбинированным энергоподводом»;
- в учебном пособии «Расчет сублимационных сушильных установок»;
- в учебных пособиях для проведения лабораторных работ по темам: «Сушка жидких термолабильных продуктов пищевого назначения» и «Изучение установок сублимационной сушки непрерывного действия для жидких термолабильных продуктов пищевого назначения типа УСС-НД-КЭ-Ж»;
в производстве: установка УСС-НД-КЭ-Ж-02 с типовым технологическим процессом поставлена на производство (изготовлено три комплекта);
- в производстве: Учебное опытное хозяйство ИжГСХА «Июльское»; ГУЛ Ижевское хлебоприемное предприятие № 2; .
Апробация работы:
Основные положения работы доложены на научно-практической конференции ученых и специалистов АПК (80 лет сельскохозяйственному образованию и науке на Урале. Итоги и перспективы), Пермь (1998), на научно-практических конференциях Ижевской государственной
17
сельскохозяйственной академии (1997...2004), на всероссийской научно-практической конференции «Пищевая промышленность, продовольственная безопасность - XXI век», Екатеринбург (1999), на международном научно-практическом семинаре «Ресурсосберегающие технологии при хранении и переработке сельскохозяйственной продукции», Орел (2000), на 2-й Международной научно-технической конференции. К 70-летию ВИЭСХ "Энергосбережение в сельском хозяйстве" Москва, ВИЭСХ (2000).
Список литературы
Основные порталы (построено редакторами)