Введение к работе
Актуальность работы. Анализ ресурсов и объемов производства макаронных изделий показал, что объем производства в 2011 г. в России достиг одного миллиона тонн, в Чувашской республике - 15 тыс. тонн. Объем потребительского рынка макаронных изделий составляет 50 млрд. руб. в год. Для повышения производительности макаронного пресса осуществляют термообработку теста (путем нагрева матрицы до 75...85С) направленную на увеличение вязкости и клейстериза- цию крахмала. В настоящее время приоритетным направлением технической политики в агропромышленном комплексе является создание малогабаритной, надежной техники для организации переработки сырья у производителя [Постановление кабинета министров ЧР от 31.03.2009 № 103 «Развитие АПК ЧР и регулирование рынка сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008.2015 годы»]. Кроме того, в технологических процессах переработки в сочетании с термообработкой сельскохозяйственной продукции, для обеспечения стабильного функционирования установок необходимы нетрадиционные источники тепла. Поэтому использование сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии для увеличения скорости нагрева теста, позволяющей формовать макаронные изделия высокого качества, актуально. Преобразование энергии электромагнитных излучений в тепло происходит непосредственно внутри продукта. В результате обеспечивается интенсивный фазовый переход капиллярной влаги в пар и резкий рост давления паровоздушной смеси внутри продукта. При этом влага выталкивается из внутренних слоев продукта к его поверхности, за счет действия сил термодиффузии, а за счет избыточного давления внутри капилляров, обеспечивается «взрывной» эффект, что может быть использовано для качественного изменения структуры макаронных изделий. Широкому внедрению СВЧ технологий препятствует сложность и дороговизна СВЧ источников. Альтернативным вариантом, упрощающим и удешевляющим СВЧ источник, является применение магнетронов бытовых микроволновых печей, выходной мощностью не более 1,2 кВт. Необходимую суммарную мощность можно получить групповым соединением подобных излучателей или иными конструктивными решениями.
Цель исследований. Повышение эффективности формования макаронных изделий путем совершенствования технологического процесса прессования теста при воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты и обоснование режимов работы пресса.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие научные задачи:
-
Разработать методику воздействия электромагнитного излучения СВЧ диапазона на тесто в шнековой камере (объемном резонаторе) для повышения эффективности формования макаронных изделий.
-
Составить алгоритм расчета, позволяющий обосновать конструкционные параметры пресса и режимы высокотемпературного формования макаронных изделий при воздействии электромагнитного поля СВЧ диапазона.
-
Обосновать режимы работы и конструкционные параметры резонаторной камеры для высокотемпературного формования макаронных изделий (удельную мощность СВЧ генератора, скорость термообработки макаронного теста, производительность, удельные энергетические затраты на формование изделия).
-
Разработать, создать и испытать в производственных условиях пресс с СВЧ генератором для высокотемпературного формования макаронных изделий.
-
Оценить технико-экономическую эффективность применения пресса для высокотемпературного формования макаронных изделий при воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
Объект исследования. Технологический процесс высокотемпературного формования макаронных изделий при воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ).
Предмет исследования. Выявление закономерностей процесса прессования теста при воздействии ЭМП СВЧ в объемном резонаторе (шнековой камере).
Методика исследований. В теоретических исследованиях применены основы теории тепло- и массопереноса, основы теории электромагнитного поля, теории процесса прессования и формования пластических материалов. Экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях проводились в соответствии с разработанными частными методиками, а также с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Основные расчеты и обработку результатов экспериментов выполняли с применением методов математической статистики и регрессионного анализа.
Научная новизна работы. Математическое обоснование процесса прессования макаронного теста при воздействии ЭМП СВЧ, позволяющее установить эффективную скорость термообработки теста в шнековой камере.
Полученные закономерности влияния технологических параметров пресса с СВЧ генератором (удельной мощности СВЧ генератора, исходной влажности и температуры макаронного теста, производительности нагнетательного шнека) на динамику эндогенного нагрева макаронного теста и качество изделия.
Предложенный пресс, имеющий новое конструктивное исполнение шнековой камеры, совмещающей функцию объемного резонатора СВЧ генератора для обеспечения высокотемпературного формования макаронных изделий с улучшенными показателями качества (заявка № 2011128514).
Практическая ценность. По результатам исследований изготовлен пресс для высокотемпературного формования макаронных изделий при эндогенном нагреве теста для сельских мельнично-пекарных комплексов малой мощности. Разработана методика определения рациональных режимов высокотемпературного формования макаронных изделий при воздействии ЭМП СВЧ.
Использование разработанного пресса при высокотемпературном формовании макаронных изделий позволяет получить продукт с требуемым качеством при удельных затратах энергии 0,186.. .0,22 кВтч/кг.
Реализация результатов исследований. Исследования по разработке пресса для высокотемпературного формования макаронных изделий с применением электромагнитного излучения проводились в соответствии с планом НИОКР ФГБОУ ВПО ЧГСХА (2009.2012 г.г.). В рамках тематического плана Министерства сельского хозяйства РФ по разделу «Био - нанотехнологий» по теме «Электротехнология переработки с.-х. продукции» изготовлен экспериментальный образец пресса, обеспечивающего высокотемпературное формование макаронных изделий. Производственное испытание пресса осуществлялось в ООО «Чебоксарская макаронно- кондитерская фабрика «Вавилон». Результаты научных исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО ЧГСХА, ГБОУ ВПО «Марийский ГУ», ФГБОУ ВПО «Казанский ГАУ», АНО ВПО «Региональный институт технологии и управления».
Апробация работы. Основные научные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях: международных - ФГБОУ ВПО «Марийский ГУ» (г. Йошкар-Ола, 2010...2012 гг.), ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА» (г. Курск, 08.12.2010); всероссийских - ФГБОУ ВПО ЧГСХА (г. Чебоксары, 2010.2012 гг.). Работа, выполненная по теме диссертации, участвовала во всероссийском конкурсе - «Поддержка высокотехнологических инновационных молодежных проектов» (НАИРИТ) 5 октября 2010 г.
Установка демонстрировалась:
на межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодые ученые в решении актуальных проблем современной науки (ФГБОУ ВПО ЧГСХА, г. Чебоксары, июнь 2011 г.);
на XVII межрегиональной выставке «Регионы сотрудничество без границ» (23.26 июня 2011 г., г. Чебоксары, МТВ центр).
Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 13 печатных работах, в том числе - 4 в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, и в монографии «Макаронный пресс» объемом 10,75 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 127 наименований, и приложений. Работа изложена на 190 страницах, содержит 74 рисунка и 24 таблицы.
