Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ технологии и техники сушки моркови и ее основные характеристики 11
1.1 Использование моркови в пищевой промышленности, агропромышленном комплексе и медицине 11
1.2 Методы переработки сырья растительного происхождения 17
1.3 Современные исследования по применению ИК-энергоподвода для переработки сырья растительного происхождения 25
1.4 Основные свойства и характеристики корнеплодов моркови 31
1.4.1 Химический состав и питательная ценность 32
1.4.2 Теплофизические характеристики 34
1.4.3 Гигроскопические и влагопереносные свойства 38
1.4.4 Оптические свойства 42
1.5 Биотехнические условия к нагреву корнеплодов моркови 46
1.6 Выводы, цель работы и задачи исследования 48
Глава 2 Теоретическое обоснование выбора рациональных режи мов ИК-энергоподвода в технологии сушки корнеплодов моркови 50
2.1 Энерготехнологическая система переработки корнеплодов моркови 50
2.2 Функциональный подход к анализу взаимодействия системы «излучатель - корнеплоды моркови» 51
2.3 Теория тепломассообмена как основа выбора рациональных режимов ИК-энергоподвода 60
2.4 Экспериментально-теоретическое обоснование применения рациональных методов ИК-энергоподвода 76
2.5 Теоретическое обоснование выбора эффективных источников ИК-излучения 96
Глава 3 Методика и техника экспериментальных исследований 103
3.1 Активное планирование и математическая обработка экспериментальных исследований 103
3.2 Методика и техника определения терморадиационных свойств корнеплодов моркови 108
3.3 Методика и техника экспериментальных исследований по определению рациональных режимов ИК-энергоподвода в технологии сушки корнеплодов моркови 112
3.4 Методика определения влажности, каротина и сахара в корнеплодах моркови 120
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований 125
4.1 Результаты исследований по определению терморадиационных характеристик 125
4.2 Результаты исследований по снятию кривых нагрева 127
4.3 Результаты влияния рациональных режимов ИК-энергоподвода на содержание активно действующих веществ 141
Глава 5 Внедрение результатов исследований в производство и их эффективность 147
5.1 Применение результатов исследований в производстве 147
5.2 Технико-экономическая эффективность 150
Основные выводы 155
Список использованной литературы
- Основные свойства и характеристики корнеплодов моркови
- Гигроскопические и влагопереносные свойства
- Функциональный подход к анализу взаимодействия системы «излучатель - корнеплоды моркови»
- Методика и техника определения терморадиационных свойств корнеплодов моркови
Введение к работе
Актуальность темы. Из продуктов растительного происхождения морковь - одна из ценных овощных культур, широко распространенных в России. Этот овощ особенно богат витаминами и минеральными веществами, в которых содержится много каротина. Так, потребление 18-20 г моркови восполняет суточную потребность человеческого организма в каротине, столь необходимом для нормального функционирования сердца, печени, органов пищеварения, дыхательных путей, роговицы глаза и слезных желез. В моркови присутствуют и другие витамины - Bj, В2, В6, С и др. По данным института питания РАН, потребление моркови на человека должно составлять 12 кг в год.
Как витаминизированный продукт особенно ценна морковь зимой. Но в связи с тем, что употребление в пищу растительных продуктов носит сезонный характер, возникает проблема их хранения. В процессе хранения количество активно действующих веществ, содержащихся в моркови, снижается. Это в значительной мере связано с тем, что многие полезные вещества либо разлагаются, либо их энергия идет на поддержание окислительных процессов дыхания. Потери активно действующих веществ достигают до 30-50% от закладываемой на хранение моркови. Поэтому поиск принципов, методов, способов и средств в процессе переработки и хранения моркови для достижения максимального эффекта в сохранении активно действующих веществ, особенно, таких, как каротин и сахар, является актуальной задачей.
Для обеспечения круглогодичного снабжения населения морковью одним из перспективных способов ее консервирования является сушка. Теоретическими и экспериментальными исследованиями доказано, что применение ИК-облучения в технологии сушки растительного сырья позволяет значительно повысить качество готовой продукции. Еще больший эффект можно получить от применения управляемого ИК-облучения в процессе сушки моркови.
Эффективность электротехнических средств ИК-облучения обусловлена применением новых, научно обоснованных методов и средств управления энергоподводом. В связи с изложенным получение продукта с оптимальным составом активно действующих веществ является важной научной проблемой, решение которой должно включать в себя концепцию обоснования и выбора рациональных режимов ИК-энергоподвода в технологии сушки корнеплодов моркови.
Цель работы - обоснование режимов ИК-эиергоподвода в технологии сушки корнеплодов моркови импульсными керамическими преобразователями излучения для снижения энергозатрат и улучшения качественных показателей.
Задачи исследования:
провести анализ методов переработки сырья растительного происхождения;
обосновать закономерность управления ИК-энергоподводом в технологии сушки корнеплодов моркови;
определить рациональные режимы ИК-обработки корнеплодов моркови;
определить терморадиационные характеристики корнеплодов моркови;
- оценить экономическую эффекгивность внедрения ИК-обработки в тех
нологии сушки корнеплодов моркови.
Объект исследования» Режимы ИК-энергоподвода в технологии сушки корнеплодов моркови.
Предмет исследования. Причинные и функциональные взаимосвязи электротехнологических и временных показателей ИК-облучения на количественные и качественные показатели корнеплодов моркови.
Научная новизна исследований:
обоснованы рациональные режимы ИК-энергоподвода в технологии сушки корнеплодов моркови, позволяющие повысить качество продукта по сравнению с другими методами сушки;
получена закономерность по управлению методами ИК-энергоподвода в технологии сушки корнеплодов моркови;
определены терморадиационные характеристики корнеплодов моркови в ИК-диапазоне электромагнитного излучения, позволяющие максимально согласовывать энергию излучения облучателя с поглощательной способностью корнеплодов моркови;
усовершенствован метод определения постоянной времени нагрева корнеплодов моркови по их геометрическим и теплофизическим параметрам.
Практическая значимость и реализация работы,
Результаты выполненных научных исследований использованы в лаборатории «Энергосбережение в электротехнологиях» ФГОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия» в технологии получения поливитаминного чая из плодов моркови, шиповника, боярышника, рябины, черники, черемухи. Таюке материалы исследований переданы в Иркутский городской центр народной медицины и признаны перспективными.
Результаты экспериментов и методика исследований используются в учебном процессе кафедры электроснабжения и теплоэнергетики ФГОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия» при изучении дисциплины электротехнология, а также при курсовом и дипломном проектировании.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований представляют необходимую основу для проектирования и изготовления систем управления ИК-облучателями, обеспечивающих высокую скорость сушки при стандартном качестве готового продукта
Основные положения, выносимые на защиту:
результаты теоретических и экспериментальных исследований рациональных режимов ИК-энергоподвода в технологии сушки корнеплодов моркови;
терморадиационные характеристики корнеплодов моркови;
закономерность регулирования по управлению ИК-энергоподводом в технологии сушки корнеплодов моркови.
Апробация работы- Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях ИрГСХА (2009, 2010); научно-практической конференции КрасГАУ «Энергосбережение
- важнейший резерв развития АПК» (Красноярск, 2009); ежегодной научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГТУ (Улан-Удэ, 2010); всероссийской научно-практической конференции ИрГТУ «Повышение эффективности и использования энергии в условиях Сибири» (Иркутск, 2010); международной научно-практической конференции МГСХУ «Engineering problems in agriculture and industry» (Улан-Батор, 2010); круглом столе «Инновационная деятельность и развитие АПК», в рамках выставки «Агропромышленная неделя - 2010» (Иркутск, 2010); результаты исследований получили высокую оценку на выставках Иркутского международного выставочного центра «СибЭкспоЦентр»: «Агропромышленная неделя - 2009» (диплом), «Агропромышленная неделя - 2010» (2 диплома).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе 5 работ - в изданиях, рекомендованных ВАК России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 150 наименований, приложений. Изложена на 189 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 29 таблиц.
Личный вклад автора. Результаты экспериментальных исследований, представленные в диссертации, получены автором лично. Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, заключается в обсуждениях и постановке задач на этапах научной работы, в получении, анализе и оформлении полученных результатов.
Основные свойства и характеристики корнеплодов моркови
В последнее время на российском и мировом рынках растет спрос на сушеные продукты, полученные из растительного сырья.
Сушеные овощи имеют ряд преимуществ перед свежими овощами, а именно: низкая остаточная влажность в пределах 10-15 %, что обеспечивает незначительный объем массы и высокую концентрацию питательных веществ; существенно упрощаются условия хранения и транспортировки, особенно в гранулированном и брикетированном виде; высушенные овощи в та ком виде можно оправить в отдаленные северные районы, где производство растительного сырья с достаточно высоким содержанием активно действующих веществ затруднено; не требуется дорогостоящей и громоздкой тары для упаковки по сравнению со свежими продуктами; существенно увеличивается, независимо от внешних условий, срок хранения без значительных потерь полезных свойств исходного сырья по сравнению со свежими продуктами. Сушеные овощи имеют широкий спектр и универсальность использования [94].
Морковь, имея богатый витаминный состав, а в моркови найдены почти все известные в настоящее время витамины, и являясь среди корнеплодов самым ценным растением по содержанию каротина, в сушеном виде имеет огромную перспективу использования в пищевой промышленности, агропромышленном комплексе и медицине.
В сушеном виде она может использоваться в качестве: натуральных красителей пищевых продуктов (печенья, торты, конфеты, мороженое, молочные продукты), так как обладает хорошей красящей способностью в виде сухого порошка; ароматизирующих добавок и наполнителей, приправ к пище; сырья в пищеконцентратной промышленности для производства соусов, киселей, муссов и т.д.; добавок для разработки технологий производства продуктов питания профилактического, диетического и лечебного назначения [17].
На сегодняшний день морковь в сушеном виде в большинстве используется при создании продукции, имеющую пониженную энергетическую ценность благодаря уменьшенному содержанию жира и других высококалорийных компонентов. Введение в эмульсионную продукцию сушеной моркови ведет к снижению ее калорийности. При этом продукция по органолепти-ческим показателям не отличается от традиционно потребляемой продукции. Эти продукты легко усваиваются организмом, способствуют выведению из него токсинов и радионуклеидов, предупреждают ожирение, накопление холестерина [71]. В последнее время сушеная морковь часто применяется в кондитерской промышленности в качестве добавки в производстве вафель, что позволяет повысить биологическую ценность продукта и вызывает холе-стеринопонижающий эффект. Использование в качестве добавок сушеной моркови позволяет расширить ассортимент продуктов с пониженной калорийностью детского, диетического и диабетического назначения, хлеба и кондитерских изделий, плодоовощных и молочных консервов, напитков. Ведутся исследования и разрабатываются технологии производства сырья для приготовления витаминных и лечебных напитков, которые имеют широкую перспективу использования в качестве лечебно-профилактических напитков в системе общественного питания санитарно-курортного лечения [91, 100, 142]. Из лечебно-профилактических напитков особое место занимают оздоровительные поливитаминные чаи на основе корнеплодов моркови.
Мгновенное приготовление продуктов питания с добавлением сушеных овощей и удобство при транспортировке определяет экономичность при использовании людьми, работающими в экстремальных условиях и проходящих целевое лечение; сырья для приготовления настоек, ликеров, аперитивов в ликероводочной промышленности; исходной основы различных лечебных и профилактических препаратов в виде таблеток и экстрактов; компонентов для быстрого приготовления супов и гарниров [17].
Морковь используют, прежде всего, как источник витаминов и минеральных солей, регулярное её потребление повышает сопротивляемость организма, восстанавливает упадок сил, благотворно сказывается на пищеварительном процессе и работе желез внутренней секреции [12]. В суточном рационе человека на долю корнеплодов приходиться 25 %. Годовая норма потребления моркови 8-12 кг на душу населения.
В современной медицине морковный сок рекомендуют при инфаркте миокарда, при лечении гипо и авитаминоза, болезни печени, почек, противо-золотушное средство, а также при аскаридозе, циститах. Для лечения полости рта при стоматитах. А в смеси с медом — при ангине. Морковный сок, пластики свежей моркови, кашица, способствуют уменьшению болей при воспа лительных процессах, очищению раны от гноя, помогают при ожогах. Добытый из семян экстракт даукарин обладает спазмолитическим и сосудорасширяющими действием. Маска из моркови оказывает благотворное влияние при сухой коже лица и придает ей приятный оттенок. Препарат из моркови — уро-лесан — используют при болезни печени и почек. Это сырье парфюмерной и медицинской промышленности, а фиолетовую морковь используют для крашения тканей [3, 14].
В народной медицине морковь применялась с давних времен. Гиппократ и римский врач Гален рекомендовали ее при очень многих заболеваниях. Ее рекомендуют для повышения сопротивляемости простудным заболеваниям, выведению песка и небольших камней из печени и почек, снижению веса. Применяют как глистогонное и слабительное.
Народнохозяйственное значение. Морковь, возделываемая в Иркутской области, относится к кормовым корнеплодам.
Трудно переоценить ее значение в передовых хозяйствах области для животноводства и, особенно в кормлении крупного рогатого скота. Полноценность кормления сельскохозяйственных животных и птицы имеет большое значение для дальнейшего увеличения их продуктивности. Недостаток в кормах необходимых веществ, главными из которых являются белки, витамины и минеральные вещества, вызывает плохое развитие молодняка, снижение плодовитости и продуктивности животных и огромный перерасход на единицу продукции. Правильное развитие организма животного невозможно без витаминов. Отсутствие или недостаток их в кормах влечет за собой тяжелые заболевания, снижает витаминную ценность молока, яиц, мяса.
Гигроскопические и влагопереносные свойства
Система уравнений (2.28 ... 2.31) является наиболее общей, она справедлива для любого вида тепло- и массопереноса в термических процессах. Она показывает, что изменение объема тела с течением времени происходит под действием трех движущих сил. Под действием изменения влагосодержа-ния и массосодержания, температуры и давления. Трудности разработки схемы численного решения системы дифференциальных уравнений (2.28 ... 2.31) связаны с определением коэффициентов тепло- и массопереноса (Кп .. .К44). Задача получается сложной в аналитическом отношении, так как она является нелинейной. Поэтому представляет интерес получить приближенное, достаточно надежное обобщенное уравнение кинетики процесса карамелизации с минимальным количеством констант, определяемых теоретически или экспериментально.
Выход из данной ситуации заложен в анализе кривых роста объема материала и скорости роста объема тела сырья. Все три периода можно описывать одним уравнением - уравнением кривой
Уравнение (2.32) интересно в том отношении, что оно рассматривает протекание процесса карамелизации под действием двух движущих сил: под действием отклонения текущего объема материала от начального разнообъ-емного значения и под действием отклонения объема от конечного разнообъ-емного значения.
Решение (2.32) для начальных условий г= 0, V=VH имеет вид: 1 , \ н у разн/\у разн у)In . (2.33) if /т/кон _ унач \ л/кон v \ лг ттнач \ т\ у разн у разн/ ( у разн ун)\у у рази) Трудности применения уравнения (2.33) связаны с нахождением параметров VK0Hpa3ll и Км- Vа4разн можно определить по геометрическим и физическим характеристикам сырья.
Параметры VK0Hpa3n и Км можно определить, получив и решив систему уравнений кинетики процесса карамелизации, отражающих взаимосвязь между тепло- и массообменном и ростом объема тела сырья. Из дифференциального уравнения энергетического баланса применительно к процессу карамелизации: где Т— постоянная времени нагрева единичного материала, с; в- превышение температуры сырья над температурой окружающей среды, К.
Считая, что существует полное совпадение по фазам между явлениями теплообмена и ростом объема тела сырья, из выражений (2.33) и (2.34) получаем необходимую систему уравнений для кинетики процесса карамелизации:
Величину Кгп можно использовать в качестве модифицированного обобщенного параметра тепло- и массопереноса при изучении термических процессов. Применительно к непрерывному процессу сушки корнеплодов моркови при помощи ИК нагрева, эти уравнения имеют вполне определенный смысл [110-134].
Теория тепломассообмена как основа выбора рациональных режимов ИК-энергоподвода Сушка и термообработка представляет собой чрезвычайно сложный комплекс явлений, развивающихся как внутри высушиваемого материала, так и в среде сушильной камеры. Указанные явления развиваются не изолированно друг от друга, а в самом тесном взаимодействии. Анализ этих явлений и их влияния одного на другое вскрывает механизм переноса тепла и влаги и позволит использовать рациональные режимы ИК-энергоподвода в технологии сушки корнеплодов моркови.
Явление переноса энергии и вещества при сушке подчиняются общим закономерностям термодинамики необратимых процессов и являются их конкретным проявлением. Поэтому для изучения этих явлений целесообразно применить термодинамику необратимых процессов, которая позволяет в неразрывной связи рассматривать явления переноса вещества и энергии.
В отличие от классической термодинамики, в которой изучаются только равновесные процессы, термодинамика необратимых процессов рассматривает реальные процессы (необратимые процессы) во взаимосвязи.
Особенностью метода термодинамики необратимых процессов является то, что при неравновесном состоянии рассматриваемой системы для медленно протекающих процессов можно считать состояния малых элементов равновесными и применять к ним уравнения термодинамики. В целом же процесс рассматривается как неравновесный. Это значит, что процесс объясняется не с точки зрения общего равновесия рассматриваемой системы, а с точки зрения локального равновесия достаточно малых ее элементов, к которым применяются уравнения термодинамики. Неравновесность системы со гласно этой теории характеризует не само изменение энтропии внутри СИС-темы dSt, а скорость изменения энтропии во времени —-. dz Как известно, в основе термодинамики необратимых процессов лежат два принципа: линейный закон и соотношение взаимности Онзагера [62].
Скорость изменения энтропии по Онзагеру равна сумме произведений потоков на соответствующие термодинамические движущие силы: dS/dt = YsJixi С2-38) где у, — поток переносимой субстанции, вызванный действием термодинамической движущей силы X, . Выражение (2.38) в термодинамике необратимых процессов используется для определения потоков и движущих сил переноса, когда известно изменение энтропии ciS.
Аналогия с равновесной термодинамикой становится более близкой, если выразить термодинамическую силу в другом видеХ/ = Х(Г. Тогда равенство (2.38) может записаться так: T-dSjdT = Y3iXi- С2-39)
Данное выражение является также феноменологическим и записано исходя из известного положения о том, что для всякой реальной изолированной системы энтропия обязательно увеличивается. Выражение (2.39) является основным соотношением для выбора потоков и термодинамических движущих сил переноса.
Согласно линейному закону, поток переносимой субстанции j,, вызванный ДеЙСТВИеМ П Обобщенных ТерМОДИНаМИЧеСКИХ ДВИЖуЩИХ СИЛ Xfc (К где Llk — феноменологические (кинетические) коэффициенты Онзагера. Диагональные коэффициенты Ьц характеризуют прямой эффект переноса, вызванного под действием одноименной силы Xfc, а коэффициенты А v " к) — налагающиеся, эффекты, накладывающиеся на основной перенос и называются коэффициентами увлечения.
Справедливость предложения, что в первом приближении связь между потоками Ji и силами Х является линейной, подтверждена экспериментально для большого количества необратимых процессов. Уравнения (2.38, 2.40) могут быть применены ко всем системам, в которых существует взаимодействие или наложение различных процессов при условии, что поток j7 может быть выражен в виде линейной зависимости от термодинамических движущих сил X. Между коэффициентами L существует связь, определяемая соотношением взаимности Онзагера. Соотношение взаимности Онзагера устанавливает, что при соответствующем выборе потоков ji и сил X; матрица, составленная из кинетических коэффициентов.
Функциональный подход к анализу взаимодействия системы «излучатель - корнеплоды моркови»
Последние два соотношения справедливы для любых комбинаций уровней энергии. Их справедливость сохраняется и при отсутствии равновесия, так как определяются только характеристикой систем и не зависят от температуры [38].
Современное состояние проблемы по управлению электротехническими установками на основе достижений в области электроники позволяет реализовать вывод и основные положения квантовой электродинамики.
В результате применения импульсно-прерывного облучения с нисходящим уровнем энергетической мощности для каждого из последующих циклов продукт получается с оптимальным составом активно действующих веществ, высокими органолептическими качественными показателями.
Задачей изобретения является повышение энергоэкономичности при получении оздоровительного чая с оптимальным составом активно действующих веществ, повышение органолептических и качественных показателей готового продукта.
Решение предлагаемой задачи достигается тем, что комплексная переработка корнеплодов моркови в оздоровительный чай с оптимальным составом активно действующих веществ с высокими органолептическими и качественными показателями готового продукта осуществляется путем применения импульсно-прерывного облучения электромагнитным полем с определенным чередованием энергетических (силовых импульсов) и информационных (естественных импульсов) периодов с восходящим уровнем энергетической (силовых импульсов) мощности для каждой из последующих техноло 87 гических операций и с нисходящим уровнем энергетической (силовых импульсов) мощности для каждого из последующих циклов при общей продолжительности цикла в 10 минут.
Технологическая схема переработки растений в оздоровительные чаи предусматривает следующие операции: сушку и карамелизацию углеводов. По предложенной схеме операции по сушке и карамелизации углеводов корнеплодов моркови осуществляют при помощи энергии электромагнитного поля (ВЧ, СВЧ, ИК, ВИ, УФ и другие источники электромагнитного излучения) в импульсно-прерывном методе с восходящим уровнем энергетической (силовых импульсов) мощности поля каждой из последующих технологических операции и с нисходящим уровнем энергетической (силовых импульсов) мощности для каждого из последующих циклов при общей длительности цикла в 10 минут. Исследования показывают, что при импульсно-прерывном облучении с нисходящим уровнем мощности для каждого из последующих циклов затраты энергии в 1,5-2 раза меньше, чем при импульсно-прерывном облучении с постоянным уровнем энергетической мощности.
Первой операцией в процессе производства оздоровительного чая на основе корнеплодов моркови является сушка, график импульсно - прерывного облучения для данной операции приведены на рисунках 2.16, 2.17 и 2.18.
Продолжительность энергетических (силовых) импульсов для первого цикла — toJ=4 мин (рисунок 2.17), продолжительность информационных (естественных) импульсов для первого цикла tul =6 мин, общая продолжительность цикла 7М0 мин. Продолжительность энергетических (силовых) импульсов в % для первого цикла операции сушки {ПЭс %) определяется по формуле:
Продолжительность энергетических (силовых) импульсов для первого цикла t9i = 6 мин, продолжительность информационных (естественных) импульсов для первого цикла tul = 4 мин. Общая продолжительность цикла Т = 10 мин. Продолжительность энергетических (силовых) импульсов в % для первого цикла операции карамелизации (ПЭк %) определяется по формуле:
Постоянная времени нагрева является характеристикой обрабатываемого продукта. Она не зависит от подводимой мощности и численно равна отношению теплоемкости тела к его теплоотдаче:
Физический смысл постоянной времени нагрева раскрывается следующим определением. Постоянная времени нагрева определяется как такое время, в течение которого превышение температуры продукта достигло бы установившегося значения, если бы не было отдачи теплоты в окружающую среду (адиабатический процесс). Практически при наличии теплоотдачи за время равное постоянной времени нагрева превышение температуры продукта достигает значения, равного 0,632 от установившегося [62].
Методика и техника определения терморадиационных свойств корнеплодов моркови
В качестве параметра оптимизации выбрана температура нагрева корнеплодов моркови, не превышающая 60 С. Анализ результатов показывает, что на расстоянии 225-250 мм при мощности излучателя 700 Вт в течении полного цикла облучения — 600 сек, температура нагрева корнеплодов моркови не превышает 60 С. Минимальная температура нагрева корнеплодов моркови (39 С) наблюдается при параметрах ИК-энергоподвода: 700 Вт, 60 сек и 250 мм. Максимальная температура нагрева корнеплодов моркови (180 С) наблюдается при параметрах ИК-энергоподвода: 1500 Вт, 330-600 сек и 150 мм.
Проверка гипотезы об адекватности полученных уравнений производились с помощью критерия Фишера: В приложении 1 представлены кривые нагрева корнеплодов моркови с помощью активного планирования для средневолновых и коротковолновых импульсных керамических преобразователей излучения.
С целью изучения механизма влагопереноса при различных схемах взаимодействия системы «излучатель-материал» нами были проведены обширные исследования на ИК-установках лабораторного типа по сушке корнеплодов моркови [8]. Исследования проводились по четырем принципиально различным схемам (рисунок 4.5).
1. Продукт, помещенный на сплошную подставку, подвергался воздействию потока ИК-излучения (сушка при отсутствии элемента искусственной конвекции).
2. Продукт, помещенный на решетчатую подставку, сверху подвергался воздействию потока ИК-излучения с одновременным нагнетанием воздушного потока в нижний слой (сушка при встречном направлении потоков).
3. Продукт, помещенный на решетчатую подставку, сверху подвергался воздействию потока ИК-излучения с одновременным прохождением воздушного потока через отражатель облучателя (сушка при параллельном движении потоков).
4. Продукт, помещенный на решетчатую подставку, сверху подвергался воздействию потока ИК-излучения с одновременным отсосом воздуха в нижнем слое (сушка при согласном направлении потоков).
Схемы вариантов экспериментальных исследований взаимодействия системы «продукт-излучатель»: 1 - излучатель; 2 - продукт; 3 - подставка; 4 - вентилятор.
Как и следовало из теоретического обоснования, наилучшие показатели были получены при введении процесса при согласном направлении потоков. Процесс применения ИК энергоподвода для сушки корнеплодов моркови без элемента искусственной конвекции оказался весьма проблематичным.
Анализ кривых нагрева корнеплодов моркови при различной плотности мощности излучателя, представленных на рисунке 4.6, подтверждают теоретическое предположение о том, что в результате одностороннего облучения влажных материалов происходит сильный нагрев верхних слоев материала. В результате температурный градиент достигает значений порядка 100 С/см при плотности мощности 20-25 кВт/м .
Совершенно другая картина наблюдается в процессе применения ПК нагрева и элемента искусственной конвекции для сушки плодов моркови. На рисунке 4.7 приведены кривые нагрева моркови толщиной 10 мм при различных режимах сушки. Кривые получены при одинаковой плотности мощности излучателя. Верхняя кривая получена для случая процесса без применения элемента искусственной конвекции. Нижняя кривая получена для случая процесса сушки с применением элемента искусственной конвекции в режиме согласного движения потоков. Анализ этих кривых показывает, что в случае использования элемента искусственной конвекции резко снижается жесткость процессов в целом. А сам режим сушки при согласном движении потоков обеспечивает одновременный комбинированный инфракрасно-конвективный-вакуумный способ тепло- и массообмена.
Сущность этого способа заключается в следующем. Поток ИК-излучения, направленный отражателем, беспрепятственно движется к обрабатываемому продукту. В зоне сушки согласно потоку излучения подключается воздушный поток (конвекция). Сравнительный визуальный анализ высушенных образцов различными режимами показал, что наилучшие качественные показатели, то есть сохранение питательных веществ и витаминов, можно получить при
На протяжении двух лет высушенные таким образом образцы моркови хранились в научно-исследовательской лаборатории «Энергосбережение в электротехнологиях» ИрГСХА и за этот период внешне мало изменились. Это обстоятельство указывает на специфичность ИК нагрева, обладающего стерилизующим эффектом. Этот эффект имеет большое значение при консервировании зеленых растений впрок в особо урожайные годы, когда имеется возможность создавать запасы продовольственных материалов.
Однако применение элемента искусственной конвекции в процессе применения ИК нагрева для сушки растительных материалов ставит новую научно-инженерную задачу, связанную с использованием теплоты горячего воздуха, выбрасываемого вентилятором. С целью повышения тепловой экономичности процесса сушки были экспериментально исследованы режимы пропускания потока горячего воздуха через обрабатываемый материал.
