Введение к работе
з
Актуальность темы. Для производителей сельскохозяйственной продукции сохранность собранного урожая начинает занимать на сегодняшний день одно из главных мест в структуре производства из-за значительных убытков, обусловленных несовершенством способов сохранения собранных овощей и фруктов, и невозможности, с другой стороны, достаточно быстро реализовать эту продукцию в сезонный период из-за низких цен.
Другой, не менее актуальной задачей является переработка плодоовощной продукции в полуфабрикаты, быстрые в приготовлении и удобные в хранении, а также специальные пищевые добавки, используемые в мясной и консервной промышленности.
Кроме того, транспортирование и хранение в промышленных масштабах переработанной продукции значительно сокращает экономические затраты на эти этапы пути продукта от производителя к потребителю.
Одним из основных способов переработки плодоовощной продукции является сушка, позволяющая сохранить главные качества продукта, - питательные свойства, фруктозу, витамины. Однако это достигается не при всех способах сушки и, кроме того, зачастую энергозатраты на этот процесс настолько велики, что не покрываются заложенной прибылью. Так, для группы высоковлажных плодов и овощей (а это -продукты с начальным влагосодержанием 500-800%, такие, как морковь, свекла, яблоки, груши) главной составляющей затрат на процесс сушки является стоимость расходуемой электроэнергии.
Поэтому одним из важнейших требований, предъявляемых к современным техпроцессам и оборудованию сушки, является минимизация энергоемкости процесса сушки. Особенно актуальной такая задача стала в связи с существенным удорожанием энергоносителей, в том числе и электроэнергии. По имеющимся сведениям, в настоящее время в России производится порядка ЗООООО тони сушеных овощей и фруктов в год. Это производство базируется, в основном, на установках конвективной сушки. Использование в сушильной промышленности наиболее современных технологий и оборудования позволило бы получить экономию на уровне 150 млрд. руб. в год (за счет экономии электроэнергии и жидкого и газообразного топлива, зачастую также используемого в сушилках конвективного типа).
Другим важным требованием сегодняшнего дня, предъявляемым к сушильному оборудованию, является снижение занимаемых им производственных площадей, что обусловлено высокой арендной платой. Кроме того, к установкам сушки сельхозпродукции в последние годы начали предъявляться требования, связанные с технологичностью
процесса, минимизацией трудозатрат обслуживающего персонала, снижением доли ручного труда.
Поэтому важной и современной задачей является создание эффективного высокопроизводительного оборудования для обезвоживания высоковлажной плодоовощной продукции, реализующего достоинства различных методов нагрева.
Исследования, результаты которых представлены в диссертации, выполнялись в рамках научно-исследовательских работ, проводимых в СНПФ "Агроприбор" по заказу Главнауки МСХП РФ в рамках темы: "Разработка экологически чистой, ресурсосберегающей поточной технологии сушки сельхозпродуктов растительного происхождения на базе оптимального сочетания конвективного и микроволнового мехаяизмов воздействия с целью разработки в дальнейшем параметрического ряда сушильного оборудования".
Целью работы является разработка техпроцессов, характеризующихся минимальной энергоемкостью, высокой удельной производительностью за счет создания и использования электрических конвейерных установок комбинированной (конвективно-микроволновой) сушки.
Задачи исследования. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:
- разработка теоретических моделей процессов конвективной, микроволновой и
комбинированной (конвективно-микроволновой) сушки, создание расчетной инженерной
базы для разработки сушильных установок;
- проведение экспериментальных исследований процессов конвективной и
микроволновой сушки, направленных на определение границ областей наиболее
рационального использования каждого из этих физических механизмов обезвоживания;
-разработка метода комбинированной сушки, сочетающего в едином технологическом процессе конвективный и микроволновый способы обезвоживания;
расчет и конструирование узлов и механизмов электрических конвейерных установок комбинированной сушки;
создание, технические испытания и внедрение установок комбинированной сушки высоковлажной плодоовощной продукции.
Практическая значимость проведенных исследований (и диссертационной работы в целом) состоит в том, что на их базе удалось:
- теоретически обосновать и практически реализовать новый способ
обезвоживания высоковлажных продуктов, основанный на сочетании конвективного и
микроволнового методов сушки;
- разработать параметрический ряд промышленных установок комбинированной сушки с высокими технико-экономическими параметрами, существенно превышающими достигнутые ранее в традиционных установках конвективной, инфракрасной, микроволновой сушки и т.п.;
разработать промышленные технологии комбинированной сушки,
предназначенные для получения продуктов высшей категории качества (сушеных овощей, фруктов и т.д.).
Апробация работы. Основные положения работы доложены и одобрены на трех международных конференциях : Казань ( июнь 1995 г.); Минск (февраль 1996 г.); Москва ( апрель 1997 г.); а также на научных конференциях в СГАУ (1997, 1998 г.), СГТУ (1997 г.) и СГПИ(1997г.).
Реализация результатов исследований. На основании проведенных исследований были разработаны конвейерные установки комбинированной сушки высоковлажной плодоовощной продукции серии УКСК (УКСК-1/6, УКСК-2/6, УКСК-2/12 и т.д.), которые были впоследствии внедрены в мелкосерийное производство Саратовской НПФ "Диполь". Смонтированные и введенные в эксплуатацию установки этой серии используются в настоящее время на различных сельскохозяйственных и пищеперерабатываюших предприятиях Российской Федерации. Среднегодовая экономия электроэнергии за счет использования только одной установки комбинированной сушки (например, УКСК-1/6) составляет 1,4- 10! кВт* час, по сравнению с установками микроволновой сушки, и 4,5-10' кВт-час, по сравнению с установками конвективной сушки. Годовой экономический эффект составляет в этом случае соответственно порядка 50,4 млн.руб. и 156,8 млн.руб. в год (в масштабе цен 1996-1997 гг.).
Объектом исследований является электрическая конвейерная установка комбинированной сушки плодоовощной продукции, разработанная с целью снижения удельных энергозатрат техпроцесса обезвоживания при сохранении высокого качества готовой продукции.
Предметом исследований выступают конвективный и микроволновый процессы обезвоживания в плане их рационального совмещения в едином техпроцессе с целью снижения его удельной энергоемкости.
Методы исследования . Основой для разработки теоретических моделей процессов обезвоживания послужили теория теплообмена и теория распространения электромагнитных волн. При разработке математической модели динамики процесса
6 энергомассовыделепия использовался математический аппарат метода граничных элементов.
Теоретические расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялись с помощью как стандартных, так и специально разработанных программных продуктов ЭВМ.
Для решения экспериментальных задач по обоснованию режимных параметров использовался метод активного планирования эксперимента.
Проверка эффективности принятых решений выполнена на основе испытаний вводимых в действие серийных установок комбинированной (конвективно-микроволновой) сушки.
Научная новизна состоит в создании теоретических основ и экспериментальном обосновании возможности создания нового типа оборудования - электрических конвейерных установок комбинированной сушки, характеризующихся низкими удельными энергозатратами на обработку продукции. При этом:
обоснованы теоретически и подтверждены экспериментально рациональные параметры режима конвективной сушки с минимальной энергоемкостью процесса;
теоретически обоснована необходимость совмещения в едином техпроцессе конвективного и микроволнового методов обезвоживания для минимизации энергоемкости процесса;
разработана и детально изучена в динамике теоретико-экспериментальная модель энергомассовыделения процесса микроволновой сушки;
экспериментально обоснована область рационального совмещения конвективного и микроволнового методов обезвоживания в едином техпроцессе;
экспериментально исследованы различные режимы комбинированной (конвективно-микроволновой) сушки.
Публикация результатов. По результатам исследований опубликовано 7 работ, в том числе I патент на изобретение, 1 свидетельство на полезную модель, 3 тезисов докладов на научных конференциях, 2 научно-технические статьи.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объём - 168 страниц, из них - 166 страниц основного текста, 54 рисунка, 8 таблиц и 2 приложений. Список литературы представлен 88 наименованиями, в том числе 13 на иностранных языках.
