Введение к работе
Актуальность темы. Технологии и оборудование сушки плодоовощной продукции (овощей, фруктов, зелени и т.д.) нашли в последние десятилетия самое широкое применение в сельскохозяйственной и пищеперерабатывающей промышленности. Развитие этой отрасли позволит обеспечить:
безотходное хранение плодоовощной продукции;
производство пищи быстрого приготовления ("fast food");
производство высокоценных компонентов диетического и детского питания;
производство пищевых добавок, безвредных пищевых красителей для мясо- и рыбоконсервной, кондитерской промышленности.
Однако развитие этих перспективных направлений обезвоживания (пушки) плодоовощной продукции одерживается высокой энергоёмкостью процесса на существующем оборудовании и относительно низким качеством сушёной плодоовощной продукции.
В этой связи задачи кардинального улучшения качества сушёной плодоовощной продукции, снижения энергоёмкости процесса сушки ЯЕ-ляются актуальными и практически значками.
Решить эти задачи можно применением современных злектротех-нологий сушки и созданием принципиально нозых установок, использующих энергию электромагнитных полей сверхвысокой частоты. Благодаря селективному и объемному характеру нагрева продукта, они могут обеспечить высококачественную и эффективную сушку плодоовощной продукции, в первую очередь, средней и малой влажности. Поэтому научные исследования, направленные на разработку электро-технологий и установок микроволновой сушки плодоовощной продукции, обеспечивающих высокое качество готового продукта, актуальны и имеют большое народно-хозяйственное значение. Решению этой проблемы и посвящена диссертационная работа.
Исследования, результаты которых представлены з диссертации, выполнялись в рамках научно-исследовательских работ, проводимых в CHIKJ "Агроприбор" по заказу Главнауки МСХП РФ в рамках тем:
- "Разработка технологий и организационно-технологической
схемы сушки с помощью СБЧ энергии овощей и зелени с изготовлением
опытного образца установки СВЧ сушки и испытанием его в ГГО "Па
мять Ильича" (Московской области)" (договор №29.021-94 от
23.03.94 г.);
- "Разработка технологий и организационно-технологической
схемы сушки с помощью СВЧ энергии плодов, ягод и зелени в услови
ях Черноземной гоны Российской Федеращш с изготовлением опытного
образца установки СВЧ-сушки и испытанием его в Российской зональ
ной плодово-ягодной опытной станции" (договор №29.025-94 от
30.09.94 г.).
Цельа работы является разработка современных злектротехколо-гий обезвоживания плодоовощной продукции за счет создания и использования конвейерных установок микроволновой сушки, обеспечивающих высокое качество готового продукта.
Задачи исследования. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи исследования:
выявить взаимосвязь показателей качества сушёной плодоовощной продукции с параметрами техпроцесса сушки, установить наиболее рациональные области значений параметров процесса и сравнить на этой оскоеє различные технологии и оборудование обезвоживания;
изучить специфику физики процессов микроволновой сушки, выявить факторы, в наибольшей степени влияющие на однородность энерговыделения в объектах сушки, и, исходя из этого, обосновать основные принципы построения установок микроволновой сушки;
разработать теорию рабочего процесса и методику расчета конвейерных установок микроволновой сушки;
выполнить лабораторные и производственные исследования установок микроволновой сушки для подтверждения достоверности теоретических предпосылок и определения рациональных технологических параметров процессз сушки плодоовощной продукции;
оценить технико-экономическую эффективность разработанного оборудования и качество готовой продукции.
Практическая значимость проведённых исследований (и диссертационной работы в целом) состоит в том, что на их базе удалось:
- разработать параметрический ряд промышленных установок
микроволновой сушки с высокими технико-экономическими параметра
ми, существенно превышающими достигнутые ранее в традиционных ус
тановках конвекционной, инфракрасной сушки, сушки в поевдокипящем
слое и т.п.;
- разработать промышленные технологии микроволновой сушки,
предназначенные для получения продуктов высшей категории качества
(сушёных овощей, фруктов, зелени, грибов с начальной влажностью
- 5 -не более 400);
- соадат?) научно-технический задел для создания следующего поколения оборудования - установок комбинированной сушки, в которых сочетаются преимущества различных методов обезвоживания.
Реализация результатов исследований. Результатом проведенных исследований явилась разработка параметрического ряда электрических конвейерных установок микроволновой сушки плодоовощной продукции малой и средней влажности УСК-6, УСК-12, УСК-18, УСК-24, внедрённых впоследствіпі в производство Саратовской НПФ "Диполь" и выпущенных малой серией в количестве 30 штук. Смонтированные и введённые в эксплуатацию установки этой серии используются в настоящее время на различных сельскохозяйственных и пищеперерабаты-ващих предприятиях Российской Федерации. Среднегодовая экономия электроэнергии, достигаемая за счёт использования этих установок по сравнению с традиционно используемыми в промышленности установками конвекционной сушки, составляет порядка 5*10 кВт*час, что при существующих ценах на электроэнергии даёт суммарный годовой экономический эффект 1.75 млрд. руб.
Объектом исследований является процесс Елагоньщеления КЗ плодоовощной продукции при воздействии на него электромагнитного полл СВЧ.
Предметом исследования является электрическая конвейерная установка микроволновой сушки сельскохозяйственной продукции, pss-работанная с целью повышения качества готовой лрсдукцкз: и сккке-ния энергоёмкости техпроцесса сушки.
Методика исследования. На первом этапе в соответствии с выбранной системой критериев проведен сравнительный анализ существующих технологий и оборудования сушки. Выбрано основное направление на создание конвейерных установок микроволновой сушки с электродинамической системой на базе совокупности желобковых волноводов.
На втором этапе проведен ряд теоретических исследований, направленных на обеспечение максимально достижимой изотропии энерговыделения в процессе сушки, что, как показати указанные исследования, и обеспечивает предельное снижение энергоемкости и повышение качества готовой продукции.
В процессе решения практических задач использовались как стандартные, так и нестандартные подходы к расчету проходящей, отражённой и поглощаемой энергии электромагнитной волны СБЧ, а
также разработанная в рамках диссертации модель, связывающая равномерность энерговыделения о параметрами движения объектов через систему электромагнитных полей. При анализе распределения полей в электродинамической системе использовалась система уравнений МакоЕелла. При проведении экспериментальных исследований применялись типовые методики "холодных измерений", методы измерения КСВН, затухания, метод "бисерного зонда". Теоретические расчёты и обработка результатов экспериментов выполнялись о помощью ЭВМ.
Научная новизна. В результате теоретических и экспериментальных исследований сформулированы научно обоснованные принципы построения высокопроизводительных промышленных установок микроволновой сушки плодоовощной продукции. Выявлена взаимосвязь показателей качества сушёной продукции с режимами обработки ее микроволновым колем; установлено, что наибольшее влияние на сохраняемость полезных веществ и витаминов и другие характеристики качества готоесй продукции оказывает величина анизотропии выделения энергии е объеме обрабатываемого продукта. Найдены рациональные соотношения геометрических рззмероз секций электродинамической системы на базе келобковых волноводов, обеспечивающее минимальную анизотропно распределения интенсивности высокочастотных полей в .зоне сушки. Предложена конфигурация трансформаторов типов колебаний, а также поглощающих камер, обеспечивающих совместно соблюдение биологических норм на уровень электромагнитного излучения из открытого канала электродинамической системы, что позволило организовать непрерывное движение потока обрабатываемых объектов через рабочую камеру установки. Получены аналитические выражения, устанавливающие взаимосвязь параметров движения потока объектов через электродинамическую систему с однородностью знерговыделенкя в них по оси движения, и выведен рациональный закон движения потока объектов. Разработана математическая модель, описывающая распространение электромагнитного излучения через диэлектрические объекты, на базе которой определены рациональные параметры потока обрабатываемых продуктов, позволяющие минимизировать энергоёмкость процесса и анизотропию сушки, обеспечить высокое качество готового продукта.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и одобрены на двух международных научно-технических конференциях в городах Минске (19Э6 г.) и Угличе ((1937 г.), а также на научных конференциях СГАУ (1997 г.), СГТУ (1997 г.) и СПИ (1997 г.) в Са-
ратове.
Публикация результатов. По результатам исследований опубликовано 4 работы, в том числе 2 научно-технических статьи.
Объём и структура работы. Диссертация состоит ка введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Объём 170 страниц, кз них 146 стр. основного текста, 50 рисунков, 18 таблиц и 13 приложений. Список литературы представлен 114 наименованиями, в том числе 33 на иностранных языках.
