Введение к работе
Актуальность темы. По данным института питания РАН средняя годовая норма потребления овощей и фруктов на одного человека должна составлять не менее 150 кг. Ярко выраженная сезонность сельскохозяйственного производства овощного и ягодного сырья, сохранение высоких биологических свойств при хранении без специального оборудования не позволяют его использовать на протяжении всего года. Удаление влаги из овощного и ягодного сырья путем сушки до влажности ниже 8 - 14% предоставит возможность сохранить его в обычных условиях длительное время.
Создание и освоение новой сушильной техники для комплексной переработки сельскохозяйственного сырья с использованием передовой технологии, является актуальной задачей подъема народного хозяйства России. Вакуум-сублимационная сушка (ВСС) как метод качественного консервирования, основанный на низкотемпературном обезвоживании продуктов и позволяющий наиболее полно сохранить биологически активные и питательные вещества, содержащиеся в исходном сырье, особенно перспективна для получения' высококачественных пищевых порошков, натуральных красителей и лекарственных препаратов. При этом имеет место снижение транспортных расходов при перевозках за счет уменьшения массы продукта в 4-10 раз в результате сушки и более простая система его использования.
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 сравнительно низкая производительность, значительные затраты ручного труда, высокая стоимость сублимированных продуктов.
Перспективы развития сублимационной техники связаны с переходом к установкам поточно-циклического и непрерывного действия, повышением эффективности сублимационного оборудования за счет интенсификации процесса обезвоживания. В ИжГСХА по заказу департамента кадровой политики и образования МСХиП РФ с 1996 г. выполнялось НИОКР «ГЛОБУЛИН» на тему «Разработка и изготовление опытного образца установки для вакуумной сублимационной сушки различных термолабильных объектов».
Цель настоящей работы состоит в исследовании процесса сублимационной сушки овощных и ягодных соков, разработки способа организации непрерывного процесса сублимационного обезвоживания и создание пепрерывно-действугощей вакуумной сублимационной установки с комбинированным энергоподводом. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие основные задачи:
- исследовать кинетику ВСС жидких ягодных и овощных соков: распиливаемых и гранулируемых в вакууме, в поле инфракрасного (ИК)
излучения; сушку с применением СВЧ-энергоподвода и фильтрационного потока инертного газа (комбинированный энергоподвод);
- разработать способ организации непрерывного процесса . ВСС с
использованием инфракрасного излучения, диэлектрического энергоподвода и
фильтрационного потока инертного газа;
создать физические модели и дать математические описания процессов ВСС непрерывного действия с комбинированным энергоподводом;
разработать и изготовить опытный образец установки непрерывного действия с комбинированным энергоподводом для сублимационной сушки ягодных и овощных соков;
определить рабочие режимы непрерывной ВСС жидких овощных и ягодных соков в условиях комбинированного энергоподвода.
Научная новизна. В результате работы:
предложен способ организации непрерывного процесса ВСС термолабильных продуктов в поле ИК излучения с использованием СВЧ-энергоподвода и в фильтрационном потоке инертного газа;
установлен физический механизм процесса самозамораживания и сублимационной сушки гранулированных продуктов в поле ИК и СВЧ нагрева и в фильтрационном потоке инертного газа;
сформулирована математическая задача процесса непрерывной сублимационной сушки гранулированного продукта при комбинированном энергоподводе. Получено аналитическое решение задачи для квазистационарных условий непрерывного процесса сублимационного обезвоживания.
Практическая ценность работы определяется следующими основными результатами:
разработан и испытан опытный образец непрерывно действующей сублимационной установки с производительностью 1 кг/ч по испаряемой влаге УСС-КВД-01;
разработана и передана на испытания в учебное опытное хозяйство «Июльское» установка УСС-КВД-02 с производительностью по испаряемой влаге 10 кг/ч для производства наполнителей в молочные продукты;
разработаны ТЗ на ряд промышленных ВСУ непрерывного действия с производительностями 50,240 кг/ч по испаренной влаге.
Реализация результатов исследований.
Работа является продолжением исследований и обобщением результатов некоторых вопросов теории и практики сублимационной сушки и связана с решением прикладных вопросов технологии и проектирования новых образцов сушильного оборудования.
Работа основана на обобщении результатов исследований соискателя, выполненных самостоятельно и в содружестве с инженерами, учеными, технологами и специалистами: Научно-исследовательского института вакуумного электронного машиностроения (Ижевск), Всероссийского научно-
исследовательского института электрификации сельского хозяйства, Специального конструкторского технологического бюро Продмаш (Ижевск), Ижевской государственной сельскохозяйственной академии.
Для разработки исходных требований сублимационной сушильной установки непрерывного действия с комбинированным энергоподводом соискателем в КБ-1 ПИИ «ВЭМ» создана установка «Иней-17». На установке Иней - 17 была исследована кинетика сублимационной сушки ряда плодово-ягодных, овощных соков и других термолабильных препаратов.
На защиту вынесены следующие положения:
Высокоинтенсивный способ непрерывной сублимационной сушки с использованием распиливания жидкого продукта в поле ИК излучения в вакууме с введенным СВЧ - энергоподводом и фильтрационным потоком инертного газа через слой гранулированного продукта;
- Физический механизм непрерывного процесса сублимационного
обезвоживания жидких материалов диэлектрическим методом в потоке
инертного газа и его математическое описание;
- Установка непрерывного действия для сублимационного обезвоживания
гранулированного сока методом самозамораживания в поле ИК излучения с
комбинированным подводом энергии в едином вакуумном цикле.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 12 статей и в т.ч. получено положительное решение на изобретение по заявке № 2000111417/06 и выдаче патента на «Установку непрерывного действия для сублимационной сушки термолабильных материалов». 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 XVU, XVTII, XIX научно-производствепньгх конференциях Ижевской государственной сельскохозяйственной академии (1997-1999), 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 (3-5 октября 2000 года, Москва - ВИЭСХ). К 70-летию ВИЭСХ "Энергосбережение в сельском хозяйстве" Москва, ВИЭСХ (2000).
Объем работы. Диссертация состоит из введепия, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 162 страницах основного текста, содержит 65 рис., 15 табл. и список использованных источников из 182 наименований.
