Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований 14
1.1 Анализ экспериментальных и теоретических работ по интенсификации процесса сублимационной сушки 14
1.1.1 Физические основы интенсификации процесса сублимационной сушки 14
1.1.2 Сублимационная сушка материала в тонком слое 21
1.1.3 Сублимация гранулированного продукта в виброслое 23
1.1.4 Сублимация в поле токов высокой частоты 26
1.2 Эффективность процесса сушки с СВЧ-энергоподводом 29
1.2.1 Физические основы процесса СВЧ-сушки 29
1.2.2 Условия эффективности получения концентратов СВЧ-сушкой 32
1.3 Пути решения вопросов здорового питания 36
1.3 Л Проблема здорового питания на пороге третьего тысячелетия 36
1,3.2 Роль плодово-ягодных и овощных соков в профилактике заболеваний 41
1.4 Цель и задачи работы 46
Глава 2. Характеристика плодово-ягодного сырья и его изменения при переработке 48
2.1 Химический состави пищевая ценность плодов и ягод 48
2.2 Обоснование выбора объектов сушки 55
2.3 Биохимические изменения плодово-ягодного сырья при консервировании 57
2.4 Статика процесса сушки растительного сырья 62
2.4.1 Влажность и влагосодержание материала 62
2.4.2 Теплофизические характеристики материала 74
2.4.3 Термодинамика сушки 77
2.5 Электрические свойства пищевых продуктов 80
2.6 Требования к качественным показателям лиофилизированных соков 81
2.7 Выводы по второй главе 89
Глава 3. Теоретическое обоснование конвективно - диэлектрической сушки при пониженном давлении среды 90
3.1 Особенности конвективно-диэлектрической сушки при пониженном давлении среды 90
3.2 Id - диаграмма влажного воздуха для условий низкого вакуума 92
3.3 Изображение процесса КВД сушки соков на Id - диаграмме 97
3.4 Теоретические исследования 99
3.4.1 Испарительное самозамораживание 99
3.4.2 Сушка под действием ИК- излучения 100
3.4.3 Сушка под действием СВЧ - энергии и газа 103
3.5 Выводы по третьей главе 106
Глава 4. Экспериментальные исследования сублимационной сушки плодово-ягодных соков на УСС-КВД-01 107
4.1 Методы и аппаратура для экспериментального исследования процессов испарительного замораживания и сублимационной сушки соков 107
4.2 Разработка системы управления 111
4.2.1 Узел управления ВРИМ 468332.004 113
4.2.2 Субблок управления системой обеспечения холода (СУСХ) 113
4.2.3 Субблок управления системой распыления (СУСР) 115
4.2.4 Субблок управления системой нагрева (СУСН) 117
4.2.5 Субблок управления агрегатом вакуумным (СУАВ) 117
4.2.6 Блок управления (БУ) агрегатом вакуумным (СУАВ) 120
4.3. Методы определения качественных показателей объектов сушки 122
4.3.1 Метод определения аскорбиновой кислоты 122
4.3.2 Метод определения влаги 127
4.3.3 Метод определения общей кислотности 128
4.4 Кинетика сушки 133
4.5 Анализ результатов исследований. Выводы 134
4.5.1 Анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований 134
4.5.2 Выводы по четвертой главе 135
Глава 5. Разработка технологии сублимационной сушки плодово-ягодных соков на установках непрерывного действия 136
5.1 Разработка технологии сублимационной сушки плодово-ягодных соков на установках непрерывного действия в едином вакуумном цикле 136
5.2 Алгоритм работы установки 137
5.3 Рекомендации к использованию новых лиофилизированных продуктов 143
5.4 Технико-экономическая оценка производства сублимированных соков 147
5.4.1 Режимы сушки плодово-ягодных соков 147
5.4.2 Эффективность разработки 148
5.5 Выводы по пятой главе 150
Общие выводы 151
Список использованных источников 153
Приложения 170
- Эффективность процесса сушки с СВЧ-энергоподводом
- Биохимические изменения плодово-ягодного сырья при консервировании
- Изображение процесса КВД сушки соков на Id - диаграмме
- Разработка системы управления
Введение к работе
Одобренная Правительством Российской Федерации в августе 1998 г. «Концепция государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года» рассматривает развитие производства богатых микронутриентами продуктов питания в качестве важнейшей и первоочередной меры, от которой решающим образом зависит улучшение питания и здоровья детского и взрослого населения России [72].
Основной причиной дефицита микронутриенов у современного человека как в России, так и во всех экономически развитых странах является резкое снижение энергозатрат и соответствующее уменьшение потребности в пище как источнике энергии, что не позволяет обеспечить эволюционно сформированные физиологические потребности организма в целом ряде незаменимых пищевых веществ за счет адекватного по калорийности рациона, состоящего из обычных продуктов питания.
Следствием этого является массовое распространение полигиповитаминозов, сочетающихся с недостаточным потреблением целого ряда важнейших макро- и микроэлементов, что наносит существенный ущерб здоровью. Особо при этом страдают системы антиоксидантной защиты, имеющие исключительно важное значение для предотвращения повреждений, вызываемых чужеродными для организма агентами (радионуклиды, тяжелые металлы, пестициды и мн, др.) [18, 47],
Эффективным путем ликвидации дефицита микронутриентов является широкомасштабное производство функциональных продуктов питания, положительно влияющих на физиологические функции и обмен веществ в целом, а также оказывающих определенное психотерапевтическое воздействие.
Среди продуктов питания, обладающих защитными функциями, превалирующее значение имеют плоды, ягоды, овощи, и их соки. По данным Всемирной организации здравоохранения содержание в ежедневном рационе 700.. .800 г плодов и овощей позволит сократить риск возникновения онкологических, сердечно-сосудистых и некоторых возрастных заболеваний почти на 50 % [53]. Но ярко выраженная сезонность сельскохозяйственного производства овощного и плодово-ягодного сырья, сложность сохранения высоких биологических свойств без специального оборудования не позволяют его использовать на протяжении всего года. Удаление влаги из растительного сырья путем сушки до влажности 4...4,5 % предоставит возможность хранения 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 консервирования, основанный на принципе низкотемпературного обезвоживания и позволяющий наиболее полно сохранить биологически активные и питательные вещества содержащиеся в исходном сырье особенно перспективен для получения качественно новых продуктов функционального назначения.
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 себестоимость 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 работы. Состоит в исследовании и разработке технологии сублимационной СВЧ-сушки плодово-ягодных соков, способа организации непрерывного процесса сублимационного обезвоживания и рекомендаций по использованию сублимированных продуктов. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие основные задачи:
исследовать кинетику ВСС плодово-ягодных соков распыляемых в вакуумной среде в поле инфракрасного (ИК) излучения, сублимируемых с применением СВЧ-энергии и принудительного потока газа на стадии досушивания остаточной влаги (комбинированный энергоподвод);
разработать математическую модель процесса ВСС непрерывного действия с комбинированным энергоподводом;
- разработать технологию непрерывного процесса ВСС с использованием
инфракрасного излучения, диэлектрического энергоподвода и
принудительного потока газа;
- определить рабочие режимы непрерывной ВСС жидких плодово-
ягодных соков в условиях комбинированного энергоподвода;
исследовать влияние режимов сушки на качественный состав соков;
разработать рекомендации по использованию сублимированных соков.
Научная новизна. В результате работы:
разработана математическая модель процесса непрерывной сублимационной сушки гранулированного продукта с комбинированным энергоподводом. Получены аналитические зависимости параметров для квазистационарных условий непрерывного процесса сублимационного обезвоживания;
обоснованы основные энергетические и технологические параметры, режимы работы установки с комбинированным энергоподводом для непрерывного распылительного самозамораживания и сублимационной сушки плодово-ягодных соков, ранее не применяемые в сельском хозяйстве;
разработана технология непрерывной ВСС термолабильных продуктов с использованием ИК-излучения, СВЧ-энергии и принудительного потока инертного газа.
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;
разработан типовой технологический процесс ВСС для установок серии УСС-КВД на базе установки УСС-КВД-01 и передан на испытания в учебное опытное хозяйство «Июльское» совместно с установкой УСС-КВД-02 с производительностью по испаряемой влаге 10 кг/ч;
разработан проект технической документации на технологию ВСС для ряда промышленных ВСУ непрерывного действия с производительностью 50 (240) кг/ч по испаренной влаге.
Реализация результатов исследований. Работа является продолжением исследований вопросов теории и практики сублимационной сушки, связана с решением прикладных вопросов технологии и проектирования новых образцов сушильного оборудования.
В работе использованы результаты собственных исследований соискателя и исследования, выполненные специалистами Научно-исследовательского института вакуумного электронного машиностроения (Ижевск), Специального конструкторского технологического бюро «Продмаш» (Ижевск), Ижевской государственной сельскохозяйственной академии.
Для разработки исходных требований к технологии сублимационной сушки на установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом на кафедре МПСХГТ Ижевской государственной сельскохозяйственной академии была создана установка «УСС-КВД-01», на которой соискателем исследована кинетика сублимационной сушки плодово-ягодных соков.
На защиту вынесены следующие положения:
способ непрерывной сублимационной сушки с использованием распыления жидкого продукта в поле ИК-излучения в вакуумной среде, введенным СВЧ - энергоподводом на стадии сублимации и принудительным потоком газа через слой гранулированного продукта на стадии удаления остаточной влаги;
физический механизм непрерывного процесса сублимационного обезвоживания жидких материалов диэлектрическим методом и в потоке газа, его математическое описание;
высокоинтенсивная технология непрерывной сублимационной сушки методом распыления жидкого продукта в поле ИК-излучения и комбинированным энергоподводом в едином вакуумном цикле.
Эффективность процесса сушки с СВЧ-энергоподводом
В большинстве случае интенсивность сушки лимитируется скоростью перемещения влаги из глубинных слоев материала к поверхности. Этот процесс, определяемый структурой материала, формами и энергией связи влаги с материалом и другими факторами трудно управляем и малоизучен. Некоторые возможности влияния на внутренний влагоперенос таят в себе электрические поля ВЧ и СВЧ диапазонов, позволяющие генерировать энергию в материале и тем самым создать благоприятные условия для перемещения влаги [11, 12]. Значительное сокращение расходов электроэнергии в процессе сушки материала возможно за счет применения комбинированных методов подвода тепла. В этих случаях энергия ЭМП СВЧ расходуется главным образом на создание условий, интенсифицирующих перенос влаги из глубинных слоев к поверхности. Испарение влаги на поверхности материала осуществляется за счет использования более дешевых источников энергии, что позволяет значительно сократить расход электроэнергии [129, 139].
Растительные материалы и продукты представляют собой сложные гетерогенные среды, которые с точки зрения электрофизических свойств, относятся к диэлектрикам с большими потерями. СВЧ-воздействие на влажные материалы вызывает в нем сложные молекулярные процессы. Под действием внешних электромагнитных полей происходит поляризация диэлектрика, и возникают токи проводимости и смещения. Это приводит к генерированию определенного количества теплоты. Особенностью СВЧ-нагрева растительного материала является одновременное выделение теплоты во всем его объеме. Удельная мощность энергии, поглощаемая за единицу времени в единице объема обрабатываемой СВЧ-полем среды, согласно закону Ома и Джоуля-Ленца с учетом отражения волны от поверхности образца определяется формулой [11]: где є - относительная диэлектрическая проницаемость; tg б - тангенс угла диэлектрических потерь; f - частота электромагнитного поля; Fp -коэффициент отражения Френеля; Е - напряженность электрической составляющей ЭМП у поверхности образца падающей ЭМВ; к - коэффициент экстинкции; х - глубина проникновения СВЧ-поля в материал; PQ - удельная мощность теплового источника у поверхности материала (х=0).
В зависимости от компонентов гетерогенной среды с различными формами связи влаги, т.е. различными диэлектрическими свойствами, может наблюдаться избирательный нагрев в широком диапазоне изменения частоты ЭМП. При малой частоте колебаний ЭМП СВЧ наибольшее количество теплоты будет выделяться в материале с преобладанием капиллярной и свободной влаги, так как для него комплекс є tgd больше по сравнению с материалом, у которого влага в основном связана адсорбционно. Кроме того, с увеличением частоты большее количество теплоты будет выделяться в материале, у которого комплекс є tgS будет больше или же убывает меньше в зависимости от частоты ЭМП.
Важную роль в сушке занимает и способ подвода тепла к материалу, так как действие СВЧ-поля влияет на характер всего процесса тепло- и массообмена. Так в материале возникают температурные поля, способствующие внутреннему массопереносу, интенсивность нагрева определяется не только термическим сопротивлением материала, но и напряженностью электрической составляющей электромагнитного поля, а также электрофизическими и теплофизическими характеристиками материала. При этом перенос влаги вызывается совместным действием нескольких важнейших факторов: величиной и направлением напряженности электрической составляющей ЭМП СВЧ, градиентов влагосодержания, температуры и давления.
Тогда общее уравнение А.В. Лыкова [48] для скорости перемещения влаги, характеризующее тепло- и массообмен в процессе СВЧ-сушки коллоидного капиллярно-пористого материала примет вид где іф - фильтрационный поток; ат - коэффициент диффузии влаги; р0-плотность сухого вещества; %- относительный коэффициент термодиффузии влаги; кф- коэффициент фильтрации внутрипоровой среды; аэ - коэффициент электродиффузии влаги; Vw,Vf,V/7,V2- градиенты влагосодержания, температуры, давления и напряженности электрической составляющей ЭМП СВЧ соответственно.
Градиенты в уравнении (1.7) играют различную роль во внутреннем тепловлагопереносе в период сушки. Так VH,V/ характерны для конвективного, инфракрасного и кондуктивного методов нагрева. В этих процессах тепло подводится с поверхности к середине материала и градиент температуры препятствует градиенту влагосодержания при выходе влаги к поверхности. Другая картина наблюдается при нагреве влажных материалов в СВЧ-поле, когда градиенты температуры и влагосодержания направлены к поверхности материала. По мощности внутренних источников можно различить два режима диэлектрического нагрева - малоинтенсивный и высокоинтенсивный.
При малоинтенсивном диэлектрическом нагреве Vw,Vf,Vp,V2Bce градиенты играют соизмеримую роль в процессе переноса влаги к поверхности материала, что отличает этот вид нагрева от других.
При высокоинтенсивном нагреве возникает высокий градиент давления внутри материала, который способствует образованию мощного потока влаги, направленного от центральных к периферийным слоям. Причем влияние градиентов Vw,V? может быть незначительным по сравнению с градиентом давления, и уравнение перемещения влаги описывается уравнением Дарси [130]:
Значения составляющих общего потока влаги, входящих в уравнение (1 Л), определяются вличиной коэффициентов пропорциональности ат Ч,ікфіаз Ро. Эти коэффициенты являются электро- и теплофизическимихарактеристиками материала и в значительной степени зависят от температуры и влажности, которые в настоящее время недостаточно изучены. Кроме того, не установлена и взаимосвязь между ними.
Поэтому решение общего уравнения влагопереноса, необходимого для управления потоком массы влаги в материалах - крайне сложная задача, а нынешнее представление о диэлектрическом процессе сушки не в полной мере удовлетворяет современным требованиям технологии и организации интенсивной СВЧ-сушки высоковлажного растительного сырья.
Принято считать, что необходимым условием для достижения экономической эффективности является уменьшение затрат на энергию сушки.
Наибольший экономический эффект новая техника имеет тогда, когда при меньших капитальных затратах она обеспечивает и меньшую себестоимость продукции. В том случае, когда более низкая себестоимость может быть достигнута только за счет увеличения капитальных вложений, вопрос решается соизмерением дополнительных капитальных затрат с экономией по текущим затратам, то есть путем соизмерения сроков окупаемости дополнительных капитальных вложений.
Биохимические изменения плодово-ягодного сырья при консервировании
Пищевые компоненты определяют биологическую ценность пищевых продуктов и оказывают решающее влияние на их структуру, цвет, внешний вид, вкус и аромат. Это определяет необходимость комплексной оценки влияния каждого технологического процесса на отдельные компоненты.
В процессе консервирования плодов и овощей сырье и полуфабрикаты подвергают различным видам обработки: механической (чистка, резка, протирание, прессование и др.), физической и термической (теплом и холодом) и др. Все воздействия, даже кратковременные, могут вызывать глубокие биохимические изменении, сказывающиеся не только на внешнем виде, но и на пищевой и биологической ценности консервов. При этом часто изменяется природный цвет плодов и овощей, их аромат, вкус и другие показатели потребительской ценности продукции.
В процессе консервирования плодоовощного сырья тем или иным способом могут происходить следующие основные изменения: сахароаминные (меланоидиновые) реакции между редуцирующими сахарами и аминокислотами или полипептидами; карамелизация Сахаров; окислительные превращения комплекса полифенольных соединений, включая дубильные вещества, антоцианы, производные пирокатехина и др.; полимеризация продуктов окисления полифенолов, образование комплекса с металлами, реакции флавоноидов с аминокислотами и др.; распад аскорбиновой кислоты и некоторых других витаминов; окисление кислот (лимонной, яблочной, винной и др.); окисление соединений железа и образование цветных комплексов; образование окрашенных сульфидов металлов, в первую очередь железа, меди, олова и др [126.143,154,165]. Однако при всем многообразии указанных процессов основными причинами, вызывающими изменение природного цвета и других органолептических показателей консервов и сушеных плодов и овощей, являются меланоидиновые реакции и различные превращения полифенольного комплекса.
Меланоидиновые реакции начинаются на первых же этапах тепловой обработки. Первые сведения о протекании таких реакций представлены Майаром в 1911 г, поэтому их называют реакциями Майара. Реакции меланоидинообразования представляют собой сложный комплекс взаимопревращений углеводов и аминокислот клетки, в результате которых образуются меланоидины, гуминовые вещества и меланины — пигменты коричневого, черного и бурого цвета (по-гречески меланин - черный), они не усваиваются и не перевариваются в организме человека. Кроме того, промежуточные продукты процесса меланоидинообразования могут иметь неприятные вкус и запах. Кроме ухудшения органолептических свойств происходит снижение биологической ценности продуктов за счет вовлечения белковых веществ и аминокислот в сахароаминные реакции. Наличие в среде 65...70 % влаги наиболее оптимально для таких реакций, однако они могут протекать и в сушеных плодах. На скорость меланоидинообразования оказывают влияние кислотность среды и температура. Реакции усиливаются при изменении рН от 3 до 9 и температуры от 0 до 90 С [128,154].
Кроме аминокислот с редуцирующими сахарами реагируют белковые вещества, имеющие свободные аминные группы.
При консервировании концентрированных продуктов, богатых сахарами (варенье, джем, повидло), происходит карамелизация Сахаров. Реакции карамелизации Сахаров особенно интенсивно протекают при температурах их плавления 95...180 С. Однако продукты карамелизации могут образовываться и при более низких температурах. Начальный период карамелизации сводится к дегидратации, получению ангидридов глюкозы, фруктозы, сахарозы и других соединений, бесцветных в чистом виде. На следующем этапе происходит более глубокая дегидратация и полимеризация дегидратированных Сахаров с образованием желто-коричневых продуктов, природа которых еще недостаточно изучена. Среди продуктов карамелизации находятся ангидриды моно- и дисахаров, продукты более глубокой дегидратации, например карамелан (желтого цвета), карамелей (коричневого цвета) и карамелин (буро-черного цвета). Причем при карамелизации Сахаров параллельно протекают и сахароаминные реакции.
При консервировании растительного сырья на изменение окраски кроме описанных выше реакций могут влиять ферментативные и неферментативные процессы, протекающие с участием многих полифенольных соединений.
Таким образом, взаимосвязь, динамическое равновесие между фенольными соединениями разной природы, активностью ферментов, наличием кислорода и лабильных восстановителей (аскорбиновая кислота, сернистый ангидрид), ингибиторов ферментов (бланширование) являются важнейшим фактором сохранения натурального цвета сырья и готовых консервированных продуктов [128,154].
Изображение процесса КВД сушки соков на Id - диаграмме
Схема КВД-сушки показана на рис. 3.3. Нагретый при охлаждении вакуумного насоса и СВЧ-магнетрона воздух подаются в вакуумную камеру на последнюю стадию сушки. Воздух проходит через весь слой гранул снизу-вверх. При этом на нижнем участке идет чистая конвективно-вакуумная сушка продукта, температура которой принципиально не повышается выше температуры воздуха [12]. При прохождении через слой гранул воздух отдает тепло гранулам и досушивает продукт до 3...5 % влажности. Далее воздух поднимаясь вверх, т.к. откачная система удаляет воздух после десублиматоров, которые находятся в верхней части камеры, насыщается и захватывает за собой весь испаряемый пар со второго участка сушки, где идет испарение влаги за счет диэлектрического нагрева СВЧ-магнетрона. Паро-воздушная смесь проходит через десублиматоры, которые улавливают пар. Далее воздух откачивается вакуумным насосом, разогревается выделяющимся при работе вакуумного насоса теплом и поступает для охлаждения СВЧ магнетрона. Нагретый от радиаторов вакуумного насоса и СВЧ магнетрона воздух готов для напуска в вакуумную камеру для нового цикла.
Процесс сушки проходит при постоянной откачке воздуха из камеры. Изобразим этот процесс на Id - диаграмме. Пусть ti - температура напускаемого в камеру нагретого воздуха, влагосодержание db степень насыщенности q \ (см. рис. 3.4. точку 1). В процессе его разряжения происходит уменьшение степени насыщенности паром [13]. Это вызывает испарение влаги. Воздух постепенно поднимаясь в верх, отдает тепло продукту и обогащается паром (отрезок 2-3). На участке 1...2...3 идет конвективно-вакуумная сушка. На последней (второй) стадии сушки (досушки) происходит досушивание связанной влаги при положительных температурах. Далее, воздух, поднимаясь, попадает в участок первого периода сушки (сублимации), где основным источником подвода энергии является СВЧ магнетрон. На Id - диаграмме этот участок показан линией 3-4. Здесь воздух является носителем пара в определенном направлении, что обеспечивает необходимый отбор пара из концентрата. За счет постоянной прокачки воздуха через концентрат, на основном этапе сушки (сублимации), обеспечивается эффективный отвод пара, и высокая скорость испарения, поскольку нет ограничения подвода тепла к концентрату. Следовательно, этап сублимации можно интенсифицировать за счет увеличения мощности СВЧ нагрева.
Отрезок 4...5 показывает участок самозамораживания, где происходит интенсивное испарение и обогащение воздуха водой.На отрезке 5...6 идет охлаждение воздуха в конденсаторном узле (десублиматоре).На участке 6.. .6; поглощение влаги десублиматором.
На участке б7... 1 идет нагрев воздуха на радиаторах вакуумного насоса и СВЧ-генератора.
Количество испаряемой влаги в процессе испарительногосамозамораживания и сушки под действием ИК - излучения, СВЧ энергии и принудительного потока газа в едином вакуумном цикле в установке непрерывного действия может быть представлено в виде: где т, - количество испаренной влаги в процессе испарительного самозамораживания; т2 - количество испаренной влаги под действием ИК -излучения; тг- количество испаренной влаги под действием СВЧ-энергии; м4 - количество испаренной влаги в атмосфере принудительного потока газа.
Доля испаренной влаги при испарительном самозамораживании составляет примерно 12...14 % и определяется формулой [101]:где П0- пористость гранулы; сви - удельная теплоемкость соответственно воды и сухого вещества гранулы; рв и р0- плотности соответственно влаги и сухого вещества гранулы; г - удельная теплота испарения; Q- удельная теплота замерзания воды; ДТ- снижение температуры от начального значения до температуры замерзания.
В результате испарительного самозамораживания конечная температурагранулы понижается, и ее значение определяем формулами [101]:где сл - удельная теплоемкость льда; рл - плотность льда; гс - удельная теплота сублимации; Д0, Л, и R2- радиусы соответственно гранулы, фронта испарения при температуре начала замораживания (криоскопическая температура) и фронта испарения в момент, когда вся влага заморожена; Тм начальная температура; Tv- криоскопическая температура.
Конечная влажность гранулы, в процентах, при испарительном самозамораживании определяется формулой:
Разработка системы управления
Все более широкое внедрение средств вычислительной техники в народное хозяйство привело к созданию простых, дешевых микроконтроллеров для управления различными объектами. Появившиеся в последнее время однокристальные микроЭВМ (ОЭВМ), у которых функции ввода — вывода, хранения, обработки информации и управления реализованы в одной БИС, дают возможность повысить надежность, упростить и удешевить микропроцессорную систему. Ограниченный объем памяти и система команд, ориентированная на побитовую обработку данных, не позволяют создавать на основе ОЭВМ контроллеры, работа которых связана с обработкой больших объемов информации или с использованием сложных арифметических операций. Несмотря на это, круг применений ОЭВМ весьма широк. Они с успехом применяются для построения систем управления различного рода контрольно-измерительной аппаратуры, периферийных устройств вычислительной техники, бытовой аппаратуры, а также контроллеров нижних уровней децентрализованных систем управления.
Выбор микросхемы серии К1816 в качестве базовой для построения комплекса обусловлен наличием в ней всех характерных особенностей, присущих классу ОЭВМ, хорошим ее развитием, возможностью ее совместного использования с интерфейсными БИС серии К580, простотой реализации отладочных режимов.СУ состоит из выше описанных субблоков и блоков сопряжения с объектами (БСО) соответствующих систем. Центральным является блок управления З.Э132.0014. Внешний вид системы управления установкой, расположенной конструктивно в шкафу управления, представлена на рис, П2.6 в приложении 2, структурная схема на рис.4.2.
Узел управления системы управления иллюстрирует типичные конфигурации и работу микроконтроллеров на основе ОЭВМ. Модуль может работать в автономном режиме, а также совместно с расширительными модулями набора.
Автономное использование модуля микроЭВМ позволяет исследовать временные диаграммы работы ОЭВМ с целью отладки. Структура узла управления микроЭВМ. Узел управления (рис. 4.3) включает в себя: ОЭВМКМ1816ВЕ39; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) на двух К573РФ5 и буфер магистраля данных (БМД) на регистре КР580ИР82; буферы магистралей данных (БМД) на двух микросхемах КР580ВВ55А; схему формирования магистрали управления (ФМУ) ОЭВМ для подключения ПЗУ и БМД. На разъемы для подключения других модулей и управления ОЭВМ выведены сигнал СБРОС, сигналы порта Р1 ОЭВМ и сигналы магистрали данных (МД) формируемые на БМД. 4.2.2 Субблок управления системой обеспечения холода (СУСХ) З.Э132.0006 СУСХ относится к низшей или к первой ступени в системе управления. Он автономно управляет работой компрессорного агрегата. В зависимости от условий технологического процесса задаются параметры глубины холода на десублиматорах, из верхнего (второго) уровня управления. Структурная схема блока управления системой обеспечения холода представлена на рис. 4.4, схема передней панели на рис, П2.1 в приложении 2. СУСХ может работать в трех режимах: - АВТ - автоматическом, т.е. по сигналам и управлением от второго уровня управления; - РУЧ - ручном. Здесь предусмотрено автоматическое выполнение заданной программы из ПЗУ блока, который обеспечивает вывод компрессорного агрегата на рабочий режим, поддержание этого режима и подготовка к выключению; - НАЛ - наладочном. В этом режиме с помощью кнопок управления без всяких блокировок и условий включаются необходимые исполнительные механизмы системы обеспечения холода, исключая аварийные ситуации. 4.2.3 Субблок управления системой распыления (СУСР) 3,3132,0007 СУСР относится к низшей или к первой ступени в системе управления. Он автономно управляет работой системы распыления. В зависимости от условий технологического процесса задаются параметры давления впрыскивания или скорость (объем) распыления концентрата из верхнего (второго) уровня управления. Структурная схема субблока управления системой распыления представлена на рис, 4.5, схема передней панели на рис.П2,2 в приложении 2. СУСР может работать в трех режимах: - АВТ - автоматическом, т.е. по сигналам и управлением от второго уровня управления; - РУЧ - ручном. Здесь предусмотрено автоматическое выполнение заданной программы из ПЗУ субблока, который обеспечивает вывод системы распыления на рабочий режим, поддержание этого режима и подготовка к выключению; - НАЛ - наладочном. В этом режиме с помощью кнопок управления без всяких блокировок и условий включаются необходимые механизмы системы распыления, исключая аварийные ситуации. 4.2.4 Субблок управления системой нагрева (СУСН) 33132.0008 СУСН относится к низшей или к первой ступени в системе управления. Он автономно управляет работой системы нагрева. В зависимости от условий технологического процесса задаются параметры мощности СВЧ излучения, температура и расход агента сушки и т.д. из верхнего (второго) уровня управления. Структурная схема субблока управления системой нагрева представлена на рис. 4.6., схема передней панели на рис.Ш.З в приложении 2. СУСР может работать в трех режимах: - АВТ - автоматическом, т.е. по сигналам и управлением от второго уровня управления; - РУЧ - ручном. Здесь предусмотрено автоматическое выполнение заданной программы из ПЗУ субблока, который обеспечивает вывод системы распыления на рабочий режим, поддержание этого режима и подготовка к выключению; - НАЛ — наладочном, В этом режиме с помощью кнопок управления без всяких блокировок и условий включаются необходимые исполнительные механизмы системы нагрева, исключая аварийные ситуации. СУАВ относится к низшей или к первой ступени в системе управления. Он автономно управляет работой вакуумного агрегата. В зависимости от условий технологического процесса задаются параметры глубины вакуума, 120 количества гранулированного продукта в камере, скорость выгрузки и т.д. из верхнего (второго) уровня управления. Структурная схема субблока управления агрегатом вакуумным представлена на рис. 4.7, схема передней панели на рис.П2.4 в приложении 2, СУАВ может работать в трех режимах: - АВТ - автоматическом, т.е. по сигналам и управлением от второго уровня управления; - РУЧ — ручном. Здесь предусмотрено автоматическое выполнение заданной программы из ПЗУ субблока, который обеспечивает вывод агрегата
