Введение к работе
Актуальность работы. Сушка пищевых продуктов играет существенную роль в сельском хозяйстве и отраслях пищевой промышленности, учитывая влияние сушки на качество высушиваемого продукта и уровень энергозатрат (до 70% всех энергозатрат приходится на обработку продуктов).
Низкотемпературная сушка (НТС) в кондиционированном воздухе с температурой и влагосодержанием меньшими, чем температура и шіагосояержание окружающей среды, является новым направлением в .технологии сушки пишевых продуктов. Значительный вклад в ее развитие внесли В.М. Бражгогкоа, А.А. Гого-лии, Р.И. Шаззо, В.М. Шляховешшй, Ю.С. Беззаботов, Стефан П." Дичев и др.
При НТС требуемые параметры Еоздуха (температура / и атагосодержанне d) доводятся до необходимых значений при его обработке в испарителе и конденсаторе холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса - термотрансформатора (ТТР). НТС обеспечивает сохранение высокого качества высушенного продукта, а использование в процессе кондиционирования воздуха компрессионных ТТР позволяет утилизировать теплоту термотр&всфсрмацни и использозать холодильный потенциал для осушки воздуха от влаги перед подачей в сушильную камеру.
Тема диссертационной работы соответствует тематическому плану ком
плексных научно-исследовательских работ Кубанского государственного техноло
гического университета, финансируемых Минвузом РФ по единому заказ-наряду и
входит в комплексную тему № 2.13.000 — «Разработка прогрессивных материалов,
процессов и систем, ресурсосберегающих и экологически безсшетых.технологий с
использованием вторичных энергоресурсоз». ' ' .
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является совершенствование низкотемпературной сушильной установки с термотрансформатором на основе теоретического и экспернмекгальнсго пселедсвашш процессов низкотемпературной сушки с применением термотрзнсформзторз, кслользуя «кн-пящнй» слой предварительно нагретых частиц инертного материала, являют:? -сз аккумулятором тепла, при нанесении на него аязх'.гх и пастообразных пишевых продуктов. В соответствии с поставлешгой целью решачись следующие задачи:
теоретическое исследование процессов однонаправленного тепло- н атагопгре-носа в частице инерта с внешним высушиваемым слоем;
построение физической и математической моделей процесса сушки, описывающих принятуто расчетную схему;
проведение численных экспериментов и их анализ;
проведение экспериментальных исследований низкотемпературной сушки с применением ТТР с целью проверки адекватности математической модели;
оценка энергетической и технологической эффективности разработанного спо-собасушкн-, -
технико-экономическая оценка выбора эффективного вещества в качестве инерта;
разработка нового способа шгасотемпературной сушки и на его основе - промышленной низкотемпературной сушильной установки на базе термотрансформатора. . ..
Научная tKWirwa. Проведено теоретическое исследование процессов однонаправленных тепло-влгтообмена н тепло-влагопереноса, разработана математическая модель физических процессов однонаправленного тепло-влагопереноса, происходящего при НТС вязких пищевых продуктов на предварительно нагретой частице инертного материала. Проведенными чнслзнньшн и эхсперимснтальными исследованиями процессов НТС белков сои водной экстракции подтверждена справедливость исходной гипотезы, получены уравнения зависимостей кинетики сушки, произведены анализы основных показателей качества высушенного продукта. Теоретически и эхслергшгтально обоснована целесообразность предварительного подогрева частиц инерта, произведена оценка его энергетической эффективности, найдены оптимальные параметры проведення процесса НТС.
Научная новизна подтверздается патентом РФ № 2124683 1999 г. на способ іапкотемпературной сушки.
Практическая теїшость г<яботы н рвалтакиия результатов. Разработана модель процесса низкотемпературной сушки, которая программно реализована на алгоритмическом языке Turbo Pascal 7.0 и позволяет рассчитать основные технологические параметры проведения процесса НТС с применением ТТР.
Показано, что использование .предварительно нагретых частиц инерта повышает энергетическую эффективность сушильной установки на 10*15%.
На основе разработанного способа и реализующей этот способ схемы низкотемпературной сушильной установки (НТСУ) (патент РФ №2124683) была разработана инженерная методика расчета и ігроектировашга НТСУ на основе ТТР, которая передана в Краснодарский гаучнс-иссяедовгтельский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции н использована при разработке проекта опытно-промышленной НТСУ произвошітсльностью 100 кг/ч по влажному продукту. Ожидаемый годовой экономический эффект составляет 52 тыс. руб.
Показатели качества высушенного продукта белка сои водной экстракции, полученные при проведении эксперимекталыых исследований, превосходят эталонные, и лежат в области, нормируемой ТУ 182/26-78 - Белок соевый пищевой, технические условия.
Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе при проведении курсового и дипломного проектирования по специальности 07.02 -Техника и физика низких температур на кафедре холодильных и компрессорных машин и установок Кубанского государственного технологического университета
Осноппые положения дяссертадпп.нывосимые на защиту:
математическая модель процессов однонаправленного тепло-влагопереноса, подтвердившая гипотезу;
полученные экспериментальные данные по проведению НТС на основе ТТР в условиях однонаправленного тепло-влагопереноса;
методика определения условий проведения НТС и режимных характеристик работы ТТР;
принцишшьно новые способ и установка НТСУ с Ті У.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в работе, докладывались на международной научно-технической конференции «Холод и пищевые производства» (Санкт-Петербург, 1996 г.), на международной научно-технической конференции, посвященной 65-летню МГАІТЛ «Пищевая промышленность России на пороге XXI века» (Москва, 1996 г.), на международной научной конференции «Рациональные пути использования вторичных ресурсов агропромышленного ком-апекса» (Краснодар, 1997 г.), на международной научно-технической конференция «Техника и технологии пищееых производств» (Могилев, 1998 г.).
Публнкапяп. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ,-в том числе 1 патент Российской Федерации.
Структура я объем работы. Диссертационная работа состоит из введения^ 4 глав, заключения, списка использованной литературы и 3 приложений. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, .11 таблиц. Список использованной литературы включает 66 наименования. Приложения к диссертации представлены на 14 страницах.