Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Литературный обзор патентно информационых источников 11
1.1 Выбор объекта исследования и его свойства 11
1.2 Способы получения копченых рыбопродуктов 19
1.3 Обоснование выбора древесных пород для получения коптильного дыма 24
1.4 Краткий обзор техники для получения копченых рыбопродуктов 26
1.5 Теоретическое описание процессов, обеспечивающих электростатическое копчение рыбопродуктов с применением режима постоянного перемешивания 38
1.5.1 Электризация и зарядка частиц дымовоз душной смеси 38
1.5.2 Движение частиц дымовоз душной смеси под действием электростатического поля 40
1.5.3 Осаждение частиц дымовоз душной смеси под действием электростатического поля 42
1.5.4 Осаждение частиц дымовоз душной смеси в режиме постоянного перемешивания 44
1.5.5 Насыщение дисперсных продуктов ароматом дыма 47
1.5 Цель и задачи исследования 51
Глава 2 Экспериментальное исследование процесса электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном 54
2.1 Исследование процесса насыщения ароматом дыма рыбопродуктов 54
2.1.1 Экспериментальная установка для насыщения ароматом дыма рыбопродуктов в электростатическом поле с применением режима постоянного перемешивания 54
2.1.2 Определение влияния различных параметров на процесс насыщения рыбопродуктов коптильными компонентами 57
2.1.3 Определения коэффициента диффузии фенолов в рыбопродукте 62
2.1.4 Изучение электрических характеристик процесса копчения рыбопродуктов в электростатическом поле 64
2.1.5 Исследование распределения напряженности электростатического поля по длине коптильной камеры 66
Глава 3 Комплексная оценка показателей качества рыбопродуктов, копченых в электростатическом поле с применением режима постоянного перемешивания 69
3.1 Определение функционально-технологических свойств 69
3.2 Исследование эффективности насыщения ароматом дыма 71
3.2.1 Изучение и анализ критериев эффективности 71
3.2.2 Оценка количественного содержания отдельных групп соединений 76
3.3 Анализ микробиологических характеристик 80
3.4 Определение активной кислотности 85
Глава 4 Математическая модель процесса электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном 88
4.1 Постановка задачи 88
4.2 Математическая модель процесса копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном 89
4.3 Описание и текст программы 96
4.4 Анализ процесса копчения рыбопродуктов в электростатическом поле с применением режима постоянного перемешивания 101
Глава 5 Практическая реализация результатов исследования 109
5.1 Установка для электростатического копчения рыбопродуктов с применением режима постоянного перемешивания 110
5.2 Термодинамическая оценка эффективности процесса электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном 118
5.3 Способ автоматического управления процессом электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном 128
Основные выводы и результаты работы 135
Библиографический список 136
Приложения 154
- Краткий обзор техники для получения копченых рыбопродуктов
- Определение влияния различных параметров на процесс насыщения рыбопродуктов коптильными компонентами
- Анализ процесса копчения рыбопродуктов в электростатическом поле с применением режима постоянного перемешивания
- Способ автоматического управления процессом электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном
Введение к работе
Актуальность работы. На сегодняшний день в мире ежегодно добывается и производится около 118,7 млн т рыбы и морепродуктов, в частности производство рыбы и беспозвоночных составляет 27,4 млн т. При этом значительную часть уловов (95 %) составляет рыба, остальные 5 % относятся к нерыбным объектам промысла (водоросли, морские звери, ракообразные). Основу улова составляют следующие классы рыб: тресковые – 47 %, сельдевые – 22 %, лососевые – 10 %, ставридовые, скумбриевые – 9 %, прочие виды – 8 %, пресноводные – 3 %.
В настоящее время при производстве водных биоресурсов все большее предпочтение отдается методам аквакультуры за счет расширения прудовых хозяйств, что находит отражение в законопроектах Российской Федерации по развитию рыбной отрасли на период до 2025 года.
В последние годы особую популярность приобрели рыбные закуски (снеки), которыми можно быстро утолить голод. При этом лидирующую позицию в рейтингах наиболее потребляемых товаров данной группы занимает рыбная соломка. Перспективным направлением для решения задач обеспечения потребителей оригинальными рыбопродуктами является расширение их ассортимента путем придания аромата натурального дымного копчения, обеспечивающего значительное увеличение сроков хранения.
Наибольший вклад в становление и развитие теории, техники и технологии копчения, а также в создание новых видов коптильного оборудования внесли В.И. Курко, А.М. Ершов, И.А. Рогов, Ю.А. Фатыхов, О.Я. Мезенова, В.А. Оноприйко, Г.И. Касьянов, Л.С. Кудряшов и др.
Рыбная соломка в силу своих реологических свойств (сыпучесть, объемная плотность) является неудобным продуктом для проведения процесса копчения. Традиционно рыбную соломку подвергают процессу копчения насыпью на сеточных стеллажах. При проведении процесса копчения в таких условиях частицы данного продукта слеживаются, вследствие чего наблюдается
повышение гидравлического сопротивления аппарата, нарушается равномерность распределения коптильной смеси и происходит снижение эффективности насыщения продукта ароматом дыма. С целью интенсификации процесса копчения рыбной соломки следует применять режим постоянного перемешивания с использованием элементов электростатики, что способствует существенной интенсификации осаждения компонентов дыма на поверхности продукта.
Поэтому для решения задач, связанных с обеспечением высокой эффективности копчения, необходимо получение научных данных о влиянии различных факторов на эффективность проведения процесса, которые послужат основой для разработки способа и оборудования, осуществляющих принцип использования электростатического поля при обработке рыбопродуктов дымовоздушной смесью в сочетании с режимом постоянного перемешивания.
Диссертационная работа выполнялась на кафедре «Машины и аппараты пищевых производств» Воронежского государственного университета инженерных технологий в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы (№ государственной регистрации 01970008818).
Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы является исследование процесса электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном, а также разработка способов и оборудования для его осуществления.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
исследование основных закономерностей процесса электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном;
исследование электрических характеристик процесса копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном;
оценка показателей качества рыбопродуктов, копченых в электростатическом поле с применением режима постоянного перемешивания;
разработка математической модели процесса электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном;
разработка установки для проведения процесса электростатического копчения рыбопродуктов с применением режима постоянного перемешивания и способа автоматического управления данным процессом;
проведение промышленной апробации, определение эффективности предлагаемых разработок.
Научная новизна. Установлены кинетические закономерности процесса электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном.
Разработана математическая модель процесса электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном, позволяющая определить распределение различных факторов по длине коптильной камеры.
Практическая значимость работы. В результате проведения комплекса экспериментально-теоретических исследований показана целесообразность использования режима постоянного перемешивания для насыщения ароматом дыма рыбопродуктов в сочетании с применением электростатического поля.
Разработаны: новая установка для проведения процесса электростатического копчения рыбопродуктов с применением режима постоянного перемешивания и способ автоматического управления процессом электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном.
Научная новизна предложенных технических решений подтверждена 5 патентами на изобретения и 1 патентом на полезную модель РФ.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежском государственном университете инженерных технологий (с 2013 по 2018 гг.).
Результаты работы экспонировались на международных выставках и были отмечены 6 сертификатами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 18 статей и 4 тезиса докладов в прочих изданиях, получено 5 патентов на изобретение и 1 патент на полезную модель РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 206 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка и 19 таблиц. Список литературы включает 155 наименований. Приложения к диссертации представлены на 52 страницах.
Краткий обзор техники для получения копченых рыбопродуктов
На сегодняшний день копченые продукты можно получить в промышленных условиях, в системе общественного питания и в быту с применением различного технологического оборудования: коптильных печей, термокамер, электрокоптильных установок и т.д. [37, 51, 76, 77, 86, 101, 105].
Любая единица коптильного оборудования имеет в своем составе следующий набор характерных элементов: камеру, в которой непосредственно происходит процесс копчения; дымогенератор, предназначенный для выработки дымовоздушнои смеси; систему подачи, рециркуляции, нагрева и охлаждения дымовоздушнои смеси; систему транспортирования продукта, а также устройств, применяемых для санитарной обработки, защиты персонала от поражения различного рода факторов и блока управления процессом [76, 91,105].
Оборудование для насыщения продуктов ароматом дыма бывает периодического и непрерывного действия, предназначенное для проведения дымового и бездымного, а также комбинированного копчения [51, 77, 86, 105].
Как правило, перед загрузкой в коптильную камеру рыбное сырье нанизывают на шомпола (прутки, крючки), подвешивают на рейки, обвязывают и упаковывают в сетку, устанавливают на рамах, клетях, укладывают на поддоны; мясное сырье и птицу обвязывают и упаковывают в сетки, подвешивают на рейки, устанавливают на рамах. При копчении продукт может находиться как в стационарном состоянии, так и его можно перемещать в клетях, тележках, на рамах, подвесках конвейеров. Мелкую рыбу коптят насыпью на специальных поддонах (сеточных стеллажах) (рис. 1.6) [16, 17, 85, 131].
В настоящий момент времени проводится множество работ по совершенствованию конструкций и созданию новых видов оборудования для проведения процесса насыщения продуктов ароматом дыма [31,91, 92, 93, 102,105,108].
Установка «Ижица-1200М2» (рис. 1.7) предназначена для холодного копчения рыбы в электростатическом поле. Она состоит из следующих основных частей: коптильного шкафа, блока управления и дымогенератора.
Внутри коптильного шкафа размещаются: направляющие для подвешивания рамы с продуктом и электроды (ускорители). При этом электроды располагают между рядами подвешенного продукта, за счет чего возможно их перемещение, как по вертикали, так и по горизонтали. В нижней части шкафа установлен циклон для осаждения твердых частиц.
Преимущество данной установки заключается в использовании эффекта электронного ветра, который подхватывает дымовую смесь и направляет её на продукт. Благодаря электронному ветру, процесс насыщения дымом ускоряется в десятки раз. К недостаткам данной установки следует отнести следующие аспекты: - сложность в организации процесса копчения мелкой рыбы и рыбной соломки ввиду отсутствия специальных приспособлений; - отсутствие системы подготовки и очистки дымовоздушной смеси.
Коптильная установка Borniak UW-150 (рис. 1.8) предназначена как для горячего, так и холодного копчения.
Установка состоит из следующих основных элементов: коптильной камеры, дымогенератора, переходника для холодного копчения, блока управления, вентилятора, термометра, выхлопной трубы с задвижкой, двух полок из нержавеющей стали, чехла для транспортировки и хранения, вешал для рыбы и мяса, формовочной сетки для исходного сырья. Стенки камеры оборудованы термоизоляцией для поддержания устойчивой температуры копчения и обжарки.
В данной установке применяется эффект направленного движения дымовоздушной смеси за счет применения электростатического поля, ускоряющий процесс насыщения продуктов дымом в десятки раз. Вследствие использования этого эффекта время копчения сократилось до 70 минут [85].
К преимуществам коптильной установки относятся следующие показатели:
- за счет управления температурными режимами дымовоздушной смеси повышается качество продуктов;
- возможность автономной работы расширяет область применения коптильной установки; - количество потерь уменьшилось на 10% благодаря сокращению продолжительности копчения;
- копченая продукция имеет отличный товарный вид, срок хранения увеличивается до 70 суток;
- копченая рыба, мясо и сыры имеют более насыщенный вкус и пользуются постоянным спросом.
Недостатками коптильной установки Borniak UW-150 являются:
- размещение дымогенератора вблизи камеры приводит к дополнительному теплопритоку, нарушающему температурный режим работы установки;
- наличие дымогенератора вблизи камеры приводит также к возрастанию стоимости установки, поскольку необходима дополнительная система защиты от образующихся отходов при сгорании дыма.
Для получения копченого филе рыбы и морепродуктов практикуется использование универсальной коптильно-варочной установки Ducomaster (рис. 1.9), которая позволяет проводить процессы холодного и горячего копчения, сушки, варки, обжарки, запекания горячим воздухом. В ходе эксплуатации данной установки имеется возможность вертикальной навески любых пород рыбы, проведение процесса копчения филе на сетках.
Использование в составе установок Ducomaster высококачественных материалов и комплектующих обеспечивает эффективность проведения процесса копчения, а также эксплуатации. Корпус коптильной камеры выполнен полностью из листов нержавеющей стали 12Х18Н10Т и может быть цельносварным или сборным. Конструкция камеры обеспечивает высокую степень прочности и герметичности. Теплоизолированные стенки корпуса позволяют достичь максимальной экономии энергоресурсов в процессе работы. Использование пневматических приводов в работе исполнительных механизмов позволяет значительно повысить надёжность работы камеры. В стандартную комплектацию входит установка автоматической мойки камеры.
Универсальная установка Ducomaster оснащена комбинированной системой циркуляции дыма путем применения эффекта ионного ветра, которая позволяет работать как в замкнутом цикле, так и в проточном. Вследствие использования таких инструментов достигается идеальный результат процесса нанесения компонентов дымовоздушной смеси на поверхность продукта при наименьших потерях и четком регулировании параметров внутри коптильной камеры [85].
Данную установку можно использовать лишь для сравнительно крупных продуктов, в то время как для более мелких её применение довольно ограничено. В создаваемых установкой условиях частицы мелких продуктов слеживаются, вследствие чего повышается гидравлическое сопротивление аппарата, нарушается равномерность распределения коптильной смеси и снижается эффективность насыщения продукта ароматом дыма.
Универсальная коптильная установка «УКУ-1М» (рис. 1.10) предназначена для производства готовых продуктов из мясного сырья, рыбы, птицы путём их термической и пародымовой обработки. Позволяет выполнять все виды финишных операций по получению готового продукта: подсушку, обжарку, варку, запекание, холодное и горячее копчение.
Установка выполнена блочно-разборной, состоит из панелей и блоков, легко монтируемых (демонтируемых) в любом помещении. Включает в себя термокамеру, парогенератор, дымогенератор, щит управления и выкатную тележку. Для перемещения конструктивных блоков к месту монтажа внутри здания не требуется специальных дверных проёмов.
Установка проста и надёжна в эксплуатации, не имеет дефицитных комплектующих. Благодаря специальной системе распределения воздушного потока продукты обрабатываются качественно и равномерно во всех точках внутреннего объёма термокамеры.
Недостатками коптильной установки «УКУ-1М» являются:
- наличие дымогенератора вблизи камеры приводит к дополнительному теплопритоку, нарушающему температурный режим работы установки;
- при проведении процесса копчения на сетках нарушается равномерность распределения коптильных компонентов.
Универсальная коптильная установка У ЭК-1/1 (рис. 1.11) предназначена как для холодного, так и для горячего копчения. В процессе копчения используется разность потенциалов на продукте и дыме, в результате чего возникает эффект электронного потока, который подхватывает дым и намагничивает его на продукт. Это ускоряет процесс копчения в 10 раз.
Определение влияния различных параметров на процесс насыщения рыбопродуктов коптильными компонентами
Основным веществом, определяющим качество проведения процесса насыщения коптильными компонентами рыбопродуктов, является фенол [29, 120]. Для анализа содержания фенола в готовом рыбопродукте было принято решение воспользоваться флуориметрическим методом с помощью анализатора жидкости «Флюорат-02-ЗМ»[29, 44, 46, 119].
В качестве модельного продукта в экспериментах использовалось копченое мясо толстолобика в виде соломки, полученное с применением электростатического поля и режима постоянного перемешивания. При этом толщина соломки не превышала 5 мм, а длина 80 мм. Данный продукт содержит в 100 г: Белки - 19,5 г; Жиры - 0,9 г; Углеводы - 0,2 г; Зола - 1,096 г; Влага - 78,598 г. Энергетическая ценность составляет 114,307 ккал на 100 г продукта. Продукт богат витаминами А, Вь В2, Е, PP.
Подвергнутый процессу насыщения коптильными компонентами образец весом 10 г направляют в фарфоровую ступку, которую наполняют дистиллированной водой в соотношении 1:2. После проделанной операции образец измельчают, достигая, таким образом, гомогенной консистенции. Далее образец подвергают гомогенизации на лабораторном гомогенизаторе в течение 5 мин. Полученный образец фильтруют с помощью бумажного фильтра. Значение массовой концентрации фенолов в продукте предположительно составит свыше 0,1 до 1,0 мг/дм3 включительно. При отборе проб для анализа пользуются пипеткой объемом 10 см3. Затем пробу помещают в воронку объемом 100 см3, добавляя 10 см3 экстрагента (бутиловый эфир уксусной кислоты х. ч.). Процесс экстракции происходит в течение 30 с. Далее образец отстаивают и разделяют на слои. Нижний (водный) сливают, а в верхний (органический) дополняют 10 см3 реэкстрагента -1% раствором гидроксида натрия. В течение 30 с проводят реэкстракцию. Водный слой отправляют в емкость объемом 100 - 150 см3, после чего прибавляют по каплям раствор соляной кислоты с концентрацией 5 моль/дм3 и перемешивают. Контроль над рН раствора производят при помощи универсального индикатора. Значение рН должно находиться в интервале 3-6. Измерение массовой концентрации фенолов в полученном растворе проводится в режиме «Измерения». Массовая доля фенолов определялась в 60 г продукта. Значение концентрации фенолов в 100 г образца определяется по формуле [29, 49]: где d - количество фенола, полученного на флюорате, мг/дм3; а - количество водного экстракта с продуктом.
Определение концентрации фенолов осуществлялось в пробах, отбор которых производился из середины слоя рыбопродукта, что позволяет оценить качество проникновения коптильных компонентов в результате фильтрации дымовоз-душной смеси через слой.
В результате проведения исследований кинетики насыщения фенолами мяса толстолобика при различной частоте вращения коптильной камеры были получены кривые, представленные на рис. 2.2 и 2.3.
Анализ кривых, представленных на рис. 2.2, позволяет сделать вывод об интенсификации процесса насыщения фенолами мяса толстолобика в виде соломки при увеличении частоты вращения коптильной камеры, создавая, таким образом, режим постоянного перемешивания. При частоте вращения ниже 3,5 мин"1 происходит образование режима фильтрующего слоя (неподвижного или плотного движущегося), который, применительно к рыбной соломке, способствует резкому возрастанию в коптильной камере гидравлического сопротивления, препятствующего прохождению коптильных компонентов через слой рыбопродукта, что отражается в нарушении равномерности распределения концентрации фенолов в готовом продукте.
За счет наложения электростатического поля (Е = 40 кВ/м) (рис. 2.3), происходит увеличение концентрации фенолов в пробах рыбопродуктов, однако наблюдается и влияние фактора режима постоянного перемешивания на накопле 60 ниє фенолов в продукте. Таким образом, режим постоянного перемешивания обеспечивает основную функцию - фильтрацию коптильной смеси через слой рыбопродукта, обеспечивая насыщение его ароматом дыма, а элементы электростатики играют вспомогательную роль - способствует направленному движению и осаждению коптильных компонентов на поверхность продукта с последующей его диффузией внутрь.
Проводя анализ кривых, представленных на рис. 2.4, можно сделать вывод об образовании экстремума, показывающего максимум концентрации фенолов в мясе толстолобика при частоте вращения коптильной камеры порядка 5,5 мин"1. Такое явление можно объяснить тем, что при более высоких частотах происходит повышение порозности слоя рыбопродукта и начинает сказываться эффект так называемого «проскока» [10, 14, 47, 65, 74]. Таким образом, можно заключить, что время нахождения частиц коптильных компонентов в зоне коронного разряда становится меньше времени, необходимого для того, чтобы частица приобрела значение величины своего предельного заряда. Нельзя не отметить и тот факт, что происходит увеличение потока частиц коптильных компонентов, проходящих с большой скоростью через слой рыбопродукта, не успевая должным образом осесть на поверхности продукта.
Также из представленных кривых (рис. 2.4) видно, что изменение напряженности электростатического поля в рассматриваемом диапазоне оказывает влияние на интенсивность процесса накопления фенолов в рыбопродукте. С увеличением напряженности повышается подвижность ионов, что в свою очередь приводит к интенсификации процесса осаждения и созданию эффекта направленного движения, вследствие чего рассматриваемые кривые смещаются вверх. Увеличивая частоту вращения коптильной камеры, можно наблюдать факт уменьшения влияния напряженности электростатического поля на осаждение коптильных компонентов на поверхность продукта и дальнейшее их проникновение в толщу продукта.
Анализ процесса копчения рыбопродуктов в электростатическом поле с применением режима постоянного перемешивания
Разработанная математическая модель процесса электростатического копчения рыбопродуктов с применением режима постоянного перемешивания позволяет оценить влияние различных факторов на эффективность процесса и определить оптимальные значения параметров.
Рассмотрим влияние наиболее значимых факторов на процесс.
Средний размер твердых частиц дыма существенно влияет на характер захвата их слоем рыбопродуктов. Так, при ц =0,02мкм диффузионный механизм захвата частиц в несколько раз превосходит электрический, в то время как уже при г) =0,\мкм наблюдается обратная картина (рис. 4.9 а, б). Нарис. 4.10 представлены зависимости концентраций на входе в слой рыбопродуктов - сх,схв и выходе из него - с2ср,с2Вср для 1-ого и 2-ого участков аппарата. Из графика следует, что при размере частиц дыма ц =1,5-10 7м в слое рыбопродуктов улавливается около 90% твердых частиц дыма.
Конечная концентрация частиц в слое рыбопродуктов достигает значения, близкого к максимальному, и дальнейшее увеличение радиуса частиц дыма на ко 103 нечную концентрацию частиц дыма в слое рыбопродуктов практически не влияет (рис. 4.11).
Увеличение степени перепуска дымовых газов к2 существенно влияет на концентрацию частиц дыма с2ср на выходе из слоя рыбопродуктов на 1-ом участке (рис.4.12). Однако, аналогичная концентрация с2Вср для 2-ого участка слабо чувствительна к величине к2 (рис.4.13).
Конечная концентрация частиц дыма в слое дисперсных продуктов (рыбопродуктов) заметно увеличивается в интервале к2 от 0 до 1; при дальнейшем увеличении к2 W0 увеличивается незначительно (рис. 4.14, 4.15).
Таким образом, место установки перегородки 5 (рис. 4.1) практически не влияет на конечную концентрацию частиц дыма в рыбопродукте и должно выбираться из других соображений; скоростей газа в участках аппарата, перепадов давления и др.
На эффективность процесса электростатического копчения рыбопродуктов с применением режима постоянного перемешивания существенно влияет размер частиц рыбопродукта (рис. 4.16, 4.17). Уменьшение среднего диаметра волокон рыбопродукта с 5 до 1 мм приводит к увеличению концентрации частиц дыма в рыбопродукте примерно в 1,5 раза (рис.4.17). Концентрация частиц в дымовых газах на выходе из слоя рыбопродукта практически равна нулю уже при среднем диаметре волокон 2 мм (рис. 4.16).
Вопрос о влиянии суммарного заряда частиц дыма на качество электростатического копчения является одним из важнейших, если принять во внимание значение электростатического захвата частиц на конечную их концентрацию в рыбопродукте. Величина заряда частиц в дыме определяется в дымовых газах и величиной электрического тока в камере ионизации. Даже при относительно большом размере волокон рыбопродукта (dBJI =5мм), увеличение тока в камере ионизации от 0 до 4 мА приводит к пятикратному увеличению концентрации твердых частиц в рыбопродукте (см. рис. 4.18) и двадцатикратному уменьшению их концентрации в дымовых газах (см. рис. 4.19).
Способ автоматического управления процессом электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном
Высокая эффективность процесса электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном предъявляет особые требования к системе управления процессом, в частности к быстродействию контуров контроля и регулирования. Следовательно, для обеспечения более продуктивного выполнения процесса электростатического копчения рыбопродуктов с применением режима постоянного перемешивания необходима разработка способа автоматического управления [98].
На рис. 5.7 представлена схема, реализующая предлагаемый способ автоматического управления процессом электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном.
Схема, реализующая предлагаемый способ автоматического управления, включает: установку для получения копченых рыбопродуктов в электростатическом поле с применением режима постоянного перемешивания, содержащую коптильную камеру 1, систему подготовки и подачи дымовоз-душной смеси, состоящую из следующих основных элементов: дымогенера-тора 2, фильтра 3, ротационного насоса 4, камеры смешивания 5, камеры ионизации 6, коллектора 8. В установке также имеется устройство для отвода отработанной дымовоздушной смеси 13, конденсатор 9, рециркулирующий насос 10, а также трубопроводы 22, 27, 28, 29.
В дымогенераторе 2 находится нагреваемый термоэлементом 39 перфорированный лист 40, на который подаются опилки 36 из бункера 34, при этом дозирование подачи порции опилок 36 происходит за счет устройства 37. Визуальный контроль над процессом дымогенерации осуществляется через смотровое окно 38. В нижней части дымогенератора 2 предусмотрено поддувало 41 для удаления золы. К дымогенератору 2 также подведен трубопровод 27, соединенный с насосом 3 и фильтром 4, к которому примыкает трубопровод 28, соединяющий его с камерой смешивания 5, связанной с входным патрубком 30 камеры ионизации 6, внутри которой расположены коронирующие электроды 7. Выходной патрубок 31 камеры ионизации 6 присоединен к коллектору 8, который в свою очередь связан с коптильной камерой 1, выполненной в виде барабана.
Коптильная камера 1 установлена с возможностью вращения при помощи бандажей 17 и 18, опорного 19 и приводного ролика 20. Коптильная камера 1 приводится во вращение при помощи привода 35.
Коптильная камера 1 снабжена канальными насадками 14, образующими продольные каналы 15, внутри которых расположена сплошная поперечная перегородка 16, разделяющая коптильную камеру на две зоны: зону копчения и зону подсушки, при этом в зоне копчения располагается подводящая часть каналов 15, а в зоне подсушки их отводящая часть, играющая роль пассивного электрода.
Установка для электростатического копчения рыбопродуктов с применением режима постоянного перемешивания включает в себя неподвижное загрузочное устройство 11, проходящим через торцевую стенку 12 коптильной камеры 1 с закрепленным на ней же устройством для отвода отработанной дымовоздушной смеси 13, примыкающему к продольным каналам 15. В месте соединения загрузочного устройства 11с торцевой стенкой 12 предусмотрено уплотнение 42 для исключения уноса в атмосферу из коптильной камеры 1 дымовоздушной смеси и продукта.
Коптильная камера 1 соединена при помощи устройства для отвода отработанной дымовоздушной смеси 13 рециркулирующим трубопроводом 22 с входным патрубком 32 рециркулирующего насоса 10. Выходной патрубок 33 конденсатора 9 при помощи трубопровода 29, связан с камерой смешивания 5.
Установка для электростатического копчения рыбопродуктов с применением режима постоянного перемешивания оборудована разгрузочной камерой 24, в которую входит люк 25, связывающий её с коптильной камерой
I. Разгрузочная камера 24 примыкает к коптильной камере 1 при помощи специального соединительного устройства 26. По всей длине коптильной камеры 1 располагается перфорированная коническая труба 23, выполненная в комбинации из ферромагнитного и неферомагнитного материала, причем часть перфорированной конической трубы 23 из ферромагнитного материала играет роль пассивного электрода.
Коллектор 8 неподвижно размещен в разгрузочной камере 24 и примыкает одним патрубком к торцам каналов 15, а другим проходит внутрь перфорированной конической трубы 23, причем длина данного патрубка ограничивается местом установки сплошной поперечной перегородки 16. Крепление коллектора 8 к коптильной камере 1 оснащено уплотнением 42. Слой продукта 21 в коптильной камере 1 располагается на поверхности канальных насадок 14.
Схема (рис. 5.7), реализующая предлагаемый способ автоматического управления также включает линию 43 для подачи древесных опилок в дымо-генератор 2, линию 44 для подачи рыбопродуктов в загрузочное устройство
II, линию 45 для подачи хладагента в конденсатор 9, линию 46 выгрузки готового продукта из разгрузочной камеры 24, датчики температуры 47, 48, 49, 50 соответственно расположенные в дымогенераторе 2, в трубопроводе 28, в коптильной камере 1, в конденсаторе 9, датчики влажности 51, 52, 53 соответственно расположенные в дымогенераторе 2, в трубопроводе 28, в коптильной камере 1, датчики расхода 54, 55, 56, 57, 58 соответственно расположенные на линии 43 для подачи древесных опилок, в камере смешивания 5, на линии 44 для подачи рыбопродукта в загрузочное устройство 11,в ре циркулирующем трубопроводе 22, на линии 45 для подачи хладагента в конденсатор 9, на линии 46 выгрузки готового продукта из разгрузочной камеры 24, датчик уровня 60, расположенный в коптильной камере 1, датчик скорости дымовоздушной смеси 61, расположенный в трубопроводе 28, датчик заряда частиц дымовоздушной смеси 62, расположенный в камере ионизации 6, датчик частоты вращения коптильной камеры 1, расположенный на приводе 35, вторичные приборы 64-72, программируемый технологический контролер (ПМК) 73, локальные регуляторы 74-81, исполнительные механизмы 82-89.
Способ автоматического управления процессом электростатического копчения рыбопродуктов в аппарате с вращающимся барабаном осуществляется следующим образом.
Управление ведётся в супервизорном режиме. При этом стабилизация значений технологических параметров производится локальными регуляторами, задание которым устанавливает программируемый микроконтроллер. Это позволяет существенно повысить надёжность работы системы управления, т.к. в случае возникновения сбоя в программе или аппаратного отказа самого контроллера локальные регуляторы будут продолжать работать с последними установленными настройками. Применение микроконтроллера позволяет производить анализ поведения объектов управления и выбирать оптимальные настроечные параметры регуляторов исходя из определённых критериев, таких как минимизация затрат энергоресурсов, скорость регулирования (время переходных процессов в системе) и др.
По линии 43 в дымогенератор 2 подаются древесные опилки, расход которых стабилизируется с помощью датчика расхода 54 и локального регулятора 74 путем воздействия на исполнительный механизм 82.
Опилки направляются на перфорированный лист 40, после чего включают нагревательный элемент 39 и доводят температуру до 290-300 С, при помощи датчика 47, который измеряет и контролирует температуру внутри дымогенератора 2 на заданном уровне.
Локальный регулятор 75 стабилизирует температуру пиролиза опилок в дымогенераторе 2, воздействуя на исполнительный механизм 83, изменяющий силу тока, подаваемую на нагревательный элемент 39.
Датчик 51 измеряет влажность дымовоздушной смеси, получаемой в дымогенераторе 2, подавая сигнал на вторичный прибор 64.
Из дымогенератора 2 дымовоздушная смесь отсасывается насосом 3, которая затем, проходя через фильтр 4, одновременно охлаждается и очищается от канцерогенных компонентов. Затем дымовоздушная смесь по трубопроводу 28, на котором установлен датчик 61, измеряющий и контролирующий скорость дымовых газов на заданном уровне, поступает в камеру смешивания 5.
Локальный регулятор 76 стабилизирует скорость дымовоздушной смеси в трубопроводе 28, воздействуя на исполнительный механизм 84, изменяющий объем пропускной способности насоса 3.