Содержание к диссертации
стр.
Введение 4
Глава 1. Современное состояние и перспективы развития процес
сов переработки растительного сырья и методов хране
ния 8
Современные способы переработки и хранения плодов и овощей 8
Современные конструкции оборудования для получения порошковой формы пищевых продуктов 15
1.3 Цели и задачи исследованияггг.тг. .7.:77. 25
Глава 2. Гидродинамические закономерности движения двухфаз
ной смеси в вихревой сушилке-мельнице 28
Теоретические основы движения частиц в аппаратах вихревого типа 28
Расчет траекторий движения частиц в вихревых аппаратах 39
Условия вывода частиц из рабочей зоны вихревой сушилки-мельницы 49
Глава 3. Ударное измельчение частиц растительных материалов в
вихревой сушилке-мельнице : 54
Теоретические основы измельчения твердых материалов 54
Математическое моделирование напряженного состояния в частицах растительных материалов при их взаимодействии со стенкой .- 61
Глава 4 Закономерности тепло- и массообмена в процессе сушки
и измельчения растительных материалов в вихревой су
шилке-мельнице 71
4.1 Теоретические основы процесса массообмена при сушке
растительного сырья в аппаратах вихревого типа 71
Моделирование тепломассобмена в вихревой сушилке-мельнице Л 76
Описание экспериментальной установки, методик и результатов исследований 86
Глава 5. Промышленное использование производства- порошко
образных пищевых продуктов^длительного хранения 91
Основные результаты и выводы по работе 94
Список обозначений , 95
Список литературы : 99
Приложение
Введение к работе
Актуальность работы. Выведение новых видов растительного сырья и повышение их урожайности привело к тому, что за последний год суммарный объем плодов и овощей, произведенных сельскохозяйственными предприятиями всех категорий (сельхозорганизация, крестьянскими (фермерскими) хозяйствами, подворьями населения и т.п.) в пересчете на денежный эквивалент составил 1049,8 млрд. руб. (в действующих ценах), что на 1,7% больше показателя предыдущего года [1]. Несмотря на эти высокие показатели производства, потребности населения, которые составляют 93 кг в год на чел. картофеля, 82 кг - овощей и бахчевых культур, 27 кг - ягод и фруктов, не удовлетворяются полностью [2]. Это связано с тем, что вследствие неудовлетворительного хранения плодов и овощей.происходит не только утрата природного качества свежей продукции, но и ее порча. По данным Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ потери составляют более 40 % среднегодового производства сельскохозяйственного сырья [3]. В связи с этим хранение и переработка растительного сырья с сохранением всех его питательных свойств является главной задачей пищевой и перерабатывающей промышленности.
Главной причиной порчи плодов и овощей является их дыхание, в ре-зультате которого пищевая ценность и качество плодов ухудшаются. В связи с этим для сохранения исходного, химического состава сельскохозяйственного сырья, необходимо соблюдать определенный температурный и влажностный режимы хранения, подавляющие дыхание. Оборудование для поддержания необходимых параметров среды, окружающей плодово-овощное сырье, является дорогостоящим и, кроме того, такой способ хранения требует больших площадей. В тоже время такой способ не обеспечивает долгосрочного хранения и порча начинается через 1,5-4 месяца после уборки урожая [5].
С целью увеличения сроков хранения и сокращения производственных площадей используются такие способы переработки растительного сырья, как
замораживание, обработка антисептиками, консервирование и сушка. Наиболее эффективным из них является хранение плодоовощной продукции в сушеном виде, так как при сушке удаляется влага, содержащаяся в исходном продукте и способствующая интенсивному протеканию биохимических процессов, приводящих к снижению пищевой и биологической ценности [5,6].
Высушенное сельскохозяйственное сырье наиболее удобно хранить в порошковой форме, так как порошки вследствие своей сыпучести могут принимать форму упаковки, что обеспечивает компактность хранения. Кроме того, они имеют широкий диапазон использования в пищевой промышленности (пищевые красители, ароматизированные добавки, сырье для получения разнообразных пюреобразных концентратов и т.д.).
К сожалению, несмотря на перспективность порошкового способа хранения растительного сырья, он является дорогостоящим и поэтому актуальным является создание новой технологии, снижающей энергозатраты производства и понижающей себестоимость продукта. Одним из способов снижения энергетических затрат на процесс производства порошковой формы растительного сырья является совмещение процессов сушки и измельчение в одном аппарате - вихревой сушилке-мельнице. Сложная аэродинамическая обстановка в вихревой сушилке-мельнице и сочетание различных по своей сущности процессов делает затруднительным в настоящее время создание надежной методики расчета и прогнозирования режимов работы описанного оборудования.
Цель работы. Целью работы является численное и экспериментальное исследование сушки и измельчения пищевых материалов и разработка методов расчета вихревой сушилки-мельницы. Конкретными задачами исследования являлись:
1. Численное исследование движения твердой фазы в закрученном
потоке сушильного агента ввйхревой сушилке-мельнице.
2. ' Расчетное и экспериментальное исследование условий разруше-
ния высушиваемого дисперсного материала при его ударном взаимодействии с лопатками завихрителя сушилки.
Изучение закономерностей сушки дисперсного растительного сырья в вихревой сушилке мельнице.
Разработка методов и получение расчетных зависимостей для выявления возможности классификации частиц твердой фазы по размерам.
На основе выявленных закономерностей разработка методики расчета вихревой сушилки-мельницы.
Научная новизна. На основании исследования особенностей поведения
твердой дисперсной фазы в вихревых камерах, ударного, измельчения и кон
вективной сушки предложена научно-обоснованная методика расчета процес
са получения порошков в вихревой сушилке-мельнице. Получены аппрокси-
мационные зависимости времени нахождения частицы в аппарате, скорости
удара частицы о лопатку, угла удара и внедрению частицы вглубь аппарата. В
результате рассмотрения напряженного состояния в твердых частицах пище
вых материалов определены необходимые условия разрушения частицы при
ее ударе о лопатку. Разработана математическая модель для определения эф
фективности процесса сушки в вихревой сушилке-мельнице при различных
технологических параметров и конструктивных особенностей вихревой каме
ры. —
Практическая ценность. Впервые предложен способ получения порошковой формы растительного сырья совмещением процессов конвективной сушки, ударного измельчения и классификации частиц по размерам в одном аппарате - вихревой сушилке-мельнице. В результате проведенных численных и экспериментальных исследований сушки, измельчения и сепарации показа-на высокая эффективность предлагаемого способа. Получаемые порошки обладают однородной дисперсностью и низкой влажностью (4-8 %). На основании проведенных исследований предложена технологическая схема для получения порошка картофеля. По сравненшос используемыми ранее технологиями получения порошков и растительного сырья предложенный способ по-
зволяет снизить затраты энергии и времени на производство порошка, а также сохранить питательные свойства исходного сырья.
Апробация работы и научные публикации. Основные положения и результаты научной работы докладывались на международных, всероссийских и региональных научных конференциях, в том числе, на Всероссийской научно-практической конференции, Оренбург, 2003, на Общероссийская конференция молодых ученых «Пищевые технологии», КГТУ, 2005. Обсуждение основных положений работы проходило на научных сессиях Казанского государственного технологического университета. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы, содержащего 119 источников и приложения. Работа изложена на 116 страницах печатного текста и содержит 29 рисунков.
