Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния технологии и техники сушки моркови и обоснование способа получения сухого морковного порошка 11
1.1 Сравнительный анализ способов и устройств для сушки моркови, корнеплодов и фруктов 11
1.2 Способы получения сухих порошков из растительного сырья 24
1.3 Морковь как объект сушки 29
1.3.1 Физические и теплофизические характеристики 30
1.3.2 Гигроскопические характеристики 31
1.4 Обоснование технологической схемы получения сухого морковного порошка 37
1.5 Обоснование способа и типа сушильной установки для получения сухого морковного порошка 38
1.6 Постановка задач исследования 42
Глава 2. Изучение свойств моркови как объекта сушки 44
2.1 Исследование гигроскопических свойств моркови сорбционным методом 44
2.2 Разработка методов определения фракционного состава и энергии связи влаги в моркови 48
2.3 Дериватографический анализ моркови 52
2.3.1 Определение энергии связи влаги с сухой частью моркови...56
2.3.2 Определение фракционного состава влаги в моркови 57
2.4 Выводы по результатам исследования свойств моркови 60
Глава 3. Математическое моделирование кинетики конвективной сушки моркови в виброкипящем слое 62
3.1 Анализ явлений, происходящих при конвективной сушке пищевых продуктов 62
3.2 Современные подходы к математическому моделированию кинетики сушки пищевых продуктов 68
3.2.1 Классический подход к моделированию кинетики сушки 68
3.2.2 Анализ эмпирических уравнений кинетики сушки 70
3.2.3 Построение математических моделей кинетики сушки на основе положений физической химии 73
3.3 Разработка математической модели кинетики сушки моркови в виброкипящем слое 75
Глава 4. Исследование кинетики сушки моркови в виброкипящем слое 80
4.1 Разработка конструкции экспериментальной установки и методика экспериментальных исследований 80
4.1.1 Конструкция экспериментальной установки 80
4.1.2 Методика проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных 84
4.2 Влияние параметров режима сушки моркови на кинетику процесса 86
4.2.1 Влияние температуры и скорости сушильного агента 86
4.2.2 Влияние параметров вибрации 89
4.2.3 Влияние удельной нагрузки 91
4.2.4 Уравнение кинетики сушки моркови в периоде постоянной скорости 93
4.3 Определение общей продолжительности сушки моркови 96
Глава 5. Исследование теплового воздействия на термолабильные компоненты моркови в процессе сушки 102
5.1 Анализ критериев, характеризующих тепловое воздействие на пищевые продукты в процессе их сушки 102
5.2 Выбор термолабильного компонента моркови как объекта для изучения теплового воздействия на нее в процессе сушки 106
5.3 Математическая модель кинетики распада р-каротина в процессе тепловой сушки 107
5.4Экспериментальное исследование кинетики распада Р-каротина в процессе тепловой сушки 109
5.4.1 Общая методика проведения экспериментов 109
5.4.2 Методика определения содержания Р - каротина 111
5.4.3 Методика обработки экспериментальных данных 112
5.4.4 Обсуждение результатов экспериментов 113
Глава 6. Практическая реализация результатов исследования...115
6.1 Разработка методики определения максимально допустимой температуры сушильного агента в установке виброкипящего слоя 115
6.2 Определение рационального температурного режима на основе сохранения качественных показателей сухой моркови 116
6.3 Апробирование выбранного рационального температурного режима сушки моркови 118
6.3.1 Регламент испытаний 118
6.3.2 Результаты испытаний 120
6.4 Сравнение энергетических показателей сушилки виброкипяще го слоя в сравнении с ленточной конвейерной сушилкой 122
6.5 Промышленное использование сухого морковного порошка 129
Общие выводы 131
Список литературы 133
Приложения 153
- Способы получения сухих порошков из растительного сырья
- Разработка методов определения фракционного состава и энергии связи влаги в моркови
- Современные подходы к математическому моделированию кинетики сушки пищевых продуктов
- Методика проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных
Введение к работе
Из растительных продуктов питания морковь — одна из ценных овощных культур, широко распространенных в России. Ежегодно ее посевы составляют около 100 тыс. га, т.е. более 10% всех площадей, отводимых под овощные культуры. Она играет важную роль в жизни человека, обладая богатым содержанием необходимых для организма веществ, стала неотъемлимой частью его питания. Так, потребление 18-20 грамм моркови восполняет суточную потребность человеческого организма в каротине, столь необходимом для нормального функционирования сердца, печени, органов пищеварения, дыхательных путей, роговицы глаза и слезных желез. Содержание в моркови витамина С в количестве 5 мг/100 г массы играет важную роль для органов кровообращения и обладает антитоксическим действием к ядовитым веществам, а белок моркови более богат незаменимыми аминокислотами, чем животного происхождения. Энергетическая ценность моркови составляет 138 кДж. По содержанию бора морковь стоит на первом месте среди других овощей. Кроме перечисленного морковь также богата витаминами В,, В 2, РР, сахарами и другими важными для организма веществами. Особенно ценна и важна морковь в диетическом и детском питании как стимулятор роста молодого организма [1, 115].
По данным института питания РАН, потребление моркови на человека должно составлять 12 кг в год. Причем необходимо обеспечить население этой ценной продукцией не только в сезон заготовки и не только в зонах выращивания, но и в течение всего года во всех регионах страны [1]. Однако, климатические условия в нашей стране определяют крайне неравномерное поступление урожая [115]. Поэтому в настоящее время нормы потребления моркови удовлетворяются далеко не полностью и неравномерно в течение года. Это в значительной мере связано с существенными потерями
при хранении, достигающими порой до 30-50% от закладываемой на хранение моркови [74].
Для обеспечения круглогодичного снабжения населения морковью одним из перспективных способов ее консервирования является сушка. Следует особо отметить, что в последнее время на внутреннем и внешнем рынках растет спрос на сухие порошки, полученные из растительного сырья.
Порошковая форма растительного сырья имеет ряд преимуществ перед такими формами, как консервированная, натуральная продукция, соки, пюре и т.д., а именно: низкая влажность в пределах 4-8%, что обеспечивает незначительный объем массы и высокую концентрацию питательных веществ; существенно упрощаются условия хранения и транспортировки; не требуется дорогостоящей и громоздкой тары для упаковки по сравнению со свежей и консервированной продукцией; существенно увеличивается, независимо от внешних условий, срок хранения без значительных потерь полезных свойств исходного сырья по сравнению со свежими или консервированными продуктами. Порошки имеют широкий спектр и универсальность использования порошкового растительного сырья по сравнению с другими формами.
В современных условиях постоянной нехватки плодоовощной продукции и сокращения числа баз хранения свежих овощей актуальным встает вопрос цены на овощи в зимне-весенний период. Цена на свежие овощи увеличивается в 5-6 раз. В то время как цена на сушеные овощи является величиной постоянной, не зависит от сезонных колебаний.
Сухие порошки, получаемые из моркови, могут иметь перспективу широкого использования в пищевой промышленности. Они могут использоваться в качестве: натуральных красителей пищевых продуктов (печенья, торты, конфеты, мороженое, молочные продукты, жевательная резинка), так
как при малой массе порошка, обладают хорошей красящей способностью; ароматизирующих добавок и наполнителей, приправ к пище; сырья в пище-концентратной промышленности для производства соусов, разнообразных пюреобразных концентратов, киселей, муссов и так далее; добавок для разработки технологий производства продуктов питания профилактического, диетического и лечебного назначения [41, 160].
Сегодня порошки из растительного сырья все чаще используются при создании продукции, имеющую пониженную энергетическую ценность благодаря уменьшенному содержанию сахара, жира и других высококалорийных компонентов. Введение в эмульсионную продукцию морковного и других овощных, фруктовых и плодово-ягодных порошков, ведет к снижению ее калорийности. При этом продукция по органолептическим показателям не отличается от традиционно потребляемой. Эти продукты легко усваиваются организмом, способствуют выведению из него токсинов и радио-нуклеидов, предупреждают ожирение, накопление холестерина [91]. В последнее время часто морковный порошок применяется в кондитерской промышленности в качестве добавки в производстве вафель, что позволяет снизить сахароемкость, повысить биологическую ценность продукта и вызывает сахаро- и холестеринопонижающий эффект. Использование в качестве добавок морковного порошка позволяет расширить ассортимент продуктов с пониженной калорийностью детского, диетического и диабетического назначения, хлеба и кондитерских изделий, плодовоовощных и молочных консервов, напитков; добавок при производстве продуктов детского питания. Ведутся исследования и разрабатываются технологии производства лечебно-профилактических продуктов быстрого приготовления на основе порошков из растительного сырья для питания детей, пострадавших от радиационного воздействия; сырья для приготовления витаминных и лечебных напитков, которые имеют широкую перспективу использования в качестве лечебно-профилактических напитков в системе общественного питания са-
нитарно-курортного лечения [119, 131]. Мгновенное приготовление продуктов питания с добавлением овощных порошков и удобство при транспортировании определяет экономичность при использовании людьми, работающими в экстремальных условиях и проходящих целевое лечение; сырья для получения настоек, ликеров, аперитивов в ликероводочной промышленности; исходной основы различных лечебных и профилактических препаратов в виде таблеток и экстрактов; компонентов для быстрого приготовления супов и гарниров (порошки картофеля, моркови, тыквы и других овощей) [41, 173].
Однако традиционные технологии сушки моркови имеют существенные недостатки. Они предусматривают ее сушку в измельченном в виде кубиков состоянии. При этом из продукта приходится удалять значительное количество воды - около 7,7 кг на 1 кг сухих веществ. Это неизбежно приводит к длительности сушки, а, следовательно, к длительности теплового воздействия на термолабильные компоненты с неизбежной потерей части питательных веществ. Большие энергетические затраты, связанные с необходимостью фазового превращения воды в процессе сушки, обуславливают высокую себестоимость готового продукта. Кроме того, выпускаемые в настоящее время ОАО «Шебекинский машиностроительный завод» конвейерные ленточные сушильные установки громоздки и имеют невысокие технические характеристики. Все это обуславливает актуальным необходимость усовершенствования технологии и техники для производства сухой моркови и сухого морковного порошка.
По нашему мнению, одним из направлений усовершенствования производства сухого морковного порошка является тонкое измельчение моркови с последующим удалением части сока и высушиванием продукта в виброкипящем слое. Это позволит сократить длительность теплового воздействия на термолабильные компоненты моркови в процессе сушки, со-
хранить необходимые количества витаминов, других ценных компонентов моркови и удовлетворить потребность пищевых отраслей промышленности в порошковой форме продукта. Кроме того, побочный продукт - сок, выделенный из моркови после ее измельчения, может использоваться для приготовления детского питания, как витаминосодержащий напиток или в качестве сырья для производства других видов продукции на его основе [163].
В связи с изложенным, общей целью данной работы является разработка эффективного способа и рационального режима сушки моркови при ее комплексной переработке на основе теоретического и экспериментального исследования свойств продукта и закономерностей кинетики процесса.
(
Способы получения сухих порошков из растительного сырья
Порошковая форма высушенного продукта непосредственно образуется, если подвергать сушке материал, находящийся в жидком или пюреобраз-ном состоянии.
Для сушки жидких и пюреобразных продуктов и последующего получения порошкообразных материалов часто применяются вальцовые сушилки. В овощесушильном производстве используют одновальцовые и двухвальцовые (рис. 1.2) сушильные установки. В отличие от конвективных сушильных установок, удаление влаги из материалов при обезвоживании на одно- и двух-вальцовых сушилках происходит за счет передачи теплоты высушиваемому продукту через нагретую стенку вальца. Вальцовые сушилки обладают преимуществами кондуктивнои сушки, описанными ранее. Хотя конструкция вальцовых сушилок достаточно проста, но готовый продукт не всегда удается получить высокого качества, поэтому их применение не получило распространения для производства овощных порошков.
Для получения сухих овощных порошков в пищевой промышленности применяется конвективная распылительная сушка соков, пюре, паст. В зависимости от физико-химических свойств высушиваемого материала в основном применяются три конструктивных вида: с форсуночным (рис. 1.3), центробежным и пневматическим распылением. При обезвоживании распылением жидкие продукты диспергируют на капли весьма малых размеров (5-500 мкм), что значительно увеличивает поверхность испарения, благодаря чему повышается интенсивность процесса. Сушку продуктов в распыленном состоянии можно проводить при высокой температуре сушильного агента; вследствие большой скорости испарения влаги температура высушиваемых частиц остается невысокой. Распылительные сушильные установки отлича ются высокой производительностью и высокой степенью механизации и автоматизации [43].
В распылительных сушилках продукт высушивается почти мгновенно и поэтому качество сухих порошков, как правило, хорошее. Однако, распылительные сушилки очень громоздки, имеют сложное и дорогое оборудование для распыления, а так же обладают повышенным расходом энергии.
Кроме того, для сушки моркови в распылительной сушилке необходимо очень тонкое ее измельчение с последующим смешиванием с водой, что потребует создания целой линии дополнительного оборудования для получения суспензии моркови и будет связано со значительными материальными и энергетическими затратами. Поэтому сушка моркови с получением готового продукта в виде порошка в распылительных сушилках малопригодна.
Для интенсификации получения сухих порошкообразных продуктов из овощей был предложен способ, основанный на использовании вибрационной вакуумной сушилки-мельницы (рис. 1.4). Сушка проводится под вакуумом с применением внешнего подогрева при сопутствующем измельчении и смешивании. Измельчение продукта мелющими телами, загруженными в аппарат, постоянно обновляет поверхность испарения со свободной влагой. Вибрационное перемешивание способствует выравниванию температуры и влажности во всем объеме загрузки и интенсификации теплообмена. Вакуу-мирование позволяет исключить перегрев материала за счет снижения температуры испарения влаги, обеспечивая тем самым сохранение всех качеств исходного продукта. При этом для поддержания температуры высушиваемого материала теплота подводится через нагретую поверхность. Непрерывный отсос паров испарившейся влаги поддерживает постоянный градиент концентрации влаги в аппарате [57, 58].
Вибрационная вакуумная сушилка-мельница - аппарат периодического действия. Это предопределяет значительные затраты ручного труда и повышенный расход теплоты, вследствие ее передачи через нагретую поверхность. Кроме того, вызывает сомнение возможность получения однородно измельченного продукта. Поэтому применение такой сушилки в промышленности затруднено.
Разработаны установки для сушки продуктов переработки овощей и фруктов (пюре, пульпы, пасты, концентрированные соки) во вспененном состоянии с получением быстровосстанавливаемых порошков [43].
Сущность способа состоит в том, что пюреобразный концентрированный жидкий продукт, взбитый в стойкую пену с помощью пеностабилизи-рующих средств (моностерат глицерина, яичный альбумин, агар; желатин и др.) высушивают до содержания 2-4% влаги. Вспенивание придает продукту более жесткую структуру и увеличивает его поверхность для ускорения диффузии влаги. Пена обладает низкой теплопроводностью, но пеносушка представляет собой достаточно быстрый способ обезвоживания (продолжительность процесса для разных видов продукта от 3 до 20 мин.), не требующий высокой температуры.
Преимущество способа сушки продукта во вспененном состоянии заключается в том, что он обеспечивает быстрое получение полностью восстанавливающегося продукта с максимальным сохранением вкусовых и пищевых достоинств сырья. По качеству вырабатываемого продукта этот способ конкурирует с сублимационной и вакуумной сушкой, но гораздо дешевле их. Однако, технология сушки пищевых продуктов во вспененном состоянии достаточно наукоемка, требует значительных затрат на аппаратное оформление в комплексе задач переработки сырья и получения качественных продуктов [38, 39].
Разработка методов определения фракционного состава и энергии связи влаги в моркови
Для анализа характера взаимодействия влаги с твердым скелетом вещества, кроме рассмотренного ранее способа, применяются и другие различные методы [42, 47].
Существует метод определения форм связи влаги с материалом с помощью термограмм сушки, разработанный М.Ф. Казанским [48, 134]. Сущность данного способа заключатся в помещении тонкого среза материала толщиной 0,001-0,002 м в кюветы из малотеплопроводного материала и медленной сушке его в изотермических условиях. В ходе анализа фиксируется изменение массы материала и температуры. При этом на термограмме образуются характерные различным формам связанной влаги участки. Метод позволяет выявить количество водных фракций, отличающихся энергией связи влаги с материалом в результате проведения одного эксперимента. Недостатком данного метода является отличие условий обезвоживания материала от реального процесса сушки.
Для быстрого получения достоверной информации о кинетике процесса термического обезвоживания различных пищевых продуктов эффективно используются дифференциально-термический и термогравиметрический анализы [75]. Из современных термических методов анализа для этих целей перспективным является дериватографический.
Дериватография, как метод термического анализа, выгодно отличается возможностью получения комплекса данных об исследуемом материале с использованием небольшого количества вещества.
В процессе дериватографического анализа получаются термографические кривые, характеризующие изменение массы (TG - термогравиметрическая кривая), скорости процесса (DTG - деривативная термогравиметрическая кривая), температур исследуемого продукта, а так же разницы температур в печи дериватографа и материала (термографическая кривая). Эти кривые, как и в случае построения термограмм М.Ф. Казанского, обладают характерными участками, связанными с изменением термодинамического состояния удаляемого из вещества компонента. Однако, в отличие от сорбци-онного и разработанного М.Ф. Казанским [48, 134] методов, процесс сушки в дериватографе не является изотермическим и равновесным, так как скорость сушки и температура окружающего воздуха в его печи могут быть идентичными с режимными параметрами сушки продукта в промышленных сушильных установках, что положительно влияет на надежность получаемых результатов.
Для определения энергии связи и фракционного состава влаги в моркови два влажных образца материала следует поочередно подвергать обезвоживанию в дериватографе при различных скоростях нагрева печи. При этом в расчетах будем использовать получаемые в процессе дериватографического анализа кривые скорости обезвоживания, так как скорость процесса напрямую зависит от изменения энергии связи влаги с материалом и, как следствие этого, отражает характер ее фракционного состава.
Рассмотрим процесс удаления влаги из образцов в печи дериватографа как физико-химический процесс, при котором влажное вещество под воздействием теплоты разделяется на парообразную влагу и сухой остаток. Для расчета скорости процесса применим законы кинетики химических реакций. При этом исходим из следующих положений: 1. Переход влаги в парообразное состояние связан с преодолением энергетического барьера Е, наличие которого обусловлено энергией связи воды с сухой частью вещества Еся и теплотой парообразования г, Дж/кг. 2. В парообразное состояние переходят молекулы воды, энергия которых больше или равна Е. 3. Доля молекул с энергией больше или равной Е во влажном веществе определятся законом распределения Больцмана. 4. Вещество, из которого удаляется влага, является мелкодисперсным, т.е. наибольший поперечный размер частиц вещества не превышает двух зон испарения, это позволяет рассматривать процесс обезвоживания как процесс, происходящий в кинетической области. Воспользуемся теорией Аррениуса о химических превращениях и выразим скорость процесса удаления влаги уравнением [79]: v = - = /(«)- o-exp( ), (2.3) где /(а) - функция степени превращения вещества; -коэффициент, с ; v = скорость превращения, Е = Есв + г -энергия активации молекул воды, Дж/моль. Под а понимается отношение количество распавшегося вещества (в данном случае удаленной влаги) за рассматриваемый промежуток времени к количеству распавшегося вещества в конце опыта. При проведении экспериментов с различными скоростями нагрева и одинаковые степени распада будут достигаться при различных температурах соответственно Тх и Т2.
Современные подходы к математическому моделированию кинетики сушки пищевых продуктов
Одним из распространенных подходов к моделированию кинетики сушки является подход, основанный на законе Фика [86, 138]. Сторонники этой идеи полагают, что при всей сложности механизмов переноса движение влаги в продукте можно описать уравнением диффузии:
Однако коэффициент диффузии является сложной функцией от влаго-содержания и других факторов процесса. Определение этой функции - сложная для практики задача. Упрощения, например, D = const, приводят к большим погрешностям в расчетах.
Другим часто применяемым подходом является термодинамический подход, рассматривающий сушку как термодинамически неравновесный процесс. Исходя из этого положения, для математического описания кинетики сушки можно применять уравнения неравновесной термодинамики Озан-гера и Де-Гроота [56]. На основании этих идей А.В. Лыковым и его школой разработана теория влаго- и теплопереноса в процессах сушки, которая сегодня составляет фундамент математического моделирования этих процессов [82]. Основная идея такого подхода заключается в том, что интенсивность потоков энергии и массы определяется произведением кинетического коэффициента на соответствующую термодинамическую силу [48]. Основная задача при математическом моделировании сушки сводится к математическому описанию движущих сил процесса и кинетических коэффициентов. В общем случае считают, что при конвективной сушке перенос влаги происходит по трем причинам: наличие градиентов влагосодержания, температуры и давления пара внутри частицы продукта. В этом случае используют систему дифференциальных уравнений тепловлагопереноса, предложенную А.В. Лыковым. В частном случае, если считать кинетические коэффициенты постоянными, эта система имеет вид: где кц (/, j = 1,2,3) - коэффициенты переноса, определяемые из соответствующих формул [82]; U,T,P - соответственно, влагосодержание, температура продукта и давление пара в рассматриваемой точке тела.
В действительности приведенные дифференциальные уравнения являются нелинейными. Поэтому даже применение современных численных методов решения дифференциальных уравнений не позволяет выполнить с достаточной точностью инженерный расчет.
В связи с отсутствием точных аналитических решений нелинейных уравнений многими исследователями [38, 48, 45, 57, 70, 82, 87, 111] используется эмпирический подход, основанный на обобщении экспериментальных данных с использованием теории вероятности и математической статистики. Для обоснования функциональной связи между скоростью сушки и влияющими на нее факторами предварительно проводят анализ дифференциальных уравнений, начальных и краевых условий, которые математически описывают процесс. На основании положений теории подобия получают критериальное уравнение сушки в виде уравнения связи между критериями и симплексами подобия. Вид функции определяется условиями сушки, свойствами продукта и сушильного агента. Например, А.В. Лыковым и Ю.А. Михайловым получена следующая система критериальных уравнений: где T(x; T) - температура в точке материала с координатой х в момент времени т, Т(х; 0) - то же в начальный момент времени (при г =0); Тс - температура сушильного агента; Up - равновесное влагосодержание; U(x; f) — влагосодержание в точке материала с координатой х в момент времени т, U(x; 0) — начальное влагосодержание (т =0) в точке с координатой х; x/R - безразмерная координата.
Однако в реальном процессе сушки значения критериев подобия незакономерно изменяются. Поэтому такие математические модели и методы расчета на их основе имеют ограниченный и приближенный характер [118]. Другой прием моделирования кинетики сушки основан на аппроксимации кинетических кривых кинетики сушки в виде: где х,,х2,...,х„ - факторы, влияющие на постоянную скорость сушки N}; N2 (U) - значение скорости сушки в периоде убывающей скорости; U - влагосодержание.
В этом направлении практический интерес представляет идея Г.К. Фи-лоненко [49], который обобщил экспериментальные данные многих исследований, предложил эмпирическую зависимость: где т,А, В - постоянные, определяемые из опыта; Наиболее упрощенная модель - линейная, предложена в работе [96]: где UKtt —приведенное критическое влагосодержание материала, определяемое экспериментально.
Эта идея была развита в работах В.В. Красникова [77], который предложил аппроксимировать реальную кривую сушки периода убывающей скорости ломаной линией. Несмотря на то, что все эти модели являются упрощенными, они позволили выявить очень важный экспериментальный факт: убывающую скорость сушки всегда можно представить как произведение скорости первого периода на некоторую функцию в л аго содержания:
Третий путь экспериментальных исследований основан на введении упрощений, которые позволяют рассматривать балансовую задачу в обыкновенных дифференциальных уравнениях. Так, А.В. Лыковым [82] получено основное уравнение кинетики сушки в виде
Методика проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных
Для проведения экспериментов по исследованию кинетики сушки использовалась морковь сорта «Нантская», которая по своему качеству соответствовала требованиям ГОСТ 1721-67 «Морковь столовая свежая» и отвечала следующим требованиям: по внешнему виду: корнеплоды свежие, неувядшие, без заболеваний, целые, нетреснувшие, сухие, незагрязненные, без повреждений сельскохозяйственными вредителями, однородные по окраске, свойственной данному ботаническому сорту, неуродливые по форме; длина оставшихся черешков не более 20 мм; по размеру корнеплодов: (по наибольшему поперечному диаметру) — 25-60 мм; отсутствие корнеплодов загнивших, запаренных, подмороженных, с посторонними запахами, вызванными условиями выращивания, хранения и транспортир ования; наличие земли, прилипшей к корнеплодам, не превышало 1%.
Морковь, предварительно очищенную и вымытую, измельчали на центробежной резательной машине - терке. Режущий инструмент машины выполнен в виде диска с продолговатыми отверстиями длиной 2 мм и шириной 0,5 мм, обеспечивающий мелкое измельчение корнеплодов до пюреобразного состояния. При центрифугировании пюреобразной массы частично отделялся сок, в результате чего влагосодержание снижалось с 7,7 до 5 кг влаги на кг сухих веществ.
Перед началом проведения эксперимента предварительно производился прогрев установки до температуры, заданной экспериментом, после чего прекращалась подача воздуха и загружался исходный материал. Время эксперимента засекалось секундомером.
Влажность продукта определяли методом отбора проб. Для этого был изготовлен пробоотборник, позволяющий отбирать пробы без остановки процесса сушки. Взвешивание моркови проводилось на аналитических весах WA-31 с точностью ±0,1 мг. Окончательную влажность продукта определяли высушиванием продукта в сушильном шкафу при температуре 403К, согласно методике, предусмотренной ГОСТ 28561 - 90 «Методы определения сухих веществ или влаги». В ходе экспериментов требовалось изучить влияние на кинетику сушки тонко измельченной моркови следующих режимных факторов: температуры и скорости сушильного агента, амплитуды и частоты вибрации газораспределительной решетки, а так же удельной на нее нагрузки продукта.
Для наиболее полного описания характера протекания процесса сушки результаты экспериментов оформлялись кривыми сушки (в координатах вла-госодержание материала — время сушки) и кривыми скорости сушки (в координатах скорость сушки - влагосодержание материала). За скорость сушки принималось изменение влагосодержания материала в единицу времени (—, кг/(кг-с). Кривые скорости сушки строились методом графического дифференцирования по кривым сушки: скорость сушки определялась как тангенс угла наклона касательной, проведенной через данную точку на кривой сушки, соответствующей влагосодержанию материала.
С помощью инфракрасного термометра марки определялась температура поверхности материала. Однако, с точки зрения полученной математической модели эта информация (температура материала) не требуется. Кроме того, температура материала оценивалась приближенно, так как на поверхности материала и внутри его она имеет различные значения.
Анализ полученных результатов показывает, что сушка протекает в двух периодах: в начале процесса влагосодержание моркови изменяется по прямой линии, что обозначает протекание периода постоянной скорости, а после достижения критического влагосодержания начинается период убывающей скорости. При этом на кривых сушки не наблюдается периода прогрева, а большая часть влаги (порядка 60...70%) удаляется в периоде постоянной скорости. Это можно объяснить тем, что после тонкого измельчения моркови разрушена структура материала, а значительная часть влаги после измельчения находится в макрокапиллярах, что облегчает ее удаление.
Повышение температуры сушильного агента с 343 до 393 К, так же, как и увеличение скорости воздуха с 1,2 до 2 м/с приводит к возрастанию постоянной скорости сушки примерно в 2 раза. Во втором периоде сохраняется, но менее существенно влияние температуры и скорости движения сушильного агента на интенсивность сушки.
Похожие диссертации на Разработка и исследование сушки тонко измельченной моркови при комплексной ее переработке
