Введение к работе
Актуальность работы. Сегодня массовым явлением становится недостаточное снабжение органов и тканей тела человека кислородом - гипоксия, которая сводит на нет многие усилия по поддержанию высокого жизненного тонуса. Преждевременно стареют клетки организма, в теле собираются шлаки и свободные радикалы, накапливается усталость.
Недостаток кислорода можно восполнить только самим кислородом. Все большее применение в косметологии и курортном лечении получают кислородные маски, появились и кислородные коктейли. Однако единственным средством, которое можно использовать регулярно и без особых дополнительных условий, является оксигенированная, то есть насыщенная кислородом, питьевая вода.
В ближайшее время прогнозируется рост спроса на кислородную воду со стороны авиаперевозчиков, жителей мегаполисов, спортсменов, а так же пожилых людей. В России к указанным категориям следует добавить и жителей северных регионов, составляющих весьма значительную часть населения страны, которые проживают в условиях постоянного кислородного голодания (в силу особенностей строения атмосферы количество кислорода в северных широтах на 25 % ниже нормы).
Для потребителя избыточный кислород оказывает благоприятное влияние на организм человека - не раздражает слизистую оболочку желудка, не вызывает аллергических реакций, предотвращает гипоксию (кислородное голодание), способствует снижению веса, улучшает обмен веществ, замедляет процессы старения (а не ускоряет, как это считалось до недавнего времени), является отличным антиоксидантным средством, связывая свободные радикалы, повышает выносливость, предотвращает снижение глюкозы в крови, положительно влияет на кровеносную систему, способствует очищению и восстановлению кожи, вследствие ускоренной регенерации.
Социологические исследования показывают, что регулярное употребление оксигенированной воды способствует повышению жизненного тонуса, улучшению работы головного мозга, стимулирует восстановительные процессы после тяжелых физических и умственных нагрузок, снижает воздействие частых стрессовых ситуаций. Благодаря кислороду нормализуются содержание сахара в крови, сердечная деятельность и уровень артериального давления.
Исходя из этого развитие рынка кислородосодержащей воды рассматривается специалистами как наиболее перспективное. Причем есть все основания полагать, что Россия в ближайшее время достигнет уровня зарубежных стран по производству и потреблению кислородосодержащих напитков.
Однако при этом остаются нерешенными проблемы эффективного насыщения кислородом воды в производственных условиях, из-за отсутствия технических решений для реализации данной проблемы.
Известные установки и комплексы оборудования для насыщения воды кислородом обладают в основном следующими главными недостатками: высокая энергоемкость и материалоемкость оборудования установки насыщения питьевой воды кислородом; низкая эффективность насыщения.
Поэтому для снижения энергетических затрат на процесс приготовления кислородонасыщенной питьевой воды и повышения эффективности процесса насыщения путем рациональной организации процесса с получением стабильного продукта и высокой надежности работы имеется потребность в разработке комплекса оборудования обеспечивающего устранение данных недостатков.
Данная работа выполнена в соответствие с планом госбюджетной НИР кафедры машин и аппаратов пищевых производств ВГУИТ (№ ГР 01201253880 Код ГРНТИ: 65.13.19) «Адаптация пищевых машинных технологий к тепло- и массообменным процессам на основе диагностики техники и технологий пищевых производств».
Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы является разработка и научное обеспечение системы насыщения воды кислородом и получение инновационных технологических и конструкторских решений при практической реализации процесса.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
анализ современного состояния технологии и техники для насыщения жидких пищевых сред газами;
изучение основных качественных параметров исходных продуктов как объектов процесса насыщения воды кислородом;
синтез и анализ математической модели процесса насыщения воды кислородом;
численное решение математической модели и сравнение полученных теоретических зависимостей с экспериментальными данными;
разработка методик и экспериментальной установки для исследования процесса насыщения воды кислородом и осуществление исследований, подтверждающих теоретические предпосылки повышения эффективности процесса насыщения воды кислородом;
апробация процесса насыщения воды кислородом путем создания и испытания промышленной установки насыщения воды кислородом и исследование качественных показателей полученной воды;
разработка технических решений, обеспечивающих реализацию системы процессов насыщения воды кислородом.
Научная новизна. Изучено влияние давления, температуры и геометрических параметров струйного аппарата на концентрацию кислорода и объемный коэффициент подачи. Исследованы кинетические закономерности насыщения воды в струйном аппарате. Разработана математическая модель, описывающая закономерности течения двухфазной среды в процессе насыщения воды кислородом в струйном аппарате.
Практическая значимость работы заключается в разработке системы насыщения воды кислородом.
Разработаны новые технические, обеспечивающие получение воды насыщенной кислородом, новизна которых подтверждена патентами РФ на изобретения № 2329860, 2331456 и на полезную модель № 85835.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях (г. Воронеж, 2011, 2012); (г. Красноярск, 2012), отчетных научных конференциях ВГТА (г. Воронеж, 2010-2011).
Результаты работы экспонировались на постоянно действующих межрегиональных выставках г. Воронежа: II областной выставке инновационных проектов «Промышленность Воронежской области 2010»; «Продторг 2011»; «Пивной сезон. Напитки 2011»; VI международной выставке «Агротехмаш-2011» и отмечены 3 дипломами выставок.
Результаты работы используются в учебном процессе в качестве материалов курсового и дипломного проектирования.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 1 монография, 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 патента на изобретения, 1 патент на полезную модель, 1 свидетельство РОСПАТЕНТА о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 192 страницах машинописного текста, содержит 79 рисунков и 14 таблиц. Список литературы включает 137 наименований. Приложения к диссертации представлены на 20 страницах.
