Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и обзор литературы по организации процесса сушки морепродуктов 15
1.1. Способы сушки и конструкции сушилок, применяемые для водорослей .' 15
1. 2. Способы сушки кальмара и анализ сушильных установок 34
1.3. Сушка агара, альгинатов, рыбной крупки и муки из мидий 39
Глава 2. Анализ сушки материалов и свойств гидроаэродинамики, тепломассообмена в аппаратах с закрученными потоками 45
2.1. Гидродинамика систем взвешенно - закрученных потоков 45
2.2. Аэродинамические свойства закрученного потока 60
2.3. Гидродинамические характеристики аппаратов с закрученными потоками 65
2.4. Гидродинамические характеристики кипящего слоя в аппаратах с закрученными потоками 69
2. 5. Время пребывания материала в аппаратах 71
2.6. Сушка материалов в закрученных потоках теплоносителя 74
2.7. Исследования теплообмена в аппаратах с закрученными потоками 87
Глава 3. Экспериментальные установки и методики проведения исследований 94
3.1. Установка для сушки водорослей (шинкованной ламинарии) 94
Описание установки 94
Конструкции газораспределительных решеток 97
Методика проведения исследований 113
3.2. Установка для сушки шинкованной ламинарии при обогащении ее маннитом 118
Описание установки 118
Методика проведения исследований 128
3.3. Установка для сушки шинкованного кальмара 130
Описание экспериментальной установки 130
Подготовка сырья и методика проведения исследований 132
3.4. Экспериментальный лабораторный стенд для исследования сушки растворов агара и альгината натрия 133
Описание стенда 133
Методика проведения исследований 142
Глава 4. Анализ результатов экспериментальных исследований и установление оптимальных параметров процесса сушки в исследуемых агрегатах 145
4. 1. Результаты исследований по сушке шинкованной ламинарии 145
Гидродинамика процесса сушки ламинарии 145
Кинетика процесса сушки морской капусты во взвешенно - закрученном потоке 151
Оценка органолептических показателей продукта 155
4.2. Результаты исследований сушки шинкованной ламинарии и крупки при обогащении её маннитом 163
Кинетика процесса сушки шинкованной ламинарии и крупки из слоевищ водоросли 163
Гидродинамика процесса кипения шинкованной ламинарии, обработанной сухой крупкой, полученной из водоросли 172
4. 3. Результаты исследования сушки шинкованного кальмара 176
Гидродинамика процесса сушки кальмара 176
Кинетика процесса сушки шинкованного кальмара во взвешенно - вращающемся слое 178
4.4. Результаты исследования сушки растворов агара и
альгината натрия 186
Экспериментальные работы по гидродинамике процесса 186
Экспериментальные работы по изучению кинетики процесса
сушки растворов агара и альгината натрия 192
Глава 5. Теоретические исследования движения частиц морепродуктов в сушилке со взвешенно - закрученными потоками 197
5. 1. Математическое моделирование движения частиц в сушильной камере 197
5.2. Дифференциальные уравнения движения рабочей среды и влияние особенностей строения биосырья как объекта обработки 205
5. 2. 1. Учет кривизны поверхностей обрабатываемого сырья 205
5.2.2. Выбор системы координат и направления координатных линий 208
5.2.3. Учет влияния некоторых особенностей строения объекта обработки. Основные уравнения движения рабочей среды с учетом этой специфики 210
5. 2. 4. Обобщенные варианты рассмотрения взаимодействующих частиц 215
5.2.5. Предельный режим: минимальный расход среды (теплоносителя) при максимальном насыщении ее сырьем 218
5. 2. 6. Дифференциальные уравнения течения рабочей среды. Общий случай 221
5.3. Разработка методики инженерного расчета сушильных установок для шинкованных морепродуктов 225
Глава 6. Разработка сушильной техники со взвешенно- закрученными потоками теплоносителя для морепродуктов и ее практическое использование 231
6. 1. Оборудование для сушки ламинарии и её отходов 231
6. 1. 1. Автономная установка кипящего слоя для сушки
морской капусты УКС - 5 231
6. 1.2. Линия для сушки шинкованной ламинарии 236
Конструкция сушильной камеры 242
Показатели работы сушилок в линии 245
6. 1.3. Судовая сушильная установка ССУ - 30 со взвешенно -
вращающимися слоями теплоносителя для ламинарии 246
6. 1.4. Двухмодульная сушилка кипящего слоя СКС -162 251
Сушильная камера с сепарационным устройством 261
Тангенциальная улитка 264
Перегрузочный эжектор 266
6. 1.5. Линия сушки водорослевых отходов в судовых условиях...269 6. 1.6. Установка для сушки шинкованной пряно - сладкой морской капусты в кипящем слое 272
6. 1.7. Конвективная установка для сушки слоевищ ламинарии 275
6. 2. Оборудование для сушки кальмара 276
6. 2. 1. Установка для сушки шинкованного кальмара в кипящем слое 276
6.2.2. Аппарат для сушки шинкованного кальмара во взвешенно - вращающемся слое 279
6. 3. Оборудование для сушки растворов агара и альгинатов 283
6.3. 1. Сушилка для растворов агара и альгината натрия 283
6. 4. Оборудование для сушки овощей при производстве рыбоовощных консервов 284
6. 4. 1. Одномодульная установка кипящего слоя для сушки измельченных овощей 284
6.4.2. Конвективная сушилка для морепродуктов, овощей, фруктов и дикоросов 288
Глава 7. Использование результатов исследований на рыбокомбинатах и их производственная проверка 292
7. 1. Внедрение сушилок берегового и судового
исполнения на рыбозаводах и рыбокомбинатах 292
7.2. Расчет фактического годового экономического эффекта от эксплуатации сушилок со взвешенно - вращающимися слоями для сушки шинкованной морской капусты на р/з "Валентин" 294
7. 3. Расчет экономической эффективности от использования установок взвешенного слоя для сушки шинкованной моркови при производстве рыбоовощных консервов для
НТФ "Пеленг" 300
Общие выводы и заключение 303
Литература 307
- Способы сушки кальмара и анализ сушильных установок
- Установка для сушки шинкованной ламинарии при обогащении ее маннитом
- Результаты исследований сушки шинкованной ламинарии и крупки при обогащении её маннитом
- Выбор системы координат и направления координатных линий
Введение к работе
Добыча, переработка и сушка морских водорослей, рыбы и нерыбных объектов - важнейшие народнохозяйственные задачи рыбной
'А
промышленности.
Морские водоросли и их отходы (черешки, ризоиды, нестандартные слоевища) являются ценным сырьем для получения широкого ассортимента продуктов (различные консервы с овощными и рыбными добавками, альгинаты натрия и кальция, агар, ламинарии, маннит, крупка, порошок и т.п.), используемых в пищевой промышленности, медицине, в химической, фармацевтической, текстильной и других отраслях.
Сушеная рыба и нерыбные объекты: кальмары, трепанги, крабы используются для пищевых целей, а отходы их переработки (головы, плавники, внутренности, панцирь, хитиновые элементы и пр.) служат для получения кормовой рыбной муки, адсорбентов, удобрений.
Сушку морских водорослей (ламинарии, анфельции, фукусов и др.),
альгинатов, агара на рыбоконсервных заводах и водорослевых комбинатах
осуществляют на сушилках различных типов и конструкций: СПК-15, СПК-
45, СПК-90, туннельных, распылительных, барабанных и др. Они имеют ряд
$* существенных недостатков: малую производительность, значительные
металло - и энергоемкость, длительное время сушки (до 10 и более часов), сложность обслуживания, ограничивающих коэффициент их использования.
Необходимо от традиционных способов сушки, заложенных в
существующих машинах, переходить к проектированию и разработке
установок с прогрессивной технологией сушки продуктов во взвешенно -
'закрученных потоках теплоносителя, кипящих, псевдоожиженных слоях.
Создание установок с использованием аэродинамических слоев позволяет
принципиально улучшить многие показатели сушки исходного сырья а также
технико-эксплуатационные характеристики оборудования.
В промышленной практике широко распространены процессы сушки, в которых консервация (обработка) материалов осуществляется во взвешенном состоянии. Внедрение в рыбную промышленность этого прогрессивного технологического метода взаимодействия теплоносителя между твердой (жидкой) и газообразной фазами позволяет интенсифицировать процесс сушки, а следовательно, повысить эффективность работы установок, создать сушилки большой производительности, снизить трудовые затраты.
Сушка - один из самых энергоемких процессов, поэтому в области техники сушки экономия энергетических ресурсов - проблема актуальная. Создание высокоэффективных и экономичных сушильных аппаратов и установок позволит значительно снизить энергоемкость сушки.
Сушка пищевых продуктов в том числе включая морепродукты является очень сложным не только теплофизическим, а и технологическим процессом, от которого во многом зависит качество готовой продукции. Конечной целью сушки является получение продукта с наиболее оптимальными свойствами и удобным, как для хранения, так и для транспортировки.
Основные положения теории сушки разработаны отечественными учеными А . В. Лыковым, П. А. Ребиндером, Г. К. Филоненко, П.А. Постновым, М. Ю. Лурье, А. В. Думанским, С. М. Липатовым, Ю. Л. Кавказовым, П. Д. Лебедевым, Ю. А. Михайловым, О. А. Кремневым, А. С. Гинзбургом, В. В. Красниковым, М. Ф. Казанским, Н. В. Чураевым, Н. И. Гамаюновым, П. Г. Романковым, Н. Б. Рашковской, В. Е. Куцаковой, Б. С. Сажиным, А. А. Долинским, В. П. Дущенко, М. А. Гришиным и др. Работы отечественных ученых сыграли ведущую роль в развитии теории сушки.
Обоснованный выбор рациональных режимов сушки пищевых продуктов и морепродуктов базируется на закономерностях внутреннего и внешнего тепломассопереноса, на учении о формах связи влаги с
материалом, на некоторых разделах технологии, физико - химических, теплофизических, структурно - механических и других свойствах продуктов.
Закономерности переноса энергии и массы во влажных морепродуктах в процессе их обезвоживания являются очень сложными и еще недостаточно изученными. В настоящее время имеется еще недостаточно работ, посвященных разработке прогрессивных технологических режимов сушки при новых физических методах энергоподвода, а также работ обобщающего характера, а тем более работ нацеленных на разработку и создание новой сушильной техники для объектов морского промысла.
Еще недостаточно сведений о кинетике и динамике процесса сушки морепродуктов при таких высокоинтенсивных методах энергоподвода как инфра - красные излучения, токи высоких частот и их комбинаций с конвективным методом подвода тепла. Нет работ, посвященных кинетике процесса сушки морепродуктов, а тем более не изучался вопрос о классификации морепродуктов на основе их сушильных свойств. Эти сведения необходимы для выбора оптимальных режимов сушки при проектировании нового оборудования, а также при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок.
Разработка и внедрение на предприятия рыбной промышленности высокоинтенсивных технологических сушильных аппаратов позволят перевести отрасль на современный уровень переработки сырья по безотходной технологии, а также получить новые производные из морепродуктов и при этом значительно снизить энергетические и трудовые затраты. Именно к таким аппаратам относятся сушилки с закрученными потоками теплоносителя. В них вследствие нестационарности гидродинамики обеспечиваются высокие межфазные относительные скорости. Это позволит интенсифицировать межфазный тепло- и массообмен и в конечном итоге снизить капитальные и эксплуатационные затраты, облегчить управление процессами переработки сырья.
Благодаря особенностям гидродинамического взаимодействия твердой (или гелеобразной) и газообразной фаз в аппаратах закрученного потока достигается интенсификация процессов тепло- и массо обмена. Перспективность применения таких аппаратов для проведения различных технологических процессов отмечается в ряде работ [34,43,179, 214, 232, 234]. Их эффективность исследователи объясняют высокими относительными скоростями фаз, а также значительной турбулентностью. Закрученные потоки позволяют в 2 - 3 раза интенсифицировать процессы теплообмена [60, 61, 133, 216, 270, 274] и массообмена [5, 7, 8, 25], что говорит о целесообразности их использования в аппаратах и установках для сушки измельченных морепродуктов.
Исходя из вышеизложенного и учитывая что рыбная отрасль в
настоящее время обеспечивает (консервацию) сушку различных
измельченных морепродуктов и овощей при производстве консервов, на
оборудовании морально устаревшем, расходующем огромное количество
топлива, малопроизводительном, и металлоемком, решение проблемы в
разработке, создании и в широком внедрении в производство сушильных
установок с активными гидродинамическими режимами со взвешенно -
щ закрученными потоками теплоносителя является актуальной задачей и имеет
важное теоретическое и практическое значения.
В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи:
- исследовать кинетику процесса сушки измельченных, комкующихся и
слипающихся морепродуктов. На основе этих исследований разработать
новые высокоэффективные газораспределительные устройства, которые
позволили бы интенсифицировать процессы сушки;
- исследовать гидродинамику газораспределительных устройств
,* (газораспределительных решеток), позволяющих предотвратить слипаемость
и комкование частиц шинкованных и измельченных морепродуктов и построить модель процесса. На основе этих исследований разработать
режимы сушки морепродуктов (включая ступенчатые и осциллирующие режимы для шинкованного кальмара) и передать их для внедрения в промышленность.
Результаты комплексных исследований по кинетике и гидродинамике процессов сушки ламинарии и её отходов позволили разработать новые сушилки кипящего слоя производительностью 200 кг/ч, которые эксплуатируются в автономном, стационарном и судовом вариантах исполнения. Такие установки внедрены и эксплуатируются на рыбозаводах Дальнего Востока (рыбозавод "Валентин"; Северо-Курильская база сейнерного флота; Южно-Курильский рыбокомбинат; АО "Владивостокский рыбокомбинат"; АО "Сахалинрыбпром" на судах типа БМРТ) и на Архангельском водорослевом комбинате. Конвективная установка для сушки слоевищ ламинарии разработана и внедрена в автономном варианте в государственном малом предприятии Талое".
Результаты комплексных исследований кинетики сушки шинкованного кальмара использованы при разработке установок с псевдокипящим и взвешенно - вращающимся слоями. Установки производительностью 55 кг/ч и 100 кг/ч внедрены в АО "Приморрыбпром" и на Экспериментальной базе марикультуры Приображенской БТФ "Глазковка".
Результаты комплексных исследований по кинетике сушки ламинарии позволили разработать высокопроизводительные установки, со взвешенно -вращающимися слоями теплоносителя до 1500 кг/ч и 2000 кг/ч, для судовых и стационарных условий эксплуатации, где имеются большие объемы сырья. Установки были внедрены в 1989 - 90 годах на ПКБ проекта 398 "Кронид Коренов" и рыбозаводе "Валентин".
Результаты комплексных исследований по кинетике сушки агара и альгинатов натрия использованы при создании установки для сушки гелеобразных материалов на инертных телах не традиционной формы. Производительность установки по испаренной влаге составляет 400 кг/ч.
Для рыбозаводов занимающихся переработкой рыбы и овощей при производстве рыбоовощных консервов на основании комплексных исследований кинетики сушки шинкованных овощей в кипящем слое (репчатый лук, морковь, свекла) разработана одномодульная сушилка производительностью 600 кг/ч, которая эксплуатируется на Белогорском овощеконсервном заводе.
Результаты комплексных исследований процессов сушки, приведенные в работе представляют собой, на наш взгляд, решение крупной научно-производственной проблемы в области техники и технологии сушки морепродуктов и отдельных видов измельченных овощей при производстве консервов. Новые технические решения подвода и распределения теплоносителя в разработанных сушильных установках, имеют важное значение при создании других высокопроизводительных сушильных аппаратов.
Представленная работа на протяжении многих лет (1983 - 2001г.) входила в планы научно-исследовательских работ Дальневосточного государственного технического рыбохозяйственного университета. Работа выполнена в соответствии с комплексной целевой программой "Восток" (1983 - 1990 гг.) и отраслевыми программами Государственного комитета Российской Федерации по рыболовству (1991 - 2000 гг.).
Диссертационная работа является обобщением результатов
многолетних исследований, проведенных автором, а также при его
непосредственном участии и руководстве коллективом научных сотрудников
в составе: Давыдкина А. В., Димитриева С. М., Доронина А. Н., Маслюкова
Ю. П., Супруновой Е. А., Фирсенкова В. А. и др. на кафедре "Машины и
аппараты пищевых производств" Дальрыбвтуза.
Материалы в публикациях [1-5,57,58,68,69,123-125,137-140,146,149-156,159-163,176,205,206,210], разработаны совместно с инж. Давыдкиным А.В., Димитриевым СМ., Дорониным А.Н., Кириенко В.В., Маслюковым Ю.П., Нитченко А.Ю., Супруновой Е.А., Тушко А.А., Фирсенковым В.А.
Способы сушки кальмара и анализ сушильных установок
В промышленной практике в современных условиях сушка кальмара осуществляется двумя способами [210]: в естественных условиях (в нашинкованном виде либо в распластанных мантиях) и туннельных сушилках с интенсивным подводом и распределением нагретого воздуха.
В странах Юго-Восточной Азии (Корее, Вьетнаме, Филиппинах и др.), а основном в Японии широко используется первый способ при производстве Таблица 1 Сравнительный анализ установок для сушки ламинарии
Наименование Единица Типы сушилок показателей измерения Туннельная Конвейерная Барабанного
Стоимость установ ки (цены 1984 г.) тыс.руб 30,0 различных видов продукции из сушеного кальмара. Этот способ отличается длительностью процесса сушки, значительной трудоемкостью выполнения ручных операций при обработке. Также уместно отметить, что погодные условия не всегда способствуют стабильному проведению процесса высушивания кальмара. Все это в комплексе и еще целый ряд сопутствующих недостатков в технологических приемах не позволяет применить в условиях современных производств этот способ. Поэтому второй способ сушки кальмара наиболее приемлем для промышленных предприятий и малых акционерных обществ и является основным у нас в стране и за рубежом.
Процесс подготовки кальмара на сушку выполняется по следующей схеме: дефростированные или свежие тушки предварительно разделываются, тщательно промываются, разрезаются на мантии, затем подвергаются термическому обесшкуриванию в механических барабанах. Далее последовательно их бланшируют и солят. Подготовленный кальмар раскладывают на решетки и помещают в сушильную установку где сушат при температуре теплоносителя 55-60 С, до остаточной влажности 35-37%.
Научно-производственным объединением Дальтехрыбпром
разработана механизированная линия по производству солено-сушеного кальмара [54]. Туннельная сушилка для кальмара (рис.10) входящая в комплект этой линии состоит из трех секций общей длиной 22,5 м. В крайних секциях предусмотрены двери в боковых стенках для обслуживания сушилки. В установку загружают 20 тележек, каждая из которых заполняется 15 сетками с кальмаром. Нагреваемый двумя паровыми калориферами воздух до температуры 40-50 С подается в сушилку вентилятором. Регулировка температуры агента осуществляется изменением подачи пара в калориферы и регулированием воздушного потока.
Сушилка снабжена вытяжным вентилятором Ц4-70 №7 класса А. Тележки с кальмаром передвигают в процессе сушки вдоль туннеля установки навстречу потоку воздуха. Время сушки кальмара составляет 7-8ч. Потребляемая мощность туннельной сушилкой 44 кВт, расход пара -300 кг/ч, объем воздуха прокачиваемый вентилятором равен 4100 м3/ч.
На рыбозаводе "Посьет" установлена японская сушилка конструкции S-6W "Иваси" которая аналогична вышеописанной туннельной. Она имеет меньшие габариты и процесс сушки кальмара длится в течении 3-5 ч, за счет температуры воздуха равной 60 С. В этой сушилке предусмотрены современные конструкции вентиляторов типа "Сирокко", а нагрев воздуха осуществляется за счет сгорания жидкого топлива в трубчатом теплогенераторе.
К недостаткам туннельных сушилок периодического действия относятся: громоздкость конструкций, металлоемкость, длительность процесса сушки кальмара, трудоемкость сопряженная с большими затратами ручного труда. Продукт по высоте в тележках неравномерно высушивается из-за свободного прохода воздуха под и над тележками. Длительность и неравномерность температурного воздействия на белковый продукт приводит к нежелательным качественным изменениям в кальмаре [54]. Внешний вид и вкус мяса ухудшается, оно становится плотным (резиноподобным), кроме того длительный низкотемпературный процесс сушки продукта способствует развитию и росту в нем бактерий, различных плесеней, повышается активность окислительных ферментов в тканях, весь этот комплекс является причиной порчи и снижения качества выпускаемого кальмара.
В туннельных сушилках кальмар высушивается, как указывалось выше, до остаточной влажности 35-37%, а по технологической инструкции №208-83 к ОСТ 15-133-82 конечное содержание влаги в мясе кальмара не должно превышать 27-32%. Поэтому кальмар после сушки в туннельной сушилке направляют на вылежку в течение 16-18 ч для перераспределения влаги с последующим обжариванием для придания внешнему виду коллера телесного цвета. Затем мантии шинкуются на полоски одинаковых размеров и измельченный кальмар направляется на досушивание и стерилизацию в сушилку с инфракрасным облучением.
Установка для сушки шинкованной ламинарии при обогащении ее маннитом
Установка (рис. 34) включает несколько единиц технологического оборудования, которые скомпонованы в определенной последовательности 118 Сухой продукт (фракция 0,5 -1,5 мм), смешиваемый первоначально vo Рис. 34.Установка для сушки шинкованной ламинарии при обогащении ее маннитом выполнения операций обработки сырья. Установка содержит машину 1 для шинковки ламинарии, емкость 2 для сбора шинкованной ламинарии, агрегат 3 и 5 для смешивания и рассева крупки и шинкованной ламинарии, промежуточную емкость 4, емкость 6 для сбора сырой шинкованной ламинарии, емкость 7 для увлажненной крупки, сушилку 8 кипящего слоя, вихревую сушилку 9, емкость 10 для сбора сухого продукта (крупки), высушенного в сушилке 8 кипящего слоя, емкость 11 для сбора сырой шинкованной ламинарии после вихревой сушилки .
Ламинария шинкуется машиной 1 и затем собирается в емкость 2, две весовые части сырой шинкованной ламинарии из емкости 2 подаются в лопастную мешалку 3, в которую добавляется одна весовая часть сухого продукта (крупки) из промежуточной емкости 4. Перемешивание сырой шинкованной ламинарии и сухого продукта происходит в мешалке 3 в течение 5-7 мин для увлажнения сухой крупки слизью, выделившейся при шинковании слоевищ ламинарии.
Смесь из мешалки 3 направляется на вибросито 5, где разделяется на фракции сырой шинкованной ламинарии и увлажненную крупку. Вибросито 5 имеет две взаимокачающиеся сетчатые поверхности, причем верхняя из них имеет ячейки, через которые проваливается увлажненная крупка ламинарии размерами до 1,5 мм, а сырая шинкованная ламинария идет по поверхности сита и собирается в емкость 6. Провалившаяся увлажненная крупка попадает на нижнюю поверхность вибросита 5 и собирается в емкость 7.
Отделение увлажненного продукта от смеси определяется по отсеву в отношении 90-96 % в пересчете к сухому продукту. Из емкости 7 для увлажненной крупки она направляется на сушку в сушилку 8 кипящего слоя, а из емкости 6 для сбора сырой шинкованной ламинарии - на сушку в вихревую сушилку 9. Сухой продукт (крупка), высушенный в сушилке 8 кипящего слоя, собирается в емкости 10 для сбора сухого продукта и направляется на повторное 3 - 4 - разовое смешивание с сырой шинкованной ламинарией в промежуточной емкости 4. Сырая шинкованная ламинария, высушенная в вихревой сушилке 9, собирается в емкость 11 для сбора сухой шинкованной ламинарии и идет на дальнейшие технологические операции (измельчение, рассев).
Сухая крупка, необходимая для первоначального смешивания с сырой шинкованной ламинарией, используется частично в последующей технологической операции рассева. После 3-4 - разового использования сухой крупки для смешивания с сырой шинкованной ламинарией она направляется на получение маннита, и далее цикл повторяется с новой партией продукта.
При использовании этого технологического способа обработки морской капусты сушку сырой шинкованной ламинарии осуществляют при температуре теплоносителя 90-100С, сушку увлажненного продукта проводят при температуре теплоносителя 50-60С, при этом сухой продукт смешивается с сырой массой шинкованной ламинарии 3-4 раза. Температура теплоносителя в сушилке кипящего слоя равна 50-60 С, она определяется температурой разложения маннита.
Целесообразность многократного (3-4-разового) смешивания сухого продукта с сырой шинкованной ламинарией заключается в максимальном обогащении его маннитом (табл. 3).
Использование сухой крупки для смешивания с сырой шинкованной ламинарией более четырех раз ведет к минимальному ее обогащению маннитом за цикл. Для лучшего понимания всей технологической цепочки по обработке ламинарии с целью обогащения ее маннитом на рис.35 приведена технологическая схема этого процесса.
При смешивании с сухой крупкой средняя влажность массы сырой шинкованной ламинарии уменьшается в зависимости от соотношения смешиваемых фракций, которое находится в зависимости от размеров частиц сухой крупки. Наибольший отбор влаги из сырой шинкованной ламинарии происходит уже при соотношении фракций 1 : 2 и размерах сухой крупки 0,5 мм и соответственно - переход этой влаги на сухую крупку. Однако смешивание сухой крупки с более мелкими частицами при сушке приводит к образованию плотной корки на поверхности частиц шинкованной ламинарии, которая затрудняет удаление влаги, увеличивает время сушки сырой шинкованной ламинарии. Увеличение размеров частиц сухой крупки (свыше 1,5 мм), предназначенной для смешивания, приводит к ее слипанию с сырой шинкованной ламинарией из-за недостаточной ее поверхности смачивания при данном соотношении фракций. А изменение соотношения смешиваемых фракций в пользу сухой крупки приводит к необходимости при досушивании применять установки с большей производительностью при использовании сухого продукта.
Результаты исследований сушки шинкованной ламинарии и крупки при обогащении её маннитом
Сушку морской капусты в измельченном состоянии в виде шинкованных частиц осуществляли [176, стр.21-25] в установках взвешенно -вращающегося слоя с применением непосредственного измельчения слоевищ ламинарии перед камерой сушки и подачей продукта в нее на организованно перемешивающийся слой, что позволяет произвести перераспределение выделившейся слизи на уже подсушенные или сухие частицы. Перераспределившаяся слизь, вызывая взаимное сцепление частиц при их относительном движении, затрудняет проведение процесса в стабильном гидродинамическом режиме, что в конечном итоге ухудшает эффективность использования теплоносителя и приводит к увеличению времени сушки.
Установка шинкованных машин в непосредственной близости к шнековому питателю сушильной камеры вызвана необходимостью сокращения до минимума времени пребывания частиц в измельченном Материалы этого раздела разработаны совместно с инж. Дорониным А.Н. состоянии на воздухе до момента подачи их в сушильную камеру. Обильное выделение слизи на поверхности частиц затрудняет использование транспортирующих устройств для передачи шинкованной массы в шнековыи питатель сушильной камеры вследствие налипания ее на транспортирующий орган.
Исследуемый способ предварительной обработки морской капусты сухой крупкой перед сушкой позволяет устранить недостатки, вызванные слизью, и дает возможность произвести более рационально размещение технологического оборудования при производстве сухой шинкованной морской капусты, так как частицы после обработки крупкой не слипаются и не налипают на поверхность оборудования.
Использование обработанной шинкованной морской капусты при сушке сопровождается более интенсивным отбором влаги в начальный период сушки благодаря более активному перемешиванию ее по сравнению с необработанной. На рис. 57 показаны кривые процесса сушки морской капусты, обработанной крупкой различных размерных фракций при одинаковой удельной нагрузке равной 80 кг/м , температуре 100 С, в сравнении с кривой сушки необработанной морской капусты. При этом обработанная ламинария, имеет меньшую исходную влажность по сравнению с необработанной которая определяется размерной фракцией крупки, так при её размере 0,63 мм начальная влажность уменьшается с 83% до 65%. Анализируя графики, можно прийти к выводу, что характер кривых одинаков, но чем ниже исходная влажность морской капусты тем меньше времени затрачено на ее высушивание. При количественном сопоставлении кривых заметно увеличение скорости сушки после периода нагрева. Так, для необработанной влажность изменяется в первые 5 минут на 19%, а для обработанной крупки размерами 2,5; 1,6; 1,0 мм - соответственно 20%; 29%; 34%. Процентное увеличение убыли влаги обработанной морской капусты в первый период определяется увеличением эффективности использования агента сушки за счет активного перемешивания слоя, и, как следствие улучшается его контакт с поверхностью частиц.
При уменьшении влажности от 40 - 50% убыль влаги как для необработанной так и обработанной ламинарии крупкой фактически одинакова.
При визуальном наблюдении процесса сушки замечено, что частицы крупки размерами 2,5мм, прилипшие к поверхности морской капусты практически полностью отделяются от нее за период сушки до конечной влажности. Частицы размером меньше 2,5 мм, налипая на поверхность морской капусты, отделяются не полностью, а при размере 0,63 мм частицы крупки покрывают 5% поверхности.
На рис.58 показаны кривые процесса сушки увлажненной крупки различного размера. При равной начальной влажности и одинаковой удельной нагрузке на решетку 30 кг/м показатели кривых сушки снимали на установке кипящего слоя, газораспределительная решетка которой имела цилиндрические отверстия диаметром 1,5 мм, ее живое сечение составляло 4%. Крупка, увлажненная до 30% влажности, не теряет своих сыпучих свойств, легко переходит в стадию развитого кипения, не образуя застойных зон в камере.
Таким образом, предварительная обработка морокой капусты сухой крупкой перед сушкой снижает первоначальную влажность шинкованной массы и тем самым способствует снижению времени ее сушки.
Выбор системы координат и направления координатных линий
Поведение частицы в потоке отличается в первую очередь тем, что ориентация её относительно последнего является зависимой, а не наперёд заданной, кроме того, ориентация достигается на каком-то временном (конечном) промежутке. Своё ориентированное состояние частица приобретает в зависимости от параметров внешнего (по отношению к ней) потока; осуществляя колебания того или иного рода относительно своего квазистационарного положения, в конечном счёте она занимает такое положение в пространстве, которое соответствует характеру взаимодействия её поверхности с потоком.
При этом естественно предположить, что уже на достаточно коротком начальном этапе такого взаимодействия рабочая среда влияет на разворот частицы (ее гидродинамическое сопротивление встречному движению потока минимально). Иначе говоря, из всех возможных положений в пространстве (относительно набегающего потока) частица займет такое, при котором будет обеспечен этот минимум.
Различного рода возмущения потока, вызываемые теми или иными причинами ( в том числе влиянием острых кромок частиц в области реза) могут отклонять частицу от такого рода ориентации, однако в целом на достаточно большом временном интервале, соответствующем конкретному этапу процесса высушивания объекта обработки, она сохраняется, при этом частица осциллирует около своего равновесного положения в пространстве.
Для построения картины исследуемого процесса, анализа поведения объекта обработки и выработки оптимальных режимов высушивания необходимо выбрать систему координат, причём требуется учесть влияние кривизны поверхности частиц - во-первых, и наличие соседствующих частиц - во-вторых. Другими словами, обрабатываемая отдельная частица обтекается внешним потоком не индивидуально - поток всё время перемещается между двумя соседними частицами.
Выбор направления координатных линий на поверхности объекта обработки обусловлен его ориентацией в пространстве при взаимодействии последней с обтекающим потоком воздуха. Отсюда следует, что существуют различные варианты подбора соответствующих коэффициентов Ляме.
С учётом изложенного ранее относительно преимущественной ориентации частиц в потоке положим, что частицы разворачиваются в нем таким образом, что местный радиус кривизны их поверхности изменяется вдоль потока. При такой ориентации плоскости реза частиц располагаются преимущественно параллельно направлению вектора скоростей внешнего течения.
В качестве координатных линий на поверхности обрабатываемой частицы могут быть выбраны как линии тока внешнего по отношению к ней потока, так и линии кривизны самой поверхности обрабатываемого объекта. Особенности такого рода выбора связаны с наличием (или отсутствием) трансверсальной компоненты скорости, либо соотношением между их величинами.
Присутствию таких составляющих течения сопутствует появление трансверсальных градиентов давления, что, применительно к рассматриваемой задаче, приведёт к различного рода вторичным явлениям ( в том числе, течениям) и переориентации в пространстве обрабатываемой частицы. Так, при наличии поперечного (по отношению к направлению основного потока) течения между двумя близко расположенными частицами и изменение давления вдоль оси Y вызовут изменение положения одной из них (либо обеих) вплоть до тенденции выравниванию и изменению градиента давления до состояния дР/ду = 0.
Основную и единственную причину этого можно видеть в наличии инерционных членов в уравнениях движения, если расстояние между двумя соседствующими обрабатываемыми биочастицами отвечает соответствующим условиям, а именно: является достаточно большим.
При уменьшении этого расстояния гидродинамические пограничные слои, толщины которых, как известно, являются одними из определяющих факторов по отношению к развитию тепло-, массообменных процессов, могут в сумме (от двух соседних частиц) оказаться большими, чем само это расстояние. В этом случае область потенциального течения рабочей среды исчезает, а течение становится вязким, при этом силы трения превалируют и вопрос о трансверсальной составляющей течения (точнее о её присутствии) необходимо рассматривать отдельно.
Тем не менее вряд ли можно ожидать существенного развития течения вдоль оси Г (или #2 в ортогональных криволинейных координатах), так как оно вызовет появление трансверсального градиента давления и, следовательно - перемещение обрабатываемой частицы в потоке в направлении оси Z (или соответственно - q{). Последнее тем самым ликвидирует как такой градиент давлений, так и поперечное течение. Иначе говоря, даже при своего рода критической ситуации (удаления требуемой фазы), т.е. при значительном уменьшении соответствующих чисел Рейнольдса в рассматриваемой области за счёт уменьшения локальной толщины разделяющего их слоя h ( x,y,t) появление трансверсального градиента давления вызовет такое изменение переменных от точки к точке локальных расстояний между обрабатываемыми частицами, которое будет исключать течение вдоль оси Y (#2 - в ортогональных координатах). В итоге следует ожидать, что развёрнутая в потоке частица поведёт себя подобно плоскому крылу в конечном счёте будет в нём располагаться подобно части плоского крыла, кривизна которого изменяется вдоль потока.
