Введение к работе
Актуальность работы. На предприятиях Российской Федерации по переработке плодоовощного сырья ежегодно перерабатываются сотни тысяч тонн яблок. В результате образуется около 15...20 % выжимок, которые богаты питательными веществами (пектином и углеводами), витамином С и минеральными веществами. Однако выжимки после прессования имеют достаточно высокую влажность (60...70 %), что значительно снижает эффективность их использования в качестве ценного кормового сырья или в качестве наполнителя при производстве биологически активных добавок, применяемых при организации полноценного кормления различных видов и возрастных групп сельскохозяйственных животных и птицы. К таким добавкам следует отнести порошкообразный холинхло-рид (витамин В4), который служит источником метальных групп, необходимых для происходящих в организме биохимических процессов, а также входит в состав фосфолипида лецитина, предупреждающего развитие стеатоза печени, геморрагической дегенерации почек и распада зобной железы животных. Использование в кормопроизводстве жидкого холин-хлорида связано с технологическими трудностями его хранения, транспортировки и ввода в премикс, так как он неравномерно распределяется по объему смеси, что может привести к передозировке и гибели животных и птицы, поэтому все предприятия по производству премиксов перешли на применение сухих препаратов.
В настоящее время в промышленных масштабах сушку яблочных выжимок осуществляют в барабанных сушильных установках смесью воздуха и топочных газов при высоких температурах (более 300 С) или на ленточных сушилках теплым воздухом в щадящих режимах (50... 90С), но с продолжительностью 4...5 часов.
В связи с этим актуальной представляется разработка способа сушки яблочных выжимок перегретым паром пониженного давления (30... 100 кПа) в активных гидродинамических режимах, позволяющих значительно интенсифицировать процесс и получить сухие выжимки высокого качества, которые в дальнейшем можно использовать как ценный кормовой продукт и наполнитель при производстве порошкообразного холинхлорида.
Значительный вклад в развитие теории сушки дисперсных материалов перегретым паром внесли такие ученые как: Лыков А.В., Михайлов Ю.А., Леончик Б.И., Кретов И.Т., Остриков А.Н., Кравченко В.М., Andersson V., Valentin Р. и др.
Научная работа проводилась в рамках Федеральных целевых научно-технических программ Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и тех-
ники», в соответствии с тематическим планом НИР кафедры технологии хранения и переработки зерна ВГУИТ (№ гос. регистрации 01201253866) «Разработка энерго-, ресурсосберегающих и экологических чистых технологий хранения и переработки сельскохозяйственного сырья в конкурентоспособные продукты с программируемыми свойствами и соответствующим аппаратурным оформлением на предприятиях АПК»; ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013» годы по направлению «Экологически безопасные ресурсосберегающие производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания» (№ гос. регистрации П 1201).
Цель диссертационной работы: расширение ассортимента витаминных кормовых добавок на основе создания энергоэффективной технологии получения порошкообразного холинхлорида при использовании в качестве наполнителя сухих яблочных выжимок, высушенных перегретым паром пониженного давления.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
изучение яблочных выжимок как объектов исследования: определение физико-механических, структурных, химических и теплофизи-ческих характеристик, исследование формы связи влаги в выжимках и выявление температурных зон, соответствующих испарению влаги с различной формой связи;
анализ основных гидродинамических и кинетических закономерностей процесса сушки яблочных выжимок перегретым паром пониженного давления;
исследование процесса теплообмена при сушке яблочных выжимок с последующим получением критериальных уравнений;
- выявление и обоснование рациональных режимов процесса
сушки выжимок перегретым паром пониженного давления;
разработка технологии порошкообразного холинхлорида на основе сухих яблочных выжимок;
изучение основных показателей качества сухих яблочных выжимок и порошкообразного холинхлорида на их основе;
определение рациональных условий хранения порошкообразного холинхлорида методами математической статистики;
разработка сушильной установки с комбинированным энергоподводом для получения сухих яблочных выжимок;
анализ энергетической эффективности и технико-экономическая оценка предлагаемых технических и технологических решений;
проведение промышленной апробации полученных результатов работы.
Научная новизна. Обоснована возможность и перспективность применения перегретого пара пониженного давления для сушки яблочных выжимок в активных гидродинамических режимах. Определены основные кинетические и гидродинамические закономерности процесса сушки яблочных выжимок перегретым паром пониженного давления.
Методом дифференциально-термического анализа установлены формы связи влаги в яблочных выжимках и выявлены температурные зоны, соответствующие испарению влаги с различной формой связи. Получены критериальные уравнения, описывающие теплообмен при сушке яблочных выжимок.
Научно обоснована технология порошкообразного холинхлорида на основе сухих яблочных выжимок. Разработана статистическая модель хранения порошкообразного холинхлорида в широком интервале изменения входных факторов.
Практическая ценность. Разработан способ сушки высоковлажных дисперсных материалов и установка для его осуществления (пат. РФ № 2422053).
Определены рациональные режимы проведения процесса сушки яблочных выжимок перегретым паром пониженного давления: температура, давление, скорость перегретого пара в сушильной камере соответственно: 107...115 С, 60...70 кПа, 1,5...2,5 м/с; удельная нагрузка яблочных выжимок на газораспределительную решетку 8...13 кг/м2.
Предложена установка для сушки дисперсных высоковлажных материалов (пат. РФ № 2478889), позволяющая интенсифицировать процесс сушки при сохранении высокого качества готового продукта.
Разработан способ получения сыпучей формы холинхлорида из его водного раствора (пат. РФ № 2486773) при использовании сухих яблочных выжимок в качестве наполнителя. Проведено комплексное исследование основных показателей качества сухих яблочных выжимок и порошкообразного холинхлорида на их основе.
Определены рациональные условия хранения порошкообразного холинхлорида: массовая доля холинхлорида 45...50 %; температура, расход и относительная влажность окружающего воздуха в помещении соответственно: 11...16 С, 7...11 м3/(ч-т), 35...40 %. В производственных условиях ОАО «Воронежский экспериментальный комбикормовый завод» проведены испытания по хранению порошкообразного холинхлорида при рациональных режимных параметрах.
В производственных условиях ЗАО «Курский Агрохолдинг» определена эффективность скармливания цыплятам-бройлерам комбикормов с вводом премиксов, содержащих порошкообразный холинхлорида на основе сухих яблочных выжимок.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на отчётных научных конференциях в Воронежском государственном университете инженерных технологий (2010 - 2013);
III Всероссийской научно - практической конференции «Современное
состояние и перспективы развития пищевой промышленности и обще
ственного питания» (Челябинск, 2009); Всероссийской научной конфе
ренции «Повышение качества и безопасности пищевых продуктов»
(Махачкала, 2010); Всероссийской научно - практической конференции
«Инновационные технологии и технические средства для АПК» (Воро
неж, 2011); Международной научно - технической интернет - конферен
ции «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химиче
ских производствах» (Воронеж, 2011); Республиканской конференции
молодых ученых «Наука. Образование. Молодежь» (Алматы, 2012);
I Международной научно - практической конференции «Инновацион
ные технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности»
(Краснодар, 2012); III Международной научно-технической конферен
ции «Новое в технологии и технике функциональных продуктов пита
ния на основе медико-биологических воззрений» (Воронеж, 2013).
Результаты работы отмечены дипломами участника выставки Воронежского агропромышленного форума (2009), VII Межрегионального экономического форума «Воронежская область - ваш партнер» (2010),
IV агропромышленной выставки «Агросезон» (2010) и золотой медалью
участника выставки «ВоронежАгро» (2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 3 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок и 17 таблиц. Список литературы включает 125 наименований, в том числе 15 зарубежных. Приложения к диссертации представлены на 23 страницах.
