Введение к работе
Актуальность проблемы. Тепловая обработка - одна из основных и необходимых технологических операций переработки сырья как растительного, так и животного происхождения. Необходимость тепловой обработки пищевого сырья и полуфабрикатов определяется их санитарным благополучием. При этом процесс тепловой обработки является необходимым условием получения продукции с заданными органолептическими показателями.
Тепловая обработка сырья и полуфабрикатов в пищевой промышленности имеет различное аппаратурное оформление. В настоящее время в промышленности используется большое количество теплообменных аппаратов для вязких продуктов. В большей части они используются в технологиях производства сливочного масла и спредов методом преобразования. Одновременно с этим в условиях рыночной экономики создается большое количество разнообразных комбинированных пищевых продуктов, обладающих сложными реологическими свойствами и характеризующихся высокой вязкостью. Как правило, процесс производства таких продуктов происходит в емкостном оборудовании и носит периодический характер. Для создания технологических линий непрерывного действия требуются теплообменные аппараты для вязких продуктов. Однако методика их расчета основывается на эмпирических выражениях, которые изменяются в зависимости от свойств продукта. На многие виды продуктов в настоящее время эмпирические зависимости отсутствуют. В связи с этим важность разработки аналитических зависимостей для расчета теплообменных аппаратов, которые будут использоваться в поточных линиях производства вязких продуктов, имеет первостепенное значение.
Целью работы является совершенствование работы пластинчатого теплообменного аппарата со скребковым механизмом для вязких пищевых продуктов и установление взаимосвязи режимных параметров с учётом структуры продукта для повышения эффективности процесса охлаждения.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
изучить механизм теплопереноса в вязких пищевых продуктах на основе феноменологического подхода и анализа экспериментально-аналитических закономерностей изменения температуры в продуктах различной структуры;
обобщить результаты исследований по влиянию начальной температуры продукта на физико-механические характеристики продукта;
дать анализ динамики изменения температуры продукта в потоке в зависимости от температуры хладоносителя;
разработать математическую модель переноса теплоты при охлаждении вязких продуктов в потоке;
на основе математического моделирования установить, проанализировать и обобщить кинетические закономерности охлаждения вязких продуктов;
разработать инженерную методику расчёта скребкового теплообменника непрерывного действия на основе кинетики их изменения в вязких пищевых продуктах;
Научные положения, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие научные положения: научное обоснование развития принципов аналитического описания
теории процесса теплопереноса при охлаждении вязких пищевых продуктов
в пластинчатом теплообменном аппарате со скребковым механизмом;
научное обоснование методики расчёта пластинчатых теплообменных
аппаратов со скребковым механизмом;
результаты экспериментальных и аналитических исследований
кинетических закономерностей теплопереноса в пластинчатом
теплообменном аппарате со скребковым механизмом;
Научная новизна:
разработана математическая модель теплопереноса с установлением взаимосвязи режимных параметров процесса охлаждения вязких пищевых продуктов в пластинчатом теплообменном аппарате непрерывного действия со скребковым механизмом;
на основе разработанной математической модели теплопереноса развиты представления о механизме переноса теплоты с установлением взаимосвязи режимных параметров процесса охлаждения вязких пищевых продуктов в пластинчатом теплообменном аппарате непрерывного действия со скребковым механизмом;
при решении внутренней задачи теплопереноса при охлаждении вязких пищевых продуктов получены обобщённые зависимости, позволяющие определять изменения температуры продукта и хладоносителя в пластинчатом теплообменном аппарате непрерывного действия со скребковым механизмом;
получено аналитическое описание процесса переноса теплоты в пластинчатом теплообменном аппарате со скребковым механизмом; установлены кинетические закономерности, определяющие изменение температуры в продукте на основе дифференциальных уравнений теплопереноса в движущихся жидких средах, записанных в цилиндрической системе координат при осесимметричном распределении температуры, без учета диссипации энергии;
получены и обобщены новые экспериментальные данные о значении температуры при охлаждении вязких продуктов различной структуры
(кетчуп, сгущенное молоко) в пластинчатом теплообменном аппарате непрерывного действия со скребковым механизмом;
Практическая значимость работы. Разработан пластинчатый теплообменный аппарат со скребковым механизмом, входящий в состав промышленной пастеризационно-охладительной установки для поточной пастеризации вязких пищевых продуктов (кетчуп и др.), изготовленной ФГУП Молмаш Россельхозакадемии. Разработано техническое задание на пластинчатый теплообменный аппарат со скребковым механизмом.
Разработана инженерная методика расчёта пластинчатого теплообменного аппарата непрерывного действия со скребковым механизмом для тепловой обработки вязких пищевых продуктов.
Разработана методика расчёта изменения температуры вязких пищевых продуктов в потоке. Полученные в диссертационной работе результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в учебном процессе при проведении лекционных и практических занятий со студентами.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований, выполненные автором в период 2010-2013 гг. были доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: IX и X международные научные конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (г. Москва, 2011, 2012 г.г.), VI Международная научно-практическая конференция «Новые технологии и технические средства в АПК, посвященной 105-летию со дня рождения профессора Красникова Владимира Васильевича» (г. Саратов, 2012), Научно-практическая конференция «Проблемы переработки сыворотки» (г. Москва, 2012).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ -8, статья в отраслевом журнале - 1, в сборниках материалов конференций - 3.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, основных результатов и выводов, списка литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 145 страницах машинописного текста, содержащего 15 таблиц, 42 рисунка и 6 страниц приложения. Список литературы включает 133 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.
