Введение к работе
Актуальность темы. Совершенствование технологии и создание высо
копроизводительной техники осуществляется на базе комплексных научных
и инженерных исследований, сопровождающихся промышленной проверкой
результатов. Несмотря на то, что уже проводились исследования процесса
сушки колбас и аэродинамических свойств крупногабаритных сушилок, нет
единого мнения о наиболее рациональных конструкциях установки для суш
ки колбас. До недавнего времени на мясокомбинатах в основном использо
вались сушилки зального типа, обладающие значительными габаритами, за
нимающие большие производственные площади-и не обеспечивающие эф
фективность технологического процесса. В настоящее время, в связи с уве
личением спроса на колбасные изделия, мясокомбинатами взят курс на ос
нащение импортными сушильными установками. Однако, обладая рядом
достоинств, такие установки не могут полностью решить задачу повышения
технологического уровня производства. '
Сушка является завершающим и наиболее продолжительным процессом во всей цепочке технологии изготовления колбас. Поэтому особое внимание должно быть уделено правильному определению режима процесса, созданию эффективных и высокопроизводительных сушильных установок. Учитывая особенности сушки биологических термолабильных продуктов, какими являются колбасы, требования, которые предъявляются при термической обработке, а также необходимость снижения продолжительности процесса сушки и энергозатрат, представляется актуальным изучение вопроса аэродинамики сушильной камеры и тепломассообмена в процессе сушки сырокопченых и сыровяленых колбас.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является экспериментальное и теоретическое исследование процессов сушки сырокопченых и сыровяленых колбас. На основе этих исследований можно выяснить влияние режимных параметров (влажности воздуха ср, температуры Г, скорости воздуха у) на интенсификацию процесса, а также сделать попытку связать методику расчета аэродинамических параметров камеры с методикой расчета процесса сушки колбас, дать рекомендации по реконструкции зальных сушилок и замене их на модульные сушилки с автономным режимом сушки. В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи: - провести анализ литературных источников по процессам тепловой обработки сырокопченых и сыровяленых колбас;
исследовать температурно-влажностные характеристики сушильной камеры и влияние их на продолжительность сушки;
исследовать динамику и кинетику сушки колбас; ,
изучить основные закономерности влагообмена в пограничном слое у поверхности колбасного батона и на этом основании разработать физическую и математическую модель этого процесса;
провести анализ существующих систем воздухораспределения в камерах сушки и копчения и выбрать наиболее перспективную из них;
исследовать закономерности движения сушильного агента в выбранной системе воздухораспределения;
разработать инженерную методику расчета основных конструктивных параметров системы воздухораспределения, обеспечивающих заданные характеристики движения сушильного агента в зоне продукта.
Научная новизна. В работе выполнено комплексное теоретическое, расчетное и экспериментальное исследование тепломассопереноса, влагообмена в пограничном слое колбасного батона, воздухораспределения и аэродинамических свойств камер сушки.
К наиболее важным научным результатам относятся:
-
разработка физической и математической модели влагообмена в пограничном слое у поверхности колбасного батона;
-
разработка методик расчета разности химического потенциала в пограничном слое, массообменного критерия Кирпичева и коэффициента влагообмена, потенциала сушки, толщины условного пограничного слоя, перемещения границы зоны испарения;
-
разработка графического метода анализа распределения активности воды, температуры мокрого термометра, теплоты фазового перехода связанной влаги относительно радиальной координаты колбасного батона;
-
разработка метода расчета скорости воздушного потока у поверхности батона в зависимости от параметров системы подачи воздуха и загрузки сушильной камеры;
' 5) разработка методики расчета оптимальных размеров и расположения сопел системы подачи воздуха, обеспечивающей необходимую скорость обтекания колбасных батонов воздухом.
На защиту выносятся следующие результаты диссертационной работы: Предложенная в работе физическая модель влагообмена в пограничном слое у поверхности колбасного батона адекватно описывает процесс сушки сырокопченых и сыровяленых колбас.
Методики расчета разности химического потенциала в пограничном слое, массообменного критерия Кирпичева и коэффициента влагообмена, потенциала сушки, толщины условного пограничного слоя, перемещения границы зоны испарения позволяют получить количественные значения этих параметров.
Графоаналитический метод анализа распределения активности воды, температуры мокрого термометра, теплоты фазового перехода связанной влаги относительно радиальной координаты колбасного батона позволяет проследить перемещение границы зоны испарения в процессе сушки.
Метод расчета скорости воздушного потока-у поверхности батона в зависимости от параметров системы подачи воздуха и загрузки сушильной камеры и методика расчета оптимальных размеров и расположения сопел системы подачи воздуха обеспечивают конструктивный расчет системы возду-хораспределения сушильной камеры.
Достоверность результатов обеспечивается применением следующих методов исследования: теоретических на основе современных достижений теории тепломассопереноса и термодинамики необратимых процессов и экспериментальных исследований в промышленных условиях с использованием стандартных методик измерения и обработки результатов.
Практическое значение работы заключается в следующем: разработанные методики расчета и вычисленные основные характеристики и критерии влагопереноса и влагообмена можно использовать при разработке новой технологии изготовления пищевых продуктов и при выборе оптимального режима сушки и копчения. Данные исследования аэродинамических свойств камерной сушилки, аэродинамики омывания колбасных батонов воздушным потоком, расчета затопленных струй необходимы при конструировании сушилок модульного типа, работающих в автономном режиме, а также при реконструкции сушилок зального типа.
Полученные данные использованы: при разработке сушильной камеры для сыровяленых колбас для Московского мясокомбината; проектировании отделения для сушки сырокопченых колбас на мясопгицекомбинате г. Талдома; в методической документации лабораторного практикума студентов технологической и холодильной специализации.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинарах кафедры физики Московского Государственного университета прикладной биотехнологии (1993 - 1997 гг.), на научно-технической конференции «Современные проблемы вентиляции и экологической безопасности промыш-
ленных и сельскохозяйственных зданий» (С.-Пб., 1992 г.), на Международных научно-технических конференциях «Прикладная биотехнология на пороге XXI века» (М., 1995 г.) и «Пища. Экология, Человек» (М., 1995 и 1997 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 111 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 26 рисунков, список использованных источников включает 92 наименования.