Содержание к диссертации
Введение
1. Обоснование кормовой ценности отходов промышленной переработки плодов и овощей и анализ современного состояния исследований перспективных методов сушки 6
1.1. Кормовая и пищевая ценность отходов как источника вторичного сырья 6
1.2. Состав и структура объекта исследования 12
1.3. Анализ исследований, посвященных модельным представлениям процесса сушки дисперсных продуктов *;, 20
1.4. Выводы по первой главе 40
2. Исследование гидродинамики и теплообмена процесса сушки выжимок в кипящем слое * 42
2.1. Экспериментальная установка и методика исследования 42
2.1.1. Экспериментальная установка 42
2.2. Средства измерения основных технологических параметров * процесса сушки 46
2.3. Методика определения коэффициентов теплообмена и порозности 52
2.4. Исследование гидродинамики на физических моделях аппаратов кипящего слоя и их сравнительная оценка 55
2.5. Результаты экспериментального исследования теплообмена 71
2.6. Выводы по второй главе 73
3. Исследование и обоснование эффективного режима кинетики сушки отходов переработки винограда и яблок 75
3.1. Основные теоретические предпосылки 75
3.2. Исследования кинетики сушки при неподвижном и кипящем слое продукта 77
3.3. Разработка и обоснование эффективного режима сушки по времени и качеству продукта 90
3.4. Выводы и рекомендации по третьей главе 97
4. Исследование теплофизических, массообменных и физико-технических характеристик отходов переработки фруктов и овощей 99
4.1. Теплофизические свойства отходов переработки фруктов и овощей 99
4.2. Массообменные характеристики 105
4.3. Физико-технические свойства семян 118
4.4. Зависимость метрических размеров от влагосодержания 123
4.5. Выводы по четвертой главе 125
5. Разработка эффективных методов сушки и хранения высушенных отходов 126
5.1. Обоснование эффективного метода сушки 126
5.2. Влияние термодинамических параметров на продолжительность хранения 132
5.3. Выводы и рекомендации по результатам исследований, приведенных в пятой главе 139
5.4. Расчет экономической эффективности 141
Общие выводы 144
Список использованной литературы 147
Приложения 156
- Кормовая и пищевая ценность отходов как источника вторичного сырья
- Экспериментальная установка и методика исследования
- Исследования кинетики сушки при неподвижном и кипящем слое продукта
- Теплофизические свойства отходов переработки фруктов и овощей
Введение к работе
Постоянно возрастающие потребности в пищевом, кормовом белке и интенсивный расход сырьевых ресурсов ставит человечество перед проблемой организации малоотходной энергосберегающей технологии промышленной переработки продуктов питания с учетом качества, назначения и продолжительности сроков их хранения. Например, проблема повышения темпов производства продуктов животноводства лимитируется дефицитом кормов не столько по количеству, сколько по качеству (питательности). Неполноценность кормов, особенно дефицит кормового белка, наносит огромный ущерб животноводству, что более ощутимо к концу зимнего периода и в начале весны., Животные тогда. истощаются и наступает период появления потомства, требующий более полнорационного кормления для компенсации растущих энергетических расходов. Это показывает традиционный опыт отгонного животноводства в Республике Дагестан, где от истощения; к концу зимы погибают в среднем 150...200 тыс.голов животных в год. Комбикорма, изготавливаемые из продуктов переработки, в основном зерна злаковых культур, богатых углеводами, не покрывают потребности в ряде незаменимых аминокислот, отдельных витаминов и минеральных элементов в рационе. В нашей стране на фураж расходуют более 30% годового урожая зерновых.
Отходы промышленной переработки продуктов питания являются высококалорийным источником вторичных ресурсов для различных целей. Например, отходы консервного производства из растительного сырья составляют в среднем 21% от всего перерабатываемого продукта: томатов — 20%, моркови - 4%, зеленого горошка- 83%, картофеля - 40%, косточковых плодов-8...16%, семечковых плодов-35%, винограда- 18%, капусты- 18%.
Проблемой применения отходов консервной промышленности в кормах является ограниченная продолжительность их хранения, требующая специальной подготовки перед скармливанием. Они заражены гнилостными
5 микробами, токсикогенными грибами, содержат сальмонеллы и через 2...3 часа становятся непригодными для непосредственного кормления животных.
Одним из наиболее эффективных методов консервирования отходов консервной промышленности является сушка.
К сожалению, до настоящего времени не разработан научно-обоснованный подход к выбору оптимальных: конструкций аппаратов, методов и режимов сушки таких продуктов, как отходы перерабатывающей промышленности с резко отличающимися метрическими, физическими и физико-химическими свойствами их компонентов.
Основной экономический показатель эффективной работы сушилок — расход теплоты на 1 кг испаряемой влаги изменяется в настоящее время от 3500 до 7500 кДж/кг, а расход электроэнергии в современных сушилках от 0,005 до 0,025 кВт. Как видно, резервы усовершенствования существующих и разработка перспективных аппаратов для сушки продуктов различного происхождения не исчерпаны.
Более того, при этом решаются проблемы загрязнения окружающей среды отходами промышленной переработки продуктов и привлечения дополнительных пищевых и кормовых ресурсов. Что соответствует основным положениям Декларации о малоотходных и безотходных технологиях, принятой с участием нашей страны на Общеевропейском совещании по сотрудничеству в области охраны окружающей среды.
В диссертационной работе приводятся результаты исследования гидродинамики, и тепло- и массообмена при сушке и хранения отходов выжимок промышленной переработки винограда, яблок и их семян, с целью усовершенствования существующих, разработки перспективных процессов и аппаратов и обоснования оптимальных технологических режимов их сушки.
LINK1 Кормовая и пищевая ценность отходов как источника вторичного сырья LINK1 Для отделения виноградных семян из сухих выжимок используют машину ОВС-2 производительностью G=0,56 кг/с, полнотой отделения 80%, а для очистки семян после сушки при t=100C до W=16% рекомендуют (76) семяочиститель ОС-45. Анализ и обсуждение результатов исследований в области сушки плодов и овощей, выполненных до 1986 года, приводятся (44, 59). Техническое и технологическое оборудование для переработки фруктов и овощей, разработанное на ряде предприятий России, Молдавии и Украины за годы перестройки приводятся (62).
Анализ исследований, посвященных усовершенствованию технологических процессов (24,72,85,31,32,66,112), показывает, что до настоящего времени не разработаны методы переработки отходов винограда, семечковых и косточковых плодов, а также овощей, отвечающие современным требованиям длительного хранения с целью использования их в любое время года в различных отраслях народного хозяйства и, в первую очередь, в кормопроизводстве.
Различия аэродинамических,, структурных и физических свойств компонентов выжимок плодов и овощей не позволяют их совместную тепловую обработку методом сушки. Анализ известных нам работ (74,95,106 и др.) и предварительные собственные исследования процесса сушки отходов различными методами показывают, что наиболее перспективным способом сушки фруктовых выжимок является: семена отдельно, а остальные компоненты - после смешения с зерновыми (пшеничными) отрубями и с последующим гранулированием их в цилиндрике диаметром 2...5мм. Основными физическими показателями и свойствами семян, используемыми при расчете процесса сушки и сушильных установок, являются влажность (кг/кг(%)), метрические размеры (м), удельная поверхность (м /м ), абсолютная масса (1000 семян в г), натура (г/л), объем одного семени (мм3), эквивалентный диаметр (мм), фрикционные свойства (коэффициент трения), аэродинамические свойства (скорость витания, м/с), теплоемкость (Дж/кг.гр), теплопроводность (Вт/мС), температуропроводность (м /с), массопроводность (м /с),гигроскопичность (кг/кг)(26,110 и др.). Достаточно точные сведения о составе, свойствах и метрических размерах семян овощебахчевых культур приводятся (1,16,98,110), а полная классификация семян сочноплодных и овощебахчевых культур - по их метрическим размерам и методы их культивирования (4,107).
Основные показатели физических свойств семян, трав и зерновых (пшеница и рожь) приводятся в (51). Исследованию изменения показателей физических свойств семян от влажности (W= 9,1...33,3%) и степени разрушения их при механической обработке посвящены работы (71,74). Информации о некоторых физических свойствах семян груш, винограда и косточек косточковых плодов в периодической литературе мало, а имеющиеся данные (4,51) неоднозначны.
По данным (88), только 33% семян томатов использовались на производство томатного масла на Одесском, Армавирском и Кокандском масложирокомбинатах, а остальное количество использовалось как корм скоту и посевной материал. Более полные сведения о физико-механических свойствах, гидродинамике, тепломассообмене получены при исследовании процесса сушки семян винограда в кипящем слое (45).
Наиболее полные исследования влияния таких факторов, как состояние поверхности, влажности, форм и размеров семян и других величин на коэффициент трения, приводятся (46), а информации об этих свойствах семян яблок, груш, винограда и косточковых плодов очень мало. Анализ структурных характеристик показывает, что влажные материалы, подвергающиеся сушке, подразделяют на три группы: капиллярно-пористые, коллоидные, коллоидные капиллярно-пористые с соответствующими формами связи влаги с материалами (15,77).
Капиллярно-пористые материалы при удалении из них влаги практически не деформируются (кристаллические соли, минералы и др.), коллоидные меняют свои метрические размеры при удалении из них влаги, особенно при тепловой сушке (большинство продуктов пищевой промышленности и сельского хозяйства), капиллярно-пористые материалы коллоидные тела обладают промежуточными свойствами. Классификация материалов с учетом структуры и видов связи влаги с материалом, предложенная (84) с рекомендацией целесообразных аппаратов для сушки, относится к продуктам химической промышленности. Отходы переработки фруктов и овощей после их прессования (выжимки) до формирования можно отнести к коллоидным телам. Оболочки семян фруктов и овощей, в том числе яблок и винограда, состоящие из семенных покровов, представляют собой согласно (56) преимущественно капиллярно-пористые тела, зародыш (ядро)- коллоидное капиллярно-пористое тело.
Структура реальных полидисперсных тел (семена винограда и яблок) представляет собой систему с весьма сложными характеристиками, не поддающимися детальному описанию. Семена, в отличие от многих высушиваемых продуктов и материалов, имеют сложное анатомическое строение. Семенные покровы образованы из клеток и волокон, расположенных в несколько слоев по толщине. Они имеют сложную структуру с развитой внутренней капиллярно-пористой поверхностью. Поры и капилляры семенных покровов могут быть сквозными и тупиковыми. Давление над капилляром АР = 28трт /г(Рж-Р„), н/м зависит
от радиуса г и поверхности натяжения жидкости д, н/кг. Реальный слой высушиваемых гранулированных выжимок и семян даже в стационарном состоянии представляет собой сложную неоднородную, малоизученную дисперсную систему. Для количественной оценки идеализированной модели системы на практике используется порозность, удельная внутренняя поверхность , живое сечение пор и распределение пор по размерам (15). Равновесное влагосодержание материала изображают обычно графически в виде изотерм Up=f( )T сорбции и десорбции, вид которых зависит от физико-химических свойств материала в виде связи влаги с материалом (15, 57).
Экспериментальная установка и методика исследования
Для реализации поставленной задачи научного обоснования основных технологических параметров процесса сушки дисперсных отходов переработки с/х продуктов был разработан и смонтирован экспериментальный стенд (рис.2.1) с газодувной установкой (рис. 2.2а) и пультом управления (рис.2.2б).
Как источник тепловой энергии для нагрева сушильного агента был разработан, изготовлен и смонтирован трехсекционный электрокалорифер -нагревательный элемент, каждая секция которого представляет собой специальные ТЭНы мощностью 6 кВт, с одной регулирующей секцией.
Для замера перепада давления на диафрагме (на расходномерной шайбе) в различных точках сушильной камеры и воздуховодах установлены три U-образных дифференциальных манометра и микроманометр ММН классом точности 0,6. Пульт управления обеспечивает работой системы мощностью до 60 кВт. На панели пульта установлены кнопки, обеспечивающие управление двигателями: газодувки, вибратора, дозатора, секций электрокалорифера, регулирующих устройств, а также ЛАТРы,
Пульт управления вольтметр общего напряжения, вольтметр, амперметр для оценки работы регулирующей секции калорифера, кнопка управления электромагнитом состояния кассеты с продуктом при исследовании кинетики сушки. На боковой стенке корпуса установлен рубильник общего включения с тепловой защитой. На тыльной стороне корпуса смонтирована панель с 12-штепсельными разъемами для подключения кабелей питания стенда. Трубопровод для подвода горячего сушильного агента обеспечивает подвод горячего теплоносителя в любую точку стенда в зависимости от конструкции физической модели сушилки. В состав испытательного стенда входят также две съемные полки, на которых можно устанавливать измерительные приборы, набор переходников для стыковки трубопровода с сушильным агентом к патрубкам моделей, струбницы и весы систем «Рапид» или «Сарториус» для контроля массы при исследовании кинетики сушки. Приборная стойка представляет собой раму, на которой установлены три потенциометра типа КСП-4, регулирующий потенциометр ПОР-1-19 и потенциометрический регулятор влажности МСР1-ОЭ. На боковой поверхности рамы установлены также панель с клеммами для подключения измерительных преобразователей и штепсельные разъемы питания приборов и системы управления.
Оборудование приборной доски обеспечивает прием информации одновременно от 12 датчиков и соответственно управляет технологическими параметрами процесса сушки продуктов. А специальное коммутирующее устройство позволяет подключать измерительные приборы к любому прибору. Питание приборов осуществляется с пульта управления. Блок газодувки, установленный на плите с электродвигателями, обеспечивает подачу холодного воздуха, без вибрации, так как входной патрубок для подачи сушильного агента соединен с напорным мягким рукавом.
Для обеспечения уплотнения между фланцами патрубков моделей сушилок и подачей сушильного агента в процессе сушки разработана электромеханическая система. 2.2. Средства для измерения основных технологических параметров процесса сушкиРезультаты анализа исследований, посвященных сушке дисперсных материалов, приведенные в первой главе, показывают, что в классических аппаратах для сушки зернистого материала в кипящем слое интенсивность процесса лимитируется скоростью витания, особенно в первый период сушки в условиях адиабатного насыщения. Поэтому нами были разработаны физические модели аппаратов, обеспечивающие повышение относительной скорости движения материала и воздуха, разработана методика проведения исследования и проведены предварительные исследования гидродинамики и тепломассообмена с использованием модельных материалов: стеклянных и фторопластовых шариков диаметром 0,5 и 5,0 мм, цилиндриков из полистирола размером 2x2 мм, семян арбуза с вделанными в двух точках датчиками температуры и давления и использована фотосъемка.
Основной целью предварительных исследований было испытание средства контроля и приобретение навыков постановки эксперимента, обработки результатов опытных данных, получение начальных сведений по гидродинамике и тепломассообмену в предложенных нами физических моделях сушилок кипящего слоя.
Последующие основные исследования, посвященные изучению гидродинамики и тепломассообмена, были проведены с целью: 1. Изучения и анализа активных зон движения материала и тепломассообмена при сушке отходов переработки с/х продуктов; 2. Исследования значений порознастей на участках аппарата; 3. Измерения давления, перепадов давления; 4. Исследования локального и общего теплообмена; 5. Исследования полей скоростей и температурных полей; 6. Исследования убыли массы и кинетики сушки отходов. При проведении основных исследований для изучения процесса газодинамики наряду с известными средствами использовали методы кино-, фотосъемок СКС-1 и кинофотопулемет. Крупномасштабная съемка проводилась аппаратом «Зенит-3 М» с микроприставкой. Для исследования тепломассообмена использовали современные средства! контроля » температуры: термопары и термометры сопротивления различных конструкций с высокоточными приборами, а для исследования убыли массы-оригинальный метод подвешивания материала с использованием весов «Сорториус» с точностью измерения 0,01 грамма. Для исследования температурных полей в аппаратах «Газовзвесь» использовали: 1. Хромель-копелевые термопары и термометры сопротивления собственной конструкции с системой измерения (рис.2.3); 2. Систему с отсосной термопарой диаметром электродов 0,1мм (рис.2.4а). Как вторичные приборы использовались автоматический компенсатор-самописец, обеспечивающий измерение электрических сигналов в виде напряжения (V), тока (J) и сопротивления (R) с точностью ±8%, и самопишущие потенциометры КПС-4, позволяющие производить замер в выбранных точках установки не только температуры, но и их пульсации с высокой точностью ±1,5%.
Исследования кинетики сушки при неподвижном и кипящем слое продукта
Из вышеизложенного следует, что наиболее достоверные результаты могут быть получены экспериментальным исследованием кинетики сушки с использованием высокоточной контрольно-измерительной системы для измерения технологических параметров процесса сушки. Для экспериментального исследования процесса тепло- и массообмена мы использовали установку (рис.2.1), а как объект исследования- выжимки яблок и винограда, концентрированные пшеничными отрубями влажностью W=40...70% в виде вермишелей диаметром (і=3...5мм и длиной З...10мм, формированные на экструдере (приложение 13): семена винограда размером 4...6,5мм и влажностью W=35...50%; семена яблок размером 5...7,5 мм и влажностью W=38...55%. Толщина слоя материала - «элементарный слой» продуваемый сушильным агентом с температурой Т=60...130С и скоростью и =0,3...3,5 м/с, при исследовании составляло в начале 8... 15мм. Такие режимы обеспечивают необходимые условия для возникновения плотного слоя, кипящего слоя и условия теплообмена с окружающей средой. А для перехода от элементарного слоя к нормальному использовали методику Т.С.Окуня, с использованием для оценки кинетики сушки формулы N = (3,906-0,103ґе +KW;)J%(Gt IFpy\ (3-6) где: tc - температура сушильного агента; К=0,0114t - 0,4340 - коэффициент, зависящий от tc,; Wic=20...50% - начальная влажность семян; up =0,34... 1,3- массовая скорость сушильного агента, кг/м3с; (G„, Fp)=2...23- удельная нагрузка на решетку, кг/м2 При проведении эксперимента по исследованию тепло- и массопере-носа в материале постоянную температуру сушильного агента поддерживали системой двухпозиционного регулирования с использованием электроконтактного термометра марки ТК с пределом измерения Т=50...300С и погрешностью А±1", обеспечивающей управление электронагревательными элементами.
Влажность продукта (убыль массы) определяли взвешиванием кассеты с продуктом на весах марки 2405 «Сорториус» с ценой деления 0,01 г, прекращая при взвешивании подачу сушильного агента и управляя положением кассеты системой, разработанной для этой цели. Для определения влажности выжимок, целых семян и ядер, оболочек семян использовали сушильный шкаф с взвешиванием проб на весах той же марки, обеспечивающих необходимую точность. Результат опытных данных по исследованию температурных перепадов в семени яблок, приведенных на рис.3.1, не требует особых комментариев. Зависимость температуры оболочки (1,11) и ядра (ПІДУ) от W семян яблок в стационарном (ИДУ) и псевдосжиженном (ІДИ )слое На участке 0-1 \ где W=50%, среднеобъемная температура семени, замеренная на поверхности оболочек, достигает температуры мокрого термометра без заметного изменения влажности; на участке 1-2, где W=50...45%, температура наружной поверхности и ядра одинаковая; на участке 2-3, где W=45...40%, температура наружной поверхности ядра остается почти неизменной. Очевидно, в этом интервале в семени возникает градиент температуры и изменяется состояние поглощенной влаги в связи с началом фазового превращения; на участке 3-4, где W=40...22% количество центров парообразования уменьшается, но одновременно удаляется влага в оболочке, поступающая из ядра с ростом температуры; на участке 4-5, где W=22...10%, рост температуры незначителен, температура оболочки и ядра сравнивается, что объясняется углублением поверхности испарения.
Из-за невозможности одновременного измерения перепада давления и оценки температурного поля в семенах винограда и яблок как модельный образец мы использовали семена арбуза, обеспечивающие возможность для установки трех датчиков давления (инъекционную иглу с живым сечением отверстия 0=0,3 х 10"3м), а в качестве вторичного прибора -дифференциальный манометр МД-4 и ММН (рис.2.5).
Результаты измерения перепада давления между центром ядра семени и поверхностью ядра АР,, между поверхностью ядра и поверхностью оболочки АР2, при максимально допустимых температурах ядра t=76C, поверхности контакта оболочки и ядра Тк= 78С, поверхности оболочки То=80С во втором периоде сушки (при влажности семян W=15...25%) составили АР, =50 и ДР2=10Па.
Как видно, основное сопротивление переносу массы при фазовом превращении влаги в пар s-d ldn оказывают поверхностные слои ядра семени. Очевидно, существенную роль здесь играют слои между внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью ядра, так как при влажности семян ниже W 1 10%, когда слабопроницаемый слой разрушается и АР становится исчезающе малым. Предварительные результаты исследования сушки семян яблок и винограда при Т=60С и и = 2,5м/с по убылю массы при известном приращении температуры семян позволили определить величину коэффициента теплообмена а =165... 170 Вт/м К в интервале влажности 35...50%. Из кривых сушки W=f(r) (рис.3.2) и кривых изменения скорости сушки dW/dr=f(Wc), полученных графическим дифференцированием, і отчетливо виден характер интенсивности удаления влаги при прогреве: в период постоянной скорости сушки, когда температура испаряемой влаги, равняется температуре мокрого термометра и материал не испытывает лимитирующих факторов, поток влаги из внутренних слоев перемещается к поверхности испарения; в период снижающей скорости сушки - по достижению критической влажности, положение которой зависит от интенсивности потока влаги перемещается к поверхности удаления влаги, определяемой температурой и скоростью сушильного агента. Характер изменения температур материала выжимок винограда в г зависимости от температуры сушильного агента и продолжительности нагрева, полученных опытным путем (рис.3.3) показывает наличие трех периодов: период роста температуры материала до температуры мокрого термометра; период неизменной температуры в период постоянной скорости сушки; период роста температуры материала с прогревом материала и углублением поверхности испарения.
Теплофизические свойства отходов переработки фруктов и овощей
Теплофизические свойства любой системы существенно зависят от дисперсности, пористости, температуры, влагосодержания, давления и широко используются при расчетах тепло- и массообмена и гидродинамики. При обезвоживании продуктов эти свойства изменяются в широком диапазоне и соответственно изменяется механизм теплообмена, в связи с чем необходимо использовать соответствующие методы их измерения. Исследование теплоемкости отходов переработки фруктов и овощей, представляющей собой количество теплоты, необходимой для повышения температуры 1 кг семян на 1С, до настоящего времени находится только на уровне научных отчетов, а известное нам небольшое количество работ охватывает только узкий диапазон концентраций и температур. Для определения удельной теплоемкости свежих овощей, плодов, ягод и семян, зависящей от теплоемкости сухого вещества и воды с некоторым приближением часто используют уравнение (100 -W)Cm + WCM ,..„ Ст = 1340+28,6 и соответственно С = - —&-, (4-1) где Сс = 1,55 и Свл = 4,15 - теплоемкость соответственно абсолютно сухого вещества и воды (кДж/кгС), W - влажность, в %. Для измерения коэффициента теплоемкости отходов переработки яблок, груш, винограда и их семян в широком диапазоне температур 173...373К и концентраций 10...97% сухих веществ мы использовали относительно простой 100 сравнительный метод, приведенный (99), а вторичным измерительным прибором служил потенциометр КСП-4(ГОСТ 6651-78). Для того чтобы определить скорость притока и оттока тепловой энергии на единицу площади образца в процессе его медленного нагрева или охлаждения, прибор калибровался с помощью образца (медного цилиндра) с известными коэффициентами теплоемкости и массой. Следуя обычной процедуре нагрева и охлаждения и записи показаний изменения; температуры исследуемого образца, рассчитывали теплоприток через плексигласовую ячейку с медным образцом. Количество переданной теплоты рассчитывали по формуле Q-СГтЖ (4-2) Дг причем коэффициент теплоемкости меди измерялся для каждого интервала температур. Он для любого материла аналогичной геометрии может быть определен, если сделать допущение, что скорость теплопритока в плексигласовую ячейку будет такой же при любой заданной температуре. Когда скорость изменения температуры контейнера, содержащего материал с неизвестной теплоемкостью, измерена, можно определить удельную теплоемкость самого образца, используя значение Q, предварительно найденное на медном цилиндре.
Теплоемкость образца Ср06 при данной температуре равна Дг Удельная теплоемкость опытного образца материала Срх вычислялась по формуле ,_с+с -с- г 4) Р Q V ) где Cpo6pGo6p - полная теплоемкость образца, Дж/кг гр; 101 CpMGM - полная теплоемкость контейнера из алюминия, Дж/кг гр; Gx - масса исследуемого образца, кг. В пределах температур от 0 до 100С теплоемкость образца отходов изменяется, незначительно увеличиваясь с ростом влажности и снижаясь с увеличением температуры и при всех значениях концентраций оставаясь ниже теплоемкости воды. Теплоемкость семян (рис. 4.1) в среднем возрастает с увеличением их влажности с 2,33 (при W = 8%) до 3,56 кДж/кгС (при W = 60%), а выжимок яблок и винограда (рис. 4.2) при этих же условиях изменяется в пределах 1,55...3,83 и 1,65...3,98 кДж/кгС. Как видно, с увеличением влажности отходов и семян величина Ср возрастает и соответственно расход теплоты в сушилке для их нагрева до максимально допустимой температуры. Одинаковый характер зависимостей Ср = fiT) и Ср = f(W) различных отходов переработки фруктов и овощей показывает сходство структуры и близость их состава. Разброс экспериментальных точек при проведении кривых не превышает 5%. В настоящее время исследования коэффициента теплопроводности отходов переработки фруктов, определяемого количеством теплоты (Дж), проходящей за один час через 1м2 поверхности продукта толщиной 1 м и разности температур в начале и в конце слоя 1С по зависимости X = QIFxbt, Вт/мС, (4-5) находятся в начальной стадии изучения. Для определения коэффициента теплопроводности выжимок мы использовали стационарный метод, используемый ДНЦ РАН в лаборатории тепловых измерений, обеспечивающий точное определение теплового потока, проходящего через исследуемый образец. Преимущество этого метода (99) к% Рис.4.1 Зависимость а;Л С от влажности ядер виноградных и яблочных сеиян ТОЙ 40и С. і 103 заключается в том, что здесь контроль тепловых потерь осуществляется не в отдельных точках термопары, а по всей поверхности высокочувствительным термоэлементом. Тепловую мощность Q = J U определяли при помощи амперметра и вольтметра, градиент температуры AT - термопарами, толщину и площадь (AuAS) - микрометром, а теплопроводность вычисляли по формуле Л = - . (4-6) ATAS v На рис. 4.1 и 4.2 приводятся некоторые результаты экспериментальных данных теплопроводности выжимок и семян. Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что коэффициент теплопроводности выжимок и семян от 273К и выше с повышением температуры и влажности увеличивается до 40%. При незначительных остаточных влажностях (W = 10...3%) теплопроводность хотя еще падает, но температурная зависимость остается заметной. Результаты обработки экспериментальных данных дали возможность установить, что для ориентировочного определения теплопроводности в диапазоне температур 273...343К и влажности W= 10...55% семян винограда и яблок можно рекомендовать: Хв= 0,14121 +0,00091 W, К = 0,122140 + 0,00083 W,BT/MK, (4-7) а выжимок винограда и яблок при W соответственно: Хв= 0,501243 + 0,00085 W, Вт/м К, К = 0,454310 + 0,00082 W, Вт/м К. (4-8) Очевидно, зависимость X, = f(W, Т) связана с изменением структуры материала и, значит, движущих сил переноса теплоты. Рй0-4-2 ts%boCK i;X,jsrmoc: в" - -ад- , 105 Распространенными методами определения температуропроводности являются зондовые методы и методы регулярного режима, разработанные А.В.Лыковым и Г.М.Кондратьевым, широко используемые на практике. Результаты сравнительной оценки коэффициента температуропроводности, характеризующего инерционность распространения теплоты в материале при охлаждении и нагреве, определяемого по зависимости а = Х/ср, м/с, резко отличаются от результатов предварительных опытных данных. Поэтому мы решили провести эксперимент по методике, приведенной (97). Зависимость a = f(W, Т) коэффициента температуропроводности среды от концентраций и температур отходов переработки ягод и фруктов, полученная нами на рис. 4.1 и рис. 4.2, не требует особых комментариев.
