автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Интенсификация процесса замораживания мяса на основе фазовых переходов его компонентов с использованием слаботочных электрических импульсов

На правах рукописи

ШИШКИН Сергей Викторович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ЗАМОРАЖИВАНИЯ МЯСА НА ОСНОВЕ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ЕГО КОМПОНЕНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЛАБОТОЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

Специальность 05 18 12 - Процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003061346

Работа выполнена в Московском государственном университете прикладной биотехнологии на кафедре «Технологическое оборудование и процессы отрасли»

Научный руководитель-

-В.В. Илюхин,

доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты

-К.П. Венгер,

доктор технических наук, профессор

-С.А. Большаков

кандидат технических наук, профессор

Ведущая организация

ВНИИМП им Горбатова, г Москва

Защита состоится «18» сентября 2007 г в 14 час на заседании диссертационного совета Д 212 149 02 при Московском государственном университете прикладной биотехнологии по адресу 109316, Москва, Талалихина ул , 33, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПБ Автореферат разослан «_» 2007 года

Ученый секретарь диссертационного сове! кандидат технических наук, доцент

В В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В целях насыщения потребительского рынка продуктами питания, удовлетворения потребности людей в продовольствии возникает необходимость в коренном повышении эффективности работы и дальнейшем развитии агропромышленного производства

В мясной промышленности необходимо обеспечить рост объемов производства и экологическое качество продукции за счет увеличения эффективности процессов охлаждения и замораживания перерабатываемого мяса Под термином «мясо» в соответствии с ГОСТ 18157-88 понимают тушу или часть туши, полученную от убоя скота, представляющую совокупность мышечной, жировой, соединительной и костной (или без нее) тканей Таким образом, мясо, в общем, предельно упрощенном допущении содержит как минимум четыре макрокомпонента - три вида тканей мышечную, костную, жировую и группу соединительных тканей. Этот факт необходимо учитывать при исследовании процесса замораживания мяса

Одним из прогрессивных способов, влияющих на скорость процесса замораживания мяса, является использование электротехнологии Анализ известных способов интенсификации охлаждения и замораживания мяса с помощью электротехнологии позволяет сделать вывод о необходимости поиска принципиально новых способов организации этого процесса Базовой основой наших исследований является эффект, обнаруженный В.В Илюхиным с помощью устройства оснащенного осциллографом с памятью и высокой разрешающей способностью (Ас №1322516) Сущность обнаруженного эффекта заключается в том, что экспериментальным путем установлено неизвестное ранее явление генерирования и синхронизации униполярных электрических импульсов веществами при фазовых переходах первого рода, и отсутствия генерирования электрических импульсов при фазовых переходах второго рода и состоящее в том, что дискретные частицы веществ (молекулы или группы молекул), которые могут свободно относительно друг друга осуществлять фазовый переход, взаимодействуют посредством сколь угодно малых сил, зависящих от их взаимного расположения, обнаруживают тенденцию к генерированию униполярных электрических импульсов в виде гармонических колебаний с одинаковыми амплитудами, частотами и скважностью В настоящее время, с развитием научно-технического прогресса, представляется возможным продолжить эти исследования с помощью новейшей радиоэлектронной и компьютерной техники. В связи с этим можно сделать заключение о необходимости проведения комплексных экспериментальных исследований процесса замораживания мяса, предусматривающих использование эффективной экологически безопасной технологии, физико-математическое моделирование электроимпульсных воздействий на продукт, поиск режимов и способов обработки продукта

Цель работы. Целью работы является интенсификация процесса замораживания мяса на основе изучения фазовых переходов его компонентов с использованием слаботочных электроимпульсных воздействий Основные задачи работы.

1. Разработать и создать экспериментальную установку для исследования фазовых переходов при замораживании компонентов мяса (мышечной, костной и жировой тканей)

2. Провести экспериментальные исследования и определить параметры электрических сигналов, генерируемых фазовыми переходами в мясе при замораживании

3 Исследовать работу системы индуцирования слаботочных электрических импульсов на замораживаемое мясо генератор импульсов высокого напряжения - электрод («антенна» - излучатель) - объект («антенна» -приемник)

4 Провести исследование влияния электромагнитных излучений самостоятельного и несамостоятельного разрядов на экологические показатели зоны обслуживания холодильных камер.

5 Разработать способ термометрии при фазовых переходах влаги в мясе

6 Разработать физическую и математическую модели стохастического резонанса электрических импульсов при замораживании мяса

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем

- разработаны физическая и математическая модели процесса замораживания мяса с использованием слаботочных электроимпульсных воздействий,

- подтвержден факт генерации влагой электрических импульсов при фазовых переходах;

- установлены частотные режимы, а также режимы амплитуды и скважности слаботочных электроимпульсных воздействий на продолжительность процесса замораживания мяса,

- разработан способ измерения температуры веществ при фазовых переходах, на который получен патент РФ № 2300097.

Практическая ценность. При проведении теоретических и экспериментальных исследований

- создан компьютерный стенд с периодом опроса состояния внешних датчиков

сигнала (электрозонда и термопары) до 2x10"2 с, позволяющий осуществлять регистрацию и обработку сигналов в режиме «лупы времени» до 2x10"6 с,

- разработаны рекомендации по экологически безопасным технологиям использования слаботочных электрических импульсов для интенсификации процессов замораживания мяса,

- разработан способ и предложено устройство интенсификации процесса замораживания мяса с использованием слаботочных электрических импульсов,

- получен акт проведения промышленных испытаний и приемки-сдачи в эксплуатацию энергосберегающей и экологически чистой технологии

интенсификации замораживания мясопродуктов с использованием слаботочных электрических импульсов, - получен акт передачи результатов НИР в ООО «РостАгроКомплекс» для промышленной реализации в рефрижераторной холодильной секции.

Результаты научно-исследовательских работ были использованы в МГУПБ в учебном процессе кафедры «Технологическое оборудование и процессы отрасли» при выполнении курсовых и дипломных работ

В диссертации обобщены результаты исследований, выполненных на кафедре ТОПО лично автором в период с 2003 по 2007 гг в рамках госбюджетной темы №2-800 «Процессы переноса электрических зарядов на биообъекты».

По результатам проведенных исследований получен патент РФ на изобретение № 2300097 «Способ измерения температуры веществ при фазовых переходах».

Достоверность результатов исследования подтверждается использованием стандартных и общепринятых методов анализа. Полученные результаты подвергнуты обсуждению и теоретическому анализу в сравнении с известными литературными данными Математическая обработка полученных экспериментальных данных и представление информации в графическом виде выполнялись при помощи персонального компьютера AuthenticAMD Athlon™ ХР 1700+ с объемом оперативной памяти 512 МБ и программ для инженерных и научных расчетов: Mathcad 2001; Microsoft Excel и др Надежность полученных математических зависимостей оценивалась среднеквадратичным отклонением -а и коэффициентом корреляции - г.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были доложены на V Международной научно-технической конференции «Пища Экология Человек» (Москва, 2003 г), на научных чтениях, посвященных 100-летию со дня рождения проф А H Лепилкина «Повышение энергоэффективности техники и технологий в перерабатывающих отраслях АПК» (Москва, 2004 г.), на научных чтениях, посвященных 75-летнему юбилею МГУПБ и 100-летию со дня рождения проф НФ Казакова «Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК» (Москва, 2005).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в двенадцати печатных работах.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав и приложений Диссертационная работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка и 5 таблиц Список литературных источников включает 102 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность выбранного направления, сформулированы цель и задачи исследовательской работы, показано, что

интенсификация процесса замораживания мяса с использованием слаботочных электрических импульсов, является новым направлением при замораживании мяса

Глава 1. Проанализированы научные публикации и патентные материалы, на основе изучения которых нами выдвинута гипотеза о интенсификации процесса замораживания мяса с помощью стохастического резонанса слаботочных электрических импульсов, генерируемых фазовым переходом и индуцированных внешним электроимпульсным сигналом, положенная в основу теоретических и экспериментальных исследований

Литературный обзор научных публикаций по изучению влияния слаботочных электроимпульсов на процессы замораживания мяса выявил, что комплексные исследования в данной области не проводили Большинство научных публикаций по применению электрофизических методов в процессах замораживания биообъектов опираются на использование самостоятельного (коронного) разряда, что применительно к биообъектам нежелательно, вследствие выделения озона и окислов азота

Глава 2. Представлены техника и методика экспериментальных исследований замораживания мяса (мышечная, костная и жировая ткани) с использованием управляемых слаботочных электро- импульсных воздействий

Для изучения фазовых переходов при замораживании мяса нами разработан экспериментальный стенд, который предусматривает возможность регистрации и обработки следующих электрических параметров сигнала1 амплитуды, скважности и частоты импульсов Устройство (рис 1) содержит образец 1 вещества (мышечная, костная, жировая ткани свинины), установленный в холодильной камере 2. На образце 1 зафиксирован зонд 3 и датчик температуры — термопара 4

Рис. 1. Экспериментальный стенд для исследования фазовых переходов мяса при замораживании:

1 - образец вещества, 2 - холодильная камера, 3 -зонд, 4,6-спаи термопары, 5 — сосуд Дьюара, 7 — раствор воды со льдом, 8 — соединительные

провода, 9 — блок-переходник, 10- системный блок ПК, 11 - плата сбора и контроля ввода/вывода цифровой и аналоговой информации, 12 — монитор, 13

— принтер, 14 - заземление

В сосуде Дьюара 5 расположена термопара б, погруженная в раствор 7 воды со льдом, термостатированная и предназначенная для сравнительного измерения температуры с термопарой 4 Зонд 3, термопары 4 и 6 соединены с помощью жгута проводов 8 с соответствующими контактами блока-переходника 9, который последовательно подключен к универсальной плате сбора и контроля ввода/вывода цифровой и аналоговой информации 11, расположенной внутри системного блока 10 компьютера типа IBM PC с монитором 12 и принтером 13

Контроль электрических параметров фазовых переходов и регистрирование экспериментальных данных осуществлялись с помощью компьютеризированной системы диагностики, разработанной с помощью специалистов факультета «Вычислительная математика и кибернетика» МГУ им MB Ломоносова Быстродействие компьютеризированной системы диагностики характеризовалось затратами времени, необходимыми аналого-цифровому преобразователю для выполнения каждого преобразования «аналог-цифра» и затратами времени, необходимыми для программной обработки результатов Интервал опроса датчиков изменялся инструментально в зависимости от цели каждого этапа эксперимента и составлял от 0,0001 до 1 секунды

В качестве объектов исследования были выбраны три компонента мяса мышечная, костная и жировая ткани свинины Размеры экспериментальных образцов составляли 0,01x0,01x0,01м. Предварительные исследования показали, что в свинине содержится наибольшее количество жира, поэтому эффект интенсификации, присутствующий на свинине, показывает на присутствие того же эффекта на остальных видах мяса, ввиду меньшего содержания влаги в свинине, чем, например, в говядине Жировая ткань в свинине при замораживании переходит в аморфное состояние, то есть на свинине эффект интенсификации проявляется минимально, ввиду большего количества жировой ткани. Таким образом, эффект интенсификации, присутствующий на свинине, будет присутствовать и на остальных видах мяса

Исследования фазовых переходов проводились на экспериментальной установке, представленной на рис 2

При исследовании параметров электромагнитного поля несамостоятельного разряда с помощью электрического зонда температура образца мяса внутри камеры, изменялась от начальной температуры (+5 °С) до температуры ниже криоскопической точки (-8 °С).

Исследование процесса интенсификации замораживания мяса с использованием слаботочных электрических импульсов осуществлялось в диапазоне температур фазовых переходов компонентов мяса (мышечной, костной и жировой тканях свинины) при различных режимах применения внешнего электроимпульсного воздействия, а также в условиях фазовых переходов компонентов мяса в вакууме

1 2 3 4 5 Б 7 8

Рис. 2. Экспериментальная установка для исследования параметров электромагнитного поля:

1 — принтер, 2 -монитор, 3 - плата АЦП в составе ПК, 4 —антенна — приемник, 5 — образец мяса, 6 - морозильная камера, 7 — антенна — излучатель, 8 — генератор электрических импульсов высокого напряжения

Глава 3. Изложены результаты экспериментальных исследований изучаемых процессов

При исследовании электрофизических свойств мышечной, костной и жировой тканей свинины был получен ряд осциллограмм электрических импульсов, а также ряд термограмм в режиме «лупы времени» 10"6 с. Анализ полученных нами осциллограмм и термограмм показал, что фазовые переходы влаги в этих компонентах мяса имеют особенности.

Известно, процесс замораживания мяса включает в себя три основные стадии, охлаждение г,, замораживание г„ и домораживание гш Каждая стадия имеет свою длительность В мышечной ткани криоскопическая температура в стадии замораживания ти, которая характеризует фазовый переход первого рода влаги, имеет ярко выраженный характер - температура не изменяется определенный период времени При фазовом переходе первого рода скачком меняются такие характеристики вещества, как плотность, концентрация компонентов в единице массы выделяется или поглощается определенное количество теплоты, называемое теплотой фазового перехода

Костная ткань при замораживании не имеет ярко выраженный переход первого рода криоскопическая температура в стадии замораживания тп имеет незначительный период постоянства температуры

Длительность стадии замораживания жировой ткани мала по сравнению с мышечной и костной тканью, поскольку происходит фазовый переход второго рода При фазовом переходе второго рода физические параметры, такие как например теплоемкость, постепенно растут при удалении от точки перехода в сторону, при этом физические параметры изменяются непрерывно

Разработан способ измерения температуры веществ в процессах с фазовыми переходами Отличие нового способа от известных заключается в регистрации с

помощью зонда дополнительного электрического сигнала, генерируемого непосредственно фазовым переходом и коррекцией этим сигналом термоэлектрического сигнала, генерируемого термоэлектрическим датчиком, регистрирующим температуру фазового перехода

Датчик температуры - термопара 4 (рис.1) при замораживании будет фиксировать интегральный сигнал от двух источников первый от температуры за счет эффекта Зеебека, и второй от эффекта фазового перехода Этот интегральный сигнал поступает по проводам 8 в блок переходник 9, затем на универсальную плату 11 в составе персонального компьютера, в результате чего обрабатывается программой и выводится на принтер 13. Результаты исследований приведены на рис. 3-5.

и.мВ

Рис. 3. Осциллограмма сигналов, генерируемых при фазовом переходе первого рода, полученная с помощью зонда при замораживании мышечной ткани свинины безучастия электрического сигнала от термопары

и мВ Т°С

4а 30 20 10 о -10 -20 -30 40

0,8 0,6 0,4 0,2

-0,2 -0,4 -0,6 -0,8

I!

!Л.

воо

802 Г,с*№5

Рис. 4. Интегральная осциллограмма сигналов, полученная в результате суммирования сигнала от зонда и сигнала, полученного от термопары при замораживании мышечной ткани свинины

802 ТГ.СИО"5

Рис. 5. График температуры, построенный путем вычитания усредненных значений осциллограмм, представленных на рис. 3 и 4

Компьютеризованная система при достижении образцом мяса в камере температуры начала фазового перехода влаги с помощью электрического зонда фиксировала электрические сигналы в виде импульсов отрицательной полярности порядка 20-50 мВ при замораживании (рис 6), и при оттаивании (рис 7)

Ц В"3 40

100 200 300 41)0 500 600 700 800 Т,С6

т^шмтшмшттш

Рис.6. Электрические сигналы, генерируемые при фазовом переходе влаги в замораживаемом образце мышечной ткани свинины

и, В"3

1 . 1 ] | , 1тттж{тМ 1 1 1 1 ¡'I!1 ш

100 200 | 300 4||о | 500 6( 0 700 800

Рис. 7. Электрические сигналы генерируемые при фазовом переходе влаги в оттаиваемом образце мышечной ткани свинины

Экспериментально установлено, что при использовании несамостоятельного разряда в камере, где происходит замораживание мяса, можно добиться интенсификации данного процесса Нами установлено, что процесс кристаллизации влаги сопровождается в замораживаемом объекте возбуждением слаботочных синхронных электрических импульсов отрицательной полярности, скважностью С) 3 - 4 и частотой порядка 0,30,8 кГц На основе этого факта было установлено, что наведение на поверхности охлаждаемого объекта дополнительного потенциала в виде гармонических электроимпульсов, генерируемых с помощью различных устройств, вызывает стохастический резонанс колебаний электрических импульсов, который интенсифицирует фазовый переход вода-лед (рис 8)

На процесс интенсификации фазового перехода влаги при замораживании мяса существенное влияние оказывает частота импульсов и скважность, что согласуется с ранее проведенными исследованиями фазовыми переходами при испарении влаги (МЯ. Бурлев и С.С. Илюхина) Оптимальный эмпирический параметр по частоте, влияющий на интенсификацию процесса замораживания мышечной ткани, составляет f = 200 Гц (рис 9) Затем последовательно изменяли скважность импульсов <3 при частоте 200 Гц с целью получения оптимальных результатов по времени замораживания (рис 10) Полученные данные из рис 9 и 10 объединены на рис 11 и представлены поверхностью отклика времени замораживания образца мышечной ткани свинины от частоты и скважности индуцированных импульсов

100 50 О 50 100 150

X с 10'®

X с-10"'

X с иг*

200< »)

Рис. 8. Осциллограммы электрических сигналов различных составляющих стохастического резонанса: а) электрические импульсы при кристаллизации влаги в образце мышечной ткани, б) дополнительный потенциал электрических импульсов от генератора на образце мышечной ткани; в)стохастический резонанс электрических импульсов на образце

мышечной ткани: 1 - экспериментальные данные, 2 — аналитические вычисления

Рис. 9. Зависимость времени замораживания образца мышечной ткани свинины от частоты импульсов

Рис. 10. Зависимость времени замораживания образца мышечной ткани свинины от скважности импульсов

скважность

О 50 100 150 200 250 300 350 400 Г частоту Гц

Рис. 11. Поверхность отклика времени замораживания образца мышечной ткани свинины от частоты и скважности индуцированных импульсов

Результаты исследований позволяют сделать оценку эффективности процесса интенсификации замораживания мышечной ткани, которая составляет примерно 10-15% по сравнению с процессом замораживания без применения слаботочных электроимпульсов На рис 12 представлена зависимость продолжительности замораживания мяса с применением электроимпульсного поля и без его применения

Глава 4. Рассмотрена физическая модель внешнего и внутреннего переноса электрической энергии в процессе замораживании мяса с использованием слабых электроимпульсных воздействий, представленная на рис 13

Предложена математическая модель процесса возникновения электрических импульсов в мясе при фазовом переходе первого рода, а также возникновения стохастического резонанса при замораживании мышечной ткани. Анализ электроимпульсных процессов представляет собой сложную задачу, так как в нем присутствуют существенные нелинейности у объекта исследования, генерирующего импульсы Для составления математической модели стохастического резонанса и математического описания импульсов

2 4 6 8

Рис. 12. Зависимость продолжительности замораживания мяса с применением электроимпульсного поля и без его применения

был использован метод анализа переходных процессов, который заключался в составлении дифференциального уравнения на основе уравнений Максвелла, характеризующего процесс в системе "электромагнитное поле - биообъект", с последующим его решением

Рис. 13. Физическая модель внешнего и внутреннего переноса электрической энергии в процессе замораживании мяса с использованием слабых электроимпульсных воздействий

Уравнения Максвелла гоШ = -гкЕ

го/Ё = -гкН ^

сЬУЁ = О ЛУН = О

где Н,Е - векторы, характеризующие магнитную и электрическую составляющие электромагнитного поля в пространстве, }к-коэффициент нелинейности объекта.

Я = -гАгоЩ

где П=П17 (1г — единичный вектор, направленный по оси ъ) - поляризационный вектор-потенциал, у которого отлична от нуля лишь составляющая по оси х

а2п.

Еу

--IV-о

дудг

(3)

где -напряженность поля по оси у и оси ъ соответственно Исходя из граничных условий в силу неоднородности поля: П|г = о (4)

=0

для несамостоятельного разряда ищем решение в виде.

П(Л/,г) = НЛО/(*), (5)

где М) -функция, дающая «электрический разрез» по значениям функции /(г) Решая уравнение (3) с условиями (4-5), находим собственные функции

/„(*) = 4, С08^1(/-2), (6)

где Ат - амплитуда колебаний собственных импульсов, генерируемых фазовым переходом, /-г-длина волны колебания

Краевая задача (4) - (5) дает спектр собственных значений {Л„} с соответствующей системой нормированых собственных функций [Л/]} Отсюда вытекает, что при фазовом переходе первого рода в мясе могут существовать только такие колебания, собственные частоты которых равны

(V

Этим частотам соответствует система собственных функций П = (8)

или

П„и(М>г) = Л^„(М)/т(2), (9)

где

/.«.£•^-4. (.0)

Преобразуя уравнение (10) в случае наименьшей собственной частоты получаем

®011 + (11)

где а, Ь -коэффициенты, характеризующие форму импульса соответствует длина волны

Л'-ТГТ (12>

Коэффициент корреляции составляет1 (рис 9)

ЯГп-Уср)(Г12-¥ср)

Гп-Гср)2Т,(¥п-¥ср)2

Коэффициент коррелляции равный единице, свидетельствует о том, что данные взаимосвязанно сходятся, т е экспериментальные данные адекватны

Глава 5. Представлены результаты исследований по параметрам экологической оценки СанПин

Экспериментально установлена зависимость напряжения на антенне-приемнике внутри клетки Фарадея от величины ячейки металлической сетки. Нежелательные электрические импульсы, например импульсы «белого шума» ламп накаливания или газоразрядных ламп дневного света, можно минимизировать металлической сеткой с размером ячейки 0,5x0,5 мм

Исследования напряженности электромагнитного поля в лаборатории с работающей экспериментальной установкой, позволили установить, что использование несамостоятельного разряда (слаботочных электрических импульсов) для интенсификации технологических процессов находятся в пределах норм СанПиН, а ПДК озона и окислов азота при использовании (самостоятельного) коронного разряда превышает допустимые нормы СанПиН В лаборатории кафедры «Технологическое оборудование и процессы отрасли» МГУПБ совместно с сотрудниками кафедр «Экология и безопасность жизнедеятельности» и «Неорганической химии» проведены контрольные замеры напряженности Е электрических и магнитных полей при различных режимах работы излучателей с коронным разрядом и без коронного разряда В качестве измерителя электрического и магнитных полей был

использован прибор ИЭП-05 Полученные результаты представлены в виде графиков на рис. 14 и 15, где В-магнитная индукция (нТл), Е-напряженность электрического поля(мА/м), L-расстояние (м) В, нТл 80

70 60 60 40 30' 20100

0 0,6 1 1,5 2 2,6 3 3,6 L, М Рис.14 Зависимость электрической составляющей электромагнитного поля излучателей от расстояния его действия Е, мА/м

250 ---------

200 --+--------

150---V-----г—-L1-

\1 -Д- csHCCTpaspas

1 ■* ■ wr фзк

Í -о- исамлсгрв.'р

100 -^--------I -

50--V—\-------

0 -L__I_J-L——J--- -I

о 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

\

\ Л -Л--о- cshcctcí wt фзк иегаилот ipas

\ \

\ —Л

Рис.15 Зависимость магнитной составляющей электромагнитного поля излучателей от расстояния его действия

На рис. 16 представлена зависимость остаточного заряда на продукте, после обработки его несамостоятельным разрядом

V/, мВ1мм

О 5 10 15 20 25 „ин

Рис. 16. Зависимость остаточного удельного заряда мясного сырья от времени, прошедшего после его обработки электроимпульсным полем

Предложено устройство для интенсификации замораживания мясных туш и полутуш, при этом потребление электроэнергии будет таким 11-220 В, £-50 Гц, Н^ -0,01 кВт/ч Разработанное устройство (рис. 17) монтируется в имеющиеся морозильные камеры мясокомбинатов, не требуя при этом их значительного переоборудования

1 2 3

Рис.17. Схема конструктивного оформления промышленной морозильной камеры, оснащенной устройством интенсификации процесса замораживания мяса: 1,3-потолочные испарители, 2 - подвесной путь, 6- мясная туша или полутуша, 4-генератор электрических импульсов и его блок управления, 5,7 -антенны-излучатели в виде пластин.

Размеры антенн-излучателей должны быть не менее 180-200 см Для расчета технико-экономической эффективности предлагаемого устройства, в основу базового положен скороморозильный ленточный туннель MKJI отечественной фирмы «ЛайнКул».

Основные технико-экономические показатели представлены в табл. 1

_Таблица 1

Показатель Единица измерения Морозильный аппарат

Базовый Предлагаемый

1 Производительность т/ч 1,23 1,4

т/см 8,3 10,9

т/сут 28 33

т/год 4847 5478

2 Вместимость аппарата т 2,0 2,0

3 Количество рабочих чел 2 2

4 Норма естественной убыли мяса при замораживании % 0,6 0,55

5 Масса аппарата т 16,0 16,2

6 Дополнительные капитальные затраты тыс. руб 30

7 Экономия Тыс.руб 102

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Разработан лабораторный стенд и методика определения параметров электрических сигналов, генерируемых фазовыми переходами в мясе при замораживании

2. Экспериментально установлено, что влага содержащаяся в биообъектах, при фазовых переходах первого рода в технологических процессах при обработке мяса генерирует электрические импульсы отрицательной полярности со следующими параметрами £ 200-700 Гц, и 20-40 мВ, и <3 3-4

3 На базе ПК и генератора электрических импульсов высокого напряжения создана экспериментальная установка для исследования частоты,

амплитуды и скважности электрических импульсов при охлаждении и замораживании компонентов мясного сырья

4 Разработан и запатентован патентом РФ на изобретение №2300097 способ термометрии при фазовых переходах веществ, заключающийся, в том, что при измерении температуры мяса при фазовом переходе термоэлектрический сигнал датчика температуры корректируют на величину электрического сигнала, генерируемого фазовым переходом мяса

5 Выявлено, что результате экспериментальных исследований влияния несамостоятельного разряда генератора электрических импульсов высокого напряжения на экологические показатели зоны рабочих мест обслуживающего персонала использование несамостоятельного разряда находится в пределах допускаемых норм СанПиН.

6 Установлено, что в результате комплексных исследований влияния электрических импульсов генератора высокого напряжения на влагу в мясном сырье, находящуюся в состоянии фазового перехода, функциональные зависимости длительности процессов охлаждения и замораживания составляют - частоты импульсов £200 Гц -скважности импульсов С? - 3

7 Предложена физическая модель внешнего и внутреннего переноса электрической энергии в процессе замораживания мяса с использованием слабых электроимпульсных воздействий, а также предложена математическая модель стохастического резонанса электрических импульсов при замораживании мяса

8 Доказана экономическая эффективность и получены акты проведения промышленных испытаний и сдачи-приемки в эксплуатацию устройства интенсификации процесса замораживания мяса, а также акт передачи результатов НИР на ООО «РостАгроКомплекс»

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих

публикациях

1 Илюхин В В. Стохастический резонанс электрических импульсов в возбуждаемых бистабильных системах в процессах сушки, охлаждения и замораживания / В.В Илюхин, И.М Тамбовцев, С.С. Илюхина, С В Шишкин // Пища Экология Человек Материалы V Международной научно-технической конференции - М МГУПБ, 2003. - С. 215 2. Илюхин В.В Экологические аспекты использования коронного разряда в процессах переработки сельскохозяйственного сырья / В В Илюхин, М Я. Бурлев, С.С Илюхина, Н.В. Макаров, ИМ Тамбовцев, С В Шишкин // Повышение энергоэффективности техники и технологий в

перерабатывающих отраслях АПК 'Сборник научных трудов - М. • МГУПБ, 2004 - С 50-55.

3 Илюхин В В Экологические аспекты использования электрических разрядов в перерабатывающих отраслях АПК/ В В Илюхин, H В. Макаров, И M Тамбовцев, В В Персиянов, С В. Шишкин, С С. Илюхина, M Я Бурлев // Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК1 Сборник научных работ - M . МГУПБ, 2005. - С. 149-152

4. Илюхин В В Индустриальные радиопомехи от электрооборудования АПК/ В.В Илюхин, И.М Тамбовцев, СВ. Шишкин, С С. Илюхина, M Я Бурлев // Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК Сборник научных работ - M • МГУПБ, 2005 -С 137-141

5 Илюхин В В, Метрология при использовании коронного разряда / В.В Илюхин И М. Тамбовцев, С В Шишкин, M Я. Бурлев // Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК Сборник научных работ. - M : МГУПБ, 2005. - С. 153-157.

6 Илюхин В.В Физико-математическое моделирование стохастического резонанса под действием внешнего электромагнитного поля при замораживании биообъектов / В В Илюхин, С В. Шишкин, Д А Калошин // Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК: Сборник научных работ. - M : МГУПБ, 2005 - С 133-136.

7 Илюхин В В Измерение криоскопической температуры молока-сырья/ В В Илюхин ИМ Тамбовцев, С В Шишкин, M Я Бурлев, С С. Илюхина // Молочная промышленность -№12 -2005 -С 52-54

8 Илюхин В В Явление генерирования электрических импульсов при фазовых переходах / В В Илюхин, И М. Тамбовцев, С В. Шишкин, M Я Бурлев, С С Илюхина // Вестник международной академии холода - №4 -2005 - С 1517

9. Илюхин В В Метрология при термометрии процессов обработки мясных продуктов/ В В Илюхин, И М. Тамбовцев, C.B. Шишкин // Мясная индустрия -№1.-2006 -С.50-52.

Ю.Илюхин В В. Стохастический резонанс при замораживании мяса / В.В Илюхин, С В Шишкин//Вестник международной академии холода -№1 -2006 - С 41-42

11 Илюхин В В Интенсификация процесса замораживания мяса при атмосферном давлении и в вакууме с использованием электрофизических полей /В.В Илюхин, C.B. Шишкин // Вестник международной академии холода.-№1 -2007 -С.28-29

12 Илюхин В В. Способ измерения температуры веществ при фазовых переходах /В.В. Илюхин, И М. Тамбовцев, M Я Бурлев, С В. Шишкин, С С Илюхина Патент Российской Федерации на изобретение № 2300097 Заявители Илюхин, Тамбовцев, Бурлев, Шишкин, Илюхина Опубликовано Бюл. №15 27.05.2007

Отпечатано в типографии ООО "Франтера" ОГР № 1067746281514 от 15.02.2006г. Москва, Талалихина, 33 Тел. 677 - 0706

Подписано к печати 04.07 2007. Формат 60x84/16. Бумага "Офсетная №1" 80г/м2. Печать офсетная. Усл.печ.л. 1,44. Тираж 100. Заказ 212.

WWW.FRANTERA.RU