автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Исследование конвективного подвода тепла к колбасным изделиям и создание рациональной конструкции термоагрегата

УКРА'1'НСЬКИИ ДЕРЖАВНИИ УН1ВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГИЯ

УСАТЕНКО HIHA ФЕДОР1ВНА

J V, .ч

УДК 637.523.3:001.051523.601+536.601

ДОСЛ1ДЖЕННЯ КОНВЕКТИВНОГО П1ДВЕДЕННЯ ТЕПЛОТИ ДО КОВБАСНИХ ВИРОБ1В ТА СТВОРЕННЯ РАЦЮНАЛЬНО! КОНСТРУКЩУ ТЕРМОАГРЕГАТУ

05.18.12 - процеси та апарати харчових виробництв

Автореферат дисертац'м на здобутгя наукового ступеня кандидата техжчних наук

КиТв - 2000

Дисертац1ею е руколис

Роботу виконано в Технолопчному ¡нститул молока та м 'яса, м. КиТв

Науковий кер1вник - академж УкраУнськоТ академи аграрних наук,

доктор технЫних наук, професор вресько Георпй ОлексмовичДехнолопчний ¡нститут молока та м'яса, директор

Оф'щшш опоненти - доктор техн'нних наук, професор Мазуренко

Олександр Григорович, УкраТнський державний университет харчових технолопй, завщуючий кафедрою електротехнжи

- кандидат техжчних наук Савченко Олександр Аркадмович, Технолопчний ¡нститут молока та м'яса, завщуючий сектором сироробства

Провщна установа - Iнститут техжчнот теплоф1зики НацюнальноТ академи наук УкраТни, м. Кшв.

Захист дисертацн вщбудеться "<3-2 " "/Герезщ " 2000 року о// годин1 на засщанн! спец!ал1зованоТ вченоТ ради Д 26.058.02 УкраТнського Державного университету харчових технолопй за адресою: 01033, м. КиТв, вул. Володимирська, 68, /\-31f

3 дисертац1ею можна ознайомитися в б'|бл'ютец'| УДУХТ за адресою: 01033 м. КиТв, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розгслано " -¿нор^и*!12000 року.

Вчений секретар спец'шЬовано'Т вченоТ ради, кандидат техн'1чних наук ,

В.Л.Зав'ялов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнють теми. Процес термообробки е одн1ею ¡з основних операцж у виготовленм ковбасних вироб(в, яю здмснюються за рахунок використання методу конвективного пщведення теплоти.

Найважлшшими умовами проведения процесу е р1внозначнгсть та симетричшсть поведения теплоти до кожного ковбасного батону незалежно в!д його розташування в об'ем1 термокамери.

Створення термокамер з рацюнально упорядженим рухом як'юного робочого (димоповпряного) середовища, що забезпечило б ui умови, е оджею ¡з найактуальжших проблем, осюльки в1д виршення ii залежить надмнють отримання яюсного продукту, зниження витрат, пщвищення екопопчноУ безпеки виробництва.

Зв'зок роботи з науковими програмами , планами, темами. Вико-нана робота безпосередньо пов'язана з виконанням: науково-техжчно!' програми 1991-1995 p.p. УкраТнсько)' Академм аграрних наук "Фунда-ментальж дослщження"; науково-техннноУ програми 1996-2000 p.p. УкражськоУ Академ» аграрних наук " Переробка молока i м'яса" (наукове забезпечення розвитку м' ясноТ та молочноТ промисловосл); програми 03.ООО - Державного комитету з питань науки, техжки та промисловоТ полижи прюритетних направлень науково-техжчного процесу-"Виробництво, переробка та збереження альськогосподарсько') продукцй"; ДержавноТ програми Кабжету MiHicTpiB з розробки прюритетних вид1в обладнання для стьського господарства, харчовоТ та переробно'1 промисловосл: 1992-1996 p.p.

Мета роботи полягае у визначены законом¡рностей конвективного поведения теплоти до ковбасних вироб1в та створенж рацюнально! конструкци термоагрегату для i'x здмснення.

Задач1 роботи, виконання яких зумовило досягнення поставленное мети:

-розробити конструкц1ю експериментальноУ установки для здмснення процеав конвективного поведения теплоти до ковбасних виробщ;

-встановити взаемозв'язок м'ок геометричними параметрами виршальних елементю аеродинам1чноТ системи, характером руху робочого середовища, piBHOMipHicTK) та симетричнютю пщведення теплоти до кожного окремо взятого ковбасного батону;

-встановити залежнють мок параметрами рацюнально органпзованого процесу конвективного пщведення теплоти до ковбасних батожв;

-виявити можливють збереження у процеа експлуатацм теплотехжчних та аеродинам1чних характеристик теплообмЫнимв;

-дослщити параметри генерацм диму для термообробки м'ясних вироб1в з метою пщвищення еколопчноТ безпеки процесу;

-вивчити шляхи залучення до господарчого обороту вторинних енер-ropecypciB вщ термнних вщдтень ковбасних цех1в;

-провести експершентальну перевфку основних результата дослщжень у виробничих умовах;

-розробити та впровадити в виробництво термоагрегати для термообробки ковбасних вироб^в.

Наукова новизна одержаних результате полягае у тому, що: -вперше дослщжено взасмозв'язок мм геометричними параметрами елемент'в аеродинам'мно! мереж'| термокамер i характером руху робочого середовища навколо продукту;

-визначено характера геометричн!' параметри виршальних елеменлв, що забезпечують рюном1рнють та симетричнють пщведення те плоти у вантажному oö'eMi термокамер до кожного ковбасного батону;

-одержано критер1альне р1вняння для опису оргажзованого процесу конвективного теплообмшу;

-виявлено можливють стабильно!' пщтримки ефективност! теплотехннчних та аеродинам'.чних характеристик пристрою Harpiey у npoueci експлуатацм;

-одержано cnoci6 генерацн диму, який виключае ймов1рнгсть утворення пол'щиклмних вуглеводн'т типу 3,4-бензшрен. Науков1 положения, яю виносяться на захист: -методика проведения комплексних дослщжень процеав конвективного теплообмЫу в термоагрегатах - з урахуванням конструктивних та функцюнальних особливостей його складових частин;

-утворення впорядкованих потош робочого середовища, яю над-ходять до об'ему термокамери, за рахунок конструктивних особливостей складових елеменлв н аеродинам1чно'Г мереж1 взаемод!вю цих елементш та ор'|ентац1ею один вщносно одного ;

-р1внозначн1сть та симетричнють пщведення теплоти конвекцию до ковбасних батон ¡в установлюеться за певним сгпввщношенням основних та супутних потогав робочого середовища, яю формуються в приточних насадках.

Практична цшшсть роботи полягае в тому, що результати дисертацмноТ роботи дозволяють створити конкурентноспроможне термообладнання ново!' конструкци pi3H0T MicTKOCTi та функцюнальних можливостей.

На основ1 отриманих залежностей створено та впроваджено у виробництво термокамери: Я5-ФТМ, РЗ-ФАЗ-Т-12, Я5-ФТ2-Г, Я5-ФТО, Я5-ФТЗ-Г; димогенератор Я5-ФКЕ та ¡нш.

На Bei зразки обладнання розроблено, затверджено та зареестровано в УкрЦСМ TexHi4Hi умови, яю придаты для сертифжацп.

Сермне виробництво термообладнання налагоджено на Донецькому завод1 "Продмаш" i на Досл'щному механ'шному виробництв'| TIMM УААН. Всього виготовлено i реал!зовано 811 одиниць обладнання. Особистий внесок здобувача полягае у визначенж наукових завдань; розробц'1 методики та метод ¡в дослщжень; розробц! та виготовленн'| експериментально'1 установки; проведены анал1тичних та

експериментальних дослщжень, безпосередньо'! ywacri у створенж та впровадженн! у виробництво термокамер Я5-ФТМ, Я5-ФТО, Я5-ФТ2-Г, РЗ-ФАЗ-Т-12, Я5-ФТЗ-Г; димогенератора Я5-ФКЕ та ¡нш.

Апробащя дисертацшно'Г роботи. Ochobh'i результати роботи були предметом доповщей та обговорень на друпй Всесоюзна конференцм "Проблеми впливу тепловоТ обробки на харчову цжнють продукте харчування", м.Харюв. ХЮП, 11.1990р.; М1жнародн1й науково-техмчИй конференцм "Розробка та впровадження прогресивних ресурсо-збер'1гаючих технолопй та обладнання у харчову та переробну промисловють," м. КиТв, УДУХТ, 1995р.; виробничих нарадах-сем'жарах представниюв i спецгёлютш промислових тдприемств УкраУни, м.КиТв, Мшстьгосппрод,1997-1998р.р.; засщаннях Вчено!" ради TIMM УААН, м. КиТв, щор1чно з 1990-1998р.р. эозроблене обладнання експонувалось на м!жнародних спец|'ал|'зованих зиставках "1нпродхарчомаш / стьгосп", м.Ки'Ув, 1995-1998 p.p.

Публ1кацГ|. 3wiicr роботи вщображено в 29 друкованих роботах, в тому 1исл1 в 2 авторських свщоцтвах i 2 патентах УкраУни, 1 Поз. PiiueHHi.

Структура та обсяг роботи. Робота складаеться ¡з вступу, восьми )03fl'miB, висновюв та додатюв. Основний змгст, викпадений на 136 ctop'ih-ах машинописного тексту, вм)щуе: 46 рисунюв обсягом 26 сторЫок, 22 аблиц! -18 стор1нок, 14 стор1нок займае список використаних лтературних ,жерел з 149 найменувань, 21 додаток,розм|'щений на 29 сторжках.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

У встугп розглянуто стан проблеми; обгрунтовано наукову та прак-лчну актуальнгсть дисертацшно!' роботи, мету роботи i конкреты зав-ання, яи потр1бно виршити для ii здмснення; наведено об'екти дослщ-ень; показано наукову новизну результат^ та Тхню практичну цжнють.

У першому po3flini проанал1'зовано загальш характеристики проце-в термообробки ковбасних вироб1в та термообладнання, за допомогою ;ого здмснюеться конвективне пщведення теплоти до продукту.

Розглянуто основн1 переваги i недолжи р1зних конструкцж складових ютин термоагрегату:термокамер та димогенераторш.

У зв'язку з'| специфжою процеав термообробки ковбасних вироб'т та ункцюнальними особливостями складових частин термоагрегату облено висновок про доцшьнють створення рацюнальноТ конструкцГГ гчизняного термоагрегату для здмснення з його допомогою ефективних 'Оцес!в конвективного пщведення теплоти до ковбасних батоив.

У другому роздЫ описано методику та методи комплексних слщжень процеав конвективного пщведення теплоти до ковбасних po6iB i методи математично! обробки експериментальних даних.

Експерименти проводились за спец1альною методикою у спец1ально зробленм адекватна промисловим термокамерам установц'1.

Вимфювання тиску, швидкост1 середовища, його витрати здмсню-пися за допомогою диференцмного мжроманометру ММН-240(5)-1,0 з

комбшованим пневмометричним насадком. Швидкють та кож в^шрювали анемометрами: чашковим МС-13 та ручним ¡ндукцмним API-49.

Визначення температуря их параметр1в здмснювалося за допомогою: термопарного комплексу, який складаеться з 12 мщь-константанових термопар ¡з виведенням 'ix показниш на вторинний прилад А-565-002-01; хромель-алюмелевою термопарою з вторинним приладом Щ-4300.

Тепловий noTin на поверхш ковбас вим1рювався за допомогою датчиюв теплового потоку типу ППТ-1.

Виявлення полщишчних вуглеводнш здмснювалося спектрально-флуоресцентним методом за допомогою флуоресцентного спектрофотометра HITACI-850, ультраф'юлетового спектрофотометра SPD 6AV US-VIS рщинного хроматографа LG-6A SHIMADZU.

У третьому po3flini наведено аналаичне обгрунтування конструкцГ/ експериментальноТ установки. Розробка конструктивних ршень складових ii елемент1в виконувалась одночасно з анал1тичним дослщженням процейв конвективного поведения теплоти до ковбасних виро&в. Олтимальнють конструктивних ршень визначалася пор!вняльним анал1зом BapiaHTiB есюзноТ проробш, що проводилася одночасно з розрахунками аеродинам!чних onopiB. Для дослщження взаемозв'язку Mix геометрич-ними параметрами елементт та ф1зичними параметрами робочого сере-довища складов! елементи установки мали змжн'| геометричш розм1ри.

На рис.1 воображено схему одного з чотирьох одинакових модулей експериментальноТ установки. Компановка кожного модуля виконувалася за принципом вгсьсиметри: права сторона вщносно всмоктування вентилятора рециркуляцн за своею конструкц1ею являла собою дзеркальне вщображення л1во1. В их] д Hi отвори вентилятора рециркуляци 1 в установи'! невщривно зв'язаж повп-роводами рюностатичного тиску 2 з теп-лообмшиками 3 i конфузорними насадками 4. Верхня тв1рна повггроводу р!вностатичного тиску е рухомою. PyxoMi i боков1 тв'фы насадка 5, за допомогою яких регулювався кут стиснення насадка. Шибер 6 на внутршнш його TBipHiii призначений для розподшу витжаючого струменя на два потоки: основного i супутнього.

Для проведения випробувань вентилятора HanopHi повпроводи мають отвори з штуцерами 7.

В четвертому роздМ проводилися дослщження аеродинамжи робочого середовища в установи з урахуванням та в комплекс ¡з всебмним вивченням i розробкою притаманних ж ¡ндив1дуальних конструктивних ви-ршень, функцюнальних особливостей в'щносно конкретних умов термо-обробки.

Послщовно та цишчно встановлювалась роль кожного элементу аеродинамнноТ мереж1 в установи, вплив геометричних параметр1в цих елемент1в на характер руху робочого середовища в завантаженому об'емК Також з'ясовувались конструктивж особливост! виршальних елемент)в, ix взаемод1я та орюнтац1я вщносно один одного.

Однаков! за аеродиналмчними характеристиками компакт^ периферии'! потоки робочого середовища отриман! за допомогою спец1алько розробленого вентилятора двостороннього нагжтання з вертикальним розм|'щенням привщного валу (рис.2). Обриси стрального корпусу з двома вихщними отворами виконувались за правилом конструкторського квадрату за умови, що розкриття та довжина вихщного отвору дорвнювали натврозкриттю 1' гпвдовжин!' вихщного отвору звичайного стирального корпусу, а ширина корпусу вщповщала шириж звичайного корпусу.

Дослщжувалася стврозлфнгсть повних 1 динап/ичних тисшв потоюв у р1вновеликих та р!вновщдалених вщ робочого колеса переев дтянок напорних пов1тровод|'в (табл.1) Анал!з зам1'р|'в тиску, розвинутого вентилятором, показав, що нер1внозначн1'сть величин тиску в отворах вентилятора склала лише 0,01%.

Таблица 1 -

Результат залфю тиску, розвинутого вентилятором

, Наймену-вання Тиск у л!вому вих'щному отвори Па Тиск у правому вихщному отвори Па

т. замгр1в Повний, Рп Динам|'чний, Рд Повний, Рп ДинамЫний, Рд

1 372 319 372 319

2 321 292 321 292

3 372 319 371 318

4 372 319 371 318

5 321 292 321 292

6 310 266 310 266

7 372 319 372 319

8 321 292 321 292

9 310 266 310 266

10 321 292 321 292

11 321 292 321 292

12 310 266 310 266

Середне значения 340 301 339,8 300,8

Для розосередження робочого середовища по довжиж установки осадка) використано елементи аеродинал/мчноТ мереж!, як! функцюналь-о доповнюють один одного (рис.3): пов1троводи р1вностатичного тиску 1,5 з ухомими верхжми тв1рними 2,6; 61металевий теплообмжник 3, який кр1м воеУ безпосередньо'! функцн - нагр'юу середовища - виконував ще й роль ипрямляючоТ реолтки; конфузорний насадок 4.

При величин! площ1 "живого" перер1зу теплообмжника для проходу эбочого середовища Ржп=0,095 ±0,005 м2, р1внозначнють швидюсних зраметр1в плоскопаралельних струменш середовища по довжин! насадка

Рис. 1 - Схема модуля экспериментально! установки

двосгороннього нагжтання

середовища по довжиж насадку

забезпечено величиною безрозлфного вщношення шцево; площ! повггроводу р1вностатичного гиску до початковоТ

F=Fk/FH=0,20 (1)

У npoqeci дослщжень виявлено вплив геометри насадка, що формуе полк робочого середовища, та геометри простору, який приймае цей полк, на характер руху робочого середовища в установи (рис. 4).

Оптимальний (найбшьш упорядкований) полк формуе насадок, який мае кут звуження 18±1°при значены! величини ступеня свобод и потоку

VFn/cU9±1 (2)

Встановлено взаемозв'язск м!ж юнетикою потоюв робочого середовища, що вилкае з насадок V, та кжетикою зворотних потоюв, яю омивають продукт, що проходить обробку. Аеродинам1ка зворотнього потоку утворюеться дтенням потоюв, що вилкають в об'ем установки з кожного конфузорного насадка, на основж V 0 та cynyTHi V '0 в пропорцп, яка визначаеться коефщ1снторл^розпрд1лу потоив:

Кп= г^г; <3)

В п'ятому po3flini наведено наслщки дослщжень ефективносл пщведення теплоти конвекц1ею до ковбасних батоню в залежносл вщ аеродинамжи робочого середовища в повн'ютю завантаженм установи, яка була змонтована на МПЗ м. Ялти. Процесн! умови: температура робочого середовища на вход! в установку Тс=92±1°С, вщносна волопсть ф=15±2%, швидюсть wx=4m/c- mi« батонами в самому вузькому Miaji, ступжь свободи потоюв V Fn / d3KB=9 +1. Початкова температура центру батону fliaметром бб=0,095м з однаковими теплоф1зичними характеристиками дор|внювала величин! {Ц=12°С. Тривалють процесу HarpiBy склала т=4,43-103с

Ршнозначнють пщведення теплоти визиачалась одночэсним дослщ-женням змжи температурних noniß ковбасних батоню, розташованих у характерних м1сцях установки (рис.4), в залежносл вщ шввщношення основних та супутних потоюв робочого середовища.

Змжнють коефщгёнта розподту потоюв була К п=0^33 (рис 5).

Найбшьш оптимальн'1 показники р'шнозначносл отримаж при Кп=14 (крива Ь), що вщповщае с^ввщношенню основних та супутних потоюв 7:1.

Нер'шнозначн'ють температур центру ковбасних батожв по вантажному обсягу склала 2°С.

Симетричнють пщведення теплоти в процеа по периметру батона в'щображено на рис.6. Зм1ни температури робочого середовища характеризуе крива 5. Змши температури приповерхневого шару (на глибиж 5 мм) в М1сцях pi3H0waHiTH0i ди робочого середовища характеризуют крив!: 2 - максимально! швидкосл; 3 - лобового удару; 4 -

турбулентности

Несиметричнгсть пщведення теплоти до ковбасного батону при эптимальжй оргаызацн руху робочого середовища склала 5,5%.

Рис. 4 - Траекгор'ш руху робочого середовища

обжарки вщ коефщ^снту пропорц!йност1 розподту ПОТОК1В робочого середовища

Ефективнють процесу визначалась темпом пщвищення температури центру ковбасного батону, який дортнюе 7,0-102 град/с (крива 1), що на 3% вище даних вщповщних техтчних джерел.

Проведено дошдження процесу конвективного теплообмжу в установи з метою анал'1Тичного його опису. Для цього виконано сптьне визначення температурного поля у ковбасному батож, та температурних i швидшсних полю у робочому середовтф. Результати були оброблеж в критер1ях подюносп. Як характерний розмф було взято д1аметр ковбасного батону. Зм1ннють швидкгсних параметра у д|'апазон1 wx=1,9-f5,04 м/с здмснювалася зм1ною: продуктивное^ вентилятор^ рециркуляци та "живого" nepepi3y рам з продуктом.

На рис. 7 приведено графнчне зображення процесу конвективного теплообмжу в систем! координат (lg Re- IgNu). Критерм Pr = idem.

Для анал1тичного описания процесу конвективного теплообмжу в /становц1 отримано критер1альне рвняння:

Nu=0,17Re°'65 (5)

Достов)рн1сть отриманого р1вняння пщтверджено дослщженнями конвективного теплообмму в процесах тдеушування та обжарки, прове-^еними в промисловому зразку термокамери Я5-ФТЗ-Г на м'ясокомбжал м. <овеля, за допомогою датчимв ППТ-1( рис.8).

У шостому роздш1 наведено нашдш дослщжень з пщтримки ефек--ивност1 теплотехн!чних i аеродинам'мних характеристик калорифер1В в фоцеа експлуатацп за рахунок використання пасивносп до компоненп'в \иму б!металевоТ поверхж, утвореноТ литтям алюм1Н1ю на сталев! труби.

У сьомому роздт! з'ясовано шляхи пщвищення еколоп'чноТ безпеки (авколишнього середовища та ковбасних виробю:

-генерацию диму у температурному д1апазож 450ч-500°С, що виключае iMOBipHicTb утворення небезпечних полщишчних вуглеводжв типу 3,4-¡ензшрен;

-проведениям процесу термообробки у "замкнутому" контур! (рис. 9), цо дае змогу також заощадити до 70 кг пари, яка традиц|'йно втрачаеться !ри пщтриманж вологосл робочого середовища у процесах тдеушування а обжарки при отриманж кожноТ тонни ковбаси.

У восьмому роздш1 наведено результати практично'! реап!заци про-еденоТ роботи: для здмснення ефективних процеав конвективного тепло-бмжу було створено нов! конструкцм рацюнальних термоагрегалв. nopiB-яльж з аналогами i'x техжчы характеристики воображено в табл. 2- 6.

Таблиця 2.

Is п/п Найменування показниюв Од.вим1ру РЗ-ФАЗТ-12 РЗ-ФАТ-12

MiCTKiCTb кг 1160 1160

Установлена потужнють Вт 8,8-103 15,ОЮ3

Витрати пари кг/с 4,4-102 5,6-10"2

Нетвнозначжсть обробки 2 15 1

пщсушування та обжарки: 1- центру ковбасного батону, 2,3,4 - поверхж батону, 5 - робочого середовища

«Вт/м2К 20 0

,М:,град 80

60

40

20

0

Я Вт/м2 800

400

0

• • • • * < •

• • • * *

\ V -- --- — — —

\

—у

ч,

N • ч. • \

" * !—Г

6 12 18 24 30 36 42 т 10 с

Рис. 8 - Теплов1 характеристики процеав пщсушування та обжарки в промисловому зразку термоагрегату

ВХ(Д води

димогенератор

Рис. 9 - Схема роботи термоагрегату у "замкнутому" контур'1

Таблиця 3.

Ыэ п/п Найменування показникш Од.вим1'ру Я5-ФТЗ-Г Маигег

1 МЮТЮСТЬ кг 1160 1160

2 Установлена потужнють Вт 8,8-Ю3 10.8-103

3 Витрати пари кг/с 4,4-Ю'2 5,0-10 2

4 Нерюнозначжсть обробки 2 4

Таблиця 4.

№ п/п Найменування показниюв Од.вим1'ру Я5-ФТМ №адета

1 Мютасть кг 500 500

2 Установлена потужнють Вт 6,0-103 6,7-Ю3

3 Витрати пари кг/с 1,9-10 2 2,6-10"2

4 Нерюнозначжсть обробки ис 2 2

Таблиця 5.

№ п/п Найменування показниюв Од.вим1ру Я5-ФКЕ Маигег

1 Продуктивнють кг 500 500

2 Установлена потужнють Вт 2,0-Ю3 2,76-103

3 Витрати тирси кг/с 3,3-10"2 3,3-10"2

4 Маса кг 350 350

Таблиця 6.

№ п/п Найменування показниюв Од.вим1ру Я5-ФТ2-Г Аегота!

1 Мгсткють кг 2035 2035

2 Установлена потужнють Вт 40,1-Ю3 42,0-103

3 Витрати пари кг/с 0,13 0,17

4 Нер1внозначнють обробки иС 2 4

висновки

1.Розроблено методику проведения комплексних дослщжень впливу конструктивних особливостей функцгонально - р1знопланових робочих орган1'в термоагрегатт на ефективнють процес'1В конвективного теплообм'шу, яю здмснюються в цих термоагрегатах.

2. Для дослщження взаемозв'язку м1ж геометричними параметрами елеметтв аеродинам'мноТ мере>ю термокамер та ф1зичними параметрами робочого середовища, створено спец!альну, адекватну промисловим термокамерам, експериментальну установку з1 змшними геометричними розмфами складових и елеменлв.

3 Встановлено вплив ¡ндивщуальних конструктивних особливостей елементю аеродинам^чноТ мереж! термокамери, Тх взаемоди та ор1ентаци

вщносно один одного на утворення впорядкованих рацюнальних потоке робочого середовища, що надходять до ÍT об'ему.

4.В умовах рециркуляцн встановлено вплив ступеня свободи впорядкованих потошв, яю надходять до термокамери з вихщних насадок, на кжетику зворотних потокт у завантаженому íT o6'cm¡.

5. Встановлено, що рацюнальний процес, який зумовлюе р1внознач-нють та симетричнють поведения теплоти конвекц1ею до ковбасних бато-híb, здмснюеться розподтом робочого середовища в приточних насадках на ochobhí та супуш потоки.

б.Одержано емп1ричну залежнють у критер1альн1й форм1 для опису рацюнально оргажзованого процесу конвективного теплообмЫу.

7.Виявлено можливють пщтримки ефективност1 теплотехжчних i аеродинамчних характеристик пристроТв нагр1ву в процеа експлуатацм.

8.3'ясовано шляхи пщвищення еколопчноТ безпеки довюлля та ковбасних виробш пщ час проведения процеав копчення.

Э.Виявлено споаб залучення до господарчого обороту вторинних енергоресурав В1д терлйчних вщд'тень ковбасних цехш.

Ю.Проведено експериментальну перев1рку основних результате дослщжень у виробничих умовах.

11.3а результатами роботи створено та впроваджено у виробництво ефективне конкурентноспроможне термообладнання нових конструкций:

1."Установка РЗ-ФАЗ-Т-12" Техн"1чн'| умови ТУ 10.16 УССР 63 - 89

2."Термокамера Я5-ФТ2-Г' TexH¡4Hi умови ТУ 10-02-07-0063-89

3.'Термокамера Я5- ФТМ" Техжчж умовиТУ 10-02-07-0094-90

4."Термокамера Я5- ФТЗ-Г" Техжчж умови ТУ У 46.38.Г0.045-95

5."Димогенератор Я5-ФКЕ" TexH¡4h¡ умови ТУ У 46.38.ГО. 046-95 Новизну роботи пщтверджено i захищено: авторськими свщоцтвами № 1423088, №1630751; патентами УкраТни№8105, №9759А; позитивним ршенням №98010467.

За 3míctom дисертацп опубл1ковано таю ochobhí роботи: 1 Усатенко Н.Ф., Андреева Л.Д., Корж'енко M.I.., Декуша Л.В. 1нтенсивне охолодження варених ковбас//Харчова i переробна промисловгсть,-1992.-№ 10,- С.17-18.

2.Усатенко Н.Ф., Ересько Г.А., Андреева Л.Д., Корниенко Н.И. Термообработка колбасных изделий в условиях рециркуляции аэродинамических потоков//Мясная промышленность,-М.: 1995,- №3,- С.28-29.

3.Усатенко Н.Ф., ересько Г.О., Андреева Л.Д., Корженко M.I. Способи ор-н(зацп оптимального повпророзподту у замкнутому o6'cmí // Вгсник аг-рарно'1 науки,- К.1995,- №9,- С. 103-106.

4. Усатенко Н.Ф., Ересько Г.А., Корниенко Н.И., Андреева Л.Д.Генерация экологически безопасного дыма из опилок // Мясная индустрия.-1998.-№2,- С.30-31.

5.Усатенко Н.Ф., Корниенко Н.И., Андреева Л.Д., Лавриненко Л.Н. Предлагаем камеру для созревания колбас И Мясная индустрия.-

] '!-

1998-№1.-0.87-38.

6. Усатенко Н.Ф., Андреева Л.Д., Корниенко M.I. Теплова обробка ковбасних виробш // Харчова i переробна промисловють.-1992 - №10.-С.24- 25.

7.А.с.№1423088 СССР, МКИ А 23В 4/06. Устройство для термической обработки колбасных изделий / Усатенко Н.Ф., Ильинский Д.Н., Андреева Л.Д., Корниенко Н.И., Бабанов Г.К.,. Духненко Н.П., Дробышев A.C. - №3910320/3а-13; 3аявл.13.06.85;

Опублик. 15.09.88,- Бюл.№ 34 -Зс.

8 A.c. №1630751, МКИ А 23 В 4/03; А 23 С 11/00 . Способ термической обработки пищевых продуктов и устройство для его осуществления/ Усатенко Н.Ф., Тимощук И.И., Андреева Л.Д., Корниенко Н.И., Бондарь В.И. №4686185; Заявл.17.05.89; Опубл. 1991,- Бюл. №8.

9.Пат. 8105 УкраУна, МЮ А 23 В 4/03,А 22 С 11/00. Cnociö терм'мноТ обробки харчових продукте та обладнання для його здмснення / Усатенко Н.Ф., Тимощук I.I.,Андреева Л.Д., Корн'юнко M.I., Бондарь B.I. № 4686185; Заявл.17.05.89; Опубл . 26.12.95,- Бюл.№4.

Ю.Патент 9759 А Украша, МК) А 23 В4 / 04 Cnociö приготування диму та пристрж для його здмснення I Усатенко Н.Ф., Андреева Л.Д., Корн'1енкоШ.№95094095; Заявл. 11.09.95; Опубл. З0.09.96.-Бюл. N 3.

11. Ршення про видачу патенту МПК 6 А 23 В 4 /044. Пристрм для терм'|ЧноТ обробки та копчення ковбасних виробщ /Усатенко Н.Ф., Сресько Г.О.,Андреева Л.Д., Коршенко M.I. №98010467; Заявл. 8.01.98; прийнято 29.09.98.

12. Усатенко Н.Ф., Андреева Л.Д., Гермер М.Г., Тимощук И.И. Тепловое оборудование, улучшающее качество колбасных изделий II Всесоюз. конф." Проблемы влияния тепловой обработки на пищевую ценность продуктов питания",- Харьков: ХИОП.-11/90.-2с.

13.Усатенко Н.Ф., Старчевой О.М., Андреева Л.Д, Корженко M.I. Дослдження процеав тепломассообмЫу при термообробц1 ковбасних вироб!в. //ВсеукраТн. наук.тех. конф. "Розробка та впровадження прогресивних технолопй та обладнання у харчову та лереробну промисловгсть" Кшв: УДУХП,-1995.- С.68.

14. Усатенко Н.Ф., Сресько Г.О., Андреева Л.Д., Корнюнко M.I. Оптим1-зац!я повкророзподту в камерах термообробки. //ВсеукраУн. наук.тех. конф. Розробка та впровадження прогресивних технолопй та обладнання у харчову та переробну промисловють. КиУв: УДУХП-10.95-С.76

15.Усатенко Н.Ф., Корниенко Н.И., Андреева Л.Д. Использование вторичных энергетических ресурсов термических отделений колбасных цехов //УААН ТИММ "М'ясо та молоко: Мясная промышленность". Информс.- К.: 1997.- Выпуск 3.- С.3-4.

16.Усатенко Н.Ф., Корниенко Н.И., Андреева Л.Д. Модернизация системы воздухораспределения термокамеры //УААН ТИММ " М'ясо та молоко. Мясная промышленность". Информс.- К : 1997,- Выпуск 3,- С. 4-5.

17.Усатенко Н.Ф., Корниенко Н.И., Андреева Л.Д. Калориферы для

термокамер //УМН ТИММ. М'ясо та молоко: Мясная промышленность". Информс- К.: 1997,-Выпуск 6,-С. 1.

18.Усатенко Н.Ф., Корниенко Н.И., Андреева Л.Д. Аэродинамический узел для модернизированных термокамер //УААН ТИММ. " М'ясо та молоко: Мясная промышленность". Информс,- К.: 1997.- Выпуск 6,- С.2.

19.Усатенко Н.Ф. Оптимизация тепломассообменных процессов термической обработки мясопродуктов для разработки энергосберегающих технологий и термооборудования. //Министерство по делам науки и техники. КиевЦНТЭИ. Информл. №077-96,- К.:1996.-2с.

'О.Усатенко Н.Ф., Андреева Л.Д., Корженко М.1., Тюрин А.Д. Димогенератор для копчення харчових продукт // УААН, Наук.шф. бюл. " Аграрна наука-виробництву".-К.: 1998.-№2.97,- С.28.

АНОТАЦ1Я

Усатенко Н.Ф. Дошдження конвективного пщведення теплоти до :овбасних вироб1в I створення рацюнальноГ конструкцн термоагрегату.-3укопис

Дисертацю на здобуття наукового ступени кандидата техн'шних наук ¡а спец1альнютю 05.18.12 - процеси та апарати харчових виробництв, 'краТнський державний умверситет харчових технолопй, КиТ'в, 1999.

Дисертацто присвячено проблем! т'двищення ефективност! процеав онвективного теплообмжу, яю здШснюються в термоагрегатах пщ час ¡иробництва ковбасних вироб!в. Вивчено вплив конструктивних юобливостей робочих оргажв термоагрегату на яюсть \ аеродинам1ку юбочого середовиьца у його об'емк Встановлено, що для ефективного роцесу термообробки характера ршнозначнють та симетричнють ¡дведення теплоти до ковбасних вироб1в. В умовах рециркуляци Ц! оказники здмснюються розподтом потоюв робочого середовища, якё адходить до об'ему термокамери , на основы та супут. Для опису роцесу, що забезпечуе яюсть продукту на етагп термообробки, отримано ритер1альне р1вняння. 3 використанням отриманих залежностей творено рацюнально! конструкцп термоагрегати р1зноТ мюткосл та эункцюнальних можливостей, за допомогою яких здмснюються фективж процеси пщведення теплоти до ковбасних вироб1в , яю збезпечують якють продукту, еколопчну безпеку довкшля, економ1ю нергоресурав та зниження трудозатрат.

Ключов1 слова: конвективний теплообмЫ, термоагрегат, аеродинамн а, процес, рециркуляц1я, робоче середовище, ковбасш вироби.

АННОТАЦИЯ

Усатенко Н.Ф. Исследование конвективного подвода тепла к колбас-ым изделиям и создание рациональной конструкции термоагрегата -укопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических аук по специальности 05.18. 12 - процессы и аппараты пищевых произ-

водств, Украинский государственный университет пищевых технологий. Киев, 1999.

Диссертация посвящена проблеме создания рациональной конструкции отечественного термоагрегата для организации с его помощью эффективных процессов конвективного теплообмена, гарантирующих качество мясных продуктов на этапе термообработки.

До настоящего времени процессы конвективного теплообмена, проводимые при производстве колбасных изделий в термоагрегатах, с технико-физической точки зрения не рассматривались. Не изучалось влияние конструктивных особенностей рабочих органов термоагрегата на характер течения теплообменных процессов. Поэтому, как правило, в существующем отечественном термооборудовании наблюдается неравномерность нагрева колбасных батонов, размещенных в грузовом объеме термокамер, достигающая 15°С. Это явление сопровождается удлинением процесса термообработки для планомерной доводки до состояния кулинарной готовности продукта, расположенного в местах с менее эффективными условиями подвода тепла. При этом ухудшается качество обрабатываемых мясопродуктов, связанное с вынужденным нарушением условий проведения процесса, а также увеличиваются затраты труда и энергии на проведение необходимых дополнительных операций.

С целью устранения этих негативных явлений, а также обеспечения экологической безопасности процессов термообработки, связанных с использованием дыма, разработана методика проведения комплексных исследований по определению взаимосвязи между конструкцией основных элементов, входящих в состав термоагрегата и проводимыми с их помощью процессами конвективного подвода тепла к колбасным изделиям. Для этого созданы адекватные промышленным экспериментальные образцы установки (термокамеры) и дымогенератора, основные элементы которых с целью изучения их влияния на аэродинамику и химический состав рабочей среды имели изменяемые геометрические параметры.

При решении задач конвективного теплообмена в 12 характерных точках грузового объема установки одновременно исследовались температурные и скоростные поля рабочей среды и температурные поля в колбасных батонах.

Оптимальность конструкции установки определялась идентичностью значений температуры центра колбасных батонов в исследуемых точках при минимальном аэродинамическом сопротивлении составляющих ее элементов.

Установлено, что равнозначность и симметричность - условия характеризующие эффективность процесса конвективного подвода тепла к колбасным изделиям - взаимосвязаны со степенью свободы V Рп / <ЗЭКв истекающих в установку потоков рабочей среды V и их разделением на

(оде в грузовой объем на основные V 0 и супутные V '0 потоки, ределяемые коэффициентом пропорциональности

к,=

V - v0

Техническая реализация этих условий осуществлена пользованием строго ориентированных и дополняющих друг друга юментов аэродинамической сети установки: специально сработанных вентиляторов со спиральным корпусом двустороннего 1гнетания; воздуховодов равностатического давления с величиной ззразмерного отношения площадей р = Рк / Рн= 0,20; оребренных шеталлических калориферов, пассивных к компонентам дыма, >1полняющих кроме своей непосредственной функции - нагрева $бочей среды еще и функцию спрямляющих решеток с "живым" ¡чением для прохода рабочей среды 5ж.с-=0,095 ±0,005 м2, которые юсобствовали равномерности рассредоточения потоков по длине тановки; конфузорных выходных насадок с регулируемой площадью иходных сечений, обеспечивающих деление потоков на составляющие.

Для описания эффективного процесса конвективного теплообмена, 5еспечивающего качество продукта на этапе термообработки, получено ширическое уравнение в критериальной форме.

N11 = 0,17 Яе 0 65

С применением полученных зависимостей создана рациональная нструкция термоагрегата. В грузовом объеме входящей в его состав рмокамеры осуществлен равнозначный по физическим параметрам и 1мметричный по периметру батона подвод рабочей среды к колбасным ¡делиям, обеспечивающий повышение эффективности процесса на 3% сравнении с соответствующими техническими источниками и рантирующий качество продукта на этапе термообработки. Конструкция имогенератора, составляющего термоагрегат, при копчении чсопродуктов позволяет осуществлять процесс генерации дыма с сутствием в его составе чрезвычайно опасных для здоровья ггребителя, вызывающих рост раковых клеток, полициклических певодородов типа 3,4-бензпирен. Разработаны способ и устройства, 13воляющие проводить процессы термообработки мясопродуктов в амкнутом" контуре, что предотвращает выбросы отработанной >1мовоздушной рабочей среды с температурой не менее 80°С в мосферу. Это обеспечивает не только экологическую безопасность ружающей среды, но и экономию до 25% расходуемого на проведение юцесса тепла. Применение при конструировании калориферов эфективних биметаллических поверхностей, пассивных к компонентам >1ма, и имеющих благодаря этому неизменные в процессе эксплуатации плотехнические и аэродинамические характеристики, привело к ижению их металлоемкости на 60%, а также к уменьшению

трудозатрат на техническое обслуживание, связанное с их очисткой от загрязнений.

Промышленное внедрение термоагрегатов новой конструкции и функционального назначения вместимостью от 200 до 2035 кг. составило 811 единиц.

Ключевые слова: конвективный теплообмен, термоагрегат, аэродина -мика, процесс, рабочая среда, колбасные изделия.

ANNOTATION

Usatenko N.F. Study of Heat Supply to Sausage Products and Creation of Rational Design of Thermounit. Manuscript.

Thesis for a Candidate of Sciences Degree (Technics), speciality 05.18.12 -Processes and Apparatus for Food Production, Ukrainian State University of Food Technologies, Kiev, 1999.

The thesis is devoted to the problem of raising the efficiency of heat transfer processes carried out in thermounits for manufacturing of sausage products. The quality and aerodynamics of the operating atmosphere within the thermounit influenced by the design features of its working bodies have been studied. It has been determined, that equivalence and symmetry of heat supply to the sausage products are characteristic for an effective heat treatment process. During recirculation these conditions are carried out by means of distributing the operating atmosphere supplied into the thermochamber into flows - main and attendant ones. The criteria form equation has been obtained to describe the process insuring the high quality of the product during its heat treatment. With the use of dependencies obtained the rational designs of thermounits of different capacities and functions have been made to fulfill the effective heat supply to sausage products, thus ensuring the quality products, environmental safety, energy saving and labor input lowering. Key words: convective heat transfer, thermounit, aerodynamics, process, recirculation, operating atmosphere, sausage products.