автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.13, диссертация на тему:Исследование технологических процессов СО2-детартарации виноградного сока и виноматериалов в поле центробежных сил

На правах рукописи

Р Г 5 ОД

1 6 МАО мог»

' и 1 '¡1а Ьл)

ОСИПОВА НАТАЛЬЯ ИВАНОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С02-ДЕТАРТРАЦИИ ВИНОГРАДНОГО СОКА И ВИНОМАТЕРИАЛОВ В ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

Специальность: 05.18.13 - технология консервирования

пищевых продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1998

На правах рукописи

ОСИПОВА НАТАЛЬЯ ИВАНОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С02-ДЕТАРТРАШИ ВИНОГРАДНОГО СОКА И ВИНОМАТЕ РИАЛОВ В ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

Специальность: 05.18.13 - технология консервирования

пищевых продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1998

Работа выполнена в Российском заочном институте текстильной и легкой промышленности и во Всероссийском научно-исследовательском институте консервной и овощесушиль-ной промышленности.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор П.А.Горшенин

Научный консультант - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник О.И.Квасенков

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В.П.Малина

Ведущая организация: Комбинат переработки плодов и

овощей АОЗТ Агрофирмы «Солнечная» г.Краснодар

на заседании диссертационного совета К.063.45.04 при Московском государственном заочном институте пищевой промышленности по адресу: 109803, Москва, ул.Талалихина, д.31, ауд.36.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Т.А.Васильева

Защита

1998г. в ^У

часов

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГЗИПП.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Р.И.Тер-Минасян

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема производства продуктов литания, обладающих высокой пищевой ценностью и стабильностью при их хранении с использованием эффективных матертало- и энергосберегающих технолопш н оборудования, является в настоящее время одной из важнейших.

В полной мере это относится н к консервированным пищевым продуктам из плодов и ягод, в частности к сокам, кулажам и пиломатериалам, потребление которых во всем мире растет: они обладают приятными органолептнчесюши свойствами, высоким содержанием витаминов, микроэлементов и других полезных для здоровья компонентов.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что существующая технология и оборудование по переработке виноградного сока до сих пор не гарантируют получение готовой продукции высокого качества стабильной в течение необходимого срока хранения.

Учитывая то обстоятельство, что процесс кристаллизации протекает в две независящие одна от другой стадии: первая - образование зародышей кристаллизадаи, втораа - рост кристаллов, в последнее время особый интерес вызывает идея ускоренного выпадения кристаллов винного камня из виноградного сока путем внесения в него в качестве центров кристаллизации диоксида углерода.

Кристаллы диоксида зтлерода, внесенного в сок в твердом или жидком виде, выполняют роль затравки.

Впервые идея использования С02 для детартрацни соков и виноматерналсв была предложена и разработана во Всероссийском иаучно-нсследовательском институте консервной и овощесушильной промышленности (ВНИИКОП).

Поскольку при С02-детзртращш происходят тепло- и массообменные процессы, то особое внимание должно быть сосредоточено на интенсификации этих процессов. В настоящее время высокую практическую значимость приобрели разработки Российского заочного института текстильной и легкой промышленности (РосЗИТЛП) в области тепломассо-обменных аппаратов с вращающимся бзрботажным слоем, позволяющие эффективно разделять среды после их контакта и обеспечивающие максимальные значения приведенных коэффициентов тепло- и массообмена.

Настоящая работа была поевпдена исследованию процессов и разработке технологий и оборудования, реализующих сочетание указанных методов.

Основные научные исследования диссертации выполнены в соответствии с государственными программами: «Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК», «Предприятие-2000», координационным планом Россельхозакадемии «Научное обеспечение отраслей АПК»

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы явилось исследование процессов и разработка технологий и аппаратов с вращающимся барботажным слоем и реализация с их помощью промышленных процессов С02-детартрации виноградных соко- и виноматериалов для консервной и винодельческой отраслей пищевой промышленности.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

-экспериментальное исследование процессов СОг-детартрации в поле центробежных сил в случае свободного и стесненного образования пузырьков;

-создание математической модели движения капель виноградного сока в поле центробежных сил дня определения брызгоуноса;

- разработка технологий и конструкций аппаратов для детартращш виноградного сока и виноматериалов в поле центробежных сил и внедрение их в промышленность;

- исследование потерь сока в результате брызгоуноса в процессе детартрации;

- исследование изменений физико-химических показателей и состава виноградного сока в процессе детартрации в поле центробежных сил.

Научная новизна. Описаны основные закономерности процессов тепло- и массообмс-на при детартрации соко- и виноматериалов в поле центробежных сил (j/g = от 20 до 600), а также при течении закрученного двухфазного потока (COi - капли виноградного coica, образующиеся при барботаже в поле цешробежных сил).

Впервые были получены следующие результаты:

- экспериментально получены данные отрывного диаметра пузырька С02 в поле центробежных сил для системы С02 - виноградный сок в случае свободного и стесненного образования пузырьков.

- экспериментально получены зависимости интенсификации процесса детартрации от высоты слоя виноградного сока и величины центростремительного ускорения (j/g от 20 до 600);

- предложена математическая модель движения капель виноградного сока в поле центробежных сил для определения брызгоуноса в процессе детартрации;

- данные изменения состава сока после обработки;

- доказана возможность детартрации виноградного сока и виноматериалов в непрерывном потоке с использованием барботажа в поле центробежных сил.

Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований:

- разработаны конструкции высокоэффективных аппаратов для СО2- детартрацин в поле центробежных сил.

- при непосредственном участии автора разработана технология и изготовлен СОг -дстартратор, внедренные в промышленность.

Апробация работа. Основные результаты работы докладывались на:

- Международной научной конференции «Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности» (Краснодар, 1994);

- Международной конференции «Научно-технический прогресс в перерабатывающих отрасли АПК» (Московская обл., 1995);

- А4еждународной научно-практической конференции «Научные основы высоких технологий и техники использования диоксида углерода в пищевой промышленности» (Краснодар, 1995);

- IV Международном симпозиуме «Экология человека: пищевые технологии и продукты» (Видное, 1995)

Публикация результатов исследований. Основные научные положения диссертации опубликованы в 9 научных работах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений, включает 2Г страниц машинописного текста, 35 рисунков и 8 таблиц.

Содержание работы

Введение включает обоснование актуальности проведения исследований по решению сформулированной проблемы. Определены цели работы и программа исследований. Раскрыты научная новизна и практическая значимость работы

В первой главе изучено влияние основных компонаггов винограда на состав и стабильность виноградного сока и киноматериалов, их пищевая, биологическая и лечебно-профилактическая ценность. Дана физико-химическая характеристика таргратов и показала их роль в кристаллических помутнениях виноградного сока.

Изучена, проанализирована и систематизирована научно-техническая и патентная информация по вопросам детартрацин и стабилизации виноградного сока и внноматериалов от кристаллических помутнений. Основной вклад в создание и развитие научных основ дстар-

фации виноградных соков и вин «несли работы Флауменбаума Б.Л., Хохлова В.Ф., Назарова А.И., Раздорских А.С., Гореньковой А.Н., Хомич Г.А., Окафора И.Г.

При анализе работ этих и рада других авторов установлено, что несмотря на разнообразие методов дстартрации и стабилизации виноградного сока и виноматернзлов от кристаллических помутнений проблема поиска новых - более интенсивных и менее энергоемких путей решения данной проблемы, остается актуальной и наиболее перспективным является направление, связанное с использованием диоксида углерода.

Вторая глава содержит подробное описание выбранных объектов, методов и средств исследования.

Приведено описание экспериментальных установок для исследования детартрзщш в иоле центробежных сил для свободного и стесненного образования пузырьков.

Были проведены исследования по определению отрывного диаметра пузырька газа СОг от изменения его расхода для процессов детартращш виноградного сока {вина)в поле центробежных сил, 'гго необходимо дяя расчетов и проектирования аппаратов СОг - детар-трации в поле центробежных сия. Для этого проводились экспериментальные исследования на экспериментальной модельной установке для исследования свободного образования пузырьков во вращающемся слое жидкости, которая выполнена в виде вращающейся на полом валу цилиндрической камеры с прозрачными торцевыми стенками (рис.1).

Полость камеры заполняется виноградным соком, который при вращении камеры распределяется по ее внутренней поверхности равномерно кольцевым слоем. Газ СОг подается с помощью двух форсунок, расположенных диаметрально противоположно по периметру камеры. Газ проходит в виде пузырьков через слой виноградного сока и удаляется из камеры через полый вал.

Результаты экспериментальных исследований нашли свое отражение на рисунке 2, на котором показана зависимость отрывного диаметра пузырьков СО; от его расхода.

Анализ указанной графической зависимости показал, что размера отрывного диаметра пузырька не превышают 5 мм.

Экспериментальные исследования стесненного образования пузырьков СО; проводились на экспериментальной модельной установке, которая включает вращающуюся камеру, системы измерения расходов газа и жидкости и электрическую систему питагаы и регулирования (рис.3). Вращающаяся камера представляет собой консольно установленный на двух подшипниках вращающийся полый цилиндр с одним открытым торцом. Внутренняя часть цилиндра набирается из нескольких кольцевых секций . Каждая секция имеет перфорированную боковую поверхность с определенным диаметром питающих, отверстий (до=0,3-10 мм) и

Рис. I Принципиальная схема установки свободного образования пузырьков

сЬ,. 10'.

5

ОН

б

Рис. 2 Зависимость отоыяногр диаметра пузырьков (Х>2 от его расхода

I с/, - 0,5М(Г; ш - 138 сек'

-I

Н,„. 25•10" м

п ы.. 1,5гю"3м ш - 138 сек"1

III с/.. о,Е1 ■ КГ3м ш - 191 сек'1

и,в - 25-го-3»

Иве . гБ Ю'-'м

ЗВигатель

ко/пера

рис тепга из/чеое-

иия р&с ___

/ " ^ тонометр

дроссельным кран

раохаЗо-

по&огре 6а-те^ь

ПОООЧР

Аиногроднога еок'о ил резер£&ара

Рис. 3 Принципиальная схема установки

стесненного образования пузьшьков

Рис .4Кинограмма вращающегося баоботажного слоя С02- виноградный сок

шагам между ними <=4,6,8 мм. Внутренний диаметр секций 120 и 95 мм. Различные комбинации секций позволяют менять число питающих отверстий от 40 до 3600. Кроме того, несколько глухих секций имеют сменные форсунки с отверстиями от 0,3 мм до 1,5мм (рис.5,6).

Виноградный сок подается во вращающуюся камеру1 через две питающие трубки, расположенные по оси вращения камеры. Вытекающий то трубок виноградный сок поступает на расположенные на глухом торце камеры четыре радиалипле лопатки, которые осзтцест-ьлиют закручивание И0Ю1рзд1М0 сока и выравнивание угловых скоростей между протекающим вдоль камеры соком и стенками камеры. Из камеры обработанный виноградный сок сливается через 8 форсунок (с угловым выходом иашеости), расположенных на периферии прозрачной стенки открытого торца камеры.

Газ С02 поступает во вращающуюся камеру. Измерение отрывного диаметра пузырьков углекислого газа проводилось с помощью киносъемок «на просвет». Изменение размеров дисперсионной фазы и структуры течения фиксируется скоростной киносъемкой камерой СКС-Ш со скоростью 3000-4000 кадров в секунду.

Кадры киносъемки (рис.4) проектировались на экран, диаметр пузырька определяли непосредственным измерением поперечного размера.

Результаты произведенных измерений подтвердили данные размера отрывного диаметра пузырька, полученные в ходе проведенных ранее экспериментов на установке, работающей в режиме свободного образования пузырьков. Отрывной диаметр не превышает 5 мм.

По результатам исследований была получена зависимость симплекса концентрации винного камня В|/В0 от]!% (где j - центростремительное ускорение, а g - ускорение свободного падения). Величина изменялась от 20 до 600 (рис.7).

Из представленной зависимости видно, что с увеличением центростремительного ускорения интенсификация процесса детартрации возрастает. При этом было отмечено, что при ошошешшге находящемся в пределах от 20 до к 72 уровень интенсификации процесса детартрации достигает наибольшей величины. Отношение В№о при величине 72 достигает 0,5. Увеличение же центростремительного ускорения больше « 72 приводит к снижению уровня интенсификации процесса.

По результатам исследований был построен график зависимости величины детартрации виноградного сока (В|/В„) от высоты слоя виноградного сока Ц, в поле центробежных сил (рнс.8), Из трафшеа видно, что в том случае, когда высота слоя виноградного сока сравнима с размерами пузырька наблюдается резкое повышение интенсификации процесса де-тартрящии. Величина детартрации при высоте слоя от 5 до 10 мм составляет 70-80%. Даль-

Рис. 5 Внутренние вставки вращающейся бабогачкой камеры с различным телом питающих отверстий

Рис. б. . С&еяная рабочая секция с одним пятвпцвш отверстие«

Ряс. ? Зависимость- зеогоом'аетаотояцян ' виноградного сока от величины аеятз ос тоеми тельного ускорения воадапш,вго« барбатадного аппарата

d0M 0,51- 1<Г3м, HftC- 25 • КГ3*

Не,

Рис.0 Зависимость величины летартоацюг викогсадяого соха от высота его слоя в доле центробежных сия

tía - O.ÊMO"3 uJ/g*1Z

нейшее же увеличение высоты слоя виноградного сока (свыше 15 мм) приводит к увеличению детартрации на ~ 3% и существенным образом не влияет на величину детартрации.

Третья глава посвящена изучению и решению такой важной проблемы, определяющей эффективность работы барботажного аппарата для детартрации соков и виноматерналов, как капельный вынос обрабатываемой жидкости.

При одних н тех же параметрах газового потока СО* капли виноградного сока, которые попадают в центральный канал аппарата при барботаже газа через вращающийся слой виноградного сока имеют разные размеры, скорости и траектории движения.

В работе была разработана математическая модель движения капель виноградного сока в центральном канале вращающейся барботажной камеры. Было принято, что на траекторию движения капель виноградного сока влияют следующие основные силы; сила аэродинамического сопротивления, обусловленная различием скоростей фаз и вязкости непрерывной фазы, центробежная сила, сила Кориолиса и сила инерции.

Для нашего случая система уравнений движения капли виноградного сока (центра масс твердого шара) в цилиндрической системе координат с центром на оси барботажной камеры

л * * 2

«1иГ , » к ши.

&Т.

= та г + 2сати* г+

- + Рг

ГО-

'- = -2тюи? -т-

яг^г

+РА

П) -

¿и?

¿X

ах г*

ш

аг Лг

¿2 ¿х'

- = и„

где т = яржа^/6

Для упрощения уравнений математической модели силами сцепления и силами трения между движущимися в потоке каплями пренебрегали, хотя это и приводит к несколько завышенным результатам. Не учитывалась также сила тяжести и диффузионная сила ввиду их незначительности. Считалось, что размер и форма капель в процессе их движения в канале аппарата не изменяются.

В начальный момент времени капля виноградного сока находится вблизи поверхности жидкого вращающегося слоя, при этом радиальная составляющая скорости ее движения равна скорости подъема газового пузырька СОг (в первом приближении), а тангенциальная составляющая скорости относительно вращающейся системы координат равна нулю. Осевая составляющая тшеке равна ny.no. Расчет системы дифференциальных уравнений заканчивается в случае осаждения каши виноградного сока в жидком слое или в том случае, когда кайля вылетела из канала вращающегося барботажного аппарата.

Результаты вычислительного эксперимента покззали, что в потоке газа СОг истекающем из вращающегося барботажного аппарата, в основном содержатся капли малого размера (4<2-10 мкм). Вынос более крупных капель (10<с1к<30) происходит главным образом из зоны, примыкающей к выходному участку аппарата, где осевая скорость газа достигает максимальной величины (рис.9, 10, 11).

Были проведены экспериментальные исследования фракционного состава виноградного сока двухфазного потока СОг- капли виноградного сока. Для этого был выбран метод инерционного осаждения капель виноградного сока на поверхности пластины, покрытой слоем вязкой массы. Размер капель в потоке влажного газа С02 в канале модельного барботажного аппарата и на выходе из него измеряли с помощью зонда (рис. 12).

Данный метод сравнительно прост и позволяет с достаточной точностью (я 17%) получить распределение капель по размеру, так как количество капель фиксированного размера , оседающих на поверхности пластины, пропорционально их содержанию в объеме газового потока.

Эксперименты показали, что при барботаже газа через вращающийся слон виноградного сока в канал аппарата попадают капли разных размеров . На рис. 13 представлена функциональная зависимость размера капель от чзстоты вращеши камеры в одном из внутренних сечений аппарата для системы СОг - виноградный сок. Полученная функция распределения капель по размерам дал различных сечений канала мало изменяет свой вид и удовлетворительно согласуется с нормальным законом распределения. При течении двухфазного потока

II 1 г \30;ТО 1 Г 1 1\ ч 70; 2.5" \70/2.5- / 7" / / / / / / /

1 '1 ш ■ / / / / / / 30; 2,5 /

V / / / у / . ."Ж »=0 , — П = 3000 - -а = 4ооо 2 - 2,5 об/мин , об/мин

О И 8 п </6 20

'т. 9 Зависимость безразмерной радиальной координаты X капель виноградного сока от координаты л

0.5

0,h

0.3

0.2

O.f

\ v\ 4 \\ \ \\

ii \\ \ N

\ \ \ \ 2 \ <(f"?rjKn

¡0

20

0.5

о.Ч

0.1

\

С_/ А KV

^<

Zinn)

<

Рис. Ю Зависимость безразмерной радиальной координаты капель виноградного сока от безразмерного времени Г

- п. = 3000 ой/мин;---Д = 400О оа/мин} ? = О

Рис. 11 Зависимость безразмерной радиальной координаты X капель виноградного сока от длины осаждони^ ^ __

п • 3000 /мин, ----выходной радиус аппарата

Рас. 12 ТстроЗс1во зсага юя из^релм гашгаш копал*

Рис. 13 кассовые спекпэы капель в канале барботажной камеры Л- /)- ХООО^/шт

• - п. г000о6/иин

о _ П - ЗООСоб/иии

во вращающемся канале происходит сепарация крупных капель (¿,=30-80 мкм), поэтому на выходе из канала аппарата остаются мелкие капли примерно одного размера (рис. 14).

Измерение интегрального расхода виноградного сока нугем измерения локальных расходов с помощью вышеогснеатгого метода весьма трудоемко, и, кроме того, неточно. Поэтому для измерения интегральной величины выноса разработан зонд специальной конструкции. Зонд представляет собой цилиндрическую трубу с диаметром, превышающим выходной размер канала модельного аппарата, на внутренней поверхности которой нанесены кольцевые пазы. Закрученный двухфазный поток попадает в канал зовда, где кал.™ жодко-сн! сепарируются. Степень сепарации контролируется с помощью зонда дая улавливания капель.

В результате измерений получены экспериментальные зависимости величины коэффициента гидродинамического выноса от частоты вращения камеры и высоты слоя вино-1радаого сока (рис.15). Показано, что с увеличением частоты вращения и высоты барботаж-ного слоя величина коэффициента гидродинамического выноса уменьшается.

Результаты исследований показали, что как по расчетным, так и по экспериментальным данным капли виноградного сока диаметром 2-8 мкм при п=3000 мин"1 практически все выносятся из аппарата потоком газа С02, в то же время большинство капель диаметром более 10 мкм осаждаются внутри аппарата, причем масса этих капель составляет «96% массы всех капель, попадающих в центральный канал аппарата.

Таким образом результаты расчетов удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными, что подтверждает возможность использования разработанной модели для исследования течения потока С02- виноградный сок в центральном канале вращающегося алпзрата. Потери сока от всей обрабатываемой массы в исследуемых пределах п = 1500 -3000 мин'1 составили 0,4%.

В четвертой главе предложена методика расчета основных оптимальных параметров аппарата для детартрации соков и вшюматериалов.

На основе указанной методики были разработаны конструкции аппаратов с вращающимся барботажиым сдоем виноградного сока или виноматериала при перекрестной подаче углекислого газа, которые позволят совместить все технологические операции по стабилизации виноградного сока л мшоматершла а одноП позиции оборудования (рнс.16).

Указанное оборудование позволяет сократить металлоемкость конструкции за счет объединения теплообменника, сепаратора и смесителя в узел, заключенный в единый корпус, а также интенсифицировать теплообмен, за счет чего и иггенспфицируется процесс детартрации (по сравнению с полем массовых сил время обработки сокращается в 1,5 раза). Аппа-

1В

'А

■ ¿л

ПК

ы

аи5

Рис. а кассовые спектры капель на выходе из барботажной камеры О - п. о 1000 об/иш ;

• - п. = гооо оо/мии : Л - п. ■ 3000 од/та ; --- - й канале

Гис. 15 Евшсиыость коэйшвшга гадютиюшчвехого вшюса от частоты врвцвтш каиори

и-

Рис. /б Установка л ял ста (¡¿шззшп саков к бин

4 = Г)]

/

5Ж[/-ехр[-0,0009/ г}]

г

„ /- гхр'-о.оаиг г)]

Н-Н-44

0 ^-ЛГ* №10*

Время де./псгртрсгции

Рзс. 17 Киквтгаа датартрагггш аяяограггногэ сока э поле ... ма сс с в^'. п-^ентро Сеан^ спл

1 - газообразная СО л ))а = I

2 - газообразная СС% ^

3 - ласкал /Л = I

4 - адаая СС>2 ^ с 72

рат для детартрации виноградного coica изготовлен и эксплуатируется в промышленных условиях.

На описанной выше установке проводились исследования по определению глубины СОг - дстартрации от времени для газообразной и жидкой углекислоты в поле центробежных сил. Для чего определяли начальную ковдснтрацшо винного камня в иеосвстлснном соке Вс л его текущую концентрацию В, при j/g к 72.

Полученные результаты сравнивались с полученными ранее данными глубины С02-детартрации от времени в жидком и газообразном состоянии в поле массовых сил (при j/g -1). Результаты исследований нашли отражение в графике (рис. 17) зависимости симплекса концентрации винного канщ В/В„ от времени т, с для газообразной и жидкой С02 в поле массовых и центробежных сил. Из графика (рис.17) видно, что при j/g => 72 глубина детартра-ции виноградного сока увеличилась в 1.5 раза.

Впервые была получена зависимость В/В0 от т, которая представлена следующим уравнением:

/ = 1-Д1-еГ»г), где А - предельное значение В/Во,

b - коэффициент, определяющий скорость процесса концентрации тартратов.

Ьыли проведены исследовании физико-химических показателей и состава осветленного стабилизированного сока, обработанного газообразной и жидкой двуокисью углерода в поле центробежных сия. Результаты данных исследований сравнивались с Полуниными ранее результатами исследования состава осветленного виноградного сока, обработанного газообразной и жидкой двуокисью углерода в поле массовых сил. Указанные данные нашли отражение в таблице 1.

Кроме того, результаты исследований сравнивались с показателями исходного необработанного сока (см.табл.2,3).

При числе измерений п = 3 и вероятности р = 0,95 границы доьертельного интервала погрешности среднего значения относительного содержания определяемых компонентов (%) = 0,05 -5,5; 5,5 - 10; 10 - 20 составляли соответственно ±0,05; ±0,3; ±0,5.

Приведенные результаты показывают, что физико-химический состав сока сущест-вешю не изменился, то есть разработанная технология приемлема для промышленного использования.

Таблица 1

Физико-химические показатели виноградного оока обработанного жилкой и газообразной двуокисью углерода (С02) в поле массовых и центробежных сил.

№ Показатели единица измерения Исходный сок Поле массовых сил Поле центробежных сил

обработан, гааообраэн. С02 обработан, жидкой С02 обработан, газообразн. С02 обработан, жидкой С02

1. Сухие вещества % 18,8 19,0 19,5 19,0 19,5

2. Плотность кг/м3 1078 1080 1080 1080 1080

3. Динамическая вязкость Па*с 0,0195 0,0200 0,0201 0,0200 0,0201

4. Общие коллоиды % 1,1 0,9 0,8 0,8 0,8

5. Кислотность (в пересчете на винную) % 0,64 0,42 0,41 0,40 0,38

6. Общий сахар % 11,6 11,8 11,8 11,7 11,9

7. Аминокислотный азот % 0,0333 0,0335 0,0339 0,0335 0,0340

8. Общий азот % 0,270 0,273 0,277 0,273 0,278

9. Белковый азот % 0,021 0,021 0,020 0,020 0,01877

10. Винный камень г/дм3 10,0 7,5 3,1 5,60 2,0

11. Спирт % 0,031 0,03 0,03 0,03 0,03

12. Число аромата - 2,3 2,0 2,0 1,9 2,0

13. Дубильные вещества % 0,067 0, 067 0,068 0,068 0,068

14. Оксиметилфурфурол % следы следы следы следы следы

15. Цветность - 0,015 0,016 0,016 0,016 0,016

16. Прозрачность % 89,9 96,8 97,0 96,9 97,2

17. Пектиновые вещества ■ . % 0,36 0,32 0,34 0,32 0,34

Таблица 2

Содержание минеральных веществ » виноградном сок« , кг/як1

Макроэлемент Содержание макроэлементов Михро->лемснты Содержат« микроэлементов Анноны Содержание анноноя

исходный сок сок, обработан!! ыйСО, исходный сок сок, оорабапт ЫйСО, исходный сок сок, обработаны чЯСО,

К 400-2000 300-1500 Ре 1-10 0,9-9,8 ро,* 50-1300 50-1300

№ 20-200 18-180 Со 0,2-4 0,18-3,8 50-300 50-300

С« 20-230 15-200 0,2-1 0.19-0,9 со,- 80-500 80-500

ме «0-250 38-220 ш 0,5-15 0,5-15 а 50-300 50-300

Таблица 3

Водорастворимые витамины винограда к юсвоградаогю сока

Ел. Содержание на 1 кг(дмэ)

Витаьцеды измерения 6 исходном соке в соке, ооработанноы СОг

Тиамин (8ц ЫКГ 100-600 80-480

Рибофлавин (Вг) МКГ 20-100 19-190

Падтотеновая кислота (Вэ) мг 0,3-1,4 0,21-1,3

Пиридоксик (Е«1 мг 0,2-1,0 0,19-1,95

Ниацин (В9) РР МГ 0,3-4 0,3-3

Кнозит (Вв) 1£Г 200-650 200-600

Холин (В«) мг 20-40 20-40

Аскорбиновая к-ра мг 10-100 17-170

Биофлавониды (Р) мг 10-1000 10-1000

Выводы

1. В результате проведенного анализа существующих методов детартрацин и стабилизации виноградного сока и пиломатериалов показано, что данная проблема до сих пор остается актуальной и наиболее эффективным является направление, связанное с использованием диоксида углерода в поле центробежных сил.

2. На оснований проведенных исследований на установке в режиме свободного образования пузырьков в поле центробежных сил в диапазоне ^ к 20-600 для системы С02 - виноградный сок были получены данные отрывного диаметра пузырьков С02, величина которого не превышает 5 им.

3. На основе экспериментальных исследований установлено, что с увеличением центростремительного ускоренш У% от 20 до 600 гап-ененфикация процесса детартрацин возрастает. При этом уровень интенсификации процесса достигает наибольшей величины при Уц от 20 до « 72. Конценгращм винного камня снижается на 50%. Увеличение же центростремительного ускорения больше Уд ~ 72 приводит к снижению уровня интенсификации.

4. На основе экспериментальных исследований та установке в режиме стесненного образования пузырьков в поле центробежных сил установлено, что величина детартрацин при толщине слоя виноградного сока, сравнимой с размерами отрывного диаметра пузырька, <Н,.см 5-10мм) составляет 70-80%> то есть наблюдается повышение интенсификации процесса детартрацин. Дальнейшее же увелтгение высоты слоя виноградного сока (Н,.с превышает 15 мм) приводит к увеличению детартрацин на я 3% и существенным образом не влияет на величину детартрацин.

5. Разработана математическая модель движения капель виноградного сока в поле центробежных сил, основанная на балансе сил, определяющих движение капель в канале аппарата, доя определения брызгоуноса в процессе детартрацин.

6.Результаты вычислительного эксперимента, проведенного с помощью разработанной математической модели показали, что в потоке газа СОа, истекающем из вращающегося барботажного аппарата, в основном содержатся капля малого размера (¿,<2-10 мкм). Вынос более крупных капель (10<4(<30) происходит главным образом из зоны, примыкающей к выходному участку аппарата, где осевая скорость газа достигает максимальной величины.

7. Экспериментальные исследования движения капель виноградного сока в центральном канале барботажного аппарата показали, что 98% всех капель, диаметр которых составляет более 10 мкм осаждается внутри аппарата, а капли виноградного сока диаметром 2-8 мкм практически все выносятся из аппарата. Интегральный брызгоунос составляет не более

0,4 % от массы обрабатываемого сока. Результаты проведенных расчетов удовлетворительно сог ласуются с экспериментальными данными, что подтверждает возможность использования разработанной математической модели для исследования течения потока С02 - виноградный сок в центральном канале вращающегося аппарата.

S. На созданных экспериментальных аппаратах показано, что при высокой интенсификации процесса детартращш виноградного сока и. киноматериалов при обработке их. диоксидом углерода в поле центробежных сил существенных изменений ф!1знко-химических показателей и состава виноградного сока и виноматериалов не происходит.

9. На основании расчетных и экспериментальных исследований впервые разработаны технологии и конструкции алларатов для детартращш виноградного сока и виноматериалов в поле центробедашх сил, внедренные а промышленность.

Условные обозначения

А - коэффициент

В0 - начальная концеитрацти винного ка.\шя (г/дм3) Bi- текущая концентрация шитого камня (г/дм5)

dK- диаметр капли жидкости (виноградного сока) в канале аппарата (мкм)

do - диаметр питающего отверстия (м)

d„ - диаметр пузырька (м)

g - ускорение силы тяжести (м/с2)

Нж- высота слоя жидкости (виноградного сока) (м)

j - центростремительное ускорение (м/с")

т- масса капли (кг)

п - частота вращения (мин"1)

Р„ Рф, Рг - проекции силы аэродинамического сопротивления на безразмерные оси г, ф, z (н) г - радиус Миделевого сечения (м) г - радиальная координата

u„t, u,,llt, и,-осевая, тангенциальная, радизльиая составляющая скорости газа (м/с)

"«о Unm„ и,- осевая, тангенциальная, радиальная составляющие скорости капли (м/с)

р, - плотность газа (кг/м3)

р:к - плотность жидкости (кг/м3)

х - безразмерное время

ф - безразмерная координата

со - угловая скорость (рад/с)

Основные результаты диссертации опубликованы и отражены в следующих работах:

1. Квасенков О.И., Осипова Н.И. Выделение пшного камня го вшютрадных соко- и виноматериалов в поле акустических колебаний и центробежных сил .'/"Международная научная конференция «Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности». Тезисы докладов. Краснодар: КГТУ, 1994, с.77-78.

2. Остова Н И, Модернизированная шнековая центрифуга // Международная конференция «Научно-тслдпсский прогресс в перерабатывающих отраслях АПК», Тезисы докладов. М.: МГАПП, 1995, с.78

3. Квасенков О.И., Осипова Н.И., Горшенин П. А. Усовершенствование С02 -детартрации виноградных соков и вин // Международная научно-практическая конференция «Научные основы высоких технологий и техники использования диоксида углерода в пищевой ¡громышлешости». Тезисы докладов. Краснодар: КНИИХП, 1995, с.7.

4. Квасенков О.И., Осипова Н.И. Пути снижения энергопотребления в производстве виноградных напитков, соков и вин /У Промышленная энергетика, Jt°7, 1995, с. 6-7.

5. Горшеннн П. А.. Осипова Н.И. С02 -детарграция в поле центробежных сил // IV Международный симпозиум «Экология человека: пищевые технологии и продукты». Тезисы докладов. Москва- Видное: ВНИИКОП, 1995, с. S7-89.

6. Осшова Н.И. Сравнительный анализ способов детартрацни // IV Международный симпозиум «Экология человека: пищевые технологии и продукты». Тезисы докладов. Москва* Видное: ВНИИКОП. 1995, с. 262- 264.

7. Квасенков О.И., Осипова Н.И., Горшенин П. А. Интенсификация теплообмена в процессе стабилизации виноградных соков и вин // Межвузовский сборник научных трудов «Наука в высшей школе», М.: РосЗИТЛП, 1996, вып.1, с. 12-16.

8. Касьянов Г.И., Квасенков О.И., Горшеннн П.А., Осипова Н.И. Безотходная технология производства виноградного сока /! Пиво и напитки, №2, 1997, с. 36- 37.

9. Осипова Н.И., Квасенков О.И. Стабилизация виноградных соков и вин с использованием диоксида углерода /.' Храпение и переработка сельхозсырм, .4212, 1997, с.54..