автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование и разработка механизированной микроволновой яйцеварки

На правах рукописи

Гуськов Юрий Викторович 003055824

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕХАНИЗИРОВАННОЙ МИКРОВОЛНОВОЙ ЯЙЦЕВАРКИ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чебоксары - 2007

003055824

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Новикова Галина Владимировна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Юнусов Губсйдулла Сибятуллович

кандидат технических наук Потапов Николай Антонович

Ведущая организация

ФГОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита состоится «20» апреля 2007 г. в 1400 час. на заседании диссертационного совета Д 220.070.01 при ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 428000, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 29, ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА», ауд. 222

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Чувашская

ГСХА».

Автореферат разослан «19» апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ^^^^^Михайлова О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время потребление яиц в развитых странах поддерживается на достаточно высоком уровне. В США, Франции и России, в среднем на одного человека в год потребляется 250 шт. яиц, в Китае и Японии - более 300 шт. Существующие способы варки яиц в воде и на пару имеют высокую энергоемкость. Вода, проникая сквозь поры скорлупы, делает яичный белок более жестким. Недостатком бытовых паро-яйцеварок является использование иглы-пробойника для прокола скорлупы яйца до варки, с целью сброса внутреннего давления, что ухудшает качество продукта.

ОАО Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» (Нижегородская обл.) имеет сложную технологическую линию по варке и окраске яиц с использованием воды производительностью 30...40 тыс. шт. яиц в день. Все большей популярностью на рынке пользуются вареные нетрадиционным способом яйца.

Нами определена возможность интенсифицировать варку яиц с применением энергии сверхвысокой частоты. При этом процесс варки яиц происходит без воды в особом температурном режиме, который невозможно воспроизвести в существующих яйцеварках.

Актуальность работы заключается в применении энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) при механизированной варке яиц.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» и вписывается в Стратегию машинно - технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 г., утвержденную Россельхозакадемией, Минпромнауки и Минсельхозом России.

Целыо настоящей работы является обоснование и разработка механизированной микроволновой яйцеварки для получения качественной продукции при минимальных затратах энергии.

В связи с поставленной целью решались следующие научные задачи:

- обосновать частоту электромагнитного излучения и выявить причины взрыва яиц в микроволновой печи на основе изучения физико-механических параметров и диэлектрического спектра компонентов яйца;

- определить допустимую скорость нагрева компонентов яйца в процессе воздействия ЭМП СВЧ, исходя из основных положений теории диэлектрического нагрева;

- провести анализ избыточного давления, развиваемого под скорлупой яйца и обосновать массовый расход пара через поры скорлупы яйца при СВЧ нагреве; обосновать скорость расширения белка под действием внутреннего давления в процессе варки яиц;

- обосновать траекторию движения яйца в микроволновой яйцеварке и частоту его вращения вокруг продольной оси при транспортировании;

- разработать, изготовить и испытать производственные механизированные микроволновые яйцеварки; провести экспериментальные исследования процесса нагрева яиц при разных значениях удельной мощности СВЧ энергии и скважности воздействия; скорректировать режимные параметры яйцеварок; выработать рекомендации к варке яиц в микроволновой яйцеварке;

- провести технико-экономическое обоснование реализации разработанных механизированных микроволновых яйцеварок.

Концепция. На основе:

- анализа диэлектрического спектра составных частей яйца и избыточного давления под скорлупой;

- определения допустимого превышения температуры в компонентах яйца;

- исследования зависимости времени варки яиц от удельной мощности СВЧ энергии и скважности воздействия;

- обоснования траектории движения и частоты вращения яйца в электрическом поле;

- изучения методики проектирования технических средств, основанных на применении СВЧ энергии, согласовываются режимные и конструктивные параметры, разрабатываются механизированные микроволновые яйцеварки.

Объектом исследований является система факторов, обеспечивающих качественную варку яиц в механизированной микроволновой янцеварке при минимальных затратах и отрицательных воздействиях СВЧ энергии на окружающую среду.

Предметом исследований является установление оптимального процесса воздействия ЭМП СВЧ на пищевые яйца, обеспечивающего наибольшую эффективность решаемой народно-хозяйственной задачи.

Методологии исследований. На основе диэлектрических характеристик компонентов яйца, теории диэлектрического нагрева, системного подхода к комплексу теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи математических, физических, биометрических, статистических методов, разрабатываются механизированные микроволновые яйцеварки, состоящие из источников СВЧ энергии, рабочих камер и механизмов транспортирования яиц.

Научная новизна:

- теоретически и экспериментально подтверждена возможность варки яиц в микроволновой печи; разработан циклический метод воздействия ЭМП СВЧ (эндогенный нагрев - пауза) для варки яиц;

- проведен анализ избыточного давления под скорлупой при СВЧ нагреве яиц и обоснован массовый расход газа и пара через поры скорлупы;

- исследована скорость нагрева компонентов яйца при разных значениях удельной мощности СВЧ энергии и скважности воздействия;

- выявлена необходимая траектория движения яиц и частота их вращения вокруг продольной оси при механизированной транспортировке через микроволновые печи;

- обоснованы режимные и конструктивные параметры разработанных микроволновых яйцеварок:

а) с ячеистым ротором; б) с цепным транспортером.

Практическую ценность работы составляют:

- разработанный циклический способ варки яиц с использованием микроволновых печей;

- обоснованная методика проектирования функциональных модулей с механизмами транспортирования вращающихся объектов (яиц) через рабочие камеры СВЧ печей;

- созданные яйцеварки с ячеистым ротором (производительностью до 150 шт./ч) и с цепным транспортером (производительностью 110 шт./ч);

- выработанные рекомендации к варке яиц в механизированных микроволновых яйцеварках.

Реализация результатов исследований. Разработка конструкции микроволновой яйцеварки производилась в сотрудничестве с ООО «Птицепром Сервис» (г. Новосибирск) по договору на выполнение научно - исследовательской и опытно - конструкторской работы № 45-06. Производственные испытания микроволновых яйцеварок проводились п ГУП ЧР «Птицефабрика «Моргаушская». Результаты научных исследований используются в учебных процессах ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» и ФГОУ ВПО «Марийский ГУ».

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены и обсуждены на итоговых научно - практических конференциях ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» (2003...2007 г.г.); на аграрной научно - практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства», ФГОУ ВПО «Марийский государственный университет»: Иошкар - Ола, 2007 г.; на II Международной научной конференции «Знания молодых новому веку», ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА»: Киров, 2007 г.

Механизированная микроволновая яйцеварка демонстрировалась с 23 по 26 июня 2006 года на Всероссийской универсальной выставке - ярмарке «Регионы сотрудничество без границ» (г. Чебоксары, МТВ - Центр). Описания механизированных микроволновых яйцеварок опубликованы в газете «Аргументы и факты - Чувашия», № 6, 2007 г.

Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 10 печатных работах, в том числе 1 работа опубликована в ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном ВАК Федерального агентства по образованию РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, приложения, списка литературы из 68 наименований. Общий объем диссертации составляет 193 страницы, в том числе на 159 страницах изложен основной текст со 64 рисунками и 22 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, выделены объект и предмет исследований, приведены научные и практические результаты с указанием новизны, а также представлена структура работы.

В первой главе «СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА» приведен анализ существующих способов и технических средств для варки яиц; представлены физико - механические и диэлектрические параметры компонентов яйца; описаны особенности оборудования для диэлектрического нагрева, определены задачи исследований.

Анализ результатов отечественных и зарубежных исследований в области диэлектрического нагрева пищевых продуктов показывает, что в течение многих лет ведутся работы по изысканию возможности варки яиц с применением ЭМП СВЧ для получения качественной продукции при минимальных затратах энергии. Высокая эффективность использования электромагнитных излучений в сельскохозяйст-

венном производстве доказана в работах Бородина И.Ф., Возьмилова А.Г., Воробьева В.А., Живописцева В.Н., Изакова Ф.Я., Новиковой Г.В., Михайловой О.В., Стребкова Д.С., Савушкина A.B. и других ученых. В настоящее время яйца в микроволновых печах в мире не варят ввиду отсутствия специальных технологий и технических устройств.

Во второй главе «ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВАРКИ ЯИЦ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОВОЛН» приведены:

- анализ электрофизических параметров компонентов яйца;

- обоснование процесса истечения газа и пара через поры скорлупы яйца;

- анализ избыточного давления под скорлупой при СВЧ нагреве яиц;

- обоснование частоты вращения яйца вокруг продольной оси и траектории движения при его транспортировании.

Электрофизические характеристики компонентов яйца изучены И.А. Роговым. Диэлектрическая проницаемость и фактор потерь компонентов яйца зависят от температуры (рис. 1,2), частоты (рис. 3) и напряженности электрического поля. Анализ показывает, что при частоте 108 Гц фактор потерь желтка в 2,57 раза выше, чем у белка; а при частоте 2450 МГц - всего в два раза. Это означает, что на данной частоте желток нагревается в два раза быстрее, чем белок. Изучение всего диэлектрического спектра компонентов яйца показывает, что нет ни одной частоты, при которой белок нагревался бы в равной степени с желтком.

с/ :

1 55 i

1 50 -45 : 43 35

Рис

ОТ 1

рин

1- белка; 2- желтка

Основные причины взрыва яга/ при варке в микроволновой печи следующие:

1. Фактор-потерь желтка в 2,57...2 раза выше, чем у белка при частотах 108...2,45-109 Гц.

2. Теплоемкость белка (4,1 кДж/кг-°С) в 1,5 раза выше, чем у желтка (2,8 кДж/кг-°С).

3. Газопроницаемость скорлупы низкая.

4. Нагрев в ЭМП СВЧ - эндогенный, поэтому градиенты давления, температуры, влажности направлены от центра к периферии; возрастание давления с увеличением температуры в компонентах яйца приводит к его взрыву.

30 Ä]

50 60

Т. "С

ч: "с

. 1 - Диэлектрическая проницаемость -емпературы нагрева компонентов ку-ого яйца при частоте 2450МГц:

Рис. 2 - Фактор потерь от температуры нагрева компонентов куриного яйца при частоте 2450МГц: 1 - белка; 2- желтка

£

Рис. 3 - Фактор потерь белка (2) и желтка (1) куриного яйца в диапазоне частот 108...2,45-1010Гц

Превышение температуры в компонентах яйца в микроволновой яйцеварке за промежуток времени Ат можно определить по формуле:

5,55-10'" -Е2 ■f■E■tgS■&т•n„■tltcm п

АТ =----^-" С, (1)

с

где: /- частота электромагнитного поля, Ггг, с и tg§ ~ относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь компонентов яйца соответственно; Е - напряженность электрического поля в компонентах яйца, В.'лг, п„ — количество микроволновых печей; - КПД микроволновой яйце-варки; с - теплоемкость компонентов яйца, кДж/кг-°С.

Время нагрева т (с) яиц в микроволновой яйцеварке:

т =__ (2)

36(10 ■ Пат ■ 5,55 ■ 10-" ■ Е2 ■ / ■ с • <£<5 • пп

или г = ^ = &Т -с-пя 'Ш_^ (3)

Ру, 3600 ■1Ьип-Рп„-У1„

где: Эи,_ удельные энергетические затраты (нормативное значение для варки пищевых продуктов составляет 0,166 кВт'ч/кг); п„ - количество одновременно нагреваемых яиц, штук; Руд - удельные диэлектрические потери, Вт/м3; т — масса яйца, г.; Р1КЧ — мощность микроволновой печи, кВт.

Яйцо считается сваренным, если температура в белке составляет:

-АТ =100" С, (4)

где: Ттч - начальная температура яйца, °С; АТ- превышение температуры нагрева в микроволновой яйцеварке, °С.

Для обоснования конструктивных параметров механизированной микроволновой яйцеварки определены траектория движения яш/а (рис.4) и частота его вращения вокруг поперечной оси.

В яйцеварках микроволновые печи необходимо располагать таким образом, чтобы при транспортировании яиц траектория их движения описывалась чередова-

в

йием циклоиды в одной печи с эволютой циклоиды в другой печи. Это позволит обеспечить равномерную дозу воздействий СВЧ энергии на продукт.

Рис. 4 - К определению траектории движения яйца

Параметрические уравнения линии, описываемой точкой VI на окружности скорлупы яйиа:

* = у = '■■(! cos/),

где: г — радиус окружности яйца, м; I - угол MCN,

Уравнение, описывающее траекторию движения яйца при транспортировании

его с помощью ячеистого ротора:

(

(5)

je = 2 • /■ к - л i

г-у

г ■ arceos -V г

где к - любое целое число.

77

(2 г-у) ,

т

Яйцо транспортируемся с помощью ячеистого ротора и вращается во- } круг своей продольной оси. .

Рис.5 - Транспортирование яиц с помощыо ячеистого ротора (реальное исполнение)

Рис. 6 -1 Упоскп - параллельное движение яйца

Определим для пускового и установившегося режимов угловую скорость вращения яйца вокруг продольной оси при их транспортировании с помощью ячеи-

стого ротора (рис. 5). Яйцо (твердое тело) в результате действия ротора совершает плоско-параллельное движение (рис. 6).

Дифференциальные уравнения плоско - параллельного движения яйца:

тХс

О)

где: т — масса яйца, кг; ./с - момент инерции яйца, кгм2; ф — угловое ускорение яйца.

Первые два уравнения описывают переносное поступательное движение вместе с поступательно движущимися осями координат (с ротором), начало которых расположено в центре яйца (С). Третье уравнение описывает относительное вращательное движение вокруг оси, проходящей через центр инерции С яйца, перпендикулярно к неподвижной плоскости.

Яйцо весом Р (Н) и радиусом г (м) катится без скольжения по горизонтальной плоскости под действием силы 5 ротора, приложенной к яйцу в центре тяжести С. К яйцу приложены внешние силы: Р — вес яйца, Н; 5- движущая сила, Н; Л - нормальная сила реакции плоскости, Н; Ртр - сила трения яйца о горизонтальную плоскость, направленная в сторону, противоположную движению яйца, Н.

Тогда: = г . (8)

Скорость движения яйца как функции времени в период пуска ротора:

Хс

(

и.,А (9)

кт-0)1ГЙг )

где:/- коэффициент трения скольжения яйца о плоскость; шр - угловая скорость ротора, 1/с; Л' - мощность привода ротора, Вт; Яр — радиус ротора, м.

Угловая скорость вращения яйца вокруг своей поперечной оси в период пуска ротора:

2-/^1,1 (10) или ш А_N__\g_LL. (11)

(■)„ =

г с " " \ Р ■ сор ■ К,, ^ | г ' с

Далее яйцо вращается постоянной угловой скоростью:

= (12)

г„ с

При транспортировании яиц с ячеистым ротором, частота вращения их вокруг продольной оси составляет 8 об/мин, а критическая - 100 об/мин.

Критический массовый расход газа и пара через поры скорлупы т (кг/с) определяется по формуле:

2-к р,( 2 ^ (]3)

/у; = /1 • у-• — -

\к + ! V! \к + 1

Критическая скорость истечения газа и пара икр (м/с) через поры скорлупы

яйца:

где: Л - площадь пор скорлупы, м2; рь иь Т\ - давление, удельный объем и абсолютная температура пара внутри скорлупы яйца; к - коэффициент Пуассона; Куа - удельная газовая постоянная, Дж/кг-К.

По результатам расчетов расход газа через поверхность скорлупы яиц, занимаемой воздушной камерой (пугой) составил 11,38 см3/с или 0,0134 г/с, что меньше критического (ткр = 0,0827 г/с). При давлении под скорлупой 126,6 кПа, газ из пуги проходит через скорлупу за 11 с.

Основные условия варки яиц в микроволновой печи:

1. Яйцо необходимо транспортировать внутри рабочей камеры микроволновой печи. С учетом статического разрушающего усилия для яиц скорость транспортирования их должна быть меньше критической. Она должна быть согласована с экспозицией СВЧ нагрева и скоростью теплопередачи от желтка к белку, удельной мощностью микроволновой печи и критической скоростью нагрева желтка.

2.В связи с тем, что размеры яйца соизмеримы с глубиной проникновения электрического поля сверхвысокой частоты, для достижения равномерности воздействия электромагнитных излучений при транспортировании яиц необходимо предусмотреть их вращение вокруг продольной оси и перемещение в пространстве рабочей камеры печи.

3. При СВЧ воздействии желток нагревается за счет токов поляризации в несколько раз быстрее, чем белок. Для выравнивания температуры за счет теплопроводности от желтка к белку и давления по всему объему яйца следует предусмотреть в технологии варки яиц паузу.

Итак, микроволновая варка яиц возможна только в циклическом режиме, то есть при многократном чередовании процесса нагрева с паузой.

В третьей главе «МЕТОДИКА И СРЕДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ» изложены методика проектирования микроволновой яйцеварки и описания разработанных микроволновых яйцеварок. Ниже описаны устройство и принцип действия механизированных микроволновых яйцеварок с ячеистым ротором (рис. 7) и с цепным транспортером.

Устройство (рис. 7) установлено на стол 1 с диэлектрическим покрытием. На диэлектрические подставки 2 по периметру круглого стола 1 установлены микроволновые печи 3 генераторным блоком к периферии и дверью вверх. Ручки регулятора мощности и таймера времени 4 находятся за пределами рабочей камеры 5 со стороны периферии стола 1. Емкость рабочей камеры микроволновой печи увеличена со стороны двери. Дверь печи заменена фторопластовой пластиной 6. Поверх микроволновых печей установлен алюминиевый диск 7 с прорезями для микроволновой печи. Причем, диаметр диска 7 охватывает рабочие емкости микроволновых печей. Сверху диск 7 закрыт цилиндрической алюминиевой крышкой 8. Внутри рабочей камеры 5 установлен на опорных роликах 9 ячеистый ротор 10. Ротор 10 вмонтирован на вал 11 мотора - редуктора 12. Центральная часть ротора 10 выполнена из алюминия, а его периферийная часть - из фторопласта, в котором имеются

ячейки. С нижней стороны диска 7 между печами установлены вентиляторы 13. На крышке 8 имеется загрузочный люк 14, через который в ячейки загружают яйца 15.

, ¡5 / , 18

Рис. 7 - Схема механизированной микроволновой яйцеварки с ячеистым ротором (а - вид сбоку; б - вид сверху без крышки).

На алюминиевом диске 7 имеется выгрузной люк 16. Под выгрузным люком 16 установлена емкость 17 для приема сваренных яиц 6.

Ячейки 20 имеют особую конфигурацию, позволяющую перемещать яйца поступательно и вращать их вокруг поперечной оси. Диэлектрический ограничитель 21 предотвращает выход яиц за пределы ячеек при вращении ротора.

Процесс варки происходит следующим образом. Включают электропривод ячеистого ротора 10. Заполняют ячейки 20 яйцами 15 через загрузочный люк 14 и одновременно включают вентиляторы 13. После заполнения всех ячеек яйцами включают микроволновые печи 3 последовательно. Яйца 15, находясь в ячейке 20, за счет ротора 10 вращаются вокруг своей поперечной оси и движутся по периметру алюминиевого диска 7. Во время нахождения над пластиной 6 яйца окажутся в рабочей камере микроволновой печи и нагреваются токами сверхвысокой частоты. При передвижении между печами происходит выравнивание давления и перераспределение температуры от желтка к белку. Ускорению процесса выравнивания температуры и давления внутри яйца способствуют вентиляторы 13. Алюминиевая крышка 8, на которую закреплен загрузочный люк 14, закрывает рабочие емкости всех микроволновых печей, расположенных по периметру стола 1 и является экраном.

Варка яиц происходит в циклическом режиме «нагрев и пауза». Такой режим достигается за счет конвейерного прохождения яиц в ячейках ротора через рабочие камеры печей и вентилируемые промежутки между ними. По окончании цикла, сваренные яйца выгружаются через люк 16 в специальную емкость 17.

Разработана также микроволновая яйиеварка с цепным транспортером. Ее реальное исполнение представлено в табл. 1.

В механизированной яйцеварке две микроволновые печи без дверей установлены напротив друг друга через зазор, равный половине длины волны, и повернуты так, что между ними в горизонтальной плоскости проходит цепной транспортер. Направляющие для цепного транспортера выполнены в виде двух параллельно расположенных бортов и закреплены на рабочую поверхность лотка. Лоток изготовлен из неферромагнитного материала. Цепь транспортера приводится в движение от мотора-редуктора. Он установлен с нижней стороны поверхности лотка с торца. Ведущая и ведомая звездочки транспортера вмонтированы на рабочей поверхности лотка. Цепь транспортера содержит штыри для закрепления фторопластовых контейнеров без дна. Лоток закрыт алюминиевыми крышками.

Технические характеристики разработанных яйцеварок приведены в табл. 1.

В четвертой главе «РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ» приведены графики нагрева компонентов яйца и обоснование режимно -конструктивных параметров механизированных микроволновых яйцеварок.

В результате проведенных экспериментов по изучению динамики нагрева яиц построены графики изменения температуры компонентов яйца от времени нагрева в микроволновых печах (рис. 8, а и б).

Для яйцеварки с цепным транспортером при скорости транспортирования яиц 3,15 м/с, скважности воздействия электромагнитного поля СВЧ, равной 0,2 и удельной мощности Р>д = 16,2 Вт/г время варки яиц составило 660 с.

Для яйцеварки с ячеистым ротором при скорости транспортирования яиц 1,8 см/с и удельной мощности Руд = 9 Вт/г время варки достигло 700 с.

Таблица 1 - Технические характеристики мехаризировашшх микроволновых яйцеаарок

Характерисгикя

Источник- электропитания исчей

Рабочая частота ЭМИ МГц

Яйцеварка :: ячсистым ротором

реадишя

проекгиак

Я ¡ùcварка с цепным транспортером

реял м ая

220 В,~50Гц

2450

2-150

220 В.-501 и

24SÛ

2450

Д:ц?ий чранспорасра. s;

Лиамеф ячеистсч о pinnpa. м

1,4

1.4

3,15

3.15

Скорость /Чем м■ ;

I' >:;: честно печей, шт Полезная мощность мякровонно-вы\ исче» кВт

0,01 S

0,0 18

0.03 ¡5

0.0315

2.4

S

6.4 "

M

4.S

Потребляем ал мощность

- микроао.-шоьых мечен. кВт

- электропривода тра1Щфтсра; Нт

- вентиляторов. кВт

5,0

4,0 200 0,72

10,12

9,2 200 0 72

2,5 2,3

:so

7.1 6.9 IS0

Время чопиоу» г&чхя'а чранспорт-рг. -с

240

100

100

Кпличсптю ячеек загрузки яиц, цгг.

30

60

20

20

Время парки яии. мин

12

1.1

1.5.. 2

Частота вращения вала привода

rpaiii:пор;ера, об/чин___

i Ьюячводцтон.носгь. .и /ч

0,25

150

0.25

800

МО

600

Энергетические затраты. Вт ч/шт

__________к H :ч к|

Размеры, м: ллина ширина высота

диаметр_____

17 0.283

¡.2 2.3

П.5 0,1 У

1,2

17

0.34

1,9 0,8 1,12

11,5 0.19

1,9 0,9 !. 12

Из результатов теоретических и экспериментальных исследований вытекают следующие выводи:

1. При скважности, близкой к критической S4> = 0.5, наблюдается наибольший технологический эффект, то есть время варки яиц наименьшее. Критическая скважнос ть достигается в случае, когда время нагрева соответствует времени паузы.

2. При любой удельной мощности, если скважность больше критической S $ч„ яйца при достижении температуры около 70 °С начинают разрываться.

3. С уменьшением скважности время варки яиц пропорционально увеличивается, производительность яйце в ар к и уменьшается.

4. Наибольшая производительность установки достигается при транспортировании яии через микроволновые печи или внутри них.

О 100 200 300 400 500 600 700

Время нагрева, с

а)

Скорость транспортирования яиц -3,15 см/с; скважность воздействия ЭМП СВЧ-0,2; Р д = 16,2 Вт/г

О 100 200 300 400 500 600 700 800

Время нагрева, с

б)

Скорость транспортирования яиц - 1,8 см/с; скважность воздействия ЭМП СВЧ- 0,2; Руд = 9 Вт/г

Рис. 8 - График изменения температуры белка (1) и желтка (2) яиц II категории в механизированной микроволновой яйцеварке: а - с цепным транспортером; б - с ячеистым ротором

2.24 2,71 4,5 5,42 9,9 11,96 15,23 18,5

Удельная мощность. Р, „ Вт/г

а) при критической скважности 0,5

2,24 2,71 4,5 5,42

Удельная мощность, [', , Вт/г

б) с ячеистым ротором при скважности: 1 - 0,2; 2 - 0,4; 3-0,5

10000

s 1000

100

11,95

15,23 18,5

Удельная мощность, Вт/г

в) с цепным транспортером при скважности: 1 -0,5; 2 -0,195; 3-0,065 Рис. 9 - Зависимость времени варки яиц от удельной мощности яйцеварки (до достижения температуры в белке 100 °С)

Экспериментально получен график зависимости времени варки яиц при разных значениях удельной мощности яйцеварок для критической скважности воздействия (рис. 9а). Положительного технологического эффекта можно достичь при любой удельной мощности, но при скважности воздействия менее критической.

Для я и це варки с ячеистым ротором (рис. 96} минимальное время варки яиц (ЗбОс) получено при удельной мощности 5,42 Вт/г, а для конструкции с цепным транспортером - при удельной мощности 18,5 Вт/г минимальное время состарило 236 с. Величина скважности воздействия составила соответственно 0,4 и 0.195.

С помощью программы ЗюМзИса Получены модель производительности яйцеварки и се двумерное сечение р, изолиниях от варьируемых ¡параметров (рис.10), а также эмпирические выражения, характерней руюшн с зависимость производительности микроволновой яйцеварки от мощности лелей, их количества и количества одновременно нагреваемых ниц.

х ¿*г Э1Й

% Ш гм.гээ 00 ■'•'> : ■■ 1 5 ЗэЛЬС: а 347. ТЯ2

СП ~ шщ /

Рис. 10 - Поверхность отклика и двумерное сечение в изолиниях трехфакторной модели производительности механизированной микроволновой яйцеварки с ячеистым ротором в зависимости от мощное™ и количества печей при постоянной шрузке яиц. п„ -- 6 пп.

При этом варьировали: мощность микроволновых печей от 0,6 до 1,0 кВт: количество одновременно нагреваемых яиц от 2 до 10 шт.; количество микроволновых печей в яйце варке от 4 до 8 шт. Оптимальная производительность яйцеварки 482 шт./ч достигается при использовании 6 микроволновый печей мощностью 0,8 кВт при одновременном нагреве в каждой печи 6 яиц.

В пятой главе «ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ» прел ставлена техника - экономическая оценка внедрения механизированных микроволновых яйцеварок с ячеистым ротором и с ценным транспортером. Результаты технико-экономической оценки приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Техиико - экономические показатели внедрения микроволновой яйцеварки

Показатели Варианты

базовый (водо-яйцеварка) проектный с ячеистым ротором проектный с цепным транспортером

Производительность яйцеварки, шт ./ ч 35 600 160

Удельные энергозатраты, кВт-ч/шт. 0,008 0.017 0.0115

Эксплуатационные затраты на варку яиц, рубЛООО шт., в т.ч. на оплату труда, руб./1000 шт. 1013,60 814,57 94,39 47,52 379,6 178.1

Себестоимость вареного яйца, руб./шт. 3,31 2,39 2,68

Прибыль от реализации вареного яйца, руб./шт. 0,69 1,61 1,32

Рентабельность, % 20.8 67,36 49,31

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ II РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Известные способы варки яиц на пару и на воде имеют высокую энергоемкость. Бытовые паро-яйцеварки и технологические линии для СВЧ обработки продуктов в силу специфических особенностей их конструкции и рабочих режимов использовать в процессе микроволновой варки яиц нецелесообразно.

2. Основные причины взрыва яиц в микроволновых печах: фактор потерь желтка в 2,57...2 раза выше, чем у белка при частотах Ю8...2,45Т09 Гц; теплоемкость белка в 1,5 раза выше, чем у желтка; газопроницаемость скорлупы низкая; при СВЧ нагреве градиенты давления, температуры и влажности направлены от центра к периферии.

3. С учетом специфических особенностей процесса варки яиц разработаны две механизированные микроволновые яйцеварки, операционно-технологические схемы которых предусматривают транспортирование яиц через микроволновые печи или между печами. Яйца перемещаются и вращаются вокруг продольной оси под действием фторопластового ячеистого ротора или контейнеров. Расположение микроволновых печей в яйцеварках может быть карусельным, туннельным, многоярусным. При последовательном расположении печей, для осуществления циклического процесса воздействия, расстояние между ними должно быть не менее ширины одной рабочей камеры.

4. Основные требования, предъявляемые к процессу варки яиц:

- воздействовать электромагнитным полем частотой 2450 МГц, при которой отношение факторов потерь желтка и белка минимальное, равное двум;

- воздействовать определенной плотностью потока энергии электромагнитной волны (Руд = 2,24...18,5 Вт/г);

- транспортировать яйца через яйцеварку со скоростью меньше критической 0,37 м/с (0,0315 м/с - с цепным транспортером; 0,0178 м/с - с ячеистым ротором) с одновременным вращением их вокруг продольной оси с частотой меньше критической 100 об/мин (14,16 об/мин - с цепным транспортером; 8 об/мин - с ячеистым ротором);

- при транспортировании яиц через микроволновые печи траектория их движения (циклоида) в одной печи должна чередоваться с эволютой циклоиды в последующей печи для обеспечения равномерной дозы воздействия ЭМП СВЧ на яйца;

- обеспечить скважность процесса воздействия ЭМП СВЧ меньше критической 0,5;

- варить яйца со скоростью нагрева меньше критической 1Д1°С/с до достижения температуры в белке 100 °С;

- обеспечить массовый расход пара через поры скорлупы яйца меньше критического 0,0827 г/с.

5. Максимальная производительность яйцеварки достигается при транспортировании яиц через микроволновые печи или внутри них при максимальном значении удельной мощности и скважности воздействия, близкой к критической.

6. Технико - экономическая оценка внедрения микроволновой яйцеварки показывает, что прибыль от реализации вареного яйца составляет 1,32... 1,61 руб./шт., рентабельность - 49,31.. .67,39 %.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Белов, A.A. Варка яиц в микроволновой печи / Белов A.A., Гуськов Ю.В. // Материалы студенческой научно-практической конференции, посвященной 75-летию Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. - Чебоксары: ЧГСХА, 2006.-С. 172.

2. Гуськов, Ю.В. Высокочастотная пастеризация яиц / Гуськов Ю.В., Кириллов Н.К., Новикова Г.В // Материалы научной конференции профессорско - преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА». - Чебоксары: ЧГСХА, 2003. - Т. 18.-С.328-330.

3. Гуськов, Ю. В. Способы и технические средства для варки яиц / Гуськов Ю.В., Новикова Г. В. // Межвузовский сборник научных трудов «Энергосберегающие системы, технологии и оборудование». ГОУ ВПО «Мордовский ГУ им. Н.П. Огарева». - Саранск, 2006. -С.210-212.

4. Гуськов, Ю.В. Установка для варки пищевых яиц / Гуськов Ю.В., Новикова Г.В. // Межвузовский сборник научных трудов «Энергосберегающие системы, технологи! и оборудование». ГОУ ВПО «Мордовский ГУ им. Н.П. Огарева). - Саранск, 2006. -С.213-214.

5. Гуськов, Ю.В. Конвейерная микроволновая яйцеварка / Гуськов Ю.В., Новикова Г.В. 11 Материалы всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня открытия Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. - Чебоксары: ЧГСХА, 2006. - С.405.

6. Гуськов, Ю.В. Обоснование режимно-конструктивных параметров конвейерной микроволновой яйцеварки / Гуськов Ю.В., Новикова Г.В. // Материалы всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня открытия Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. - Чебоксары: ЧГСХА, 2006. - С.407.

7. Кириллов, Н.К. Конвейерная микроволновая яйцеварка / Кириллов Н.К., Новикова Г.В., Гуськов Ю.В., Егоров Г.И. // «Механизация и электрификация с.-х.». - 2007. - №2. - С.27-28.

8. Михайлова, О.В. Высокочастотная пастеризация яиц / Михайлова О.В., Гуськов Ю.В., Новикова Г.В Л Информационный листок №82-024-03 ГРНТИ 68.39.71, УДК 637.433.3. - Чувашский ЦНЩ 2003.

9. Новикова, Г.В. Карусельная микроволновая яйцеварка / Новикова Г.В., Егоров Г.И., Гуськов Ю.В., Юкусов A.B. // Материалы аграрной научно - практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции

сельского хозяйства». Йошкар - Ола: ФГОУ ВПО «Марийский государственный университет», 2007.-С. 155-156

10. Новикова, Г.В. Механизированная микроволновая яйневарка с цепным транспортером / Новикова Г.В., Егоров Г.И., Гуськов Ю.В., Юнусов A.B. // Материалы аграрной научно -практической конференции «Аюуачьные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства». - Йошкар - Ола: ФГОУ ВПО «Марийский государственный университет», 2007,- С. 157-158.

Подписано в печать Формат 60x84/16 Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 69 Отпечатано с оригинал-макета. Полиграфический отдел ФГОУ ВПО

«Чувашская ГСХА». 428000, г. Чебоксары, ул. К.Маркса, 29 Лицензия ПЛД №27-36.

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Анализ существующих способов и технических средств для варки яиц

1.2. Физико-механические параметры компонентов яйца

1.3. Особенности оборудования для диэлектрического нагрева

1.4. Требования к качеству вареных яиц

1.5. Цель и задачи исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВАРКИ ЯИЦ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОВОЛН

2.1. Электрофизические параметры компонентов яйца

2.2. Обоснование режимно-конструктивных параметров микроволновой яйцеварки

2.3. Анализ избыточного давления под скорлупой при СВЧ нагреве яиц

2.4. Теоретическое обоснование процесса истечения газа и пара через поры скорлупы яйца

2.5. Аналитический расчет коэффициента теплоотдачи вареных яиц в микроволновой печи при обдувании воздухом

2.6. Теоретическое обоснование расширения белка при СВЧ нагреве

2.7. Траектория движения яйца при его транспортировке с помощью ячеистого ротора

2.8. Зависимость скорости вращения яйца вокруг продольной оси от скорости вращения ротора

2.9. Выводы по главе

3. МЕТОДИКА И СРЕДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Методика проектирования микроволновой яйцеварки

3.2. Описания разработанных микроволновых яйцеварок

3.3. Выводы по главе

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Кривые нагрева и охлаждения компонентов яйца

4.2. Измерение допустимого давления изнутри и снаружи скорлупы яйца

4.3. Выводы по главе

5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Технико-экономическая оценка внедрения механизированных микроволновых яйцеварок

5.1.1. Технико-экономическая оценка внедрения механизированной микроволновой яйцеварки с ячеистым ротором

5.1.2. Технико-экономическая оценка внедрения микроволновой яйцеварки с цепным транспортером

Потребление яиц в развитых странах поддерживается на достаточно высоком уровне. Так, в США, Франции и России в среднем на одного человека в год потребляется яиц около 250 шт., в Китае, Японии, Израиле - более 300 шт. В настоящее время яйца широко востребованы международной торговлей как важный компонент пищевой промышленности.

По составу и пищевой ценности яйца являются одним из самых полезных и питательных продуктов. Энергетическая ценность 100 г яичной массы составляет 157 кал (657 Дж). По питательности одно куриное яйцо среднего веса равно 40 г хорошего мяса или 200 г цельного молока. Яйцо является самым лучшим источником аминокислот, экзогенных жировых кислот, витаминов, минеральных соединений [45,65,78].

Следует подчеркнуть, что инвестирование в переработку яиц полностью обосновано с экономической и технологической точек зрения, прежде всего, с учетом их питательной ценности.

В настоящее время производство яиц в мировом масштабе превышает 800 млрд. шт. Самыми крупными производителями являются: Китай - 300 млрд. шт., ЕС - 83 млрд. шт., США - 79 млрд. шт. Польша сегодня производит 1 % мирового производства яиц. Со временем все большие средства будут вкладываться в производство безопасной и экологически чистой пищевой продукции.

В каждой стране должны существовать возможности переработки на уровне выше 20 % объема производства яиц, что позволяет регулировать спрос и предложение, особенно в период перепроизводства или других непредвиденных колебаний на рынке. Следует подчеркнуть, что в ЕС количество яиц, направленных на переработку, составляет 25 %, в США - 30 %, в Польше перерабатывается только 7 % производимых яиц [9,36,65].

Современная переработка яиц требует дорогостоящих технологий, поэтому самого большого прогресса в этой области достигли высокоразвитые страны. Яйца, в особенности, сваренные нетрадиционной технологией с высокой степенью переработки, являются популярным товаром на внутреннем рынке, а также ценным экспортным товаром, и этот процесс будет развиваться в ближайшее время в мировом масштабе.

В настоящее время в птицеводстве России на товарной обработке яиц занято более 20 тыс. человек, а на складах готовой продукции крупных птицефабрик - от нескольких десятков до сотни. Установлено, что низкий технический уровень оборудования, конструктивные и производственные дефекты соответствующих машин приводят не только к снижению качества яиц (повреждениям), но и к весьма ощутимым непроизводственным потерям этой ценной продукции. Только в процессе обработки яиц (с учетом загрузки) из общего числа повреждений браком становится 2/3 яиц [6,33,40,65]

Для устранения упомянутых выше негативных факторов необходимо внедрять непрерывные и поточные технологические процессы, исключающие перевалочные операции, шире использовать новое, более надежное и технически более совершенное оборудование для подготовки яиц к реализации, обеспечивающее сокращение их повреждений и непроизводительных потерь на 3,4.8,8 %, а значит, и материальных убытков птицеводческих предприятий [9,65].

С учетом сказанного, повышение технологического эффекта процесса варки яиц является важной народно-хозяйственной задачей. Одним из способов решения данной задачи них является применение механизированной нетрадиционной варки яиц с использованием передовых технологий и технических средств.

Существуют конструкции бытовых яйцеварок производства западных фирм BOSCH, SIEMENS, SEWERIN, ZAUBER и др. Особенностью технических устройств подобного типа является необходимость прокола скорлупы яйца до процесса варки со стороны тупого конца с целью обеспечения сброса избыточного давления внутри скорлупы при нагреве продукта.

ОАО Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» (Нижегородская обл.) имеет технологическую линию по варке и окраске яиц производительностью

30.40 тыс. шт. в день. Данная технология достаточно сложна и отличается высокой энергоемкостью.

Средство превращения обычных продуктов питания в «удобные» - это нагрев с помощью экономичных и эффективных современных микроволновых установок. При поглощении электромагнитных волн пищевыми продуктами происходит их диэлектрический нагрев, интенсивность которого обусловлена электрофизическими характеристиками продукта: значениями диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. Электромагнитные волны, проникая в продукт, нагревают его равномерно по всей массе [2,35,48,62]. В связи с этим нами изучена возможность интенсифицировать варку яиц с применением энергии электромагнитных излучений. При этом процесс варки происходит в особом температурном режиме, который невозможно воспроизвести в существующих бытовых яйцеварках, что обеспечивает вареному яйцу нежную структуру и гармоничный вкус.

Высокая эффективность применения электромагнитных излучений в сельскохозяйственном производстве доказана в работах Бородина И.Ф., Возьмилова А.Г., Воробьева В.А., Живописцева В.Н., Изакова Ф.Я., Новиковой Г.В., Михайловой О.В., Стребкова Д.С., Савушкина А.В., Сторчевого В.Ф., Тарушкина В.И., Цугленок Н.В. и др. ученых.

Актуальность работы заключается в применении энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) при механизированной варке яиц.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» и вписывается в Стратегию машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 г., утвержденную Россельхозакадемией, Минпромнауки и Минсельхозом России.

Целью настоящей работы является обоснование и разработка конвейерной микроволновой яйцеварки для получения качественной продукции при минимальных затратах энергии.

В связи с поставленной целью решались следующие научные задачи:

- обосновать частоту электромагнитного излучения и выявить причины взрыва яиц в микроволновой печи на основе изучения физико-механических параметров и диэлектрического спектра компонентов яйца;

- определить допустимую скорость нагрева компонентов яйца в процессе воздействия ЭМП СВЧ, исходя из основных положений теории диэлектрического нагрева;

- провести анализ избыточного давления, развиваемого под скорлупой яйца и обосновать массовый расход пара через поры скорлупы при СВЧ нагреве; обосновать скорость расширения белка под действием внутреннего давления в процессе варки яиц;

- обосновать траекторию движения яйца в микроволновой яйцеварке и частоту его вращения вокруг продольной оси при транспортировании;

- разработать, изготовить и испытать производственные механизированные микроволновые яйцеварки; провести экспериментальные исследования процесса нагрева яиц при разных значениях удельной мощности и скважности воздействия; скорректировать режимные параметры яйцеварок; выработать рекомендации к варке яиц в микроволновой яйцеварке;

- провести технико-экономическую оценку реализации разработанных механизированных микроволновых яйцеварок.

Концепция. На основе:

- анализа диэлектрического спектра составных частей яйца и избыточного давления под скорлупой;

- определения допустимого превышения температуры в компонентах яйца;

- исследования зависимости времени варки яиц от удельной мощности СВЧ энергии и скважности воздействия;

- обоснования траектории движения и частоты вращения яйца в электрическом поле;

- изучения методики проектирования технических средств, основанных на применении СВЧ энергии, согласовываются режимные и конструктивные параметры, разрабатываются механизированные микроволновые яйцеварки.

Объектом исследований является система факторов, обеспечивающих высококачественную конвейерную варку яиц в микроволновой яйцеварке при минимальных затратах и отрицательных воздействиях СВЧ энергии на окружающую среду.

Предметом исследований является установление оптимального процесса воздействия микроволн на пищевые яйца, обеспечивающего наибольшую эффективность решаемой народно-хозяйственной задачи.

Методология исследований. На основе диэлектрических характеристик компонентов яйца, теории диэлектрического нагрева, системного подхода к комплексу теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи математических, физических, биометрических, статистических методов, разрабатываются механизированные микроволновые яйцеварки, состоящие из источников СВЧ энергии, рабочих камер и механизмов транспортирования яиц.

Научная новизна:

- теоретически и экспериментально подтверждена возможность варки яиц в микроволновой печи; разработан циклический метод воздействия ЭМП СВЧ (эндогенный нагрев - пауза) для варки яиц;

- проведен анализ избыточного давления под скорлупой при СВЧ нагреве и обоснован массовый расход газа и пара через поры скорлупы;

- исследована скорость нагрева компонентов яйца при разных значениях удельной мощности СВЧ энергии и скважности воздействия;

- выявлена необходимая траектория движения яиц и частота их вращения вокруг продольной оси при механизированной транспортировке через микроволновые печи;

- обоснованы режимные и конструктивные параметры микроволновых яйцеварок: а) с ячеистым ротором (заявка №2006139783 «Механизированная микроволновая яйцеварка с ячеистым ротором»); б) с цепным транспортером (заявка №2006139784 «Механизированная микроволновая яйцеварка с цепным транспортером»).

Практическую ценность работы составляют:

- разработанный циклический способ варки яиц с использованием микроволновых печей (заявка №2006139783);

- обоснованная методика проектирования функциональных модулей с механизмами транспортирования вращающихся объектов (яиц) через рабочие камеры СВЧ печей;

- созданные яйцеварки с ячеистым ротором (производительностью до 150 шт./ч) и цепным транспортером (производительностью 110 шт./ч);

- выработанные рекомендации к варке яиц в механизированных микроволновых яйцеварках.

Реализация результатов исследований. Разработка конструкции микроволновой яйцеварки производилась в сотрудничестве с ООО «Птицепром Сервис» (г. Новосибирск) по договору на выполнение научно - исследовательской и опытно - конструкторской работы № 45-06. Производственные испытания микроволновых яйцеварок проводились в ГУП ЧР «Птицефабрика «Моргаушская». Результаты научных исследований используются в учебных процессах ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» и ФГОУ ВПО «Марийский ГУ».

Апробация результатов исследований. Материалы диссертации доложены и обсуждены на итоговых научно - практических конференциях ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» (2003.2007 г.г.); на аграрной научно - практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства», ФГОУ ВПО «Марийский государственный университет»: Йошкар-Ола, 2007 г.; на II Международной научной конференции «Знания молодых новому веку», ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА»: Киров, 2007 г.

Механизированная микроволновая яйцеварка демонстрировалась с 23 по 26 июня 2006 года на Всероссийской универсальной выставке - ярмарке «Регионы: сотрудничество без границ» (г. Чебоксары, МТВ Центр). Описания механизированных микроволновых яйцеварок опубликованы в газете «Аргументы и факты - Чувашия» №6,2007 г.

Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 10 печатных работах, в том числе 1 работа опубликована в ведущем журнале, рекомендованном ВАК Федерального агентства по образованию РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и рекомендаций, приложений, списка литературы из 89 наименований. Общий объем диссертации составляет 193 страницы, в том числе на 159 страницах изложен основной текст со 64 рисунками и 22 таблицами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Известные способы варки яиц на пару и на воде имеют высокую энергоемкость. Бытовые паро-яйцеварки и технологические линии для СВЧ обработки продуктов в силу специфических особенностей их конструкции и рабочих режимов использовать в процессе микроволновой варки яиц нецелесообразно.

2. Основные причины взрыва яиц в микроволновых печах: фактор по

Q Q терь желтка в 2,57.2,0 раза выше, чем у белка при частотах 10 .2,45-10 Гц; теплоемкость белка в 1,5 раза выше, чем у желтка; газопроницаемость скорлупы низкая; при СВЧ нагреве градиенты давления, температуры и влажности направлены от центра к периферии.

3. С учетом специфических особенностей процесса варки яиц разработаны две механизированные микроволновые яйцеварки, операционно-технологические схемы которых предусматривают транспортирование яиц поверх печей или между печами. Яйца перемещаются и вращаются вокруг продольной оси под действием фторопластового ротора или контейнеров. Расположение микроволновых печей в яйцеварках может быть карусельным, туннельным, многоярусным. При последовательном расположении печей, для осуществления циклического процесса воздействия, расстояние между ними должно быть не менее ширины одной рабочей камеры.

4. Основные требования, предъявляемые к процессу варки яиц:

- воздействовать электромагнитным полем с частотой 2540 МГц, при которой отношение факторов потерь желтка и белка минимальное, равное двум;

- воздействовать определенной плотностью потока энергии электромагнитной волны (РУд = 2,24. 18,5 Вт/г);

- транспортировать яйца через яйцеварку со скоростью меньше критической 0,37 м/с (0,0315 м/с - с цепным транспортером; 0,0178 м/с - с ячеистым ротором) с одновременным вращением их вокруг продольной оси с частотой меньше критической 100 об/мин (14,16 об/мин - с цепным транспортером; 8 об/мин - с ячеистым ротором);

- при транспортировании яиц через микроволновые печи, траектория их движения (циклоида) в одной печи должна чередоваться с эволютой циклоиды в последующей;

- обеспечить скважность процесса воздействия меньше критической 0,5;

- регулировать пространственное расположение яйца внутри микроволновой печи;

- варить со скоростью нагрева меньше критической Д77Дт=1,11°С/с до достижения температуры в белке 100 °С;

- обеспечить массовый расход пара через поры скорлупы яйца меньше 0,0827 г/с;

5. Максимальная производительность яйцеварки достигается при транспортировании яиц через микроволновые печи или внутри них при максимальном значении удельной мощности и скважности, близкой к критической.

6. Технико-экономическая оценка внедрения микроволновой яйцеварки показывает, что прибыль от реализации одного вареного яйца составляет 1,32. 1,61 руб./шт., рентабельность - 49,31.67,39 %.

1. Автоматизация технологических процессов пищевых производств / под. ред. Е.Б. Карпина. - М.: Пищевая промышленность, 1977. - 300 с.

2. Азаров Б.М. Технологическое оборудование пищевых производств. -М.: Агропромиздат, 1988.-463 с.

3. Аскин И.М. Расчет электромагнитных полей. М.: Энергоиздат, 1959.-385 с.

4. Бараненко А.В. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов.- М: Колос, 2004. 250 с.

5. Бессарабов Б.Ф. Практикум по инкубации яиц и эмбриологии сельскохозяйственной птицы-М.: Агропромиздат, 1992. 144 с.

6. Болтенков И.М. Оборудование для промышленной переработки яиц. М.: ЦНИИИТЭИ, 1972. - 128 с.

7. Буртов Ю.З. Инкубация яиц: справочник / Ю.З. Буртов, Ю.С. Гол-дин, И.П. Кривопишин. М.: Агропромиздат, 1990. - 239 с.

8. Бухгольц Н.Н. Основной курс теоретической механики. М.: Наука, 1972.-332 с.

9. Внедряем все прогрессивное / С. Эйриян, 3. Логиновских, В. Дми-тириев // Птицеводство.- 1999. № 2. - С. 8-11.

10. Водяников В.Т. Организационно-экономические основы сельской электроэнергетики: учеб. пособие для вузов по агроинженерным специальностям / В.Т. Водяников. М.: УМЦ «Триада», 2002. - 312 с.

11. Водяников В.Т. Экономическая оценка средств электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства и систем сельской энергетики: учеб. пособие для студентов, аспирантов и специалистов сельской энергетики -М.: МГАУ, 1997. 180 с.

12. Воробьев Б.А. Машины и оборудование птицефабрик и птицеферм / Б.А. Воробьев, Г.П. Дегтерев. М.: Колос, 1984. - 285 с.

13. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. Таблицы, арифметика, алгебра, геометрия, функции и графики М.: Наука, 1954.-775 с.

14. Гайдук В.Н. Практикум по электротехнологии / В.Н. Гайдук, В.Н. Шмигель М.: Агропромиздат, 1989. - 175 с.

15. Гинзбург А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. -М.: Агропромиздат, 1985.-336 с.

16. Гинзбург А.С. Сушка пищевых продуктов. М.: Пищепромиздат, 1990.-300 с.

17. Глуханов Н.П. Физические основы высокочастотного нагрева. -JL: Машиностроение, 1979. 61 с.

18. Гусак А.А. Математический анализ и дифференциальные уравнения. Справочное пособие к решению задач. 3-е изд. - Минск: ТетраСи-стемс, 2003.-416 с.

19. Гуськов Ю.В. Варка яиц в микроволновой печи / Ю.В. Гуськов, А.А. Белов // Материалы студенческой научно-практической конференции, посвященной 75-летию Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. Чебоксары: ЧГСХА, 2006. - С. 172

20. Гуськов Ю.В. Высокочастотная пастеризация яиц / Ю.В. Гуськов, Н.К. Кириллов, Г.В. Новикова // Труды ЧГСХА- Чебоксары: ЧГСХА, 2003.-Т.18.-С.328-330.

21. Гуськов Ю.В. Высокочастотная пастеризация яиц / Ю.В. Гуськов, О.В. Михайлова, Г.В. Новикова // Информационный листок Чебоксары: Чувашский ЦНТИ, 2003. - №82-024-03

22. Гуськов Ю.В. Способы и технические средства для варки яиц / Ю.В. Гуськов, Г.В. Новикова // Энергосберегающие системы, технологии и оборудование: межвузовский сборник научных трудов / Мордовский ГУ им. Н.П. Огарева. Саранск, 2006. - С. 210-212.

23. Гуськов Ю.В. Установка для варки пищевых яиц / Ю.В. Гуськов, Г.В. Новикова // Энергосберегающие системы, технологии и оборудование: межвузовский сборник научных трудов / Мордовский ГУ им. Н.П. Огарева. Саранск, 2006. - С.213-214.

24. Драганов Б.Х. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1990.- 460 с.

25. Живописцев Е.Н. Электротехнология и электрическое освещение / Е.Н. Живописцев, О.А. Косицын. -М.: Агропромиздат, 1990. 303 с.

26. Зайцев A.M. Микроклимат животноводческих комплексов. М.: Агропромиздат, 1986.- 191 с.

27. Зайцев А.М. Электронагрев на фермах / A.M. Зайцев, В.Н. Растри-гин. -М.: Росагропромиздат, 1989. 60 с.

28. Залюбовская Н.П. О влиянии радиоволн миллиметрового диапазона на организм человека и животных // Гигиена и санитария. 1978. - №8.

29. Зимняков В.М. Практикум по расчету и конструированию машин и аппаратов перерабатывающих производств. Пенза: Пензенская ГСХА, 2001.-187 с.

30. Изаков Ф.Я. Механизация и электрификация птицеводства / Ф.Я. Изаков,Н.М. Быков,П.Н. Леонтьев-М.: Колос, 1982.-398 с.

31. Искин В.Д. Биологические эффекты миллиметровых волн и коре-ляционный метод их обнаружения. Харьков: Основа, 1990. - 302 с.

32. Использование СВЧ- излучения в технологии пищевых продуктов // Пищевая промышленность. 1988. - №4.

33. Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевой технологии / Г.Д. Кавецкий, Б.В. Васильев.- 2-е изд., перераб и доп. М.: Колос, 1997. - 551 с.

34. Кавецкий И.Ф. Оборудование предприятия общественного питания. М.: Колос, 2004.-304с.

35. Кива А.А. Машины и оборудование для птицеводства / А.А. Кива, Ю.Н. Сухорева, В.М. Лукьянов. М.: Агропромиздат, 1987. - 240 с.

36. Киничников С.А. Электромеханизация в птицеводстве. М.: Рос-сельхозиздат, 1977. - 392 с.

37. Кириллов Н.К. Конвейерная микроволновая яйцеварка / Н.К. Кириллов, Г.В. Новикова, Г.И. Егоров, Ю.В. Гуськов // Механизация и электрификация с.-х. 2007. - №2. - С.27-28.

38. Кириллов Н.К.Проектирование высокочастотных установок для технологических процессов в животноводстве / Н.К. Кириллов, Г.В. Новикова, Г.И. Егоров // Известия НАНИ ЧР. 1997. - № 5. - С. 63-68.

39. Княжевская Г.С. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов / Г.С. Княжевская, М.Г. Фирсова. Д.: Машиностроение, 1980. - 73 с.

40. Комарова JI.A. Руководство по физическим методам лечения / JI.A. Комарова, JI.A. Благовидова. Л.: Медицина, 1983. - 182 с.

41. Кочнен И.И. Птицеводство / И.И. Кочнен, М.Г. Петраш, С.Б. Смирнов. М.: Колос, 2003. - 174 с.

42. Красильников П.М. Резонансное взаимодействие микроволнового излучения с поверхностью заряженными бислойными липидными мембранами // Электромагнитные излучения в биологии: международная конференция. Калуга: КГПУ, 2000. - С. 96-99.

43. Кричевский Е.С. Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов. М.: Энергия, 1980. - 240 с.

44. Кудрявцев И.Я. Электрический нагрев и электротехнология / И.Я. Кудрявцев, В.А. Карасенко. М.: Колос, 1975. - 368 с.

45. Лыков А.В. Теория сушки. -М.: Энергия, 1968. 468 с.

46. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники М.: ВИЭСХ, 1998. - Ч. 1. - 220 с.

47. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники: нормативно-справочный материал. М.: РИЦ ГОСНИТИ, 1998. - 4.2. - 240 с.

48. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов: утв. Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике 21.06.1999 №ВК477.

49. Миллиметровые волны низкой интенсивности в медицине и биологии / О. В. Бецкий и др. // Биомедицинская радиоэлектроника. 1998. -№4.-13 с.

50. Михайлова О. В. Диэлектрический спектр составных частей инкубационных яиц // Информационный листок Чебоксары: Чувашский ЦНТИ, 2000. - № 162-Р

51. Михайлова О.В. Комплексное воздействие электромагнитных излучений разных частот на биологический объект / О.В. Михайлова и др. // Международная конференция «Электромагнитные излучения в биологии». Калуга: КГПУ, 2000. - С. 91-96.

52. Михайлова О.В. Обоснование и разработка технических средств с источниками электромагнитных излучений для технологических процессов птицеводства: автореф. дис. д-ра тех. наук. Чебоксары: ЧГСХА, 2004. -36 с.

53. Михайлова О.В. Электрооборудование в птицеводстве / О.В. Михайлова, Г.В. Новикова, Н.К. Кириллов. Чебоксары: ЧГСХА, 2003.-257 с.

54. Нетушил А.В. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников. M.-JL: Госэнергоиздат, 1959.-480 с.

55. Никитин Е.М. Теоретическая механика. М.: Наука, 1977. - 416 с.

56. Новикова Г.В. Диэлектрические установки интенсификации технологических процессов в животноводстве: монография. Красноярск: КГАУ, 1993.-260 с.

57. Новикова Г.В. Интенсификация ВЧ электромагнитным полем технологических процессов в животноводстве: автореф. дис. д-ра техн. наук.-М.: МГАУ, 1994.-36 с.

58. Новикова Г.В. Электро-, светотехника в животноводстве / Г.В. Новикова, Н.К. Кириллов, П.В. Зайцев. Чебоксары: ЧГСХА, 1999. - 400 с.

59. Остриков А.Н. Расчет о конструирование машин и аппаратов пищевых производств. СПб.: ГИОРД, 2003. - 352 с.

60. Переработка яиц в СССР и за рубежом / С.С. Кругалев и др.. -М.: АгроНИИ ТЭИММП, 1990. 50 с.

61. Пономарев К.К. Составление дифференциальных уравнений. -Минск: Высшая школа, 1973. 558 с.

62. Романов А.Л. Птичье яйцо / А.Л. Романов, А.И. Романова. М.: Пищепромиздат, 1969. - 112 с.

63. Рубцов П.А. Применение электрической энергии в сельском хозяйстве. -М.: Колос, 1971. 526 с.

64. Сергеева A.M. Контроль качества яиц. М.: Россельхозиздат, 1984.-64 с.

65. Славин P.M. Автоматизация процессов в животноводстве и птицеводстве. М.: Колос, 1976. - 232 с.

66. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. М.: Колос, 1992. - 399 с.

67. Справочник по инкубации яиц сельскохозяйственной птицы / под ред. Ю.Н. Владимировой. М.: Колос, 1971. - 224 с.

68. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергоиз-дат, 1981.-319 с.

69. Теоретическая механика. / под ред. Е.М Никитина. 10-е изд., пе-рераб. - М.: Наука, 1977. -416 с.

70. Технология переработки продуктов птицеводства / под. ред. Н.П. Третьякова. М.: Колос, 1974. - 240 с.

71. Флауменбаум Б.Л. Теоретические основы стерилизации консерв. -Киев: Вица школа, 1981. 186 с.

72. Харьков А.В. Интенсификация процессов СВЧ-обработки сельскохозяйственных материалов: автореф. дис. . канд. техн. наук. М.: МГАУ, 1995.-22 с.

73. Царенко П.П. Повышение качества продукции птицеводства: пищевые и инкубационные яйца. Л.: Агропромиздат, 1988.-240 с.

74. Экономическая эффективность механизации с.-х. производства / А.В. Шпилько и др.. М.: РАСХН, 2001. - 346 с.

75. Электрооборудование животноводческих предприятий и автоматизация производственных процессов в животноводстве / под ред. И.Ф. Кудрявцева. М.: Колос, 1979. - 367 с.

76. Электротехнология / A.M. Басов и др.. М.: Агропромиздат, 1985.- 258 с.

77. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / под ред. И.А. Рогова. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. -288 с.

78. Ясногородский В.Г. Справочник по физиотерапии. М.: Медицина, 1992.-512 с.

79. Bengtsson N., Ohlsson Т. Industrielles Erhitzen mit Mikrowellen und seine Bedeutung fur gefrier und hitzebehandelte hebensmittel. - ZFL, 1986, 37, № 6,392-399.

80. Budagovsky A.B. Role of coherent fields in spatial realization on cell genetic information. Electroma genetic radiations in biology. Kaluga: Kaluga Tsiolkovsky State Pedagogical university, 2000. - P. 27-32.

81. Das Dynopack System fur die Zebensmittel - verpackung - Neue Verpack. - 1986. - № 9. -P. 24-29.

82. Rice J. Microwave susceptors control energy absorption rates Food Proces, 1986.-№6.-P. 74.

83. Ristic M., Sakac V., Flipovic S., Kormanjos S. Technologija proizvod-nje proteinsko energetskh Hraniva of Nejestivih sporednih proizvoda zaklane zivine. Novi Sad, Matica SRPSKA, Tiski cvet, 1996, 141.

84. Schiffmann R.F. Food product development for mierowavr processing -Food Technol. 1986, 40 № 6. - P. 94-98.160