автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШОКОЛАДНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПОМОЩЬЮ СВЧ-НАГРЕВА



МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО -И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

Московский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности

НОСИКОВ Владимир Сергеевич

УДК 663.913.132/ 133:537—96

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШОКОЛАДНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПОМОЩЬЮ СВЧ-НАГРЕВА

Специальность 05.18.12— Процессы и аппараты пищевых производств

На правах рукописи

Для служебного пользования

Ш/1-п*-

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1983.

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Крас його Знамени технологическом институте пищевой промыш леї тости.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук, профессор А. М. ОСТАПЕНКОВ

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ: кандидат технических наук, доцент 3. Г. КЛИЛЮВЦЕВА

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор Г. А. МАРШАЛКИН кандидат технических наук, профессор А. Т. ПТУШКИН

Ведущее предприятие — Всесоюзный научно-нсслег тельский и экспериментальный институт продовольствен1 машиностроения (г. Москва).

Защита состоится « ^ » ^ 1983 год. заседании специализированного Совета К.063.51.07 Мс ского ордена Трудового Красного Знамени техно/югиче института пищевой промышленности по адресу: 125080, Л ва А-8Э, Волоколамское шоссе, 11, ауд.....

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке і тута.

Автореферат разослан » . .1983

Ученый секретарь Совета

доц. И. М. САР" Ч>

А к ту ал шость пробд емы

В "Основных направлениях экономического и социального развития ОССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года"» утвержденных на Ш1 съезде КПСС, и в реленнях майского Пленума'04 КПСС по Продовольственной программе СССР, главное внимание отводится социальному прогрессу советского общества, повымению благосостояния трудяиихся ..на основе ускорения тучно-технического прогресса, интенсификации об явственного производства и повыв енив его Эффективн ости".

Важная роль в реоении этих задач принадлежит пидевой промышленности, и в частности, кондитерской отрасли, которой в XI пятилетке предстоит значительно увеличить выпуск продукции* Объем производства кондитерекмх изделий в этой пятилетке должен возрасти на 1,9 иди. т., что на П? превысит выпуск продукции н за 1976-1980 г. г.

Одним иа путей ускоренного развития отрасли является изыскание новых и совершенствование старте технологических процессов, более эффективное использование сырьевых ресурсов, внедрение новой прогрессивной техники.

За последние годы в пи девой промышленности -ддя обработки различных пищевых сред с успехом стали применяться различные электрофизические методы, что позволило значительно повысить производительность труда, увеличить выход сырья и готовой продукции, улучшить ее качество.

Как показали проведенные исследования, применение СЗЧ-Энерго-п од в ода в кондитерской отрасли значительно повышает эффективность таких продолжительных по времени процессов, как термическая обработка какао бобов и стерилизация какао поравка.

Термообработка какао бобов оущеегтвуощини методами-;' креме—

ЦНБ МСХА '

фонд уаучнойлитературы'

А - 3$5АС

- З -

6сльяоя продолжительности С в течение 40-30 мин.), отличается неравномерностью прогрева бобов по объему, что в конечном итоге Приводит к потерям какао-масла как за счет миграции.» какаовеялу, так и неполного перехода жира & дисперсионную среду. Стерилизация какао порсака известными способами также.является малоэффективной, а сам процесс недостаточно изучеинш.

' В свете нажженного повышение эффективности процессов ТЄР40-сЬработки какао бобов и стерилизации какао порошка с помощьо СВЧ-нагрею, а также разработка соответствувяих аппаратов представляется актуальной и своевременной.

Цель работ«.

Целы> работы является повышение оффективности процессов термообработки какао бобов и стерилизации какао порсвка с применением СЗЧ-нагрева, исследование*и обоснование рациональных режимов СВЧ-обработки, разработка конструкции СВЧ-установки непрерывного действия и создание методики ее инженерного расчета.

Научная новизна

Предложены методика измерения диэлектрических характеристик сыпучих пицевых сред модифицировав ним методом короткого замыкания и метод измерения диэлектрических.характеристик сред с малой диэлектрической прок ищем ость« на основе диафрагмированного ко-роткозамкиутого волновода при частичном заполнении;

- определены диэлектрические характеристики какао бобов и. какао порешка в зависимости от температуры на частоте 2450 МГц;

- установлены и научно обоснованы рациональные режюш непрерывной СВЧ-термообработки какао бобов с учетом изменения таких физико-химических показателей как влажность, содержание жира, число свободных радикалов, кислотность и т.п. прирезяичной тем-

пературе, темпе и продолжительности нагрева. Показана возможность получения какао бобов с конечной влажность» до I.OÍ за счет термообработки в СВЧ-поле при цикличном режиме работы СВЧ-генера-тора;

- определены рациональные режимі стерилизации какао ^поровка в СВЧ-поле и установлена допустимая температура нагрева;

- разработан и зачищен авторским свидетельством специальный датчик температуры с дискретным заполнением капилляра;

- дан расчет основных характеристик электродинамической системы на основе прямоугольного изогнутого волновода типа "меандр" с частичным заполнением диэлектриком (продуктом);

- проведен аналитический расчет с помощыз рекурентних соот- . вощений температурных и влажностных полей какао бобов и какао порой ка по длине электродинамической системы в процессе СЗЧ-термо-сб работки;

- разработаны методика инженерного расчета и конструкция ■■ ■ экспериментальной СЗЧ-установки непрерывного действия для термообработки сыпучих пищевых сред.

Практическая ценность работы.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили предложить эффективный метод термической обработки какао бобов в ЗИП СЭЧ, обеспечивающий не только рззиое-сокращение продолжительности (пржерно в 10 раз), но и значительное снижение потерь какао-масла, являющегося наиболее дорогим полуфабрикатом кондитерского производства, что лает значительный экономический эффект. Проведенные совместно, с экспериментальной кондитерской фабрикой "Чрасный Октябрь" (г.Москва) испытания по обжарке какао бобов на экспериментальной СЗЧ-установке, предложенной кон-

стдекции, подтвердили правильность выбранных режимов об карки и показали повышение содержания свободного жира в какао бобах в среднем на 2-ЭХ по сравнении с. данными конвективной обжарки на промышленной установке "Конти". Экономический эффект от внедрения метода С В^ термообработки для одной установки при переработке 3390 тонн какао бобов в год составляет около 100 тыс.руб.

ТЪзрабстанкый метод измерения диэлектрических характеристик применяется при соответствутяихгисследованиях в ШИЭКШродмаи (г.Носква). ' - -. ;

Исследование процесса стерилизации какао поровка позволило установить рациональные режимы СЗЧ-обрвботки и показало её високу» объективность по сравнении с известными методами тепловой стерилизации.

Апробация работ»

Основные результаты проведенных исследований доложены на III Всесоюзной научно-технической конференции "Применение СЭЧ знергииідля исследовательских, целей и интенсификации технологических процессов" Сг. Саратов, 1960 г.), на научной конференции МТІЇШ СІР82 г.).

Публикация основных положений работы .

По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных ра-, бот (объемом 3 п.л*) и получено авторское свидетедьство*9310О5.

Обьем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений и-списка использованной литературы. Содержание работ» излажено на 154 страницах машинописного текстам п ронял ост рировано 52 рисунками.

В первой ГДОВЄ рассмотрены,(физические основы теплового действия СЗЧ-энергии валикевые продукта. Отвечаете я, что специфичность С34-нагрева заклочается в высок оя концентрации энергии в единице . объема и равномерности теплового паяя внутри нагреваемого объекта* 3 результате при различных процессах термообработки лицевых сред происходит резкое сокращение продолжительности действия на продукта высоких температур и за счет этого повышение биологической ценности и улучзение качества пропедаих СВЧ-об работку пищевых- продуктов по сравнений с продуктами, обработанными известными тепловыми методами.

Обосновывается необходимость знания для расчета технологических процессов с использованием СВЧ-знергояодвода диэлектрических характерів тик обрабатываемых сред в диапазоне сверхвысоких частот и их изменения при нагреве. В связи с темі что теоретический расчет величии диэлектрической проницаемости, представляюаейго СВЧ комплексну в величину» в большинстве случаев не представляется воэмояты определение ее проводится экспериментально*

Практическая реализация СЗЧ-энергопоявода требует определения таких характеристик, отражшгвих нагрев в С34-поле, как глубина проникновения, темп нагрева и т.п., для чего приведены, с о ответствуя яие расчетные <£о{мулы. В заключении кратко рассмотрен вопрос тепломассообмена при СЗЧ-нагреве и делается вывод о его высокой эффективности по сравнении с конвективным .методом особенно пщ супке пи пегих продуктов с низкоП влакностьо, чему способствует объемный прогрев, возникновение избыточного внутреннего давления и определенная направленность градиентов температурі и давления внутри продукта.

Во второй главе представленії результата исследования диолектрс-ческах характеристик какао бобов и какао поразка в диапазоне СВЧ. Анализ известных методов измерения показал, что метод короткого

замыкания, иаяедяив наиЗсдее ntposoe применение, имеет ряд супсствен-н их недостатхоэ. в частности, удовлетворительная точность измерения мелет бить подучено при строго отределенноя толщине обрнзш исследуемого продукта, равной ^фі , прічем At - дійна водіщ в продукте-теличина, как правило,'неизвестная. ІЬсчет диэлектрических характеристик в данном негоде проводится с псмоцьо трцнсіик^ішізгз уравнения

■ tit ~ з^Г

неоднозначность репеїмя которого требу с т проведе ни я повторних измерений іа ой резцах различной то* чин«, .что значительно увеличивает вр« я измерения и обработки экспертентадысых дошшх,

Отмеченные недостатки удастся устранить при исследовании сшіучих пидешх сред, если метод короткого замыкания модифицировать, вхдячив предварительное измерение завис ж ости ЇСС31 от перемснноЯ тешдош исследуемого продукта сС и определяя »а полученной зависукости необхо-димуп тсдвяну образца, рвгнув половине расстояния ке»яу соседними максимумами. Остановив, таят обрезом, величину ,кз соотноеения

можно приближенно сп ре д сіять диолектраческув проницаемость продукта,'исклпчмв, тем самим, проведение вдальнеПао« дополнитсяьних измеренийдля снятия неопределенности уравнения (I).

Однако,-в процессе ріоти йидо установлено, что измерение по предложен ноя методике диалект ричсскихгхарактср(стиксред с малой величиной дизлектріческоЯ проницаемости затруднено, поскольку npt разумное длине отрезка короткозамкнутого волновода кривая зависимости ЇЇС5 может иметь только' один максимум, в связи с чем но представляется возможным определить величину Лі и тол кину образца сС.

Для исследования диалектических харвктсрістик пищевых срсд лреддодш м апробирован метод диафрагмированного короткозамкнутого волновода с частичным заполнением исследуемоЯ средой, лрсдлоіа гевеий опредедеїжув зависимость полной входноЯ проводим ОСП! волновода о диафрагм о а їй входе от диалектических характеристик пеме денного в кем

продукте. " ;

Теоретическая величина полной входной проводимости рассчитывается о учете* оквиыкдентнах проводим ос теЯ отдельных условных участков рабочей камеры, рассматривая их как последователе подключенные отрезки лшэш передачи с опрсдсленними водновахи сопротивлениями. Схематически риЗочая камера и ее эквивалентное представления показаны на рис. I. V

коротхозаккяутвЯ

-чалиаяи.

, I __х ис следу СМІЛІ

Диаірагка . І проклаысаЧ^

а) рабочая камера

і і&УД» І

4 'г

в) эквивалентное представление рабочее каморы

Рис. І Рабочая кьксу-а и со эквивалентов^ представление

Согласно теории длинных дикий для каждого определенного сечения волновода мовдо записать соответствуй з< о уравнения для входной эквивалентно.! проз одни ост и:

сечение 1-І

сеченне, 3-3 Узі - -% ф + Yt*M&»ts ( 2 }

сечение - вход

у J

у*.

где в выражение-для : Угг■ через*оквивалентнуо проводимость YV/ входят диэлектрическая проницаемость и тангенс потерь исследуемого продукта. Совместное решение системы уравнения (2) на ЭШ ET-I022 по специально созданной программе позволило представить входную,, эквивалентную проводимость, являющуюся комплексной ^величиной і 'в виде функции ОТ COOT- *

■ * - ■ < .

ветствующих диол ект рических характеристикпродукта*'

Поскольку волновая проводимость.связана с коэффициентом стоячей волны СКСВЮ соотношением У- — ^ , то;- рассматривая хороткоэамкну-тый отрезок волновода, с диафрагмой 'иавходекак резонатор, имен пий при резоваксе'чисто активную проводимость, можно по измеренным значениям КСШи'резонансной частоты с псыоцью системы (2) рассчитать диэлектрические характеристики продукта. Проведенный расчет допусков на гешетрнческие размеры » погрешности измерений-показал, что метод обеспечивает измерение диэлектрической проницаемости с.точностью-3-5£, а тангенса.потерь с точностью Ї0&. •

Результаты измерений' £ и S"для какао бобов в интервале температур 20-1604; и какао порсвка1 при температурах'20-100^ на частоте 2450 МГц приведены на pwoY 2.. Изменение диэлектрической проницаемости происходит незначительно, оставаясь для какао бобов на уровне 1,9-2,0, а для какао порспка 1,5-1,6. Температурные зависимости имеют вид кривых, проходящих через максимум для какао бобов в области

Температура, "С

б) какао поросо к Рис.2.Зависимость ¿' и £ какао бобов и какао

порошка от температуры ыа частоте 2^50 МГц ,

а.для какао порош ка- 60-80изменяясь, соответственно, от 0,П до 0,155 для какао бобса.н от 0,ОТ до 0,11 для какао порошка с последувдим уменьшением.

В результате математической обработки результатов.измерений получены уравнения регрессии с минимальной, остаточной дисперсией, .описывавшие завйсшость диэлектрических характеристик какао бобов и какао порошка от температуры;

какао бобы: <£' * 1,97 -

V Т -

<£" - 0,075 + О.ООГ5Т - 0.0000ОТ5Т2 С За )

. 0,046 + 0.ССОТ5Т г 0.0000027Т2

какао порошок:^ <?' ■ 1,41 + 0,006Т - 0,00005Т^

- 0,038 + 0.00Ш - 0,000012т2 С 0в )

¿рр- 0,031 + О.ООІГГ - о.оооосет2 Полученные/результаты в дальнейшем использовалвоь дхя расчетов коэффициента з&туханияв вслнсваде и, температурных полей пр( СЗЧ-теряооб работке какао бобов и какао порошка.

В третьей главе исследован процесс термической обработки какао бобов в ЗМГІ СВЧ. С учете* того, что ^существующая конвективная обжарка * какао бобов обладает, рядом принципиальных* недостатков, сделан вывод о целесообразности обжарки какао бобов с помощь» СЗЧ-нагрева. 3 результате проведенных исследований кинетики суаки; кэненения'-ряда1 физико-химических показателей, влиявших-на вкус^и арснат,-продукта, установлены и научно обоснованы рациональные режиш СВЧ-обжарки какао бобов. Для экспериментов йспользоналмсь какао бобы наименований "Аккра" и "Вайя" с исходной влажность»'5-6Ї.

В работе установлена связь темпа нагрева кпказ бобов в СЗЧ-поле' с числом езободннх рдикалов. характериэуюиих различные окислительные процессы в ядре какао бобов, и сделан вывод: о недопустимости нагрева о теипок,,превышавшим 0,9°С/о (рмс.з).

В процессе работы у стан озлено, что в какао бобах, прсоедвих СЗЧ-термосб работку, по сравнейюс обваренными конвективным способом, отмечается увеличение содержания свободного жира в среднем на 2-ЗЇ. Анализ потерь какао масла при термической обработке показал, что наблБдасмое при СЗЧ-обжархе увеличение содержания жира связано, во-первых, с уменьшением его потерь в какасвеллу за счет резкого ' сокращения продолжительности обжарки и отлипания оболочки, от ядре на ранней стадии обжарки благодаря интенсивному процессу парообразования и возникновения больного внутреннего давления.' Во-вторых, при СЗЧ-ннгреве происходит более полное и глубокое раз руление микро-* структуры какао бобов за счет равномерности теплового поля и внсокоЯ концентрации энергии по объему ядра. Изменения жира от температуры при различных температури о-в ременных режимах обжарки приведены на

iMC.it,

Проз еденные комплексные исследования таких физико-химических показателей, как влажность, жир, кислотность, аминиый азот и реду-ци рук я ив вещества позволили установить, что время обжарки какао бобов в СЗЧ- поле суцзственно ед:іяєт на глубину протекания химических реикций. В результате проведенных исследований в качестве рациональных режимов были рекомендованы следу вайе: темп нагрева 0,^-0,5 °С/с температура обларіиі Т30-І'і0оС и время обжарки 4-5 мин. Конечная' злжнссть какао бобов при таких режвдех составляла 2-2,5 %.

1 ребоге также исследовалась возможность,оіжарки какао бобев в СЗЧ-поле до достижения ал а »нос ти Т-1,5*, которая является опти-мапьноЛ для обеспечивания максимального отбора какао масла в процессе прессования какао тертого. Установлено, что СЗЧ-обжврка позволяет за сравнительно короткое время поручить какао бобы с конечной влажность» окаю І.ОЇ. Причем, для предотвращения термического пов-роашгни« бобов наиболее рациональном рїчгмом обяк рки в данном случае

і

& о

Air tfF

J J sv /4-

• J ¡РЇ

їг-

-T frf

аГ з

сї

1 4М

< J

1В0

НО i$0 1ВО Т

Температура, °С

Г.:с. 3. Зависимость числа свободных радикалов от температуры и темпа нагрева в СВЧ-поле

Ж

•tOO 1SO il/O ISO

Температура С

Гис. »v. Изменение содержания свободного жира в как&о

бобах в зависимости от температуры* и темпа нагрева

• — СВЧ; — — конвективная

- І* -

является цикличный рожки, заклочаоадЯся в периодическом дейстгии на какао бобы СВЧ-нагрева. Проведенные ис следом ни я показали» что 4-5 цикличных, кратковременных Сг50-70 с) воздействия СЗЧ-нагрева на какао бобы о интерслои в 3&-40 с оказывается достаточным для доведения их до требуемой влажности.

Исследование реологических характер«:тих какао тертого пока- ■ эало уменьшение вязкости и повышение дисперсности тертого из какао бобов, провеса их СЗЧ-об работку, по сравнению с обработанными конвективным способен, что сввдетыьствует о более полном рвзруяении микроструктуры бобов. В результате следует ожидать повышения эффективности отжима какао масла и более полного использования сырья.

3 четвертой главе на продере какао пороииа проведено экспериментальное исследование стерилизации порсакообразных пиаевых сред. Показаны прекмуасства СЗЧ-нагрева, лоэвотяючт получить микроб и о-логически чистые продукты при менших температурах и продолжительности обработки по сравнен ив о традиционными тепловыми методами с герилизации.

Изучение влияния СВЧ-нагрева на качественнее показатели какао порошка позволило установить предельно допустимую температуру его нагрева, равную 90-95°С. Нагрев какао порошка шпе указанного предела приводил к заметным изменениям качественных показателей, в первую очермдь, влажности.

Исследования стерилизации какао порошка проводились на частоте 2450 МГц и включали определение влияния СВЧ-нагрева на об чув об-семененность^актерии кишечной палочки и плесени, т.е. тех параметров, контроль которых является обязательным в кондитерскш производстве.

&меренпе температуры продукта в процессе СЗЧ-нагрева проводитесь с помоаья спеціально разработанного датчика температуры с дискретным заполнением капилляра и резурвуарі (авторское свидетель-

СТВО «931005).

Анализ кривых выживаемости Срис.5) показал, что активность СЗЧ-нагреве (скорость уменьшения числа.никрооргониэмов) какао пороо-ка наксвдальна в интервале темпера іурб0-80°С. когда, в основно«, происходит уничтожение плесени

и бактерш кипечнси палочки (е- Собі) /

Установлено, что темп кагрева капо лороска, в связи с ограниченней скорость«) теплсяасссперіноса в поразко обр» них средах, не должен превышать 20С/с.По сравнению о обычной тепловой сторилгоа-иией СЗЧ-тяриообреботка какао пороті« отличается белее высокой эффективность«) и позволяет сократить продолжительность процесса, в 8-Ю раз.

№ £

Врем» погреба; с

Рис. 5. Кссгис ль-живаеностн-кйкроррганизмои при различней . теале нагрева- какао.прргско в СЕЧ-поло

I - 0,75 °С/о; 2 - 0,9 °С/с; 3 - 1,1 °С/с; ч - 1,65 *С/с;

5 - Э °С/с

1!сслед01йниз способности микроорганизмов* к активной жизнедеятельности показало определенное бактеристатическое действие СЗЧ-нагрева при нагреве какао порошка до 90-95аС, что, видимо, объясняется подавлением жиэ недеятельное та некоторых типов устойчивых к высоким температурим бактериальных клеток споровых культур.

На основании анализа полученных результатов сделан вывод о том, что для повышения эффективности С ЗЧ-сте р«лизации какао порешка необходимо располагать его в зоне С9Ч-поля в виде слоя определенной тадяшш.

3 пятой главе рассмотрены вопросы конструирования и инкенер-кого расчета СЗЧ-установск непрерченого действия для те рмооб работ- ' ки сыпучих пизевых сред в электромагнитном поле бегуяей волны, Ч • качестве электродинамической системы, где происходит преобразование электрической энергии в тепловую, выбран прямоугольный волновод меандрового типа, в'яирзхоЯ стенке которого вапоинена продольная сель для ввода располагаемого на ленте транспортера продукта определенной.толщины.,Однако, в отличие от традиционно используемых систем подобного типа,: в предложенной конструкции отдельные волно-водные секции, составлявшие меендрощуи систему, непосредственно примыкают друг с другом по иирине стенки. Поэтому при своем движении продукт 'постэянно;нвходится в зоне действия СВЧ-поля, а опасность побочного излучения из целей в окружавшее пространство практически ликвидирована.

Насчет процессов, связанных с тепловой оЗрнботкой пкяевюс сред в ЗКП СЗЧ, трчЗует определения рчда характеристик электродинамической системы и темп; ре т>рн о-в личностных палей этих сред при их перемезении вдоль системы.

Одним из основных гшр.метров электродинамической системы является коэффициент затухания электромагнитной волны в мате риале н&греьаемо!! среда.

■ С помощьс метода возмуиений для. определения коэффициента затухания в зависимости от отепени заполнения волновода обрабатываемым: продуктом и его место нахождения получено аналитическое выражение вида:

о/г я*'

где - площадь поперечного.сечения слоя продукта;

5 - площадь поперечного сечения прямоугольного водно-' - вода.

По формуле (4),' иопсагьзуя измеренные величины аиэлек греческих характеристик,рассчитаны коэффициенты затухания для какао бобов и какао порошка в зависим ос ти-оттемпера туры, толщины слоя и месторасположения продукта. В своо очередь, допустимая толщина слоя корректируется,с учетом глубины проникновения СЗЧ-поля внутрь продукта и условия отсутствия воз букде ни я высших типов волн при вне-• оении в волновод диэлектрика (продукта} из дисперсионного уравнения вида « - ■

Щ

где . Н. - толщина слоя продукта.

Для определения температурных полей га уравнения теплового баланса-для злементаїного объема продукта в К-ой секции системы с учетом потерь энергии на испарение и излучение получено следующее дифференциальное уравнение-

с? срЯ'г С " ^ 6

іде С - удельная теплоемкость продукта, *ж/кг*гргд ;

% - удельная плотность продукта, кг/м^;

£ - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Зт/м?град;

Ъ - удельная теплота испарения,* 7х/кг;

А. - толщина слоя продукта;

и - скорость суаки в долях от кассы продукта,

Через 3?0У в режиме прямотока обозначено выражение £ "

¡¿I.

а в рекше противотока £

где ЙД- расстояние от К-оП секции до конца системы!

Й, - длина системи вдоль распространения СЗЧ-энергии. В общем случае входялне в уравнение коэффициенты зависят-от температуры, что делает-его нелинейным. Для упрощения задачи проведена линеаризация уточнения, г.сучдг сз следу с тих допуиениЯ:

а) рассматриваем изменение температуры на отрезке достаточно малой длины, которая ПОЛНОСТЬЮ лежит внутри отдельной секции волно-водной системы;

в) пренебрегаем изменением на данном отрезке; с) считаем, что режим парообразования на отом отрезке не изменяется, т.е.

В итоге получаем дифференциальное неоднородное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами, репе ни е которого для расчета распределения температуры вдоль системы имеет следующий вид

іде

' & СГ Н

„ зирэеы . Г Т~£//

totnepMjrfR продужтова входе a секции; -' V- скорость движения продукта. - -Расчет слажиоспшх полей тірі СЗЧ-суаке проводится о пом сивьи полученного соотвопешш режуреятного типа (7) к выражения

^ft-u (s)

где Мц- количество испаршдеДся влиги.в К-секцкиі S - плозддь поверхности испарения; . _ .

— время иахождгася продукта в К-секции; Ht - температура продуют в К-секши,определяемая С пемоцьо вираження (7).

Общее киичестзо ксвархввсйся ю продукта влаги вдоль системы вычисляется ре^уремтшвг способом, начиная от.первой секции до тех пор, пока-влажность продукт не достигнет требуемой величины. Полученный в процессе такого расчета номер последней секции дает нам необходжув рабочую дхяну СЗЧ-системы.. .

Данные расчета распределения температурных и ваажностных полей вдоль меондровой свстемы гра тепловой обработке какао-продуктов приведены на рлс.6. Ангдкз полученных результатов позвмил сделать следупяие виводи относительно тепловой обработки пихевых сред в ЭШ СВН: '.'.''.*

а) в СВЧ-скстеме препокенной конструкции можно осуществлять как суяку, так я стеркляз&шо сыпучих пищевых сред;

в) сужку тежевых сред целесообразно проводить в рекже прямотока, когда характер юменеигя температуры в ниибольеей степени отвечает требовании интенсивного удаления влаги;

с) СВЧ-стерилизоцм шкеыге сред необходимо проводить а режиме противотока, при которой продукт достигает температуры стерилизации

- ао -

ц*

ЗЗйина системы , „

а) какао боби; Р, - 2,2 кЬг;|» - 1.5 1 кВг;У

4,1 • а« Ч» »Ж йи/ш системы ем

в) какао порокок;*?» 1,5 кВт; В.- I кВт; 1}-0.75 кВт; V" I

Гмс, 6. Измоионяв температур" и вличвств или» бобов ш какао поровка по длина системы прп Шч-тсрлюораооткв

' ■-■ - прямоток — — — о;атждаток

- а-

, . -Г * ■ ' - * " " "

в последних 2-3 секциях, перед выходом .Из системы, в связи с чем влажность продукта существенно измениться не успевает;

д) при СВЧ-сувке учет влияния на температуру потерь за счет конвекции и юрообразования необходимо учитывать только на II этапе тепловой обработки»'т;е. после'достгаения продуктом температуры активного испарения; •

е) возможно в широких пределах осуществлять управление технологическими процессами (изменением.распределения температуры и влажности) за счет изменения величины подвод той СВЧ-моздости. тол НИНЫ слоя ияи скоростиперемещения продукта.

Полученные результаты легки в основу разработанной в работе инженерной методики расчета СЗЧ-устансвок меандрового типа для тепловой обработки сыпучих и пороакоой рызных пищевых сред. Создан опытный образец экспериментальной СЗЧ-установки, на которой, совместно с кондитерской фабрикой "драений Октябрь" (г.Москса), проводилась обжарка какао бобов в ЗЯП СЗЧ, ■ подтвердившая правильность выбранных рехшов.

Заключение • ,

1. Предложен модифицированный метод короткого замыкания для определения диэлектрических характеристик;сыпучих лицевых сред на частоте 2450 МГц в за вист ости от температуры, обеспечивающий значительное сок радение продолжительности измерения.

2. Предложен ' .и апробирован иа ряде лицевих продуктов с малой диэлектрической проницаемостью в диапазоне СБЧ метод диафрагмированного короткозамкнутого волновода при частичном заполнении, а также создана программа численного расчета и на 331 по данным экс пер тента,

3. С помощью предложенных методик определены значения £ , £ И "І90 для какао бобов и какао пороока на частоте 2*130 КГц и

установлен характер их изменения о: температуры, которое необходимо снать для рясгвта пагькетров (¡ЗЧ-устан сели.» тствуыцих »іегаї-

моз обработай. Для из«зрениях диалектических хсцікте>мстик получены со ответствуй ниє ураэьенкя агрессии, огракшюае их зависимость от температуры.

4. Экспериментальное исследование процесса тзріичоокоЯ обработки какао бобов о учетом изменения ряда фаико'-химических показателей, определяй ¡цих вкус и аромат проекта, поті вол с л о определить

и обосновать рациональнее рожимы обварил какло ооЗэв в СЗЧ-полс. При ¡»том: установлено, ча-о крме редкого сэ.: ранения протатчкгельности процесса Сп рик с га о в 8-Ю раз) май люди отся у еутичсшіє со;ср«л-ния свободного жира в'кекао бобах, прзге.тиих СЗЧ-об^арку, в ерэдн*?* на Э-3!Г по срьичекию-с данными кзиз^ктпеноН обї.ирки, что спосоістау ет бол«е полному извлечению жира из какао бобов, доказано, что о6~ марку какао бобов до влажности 1-1,5^, прі когооэЛ отмечается макеи мольный выход какао наела в процессе пресс озсш;я какао тертої1«, целее ооЗ¿Езнэ проводить при циклгчнон р^жимє ргботы СЗЧ-гзн ера тора.

5. Ясследоіянис прэа<;ссз сто с:*.ли-ісц;ш хакзо порезка в СЗ^-поде зикї»чао~ееся в определение еыкир« >, ос г и миврооргрнизмов в зависимости от темпиратурч и темпа нагрева, позволило устаночнть допусти-.«ые - риимн СВЧ теглогоЯ обработка подзЗні/х еред, а та ¡им падтзердк-ло здоокуо объективность даЛстгия СЗЧ-нагрэри но бактерии «иаечной палочки и плески.

На основании паїученнкх очсгег>им загальних денних рїкоминловвни рец'/оначьнъ^ ртмым СЗЧ-стернптнин» гачзо псрояка.

6. «ля ірскіїя -іє'іПі.'Р-іті з-ігє-інтиілскі« сред в ГГІП СПЧ разработан я И'лгогоилен датчик темпамері;» «а паїучіжо иитор-сйол СІЦДСЛ-тьотго иь щоірох ЯІПС.

7. ЇІ№ (ідочеїі алйктродв!.»-о І .Гіс.'^Мо на основі пряио}-

гсяьного волновода типа "меандрпп оду чека математические выражения, поз вол яи щи е определить коэффициент затухания электромагнитной волна и тояаину сдоя обрабатываемого продукта.

8. Заведены аналитические зависимости для определения температурных и злажностных полей, а такие пот бол яю вдіє рассчитать рациональную длину электродинамической системы,п редлетенной конструкции, при различных скоростях перемеиения продукта, толккнах слоя и СВЧ-моккости.

9..Анализ темпе ра ту рн о-влажное то мх полей в СВЧ-сиатеме меандров ого типа показал, что су зку-об жарку. »¡паевых сред целесообразно проводить в режиме прямотока, а стерилизацию в режиме противотока.

10; Ка основе проведенных расчетов электродинамических характеристик и теплоаах режимов предложена методика инженерного расчета СВЧ-уствновох меандрозого типа непрерывного действия для тепловой обработки сыпучих и пороякообразных пидевых сред.

II., Создана СВЧ-установка'для обжарки какао бобос и стерилизации какао порошка. Проведенные совместно с кондитерской фабрикой "Красный Октябрь" (г. Носква), испытания показе л и её высокие эксплуатационные характеристики и высокую эффективность обхаркн какао бобов в Э4П СВЧ. После СЭЧ-обжархи в какао бобах отмечено увеличение содержания свободного якра в среднем на 2-33. Экономический о-Мгкт составляет около 100 тыс. рублей при годовой переработке 3390 т какао бобов на одной установке*

- ги -

Список работ по теме диссертации

I* "Датчик температуры" Авторское, свидетельство >931009 К7/Э4 1982 г. Св соавторстве).

2. Обзор "Электрофизические свойства пищевых продуктов". Библиографический указатель "Дец.рукописи" БИМГГИМ., 1981 , »12, с.103 (в соавторстве).

3. Применение СВЧ-техники в пищевой п ром тленности "Зарубежная радиоэлектроника", 1979. В7, о.94-101 (в соавторстве).

4. Стерилизация некоторых полуфабрикатов кондитерского производства СВЧ-нагревом.

"Хлебопекарная и кондитерская прсмииленность", 1961, ЙП, с.34-35 С в соавторстве).

5. Об одной модификации метода короткого замыкания для измерения диэлектрических свойств сыпучих и вязких сред. Труди ШИЭКИПродмм, 1981. вып.57. с. 119-121 (в соавторстве).

6. Исследование диэлектрических свойств структурированного белка. Труди ВШШИПрОдмая, 1981, вып.57, с.87-#7 Св соавторстве).

7. Исследование диэлектрических свойств какао бобов и какао поробка. "Электронная обработка материалов", 1982, 2, 71-73

С в соавторстве).

6, Термическая обработка какао бобов в электромагнитном поле СВЧ. "Хлебопекарная и кондитерская премыалениость", 1982, 3, 37-38 Св соавторстве).