автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Производство сухого обезжиренного молока с использованием слабых электроимпульсных воздействий

Введение

Глава 1. Анализ способов сушки с применением электротехнологий.

Глава 2. Исследование сушки обезжиренного молока с использованием слабых электроимпульсных воздействий.

2.1. Лабораторный стенд для сушки обезжиренного молока в тонком слое.

2.2. Результаты исследований сушки обезжиренного молока в тонком слое.

2.3. Лабораторный стенд для сушки обезжиренного молока в капельном режиме.

2.4. Результаты исследований сушки обезжиренного молока в капельном режиме.

Глава 3. Физическая и математическая модели процесса сушки обезжиренного молока.

3.1. Физическая модель внешнего и внутреннего переноса электрической энергии в процессе сушки обезжиренного молока с использованием слабых электроимпульсных воздействий.

3.2. Математическая модель процесса сушки частицы молока с использованием слабых электроимпульсных воздействий.

Глава 4. Исследование выбранной физической модели внешнего и внутреннего переноса теплоты, влаги и электрических зарядов.

4.1. Лабораторный стенд для исследования микроэлектроосмоса.

4.2. Результаты исследования микроэлектроосмоса.

4.3. Лабораторный стенд для исследования микроэлектролиза.

4.4. Результаты исследования микроэлектролиза.

Глава 5. Исследование электрических свойств обезжиренного молока. 79 5.1. Лабораторное устройство для измерения электрического сопротивления обезжиренного молока в процессе сушки.

5.2. Результаты измерений сопротивления обезжиренного молока.

5.3. Лабораторный стенд для исследования трибоэлектричества сухого обезжиренного молока.

5.4. Результаты исследования трибоэлектричества сухого обезжиренного молока.

5.5. Анализ работы системы: "генератор - электрод - объект".

Глава 6. Совершенствование производства сухого обезжиренного молока с использованием слабых электроимпульсных воздействий.

6.1. Усовершенствование молочного резервуара вакуум - выпарной установки.

6.2. Разработка распределительного устройства калоризатора вакуум

- выпарной установки.

6.3. Разработка устройства для удаления отложения продукта с внутренних стенок сушильной установки.

6.4. Промышленное исследование сушки обезжиренного молока с использованием слабых электроимпульсных воздействий на распылительной сушилке. 117 Основные результаты и выводы. 121 Библиографический список использованной литературы. 122 Приложения.

В целях насыщения потребительского рынка продуктами питания, удовлетворения потребностей людей в продовольствии возникает необходимость в коренном повышении эффективности работы и дальнейшем развитии агропромышленного производства. Стоит задача в короткие сроки решить продовольственную проблему в стране, осуществить радикальные изменения в стратегии аграрной политики России.

Необходимо более тесное и согласованное взаимодействие отраслей, входящих в агропромышленный комплекс, что будет способствовать достижению высоких конечных результатов. Особенное внимание должно уделяться вопросам технического развития перерабатывающей промышленности и созданию условий для увеличения производства и снижению потерь при хранении сельскохозяйственной продукции нашей страны.

Все это позволит сократить нерациональные потери и затраты, увеличить ресурсы продовольственных товаров, улучшить их качество.

Основными направлениями социального и экономического развития государства должно стать ускоренное развитие отраслей, производящих продукты питания.

В молочной промышленности необходимо обеспечить рост объемов производства продукции в первую очередь за счет увеличения количества и качества перерабатываемого сырья. Обеспечение защиты отечественных производителей продуктов питания должно являться важнейшей задачей государства.

Быстрое обновление, качественное совершенствование материально -технической базы промышленности за счет использования достижений научно-технического прогресса - важнейшие условия снижения себестоимости продукции, увеличения производительности труда, повышения рентабельности и фондоотдачи производства.

В целом продовольственный рынок России в последнее десятилетие характеризовался как достаточно насыщенный товарами (правда, с продолжающимся смещением в сторону импортной продукции), но при значительно возросших ценах. В то же время наблюдается резкое уменьшение спроса продтоваров на рынке из - за снижения жизненного уровня населения на 20% [44].

Независимо от того, какие хорошие идеи предлагаются учеными, следует учитывать, что молочные продукты двадцать первого века должны вырабатываться с использованием совершенных технологий и из высококачественного сырья.

В связи с этим разработана программа систем технологического обеспечения хранения и комплексной переработки сельскохозяйственного сырья при производстве экологически безопасных конкурентоспособных пищевых продуктов.

В ближайшие пять лет, при сложившейся экономической политике, обозначившийся в 1999 году рост производства молока будет составлять не более 3 - 5% в год [103].

Одним из путей увеличения производства продовольственных товаров, является рост выпуска продуктов, полученных с использованием процесса сушки.

В последние годы, как в нашем государстве, так и в зарубежных странах с развитой молочной промышленностью уделяется большое внимание выпуску различных сухих молочных продуктов.

В первую очередь это относится к детским сухим молочным продуктам, сухому цельному молоку, сухому обезжиренному молоку, заменителям цельного молока и т. д.

Необходимо обеспечить рост объемов производства сухого цельного молока и сухих молочных продуктов. Это обусловлено рядом причин. В первую очередь тем, что эти продукты отличаются высокой транспортабельностью и длительным сроком хранения. Производство этих продуктов особенно важно для тех районов страны, население которых из-за специфических природно-географических условий не может быть полностью обеспечено цельным молоком. В настоящее время сухое молоко используют не только для восстановления, но и для выработки других молочных продуктов.

Существенная роль в обеспечении нашей страны молочными продуктами принадлежит одной из отраслей молочной промышленности -производству сухого молока. Продукты, выработанные на основе сухого цельного и сухого обезжиренного молока, пользуются большим спросом у населения.

Большой вклад в формирование технологии и техники производства сухого молока внесли ученые нашей страны: П. А. Ребиндер, А. В. Лыков, А. С. Гинзбург, М. В. Лыков, М. Ю. Лурье, Г. А. Кук, Н. Н. Липатов, И. А. Рогов, В. Д. Харитонов, Ю. В. Космодемьянский и другие [7, 18, 20, 36, 38, 53, 57, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 77, 78, 83, 84, 103, 108].

В настоящее время при выработке сухого цельного и сухого обезжиренного молока используют как отечественное, так и зарубежное оборудование, за основные критерии функционирования которого принимаются следующие параметры:

1. Качество готового продукта, зависящее не только от исходного сырья, но и от технологических режимов обработки применяемого оборудования.

2. Экономические показатели производства сухого обезжиренного молока, существенно зависящие от удельных энергетических затрат.

Учитывая высокую энергоемкость применяемых в промышленности в настоящее время способов сушки, вопросам использования методов их интенсификации придается большое внимание и исследования проводимые в этой области являются весьма актуальными.

Анализируя результаты проведенных ранее исследований, можно заключить, что комплексных работ по изучению использования электроимпульсной технологии при сушке обезжиренного молока не проводилось. Данная проблема может быть решена только на основе применения системных методов исследований, предусматривающих моделирование слабых электроимпульсных воздействий при выработке сухого обезжиренного молока.

Поэтому, проведение комплексных экспериментальных исследований процесса производства сухого обезжиренного молока, поиск наиболее оптимальных конструкций, режимов и способов с целью сохранения качества на стадии сушки, является актуальной проблемой для современного производства данного продукта.

Целью работы является повышение эффективности процесса производства сухого обезжиренного молока на основе использования слабых электроимпульсных воздействий, с применением элементов системных исследований, разработка оптимальных технологических режимов и способов и усовершенствование аппаратурного оформления оборудования для производства сухого молока.

По материалам диссертации опубликовано восемь научных работ, в том числе: пять статей и три изобретения.

Основные положения диссертации докладывались на научно -техническом совещании "Научно - технический прогресс в молочной промышленности" в 1987 году в г. Омске (Сибирский филиал ВНИКМИ), факультете повышения квалификации "Экономика и организация ускорения научно - технического прогресса в молочно - консервной промышленности агропромышленного комплекса" в 1987 году, МТИММП (Московский технологический институт мясной и молочной промышленности) г. Москва, LXXIII научной конференции профессорско - преподавательского состава и аспирантов в 1991 г. в г. Омске (Сельскохозяйственный институт) и научно -технической конференции "Интенсификация производства в молочной промышленности", г. Москва ВНИКМИ (Всесоюзный научно -исследовательский институт молочной промышленности) в 1991 году.

Результаты научно-исследовательских работ были использованы в МГУ ПБ (Московский государственный Университет прикладной биотехнологии) в учебном процессе кафедры "ТОПО" (Технологическое оборудование и процессы отрасли) при выполнении курсовых и дипломных работ студентами по специальности 17.06.00.

Подтвержденный экономический эффект от внедрения всех научных разработок на ЗАО "Ялуторовскмолоко" (г. Ялуторовск Тюменской области) составил 265 тысяч рублей в ценах 1990 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. По результатам исследований сушки обезжиренного молока, как в тонком слое, так и в капельном режимах в потоке теплоносителя при слабом электроимпульсном бесконтактном воздействии, установлены функциональные зависимости длительности процессов сушки от:

- частоты импульсов f = 200 Герц,

- скважности импульсов Q = 3,

- амплитуды (напряжение) импульса 600 Вольт.

2. Подтверждено, что на процесс сушки обезжиренного молока с применением слаботочных импульсов, существенное влияние оказывает электрокинетический процесс - микроэлектроосмос и микроэлектролиз.

3. Предложены физическая и математическая модели переноса теплоты, массы и электрических зарядов при сушке обезжиренного молока.

4. В ходе исследований трибоэлектричества сухого обезжиренного молока установлены следующие функциональные зависимости:

- зависимость удельного заряда массы частиц от скорости движения по металлической и диэлектрической подложке;

- зависимость удельного заряда массы частиц от напряжения;

- зависимость удельного заряда массы частиц от длины пройденного пути.

5. По результатам исследований установлены графические зависимости электросопротивления обезжиренного молока от влажности и частоты импульсов в процессе сушки.

6. Предложены новые устройства для промежуточного резервуара, вакуум - аппарата и сушильной установки.

7. Осуществлено промышленное исследование сушки обезжиренного молока с использованием слабых электроимпульсных воздействий на распылительной сушилке, производительность которой увеличилось на 13%.

8. Подтвержденный экономический эффект от внедрения результатов исследований на молочноконсервном комбинате ЗАО «Ялуторовскмолоко» составил в ценах 1990 года - 265 тыс. рублей (приложение 14).

1. Андерсон О. Физическая акустика. М.: Мир, 1968. - 391с.

2. Андрианов Е.И. Методы определения структурно-механических характеристик порошкообразных материалов. Химия, 1982. - С. 121 — 152.

3. Базелян Э. М., Райзер Ю. П. Искровой разряд. М.: МФТИ, 1997. - 319с.

4. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. М.: Химия, 1971,- 363с.

5. Барфут Ж., Тейлор Дж. Полярные диэлектрики и их применение. М., 1981.- 230с.

6. Бачковский М.В., Белов В.Д., Новиков В.А., Олофинский Н.Ф. Выбор методов определения диэлектрической проницаемости материалов.

7. Теория и практика электрических и машинных методов сепарации полезных ископаемых. М.: Наука, 1968. - С. 48 - 56

8. Бегларян Р.А. Совершенствование технологии молочных продуктов воздействием магнитного поля на молоко и молочно-кислые бактерии. Автореферат докторской диссертации. М. 1989. - 49с.

9. Безуглов Ю.И., Бурлев М.Я. Усовершенствование вакуум-аппарата пленочного типа. М.: Молочная и мясная промышленность, 1988. №2. -С.13-14.

10. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1967. - 775с.

11. Боуден Ф.П., Тейлор Л. Трение и смазка твердых тел. М.: Машгиз, 1960. -202с.

12. Бредов М.М., Кшеменская Н.З. Электризация, обнаруженная после соприкосновения двух твердых тел // Журнал технической физики, 1957. -Т27. С.921 - 925.

13. Букин Ф.Ф., Гусс В.А., Панасенков Н.С. О чистоте обработки внутренней поверхности башни распылительных сушилок. М: Труды ВНИМИ, 1972.

14. Варгатик И.Б. Справочник о теплофизических свойствах газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. - 720с.

15. Волобуев А.Н. Биофизика. М.; Самара: Дом печати, 1999. - 68с.

16. Воскресенский П.И. Техника лаборат. работ. М.; Л.: Химия, 1964. - 290с.

17. Воюцкий С.С. Аутогезия и адгезия высокополимеров. М.: Ростехиздат, 1960. -244с.

18. Генц И.П. Статическое электричество при переработке химических волокон. М.: Легкая индустрия, 345с.

19. Гинзбург А.С. Сушка пищевых продуктов. Учебное пособие для технических специальностей вузов пищевой промышленности. М.: Пищепромиздат, 1960. - 683с.

20. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1973. - 664с.

21. Глущенко Н.А. Основы теории и практика электроаэрации растворов в пищевой биотехнологии. Автореф.дис. доктора тех. наук. М., 1988. - 44с.

22. Гольдин Л.Л. Руководство к лабораторным занятиям по физике. М.: Наука, 1964. - 578с.

23. ГОСТ 10970-87. Молоко сухое обезжиренное.

24. ГОСТ 223772-77. Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот от 100 до 5-106Гц.

25. Грановский В.Я., Харитонов В.Д. Анализ процесса сушки молока в распылительной и вибрационной сушилках. В сб.: XXI Международный молочный конгресс. М.: 1982, т.1, кн.2, С.7.

26. Грановский В.Я., Харитонов В.Д. Влияние теплоносителя на интенсивность процесса сушки молока. В сб.: Совершенствование техники и технологии сушки в молочной промышленности. М., 1982, С.9-11

27. Грановский В.Я. Двухступенчатая сушка молока на форсуночной распылительной установке. Автореф. диссерт. кандид. тех. наук.-М., 1984.- 24с.

28. Григоров О.Н., Козьмина З.П., Маркович А.В., Фридрихсберг Д.А. Электрокинетические свойства капиллярных систем. М.; Л.: АН СССР, 1956.-350с.

29. Гуйго Э.И., Журавская Н.К., Каухчешвили Э.И. Сублимационная сушка в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1972. -425с.

30. Дерягин Б.В. Что такое трение? М.: Изд - во АН СССР, 1963. - 231 с.

31. Дженикс Э.В. Складирование и выпуск сыпучих материалов / Перевод с английского // Под ред. Агошкова. Мир, 1968. - 64с.

32. Духин С.С., Дерягин Б.В. Электрофорез. М.: Наука, 1976. - 327с.

33. Евдокимов В.Д., Семов Ю.И. Экзоэлектронная эмиссия при трении. М.: Наука, 1973. - 182с.

34. Зенков P.JI. Механика насыпных грузов. М.: Недра, 1964. - 251с.

35. Ивашов В.И., Юрков С.Г., Илюхин В.В., Дуйденко Б.Н., Катюхин В.А. Лабораторный практикум для УИРС. /Учебное пособие/ М. МТИММП. 1987. -С.60-75.

36. Изучение перемещения жира в капиллярно пористой структуре молока/ А.И.Бурыкин, С.А.Малюков, Ю.И.Филатов, В.Д.Харитонов - Труды ВНИМИ, 1978, вып. 46, С.91 - 94.

37. Илюхин В.В. Криоразделение компонентов сырья животного происхождения. Автореф. дис. доктора тех. наук. М., 1997. - 50с.

38. Илюхин В.В. Метод ситового анализа высокодиспергированных материалов, склонных к агрегатированию. М.: ЦНИИТЭИ Мясомолпром СССР// Мясная промышленность. - 1968. - № 9 - С.24 - 26.

39. Илюхин В.В. Физико-технические основы криоразделения пищевых продуктов. М.: ВО «Агропромиздат», 1990.- 250с.

40. Илюхин В.В., Бурлев М.Я. Производство сухого обезжиренного молока с использованием слабых электроимпульсных воздействий. М.; Молочная промышленность, 2001. № 9. - С.57.

41. Илюхин В.В., Бурлев М.Я. Сушка с использованием электронно-ионной технологии. М.: Молочная промышленность, 1992. №3.-1 С.41-44.

42. Илюхин В.В., Бурлев М.Я. Трибоэлектричество при производстве сухого обезжиренного молока. М.; Молочная промышленность, 2001. № 8.- С.51.

43. Исследование рентгеновского излучения при разрушении адгезионного контакта. / В.И.Анисимова, Б.В.Дерягин, В.А.Киноев и др. // Материалы V Всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел.- 4.1.-1 Таллин, 1977- С.98- 103.

44. Кабанов JI.A., Мизерицкий Н.Н., Харитонов В.Д. Влияние некоторых процессовых параметров на физическую структуру сухого молока. Изв. Вузов СССР. Пищевая технология, 1973, № 5, С. 136 - 138.

45. Калугин В. В. Молочная промышленность в России. М.: Молочная река, 2001. № 1. - С.6-7.

46. Капитанчук В. А. О радиационном действии механоэлектронов. // Механоэмиссия и механохимия твердых тел. Фрунзе, 1974. -С.28-33.

47. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и вакууме. M.;J1.: Гос. изд-во технико-теор. литературы, 1950. - 825с.

48. Качурин Л.Г., Мержевский А.Н. Руководство к лабораторным работам по экспериментальной физике атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1969.-500с.

49. Кивенко С.Ф., Сметаненко Е.Н. Самовозгорание сухого молока в сушильной башне и меры его предупреждения. М.; Труды ВНИМИ, 1953.

50. Кивенко С.Ф., Страхов В.В. Производство сухого и сгущенного молока. -М.: Пищевая промышленность, 1968. -280с.

51. Кинг Н. Изучение под микроскопом дисперсности сухого молока. -В сборнике: XVI Международный конгресс по молочному делу. М., 1961, С.76 77.

52. Кисилев Я.С., Фиалков Т.А. Определение индукционного периода при самовозгорании сухого молока. М.: Молочная промышленность, 1973. № 10.-26с.

53. Кондаков В.Н., Коробов М.М., Грицюк Н.Г., Доценко Н.М. // Пневматический и гидравлический транспорт в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1973. - 184с.

54. Космодемьянский Ю.В. Основы теории и разработка интенсивных процессов сушки биологических продуктов. Автореферат докторской диссертации. М. 1980. - 32с.

55. Кривалис С.С. Техника измерения плотности жидкостей и твердых тел. -М.: Стандартгиз., 1959. 1 160с.

56. Крогельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. - 480с.

57. Крогельский И.В., Виноградов П.Э. Коэффициенты трения. М.: Машгиз, 1962.-150с.

58. Кук Г.А. Процессы и аппараты молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность. 1973. - 767с.

59. Леб Л. Статическая электризация. М. ;Л.: Госэнергоиздат, 1963. -408с.

60. Левераш В.И. Выпарное оборудование для сгущения молока. Молочная промышленность, 1974, №6, С. 12 - 15.

61. Липатов Н.Н. Руководство к лабораторным и практическим занятиям по курсу оборудования предприятий молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1978. - 287с.

62. Липатов Н.Н., Харитонов В.Д., Грановский В.Я. Анализ некоторых путей интенсификации работы аппаратов для получения сухого молока. Труды ВНИМИ, 1978, вып.46, С.З -9.

63. Липатов Н.Н., Харитонов В.Д. Сухое молоко. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1981. - С.З -4, 85, 263, 300.

64. Липатов Н.Н. Принципы проектирования состава и совершенствования технологии многокомпонентных мясных и молочных продуктов. Автореф. дис. доктора тех. наук. М., 1988. - 56с.

65. Лурье М.Ю. Сушильное дело. М.: Госэнергоиздат, 1978. - 711 с.

66. Лыков А.В., Грязнов А.А. Молекулярная сушка. М.: Пищепромиздат, 1956.-270с.66