автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Рациональные режимы сушки овощей смешанным теплоподводом

одаськии техкологгсш шститут харчово1 прсмпсловхи

1м. М.Р.Ломоносова

Р Г 8 О Л 113 пРавах рукошсу

ПОТАПОВ ВОЛОДОНР ОЯЕКСШОШЧ

УДК 664.834

РАЦЮНАЛЬН! РКШ£! СУП1ИМ ОВОЧ1В здшднпкм ТШЙОШДВОДСУ

Сп8й1альи1сть 05..I8.I2 - прсцеси, машини та агрогзти

харчово! промисловост!

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацЦ: на здобуття наукового ступени кандидата тэхн1чних наук

Одеса - 1994

ОДЕСЬКШ ТЕХНОЛОГ1ЧНИЯ 1НСТИТУТ ХАРЧ0В01 ПРОМИСЛОВОСТ1 1м. М.В.Ломоносова

На правах рукорису

ПОТАПОВ ВОЛОДШЙТ? ОЛЕКСШОЕЭТ

УДК 664.834

РАЦГСНАЛЫЛ РЕЗ^Я С7ШНКЯ ОБОЧ1В ЕУШАНКГМ ТЕПЯОП1ДВОДОН

Спец1альн1сть 05.18.12 - процеся, маютш та агрегата

харчово! промислозост!

АВТОРЗЗЕРАТ

дксертацИ на здобуття наукового ступеню кандидата техн!чних наук

Одоса - 1994

Дисертац1ею е рукошс.

Робота виконана в Одеському технолог!чному 1нститут1

харчово! промисловост! !м. М.В. Ломоносова

та в Харк1Еському 1нститут1 громадського харчування.

НауковиЯ кер!вник: доктор техн!чних наук, професор

Гришин Михайло Олександрович. Науковий консультант: кандидат техя1чних наук, доцент Погожих Микола 1ванович.

;/;.1ц1йи1 опоненти: - доктор техн!чних наук, професор Бурдо Олег Григорьевич; - кандидат техн1чних наук, доцент Чагаровсышй Вадим Петрович.

Пров!дна орган1зац1я: Одеський ком(31нат харчових концентрат!в (м. Одера).

Захист в!дбудеться " ^ " l¿f,*>^/tJ 1994 р. о /¿?*^годин1 на зас1данн1 спец1ал1зовано1 вченог Ради Д 068.35.01 в Одеському тех-нолог1чному 1нститут1 харчово! промисловост! 1м. М.В. Ломоносова (270039, м. Одеса, вул. Свердлова, 112).

3 дисертац1ею можна ознайомитися у б!0л1отец! Одеського технолог 1чного 1нституту харчово! промисловост! 1м. М.В. Ломоносова (270039, м. Одеса, вул. Свердлова, 112).

Автореферат роз!слано 994 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано! вчено* докт. техн. наук, професор С/

Егоров Б.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалън1сть проблема. На сучаснсму етап! розвитку оеочссу-пшльно! промлсловост! все б!льшого значения небувае рсзроСка та шровадкэнпя нових технолог1й, що дозволяють одеряуватл вксокопо-ристЗ., пЕидков1дновлюван! суиен! продукта та пмениити екорговитра-ти на « виробкицтво.

На сьогодняшн1й час найб1льш як!сн! сушен! продукта одерзують субл1мац1Яним суп!нням. Однак floro влкористашш для Еиробкщтва сугзнлх опоч1в нерентабельно внасл1дск дороглгоч! процесу та деше-201 саровшш. Зостосувапня високоте(япературних способ1в теплового Суш1НПЯ призводо до суттевого псг1ршэшя якоот1 0e-04íb, особливо тих що вм1щу:оть цукор.

7 panla викшаяих роботах було доведено, що сушЛння з! зм1-азнюм теплоп1дЕодом (ЗТП-суа1гая), що налегать до кспбсхтггспо-ксндуктгвного суш1яяя, доззоляе одэрзувати BiicoiconopjicTi, езядко-в1днозлгван1 картопли та лблука. Ала нэдостатя1сть уявлзнъ про ф1зкку процосу 8ТП-суа1шш стримус його впрозадяення для впробннц-. тва пирокого всортименту продукт1в та конструкторськ1 розробки в1дпов1яюго обладнаиня.

Кота робота. Розробка науково сбгрунтованих рац1ональних ро-¡псЛв cyniinra овоч!в эм!аанним твплоп1дводом, тг.0 забозпэчують одэргапня вгсокояк1ских, пвядков:1дкозлкзених суиених продуктХв.

Для досягпэшш поставлено! мети розв'язувалксь наступн1 заедания:

- виявнти ochobhí критлчн! уковя та прийоми зд±йснення суи1;шя з! зм1шанвпм тегкогг1дводом для широкого асортимвнту хпрчовлх матер1ал1з;

- провести експвргменталькиЛ та теорвтпчняй анал1з процес1в тешга-глзсообм1ну при ЗТП-оуш1нн1 та визначити tx ochobhí pymlñHi сили;

- вивтати вплив на к!нотику процесу 5ТП-суза1ння парамотр1в сушильного агенту та технолог1чнйх укав проведения процесу;

- розробитп математичну модель к1нэтики ЗТП-суи1ння та одерката анал!тичн1 залэаност! для 1нх9нернлх розрахунк!в;

- вивчити ochobhI покезники якост! досл1джуванпх харчових рослпн-иих матор!ал1в, що одержано суи1нням з1 гм1шанним тепяоп1дБодом;

- визначити рвц1ональн! режжя ЗТП-суш1ння досл1д2суваних овоч1в;

- розробитн тэгнолог1чну схему зкробництвэ суленого гарбуза, що гязлдко в1диовлю€ться та конотрукц!а в!дпов1диого апарату;

- провести впровадаення результат1в досл1дкень до практики.

00'€кти та метода досл!дзень. Основними об'актами досл!дкень були обран! св!ж!, бланширован! та сушен! овоч!: гарбуз, морква, буряк. Кр1м цього для визначення особливостей процесу ЗТП-суш!ння було виконано окрем! експерименти з 1ншими харчовими матер!алами рослинного та тваринного походження.

Досл!даувались такок функц!ональн! ячейки р!зноман!тно1 гео-метрично* форми та розм1р!в для вивчення тх впливу на процесс ЗТП-суш1ння.

Для вивчення особливостей тешю-масообм1ну було розроб.г .> ор1г1лапьну методику експериментального моделювання процесу суш!ння.

Досл!дкення к1нетики, динам1ки ЗТП-суш!ня та якост1 сушених овоч!в проводили заг.альноприйнятими методиками.

Статистична обробка експериментальних результат1в та граф!чне оформления зд!йснювались за допомогою спец!ально розроб-лених компыотерних програм.

Наукова новизна. На п!дстав! попередн1х геореткчних уявлень та експериментальних досл1джень доведено можлив1сть використання ЗТП--суш1ння для одержання високопористих, швидков1дновлюваних харчових матер!ал!в, у тому числ! при температурах 20...45"С.

Теоретично обгрунтовано та описано ф!зичну модель коливатель-ного ф!льтрац!йного переносу, що виникае при ЗТП-суш1нн!.

Запрапоновано математичну модель процесу ЗТП-суш!ння, що грунтуеться на к1нетачному р1внянн! ?МУо/ехр(кт)п з двома емп1ричними коеф1ц!ентами: к, п.

Теоретично доведено та експериментально п!дтвердкено, що кри-тер!х> зд1йснення процесу ЗТП-суш1ння в1дпов!дае нер1вн!сть: п > 1.

На п1дстав1 математично! модел! та експериментальних досл!д-кень якост1 сушених овоч!в визначено д1апазон рац!ональних реким!в процесу ЗТП-суш1ння.

Практична ц1нн!сть. На п!дстав1 проведених досл1даень визначено технолог!чн! прийоми та критичн! умови одеркання широкого асортименту високояк!сних харчових матер!ал1в рослинного та тваринного походження суш!нням з! зм!шанним теплоп!дводом.

Одержано формули для !нженерних розрахунк!в промислово! су-шарки з1 зм1шанним теплоп1дводом.

Виконаними досл!дженнями доведено, що одержан! ЗТП-суш1нням овоч! не поступаються за як!стю продуктам субл!мац1йного суш1ння, а за економ!чними показниками набагато перевершують останн!.

Розроблена конструкц1я сушарки та технолог!чна схема ви^юб-ництва високопористого гарбуза для умов фермерських господарств.

0держан1 анал1тичн! сп1вв1дноеэння та рекомандацИ було зас-тосовако при розрсбц1 промислсво* ЗТП-сушарки для Чорн1говського овочесушильного заводу, яка виготовлена та Еипробуеться.

Високопорист!, швидковЗдновлюван! овоч!, що вироблвн1 за рац1ональними режимами ЗТП~сум1ння, пройшли мед!ко-б1олог1чну експертизу в Украгнсысому науковому г1г1сничному центр1.

На захист виносяться:

- результата експериментальних досл!даень к1нетики та динам1ки ЗТП-суш1ння овоч1в;

- математична модель процесу ЗТП-суш1ння;

- визначешя рац!ональних роким1в процесу ЗТП-суш1ння свочХв;

- технолог1чна схема виробшщтва швидков1дновлюваного гарбуза.

Апробац1я роботи. 0сновн1 положения днсертацИ допов1дались на Всесоюзн1й науково-техн!чн1й конференцИ "Холод народному государству" (Лен1нград, 1391), на IV Всесоюзн1й наукозо-техн1чн!й конфэренцИ (Кемерово, 1991), на М1жнвродн1й конференцИ "Тепло-масоперенос у технол6г1чних процесах" (Юрмала, 1991), на МХжнарод-н1Я конференцИ по суш1нню 11-го М1жнародного форуму з тепло-масообм!ну (Китв, 1992), на наукових конфервнц1ях Хярк1вського 1нституту громадського харчування (Харк1в, 1990-1993), на кафедр1 технологи молока та.суш1ння харчоЕих продукт1в (Одеса, 1991-1993) та сп1льному зас1данн1 кафедр Одеського технолог1чного 1лституту харчово! промисловост1 1м. М.В.Ломоносова (Одеса 1994).

Публ1кацИ. По результатах досл1джень опубл1ковано б роб1т.

Структура та об'ем роботи. Дисертац1я сютадаеться 1з вступу, ш1ст1 глав, висновк1в та додатк1в. Викладена на 126 стор1нках основного машинописного тексту, вм1щу? 39 рисунк1в та 17 таблиць, список'використано! л1тератури 1з 147 джерел, серед яких 45 роб1т закордонних автор1в.

ЗМ1СТ РОБОТИ I. Особливост! механ!зму процесу ЗТП-суш1ння.

Експерименти 1з ЗТП-суш1ння низки харчових матер1ал1в показали, що цей спос1б критичен щодо виду сировини, умов та режим1в су-ш1ння. Так, наприклад, при суш1нн1 у цилиндричних ячейках 20...40% зрззк1в або зазнавали усадки при температурах менших 100°С, збо розривались при температурах б!льших 100°С. В обох випадках процес

суи!кня практично пришшявся при серодньому вологовм!ст1 50___IOOS

та вкрай нер!вном!рному розпод1ленн! волога по об'ему-

Тому вггоэдячи з шпередн±х уявлонь про механ!зм ЗТП-суш!яня та виыог до у ков виробництза було розроблэно функц!ональн! ячейки 1з ел!псопод!бним перер!зом та дов1льною довжиною, в яких для масообм!ну слугують вузьки зазори вздовж ос!. Використання таких ячеек у поеднаны! !з сиец!ильною технолог!ею п1дготовки сирокши, що спрямована на утворэння певно* дясшрсност! в матер!ал!, дозволило одеркатк високояк!сн! сушен! .продукта: сир, м'ясо, даркву, буряк, гарбуз, цибулю, солодкий перець, баклажани.

Сл!д в!дзначити, ¡¡jo впершэ було одержано щвидков!дновлювая!

овоч! при температур! суш1ння 20___45"С, та шсокопористкй сир

тепловим суш!нням.

За показтасачи якост! продукти ЗТП-суш11шя пэ поступались субл1мец1йнкм: к11Щ9вий вологовм!ст 3...7%, в!дновлення зс 3...8 хв. з коеф!ц1ентом 90...995S.

Для з' ясування особенностей ЗТП-суш!шш проведано його експе-рикантальнв модвлюввшя на кап!лярно~пористому тхл! (КПТ).

Тверда 1ШТ неоргзя!чного поход&ення у фор;.?! паралэдоп!лоду було волого!зольовано з боку чотирьох меньших граней, а до двох б!льаих граней впритул торкались ctIhkh елэктронагр!вача. Тощ' во-лога могла шдалятись з т1ла т!льки кр!зь калий зазор. Вода подавалась до центру 1ШТ кр!зь кап!ляр, а и витрачання контролювалось спеЩальною екм !рюз ально -ро зпод!льыою системою. За допомогов термопар та самописця рееструвалась температура в шарах КПТ та в потоц1 сушильного агенту.

Одараан! термограш (рис.1) та критика зневоднэння показали, цо, та-пертэ, тадольний процес ЗТП-суш!ння мав пер!одичний характер при постМних зовн1жних умовах, а, по-друге, рэеструема 1нтенсивн1сть суш!ння 3=170...270 кг/(м2.г) була на порядок бЗлъша за ту, що забезпечивалась тепловим потоком в!д нагр1вача.

Для пояснения цих результата висунуто г!лотезу про 1снування коливательного ф1льтрац!йного переносу, який полягае в тому, що волога з т1ла видаляеться м1крооб'емами п1д д!ею град!енту тиску, що пер!одично зм1пюеться та виникае у переривчаст!й термодена-м1чн!й систем!: зовн1шне середовшде - ячейка з матер!алом.

В1д'емний град!ент тиску, що утворюеться внасл1док локально! конденсац!! частини пари, призводе до проникнення сушильного агенту у середину- т!ла. Цэ створзое умови для 1нтенсивного вппаровуван-

î, внасл1док якого виникае додатний град1енту таску, що спркяе вдаленшо з т1ла газо-р1дшно! сум1ши.

1) Поверхнн КПТ;

г) Середина КПТ;

3) Бих1д 13 КПТ в потоц1 сушильного агенту.

Режим суш1ння:

t =90°С; V =10 м/с:

о с

ис. 1.К1не тика зм1нюван-ня температуря при моделюванн1 проце-су ЗТП-суш1ння на капХлярно-пористсму т1л1.

Так! процеси принципово зм1нкють картину зовнЬснього масо-бм!ну за рахунок перХодичного "в1дсосу" та "вдуву" у сум1х1шй ар, що призводе до руйнування його лам1наршя структури та утво-ення кваз1ст1йких вихр1в турбулбнтност1.

Очевидно, що коливательний ф1льтрац1йний перенос може 1сну-атк при умов1 синхронност!: тт~тр, де тт- характерний час снування турбулентного вихрю, т - час релаксацИ внутр!шнього рад1€нту тиску. Означена умова е, певно, причиною критичност1 роцесу ЗТП-суш1ння, бо и виконання заложить як в!д зовн!шних мов, так i характеристик матер1алу, що зневоднюеться.

Одержан! розрахунками у модельному експеримент1 характерис-■ики коливатольного ф1льтрац1йного переносу - частота обм1ну ■2...27 Гц, ампл1туда град1снту тиску 500...800 Па/см, ц!лком |1дпов1дзвть сучасним уявлениям про збурення типу викид1в при >бтii' if'Hi активно! поверхн1.

2. К1нетика та динам!ка процесу ЗТП-суш1ння овоч!в.

В експериментах з вивчення к1нетики ЗТП-суш1ння овоч1в в >л1псопод1бних ячейках було виявлено особливост!, що не peçcTpy-¡ались при суш1нн1 у цилиндричних ячейках. Крив1 суш1ння мали >-под1бну форму та в1дпов1дно два критичних вологовм1сту. Пер1од гост1йно1 швидкост1 суш1ння не спостер1гався.

В таблиц1 1 наведено тривал1сть ЗТП-суш1ння по пер1одах у юлежност! в!д реким!в та умов процесу на приклад! гарбуза.

t±.-0

10 20 30 40 53 t, ХВ.

Таблица 1.

Вплив рехмм1в на тривал!сть ЗТП-суш1ння гарбуза.

Трива- Л1СТЬ суш1ння по пе-рЛодах, хв. Температура суш1ння 55...105 ШвидкЛсть сушильного агенту V , м/с 5}5•••ХЗ Площа перер1зу ячейки ' Г, слг 1,3...1,7 Початковкй вологовмЛст »о, % . 680...3000 ДисперснЛсть (середнШ пе-рер±з частих нок) Б, мм 1...7

15...5 10...5 4...5 3...6 5

хг 45...13 35...20 22...30 20...28 22

I тз 115...32 80...40 43...60 49...58 57

175...50 125...65 74...95 72...92 84

Характерним е сильний вплив швидкост1 сушильного агенту на тривалЛсть пер1оду падаючо* твидкост! суш11шя, та незначний вплив початкового вологовмЛсту на загальну тривал!сть процесу. Це п1д-твердауе особливий механЛзм взаемодИ сушильного агенту з в!лъною вологою у катер!ал1, бо остання являеться робочою речовиною для коливательного ф1льтрац1йного переносу. ТривалЛсть ЗТП-суш1ння пропорц!Гша площ! парерЛзу ячейки та не залекить в1д ступени зм1льчення продукту (в дослЛдженому дЛапазонЛ цих паракэтрЛв).

При вивченн1 змЛшзвання тиску у матерЛал! пЛд час ЗТП-с.уш1лня знайдено, що при температурах суиЛння 55... 100°С у матерЛалЛ не виникае надмЛрного тиску. При тешературах видах за 100°С рееструеться невеликий надмЛрний тиск «60 Па, яккй шшдко релаксуе у пераому перЛодЛ суш1ння. Таким чином стацЛонарний фЛльтрацЛйшй перенос не мозга являтись основною рушЛйною силою ЗТП-суо1ння.

ОдераанЛ термограми при ЗТП~сушЛннЛ (рис.2) пЛдтвердаують на-ЯВНЛСТЬ ДВОХ КрИТИЧНИХ ТОЧОК Та ВЛдсуТНЛсТЬ ПврХОДУ ПОСТЛЙЮ!

швидкостЛ суш1ння. Встановлено, що Лз змвншенням температури сушЛшя перевакаючею стае тенденцЛя пошарового зневоднення матер1алу. Це Ллжструеться даними розрахункЛв критерЛю фазового перетворення е у критичних точках, де йг(?к)/(1т=0 (таблиця 2).

ЗПдно цих даних матова доля парообразно! вологи зростае Лз зменшенням температуря суш1ння. Це пов'язано з тим, що при ЗТП-сушЛннЛ перенесения вологи внзначаеться двома конкуруючими процв-сами: концентрацЛйною дифузЛею у зону випаровування та коливатель-ним фЛльтрацЛйним переносом у зовн1шне середовище. При низьких температурах волога не встигае п1дводитись до зони випаровування, тому вологовмЛст центру зразка практично но змЛнюеться та матерЛал сохне пошарово.

Рад1альна координата шару:

1 ) О »дм; 2) 1.7 КМ;

3 ) 3 , 4 1гм; 4) 5,1 ММ.

Розапл супитя:

I -55°С; г..=25°С; с М _

v =12 м/с; Р=1.4 см .

с

Рис.2. К1нетика пошарсво-го зм1нюввння тем-поратури при ЗТП-суп1нн1 в ел1псо-под1бн1й ячейц!.

Таблиця 2.

Кратер1й фазового порэтЕорення у критичних точках ЗТП-суш1ння гврбуза.

Тег-пэрзтурз сугпгъного агенту, °С

55 I 65 75 • | 85 I 95 |

' Е J й-г Е Е | ГСЪ: е 1 Як Е |

770 180 0,0ТТ| 800 1,12| 200 0,079 1,03 820 250 0,065| 830 0,72| 250 0,042| 860 0,45| 260 0,051| 0,48|

3. Цатвчатнтта кодоль тгроцэсу ЗТП-суп1ння.

ЗнсЯдено, цо особл2вост1 к1потикп процесу ЗТП-суш1ння ш опи-суэться в1дс:.сзл кзтскатЕчяяии тделягл. Но ряс.З паводвно типов1 крлз1 суз!нпя гарбуза, со одерггано зневоднонним у кпп'ячо-лу шару та ЗТП-сузгшш!. Иавэдеп! 1српв1 мають прши^атоБо р!знпй характер особливо у гигроскопичнИ* област1, де ивидч1сть ЗТП-суп1ння значно б1льяа та р!зко спадае до пуля т1льки на р!нн1 глонсиголекулярног сорбцЦ.

На п1дстав1 анал1зу <31льш н1ж 100 кривих ЗТП-суш1ння гарбуза, моркви та буряка запропановано наступив к1нотичне р1ЕНяння:

Ъ = Яо.е"(кТ)П, (1)

де к - ковф1ц1ент суш1ння, п - середн1й коеф1ц1ект напруке-ност1 суи1|гая.

Коеф1ц1ент короляцИ к!нвтичного р1вняння стаяовить

0,97.. .0',99. В1дносна похибка визначешя емп1ричних коеф1ц1ент1в за допомогою регрес1йного анал!зу склада? 3...6%.

V, %

1) - суш1ння в 1000

кип'ячому шару.

2) - ЗТП-суш1нкя в

ел1псопод1бних ячейках:_ Р=1.л си.

Режим сушизня:

. t =85°С; V =7 М/с. с с

Розм1р частинок:

15к4к1 ММ

Рис.3. Иор!внян1 крив1 суш!ння гарбуза.

40

г, хв.

3 р1вняння (1) вишшваютъ форму ли для тривалост! ЗТП-суЕ1ння (2) та швидкост! суш!ння (3), (4):

1/й

(2);

йИ

п-1

-фГ=даокп(кг)пт1е"(кТ)" (3); -^-=кп[1п(№о/В)] п. И. (4)"

Критичн! точки на крив!й суш!ння визначаються за формулами:

Як

1/й

№кг=№о/ехр (Г); -^-Г1 /п,

Дв

Г=1+ П2+П-1 ,75 - 0,5].

Коеф1ц1енти запровадженого к!нетичного р1Еняння мавть певний ф1зичний сенс.

Виходячи з к1нетичного р!вняння (1), коеф1ц1ент напрукеност1 суш!ння дор1вшоб швидкост1 зм1нювання безрозм1рного вологовм1сту за безрозм1рним часом:

а{1л[тСио/ц)]}

йап(кх)} и.ттуи) |ах| •

де и вологовм!ст, кг/кг.

п(т) =

КЛнэтаяа бмХнеззнзя кс5ф1д1енту непрупэноот!, "'.о о.г,;р

¡ормулоп (5), п1д час сушЗлпя р1знига1 кэтодаки наведена ка

) СуШ1Н11Л в ккп'ячону п

пару. Струкка 15*4*1 мл. 1-5

!) Сушишя в кэтп'ячс:!у

шару. Кубики 10x10*10 км.

)) ЗТП-суяишя в елтсолод1бких 0 ячойказс: ?=1,д с!«"г Струкка 15x4*1 ш.

Рении сушшня:

t =85"с; v =7 м/с. с о

:Ис. 4. К1яетика коеф!ц1енту напру заноет! сук!1иня для р1зннх способ1в зноводненкя гарбузз.

0.9

0.3

233 ЗЕ рас.4.

Впхсонакимз досл1дашнями доведано, що хврактер к1нэтпг: п(г) юд!бен до характеру змЛяшашш гласообм1шгаго-критарЗю К1рл1чова ;К1 ), шей зопровадлуетьск а тт 12» ф1з!гов*ч ссвсок.

Зг1дно рно.4- характер насонорэкосу сутгево рхзшггься в 3ar.es-гост1 в1д способу суп!кяя. При суп1.ин1 в кпп'ячему перу вноска [н*генс1пзн1сть зневоднетш п1дтр:г,г/етьсл т1льет у первому шр!од! ;уз1ння (п>1). 1з заглпбленням зона Елпаропування сфэкткш!сть су-11ння р1зко спадам внзсл1до:с пзг1рзепяя у; таз зовп1г!Пього «асообм!лу (п<1). ■

При ЗТП-суш1нн1 завдякн 1ктенснвному зовн1пгньс?^у касооб:51ну зпутр1шн1й дпфузИйшВ перенос не встигае зр1шпгватп град1епт воло-чэЕмЗ-Сту центр - поверхня зразка, вносл!док чого ма« м1сце пошаро-зе зневодпення, при ккому центр зразка збер1гае практично початко-зу волог1сть до к1нця суш1ння.

Таким чином угловою зд1йснення ЗТП-суи11П1я необх!дно ввпгатн зтворення напругсеного рэкт.ту масообм!лу, що в1дпов1дае пер!впост1:

п > 1. (б)

У припущенн! п~К1т з форму ли (5) для коеф!ц1<;нту суш1ння к здержано його визначення, що в1др1зняеться в1д кооф1ц1енту зуш1ння, запровадаеного А.В.Ликов™, множником, який залокить в1д эеетму зневоднення:

к = А-||-. де А = --¡г -'Чи/и) Й ^ (7)

п

V

де ат- коеф!ц1ент д!фузИ аолоп:: Н^- характерний розм!р

т!ла.

Такий сенс запровадженнл ко ¡цинту суш!ння дозволяе одер-катн методику визначення дояко;• ■■ офективного кооф1ц1€нту дифузИ вологи за даними к1неткки суп: :

и

V. -^.1п(ио/и) » (8)

Залежност1, що ■ :тер;;;пно за формулою. (8), добре корелюють з в1домими "вксп'-римент-'.чьиими даними про зм1нзовання коеф1ц!€Нту ди-фузИ вологи у прог^с! суш!ння овоч1в та описуються наступною емп1ричною формулою:

аше= атео[Ви + Си2+ Ш3) • С-Т93-)6'9. (9)

де Т - температура суш!ння, К.

та.л! величини.емп1рично! заложност! (9) наведено нижче:

а = иг/с шэо, В С D

I. Гарбуз 7,93.Ю-10 0,15 -о.ооб 0,0001

2. Буряк 6,67•10~1° 0,54 -0,117 0,0140

3. Морква 5,61 .Ю-10 0,31 -0,046 0,0049

На п1дстав! експериментальних досл1джень та запровадкено* ма-тематично! модел! запропановано емп!ричн! залежност! для коеф1-ц!ент!в к!нетичного р1вняння, що справедлив! у досл!дхеному д1апазон! режимних параметр!в:

п = 3.7. (Gu.Re)-0,19 (10); = 50.Gu1 ^.Re0,5 (11),

тэк

де Re - критер!й Рейнольдса, Gu - критер!й Гухмана, ат0к(м/сг) дор1вшое для гарбуза - 2,4.Ю-9, буряка - 2,2.10"9, моркви - 2,0.10~9.

Виходячи з критер1ю зд!йснення ЗТП-суш1ння (6), визначено д!апазон допустимих режимних параметр1в даного процесу:

180 < Gu.Re < 990 . (12)

Таким чином, науково обгрунтован! р!вняння (10)...(12)

:ум1о1ю з р1внянням тривалост1 ЗТП-суш1ння (2) дозволяють викону-:/мти 1нженерн1 розрахунки ЗТП-сушарок.

4. Рац1ональн1 режими ЗТП-суш1ння овоч!в.

Велика Интенсивность процесу ЗТП-суш1ння та особливост! його динам1ки, а саме низька сер9дньо1нтегральна температура та пошаро-ве зневоднення обумовлюють висрк1 показники якост1 сушених овоч!в, що не поступаються показникам для субл1мац1йних продукт1в.

Як св1дчать експериментальн1 результата Дз ЗТП-суш1ння в широкому 1нтервал1 температур найкращ! показники якост1 було одержано при температурах 75...95°С (таблиця 3).

Таблиця 3.

Основн! показники якост! сушених овоч!в.

1 Гарбуз Морква Буряк |

Температура суш1ння,°С 75 85 95 75 85 95 75 85 95

К1нцевий В0Л0Г0ВМ1.СТ, % 4,7 4,3 3,8 5,0 4,8 4,2 5,1 5,0 4,7

Ноеф1ц1ент в1дновлення, % . Час набуханння, хв. 99 99 75 5 5 10 95 78 59 7 10 10 95 92 . 70 7 10 10

Втрати в1там1н1в, % : в1там1н С р-карот!н 13 14 35 0,7 3,0 5,4 16 9 25 0,5 1,7 3,9 17 15 -0...1.0 -

Вказаний д1апазон температур задов1льно корелюе з м1н!маль-ним 1нтегральним температурним впливом на продукт п!д час суш!ння 9, що визначаеться за формулою:

То

9 = |т(т)с1т, (13)

о

де 1 - середньооб'емна температура продукту.

Для визначення рац!ональних режим1в враховувались як 1нтег-ральний температурний нплив, що приймався за критер1й якост! сушеного продукту, так 1 енерговитрати, котр1 при ЗТП-суш1нн1 можна визначити за формулою конвективного тешюобм1ну:

а = <яя{\- • Щ)

де а - коеф1ц1€нт теплообм1ну; ?д- площа ловерхн! ячейки.

3 в1домого сп1вв1дношення для коеф1ц1енту конвективного теплообм!ну та р!вняння тривалост! ЗТП-суи1ння (2), одержано:

О = •8. Рг° •43 • РЕ (г /п, (15)

да А, - твшюпров 1 дк 1 сть сушильного агенту; с1 - характорний роз-м1р ячейки; А - косф1ц1ент, що залекить в1д числа Не; Рг - тэпло-обм1нш1й критерий Прандтля.

Комплексы! залэгаюст! для 9(1;о,уо) та цо розрахо-

ван! зг!дно (13), (15) на п1дстав! експериыенгальннх даних, зобра-

1) - Енерговитрати {у в1даосних одишщях);

2) - Кратер 1й штегралького температурного

впливу (у влдноскгя одишщях); 3 3 - Область радюнальниж реяимних параметр 1в; 4) - Область допустимих рзккшшх параметр1В1

Область пвротину повэрхн!в критер1ю 1нтегрального температурного впливу та в1даосяшх енарговитрат визначае д!апазон рац1ональ-¡щ режяы1в ЗТП-суш1ння овоч!в, який в!дпов1дае температурах! сушильного агенту 70...90°С та швидкост! його руху 10...15 и/с.

15

В И С Н О В К И.

1. Анал1з сучасних способ!в вироблення швидковхдновлювшшх сушених овоч!в показав, що суш!ння з1 змЛшанним твплоп1дводом являеться найб!льш перспективним для промислового влровадяеиня.

2. Встановлено, що процес ЗТП-суш1ння е критичним щодо реки-м1в його зд1йснення та виду харчово* сировкни.

Показано, що одними з визначаючих фактор1в являються техполо-г1я п1дготовк!1 сировини, та форма функц1ональних ячеек.

Розроблено конструкц!ю функц1ональних ячеек для зд1йснення ЗТП-суш1ння в умовах промислового виробництва.

3. Доведено можлив!сть одержання широкого асортименту високо-псристих, швидков1дновлюваних овоч!в тепловим суш1нням, у тому числ1 при .температурах 20...45°С.

4. Вперше запропановано, теоретично обгрунтовано та описано ф!зичну модель коливательного ф1льтрац1йного переносу, що пипмкпе при ЗТП-суш1нн1.

5. Запропановано математичну модель процесу ЗТП-суш1ння у вигляд1 к1нетичного р!вняння: ?МУо/ехр(кт)п, що мЮтить два емп1ричних коеф1д!енти: к, п.

Теоретично доведено та експериментально п1дтверджено, що критер!ю зд1йснення ЗТП-суш1ння в1дпов1дае нер1вн!сть: п > 1.

Одержано залежност1, що пов'язують коеф1ц1енти к1нетичного р1вняння з безрозм1рними критер1ями тепло-масообм1ну, на п1дстав1 котрих запропановано формули для 1нжёнерних розрахунк1в промисло-вих ЗТП-сушарок.

6. Визначено рац1ональн1 умови та режими ЗТП-суш1ння, що доз-воляють одержувати суиен1 овоч!, як1 за як1стю не поступаються субл1мац1йним продуктам та потребують м1н1мальних енерговитрат.

7. Розроблено конструкц1ю апарату та технолог1чну схему виробництва високопористого, швидков!дновлюваного гарбуза для умов фермерських господарств.

Одержан! рекомендац11 та розрахунки було запроваджено при розробц1 та виготовлен1 досл!дног ЗТП-сушарки для Черн1говського овочесушильного заводу та на Харк1вському науково-технолог1чному комплекс!.

Вироблен1 за рекомендованими рац1ональними режимами сушен1 овоч1 пройпли мед1ко-б1олог1чну експертизу в Укра1нському науково-му г1г1еничному центр1, де одержано дозв1л на гх реал1зац1ю в п1дприемствах громадського харчування.

Основний зм1ст дисэртяцЦ опубл!ковано в наступних роботах.

1. Комбинированный сухой продукт на основе молочного белка/ Гришин U.А., Куков В.В., Козлов В.Н., Погожих Н.И., Потапов В.А. // Тез. докл. IV Всесоюзной конф. (Раздел Шб), Кемерово, 1991.- С. 84-85.

2. Гришин М.А., Погожих Н.И., Потапов В.А. Тепловая сушка творога// Прогрессивные технологии и формирование рыночных отношений в общественном питании: Сб. научн. тр. ХИОП.- Харьков, 1992.-С.57-в0.

3. Исследование качественных показателей сушеных мясных полуфабрикатов бысокой степени готовности/ Гришин М.А., Погожих Н.И., Шубина Л.Ю., Потапов В.А. // Прогрэссивнке технологии и форьгпрование рыночных отношений в общественном питании: Сб. научн. тр. ХИОП.-Хорьков, 1992.- С.99-102.

4. Формирование структуры материала в процессе сушки/ Гришин М.А., Хуков В.В., Погожих Н.И., Потапов В.А.//' Тез. докл. Международной конф. по сушке (Секция 8) 2-го Международного форума по тепло- и мсссообмену.- Клев, 1992.- С.63-65.

5. Погожих Н.И., Потапов В.А. Экспериментальное моделирование сушки капиллярно-пористых тел со смешанным теплоподводом// Перспективы развития общественного питания: Сб. науч. тр. ХКОП,- Харьков, 1993.- С.40-42.

6. Research of the drying ргосезз of materials by mixed heat transfer/ Grlshin H.A., ZhuXov V.V., Pogoshih N.I., Potapov V.A. // Abstracts of Reports International conference "Heat and Мазз Transfer in Technological Processes.- Jurmala, 1991.- P.13-15.

Автор вдячний В.В.Нукову за допомогу в орган1зацИ ряду експериментальних досл1джень та корисн! поради п!д час роботи над дисертац1€ю.

Шдписано до друку 4.04.1994 р. Формат 60x84 1/16. Обсяг 0,7 уч. вид. арк. Тирах 100 прим. Зак. 10.

Ротапринт 1нституту монокристалI в Харк1в, пр. Лен I на, 60 30-70-97