автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка эффективного способа сушки пюре из яблочных выжимок

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИЖТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

ШУЛЬГА АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК: 664.853.6:634.11.004.86/043.3/ +

663/664.047.791.001.57:691.3.06/043.3/

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОГО СПОСОБА СУШКИ ПИРЕ ИЗ ЯБЛОЧНЫХ ШЖИМОК

Специальность - 05.18.12 - Процессы, машины и агрегаты

пищевой промышленности

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

^г А?

/ V/"

Москва - 1990

Работа выполнена на кафедре "Процессы и аппараты пищевых производств" Московского ордена Трудового Красного Знамени технологического института пищевой промышленности

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая ооганизация:

заслуженный деятель науки и техники РСФСР, лаутзеат премии Сове! Министров СССР, доктор технических наук,

профессор А.С.Гинзбург

доктор технических наук, профессор И.Н.Дорохов

кандидат технических наук А.И.Мануйко

Научно-производственное объединение "Мир"

Защита диссертации состоится

ноября 1990 года

на заседании специализированного Совета К.063.51.07. Московского ордена Трудового Красного Знамени технологического института пищевой промышленности.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Адрес института: 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, дом II.

Автореферат разослан

1990 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент И.М.Савина

' . ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

—Актуальность работы. Стабильное наращивание продовольственных ресурсов, расширение ассортимента и повышение качества выпускаемой продукции, увеличение производства порошков из растительного сырья имеет важное народнохозяйственное значение.

Значительный вклад в решение этой задачи может внести раз-даботка и внедрение безотходной технологии по переработке сельскохозяйственного сырья и, в частности, .яблок, позволяющей дополнительно получать продукцию, обогащенную витаминами, белками, пищевыми волокнами и другими компонентами повышенной биологической и пищевой ценности. Внедрение безотходных технологий способствует также решению экологической проблемы.

Яблочные выжимки являются отходами сокового производства и составляют 35-40% от массы перерабатываемых яблок.

Одним из новых перспективных продуктов их переработки является пюре из яблочных выжимок*, технология получения которого разработана в Могилевском технологическом институте. Указанный продукт облагает высокой студнеобпачующей способностью, содержит весь комплекс биологически активных веществ исходного сырья и является эффективной студнеобпаз.угацей добавкой к фруктовым полуфабрикатам со слабой желирующей способностью. При необходимости из пюре яблочных выжимок возможно получение очищенного яблочного, пектина и яблочного порошка, обогащенного клетчаткой.

Для улучшения технологии производства кондитерских изделий на фруктовой основе и, в частности, мармелада, целесообразно применение порошка пюре яблочных выжимок. Поэтому получение порошка из пюре яблочных выжимок, обладающего указанными техноло-

* Прежнее название - яблочно-пектиновая паста (см. список опубликованных работ).

I I

гическими свойствами, имеет важное практическое значение.

Из проведенного анализа литературных и практических данных видно, что в настоящее время применяется ряд способов получения порошков из растительного сырья, для которых характерны как преимущества, так и недостатки, оказывающие различное влияние на ю чественные показатели порошков. Как указывает Я.бипс/. при выбо] рациональной технологии "результирующее влияние последней на то' или другой продукт можно лишь предположить, но нельзя поедсказа1 точно".

Указанные сообпажения свидетельствуют о том, что научно обоснованный выбоп способа сушки и типа установки для пооизводс ва яблочных порошков является актуальной и вместе с тем достато' но сложной как в аналитическом, так и в технологическом плане з; дачей, которая непосредственно увязанас разработкой метода упра] ления процессом сушки, обеспечивающим получение продукта требуемого качества пш высоких технико-экономических показателях производства.

Цель работы и задачи исследования. Разработка научных осно] выбора способа сушки и типа сушильной установки для производств! пищевых порошков из растительного сырья на примере сушки пюре и: яблочных выжимок. Методика выбора должна базироваться на основш принципах технологии сушки: от изучения свойств материала как объекта сушки к обоснованию способа сушки и режима процесса, и I этой основе - к выбору серийно выпускаемой или проектированию н< вой сушильной установки.

Результаты исследования процесса сушки из яблочных выжимок при выбранном способе его реализации должны быть использованы д. обоснования оптимального режима и разработки методики инженерно] расчета сушильной установки.

Научная новизна. Дня научного обоснования способа сушки и выбора типа- сушильной установки при организации процесса сушки "новых влажных материалов" (сушка которых ранее не осуществлялась) применена методология системного анализа и современные представления искусственного интеллекта. С этой целью разработана база данных, в которой выбор типа сушильной установки увязан со свойствами продукта как объекта сушки. Построена граф-схема алгоритма соответствующего выбора.

Изучены физико-химические свойства гаоре из яблочных выжимок как объекта сушки и полученного порошка.

Научно обоснованы параметры оптимального режима процесса сушки шоре из яблочных выжимок в установке с виброкипящим слоем инертного материала.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработана блок-схема системы автоматизированного проектирования сушильной установки (САПР )с указанием этапов и последовательности проектирования: 1-й этап - выбор класса ( типа )проектируемой системы (способ сушки и тип установки); 11-й этап - выбор структуры проектируемой системы (проектирование сушильной установки) ; Ш-й этап - идентификация и проверка адекватности параметров проектируемой установки физической модели процесса (параметрическая оптимизация.)

На основе применения указанной выше методологии рекомендован способ сушки на инертном носителе и тип установки с виброкипящим слоем инертного материала для производства порошка пюре из яблочных выжимок.

Экспериментально установлены основные закономерности процесса сушки пюре из яблочных выжимок и разработана методика инженерного расчета сушильной установки для производства указанного порошка.

Проведены производственные испытания серийно выпускаемой | сушильной установки AI-ФМУ с виброкипящим слоем инертного материала при сушке пюре из яблочных выжимок, результаты которых использованы при разработке проектной документации: "Установка сушильная с виброкипящим слоем инертного материала AI-ШУ-В. Изменения к техническому заданию ( вариант применения для сушки пюре из яблочных выжимок)".

В производственных условиях Бобруйской кондитерской фабрики проверена возможность использования полученного порошка в качестве студнеобразователя в производстве формового и желейного мармелада.

Расчетная экономическая эффективность от внедрения разработанного способа сушки пюре из яблочных выжимок составляет 55,65 ть руб. в год на одну сушильную установку производительностью 90 кгА по испаренной влаге.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на Всесоюзных научных и научно-практических конференциях, а также на научной конференции в Болгарии:

- "Пути совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания". Москва, МТИПП, 1984;

- "Синтез и применение пищевых добавок", Могилев, МТИ, 1985;

- "Разработка и совершенствование технологических процессов, машин и оборудования для производства, хранения и транспортирования продуктов питания", Москва, МТИПП, 1987;

- "Проблемы индустриализации общественного питания страны". Харьков. - 1989.- С. 188.

- "Десет години "Промишленна енергетика". Правец, НРБ, 1989;

- "Химия пищевых веществ. Свойства и использование биополимеров в пищевых продуктах". Могилев, МТИ, 1990.

Публикации По теме диссертации опубликовано 7 работ и получен I авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, приложений низложена на 249 страницах машинописного текста, включая 34 рисунка, II таблиц и 83 страницы приложений. Список литературы содержит 245 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, показано научное и практическое значение работы.

Первая глава посвящена изучению состояния вопроса комплексной переработки яблок. Рассмотрены различные методы переработки .яблочных выжимок. Отмечено, что в настоящее время, в зависимости от целевого назначения продукта, используются несколько процессов переработки яблок и яблочных выжимок: I - экстрагирование пектина из яблочных выжимок с последующим осаждением, выделением из раствора и сушкой или производство жидкого яблочно-пектинового концентрата; 2 - сушка яблок и яблочных выжимок для получения порошка; 3 - производство пюре из цельных яблок.

Обоснована целесообразность получения порошка из пюре -нового продукта переработки .яблочных выжимок. Высококачественный порошок характеризуется рядом технологических показателей - конечной влажностью, студнеобразутощей способностью, гранулометрическим составом, цветом и др.

Для получения продукта требуемого качества важное значение имеет правильный выбор способа сушки и типа установки, а также обоснование метода управления процессом.

Показано, что для решения этих задач применительно к сушке пюреобразных материалов целесообразно применение стратегии системного анализа, включающего методы физического и математическо-

го моделирования. Сделан вывод, что при использовании вычисл1 тельной техники для исследования, проектирования и управленш процессами сушки перспективно применение современных предста! ний искусственного интеллекта и экспертных систем.

Это имеет важное значение при решении проблемы получени? яблочного порошка, свойства которого, как и исходного сырья I значительной мере определяются органолептическими показателя& и экспертной оценкой.

В заключении главы сформулированы цели и задачи исследов

ний.

Во второй главе приведены результаты исследований свойса пюре из яблочных выжимок как объекта сушки.

Исследования гигроскопических свойств порошка, получение в виброкипяцем слое инертного материала, проводились с исполь зованием статического тензиметпического метода при постоянной температуре. Получена зависимость равновесного влагосодержани от относительной влажности воздуха для сорбции паров воды пог ком пюре из яблочных выжимок.

Расчет на ЭВМ изотерм сорбции при различных значениях т пературы проведен с использованием метода А.Е.Пасса и Л.И.Слеп ченко. Изотермы сорбции порошка имеют типичную для коллоидных капиллярно-пористых тел £ -образную форму и относятся к П-Ш-классу по классификации БЭТ.

Для изучения форм связи влаги в порошке использован мето

предложенный Н.И.Гамаюновым. Получены количественные характер тики емкости монослоя, полимолекулярного слоя и капиллярной влаги.

Значения коэффициентов в указанном уравнении:

линеаризации изотерм сорбции в виде уравнения

Л = 7,05; <4-1,64 при 0,35 < (Р ^ 1,0 П =1,47; я =6,98 при 0,05 0,35 (I)

П =1,28; Я =7,61 при 0 <¥ 4 0,05

Использование карты стабильности пищевых продуктов по T.LqBuZ-Q и кривой сорбции еодямого пора порошком торе позволило определить значение конечной влажности порошка (Ц -8*1058) для условий хранения, а также соответствующие требования к упаковке.

Для исследования свойств исходного продукта использован метод дериватографического анализа, позволивший определить допустимую температуру нагревания материала, а также значения влажности, соответствующей различным формам связи влаги с материалом. Полученные данные согласуются с результатами тензимет-рических исследований. На основании данных дериватографического анализа рекомендован способ определения конечной влажности порошка в производственной лаборатории.

Экспериментально определена зависимость теплофизических характеристик пюре из яблочных выжимок от температуры продукта. Получены соответствующие уравнения регрессии в диапазоне температур

В исследованиях реологических характеристик пюре из яблочных выжимок показано, что указанный продукт относится к неньютоновским жидкостям. Для определения вязкости пюре из яблочных выжимок получено уравнение регрессии:

% + <393,6 (2)

где С - концентрация сухих веществ (8-13%); ^ - скорость сдвига (1,0-81,0 с-*); Т - температура продукта (293-353 К).

Полученные данные использованы при расчете технологического оборудования для производства порошка из пюре яблочных вы-

жимок.

В третьей главе разработана методика выбора способа сушки и типа установки для сушки жидких и пастообразных материалов.

Как было указано выше, для решения этой задачи применена методология системного анализа, а при использовании вычислительной техники - реализованы современные представления искусственного интеллекта и экспертных систем.

Как указывает академик В.В.Кафаров, методологической основой исследования сложных, малоизученных явлений и процессов является стратегия системного анализа, в которой условно вццелено несколько этапов, важнейшим г определяющим из которых является этап качественного анализа, игот этап заключается в сборе, систематизации, формализации и переработке качественной информации.

В соответствии с этим в диссертации разработана блок-схема алгоритма САПР сушильной установки, состоящая из трех этапов проектирования (рис. I).

Возможности автоматизации принятия решения на каждом из указанных этапов различны. Наиболее трудно автоматизировать принятие решения на первом этапе, т.к. при этом необходимо формализовать процедуру принятия решения.

Проблема выбора способа сушки и типа установки, которая относится к задаче распознавания образов, может быть решена с помощью создания интеллектуальной экспертной системы.

Особое место в экспертной системе занимает разработанная база данных, включающая классификацию влажных материалов как объектов сушки. С этой целью проведен анализ существующих методов классификации влажных материалов сушки.

В соответствии с располагаемой информацией влажные материалы условно разделены на три группы: а) традиционные - располагаемая информация и практический опыт достаточны для выбора рационально-

структурная схема иЛ11Р су^льнс.* ус б ки

{Задание на гтроект:1ро::--~

1-этад:выбор класса типа гтроект;:руемоГ; системы и основных ее лостро-

|Балансовые расчеты

Расчет продолжительности процесса и производительности

установки_

♦

расчет конструктивных параметров су-пильнои установки

Щ-этал:идент:г^::-л-ция и проверка адекватности параметров прехтитуе-мой установки-Физической модели процесса -•-

Уточнение и олт:2.с1-зация параметров установки

л

Методы управлешя лрсцесссм суша

Техшжо-эконоиичэсгае характеристик! установки ■---

I Конец~

Рис. I.

Блок-схема алгсс:;?::а вибсра способа су^пс! ка ЭВМ

коз материала >

* историей

СБИЛ последи:^

Выделение ксб материала с разной тоеднстсН

Выделение и г"-;:кс;:совая;:э характеристик комплекта эмплппческих законом.ешостей, начлная с М+1, где М число оСпазов признаков предистория

I

Уыеньпен'ле «юла признаков и составлен:»

' I} -ГО ПО—---- - ---------------------

характе

ХТ

(У-1} -го лопядка'с использование« нонеров " - ""•""фктих -------------

комплектов

_ Печать ______

: ' ХТ^ порядка"

Построение гра*-схеыы для выбора способа судки и типа сушльнои установки_

Рис.2.

го способа сушки с большой уверенностью; б) относительно новые -имеется информация об успешно применяемых методах сушки в лабораторных или в опытных промышленных условиях; в) новые,для которых практически отсутствует требуемая информация.

Пюре из яблочных выжимок относится к группе в) влажных материалов, т.е. является "новым продуктом? сушка которого до настоящего времени не осуществлялась.

Процесс сушки влажных материалов рассмотрен, как оператор, который приводит к изменению информационных потоков в системе "влажный материал (ВМ) - сушильный процесс (СП) - готовый сухой

и

продукт (ГСП). Признаки, описывающие процесс сушки ВМ, объединены в универсальное множество и(ВМ] = ^П

где индексами соответствующих подмножеств являются: ¿ = £1,2,, здесь 6 =1 - основные структурно-механические признаки,описывающие ВМ как физический объект (агрегатное состояние, форма, размеры, масса), I =2 - теплофизические признаки, описывающие ВМ как объект тепло- и массообменных процессов, С =3 - технологические признаки, описывающие ВМ как объект некоторого технологического процесса, ^ = {1,2}, здесь ^ =1 - существенные признаки процесса сушки; ^ = 2 - несущественные признаки процесса сушки; к = {1,2}, здесь к = I - признаки, информативность которых достаточна для полного описания процесса сушки (представительные признаки), к =2 -непредставительные признаки; £ = , здесь = I - количест-

венно измеряемые признаки, = 2 - качественно выражаемые признаки: Ш = {_1,23 , здесь Ш= I - признаки неизменяющиеся в процессе сушки, = 2 - признаки изменяющиеся в процессе сушки.

На основании использования информации, полученной от экспертов и литературных данных в работе определено множество признаков (свыше 50 наименований) различной информативности, характеризующих

ВМ как объекты сушки, а также множество сушильных процессов и соответствующих типов сушильных установок в которых выделено 4 класса сушилок: А - сушилки, в которых воздух является транспортирующим средством и сушильным агентом (распылительные сушилки, пневмотрубы и др.), Б - сушилки с псевдоожиженным слоем, в которых материал находится во взвешенном состоянии (кипящий слой, фонтанирующий слой, виброкипящий слой инертного материала и др.), В - сушилки с механическим перемещением материала (барабанные сушилки, вальцовые и др.), Г - сушилки с плотным слоем материала (обычно сушилки периодического действия, в том числе и сублимационные) .

При решении задачи выбора типа установки ее алгоритм представлен е виде соответствующей гряф-схемы.

Основу метода граф-схем составляет принцип выделения ряда общих признаков объектов, принадлежность которых к искомым образам известна.

Под изображением, в частности, процесса сушки ВМ, принимается совокупность X пронумерованных (кодированных) признаков ВМ

причем каждому изображению X соответствует один образ У (класс или тип сушильных установок А, Б, В, Г), см. ниже - рис. 3, т.е.

Составлена блок-схема алгоритма выбора способа сушки и типа установки (рис. 2) и разработана программа для расчета на ЭВМ. Разработка программы осуществлена в сотрудничестве со специалистами ВМЗИ им. Ленина (София).

При составлении списка представительных признаков, обладающих наибольшей информативностью, применен метод экспертных оценок, согласно которому для классификации 33-х влажных материалов, составляющих базу данных, выбраны из общего множества 10 предста--Бительных признаков (табл.1) .

Область значений каждого представительного признака разбита

(Х|, Х^,..., Ху), принимающих конечное число значений

известна функция

Таблица I

Таксономическое пространство представительных признаков

Представительные признаки Закодированные значения представительных признаков Хг

Агрегатно П1 состояние материала = I - пастообразное Х^ = 2 - жидкое Х2 = 3 - пенообразное или коллоидное

Консистенция П2 влажного материала Х£ = I - очень вязкий, не текучий Хг> = 2 - вязкий, плохо текучий Хг> = 3 - не вязкий, хорошо текучий

Начальная ПЗ влажность ^ материала, % Х3 = I при Х3 = 2 при 74 83 Х3 = 3 пш 83 < %

Конечная П4 влажность ^ материала', % Х4 = I при 3 Х4 = 2 при 3 < 5 Х4 = 3 при 5 < И'а

Когезионные П5 свойства материала Х^ = I - не высокие, агломератов нет Х^ = 2 - высокие, отдельные агломераты Х^ = 3 - очень высокие, сплошной агломерат

Допустимая температура нагревания материала в , °С Х6 - I при в« 6Б Х6 = 2 при 65 < 0 < 78 Х6 - 3 при 78 < в

Объемная масса П7 материала у , кг/м Х? = I при ¥ ^ 238 Х? = 2 при 238 < / « 360 Х? = 3 при 360 < ^

Объемно-поверх-П8 ностный размер й(з2 , мкм Хд = I при 196 Хд = 2 при 196 <</«4 367 Хд = 3 при 367 <

Потери физиол. П9 активных веществ в материале Хд = I при % 7 Хд = 2 при 7 < % 4 12 Хд = 3 при 12 < %

ПЮ Растворимость,% 1 при ^ 4 83 2 при 83 < % « 88 Х10= 3 при 88 < %

на соответствующие таксономические единицы, имеющие кодированные значения Xt- = {1,2,з}.Для определения указанных значений представительных признаков в таксономических единицах использован опти- — мизационный метод. Таксономическое пространство, характеризуемое кодированными значениями представительных признаков приведено в таблице I.

Формализация процесса сушки ВМ в каждом классе сушильных установок произведена посредством таксономических единиц представительных признаков П1-П10 (см. ниже таблица 2).

Применены следующие исходные знания вида"если-то", характеризующие связи мевду показателями процесса сушки (свойствами ВМ и типами сушильных установок): если, П1 - агрегатное состояние ВМ -жидкость (признак П1, значение которого Xj=2); П2 - консистенция ВМ - не вязкий, хорошо текучий (Xg=3); ПЗ - начальная влажность ВМ-от 74 до 83$ (Хд=2); П4 - конечная влажность ВМ - менее 3%(Х4=1); П5 - когезионные свойства продукта - не высокие (Х§=1); П6 - допустимая температура нагревания ВМ - более 78°С (Хб=3); П7 - объем-

о

ная масса порошка - менее 238 кг/м (Хг»=1); П8 - объемно-поверхностный размер частиц порошка 0- менее 196 мкм (Xg=I); П9 - потеря физиологически активных веществ - от 7 до 12% (Хд=2); ПЮ -растворимость порошка - от 83 до 88% (Xjq=I), то - ВМ относится к классу А и процесс сушки этого материала осуществлен в распылительной сушилке.

Таблица 2

Базовая таксономическая единица описывающая процесс сушки влажного материала

Признак П{ XI t x2i Х3 1 Х4 Х5 \ Х6 h 1 х8 Xgj Xjq Y

Значение пшзнака 1 Т 1 2 ! 3! 2 ! I ! I ! 3 т I ! I 1 2 ! I А

Анализ граф-схемы показывает, что наиболее вероятный выбор типа сушильной установки может быть осуществлен при рассмотрении представительных признаков П2, П6, П7, П1 и ПЗ, которые для "новых влажных материалов" следует рассматривать р указанной последовательности. Это, конечно, не означает, что остальные признаки

16 ( Граф-схема выбора класса (типа) сушильной установки

Рис. 3.

П4, П8, П9,П10 не существенны для описания процесса сушки, но очевидно, они мало информативны по сравнению с приведенной выше комбинацией признаков.

Граф-схема выбора типа сушильной установки представляет пространство, в котором взаимосвязаны описывающие процесс сушки представительные признаки, которым соответствуют в условной нумерации вершины граф-схемы, например, признаку П6 соответствуют вершины 116, 117, 115, и частные значения указанных признаков X^={l,2,3} которым соответствуют дуги, соединяющие вершины граф-схемы.

Граф-схема (рис. 3) использована при выборе типа установки для сушки пюре из яблочных выжимок, которому соответствует класс Б-сушилки с псевдоожиженным слоем (порядок выбора изображен штриховой линией). В ходе дальнейшего анализа технических характеристик и конструкций сушилок выбрана в качестве бйзовой установки серийно выпускаемая сушильная установка для жидких и пастообразных пищевых материалов AI-ФМУ с виброкипящим слоем инертного ма-

териала.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований процесса сушки пюре из яблочных выжимок в виброкипяцем слое инертного материала, подтверждающие обоснованность выбранного способа сушки и типа установки.

Теоретической базой указанных исследований явились работы В.Е.Бабенко, М.А.Бейлина, А.С.Гинзбурга, Ю.Н.Добромирова, В.М. Зайцева, А.П.Ковалевского, В.Е.Куцаковой, Н.Б.Рашковской, П.Г.Ро-манкова.А.П.Рысина, М.Б.Сергеева, О.М.Тодеса, Э.И.Хорошей и др. Опыты пооведены в цилиндрическом аппарате с площадью живого • сечения газораспределительной решетки 25-27% при постоянных параметрах вибрации - частоте 7,5 Гц и амплитуде 8 мм. Подача продукта в виброкипящий слой инертного материала осуществлена пневмоти-ческой форсункой. Для снижения вязкости пюре из яблочных выжимок предварительно нагревали в теплообменнике до 80°С.

При исследовании процесса сушки в качестве управляемых переменных были выбраны: температура отработанного воздуха "¿ц, °С;

скорость воздуха в аппарате ТГ, м/с; удельная нагрузка гранул М Р

инертного материала -=Г , кг/м ; расход снятого воздуха на распыл продукта Мх , кг/ч; производительность по исходному продукту ¿у, кг/ч.

Эксперименты проведены при условии достижения максимальной подачи <5у продукта в слой инертного материала, когда для определенных режимных параметров реализуется устойчивый процесс сушки и после завершения процесса в слое отсутствуют покрытые продуктом гранулы инертного материала.

С целью сокращения числа опытов применен метод планирования многофакторного эксперимента, при котором значения факторов ,

1Г, ^Г, мх , установлены по плану главных эффектов 4 ^/16, что гр

обеспечивает некоррелированность этих факторов, а затем для каждого фиксированного набора факторов увеличивали производительность

по исходному продукту до максимально возможного значения.

Результаты экспериментов обработаны методом регрессионного анализа с применением ЭВМ, при этом использовали метод включения-исключения переменных, позволяющий выбрать значимые члены уравнения регрессии при заданном уровне значимости.

В результате обработки для откликов процесса сушки получены следующие уравнения регрессии, в которые для последующего масштабирования аппарата с виброкипящим слоем инертного материала входяа

переменные параметры процесса -ф - удельный расход воздуха на . л 1

распыл продукта, кг/кг и ~ - удельная производительность по исходному продукту с единицы площади газораспределительной решетки, кг/ч м*":

- средний объемно-поверхностный размер частиц порошка, мкм:

¿и - <3>

- среднемассовый размер частиц порошка, мкм:

А, .<«

- влажность порошка над слоем инертного материала, %:

Щел = * 7.3 (5>

- конечная влажность порошка, %\

Щ - -!&,б- (6)

- среднее время пребывания продукта в слое, с:

г =т-о,Щ£р) (7)

- студнеобразупцая способность порошка, кПа:

р = 82, - 0,22 - V (8)

Уравнения справедливы в следующем диапазоне изменения параметров процесса сушки: ^ = 68+356 кг/м^ч; =75+90°С; 1/^=4,0+ 5,5 м/с; & = 1,95+11,5 кг/кг; ^ = 84+170 кг/м2.

Графические зависимости, соответствующие уравнениям (3)-(8) показаны на рис. 3-7.

Для определения условий при которых происходит нарушение ус-

Завис;;; юсть F = {(t)

О » О о 0 » О 0« о » « 0 О

о О OQ о 74* • О 9 0 OOP 0 О "■•^jgo «

о о о о о 0 о в ^"Ni о о ^S,. в • •

40 75 Ij [0 145 160 215 _

тойчивости процесса сушки были отобраны те опыты, в которых имеет место максимум производительности. В результате статистической обработки показано, что максимальный среднемассовый размер с/лу частиц порошка равен 1615 нкм, а средний объемно-поверхностный d3^ размер - 867 мкм, причем влияние параметров процесса сушки на эти величины незначимо. При превышении указанных показателей дисперсности происходит нарушение устойчивости процесса сушки.

Установлено, что отделение пленки продукта от поверхности инертных гранул происходит при достижении ею некоторой конечной толщины. Заметим, что среднее время пребывания продукта в слое на гранулах инертного материала уменьшается с ростом удельной подачи по исходному пподукту (рис. 6).

гр

Таким образом, проведенные исследования позволили определить условие и область существования устойчивого процесса сушки пюре из яблочных выжимок.

Пятая глава посвящена определению параметров оптимального режима сушки, разработке методики инженерного расчета, анализу результатов производственных испытаний и расчету экономической эффективности.

В качестве общего критерия оптимизации выбран показатель (целевая функция Ф)приведенных затрат,отнесенных к I т сухого продукта.

Минимум целевой функции Ф, соответствующий параметрам оптимального режима процесса сушки, определен методом случайного поиска. Программа минимизации целевой функции реализована на персональном компьютере ACER , совместимом с IBM-PC/AT.

Оптимальному режиму соответствуют следующие параметры процесса сушки: скорость воздуха в аппарате 1Г= 4,0 м/с; температура отработанного воздуха = 77°С; удельный расход сжатого воздуха

на распыл исходного продукта Ф- = 2,6 кг/кг; удельная нагрузка

М 2

гранул инертного материала = 170 кг/ч м ; удельная произво-

р Г j 2

дительность по исходному продукту = 352 кг/ч м . Указанным

гр

параметрам соответствует значение целевой функции 3> = 570,1 руб

на тонну сухого продукта.

Разработана методика инженерного расчета сушильной установки с виброкипяцим слоем инертного материала для производства указанного порошка.

Важно отметить, что в результате реализации параметров оптимального режима процесса сушки пюре из яблочных выжимок качествен ные показатели полученного при этом порошка снижаются по сравнена с соответствующими показателями исходного продукта в среднем на величину не более 3-4%.

Проведены производственные испытания серийно выпускаемой сушильной установки А1-ФМУ с виброкипяцим слоем инертного материала при сушке пюре из яблочных выжимок, результаты которых использованы для разработки проектной документации: "Установка сушильная А1-ФМУ-В. Изменения к техническому заданию (вариант применения для сушки пюре из яблочных выжимок)".

В производственных условиях Бобруйской кондитерской фабрики проверена возможность использования полученного порошка как студ-необразователя при производстве формового и желейного мармелада.

Расчетная экономическая эффективность от внедрения разработанного способа сушки пюре из яблочных выжимок составляет 55,65 тыс. руб в год на одну сушильную установку.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Исследовано пюре из яблочных выжимок как объект сушки: определены сорбционные, реологические и теплофизические характеристики. Установлено, что пюре из яблочных выжимок является типичным коллоидным капиллярно-пористым телом и может быть отнесено к П-Ш классу по классификации БЭТ.

2. В качестве научной основы выбора способа сушки и типа установки при организации процесса сушки "новых влажных материалов" к которым относится пюре из выжимок яблок, принята методология системного анализа и математического моделирования и, в частности

современные представления искусственного интеллекта и экспертных систем.

3. На основе указанной методологии разработана блок-схема для системы автоматического проектирования сушильной установки САПР с указанием этапов проектирования: I- ый этап - выбор класса (типа) проектируемой системы (способ сушки и тип установки); П-й этап - выбор структуры проектируемой системы (проектирование сушильной узтановки) ; Ш-й этап - идентификация и проверка адекватности параметров проектируемой установки физической модели процесса (параметрическая оптимизация).

4. При выборе класса (типа) сушильной установки применен метод граф-схемы и разработана соответствующая база данных,в основе которой лежит увязка свойств продукта как объекта сушки, с выбором типа сушильной установки.

5. В результате прогнозирования на основе разработанной граф-схемы для сушки пюре из яблочных выжимок рекомендован способ сушки в установке с виброкипящим слоем инертного материала.

6. Проведены экспериментальные исследования процесса сушки пюре из яблочных выжимок указанным способом, установлены основные закономерности процесса. Получены уравнения регрессии для определения дисперсности, конечной влажности порошка, среднего времени пребывания продукта в аппарате и студнеобразукхцей способности порошка в зависимости от параметров процесса, которые использованы при оптимизации процесса сушки и разработке методики инженерного расчета промышленной сушильной установки.

7. Показано, что основное влияние на устойчивость процесса сушки оказывает удельная подача исходного продукта в виброкипящий слой инертного материала. Определены показатели дисперсности порошка, превышение которых приводит к нарушению устойчивости процесса.

8. Определены параметры оптимального режима процесса сушки пюре из яблочных выжимок в виброкипящем слое инертного материала, при реализации которых полученный порошок имеет требуемую студне-образующую способность и соответствущие физико-химические показатели - конечную влажность, дисперсность, цвет и др.

9. Разработана методика инженерного расчета сушильной установки с виброкипящим слоем инертного материала для производства указанного порошка, в которой использованы результаты проведенных исследований.

10. Проведены производственные испытания серийно выпускаемой сушильной установки AI-ФМУ с виброкипящим слоем инертного материала при сушке пюре из яблочных выжимок. Проверка возможности использования полученного на промышленной установке порошка как студнеобразователя в производстве мармелада на кондитерской фабрике дала положительные результаты.

11. Результаты производственных испытаний установки А1-ФМУ использованы для разработки плоектной документации: "Установка сушильная AI-ФМУ-В. Изменения к техническому заданию (вариант применения для сушки пюре из яблочных выжимок)*1.

12. Определена экономическая эффективность от внедрения разработанного способа сушки пюре из яблочных выжимок, которая составляет 55,65 тыс. руб в год на одну сушильную установку.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Шульга A.A., Василенко З.В., Никулин В.И., Альтшулер Ю.З. Сушка яблочно-пектиновой пасты./В сб.: Всесоюзная научно-практическая конференция "Пути совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания": М., МГИПП. - 1984. - С. 227.

2. Шульга A.A., Никулин В.И., Василенко З.В., Альтшулер Ю.З. Исследование процесса сушки яблочно-пектиновой пасты./В сб.:

Всесоюзное совещание "Синтез и применение пищевых добавок" (30-31 мая),// Тез..докл. МГИ, 1985. - С. 39.

3. A.c. II9835I (СССР) Установка для сушки растворов и суспензий/ Гинзбург A.C., Рысин А.П., Шульга A.A., Никулин В.И., Василенко З.В. и др./- оОпубл. в Б.И. 1985. - № 46.

4. Гинзбург A.C., Невенкин С.Л., Шульга A.A., Барыльникова И.П. Научные основы выбора метода и типа установки для сушки биоматериалов./В сб.: Юбилейна научно-практическая конференция 10 години "Промишлена енергетика". Правец (НРБ) - 1989.-С.154-160.

5. Василенко З.В., Шульга A.A. Получение и использование порошка из яблочных выжимок./В сб.: Вторая всесоюзная научная конференция "Проблемы индустриализации общественного питания страны". Харьков. - 1989. - С. 188-189.

6. Шульга A.A. Гигротермические и дериватографические исследования порошка пюре из яблочных выжимок// Химия пищевых веществ. Свойства и использование биополимеров в пищевых продуктах:Тез. докл. Всесоюзн. конф. 29-31 мая 1990 г.- Могилев. 1990.- С.181.

7. Шульга A.A., Сергеев М.Б. Получение порошка пюре из выжимок яблок в виброкипящем слое инертного материала// Химия пищевых веществ. Свойства и использование биополимеров в пищевых продуктах: Тез. докл.Всесоюзн.конф. 29-31 мая 1990 г.-Могилев.1990.-С.ИХ

8. Шульга A.A. Реологические и теплофизические характеристики пюре из выжимок яблок// Химия пищевых веществ. Свойства и использование биополимеров в пищевых продуктах: Тез. докл. Всесоюз. конф. 29-31 мая 1990 г. - Могилев. 1990. - С. 182.