Разработка математических моделей кавитационного реактора для очистки и активирования посолочных рассолов в производстве мясопродуктов

Подхомутов, Николай Владимирович

Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Разработка математических моделей кавитационного реактора для очистки и активирования посолочных рассолов в производстве мясопродуктов

кандидата технических наук: Подхомутов, Николай Владимирович
город: Москва
год: 2004
специальность ВАК РФ: 05.13.18
цена: 450 рублей

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Разработка математических моделей кавитационного реактора для очистки и активирования посолочных рассолов в производстве мясопродуктов»

Автореферат диссертации по теме "Разработка математических моделей кавитационного реактора для очистки и активирования посолочных рассолов в производстве мясопродуктов"

На правах рукописи УДК 532.528:664

ПОДХОМУТОВ НИКОЛАИ ВЛАДИМИРОВИЧ

ДЛЯ ОЧИСТКИ И АКТИВИРОВАНИЯ ПОСОЛОЧНЫХ РАССОЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ МЯСОПРОДУКТОВ

Специальность 05.13.18 «Математическое

моделирование, численные методы и комплексы программ»

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В МОСКОВСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

Научный руководитель - доктор технических наук

ШЕСТАКОВ СЕРГЕЙДМИТРИЕВИЧ

Защита диссертации состоится 20 декабря 2004 г. в 12 00 часов на заседании Диссертационного Совета К 212.122.04 в Московском Государственном Университете Технологий и Управления по адресу: 109316, Россия, Москва, ул.Талалихина, 31,ауд.41

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУТУ (109004, Россия, Москва, ул. Земляной вал, 73)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ЮДАЕВ ВАСИЛИЙ ФЕДОРОВИЧ

доктор технических наук, профессор БОРОДИН АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ

Ведущая организация:

Закрытое акционерное общество «Вологодский мясокомбинат», 160000, Россия, г. Вологда, ул. Промышленная, 4

Автореферат разослан « » ноября 2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, кандидат технических наук, профессор

ОЛЬГА СТАНИСЛАВОВНА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

На большинстве мясоперерабатывающих предприятий России, используется технология сухого посола мяса каменной солью (поваренной пищевой по ГОСТ-Р 51574-2000). Такая соль загрязнена большим количеством примесей в виде гидроокисей, глин, солей кальция, магния и железа, а также микроорганизмов.

Использование каменной соли приводит к понижению качества выпускаемой продукции из-за влияния на цвет, запах и продолжительность хранения изделий продуктов химических реакций загрязнений соли с биополимерами мяса и лимитируемой интенсивностью развития микрофлоры продолжительности созревания мяса.

Это сопровождается также ощутимыми технологическими потерями, связанными с протеолитическими изменениями в эмульсионной среде фаршей в результате действия ферментов, продуцентами которых являются микроорганизмы, а также с ингибированием минеральных влагоудер-живающих добавок (натрия фосфатов) в результате их реакций с ионами кальция и магния с образованием нерастворимых солей - кальция и магния фосфатов.

В таких условиях использование потенциально опасных для здоровья человека цветостабилизирующей и консервирующей добавки - нитрита натрия, влагоудерживающих добавок - натриевых солей фосфорной и ор-тофосфорной кислот, является неоправданным и приводящим лишь к повышению экологической опасности вырабатываемого продукта вопреки развивающейся в пищевой отрасли концепции производства продуктов здорового питания.

В таких условиях и хлорид натрия в тех количествах, которые рекомендованы для его использования как

содержанию его в продукте норму, необходимую человеческому организму.

Проблемы, связанные с посолом мясного сырья, в том числе в процессе производства колбасных изделий, исследовались ведущими российскими учеными. В работе А.Б. Лисицына, В.И. Любченко, Г.П. Горошко и А.А. Мотовилиной «Проблемы посола мяса в исследованиях и разработках ВНИИМПа» (Сборник научных трудов / под ред. А.Б. Лисицына.- М: ВНИИМП, 2000 г.) перечислено более 30 имен специалистов и ученых, посвятивших свои исследования этой тематике на протяжении последних 70 лет.

В результате исследований было установлено, что при контакте активированной воды с биополимерами пищевого сырья, у которых активные центры образованы в процессе, механической деструкции или воздействия ферментов, происходят явления гидратации, в результате которых с этими биополимерами часть воды может быть связана водородными связями, которые не разрушаются даже при нагреве до температуры кипения воды. Такое количество воды без изменения тестируемой влажности не может быть введено в сырье никаким иным способом. Кроме того, вода связывается с белками непосредственно, то есть так, как это обстоит в природе.

Из-за синтеза в воде перекиси водорода, которым сопровождается ка-витационный процесс, а также в силу непосредственного воздействия 2

энергии кавитации на микробные тела, кавитационная обработка признана также как мощное бактерицидное и бактериостатическое средство. Кавитационная обработка в процессе дезинтеграции осуществляется посредством кавитационного реактора.

В 2004 г. в теоретическом журнале РАСХН «Хранение и переработка сельхозсырья» была опубликована статья академика И.А. Рогова и д.т.н. С.Д. Шестакова под названием «Надтепловое изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов: Заблуждения и реальность», в которой приведен анализ явления кавитационной эрозии с точки зрения законов сохранения.

Результаты этого анализа показывают, что кавитационная дезинтеграция как процесс, а кавитационный реактор как средство его реализации могут быть успешно использованы для приготовления, обеззараживания и активирования растворов посолочных веществ, что позволяет наиболее эффективно и безопасно использовать технологию мокрого посола мяса. При этом затраты на основную решаемую задачу повышения качества и безопасности продукции могут быть не только скомпенсированы повышением выхода готовой продукции за счет гидратационного связывания воды, но может быть получен также и дополнительный экономический эффект.

ЦЕЛЬ И НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

Выполнение настоящей диссертационной работы обусловлено тем, что для максимального эффекта от использования процессов кавитацион-ной дезинтеграции при приготовлении посолочных рассолов потребовались дополнительные исследования с целью специализации технологии, конструкции реакторов и методов их инженерных расчетов. А именно, к аспектам подлежащим исследованиям и требующим выполнения научных и инженерных разработок, были отнесены следующие:

- алгоритмизация экспериментально-вычислительного метода определения уровня интенсивности кавитационного воздействия на раствор хлорида натрия, который полностью не диссоциирует на ионы в диапазоне температур, обусловленном технологией посола;

- математическое моделирование распределения плотности потенциальной энергии кавитации в реакторе с целью обеспечения равномерности обработки рассола в реакторе, с учетом того факта, что при кавитационной эрозии основную работу выполняет потенциальная энергия акустического поля кавитации;

- моделирование акустического поля кавитации эрозионной и коррозионной прочности элементов конструкции кавитационного реактора, в связи с тем, что раствор хлорида натрия обладает высокой химической активностью, которая в совокупности с кавитационной эрозией оказывает разрушающее действие на материалы и приводит к загрязнению рассола продуктами эрозии.

Поскольку методы прямого аппаратного контроля таких параметров, например, как распределение в пространстве реактора эрозионного коэффициента отсутствуют, а сам такой параметр не является непосредственно измеряемой физической величиной, то все эти исследования возможны только в виртуальном пространстве математических моделей явлений. Поэтому и тестирование результатов реализации этих моделей осуществлено в диссертации только по конечному результату, например по количеству связанных в сырье или продукте ионов, на которые диссоциирует соль, или по количеству влаги, которая внесена в сырье, но не обнаруживается в продукте методами термогравиметрии.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Путем компьютерных экспериментов с разработанной математической моделью и натурных экспериментов установлены оптимальные для 4

равномерной обработки раствора ЫаС1 зависимости соотношения размеров реактора и диапазона среднеквадратичных отклонений от среднего значения объемной плотности потенциальной энергии возникающей в нем кавитации.

2. Дано научное обоснование и путем математического моделирования получены закономерности для оптимального соотношения амплитуды звукового давления гармонического осциллятора (упругой волны, вызывающей кавитацию) и гидростатического давления внутри реактора при обработке раствора ЫаС1.

3. Выведено новое упрощенное, но достаточно точное для инженерных расчетов алгоритмическое представление эрозионного коэффициента, позволяющее рассчитывать конфигурацию отверстий в диафрагме, профилирующей поток обрабатываемого в посолочного рассола с целью его равномерной обработки.

4. Выявлена и формализована зависимость объемной плотности потенциальной энергии кавитации на стенке корпуса круглого в плане кави-тационного ЛУ2-реактора плоской волны от его радиуса, позволяющая проектировать реакторы, в которых исключено либо минимизировано эрозионное разрушение корпуса.

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Работа выполнена в МГУТУ в соответствии планом организации и проведения исследований в рамках осуществления Программы работ по теме «Испытания и подготовка внедрения в производство мясных продуктов процессов и аппаратов кавитационной дезинтеграции пищевых сред», утвержденной объединением «Регионинвест» (г. Вологда) для входящего в его состав ЗАО «Вологодский мясокомбинат». Работа выполнялась по плану зарегистрированной ВНТИЦ научно-исследовательской работы по

теме: «Исследование явления интенсификации физико-химических про-

цессов «мокрого» посола мяса в шроте раствором поваренной соли, подвергнутым кавитационной дезинтеграции, и разработка специализированного оборудования». Шифр КД.ОТ.02-03 «Кавитолиз 2». Государственный регистрационный №0120.0 405099.

Объектами исследований являлись:

- теория кавитационного реактора, изложенная в трудах С.Д. Шеста-кова, опубликованных в виде монографии и отдельных работ в изданиях Российского Акустического Общества;

- конструкции кавитационных реакторов, изготавливаемых, в том числе по заказам, связанным с выполнением вышеуказанной НИР предприятием «Астор-С» (г. Вологда);

- посолочные рассолы на основе каменной соли по ГОСТ-Р 515742000 и растворы NaCl марки Ч, обработанные методом кавитационной дезинтеграции в реакторах различной конструкции и в различных режимах;

- колбасные изделия ЗАО «Вологодский мясокомбинат», в том числе из сырья, посоленного активированными рассолами.

При выполнении работы использовались методы математического моделирования с представлением результатов в виде компьютерной графики. В качестве базового средства моделирования использовался пакет прикладных программ MathCAD (MathSoft Inc., USA). Результаты лабораторных экспериментов с растворами соли были получены с помощью отечественного анализатора «АНИОН 7051» (Инфраспак Аналит, г. Новосибирск) и обработаны в соответствии со стандартными методами электрохимических исследований. Для лабораторных исследований использовался эталонный кавитационный реактор лабораторной установки «Ультрамикс 250» СИТБ.443124.001ТУ. Результаты сертификационных испытаний аппаратов типа «СИРИНКС» при их сертификации выполнялись в соответствии с правилами системы сертификации ГОСТ Р органом по сертификации МГУПП. Для натурных исследований в условиях производства использо-6

валась экспериментальная установка «Ультрамикс 1000» на базе бескорпусного реактора мощностью 1 кВт и аппарат типа «Сиринкс 4000» СИТБ.443146.002ТУ. При обработке результатов промышленных испытаний технологии посола предварительно измельченного сырья кавитацион-но-активированным рассолом использовались методы математической статистики. Схема организации и проведения исследований показана на рис.1.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

По результатам исследований, выполненных в рамках диссертации, разработаны алгоритмы и программы для инженерных расчетов кавитаци-онных реакторов, предназначенных для обработки агрессивных сред:

1. Алгоритм расчета кавитационного реактора проточного типа на оптимальную равномерность обработки жидких сред (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004611995 от 08.07.2004 г.)

2. Алгоритм расчета кавитационного реактора на предотвращение эрозионного разрушения элементов конструкции (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004611996 от 08.07.2004 г.)

Сертифицированы и зарегистрированы групповые технические условия «Аппараты «Сиринкс» для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред. СИТБ.443146.002ТУ». (Санитарно-эпидемиологическое заключение №50.99.08.000.Т.003066.06.02, Сертификат соответствия №РОСС RU.TM05.B00306).

Н ВО

У о

X Н

Т Ьй

5 о ^х

£ о

о У

>1 В!

< ы

и со

ей ь

и О X X

и §

й м X О

Си

XX < са

аз <

>Х

ы «=; ы

О -

во

О §

и <

й.

X ^

и м

¡Г X

н <

н о

ш <

а.

еп <

а.

О Ч О

X <

со О ь. X Ой X

ьв <

5 (-О

1 й

« я

и е §•

5 §

Ч «

о я

2 «г О

а> аз я- н

к ¡5

г»

£ к

>Я

£ и

9 8.

а®

5 « о о с сь

£ х

I р

Я о

са

О с

а, 5

- н

§ §

<о о

¡А и

<и

и> н

<и а, О

09 а> с.

о. аз и —

я 5

о ь

Й к

5 2

о «

я И

«и £

3 Б я о

Я X

<и а

4 я и и я я

Г 4>

I * § г

(- аз

О)

с. и с и ЬЙ

т н

о «

еп О

§ §

о о Ж о X Я

о о.

АА

Моделирование параметра «фа* зовый сдвиг» Л/2-реакторов плоской и цилиндрической волны

Трансцендентное уравнение «нулевой» плотности энергии в плоскости кавитационной области

Разработка алгоритма расчета эрозионно-устойчивого корпуса кавитационного реактора

Моделирование плотности потенциальной энергии в реакторе в относительных единицах

Параметр для оценки равномерности распределения плотности энергии в реакторе

Разработка алгоритма расчета реактора на равномерность обработки потока и объема жид-

кости

Сравнение низко- и высокоамплитудного возбуждения реактора. Численный эксперимент

Разработка алгоритма расчета реактора на потребляемую мощность и производительность

Экспериментальное исследование активирования растворов ИаС1 в эталонном ре-акторе_

Изготовлен и внедрен в производство на ЗАО «Вологодский мясокомбинат» (г. Вологда) промышленный образец станции (Станция производства посолочных рассолов. Решение ФИПС о выдаче патента РФ на полезную модель по заявке №2004120738).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Оптимальными для равномерной обработки рассола являются соотношения размеров реактора, при которых среднеквадратичное отклонение от среднего значения объемной плотности выделяемой потенциальной энергии лежит в пределах 0,499 -1,027 этого значения.

2. Оптимальное отношение амплитуды звукового давления гармонического осциллятора к гидростатическому давлению внутри реактора при обработке рассола равно 4,4.

3. Эрозионный коэффициент в для сравнительных исследований описывается выражением:

где: координаты внутреннего пространства реактора;

Г - функция, задающая среднее расстояние между любой произвольной точкой внутреннего объема реактора и видимой из нее частью кавита-ционной области, вычисляемая алгоритмически;

размеры, задающие форму внутреннего пространства реактора.

4. Трансцендентное уравнение для расчета координат «нулевой» плотности энергии в плоскости кавитационной области имеет

вид:

где: квадратными скобками обозначена целая часть числа; Я - длина волны осциллятора в обрабатываемой среде.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ

Основные результаты исследований по теме диссертации были доложены на:

- международной научно-технической конференции «Современные технологии переработки животноводческого сырья в обеспечении здорового питания: наука, образование и производство» (Воронеж, 2003 г.);

- международном семинаре руководителей мясоперерабатывающих предприятий России (Иркутск, 2004 г.);

- международном научно-практическом семинаре «Технологии, оборудование и компоненты для производства мясных продуктов здорового питания» (Вологда, 2004 г.).

По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе отчет по НИР «Исследование явления интенсификации физико-химических процессов «мокрого» посола мяса в шроте раствором поваренной соли, подвергнутым кавитационной дезинтеграции, и разработка специализированного оборудования», занесенной в государственный реестр под гос. peг. №0120.0 405099 ВНИТЦ., получено решение о выдаче патента РФ на полезную модель по заявке №2004120738, зарегистрированы программы для ЭВМ «Алгоритм расчета кавитационного реактора проточного типа на оптимальную равномерность обработки жидких сред» (Свидетельство об официальной регистрации №2004611995) и «Алгоритм расчета кавитационного реактора на предотвращение эрозионного разрушения элементов конструкции» (Свидетельство об официальной регистрации №2004611996).

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературы, теоретической и экспериментальной части, включающей 4 главы, выводов, списка литературы и приложений.

Диссертация содержит 159 страниц. Основной материал изложен на 107 страницах и включает 20 таблиц и 34 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель диссертационной работы, определена научная новизна решений, найденных при ее выполнении. Перечислены положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об апробации работы и внедрения ее результатов.

В АНАЛИТИЧЕСКОМ ОБЗОРЕ ЛИТЕРАТУРЫ проанализировано современное состояние проблемы посола мясного сырья в производстве мясопродуктов, аспектов управления энергетическим состоянием воды и водных растворов, в том числе с использованием феномена кавитации а также вопросов математического моделирования явления кавитации в реальном реакторе.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ «Экспериментально-численные исследования уровня интенсивности кавитационного воздействия на посолочный рассол» приведено сравнение низко- и высокоамплитудного возбуждения реактора. В главе описан алгоритм расчета реактора на потребляемую электрическую мощность и производительность. Описаны результаты экспериментального исследования и математического моделирования процесса активирования растворов ЫаС1 в эталонном реакторе.

В теории кавитационного реактора С.Д. Шестакова распределение потенциальной энергии кавитации описывается посредством интеграла по времени квадрата кусочно-линейной обобщенной функции вида:

5 (*, Л = [/ + *]-/,

(1)

где: I, ф - безразмерные (выраженные в долях периода вызывающей кавитацию акустической волны) мгновенное значение времени и начальная фаза его отсчета, соответственно; [ ] - обозначена целая часть числа.

Эта функция аппроксимирует так называемую интегральную безразмерную жесткость кавитационного пузырька параметр, характеризующий его упругие свойства. Однако такую аппроксимацию правомочно применять только тогда, когда фаза схлопывания (коллапса) кавитацион-ных пузырьков - отрезок времени, на протяжении которого их мгновенный радиус R меньше радиуса покоя Л0, пренебрежимо мала по сравнению с периодом осциллятора. Когда же это условие не выполняется, или за период акустической волны пузырьки коллапсируют многократно вид функции 5(е,ф) отличается от кусочно-линейного. Это происходит при низких значениях амплитуды давления осциллятора. Интегрируя, например, дифференциальное уравнение движения стенки кавитационного пузырька Хик-линга-Плессета можно показать, что при амплитуде звукового давления Р, составляющей, например, 75% от давления покоя внутри кавитационного пузырька при безразмерной жесткости показанной на рис. 1, его безразмерная интегральная жесткость сп будет с достаточной точностью аппроксимироваться значимо отличающейся от (1) функцией вида (рис. 2):

Выражение для функции, описывающей плотность потенциальной энергии кавитации выделяющейся в за период осциллятора

по Шестакову, имеет вид:

3(1, ф) = -0,2 8 $т{7гф) &т[л(ф + 2/)]

(2)

где: функция, задающая среднее значение величины обратной расстоянию от любой произвольной точки объема реактора до видимой из нее части стационарной кавитационной области; адиабатическая сжимаемость жидкости; 5 - площадь кавитационной области.

' ' ' '_111111

0123456789 10 11 12

Рис. 2 Временные (от числа периодовах гармонического осциллятора) детерминированная и аппроксимирующая функции безразмерной интегральной жесткости

При замене вида аппроксимирующей функции с (1) на (2) необходимой, как показано выше, в случае низких значений Р выражение (3) для ^ соответственно, примет вид:

Можно показать, что у круглого в плане Л/2-реактора для обработки насыщенного раствора соли радиусом, например, 0,038 м при расчете с использованием выражения (3) результат составит 15,2 Дж/м3, а с использованием выражения (4) - 0,3 Дж/м3.

Поскольку Жзависит от амплитуды звукового давления акустической волны Р, то можно установить такой диапазон его значений, при котором эта зависимость будет пренебрежимо малой. При установлении Р, при котором распределение плотности потенциальной энергии в кавитационном реакторе будет инвариантно по отношению к нему, можно в жидкости принять в качестве константы.

Искомое минимальное значение Р, полученное численным интегрированием с применением рекурсивной процедуры из уравнения типа Хик-линга-Плессета, преобразованного в соответствии с вышеизложенными результатами компьютерных экспериментов и логическими выводами, составляет 4,4/>11.

Алгоритм расчета реактора на потребляемую мощность и производительность разработан с целью установления расчетным путем характеристик реактора и осуществляемого им процесса при известных параметрах излучателя, размерах и характеристиках реактора, выбранного эталонным.

Используя такую модель реактора (рис. 3) можно путем лабораторного эксперимента и последующего численного эксперимента с ней установить параметры промышленного процесса и требуемые технические средства для создания промышленного реактора.

При установленном значении Р и рассчитанных с помощью приведенного на рис. 3 алгоритма эталонных характеристик были проведены эксперименты по обработке рассола в эталонном реакторе с целью установить оптимальную энергию процесса. 14

Рис. 3 Схема алгоритма расчета кавитационного реактора на потребляемую мощность и производительность

АС, % 20 15 10 5 0

1 2 3 10 20 30 1001, с

Рис 4 Зависимость изменения удельной электропроводности 0,05н раствора ЫаС1 от продолжительности кавитационной обработки

Процесс контролировался изменением удельной электропроводности 0,05н раствора МаС1. Полученные результаты показали, что процесс является насыщающимся. Оптимум объясняется нагревом раствора за счет вязкого трения в нем, приводящим к увеличению плотности паров и, соответственно, снижению эффективности кавитации. Зависимость изменения удельной электропроводности раствора от продолжительности обработки показана на рис. 4, а результаты расчета эталонного реактора - в таблице 1.

Таблица 1

Результаты расчета эталонного реактора

ПАРАМЕТР Обозн. Ед. изм. Значение

Гидростатическое давление Ръ Па 105

Частота осциллятора / кГц 22

Плотность жидкости р кг/м3 1150

Скорость звука в жидкости с м/с 1780

Требуемая эл. мощность излучателя р Вт 230

при электромеханическом КПД V % 50

Амплитуда смещения осциллятора А мкм 2

Интенсивность осциллятора I Вт/см2 5,9

Объем реактора V л 0,2

Средняя плотность энергии ¥ Дж/м3 4,9

ее СКО 5 отн.ед 0,615

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ «Математическое моделирование распределения плотности потенциальной энергии кавитации в реакторе» осуществлено моделирование плотности потенциальной энергии в реакторе в относительных единицах. Предложено для оценки равномерности распределения плотности энергии в реакторе использовать, выраженное в относительный единицах среднеквадратичное отклонение потенциальной энергии кавитации от среднего значения $ = 5/ IV . Описан алгоритм расчета реактора на равномерность обработки потока и объема жидкости.

При использовании в качестве меры равномерности воздействия кавитации на жидкость в реакторе параметра 5 примером для сравнения служит гипотетический реактор сферической волны, имеющий одну стационарную кавитационную область с распределенными параметрами. Показано, что из всех известнык видов реакторов сферический реактор обладает самым низким среднеквадратичным отклонением плотности потенциальной энергии кавитации от среднего значения, при минимальном воздействии кавитации на сам реактор, так как в нем отсутствует непосредственный контакт кавита-ционных областей со стенкой реактора.

Таким образом, область значений 5, удовлетворяющих как обеспечению равномерности обработки, так и минимизации эрозионного воздействия на сам реактор, находится в

диапазоне между минимальным Рис. 5 Зависим°сть параметра 5 в реакторе сферической волны от числа стационарныхкавита-

и максимальным значениями 5 ционных °бластей

реактора сферической волны, имеющего более чем одну стационарную кавитационную область с распределенными параметрами. На рис. 5 в виде дискретного множества показаны значения 5 реактора сферической волны, содержащего п стационарных кавитацион ных областей с распределен ными параметрами.

Функция W может быть рассчитана по формуле:

Рис. 6 Зависимость 5 круглого в плане реактора плоской волны от его диаметра (номера кривых соответствуют числу стационарных кавитационных областей в реакторе)

(5)

где: квадратными скобками обозначена целая часть числа, фигурными -дробная; п - число кавитационных областей возникающих в реакторе при его работе.

На рис. 6 показаны графики зависимости относительного среднеквадратичного отклонения 5 от среднего значения плотности потенциальной энергии кавитации для круглого в плане реактора плоской волны от его диаметра, выраженного в относительных единицах к длине волны.

Ядро алгоритма расчета на равномерность обработки объема идентично блокам 11-13 алгоритма, показанного на рис. 3.

Для обеспечения равномерности обработки потока рассола предложено устанавливать на его пути диафрагму с отверстием, ограничивающим сечение, в котором значение эрозионного коэффициента выше, чем среднее по объему реактора.

Диафрагма устанавливается в плоскости колебательных смещений осциллятора. Координаты границы отверстия хь, >Ъ в диафрагме в координатной системе реактора должны удовлетворять уравнению:

где: х,у- координаты в плоскости диафрагмы; г - координата на оси перпендикулярной плоскости диафрагмы.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ «Моделирование пространственной неоднородности поля давлений кавитации в осуществлено моделирование

параметра «фазовый сдвиг» реакторов плоской и цилиндрической волны. Приведено трансцендентное уравнение «нулевой» плотности энергии в плоскости кавитационной области, которое использовано при разработке алгоритма расчета эрозионно-устойчивого корпуса кавитационного реактора.

Кавитационный реактор для обработки жидких сред, кавитация в котором возбуждается стоячей ультразвуковой волной резонансной ячейки размером представляет собой камеру, внутреннее пространство которой ограничено поверхностями корпуса, отражающих стенок, акустически изолированных от корпуса и излучателя ультразвуковой волны. Корпус реактора может подвергаться воздействию кавитационной эрозии, обусловленной контактом с периметром стационарной кавитационной области, возникающей при работе реактора на расстоянии 0,25Я от поверхности излучателя. Продукты кавитационной эрозии реактора в процессе его работы могут загрязнять обрабатываемую среду. Чтобы реактор соответствовал санитарным нормам возможность эрозионного разрушения элементов конструкции реактора и попадания их продуктов в обрабатываемую среду должна быть исключена.

(6)

Пользуясь уравнениями математической модели стационарной кави-тационной области и кавитационного реактора любой формы, можно вычислить размеры корпуса реактора, при который эрозионное воздействие на корпус будет сведено к нулю либо минимизировано. Для этого минимальный внутренний размер корпуса, измеряемый от начала нормали к границе кавитационной области, должен быть равен значению минимального положительного корня трансцендентного уравнения:

где: квадратными скобками обозначена целая часть числа.

Поскольку входящая в трансцендентное уравнение функция Г есть ни что иное, как «фазовый сдвиг» в точке периметра кавитационной области, то корни такого трансцендентного уравнения - размеры, при которых плотность потенциальной энергии поля кавитации на поверхности корпуса равна нулю.

У круглого в плане кавитационного реактора нет каких-либо размеров кроме размера г, которые определяли бы конфигурацию корпуса (рис. 7). Координатная система в реакторе имеет начало в центре объема реактора, ось у направлена перпендикулярно первой отражающей стенке Л и поверхности излучателя Е, лежащей в одной плоскости со второй отражающей стенкой, а ось х находится в диаметральной плоскости. Видимой из произвольной точки внутреннего объема реактора, например, точки А частью стационарной кавитационной

Рис. 7 Элементы конструкции и координатная система круглого в плане ка-области,. является вся поверхность витационного реактора пл°ск°й волны

стационарной кавитационной области 20

кавитационной области 8. Функция, задающая значение среднего расстояния между точкой началом отрезка искомого размера и содержащей эту точку видимой из нее кавитационной области в камере в полярных координатах (г, а) имеет вид:

* = — Г(0,94+0,71 со5вс)(1 - СОБСС)2 +

КЯ

з • 2 соваэт а

1пГ) 2 +1 к V1-С08Я

Минимальное положительное значение г, удовлетворяющее уравнению (7) означает, что плотность потенциальной энергии поля кавитации в точке, для которой производился расчет, будет равна нулю. Уравнение решается численным методом.

У коаксиального реактора, возбуждаемого цилиндрической волной поперечной моды колебаний цилиндра радиусом г, искомым размером будет длина излучателя I, так как кавитационная область здесь ограничивается внутренними поверхностями, имеющими форму колец (рис. 8).

Координатная система в реакторе имеет начало в центре цилиндрического излучателя 1, ось у направлена перпендикулярно отражающей стенке Я и поверхности излучателя 1 Е, ось х совпадает с диаметром излучателя и отражающей стенки, а ось 7, направлена по длине I. Видимой из произвольной точки внутреннего объема реактора, например, точки А частью стационарной кавитационной области является поверхность стационарной кавитационной области 8, которая не затенена излучателем.

Функция имеет вид: Рж. 8 Элементы конструкции и юфдашшая сис-

тема коаксиального кавитационного реактора цилиндрической волны

Рис 9 Схема алгоритма расчета кавитационного реактора на предотвращение эрозионного разрушения корпуса

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ «Результаты мониторинга мокрого посола в производстве колбас» описано проведение промышленных испытаний станции приготовления рассола на базе реакторов, спроектированных с использованием разработанных моделей, и дан расчет технического и экономического эффектов в виде математической модели для мониторинга технологии мокрого посола.

Исследуемым параметром является фактическое значение выхода продукции и его доверительная оценка с 95%-ной мерой надежности. Оценка исследуемого параметра получена методом эмпирических моментов. Объемы выборок п составляют партии с общим весом готовых продуктов каждого наименования не менее 100 кг и числом 30. Объектами для формирования статистических выборок являлись типовые представители изделий. Исходными данными для получения статистических оценок являлись, соответственно: т - заложенная в куттер масса компонентов рецептуры (сырья и полуфабрикатов) за исключением снега, воды, хлорида натрия, нитрита натрия и специй; М - общая масса продукта после охлаждения. При статистической обработке результатов вычислялись оценка математического ожидания и дисперсии, а также доверительная оценка с 95%-ной мерой надежности. Результаты статистической обработки полученных данных показаны в таблице 2.

Таблица 2

Результаты промышленных испытаний станции приготовления рассола в колбасном производстве

ПОКАЗАТЕЛИ Колбаса «Посадская» Колбаса «Молочная»

опыт контроль опыт контроль

Выход, % Потери, % Массовая доля влаги, % Массовая доля ИаС1, % Бак. обсемененность фарша, КОЕ/г. МАФАнМ 116,25±2,57 15,69±2,63 70,23±1,18 2,13±0,25 5,39'104 115,85±3,12 15,95±3,10 69,63±0,90 2,17±0,23 6,17-10'' 116,83±3,56 15,61±3,47 69,51±1,10 2,24±0,12 2,06-104 115,61±3,74 16,91±3,89 67,78±1,37 2,15±0,27 3,24-104

Из таблицы 2 видно, что основная часть влаги, внесенная в виде активированного рассола при предварительном посоле, не только не отделяется в виде потерь, но и не тестируется термогравиметрическим анализом в готовом продукте, что говорит о достаточности энергии активирования для дегидратации воды, то есть об адекватности построенных математических моделей. Не смотря на то, что массовая доля соли при предварительном посоле мяса у опытных изделий была уменьшена на 15%, содержание ее в колбасе даже превышает норму. Очевидно, это связано с тем, что тестирование на содержание соли лабораторно осуществляется по активности ионов хлора, содержание которых в активированном рассоле пропорционально выше.

Расчет экономической эффективности мокрого посола мяса кавитаци-онно-активированным насыщенным раствором хлорида натрия выполнен на основе экономических показателей комбината, достигнутых в сентябре 2003 г. Годовой экономический эффект, который может быть получен при производстве вареных колбасных изделий, с использованием технологии мокрого посола активированным рассолом составляет:

Э = 12мес..^5у^//у-3^-3е=17000000руб, j[\,n\ « = 32 (10)

где: Л я - увеличение выработки продукции по сравнению с сухим посолом; 3j - удельные затраты на производство рассола (удельные эксплуатационные затраты); Зе - затраты единовременные (цена станции и затраты на внедрение технологии); Bj — месячная выработка у-го изделия; Lfj — оптовая изделия.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны специальные математические модели кавитационного реактора для: оптимизации уровня интенсивности кавитационного воздействия на посолочный рассол; обеспечения равномерности обработки рас-24

сола в реакторе; обеспечения эрозионной устойчивости конструкции кави-тационного реактора.

2. Показано, что оптимальными для равномерной обработки рассола являются соотношения размеров реактора, при которых СКО объемной плотности потенциальной энергии лежит в пределах 0,499...1,027 ее среднего значения.

3. Путем математического моделирования получено оптимальное соотношение амплитуды звукового давления гармонического осциллятора и гидростатического давления внутри реактора при обработке раствора ЫаС1, которое равно 4,4.

4. Выведено новое выражение для эрозионного коэффициента, позволяющее рассчитывать конфигурацию отверстий в диафрагме, профилирующей поток обрабатываемого в рассола с целью его равномерной обработки.

5. Выявлена и формализована зависимость объемной плотности потенциальной энергии кавитации на стенке корпуса круглого в плане кави-тационного плоской волны от его радиуса, позволяющая проектировать реакторы, в которых исключено либо минимизировано эрозионное разрушение корпуса.

6. Разработаны методики, алгоритмы и программы для инженерных расчетов кавитационных реакторов, предназначенных для обработки агрессивных сред.

7. Разработан и сертифицирован типовариантный ряд кавитационных реакторов предназначенных для использования в пищевой промышленности.

8. Разработан проект станции приготовления, активирования, обеззараживания и дозирования посолочных рассолов. Изготовлены и внедрены в производство на двух мясокомбинатах промышленные образцы станций.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Подхомутов Н.В., Шестаков С.Д., Соколов В.Б., Честное СМ., Джафарова НА, Бардонова Е.Ф. Оборудование и технология активации растворов посолочных веществ для мокрого посола мяса / Материалы международной научно-технической конференции «Современные технологии переработки животноводческого сырья в обеспечении здорового питания: наука, образования и производство» .-Воронеж.: Изд. ВГТА, 2003.- С. 326-333

2. Шестаков С.Д., Подхомутов Н.В., Сучков В.Н. Аппараты для кави-тационного активирования посолочного рассола в производстве продуктов здорового питания из мяса / Сборник трудов международного научно-практического семинара «Технологии, оборудование и компоненты для производства мясных продуктов здорового питания» / под ред. И.А Рогова.- Вологда: Изд. ред. «Сад-огород», 2004.- С. 33-37

3. Подхомутов Н.В., Соколов В.Б., Шестаков С.Д. Сучков В.Н. Исследование явления интенсификации физико-химических процессов «мокрого» посола мяса в шроте раствором поваренной соли, подвергнутым кави-тационной дезинтеграции, и разработка специализированного оборудования / Отчет по НИР., ВНИТЦ. Гос. peг. №0120.0 405099, 2004 г.- 65 с.

4. Подхомутов Н.В., Шестаков С.Д. Алгоритм расчета кавитационного реактора проточного типа на оптимальную равномерность обработки жидких сред. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004611995 от 08.07.2004 г.

5. Подхомутов Н.В., Соколов В.Б., Сучков В.Н., Шестаков С.Д. Алгоритм расчета кавитационного реактора на предотвращение эрозионного разрушения элементов конструкции. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004611996 от 08.07.2004 г.

6. Подхомутов Н.В., Соколов В.Б., Сучков В.Н., Шестаков С.Д. Станция производства посолочных рассолов. Решение о выдачу патента РФ на полезную модель по заявке №2004120738 от 08.07.2004 г.

SUMMARY

This research relates to method and apparatus for brine activation by ultrasonic cavitation.

An object of the present research is to provide an acoustic cavitation reactor for a treatment of aggressive fluids such as sodium chloride brine used in food industry.

Mathematical modeling method was used to determine the density of cavi-tation energy in a reactor to develop the uniform treatment of a brine and to formalize erosive and corrosion durability of the elements of a cavitation reactor.

An apparatus for brine activation comprising an ultrasound generator was developed. The said apparatus is being used by a sausage manufacturer. The use of the said method and apparatus effects the better yield of the meat products and the reduced use of curing salts.

Формат 60x90/16 Печать офсетная

Бум. тип. Тираж 100 экз. Зак. №221

ООО «Полиграфсервис» 109316 Москва, ул. Талалихина, 26

922 59 О

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Подхомутов, Николай Владимирович

v стр.

Введение. t 1. Аналитический обзор литературы.

2. Экспериментально-численные исследования уровня интенсивности кавитационного воздействия на посолочный рассол.

2.1. Сравнение низко- и высокоамплитудного возбуждения кавитационного реактора.

2.2. Алгоритм расчета реактора на потребляемую мощность и производительность.

2.3. Экспериментальное исследование активирования растворов в эталонном реакторе.

3. Математическое моделирование распределения плотности потенциальной энергии кавитации в реакторе.

3.1. Плотность потенциальной энергии в реакторе в относительных единицах.

3.2. Параметры для оценки равномерности распределения плотности энергии.

3.3. Алгоритм расчета реактора на равномерность обработки потока и объема жидкости.

4. Моделирование пространственной неоднородности поля давлений кавитации в Л/2-реакторе.

4.1. Моделирование параметра «фазовый сдвиг» Д/2-реакторов плоской и цилиндрической волны.

4.2. Трансцендентное уравнение «нулевой» плотности энергии в плоскости кавитационной области.

4.3. Алгоритм расчета эрозионно-устойчивого корпуса кавитационного реактора. 4.4 Общетехнические параметры реакторного блока станции приготовления, активирования и дозирования рассола.

5. Результаты мониторинга мокрого посола в производстве колбас.

5.1 Описание станции приготовления, активирования и дозирования рассола.

5.2 Описание промышленных испытаний станции и технологии мокрого посола.

Выводы.

Введение 2004 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Подхомутов, Николай Владимирович

Обоснование актуальности темы диссертации

На большинстве мясоперерабатывающих предприятий России, используется технология сухого посола мяса каменной солью (поваренной пищевой по ГОСТ-Р 51574-2000). Такая соль контаминирована большим количеством примесей в виде гидроокисей, глин, солей кальция, магния и железа, а также микроорганизмов.

Это сопровождается также ощутимыми технологическим потерям, связанными с протеолитическими изменениями в эмульсионной среде фаршей в результате действия ферментов, продуцентами которых являются микроорганизмы, а также с ингибированием минеральных влагоудер-живающих добавок (натрия фосфатов) в результате их реакций с ионами кальция и магния с образованием нерастворимых солей - кальция и магния фосфатов.

В таких условиях и хлорид натрия в тех количествах, которые рекомендованы для его использования как консерванта, также превышает по содержанию его в продукте норму, необходимую человеческому организму.

Несмотря на многообразие разработанных способов и режимов посола, само посолочное вещество остается традиционными - каменная соль, а методы ее очистки, если такие вообще используются, неизменными. Рекомендованные методы очистки каменной соли (прокаливание, растворение с последующей фильтрацией) по отдельности не обеспечивают должного эффекта, а при совместном, последовательном использовании в условиях мясокомбината трудоемки и дороги. Использование же неочищенной соли, тем более при мокром посоле и при наиболее благоприятной для интенсификации посола температуре (~ +18°С) может привести к микробиологической порче сырья либо получаемого из него продукта.

В рамках научной деятельности научно-производственного объединения, в которое входит ЗАО «Вологодский мясокомбинат» в период с 1999 по 2002 г.г. совместно с научно-исследовательскими институтами РАСХН под руководством д.т.н С.Д. Шестакова проводились исследования процессов (и оборудования) активирования воды, используемой в процессе переработки зерна и производстве пищевых эмульсий, основанных на методе кавитационной дезинтеграции. Зги исследования еще раз подтвердили, в том числе в масштабах не только лабораторных, но и промышленных экспериментов, что результатом кавитационной дезинтеграции воды, коллоидных и истинных водных растворов является повышение их дисперсности, гомогенности, обеззараживание, а также повышение гидратационной активности воды и синтез в ней перекиси водорода.

В результате исследований было установлено, что при контакте активированной воды с биополимерами «сухого» пищевого сырья, у которых активные центры образованы в процессе, механической деструкции или воздействия ферментов, происходят явления гидратации, в результате которых с этими биополимерами часть воды может быть связана водородными связями, которые не разрушаются даже при нагреве до температуры кипения воды.

Такое количество воды без изменения тестируемой влажности не может быть введено в сырье никаким иным способом. Кроме того, вода связывается с белками непосредственно, то есть так, как это обстоит в природе. Там средством активирования воды являются клеточные мембраны, функционирующие на принципах осмотических явлений. В безжизненной биополимерной структуре, например мышечной ткани убитого животного, где отсутствуют механизмы порождающие осмотическое давление, вода, потерявшая связь с биополимером, например, в результате глубокого охлажения, утрачивается, что приводит к потерям массы.

Все традиционные способы водоудержания и восстановления влажности сырья утратившего воду при хранении в охлажденном виде, основанные на использовании дополнительного сырья, например, гидроколлоидов или фосфатов, сопровождаются понижением экологической безопасности продукта и его пищевой ценности.

Из-за синтеза в воде перекиси водорода, которым сопровождается ка-витационный процесс, а также в силу непосредственного воздействия энергии кавитации на микробные тела, кавитационная обработка признана также как мощное бактерицидное и бактериостатическое средство.

Кавитационная обработка в процессе дезинтеграции осуществляется посредством кавитационного реактора. С.Д. Шестаковым разработана теория кавитационного реактора, которая на математическом уровне описывает процесс преобразования энергии упругой гармонической волны в жидкости в энергию акустического поля кавитации.

Теория кавитационного реактора базируется на математической модели стационарной кавитационной области, формализованной благодаря использованию методов моделирования применяемых в статистической физике и основанных на приближении трудных для интегрирования де-терминированно-стохастических функций обобщенными функциями и их интегралами.

В 2004 г. в теоретическом журнале РАСХН «Хранение и переработка сельхозсырья» была опубликована большая статья академика И.А. Рогова и д.т.н. С.Д. Шестакова под названием «Надтепловое изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов: Заблуждения и реальность», в которой приведен анализ явления кавитационной эрозии с точки зрения законов сохранения.

Таким образом, при помощи феномена кавитационной дезинтеграции может быть решена такая важная проблема современности как возможность использования мясного сырья после его хранения в замороженном либо охлажденном виде без потерь влаги и с сокращением либо упразднением небезопасных для здоровья человека влагоудерживающих и консервирующих добавок.

Использование очищенных и активированных посолочных рассолов может дать ощутимый технический и экономический эффект не только в мясопереработке, что показано в диссертации, но и в других отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности, например, в консервировании овощей или переработке морепродуктов.

Формулировка цели и направления исследований

- алгоритмизация экспериментально-вычислительного метода определения уровня интенсивности кавитационного воздействия на жидкость, являющуюся раствором электролита с ионным типом связи атомов в молекуле и невысоким уровнем диссоциации в диапазоне температур, обусловленном технологией посола;

- математическое моделирование распределения плотности потенциальной энергии кавитации в реакторе с целью обеспечения равномерности обработки потока рассола в реакторе, с учетом того факта, что при кави-тационном бактериолизе и дегидратации основную роль играет потенциальная энергия акустического поля кавитации, то есть эти процессы по энергетике относятся к явлениям эрозии и кавитолиза, а не сегрегации, которая зависит от уровня кинетической энергии кавитации;

- прогнозирование на основе математических моделей акустического поля кавитации эрозионной и коррозионной устойчивости конструкции кавитационного реактора, в связи с тем, что раствор хлорида натрия обладает высокой химической активностью, которая в совокупности с кавита-ционной эрозией может оказывать значительное разрушающее воздействие на материалы конструкции кавитационного реактора и контаминиро-вать получаемый рассол продуктами их эрозии.

Поскольку методы прямого аппаратного контроля таких параметров, например, как распределение в пространстве реактора эрозионного коэффициента отсутствуют, а сам такой параметр не является непосредственно измеряемой физической величиной, то все эти исследования возможны только в виртуальном пространстве разрабатываемых математических моделей явлений. Поэтому и тестирование результатов реализации этих моделей возможно только по конечному результату, например по количеству связанных в сырье или продукте ионов, на которые диссоциирует соль, или по количеству влаги, которая внесена в сырье, но не обнаруживается в продукте методами термогравиметрии.

Научная новизна

1. Путем компьютерных экспериментов с разработанной математической моделью кавитационного реактора и натурных экспериментов установлены оптимальные для равномерной обработки раствора NaCl зависимости соотношения размеров реактора и диапазона среднеквадратичных отклонений от среднего значения объемной плотности потенциальной энергии возникающей в нем кавитации.

3. Выведено новое упрощенное, но достаточно точное для инженерных расчетов выражение для эрозионного коэффициента, позволяющее рассчитывать конфигурацию отверстий в диафрагме, профилирующей поток обрабатываемого в Л/2-реакторе посолочного рассола с целью его равномерной обработки.

4. Выявлена и формализована зависимость объемной плотности потенциальной энергии кавитации на стенке корпуса круглого в плане кави-тационного. Л/2-реактора плоской волны от его радиуса, позволяющая проектировать реакторы, в которых исключено либо минимизировано эрозионное разрушение корпуса. Предложены соответствующие алгоритмы инженерных расчетов.

Объекты и методы исследований

Работа выполнена в Московском Государственном Университете Технологий и Управления в соответствии планом организации и проведения исследований в рамках осуществления Программы работ по теме «Испытания и подготовка внедрения в производство мясных продуктов процессов и аппаратов кавитационной дезинтеграции пищевых сред», утвержденной объединением «Регионинвест» (г. Вологда) для входящего в его состав ЗАО «Вологодский мясокомбинат».

Работа выполнялась по плану зарегистрированной Всероссийским Научно-Техническим Исследовательским Центром научно-исследовательской работы по теме: «Исследование явления интенсификации физико-химических процессов «мокрого» посола мяса в шроте раствором поваренной соли, подвергнутым кавитационной дезинтеграции, и разработка специализированного оборудования». Шифр КД.ОТ.02-03 «Кавитолиз 2». Государственный регистрационный №0120.0 405099.

Объектами исследований являлись:

- математическая модель кавитационного реактора, изложенная в трудах С.Д. Шестакова, опубликованных в виде монографии и отдельных работ в изданиях Российского Акустического Общества;

- посолочные рассолы на основе каменной соли по ГОСТ-Р 515742000 и растворы NaCl марки ЧДА, обработанные методом кавитационной дезинтеграции в реакторах различной конструкции и в различных режимах;

- мясные изделия ЗАО «Вологодский мясокомбинат», в том числе из сырья, посоленного активированными рассолами.

Результаты лабораторных экспериментов с растворами соли были получены с помощью отечественного анализатора «Анион 7051» (Инфраспак Аналит, г. Новосибирск) и обработаны в соответствии со стандартными методами электрохимических исследований. Для лабораторных исследований использовался эталонный кавитационный реактор лабораторной установки «Ультрамикс 250» СИТБ.443124.001ТУ.

Результаты сертификационных испытаний аппаратов типа «СИ-РИНКС» при их сертификации выполнялись в соответствии с правилами системы сертификации ГОСТ Р органом по сертификации МГУ 1111.

Для натурных исследований в условиях производства использовалась экспериментальная установка «Ультрамикс 1000» на базе бескорпусного реактора и аппарат типа «Сиринкс 4000» СИТБ.443146.002ТУ.

При обработке результатов промышленных испытаний технологии посола предварительно измельченного сырья кавитационно-активированным рассолом использовались методы математической статистики. Схема организации и проведения исследований показана на рис.1.

Практическая значимость

По результатам исследований, выполненных в рамках диссертации, разработаны методики, алгоритмы и программы для инженерных расчетов кавитационных реакторов, предназначенных для обработки агрессивных сред:

При помощи этих методик и алгоритмов разработан типовариантный ряд кавитационных реакторов, предназначенных для использования в пищевой промышленности. Эти промышленные реакторы получили наименование: аппараты типа «СИРИНКС». Сертифицированы и зарегистрированы групповые технические условия «Аппараты «Сиринкс» для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред. СИТБ.443146.002ТУ». (Сертификат соответствия №РОСС RU.TM05.B00306, Санитарно-эпидемиологическое заключение №50.99.08.000.Т.003066.06.02, Лицензия на право применения знака соответствия системы сертификации ГОСТ Р, per. №ТМ05.В00055, №0530703). я н 0 1 о ас ее о

Си О

Я Я

Ч 4) t=t О

2 « о я к и о <ц со н о я св св s g

Я Я Я" в я со л « я я си ю Й

03 он

4 Р о о а,

64 ч о -В. св си jeb.

1 я и я я я я (О н се со о о я

Си я я н ч и и о а> (X п О я н

2 о г; о Н

V о ЬЙ о с « я Я я и ЬЙ се <L> а. и я о, а

ЕГ Я <и ч о я л я н <и я се ч я

2 <и н 1> « се сь о н я я я

Й о ьО со я се Рг § <я f4 ч и о я и 3 Я я I я

CQ св И я н и о я а» в Ч Я О я sr ■ о я л § н я и 2 и Я <и н я я

04 я со о а >%

I 5

U 0Q О t=L

•

ЕГ О ч о о о я св

Я « я

СО н о 5я 1) et со О 03

О ч о О Я О я СЗ о

В « я rs ее л

Моделирование параметра «фазовый сдвиг» /l/2-реакторов плоской и цилиндрической волны

Трансцендентное уравнение «нулевой» плотности энергии в плоскости кавитационной области

Разработка алгоритма расчета эрозионно-устойчивого корпуса кавитационного реактора

Моделирование плотности потенциальной энергии в реакторе в относительных единицах

Параметр для оценки равномерности распределения плотности энергии в реакторе

Разработка алгоритма расчета реактора на равномерность обработки потока и объема жидкости

Сравнение низко- и высокоам плитудного возбуждения реактора.

Численный эксперимент

Разработка алгоритма расчета реактора на потребляемую мощность и производительность

Экспериментальное исследование активирования растворов NaCl в эталонном реакторе г о я о В! 2 о

Я Я и

L> -6* 2 « о Я

СО о U о Я 4 4 5 я 2 о « о D эг я 2 о, о

5 55 я о

S «

О £Г>

СЦ м я се ч о о о с

2 о

Си, D

ЬЙ н о 2 н U

ЕГ О се о,

2 я я а я

8 « я Я S

О н s 3

3 с

5 ° ее я Я

Ч <и ее о 2 х

3 я я а> 4

В 3 2 о <х с Я о

ЬЙ о 1) tr я

2 s U

S3 2 се х

Я о

09 О си 5

Он и

Я S Я се « о п и ч о и я оч Я я и « О а. я я я

ЕЗ" се со я я

2 & се 2

X О о я а*

Разработан проект автоматизированной станции приготовления, активирования, обеззараживания и дозирования растворов посолочных веществ для «мокрого» посола сырья в производстве мясных изделий. Изготовлены и внедрены в производство на ЗАО «Вологодский мясокомбинат» (г. Вологда) и ООО «Шуваловские колбасы» (пос. Шувалово, Костромской обл.) промышленные образцы станций (Станция производства посолочных рассолов. Заявка на выдачу патента РФ на ПМ №2004120738).

Положения, выносимые на защиту

1. Оптимальными для равномерной обработки рассола являются соотношения размеров реактора, при которых среднеквадратичное отклонение от среднего значения объемной плотности потенциальной энергии лежит в пределах 0,499 - 1,027 этого значения.

3. Эрозионный коэффициент .в Л/2-реакторе для сравнительных исследований описывается выражением: где: х, у, z - координаты внутреннего пространства реактора; f - функция, задающая среднее расстояние между любой произвольной точкой внутреннего объема реактора и видимой из нее частью кавитационной области, вычисляемая алгоритмически;

С\,С2,-.С„ - размеры, задающие форму внутреннего пространства реактора. f( х,у,2,Сх,С1У.СпУ

4. Трансцендентное уравнение для расчета координат «нулевой» плотности энергии в плоскости кавитационной области Л/2-реактора имеет вид: f(*, Я, Cj, С2 ) — f(*, Я, Ct, С2 ,.СЛ) где: квадратными скобками обозначена целая часть числа; Л - длина волны осциллятора в обрабатываемой среде.

Апробация работы и публикации

Основные результаты исследований по теме диссертации были доложены на:

- международном семинаре для руководителей мясоперерабатывающих предприятий России (Иркутск, 2004 г.);

По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе отчет по НИР «Исследование явления интенсификации физико-химических процессов «мокрого» посола мяса в шроте раствором поваренной соли, подвергнутым кавитационной дезинтеграции, и разработка специализированного оборудования», занесенной в государственный реестр под гос. per. №0120.0 405099 ВНИТЦ., получено решение о выдаче патента РФ на полезную модель по заявке №2004120738, зарегистрированы программы для ЭВМ «Алгоритм расчета кавитационного реактора проточного типа на оптимальную равномерность обработки жидких сред» (Свидетельство об официальной регистрации №2004611995) и «Алгоритм расчета кавитаци-онного реактора на предотвращение эрозионного разрушения элементов конструкции» (Свидетельство об официальной регистрации №2004611996).

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы проанализировано современное состояние проблемы посола мясного сырья в производстве мясопродуктов, аспектов управления энергетическим состоянием воды и водных растворов, в том числе с использованием феномена кавитации, а также вопросов математического моделирования явления кавитации в реальном реакторе.

Посол мяса является одной из основных операций технологического процесса производства мясных продуктов, в результате которой у сырья и готовых изделий происходит формирование необходимых технологических свойств, таких как водо- и жиросвязывающая, эмульгирующая способности, а также потребительских качеств: вкуса, аромата, цвета и консистенции [1].

Основным посолочным веществом, традиционно применяемым в пищевой промышленности, является поваренная соль, состоящая на 95.99% из хлорида натрия. Введение в предварительно измельченное мясо NaCl изменяет коллоидно-химическое состояние белков, способствует направленному развитию биохимических и автолитических процессов [2].

При посоле измельченного мясного сырья происходит интенсивное экстрагирование соле- и водорастворимых белков и формирование их коллоидного раствора, являющегося основой дисперсионной среды мясных эмульсионных продуктов - колбас. Чем выше концентрация белков в таком коллоидном растворе, тем более высокими будут влаго- и жиро-удерживающая способности фарша и, следовательно, тем меньшими будут потери при термообработке [3].

Из теории диффузионных процессов известно, что более интенсивно вышеперечисленные процессы буду проходить при температурах выше, чем рекомендованная температура выдержки при посоле (+4°С). Так было установлено, что оптимальная температура мяса в процессе его посола составляет +18.+20°С [4]. Однако такая интенсификация процесса посола опасна созданием условий для ускорения метаболизмов вредной микрофлоры, поэтому она используется только с принятием мер против бактериологического поражения сырья, например, таким технологически сложным и дорогостоящим способом как применение бактериальных культур, являющихся антагонистами по отношению к вредной микрофлоре [5].

Проблема противоборства биохимических и биофизических, в том числе диффузионных и экстракционных процессов с микробиологическими процессами может быть решена путем применения технологии «мокрого» посола с направленным изменением физико-химических свойств рассолов, позволяющим управлять скоростью протекания этих процессов, интенсифицируя первый и подавляя второй [6].

При сухом посоле основой эмульсионной среды является влага, извлекаемая из мяса в результате электролитической коалесценции коллоидной системы внутриклеточных структур, сопровождающей растворение в ней хлорида натрия. Процесс растворения является эндотермическим процессом [7]. Следовательно, на границе раздела мяса, сухой соли и высвобождающейся влаги температура системы минимальна. Это снижает интенсивность переноса экстрагируемых веществ массу формирующегося раствора, так как вектор процесса термодиффузии направлен против градиента температуры [8].

При мокром посоле дело обстоит иначе. Рассол с уже растворенным и частично распавшимся на ионы хлоридом натрия принимает в себя высвобождающуюся из клеточных коллоидов влагу с растворенными в ней белками [8, 9, 10]. Эта влага является термодинамически стационарной системой, так как вода в ней не активна. Она глубоко структурирована внутрисистемными водородными связями молекул между собой [11,12] и с растворенными в ней белками в составе их сольватных оболочек.

Вода, которая является средой рассола, при условии, что она обладает неким количеством запасенной внутренней энергии, например, полученной путем нагрева до более высокой, нежели у мяса температуры полностью структурированной не является. Она более активна и вступает в реакцию гидратации с активными центрами биополимеров мяса, которые появляются в предшествующем посолу процессе его измельчения при разрыве пептидных и водородных связей в структуре белка [13].

Как известно, реакция гидратации является экзотермической реакцией. На каждый моль вступившей в эту реакцию воды выделяется до 33 кДж тепла [14]. Тепло, выделяемое во фронте диффузии рассола, создает благоприятные условия как для транспортировки растворяющихся в нем веществ [15, 16] в массу рассола, так и для самой дальнейшей диффузии, потому что градиент температуры в этом случае направлен к границе раздела рассола и мяса. Ясно, что эти явления будут тем сильнее проявляться, чем менее структурированной будет система рассола.

В охлажденном виде рассол обладает низкой экстрактивной способностью в отношении биополимеров, так как вода при температурах близких к +4°С имеет наибольшую плотность и наименьшую растворяющую способность. Поэтому для реализации преимуществ «мокрого» посола в полной мере используемый рассол должен быть предварительно активирован. Как уже было сказано выше, активация рассола путем повышения его температуры порождает нежелательные микробиологические процессы в получаемом коллоидном растворе белков приводящие к их ферментативному протеолизу. Если же рассол вначале нагреть, а затем быстро охладить, то активность микроорганизмов в нем можно и снизить, но активность его самого в значительной мере будет утрачена. К тому же такой способ будет энергоемким.

Таким образом, для реализации технологии интенсивного мокрого посола требуется решить две задачи: а), найти способ активации рассола не сопровождающийся его значительным нагревом и усовершенствовать его таким образом, чтобы активность сохранялась как можно дольше; б), обеспечить по возможности этим же способом бактериолиз рассола или, по крайней, мере его бактериостаз.

Ясно, что таким требованиям полностью отвечает способ кавитаци-онной дезинтеграции, который обладает активирующим действием, а также осуществляет первичную (через непосредственное воздействие на микробные тела энергии потенциальной кавитации) и вторичную (посредством синтеза и разложения перекиси водорода) стерилизацию [18].

Ниже приведено сравнение этого способа с его аналогами, в которых передача энергии осуществляется иными способами.

Известно несколько альтернативных способов активации, которые используются или могут быть использованы для интенсификации процесса посола.

Возможна электрохимическая активация воды для приготовления рассола путем ее электролиза и разделения на щелочную и кислотную фракции с использованием преимущественно католита, так как он обеспечивает увеличение рН среды [19, 20]. Влаго- и жироудерживающая способность мяса, посоленного таким способом увеличивается. Вероятно, при этом должна снижаться и активность микроорганизмов. Однако метод обладает существенными недостатками.

Электрохимическая активация воды возможна только до растворения в ней посолочных веществ, то есть, пока вода не является электролитом. Поэтому механизм электрохимической активации рассолов основан на увеличении растворяющей и диссоциирующей способности воды за счет разрушения в ней водородных и части ковалентных связей [21, 22]. Однако избыток ионов одного знака, получающийся в результате электроактивации, без которого невозможно сохранение активности, играет отрицательную роль в процессе диффузии рассола в ткани измельченного сырья из-за возникновения электростатических сил отталкивания во встречных фронтах диффузии [23].

Поскольку вода, подвергаемая электролизу с целью диссоциации ее собственных молекул на ионы, должна содержать минимальное количество диссоциирующихся примесей, то перед этим она должна проходить достаточно глубокую очистку. В противном случае электролиз будет сопровождаться электродными реакциями растворенных в воде минеральных контаминатов, что приведет к загрязнению среды и снижению интенсивности процесса [24]. Ясно, что глубокая очистка воды, используемой в промышленных количествах для приготовления рассолов, потребует больших единовременных и эксплуатационных затрат.

Воду можно активировать просто в процессе глубокой очистки, например, на установке, работающей на принципе явления обратного осмоса [21].

Исследователи этого процесса, применившие эту технологию активации в хлебопекарной промышленности, полагают, что активированная таким образом вода снижает энергетический барьер и толщину сольватных оболочек белковых молекул при их формировании, способствуя коагуляции этих молекул с образованием новой структуры белка. Это не противоречит гипотезе гидратационной структуризации белка [17, 23], так как при уменьшении толщины гидратных оболочек биомакромолекул и «уплотнении» их увеличивается плотность заряда на их поверхности, что приводит к более сильной связи между собой оболочек противоположно заряженных активных центров отдельных белковых молекул.

Способ обратноосмотической активации воды также обладает рядом недостатков, не позволяющих широко использовать его в пищевой промышленности и, в частности, в мясопереработке для приготовления рассолов.

Основным из них является то, что энергии, передаваемой в воду при обратном осмосе достаточно лишь для разрыва водородных связей в структуре воды, обладающей в нормальных условиях ассоциативной структурой вида (Н20\. Более энергоемких преобразований, таких как диссоциация в предыдущем случае, эта энергия произвести не способна.

Через короткое время после разрушения эти связи снова восстанавливаются, отдавая поглощенную энергию в виде тепла гидратации, если исчезает источник этой энергии: h2O+H2O+.+H2O->H2OH2O-.H2O+Q или

Н20+Н20+.+Н20 (#20)„ +Q (1)

Количество выделяющейся при этом теплоты равно Q ~ п- -25 кДж, где: п - количество молекул воды, вступивших в реакцию; NA — число Авогадро.

Способов активации воды только путем разрыва в ней водородных связей без нагрева до температур близких к точке кипения известно много. К ним можно отнести все способы механического воздействия на воду, например, обработку в коллоидной мельнице или в специальном дезинтеграторе роторного или дискового типа [25, 26]. Существуют способы, в которых для передачи энергии в воду используется свойство полярности ее молекул. К ним относится омагничивание и воздействие переменным электромагнитным полем [27]. По энергетике они аналогичны механическим способам. Вода в жидком состоянии также может получать энергию посредством воздействия на нее ионизирующих излучений [28] или при возбуждении в ней кавитации, которая может быть получена гидродинамическим либо акустическим путем [23, 29, 30]. Здесь кинетика процессов, сопровождающих трансформацию энергии иная.

Кавитационной дезинтеграцией называется процесс разрушения, разъединения, разделения на части любых субстанций, включая живые, существующих в виде взвешенных фаз в жидкой среде, в которой каким-либо способом возбуждается кавитация, а также диссоциация молекул самой среды [23].

По способу возбуждения кавитация, которая может быть использована в пищевой промышленности разделяется на гидродинамическую [31 ] и акустическую [32, 33, 34]. Первая возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое происходит при увеличении ее скорости. При этом жидкость теряет сплошность в виде возникновения микроскопических пустот (пузырьков), которые, покидая область пониженного давления, коллапсируют с излучением импульса давления. То есть гидродинамическую кавитацию порождают градиенты давления в потоке переменной скорости, в котором перемещаются пузырьки. Такие градиенты могут возникать, например, в пограничных слоях жидкости, обтекающей преграду при их сходах с границ этой преграды [24].

В жидкой среде, обладающей свойством сжимаемости, но не обладающей упругостью формы, могут распространяться упругие гармонические синусоидальные волны также как в твердом теле. При этом источником колебаний может быть часть границы этой среды, через которую в нее передается механическая энергия колебаний каким-либо способом сообщаемых этой границе. Колебания жидкости при этом будут обладать амплитудно-фазовыми характеристиками в общем отличными от характеристик колебаний границы и зависящими от формы, приданной жидкости сосудом, в котором она находится, размеров сосуда и колеблющейся границы, а также, акустическими свойствами самого сосуда. Эти колебания в жидкости называются вынуждающим осциллятором, а порождаемая ими кавитация - акустической [23].

Акустическая кавитация проявляется в виде пульсаций парогазовых пузырьков, располагающихся вблизи поверхности пучности деформации среды, то есть вдали от физических границ среды, вызывающих своими колебаниями изменение давления. Эти пульсации сопровождаются возникновением периодического несинусоидального звукового поля с высокими пиковыми значениями давления и колебательной скорости [35, 36, 37, 38, 39, 40]. Можно рассматривать кавитацию как последствия периодического механического разрушения жидкости под действием растягивающих напряжений, действующих в ней в фазе разрежения вынуждающего осциллятора, и последующего восстановления ее целостности в фазе сжатия [23].

Таким образом, акустическая кавитация это периодическое нарушение сплошности среды на макроуровне под воздействием механических напряжений в волнах первичного звука. Несплошности же среды на микроуровне существуют вне зависимости от наличия вынуждающего осциллятора в силу естественных флуктуаций состояния среды и называются зародышами кавитационных полостей. Для любой среды и любых условий ее состояния существует соответствующая функция распределения зародышей по радиусам.

Современные представления о динамике одиночной кавитационной полости базируются на теории Ф. Гилмора. В ней используются дифференциальные уравнения движения сферического парогазового пузырька в жидкости, основанные на гипотезе Дж. Кирквуда и X. Бете о распространении возмущений в жидкости со скоростью, являющейся суммой скорости звука и местной скорости жидкости. На основе этих уравнений создан ряд математических моделей, транслирующихся в вычислительные алгоритмы. Наиболее совершенны модели Р. Хиклинга и М. Плессета, Р. Ай-вени и Ф. Хэммита, которые построены с учетом вязкости и поверхностного натяжения жидкости [32].

В соответствии с этими представлениями при одних и тех же значениях частоты /и амплитуды давления вынуждающего осциллятора Р степень отличия закона колебаний пузырька от синусоидального зависит от начального радиуса R0, равного радиусу зародыша, давления насыщенного пара жидкости в нем Pv и гидростатического давления в жидкости Р/,.

Главный параметр кавитации - это импульс давления на поверхности кавитационного пузырька в фазе его коллапса. Фазой коллапса или схло-пывания называется период времени, при котором пузырек имеет радиус меньше чем радиус покоя Ro. Изменение давления может быть описано путем интегрирования системы уравнений движения одиночного пузырька [23, 32].

В работе [23] д.т.н. С.Д. Шестаков привел разработанную им процедуру численного интегрирования таких уравнений с переменным шагом интегрирования, которая позволяет осуществить рекурсивный метод, дающий достаточно точные решения в широком диапазоне параметров.

В работах С.Д. Шестакова [23, 41, 42, 43] для моделирования кавитационного реактора с несколькими стационарными кавитационными областями использованы комбинаторные функции. Они позволяют получить картину распределения плотности, например, потенциальной энергии кавитации в реакторе, выделяющейся за период вынуждающего осциллятора - упругой гармонической волны, вызывающей возникновение кавитации. При условии, что число кавитационных пузырьков, участвующих в процессе, пропорционально суммарной площади кавитационных областей, обратно пропорционально Rq , Р в каждой из N областей неизменно, а жидкость однородна, то есть давление покоя внутри пузырьков Р0 одинаково во всем объеме реактора, то:

R п (l V1 (2 Y2 (1 Vя

W = ViS^P0NYC2(kbk2.Jcn)I5i , 2*1 . . (2)

12 л} fj [f2 ) , f„ J лг) где: Di - «динамическое число» - критерий, определяющий величину потенциальной энергии кавитации; Р - адиабатическая сжимаемость жидкости; S - площадь кавитационной области; C2(&i,&2.полиномиальный коэффициент, принимающий значения 1 или 2; (к\,к2.кп) - набор неотп рицательных целых чисел, для которого Х^у = 2; J) ыо * j\ - индексы двух чисел к из этого набора равных 1, либо = J\k^0 - индекс одного числа к из этого набора равного 2; g - функция, задающая среднее значение величины обратной расстоянию от любой произвольной точки объема реактора до видимой из нее части стационарной кавитационной области.

Недостатком такого представления является то, что оно не дает возможности представить вид распределения плотности энергии средней за большое число периодов осциллятора.

Для математического моделирования реакторов с целью применения моделей для инженерных расчетов требуется более простое формализованное представление. Такое представление и математическое моделирование реакторов, основанное на нем, рассмотрено в настоящей диссертации.

Заключение диссертация на тему "Разработка математических моделей кавитационного реактора для очистки и активирования посолочных рассолов в производстве мясопродуктов"

ВЫВОДЫ

1. Разработаны специальные математические модели кавитационного реактора для:

1.1. экспериментально-вычислительной оптимизации уровня интенсивности кавитационного воздействия на посолочный рассол;

1.2. исследования распределения плотности потенциальной энергии кавитации в реакторе с целью обеспечения равномерности обработки рассола в реакторе;

1.3. обеспечения эрозионной устойчивости конструкции кавитационного реактора путем расчета размеров корпуса.

2. Показано, что оптимальными для равномерной обработки рассола являются соотношения размеров реактора, при которых среднеквадратичное отклонение от среднего значения объемной плотности потенциальной энергии лежит в пределах 0,499 - 1,027 этого значения.

4. Выведено новое упрощенное, но достаточно точное для инженерных расчетов выражение для эрозионного коэффициента, позволяющее рассчитывать конфигурацию отверстий в диафрагме, профилирующей поток обрабатываемого в Л/2-реакторе посолочного рассола с целью его равномерной обработки.

5. Выявлена и формализована зависимость объемной плотности потенциальной энергии кавитации на стенке корпуса круглого в плане кавитационного. Л/2-реактора плоской волны от его радиуса, позволяющая проектировать реакторы, в которых исключено либо минимизировано эрозионное разрушение корпуса. Предложены соответствующие алгоритмы инженерных расчетов.

6. Разработаны методики, алгоритмы и программы для инженерных расчетов навигационных реакторов, предназначенных для обработки агрессивных сред.

7. При помощи этих методик и алгоритмов разработан типовариант-ный ряд кавитационных реакторов - аппаратов типа «Сиринкс», предназначенных для использования в пищевой промышленности. Сертифицированы и зарегистрированы групповые технические условия «Аппараты «Сиринкс» для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред. СИТБ.443146.002ТУ».

8. Разработан проект автоматизированной станции приготовления, активирования, обеззараживания и дозирования растворов посолочных веществ для «мокрого» посола сырья в производстве мясных изделий. Изготовлены и внедрены в производство на двух мясокомбинатах промышленные образцы станций.

Библиография Подхомутов, Николай Владимирович, диссертация по теме Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

1. Борисенко А.А., Борисенко Л.А., Брацихин А.А. Биотехнологические основы интенсификации производства мясных соленых изделий.- М.: ДеЛиПринт, 2004

2. Жаринов А.И., Веселова О.В. Специфика состава и свойств пищевой поваренной соли // Мясная индустрия, 2003, №6.- с. 27-29.

3. Проблемы посола мяса в исследованиях и разработках ВНИИМПа / А.Б. Лисицын, В.И. Любченко, Г.П. Горошко, А.А. Мотовилина.- в кн. Сборник научных трудов ВНИИМПа под ред. А.Б. Лисицына.- М.: ВНИ-ИМП, 2000.- С. 23-32.

4. Deng Y., Rosenvold К., Karlsson A.N., Horn P., Hedegaard G., Steffensen C.L., Andersen H.G. Relations between thermal denaturation of porcine proteins and water-holding capacity. G. Food Sci. 2002. 67. № 5, c. 16421647.

5. Puolanne E. J., Ruusunen M. H., Vainionpaa J. I. Combined effects of NaCl and raw meat pH on water-holding in cooked sausage with and without added phosphate. / Meet Sci. 2001. 58, № 1, c. 1-7.

6. Puolanne E.J., Ruusunen M.H., Vainionpaa J.I. Combined effects of NaCl and raw meat pH on water-holding in cooked sausage with and without added phosphate // Meat Sci. 2001. 58, №1.- c. 1-7

7. П.Зайцев И.Д., Креч Э.И. Применение и познание временно активированной воды // Химическая промышленность, 1989, №4.- с. 44-47

8. Пиментел Дж., Мак-Клеллан О. Водородная связь.- М.: ИИЛ,1964

9. Патент US 3519251,07.07.1970

10. Ребиндер П.А. Избранные труды.-М.: Наука, 1978

11. Шестаков С.Д. Энергетическое состояние воды и ее связывае-мость биополимерами пищевого сырья: Новые возможности // Хранение и переработка сельхозсырья, 2003, №4.- с. 35-37

12. Шестаков С.Д. Технология кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред и ее применение в мясной промышленности // Труды международного форума «Мясная промышленность».-М: Изд. Асти Групп, 2002, с. 95-96.

13. Борисенко А.А. Термогравиметрический анализ форм связи влаги в соленой говядине // Мясная индустрия, 2001, №7.- с. 45-46.

14. Борисенко JI.A. Научно-технические основы интенсивных технологий посола мясного сырья с применением струйного способа инъецирования многокомпонентных и активированных жидких систем // Автореферат дисс. Докт. тех. Наук-.М.: ВНИИМП, 1999.- 49 с.

15. Корчагин В.И. и др. Применение в хлебопечении временно активированной воды // Хлебопечение России.- 2000, №5.- с. 16-18.

16. Сушенкова О., Кочеткова А., Шабурова JL Гидротермическая обработка и микрофлора зерна // Мукомольно-элеваторная и комбикормовая промышленность, 1987, №12.- С. 7

17. Шестаков С.Д. Основы технологии кавитационной дезинтеграции. Теория кавитационного реактора.-М.: ЕВА-пресс, 2001.-173 с.

18. Рогов И.А., Шестаков С.Д. «Надтепловое» изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов: заблуждения и реальность (часть 1) // Хранение и переработка сельхозсырья, 2004, №6.- с. 39-44

19. Михалкина Г.С., Петрова С.П., Харитонов В.Д., Соснина Н.А., Миронов В.Ф., Коновалов А.И., Минзанова С.Т., Лапин А.А. Роторно-импульсные аппараты для производства эмульсионных продуктов // Пищевая промышленность, 2000, №4.- с. 62-63.

20. Летников Ф.А., Кащеева Т.В., Минцис А.Ш. Активированная вода. Новосибирск.: «Наука», 1976.- 136 с.

21. Химия высоких энергий / Л.Т. Бугаенко, М.Г. Кузьмин, Л.С. По-лак.-М.: Химия, 1988.-368 е.: ил.

22. Козюк О.В. Интенсификация процесса эмульгирования в проточ-но-кавитационных смесителях: Автореф. дис. канд. техн. наук // Киев, политехи, ин-т. -К., 1988. -25 с.

23. Кладов А. Кавитационная деструкция материалов // www.roslo.narod.ru

24. Акопян В.Б. Ультразвук в производстве пищевых продуктов // Пищевая промышленность, 2003, №3.- с. 51-55.

25. Кларр R., Daily J., Hammitt F. Cavitation.- New York: McGraw Book Company, 1970

26. De Gennaro L. et al. The use ultrasound in food technology // J. Foog Eng.- 1999, 39 №4-. pp. 401-407

27. Рогов И.А., Горбатов A.B. Физические методы обработки пищевых продуктов.- М.: Пищевая промышленность, 1974

28. Leighton T.G. Acoustic Bubble.- London: Pergamon Press, 1995.- 650

29. Dezhkunov N. et. al. Enhancement of sonoluminescence emission from a multibubble cavitation zone.- Ultrasound Sonochemistry, 2000, №7, pp. 19-24

30. Экспериментальные исследования ультразвуковой кавитации / М.Г. Сиротюк.- в кн.: Физика и техника мощного ультразвука. Мощные ультразвуковые поля // под ред. Л.Д. Розенберга.- М: Наука, 1968.- 265 е.: ил.

31. Кавитационная область / Л.Д. Розенберг.- в кн.: Физика и техника мощного ультразвука. Мощные ультразвуковые поля // под ред. Л.Д. Розенберга.- М: Наука, 1968.- 265 е.: ил.

32. Физика акустической кавитации в жидкостях / Г. Флинн.- в кн.: Методы и приборы ультразвуковых исследований // под ред. У. Мэзона.-М: Мир, 1967, Т.1, ч."Б'\- 362 е.: ил.

33. Физика и техника мощного ультразвука. Мощные ультразвуковые поля // под ред. Л.Д. Розенберга.- М: Наука, 1968.- 265 е.: ил.

34. Шестаков С.Д. О моделировании параметров акустического поля стационарных кавитационных областей // Труды X сессии Российского Акустического Общества, Том 2.-М.: ГЕОС, 2000.- с. 111-114

35. Шестаков С.Д. К теории кавитационного реактора // Сборник трудов XI сессии Российского Акустического Общества, М.: ГЕОС, Том 2, 2001.-с. 35-41

36. Шестаков С.Д. К теории кавитационного реактора 2 // Сборник трудов XIII сессии Российского Акустического Общества, М.: ГЕОС, Том 1,2003 с. 31-35

37. Рогов И.А., Шестаков С.Д. «Надтепловое» изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов: заблуждения и реальность (часть 2) // Хранение и переработка сельхозсырья, 2004, №7,- с.

38. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике.-М: ИИЛ, 1956. -726 е.: ил.

39. Margulis М.А. Sonochemistry and Cavitation.- London: Gordon & Breach, 1995.

40. Amza G.H., Folescu C. Theoretical researches and experiments about detartrating using ultrasonic waves // Sci. Bull. Mech. Ing. Polytechn. Inst. Bucharest.- 1990.-52, № 3-4.-pp. 117-132.

41. Зарембо Л.К., Тимошенко В.И. Нелинейная акустика.-М.: Издательство московского университета, 1984.- 104 с.

42. Физическая акустика. Свойства газов, жидкостей и растворов // под ред. У. Мэзона.- М: Мир, 1968, Т.2, ч. «А».- 488 с.

43. Dezhkunov N.V., Francescutto A., Mason T.J., Ciuti P. Methods for the enhancement of cavitation activity //International conference "Ultrasonic technological processes", Book of abstracts, Severodvinsk, 2000, p. 65-69

44. Красильников В.А., Крылов B.B. Введение в физическую акустику .-М.: Наука, 1984.- 400 с.

45. Характеристики ультразвукового поля, связанные с работой ультразвуковых преобразователей / К. Фукусима, Д. Санееси, Е. Кикучи.- в кн.: Ультразвуковые преобразователи // Под ред. Е. Кикучи.-М.: Мир, 1972.-424 е.: ил.

46. Эльпинер И.Е. Ультразвук. Физико-химическое и биологическое действие.-М.: ИФ-МЛ, 1963.- 420 е.: ил.

47. Эльпинер И.Е. Биофизика ультразвука.-М.: ИФ-МЛ, 1973.- 384 е.:ил.

48. Ozer В., Kirim В., Atamer M. Effect of hydrogen peroxide treatment on the quality of raw cream // Jnt. J. Dairy technol.- 2000, 53№3.- pp. 83-86

49. Патент RU 2228217,21.05.2003

50. Патент RU 2209112,04.06.2002

51. Патент RU 2184145,01.03.2000

52. Патент US 4302112,24.11.1981

53. Патент SU 1261700,11.05.1984

54. Патент US 3645504,29.02.1972

55. Shestakov S. et al. Technologies of Cavitation Decomposition in Bread Production, 2"nd International Wheat Quality Conference, Manhattan, Kansas, USA.: 2001.

56. Патент SU 1261700,11.05.1984

57. Патент RU 2209112,04.06.2002

58. Патент RU 2181633,14.07.1998

59. Патент US 4302112,24.11.1981

60. Патент US 3519251,07.07.1970

61. Патент US 4618263,21.10.1986

62. Белов В.Ю., Вагин B.B., Соль универсальная пищевая добавка // Мясная индустрия, №6,1998 г..

63. Патент RU 2102890,27.01.1998

64. Патент RU 221914, 27.08.2003

65. Патент RU 2130267,20.05.1999

66. Авторское свидетельство SU 1717063, 07.03.1992

67. Патент RU 2226428,17.04.2003

68. Патент US 4618263,21.10.1986

69. Патент SU 2209112,04.06.2002

70. Подхомутов Н.В., Соколов В.Б., Сучков В.Б., Шестаков С.Д. Станция производства посолочных рассолов. Заявка на выдачу патента РФ на ПМ №2004120738 от 08.07.2004 г.

71. Подхомутов Н.В., Шестаков С.Д. Алгоритм расчета кавитационного реактора проточного типа на оптимальную равномерность обработки жидких сред. Заявка на регистрацию программы для ЭВМ №2004611995 от 08.07.2004 г.

72. Подхомутов Н.В., Соколов В.Б., Сучков В.Б., Шестаков С.Д. Алгоритм расчета кавитационного реактора на предотвращение эрозионного разрушения элементов конструкции сред. Заявка на регистрацию программы для ЭВМ №2004611996 от 08.07.2004 г.

73. Никольский К.Н., Шестаков С.Д. Новая технология гидротермической обработки для рационального использования зерновых ресурсов. Экономика России. XXI век, декабрь, 2001.- с. 65.

74. Алейников И.Н. Энергизация кондиционируемого сырья // Пищевая промышленность, 2003, №2.- с. 48.

75. Дежкунов Н.В., Франческутго А., Мэзон Т., Чути П. Методы повышения активности кавитации // Тезисы докладов международной конференции «Ультразвуковые технологические процессы 2000», Архангельск: СНТК, 2000 г. с. 65-69

76. Deng Y. at al. Relationship between Thrmal denaturation of porcine muscule proteins and water-holding capacity // J. Food Sci.-2002, 67, №5.- p. 1642-1647

77. Недужий C.A. Влияние интенсивности ультразвука на состояние дисперсной фазы в момент ее образования // Акустический журнал,- 1961, №7 (265)

78. Кройт Г.Р. Наука о коллоидах., т. 1. -М.: Изд. ин. литературы,1955

79. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических сис-тем.-Минск: «ДизайнПРО», 1997.- 623 е.: ил.

80. Кеч В., Теодореску П. Ввеление в теорию обобщенных функций с приложениями в технике.-М: Мир, 1978.- 518 е.: ил.

81. Yaghmaee P., Durans T.D. Predictive equations for dielectric properties of NaCl, D-sorbitol and sucrose solutions and surimi at 2450 MHz. G.Food Sci. 2002. 67, № 6 c. 2207-2211.

82. Chenlo F., Moreria R., Pereira G., Ampudia A. Viscosities of aqueous solutions of sucrose and sodium chloride of interest in osmotic dehydration processes / G.Food Eng. 2002. 54, № 4 c. 347-352

83. Аппараты «Сиринкс» для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред. Технические условия. СИТБ.443146.002ТУ.

84. El acero inoidable en ia industria alimentaria. de Castillio F., Ignasio G., Sonsoles F. L. GiroBonani Gose Maria. Duna. 2002. 77, № 1, c.38-42.

85. Ultrasonic processing influences rheological and optical properties of hagh-methoxyl pectin dispersions. Seshadri R., Weiss G., Hulbert Gred G., Gohn M. / Food Hydrocolloids. 2003. 17, № 2, c. 191-197.

86. Оценка степени безопасности при потреблении пищевых продуктов. Un sisteme base sur revaluations des risques lies au produit. Golivef P. Rev.lait. fr.2002, № 627,c. 35-36. Фр.

87. Жаринов А.И., Ведерникова И.В., Финкель А.П. Отечественные колоранты для мясных / Мясная индустрия. 2002, № 10, с. 13-15.

88. Бутько З.Т., Мельникова JI.A., Дудчик Н.В., Коломиец Н.Д. Байроченко И.А. Изменение некоторых показателей качества колбасных изделий при хранении. / Хранение и переработка сельхозсырья. 2003 ,№ 5, с. 54-56

89. Шипулин В.И., Каргин Н.И. Влияние длительности и характера автолиза мясного сырья на величину потерь массы при тепловой обработке / Сб. науч. тр. Сер. Продовольствие, Сев Кавк гос. техн. ун-т 2002, № 5 , с. 82-83.

90. Гончаров Г., Страшиньский I. Фосфатные препараты: значение, польза. Фосфатш препарата: цшш, корисш / Харч. I перероб. пром-ость. 2002, № 12, с. 24-25.

91. Weber H. Technologien fur sichere Produkte/ Teil 2. Ent-keimungsverfahren, die sich in der Rraxis nicht durchgesetzt haben. / Fleischwirtschaft. 2003. 83, № 8, c.37-38.

92. Нефедова H.B. Ферментированные пищевые добавки и их использование в мясных продуктах. / Изв. вузов. Пищ. технол. 2003, № 2-3, с. 31-33.

93. Llull P., Simal S., Femenia A., Benedito G., Rossello С. The use of ultrasound velocity measurement to evaluate the textural properties of sobras-sada from Mallorca. / G. Food Eng. 2002. 52, №4, c.323-330. Библ.39.Англ.

94. Текутьева Л.А., Поцелуева H.B. Высокоочищенные карраги-наны скрытый резерв экономической эффективности. / Мяс. технол. 2003, № 8,с. 6-7.

95. Соколов А.Ю. Использование колагенсодержащего сырья в производстве продуктов питания / Мяс. технол. 2003, № 4, с. 1-3.

96. Zhao В., Basir О.А., Mittal G.S. Correlation analysis between beveragee apparent viscosity and ultrasound velocity / Int. G. food Prop. 2003.6, № 3, c. 443-448.

97. Kuhne D. Nitrit, nitrat und nitrosamin. Fleischwirtschaft. 2003. 83, № ll,c. 143-147.

98. Lucke F.-K. Einsatz von Nitrit und Nitrat in der okologischen Fleischverarbeitung.Vor- und Nachteile. / Fleischwirtschaft. 2003. 83, № 11, c. 138-142.

99. Houben Gacques H. Nachweis antiviraler Behandlungen / Fleischwirtschaft. 2003. 83, № 11, c.42,44,47,48.

100. Haltbarkeit durch Gefrierlagerung / Fleischwirtschaft. 2003. 83, № 11, c. 50-51.

101. Stauffer С. Pass the salt in action / Meat and Roultry. 2003. 49, № 7, c. 70, 72, 74

102. Купчик М.П., Гулый И.С., Лебовка Н.И., Бажал М.И. Перспективы применения электрических полей для обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья / Хранение и переработка сельхозсырья. 2002, №9, с. 41-46,3.

103. Потипаева Н.Н., Кецелашвили Д.В., Коновалова К.Л. Использование фосфатных добавок при производстве деликатесных изделий. Пищевые продукты и экология / Сборник научных трудов. Кемер. технол. ин-т пищ. пром-сти.1998, с. 27-29.

104. Theo К. Wasserbindindung ist nickht alles. / Schnack Fleischwirtschaft. 2003. 83, № 7, c. 37-38.

105. Schnackel W., Kleiner U., Wieqand D., Schnackel D. Farbstabilis-ierung von Rohwursten durch gezielten Gewurzeinsatz. Teil 2. Mikrobiolo-gische Acpekte / Fleishwirtschaft. 2003. 83, № 6, c. 96-100

106. Иванец В.Н., Серегин С.А., Сафонова Е.А. Использование ро-торно-пульсационного аппарата при получении белковых рассолов. Технологии и техника пищевых производств / Сборник научных трудов. Кемер. технолол. ин-т пищ. пром-ти. 2003, с 156-158

107. Патент US 6569482, 30.10.19981. ООО «Астор-С»160019, РФ, г. Вологда, ул. Некрасова, 391. ТМ051. Аппарат «Сиринкс»для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред

108. Исполнение: «Сиринкс 4000» Заводской номер:

109. Руководство по эксплуатации СИТБ. 443146.005 РЭ20031. СОДЕРЖАНИЕ1. Введение 3

110. Описание и работа аппарата 4

111. Подготовка аппарата к использованию 71. Использование аппарата 91. Меры безопасности 9

112. Техническое обслуживание 10

113. Свидетельство о приемке 131. Гарантии изготовителя 1 3

114. Сведения об изготовителе 13

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00