автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота

На правах рукописи

КУМИЦКИЙ Антон Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ ЭКСТРАКТА КАРКАДЭ В ПОЛЕ СВЧ С КОМПЛЕКСНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЗОТА

Специальность 05 18 12 - Процессы и аппараты

пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗ160442

Воронеж - 2007

003160442

Работа выполнена ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия»

Научный руководитель - Заслуженный работник высшей школы РФ, кандидат технических наук, профессор Владимир Евгеньевич Добромиров

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Жучков Анатолий Витальевич

кандидат технических наук Бляхман Дмитрий Александрович

Ведущая организация - НИИ Вакцин и сывороток

Защита диссертации состоится «01» ноября 2007 года в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212 035 01 при Воронежской государственной технологической академии по адресу 394000, г Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГТА

Автореферат разослан «28» сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Калашников Г.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Внешний вид и цвет пищевых продуктов определяют потребительские свойства и ассортимент изделий. Дня восстановления утраченной в процессе переработки естественной окраски или для окрашивания бесцветных продуктов и придания им потребительской привлекательности применяют натуральные, идентичные натуральным и синтетические пищевые красители.

При использовании натурального красителя на основе антоциа-нов улучшается не только внешний вид и потребительская привлекательность, но и биологическая ценность конечного продукта

Существенным недостатком натуральных пищевых красителей является нестабильность цвета и разрушение биологически активных веществ при хранении, воздействии прямых солнечных лучей, нагревании и окислении кислородом воздуха.

При длительных сроках хранения пищевых красителей для обеспечения качества наиболее целесообразным видится применение прогрессивного метода консервирования термолабильных продуктов, а именно ваккум-сублимационной сушки, которая позволяет обеспечить максимальную сохранность большинства нативных свойств пищевых продуктов, биологических материалов и медицинских препаратов в процессе их длительного хранения Преимущества этого способа определяются тем, что продукт высушивается в замороженном состоянии путем возгонки (сублимации)

Важные исследования процесса сублимационной сушки выполнили в нашей стране Э И Гуйго, А С Гинзбург, А А Гухман, М. И. Верба, Э. И Каухчешвили, Б П. Камовников, Е А Ермакова, Б М. Ляховицкий, А 3. Волынец, П. А Новиков и другие

Основным препятствием дня широкого внедрения сублимационной сушки в пищевую промышленность является сравнительно высокая стоимость получаемых продуктов за счет длительности и энергоемкости процесса Решение проблем, связанных с устранением перечисленных недостатков, является актуальной задачей

Как известно, характер СВЧ-нагрева позволяет резко интенсифицировать процессы тепло- и массообмена, так как прогрев продукта происходит по всему объему и градиенты влажности и температуры совпадают по направлению. Сушка является тем процессом, в котором преимущества СВЧ-энергии проявляются наиболее ярко, при этом предпочтение отдается установкам непрерывного действия.

Однако интенсивное образование паровой фазы при использовании СВЧ-энергоподвода приводит к негативному эффекту, связанному с несвоевременным удалением молекул испарившейся воды от поверхности сублимации, т к. процесс происходит в глубоком вакууме. Поэтому для обеспечения эффективного транспортирования молекул воды из зоны сублимации целесообразно использовать инертный газ с темпера-

турой, которая превышает температуру сублимации, который в свою очередь является и дополнительным источником конвективного энергоподвода Также применение жидких криоагентов в процессе десублима-ции позволяет снизить температуру десублиматора и энергозатраты процесса за счет уменьшения энергопотребления холодильной машины

Поэтому применение сверхвысокочастотного нагрева в комбинации с конвективным, а также применение криогенных жидкостей для охлаждения десублиматора является перспективным направлением на пути устранения вышеперечисленных недостатков с целью интенсификации процесса вакуум-сублимационной сушки пищевых продуктов в совокупности с организацией процесса в непрерывном режиме

Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы является совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадз в поле СВЧ с комплексным ищэльзованием инертного газа - азота и совершенствование на этой основе процесса, способов и оборудования для его осуществления.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи

- экспериментальное исследование свойств экстракта каркадэ как объекта сушки,

- изучение различных способов замораживания экстракта каркадэ, определение его криоскопических температур и количества вымороженной в нём влаги,

- исследование кинетических закономерностей процесса вакуум-сублимационной сушки с использованием СВЧ-энергоподвода и энергии паров азота,

- разработка математической модели вакуум-сублимационного обезвоживания с использованием СВЧ-энергоподвода и энергии паров азота;

- разработка методики расчёта расходных характеристик азота, необходимого для реализации процесса вакуум-сублимационной сушки,

- разработка новых способов вакуум-сублимационного обезвоживания термолабильных продуктов и оборудования для их осуществления;

- оценка экономической целесообразности применения вакуум-сублимационных сушильных установок непрерывного действия с комплексным использованием азота и энергии СВЧ.

Научная новизна. Исследовано влияние влажности и температуры экстракта каркадэ на изменение его теплофизических и электрофизических свойств.

Изучен процесс замораживания экстракта каркадэ при различных способах его организации, и определена зависимость криоскопической температуры от концентрации сухих веществ в исследуемом продукте

Установлены кинетические закономерности процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ с комплексным испольдова-

нием жидкого и газообразного азота Установлено влияние различных факторов на кинетику процесса сушки Проведено исследование качественных показателей экстракта каркадэ, полученного способом вакуум-сублимационной сушки с комплексным использованием азота

Разработана математическая модель процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ с использованием комбинированного СВЧ и конвективного энергоподвода

Практическая значимость работы. На основании комплекса исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях, показана целесообразность применения вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ с применением комбинированного СВЧ и конвективного энергоподвода и комплексным использованием азота

Разработана конструкция вакуум-сублимационной СВЧ-сушилки непрерывного действия Предложен способ получения сублимированных продуктов и устройство для его осуществления, реализующие вакуум-сублимационную сушку экстракта каркадэ с использованием комбинированного СВЧ и конвективного энергоподвода

Новизна технических решений подтверждена патентами РФ № 2259525 и № 2275564

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2003 по 2007 гг.)

Результаты работы экспонировались на Межрегиональных постоянно действующих выставках г Воронеж «Урожай» 20-22 октября 2004 г, «Продторг» 24-26 ноября 2004 г, «Воронежпродэкспо» 5 марта 2004 г, Всероссийских выстовках-ярмарках. г Новочеркасск «ИННОВ-2005» 19-21 мая 2005 г, «Русские инновации-2003» ЗАО «Журнал Эксперт» и были отмечены 7 дипломами, в том числе 4 диплома победителя конкурса

Результаты работы используются в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных для опубликования ВАК, 2 патента РФ

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 8 таблиц. Список литературы включает 116 наименований Приложения к диссертации представлены на 38 страницах

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении охарактеризовано современное состояние теории, техники и технологии вакуум-сублимационного обезвоживания экстрактов сырья растительного происхождения, обоснована актуальность

темы диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований

В первой главе систематизированы литературные данные о современном состоянии техники и технологии сушки экстрактов растительного сырья, отмечены основные возможные пути интенсификации процессов и направления создания высокоэффективного вакуум-сублимационного сушильного оборудования. Рассмотрены способы и аппараты для проведения процессов тепло- и массообмена с использованием СВЧ энергии и инертных газов

На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи диссертационной работы, обоснован выбор объекта исследования, определены методы решения поставленных проблем.

Во второй главе для научно-практического анализа процесса сушки приводятся данные, характеризующие свойства выбранного продукта как объекта сушки и методы их определения

По методу В С Волькенштейн определены коэффициент температуропроводности а, коэффициент теплопроводности X и удельная теплоемкость с в интервале влажности 80 2400 % и температуре исследуемого образца 278 349 К На всем интервале влажности величины возрастают а от 11,3 10"8 до 16 10"8 м2/с, Л от 0,42 до 0,73 Вт/(м-К), с от 2,050 до 4,120 кДж/(кг К)

В области отрицательных температур 123. 268 К в интервале влажности 80. 2400 % по методу нестационарного теплового режи-

1) Сс=5 %, 2) Сс=!0 %, 3) Сс=21 %, 4) Сс=38 %, 5) испарительное замораживание Сс=21 %

Рис 1 Графики замораживания экстракта каркадэ с различной концентрацией сухих веществ

МЮ 1чн> 12П0

При помощи криоскопа Бекмана были получены кривые замораживания экстракта каркадэ (рис 1, кривые 1-4)

Кривая, описывающая процесс самозамораживания (рис. 1, кривая 5) была получена на основе экспериментов, проведанных на установке, представленной на рис 4

В результате изучения процесса замораживания, согласно полученным данным, при использовании испарительного замораживания по сравнению с обычным длительность процесса сокращается примерно в 4 раза (рис 1, кривая 5). В процессе испарительного замораживания наблюдалось снижение первоначальной влажности экстракта йИ" на 15 .20%

ма определены соответственно теплопроводность, удельная теплоемкость н температуропроводность исследуемого продукта На всем интервале влажности величины убывают а от 76,05 10 до 11,15 10~8 м2/с, Л от 1,450 до 0,385 Вт/(м К), а удельная теплоемкость с возрастает от 0,62 до 2,70 кДж/(юг К)

По экспресс-методу при частоте электромагнитных колебаний /=2450 Гц определен коэффициент потерь в интервале температур 243...323 К и влажности Иг 80. 2400 % На всем интервале влажности в области отрицательных температур величина £" возрастает от 0,9 до 36 и наблюдается ее снижение при положительных температурах от 37 доб.

После статистической обработки экспериментальных данных с учетом значимости коэффициентов получены эмпирические уравнения, отражающие связь теплофизических и электрофизических характеристик экстракта каркадэ с температурой продукта Т и его влажностью

при влажности от 80 до 2400 % и температуре Т от 123 до 268 К

а=((14,288497-7,70484441п\Ус+1,2417506(1пМс)2--0,065614288(1пШс)3+0,59658409ЫТ-, -0,058129654 (1пТ)2)/(1-0,464827231пМс+0,071347248(1п\Ус)2- (1) ■0,0036192192(1п¥)3+0,000808405241пТ)) КГ8,

Л=1/(0,63042633-0,01278078 (У^)05 1п(\¥')-0,058997387 (Iп(№с)/+ +0,16048347 (И^)"'5-6554,4457/(¥')_' >+29289,6 1п(¥')/(Шс)2- (2) -71934,852/(Фс)2-1,4576084 10° Т 1п(Т)+3,521612 Ш7 (Т)2),

с=~9444,3095+327666,54/И^ +168,93242Т+18352368/0 )2-

-0,88121408Т2-5363,9626Т/(П* )-(2,186843 1^)/(Ц^)3+ (3) +0,0015397221Т>+14,6002357^/1^+64107,937Т/(ШС)2,

е"=(5,0971501-0,030789464 Т-0,004350661 +3,015373 Ш5 Г-8,4947297-Ш7 (№СУ+ +2,676094 Ш'-Т ¡Vе)/(1-0,011057584 Т+0,0024294648 И^:+ (4)

+2,5824037 1(Г5 Г-1,0425969 1<Г7 (Шс/-7,8934418 Ш6 Т

при влажности IVе от 80 до 2400 % и температуре Гот 123 до 268 К

а=((14,288497-7,70484441г№с+1,2417506(1п¥ )2--0,065614288(1пШс)3+0,596584091пТ--0,058129654 (1пТ)2)/(1-0,464827231пШс+0,071347248(1пШс)2- (5) -0,0036192192(1пУУс/++0,000808405241пТ)) 1(Г8,

Л=1/(0,63042633-0,01278078 (№<:/:5 1п(^)-0,058997387 (1п(1Ус))2+ +0,16048347 (№с)01-6554,4457/(№с)'5+29289,6 )/(№?- (6) -71934,852/(Фс/-1,4576084 1(Г Т 1п(Т)+3,521612 Ш7 (Т)2),

с=-9444,3095+327666,54/Ц/С+168,93242Т+18352368/(ШС )2-

-0,88121408Тг-5363,9626Т/(№с)-(2,186843 1&)/(П*)3+ (7) +0,001539722^+14,600235Т2Д¥ +64107,9377/0^)2,

а"=1684,5582-2725666,9/Т+680,90872 1п(№с)+7,8640769 10нПг--120,36471 (1п(¥:))2+27772,002 (1п(^))/Т-7,7107801 Ю'°7Т3+ +6,8022383 (1п(№))3-1383,596 (1п(Ш))2/Т-1201212,2-(1п(^))/Т.

т

35 % 40

В третьей главе приведена методика определения оптимальной начальной концентрации экстракта каркадэ для осуществления процесса вакуум сублимационной сушки. По результатам экспериментов была получена диаграмма состояний «сухие вещества - вода» для экстракта каркадэ, представленная на ряс 2

Анализ левой ветви (изменение криоскопической температуры в зависимости от концентрации) был подробно описан в главе 2 Правая ветвь определялась следующим образом экстракт лепестков с концентрацией 40 % сухих веществ при температуре +50 °С постепенно охлаждался в термокамере Уменьшение температуры вело к снижению концентрации путем выделения сухого вещества в осадок. Причем экстракт не замерзал, т к. температура его оставалась выше криоскопической. В процессе эксперимента стеклянным ртутным термометром измерялась температура раствора, концентрация определялась рефрактометром РНМ-1, специально переградуированным на сухие вещества

экстракта каркадэ, температура в измерительной части рефрактометра стабилизировалась с помощью термостатированной воды.

Важным фактором,

влияющим на продолжительность сублимационного обезвоживания в поле СВЧ, является пористость продукта, которая может быть оценена коэффициентом расширения Ку, представляющим собой

отношение первоначального объема образца материала к его объёму после проведения

Рис 2 Изменение состояния системы «сухие вещества - вода» при замораживании экстракта каркадэ

т%ж

Рис 3. Зависимость коэффициента расширения от начальной влажности и температуры продукта

процесса самозамораживания Экспериментальные исследования проводились с целью определения зависимости коэффициента расширения от первоначальной влажности и температуры экстракта

Согласно полученным данным (рис 3) при испарительном замораживании с повышением начальной влажности, а также при увеличении начальной температуры продукта наблюдается увеличение коэффициента расширения Однако при соотношении начальной температуры и влажности, обеспечивающем состояние продукта, характеризующееся наличием в нём некоторого количества вымороженной влаги, наблюдается уменьшение коэффициента расширения (кривая 1) С увеличением количества вымороженной влаги в экстракте коэффициент расширения уменьшается, и кривая 1 асимптотически приближается к единице

При величине коэффициента расширения более 2 происходило разбрызгивание продукта, потеря им первоначальной цилиндрической формы и образование неравномерной пористой структуры с большим разбросом размеров пор В процессе испарительного замораживания наблюдалось снижение первоначальной влажности продукта на 15 20 %

7 [—д--, 18

Рис. 4 Экспериментальная установка

1 - корпус сублимационной установки, 2 - весы 3 - СВЧ-камера с волноводом, 4 - герметичная крышка установки, 5 — фторопластовая вставка, 6 — десублиматор, 7 — вакуум-насос, 8 — компрессор холодильной машины, 9 - воздушный конденсатор, 10 — терморегуяирующий вентиль, 11 - переохладитель (промежуточный сосуд), 12 - ресивер, 13 - блок магнетронов 14 - универсальный измеритель-регулятор ТРМ138, 15 - блок управления магнетронами, 16 — ПЭВМ, 17 - вентиль для регулировки подачи воды, 18 - сосуд Дьюара, 19 — теплообменник, 20 - электромагнитные клапаны, управляющие подачей азота, 21 — электромагнитные клапаны, управляющие подачей фреона, 22 — мембрана, 23 - фильтр-осушитель

о

600 ВОО %!

300

Для анализа процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ с комплексным использованием азота, а также изучения влияния параметров инертного газа на режимы протекания процесса на кафедре «Машины и аппараты ишцевых производств» была создана экспериментальная установка (рис 4), оснащённая необходимыми кон-трольно-измерйтельными приборами и средствами автоматизации.

Сушилка представляет собой герметичную камеру 1 с крышкой 4, которая имеет смотровые окна Десублиматор 6 расположен внутри камеры, выполнен в виде трубчатого змеевика и отделен от камеры ребристым экраном, причём внутренняя поверхность десублиматора может омываться как фреоном К22, подаваемым холодильной машиной 8 через воздушный конденсатор 9, ресивер 12, переохладитель 11 и термо-регулирукяций вентиль 10, так и азотом, который откачиваются из сосуда Дьюара 18 непосредственно через десублиматор, где, охлаждая последний, испаряется и перегревается Затем через теплообменник 19,

где происходит дальнейший перегрев, попадает под мембрану 22, на которой располагается продукт и, барботируя через него, попадает в камеру сублиматора Клапаны 20 и 21 не могут быть открыты одновременно, следовательно, десублиматор охлаждается либо фреоном, либо азотом Дня создания рабочего вакуума в сублиматоре служит двухступенчатый ротационный вакуум-насос 7. Клапаны 21 закрываются в следующей последовательности. сначала закрывается клапан на напорной линии компрессора, затем, по достижении в десублиматоре давления ниже атмосферного закрывается клапан на всасывающей линии, после чего открываются клапаны 20 для подачи азота Клапаны 20 закрываются в той же последовательности При такой организации процесса исключается смешивание фреона и паров азота, а также попадание в систему влаги из окружающей среды

Пй .111!

ТтщщрапфаЬ азот ь-2вЖ О-270К П-268К —- —

! 1 -- \

ц —

-

-1--

%/мш

40

Рис 5 Кривые сушки, скорости сушки и температурные кривые исследуемого продукта при начальной концентрации сухих веществ 10 %

Л№ '/¿X

В экспериментальных исследованиях проводилась вакуум-сублимационная сушка слоя экстракта каркадэ высотой 15 мм при условиях его нагрева до температуры 36- °С, так как превышение данного значения температуры приводит к губительному воздействию на термолабильный продукт Сушку проводили с предварительным самозамораживанием экстракта при следующих режимных параметрах процесса напряженность электромагнитного поля 3,5 кВ/м, остаточное давление в камере сублиматора р=65 80 Па, температура паров азота Т=268 .298 К и температура десублиматора 233 К Значительного уменьшения вакуума в сублиматоре за счет подаваемого в него азота не наблюдалось Это объясняется много меньшим расходом азота по сравнению с производительностью вакуумного насоса Результаты предыдущих работ различных исследователей показывают, что дальнейшее увеличение напряженности электромагнитного поля приводит к возникновению "коронных" разрядов, вызывающих неравномерный нагрев и порчу продукта Выбор нижнего предела температуры паров азота связан с тем, что, являясь сушильным агентом, азот должен иметь температуру, большую, чем температура сублимации для обеспечения конвективной составляющей энергоподвода Выбор верхней границы температуры паров азота связан с тем, что дальнейшее ее увеличение не вызовет значительной интенсификации процесса, так как интенсивно образующаяся в порах продукта паровая фаза не может быть своевременно удалена, а увеличивающееся давление приведит к обратному эффекту, то есть уменьшению движущей силы процесса -разницы парциальных давлений паров на внутренней поверхности поры продукта и над ней При этом часть сублимировавших молекул воды из образовавшейся паровой фазы десублимирует на более холодной поверхности поры продукта

Из анализа кривых сушки исследуемого продукта с исходной концентрацией сухих веществ 10, 21 и 27 % (рис 5-7) видно, что чем

Рис 6 Кривые сушки, скорости сушки

и температурные кривые экстракта каркадэ при начальной концентрации сухих веществ 21 %

меньше температура паров азота, тем на кривых менее выражен период прогрева Это объясняется тем, что доля конвективной энергии мала, а преобладает СВЧ энергоподвод, лри котором продукт прогревается очень быстро по всему объему

В периоде постоянной скорости сушки угол наклона кривых к оси абсцисс тем больше, чем меньше температура азота, продуваемого через продукт, следовательно, скорость сушки увеличивается с увеличением температуры азота.

Продолжительность периода вакуумной досушки при различной начальной концентрации сухих веществ в исследуемом продукте, практически не различается, однако при уменьшении температуры паров азота данный период становится более продолжительным На данном этапе сушки экстракт каркадэ имеет температуру, большую, чем пронизывающие его пары азота, следовательно азот в этом случае не является источником энергоподвода Однако эффект увеличения скорости сушки достигается за счёт того, что инертный газ является транспортёром влаги, создавая с её парами ассоциативные группы, которые имеют большую подвижность в вакууме, чем отдельные молекулы воды и, соответственно, быстрее удаляются из слоя продукта и далее осаждаются на поверхности десублиматора

В четвертой главе с целью более полного использования потенциала инертного газа для удаления влаги из продукта был предложен способ организации процесса сушки экстракта каркадэ в форме полого жгута, во внутреннюю полость которого додаётся подогретый пар азота. Для аналитического анализа данного процесса нами была создана и аналитически решена математическая модель.

Ввиду осесимметричности жгута, рассмотрим задачу в цилиндрической системе координат Принимем следующие допущения: размеры г{, г2 формируются практически мгновенно, скорость движения материала V постоянна, а скорость газообразного азота, омывающего внутреннюю полость,магнетроны генератора СВЧ расположены по ходу движения материала, причём удельная плотность энергии предпо-

X1

- - " / /

/

20 нин 30

Рис 7 Кривые сушки, скорости сушки и Температурные кривые экстракта каркадэ при начальной концентрации сухих веществ 27 %

лагается однородной. Так как скорость V и м> принимаются постоянными, то процесс в целом является квазистационарным Кроме того, сделаем допущения о корректном выполнении линейных законов явлений переноса, т е действии законов Фика, Фурье и Дарси

Сформированная система допущений позволяет использовать в данном случае аппарат линейной термодинамики, который может быть представлен в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных' К

Рис 8 Расчётная схема процесса 1 - капиллярно-пористое тело, 2 - внутренняя полость

ди дт

= атУ2и + (с1 +а12У(

Ра

дг:

а, + V2? + гр +

дт

<5У2г +

Учитывая, что для цилиндрической

л

£ап. С „2

\ р )

системы

(9) (10)

(11) коорди-

нат /дг2+г /дг и г=ут, и вводя безразмерные переменные Я^г/г-,, РоУ(Рс~Ро) Приведем систему уравнений к безразмерному виду

8~р » дКг + к зп}

дт

ди д7и ) ди „Га2? 1 дЛ „ {

-= —г +--+ РА —г +--+/'п\ •

8У дИ2 Иди ^ад2 КдЯ) \

д¥ Рп{дЯ2 ЯдЯ) I, ¿иДЭЙ2 КдЯ) Рп ^эл- Ядй)

Рп ^Э«2 К ЭК

к) {дЯ2 ЯдП) Х8К

Введем осредненные потенциалы

1_Я! Я, 1 п1 л, ' 'Ч

ар_ = _ (дги | 1

й= 2

я, 1-А1 я, ' ">

Для потенциалов и, Г и Р и граничные условия зададим в виде граничных условий третьего рода

В безразмерной форме записи (12) - (14) будут

оК л, ОК

Синтезированная математическая модель представляет собой задачу Коши для линейной системы обыкновенных дифференциальных уравнений

^г = Кпи + КпТ + КаР + К1й' ^^

к21и+к2гТ+к1Ър + к20> (19>

^г = + КпТ + А'зз? + К30 (20)

Применим к системе (18) - (20) интегральное преобразование Лапласа [37] по переменной X, в результате получим линейную_систему

Т7 Т Р

алгебраических уравнений относительно изображений '',

ят; = кпи, + кпт, + кпц + > (21)

БТ, = К21и1 + К22Т, + К2ЪР, + 5-'А'20; (22)

БР, =К3Д, + К32ТЬ + К33РЬ + (23)

где 5 - изображение переменной X.

Получаем решение в изображениях.

Д 5 5э + а32 5 (24)

7 Д 5 53 + + (25)

Д 5 53 +а52 + с (26)

Переход от изображений (24) - (26) будет зависеть от того, какие корни будет иметь знаменатель-

8>+с£г+Ь8+с=0 (27)

Физическому смыслу задачи отвечают ситуации, когда уравнение (27) имеет три действительных отрицательных корня- (8-8^(8-8^(8--5с)=0, либо один действительный отрицательный и два комплексно-сопряженных с отрицательной действительной частью (5-Бь)[ ^7=0

Таким образом решение уравнений модели таково первый случай

й(Х) = ^-ехр(5„Х)+ ^!-ехр(5,йХ)+^-ехр(8сХ)+ Д ,'

Г(Х)-

Си

Р(Х) = ^ехр&ЛГ)+ ~Г ^„х)+% ехр& X) + £>„» второй случай

ЩХ) = Ат ехр(^Д)5.п(5;.Х +Си2)+ Ви2 ехр(ЗД+ Эиг, Т(Х) = Агг ехр^Д^п^ЛГ + СГ2)+В.12 ехр(5',Д)+ ВГ2, Р(Х) = А,2 ехр^ЛГ^т^Х+СР2)+ ВР2 ехр(54х)+ £>,.,

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

В результате решения представленной модели была разработана методика инженерного расчета оборудования для осуществления непрерывного процесса сублимационного обезвоживания экстракта кар-кадэ в поле СВЧ с применением паров азота-

Задание тетофизических параметров продукта—* вычисление определяющих параметров—* нахождение вспомогательных коэффициентов—* идентификация корней характеристического уравнения—> расчет потенциаловопределение длины жгута—^расчет размеров камеры сублиматора

Для проверки адекватности модели изучаемого процесса необходимо установить соответствие между наблюдаемыми в эксперименте технологическими характеристиками и параметрами модели, с помощью которой достигается наилучшее согласование с опытными данными

Для достижения данной цели и формирования массива экспери-

Рис 9 Устройство для реализации физической модеда процесса а - камера, заполненная жидким экстрактом, б - устройство с самозамороженным продуктом, готовое к проведению процесса 1 - камера для продукта, 2 - высушиваемый про- ментальных данных' о душ, 3 - пробка, 4 - трубка для подачи азота,

5 — коаксиальные цилиндры из керамики,

6 - нижняя коышка. 7 - веихняя кпышка

выходных технологических параметрах, было создано дополнительное устройство (рис 9), призванное создать физическую модель процесса

вакуум-сублимационной сушки продукта в форме полого жгута, внутренняя полость которого продувается подогретым паром азота

Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных показал хорошую сходимость отклонение расчетных от экспериментальных данных не превышало 13,8 %

В пятой главе была разработана методика определения необходимого количества азота для осуществления процессов охлаждения продукта и десублиматора

На основании результатов исследования разработаны перспективные высокоинтенсивные конструкции вакуум-сублимационных сушильных установок (рис 10, 11) (Патенты РФ № 2259525, № 2275564)

Предлагаемая суш и яка (рис 10, патент РФ № 2259525) непрерывного действия с СВЧ-энергоподводом позволяет

- проводить процесс испарительного замораживания продукта и дальнейшей сублимации из него влаги в сверхвысокочастотном поле, что значительно ускоряет процесс сублимационной сушки и снижает энергозатраты на ее проведение,

- повысить качество готового продукта за счет избирательного посекционного регулирования мощности магнетронов в зависимости от свойств объекта и периода сушки,

- проводить процесс вакуум-сублимационного обезвоживания в непрерывном режиме

Способ получения сублимированных пищевых продуктов и устройство для его осуществления (рис 11 патент № 2275564) имеет следующие преимущества

//С\ОЧ11ЫИ при,п ш

к оим'пч иато/п

лГл

> т

« ' <1

П 13

П Ы /«

На

Рис 10 Схема вакуум-сублимационной сушилки с СВЧ-энергоподводом 1 - пресс 2 - корпус сушилки, 3 16 - дверцы, 4 - насадка, 5 - формующие ролики-укладчики, 6 - конвейер 7 - делитель, 8 - продукт, 9, 17 — запредельный волновод, 10 - волновод 11 - машегроны, 12 - диэлектрические линзы, 13 - трубопровод для подключения согласованной нагрузки, 14 - вальцы, 15 - шлюзовый затвор

- осуществление сублимации влаги из продукта в сверхвысокочастотном поле с его одновременным испарительным замораживанием и использованием инертного носителя значительно ускоряет процесс сублимационной сушки и позволяет снизить энергозатраты на ее проведение за счет исключения энергоемкой холодильной машины, обеспечивающей низкую температуру на панели десублиматора,

- использование сочетания СВЧ энергии и энергии паров азота дает возможность значительно увеличить градиент температуры по слою продукта, причем этот градиент направлен в ту же сторону, что и градиенты влажности и давления,

- получение жгута в форме трубы дает возможность доставки паров азота к продукту в любое его поперечное сечение на всем протяжении процесса сушки,

— значительное увеличение срока службы вакуум-насоса за счет более качественного разделения паров воды и неконденсирующихся газов в десублиматоре путём снижения его температуры,

— исключение локального вспучивания жгута и, следовательно, ^образование правильной цилиндрической формы продукта.

Разработан бизнес-план реализации инновационного проекта внедрения способа вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием инертного газа — азота и оборудования для его осуществления

Произведено его технико-экономическое обоснование

Рис 10 Схема устройства для осуществления способа получения сублимированных пищевых продуктов с использованием паров азота-

1 - камера сублиматора, 2 - Экструдер, 3 — нагнетательная камера, 4 - полость, 5 - десублиматор, 6 - испаритель, 7 - насадка в форме сопла Ловаля 8 - источники СВЧ энегрии, 9 - соединительные патрубки, 10-загрузочная воронка

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Исследованы теплофизические и электрофизические характеристики экстракта каркаде как объекта вакуум-сублимационной сушки, а также изучение влияние исходной концентрации сухих веществ на криоскопи-ческую температуру и количество вымороженной влаги, что позволило осуществить разработку новых способов и режимных параметров обезвоживания

2 Реализован процесс вакуум-сублимационного обезвожвания красителя в поле СВЧ при барботировании слоя высушиваемого материала инертным газом — азотом, доказавший возможность интенсификации процесса сушки на 20.. 30 %

3 Проведённы экспериментальные исследования кинетики процессов замораживания и вакуум-сублимационного обезвоживания исследуемого продукта при различных способах организации процесса, которые позволяют сделать вывод о рациональных режимах протекания процесса начальная температура продукта при самозамораживании 267 273 К, конечная температура замораживания 243 248 К, температура паров азота, барботи-руемых через продукт 283 К

4 Разработана математическая модель процесса, адекватно описывающая процессы тепло- и массообмена в условиях вакуум- сублимационного обезвоживания продукта в форме полого жгута и использования паров азота, рассчитывать время сушки и производить инженерные расчеты оборудования при заданных параметрах процесса

5 Разработан способ получения сублимированных пищевых продуктов с использованием комбинации энергии высокочастотных электромагнитных колебаний и паров азота, который позволяет проводить процесс вакуум-сублимационного обезвоживания в непрерывном режиме с рециркуляцией энергии от десублиматора к сублимируемой влаге

6 Разработана методика расчёта расходных характеристик азота, температуры замораживания продукта и десублимации влаги позволяющая определять количество азота, необходимое для осуществления процесса сублимационной сушки

7. Расчет экономической эффективности показал, что внедрение в производство вакуум-сублимационной установки непрерывного действия с комбинированным СВЧ и конвективным энергоподводом составит в сравнении с установками периодического действия 2 236 168 р, а по сравнению с установками непрерывного действия 299 215 р

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

а - коэффициент температуропроводности, м2/с, Л - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К), с - удельная теплоемкость, Дж/(кг К), Т- температура, К,/— частота колебаний электромагнитного поля, Гц, е" — коэффициент поглощения продуктом СВЧ энегрии; IVе - влажность продукта в пересчете на сухие вещества, %, Е — напряженность электромагнитного поля, В/м; р — давление, Па; Сс - концентрация растворенного вещест-

ва, %, w - скорость движения азота, м/с, v - скорость движения жгута, м/с, и — влагосодержание, кг/кг, г— время, с; ат — коэффициент диффузии влаги в материале, м2/с, а -коэффициент термодиффузии влажного воздуха в материале, м2/с; я ж? — коэффициент термодиффузии влаги в материале, м2/с, t - температура продукта, °С, V2 - оператор дифференцирования Ыа-бла, Кр - коэффициент фильтрационного переноса влаги, с, г'* — удельная теплота испарения жидкости, Дж/кг; е — коэффициент характеризующий отношение потока жидкости и пара при нестационарном влаго переносе в процессе, д — относительный коэффициент термодиффузии, г - текущая координата, м

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Антнпов С Т Исследование процесса вакуум-сублимационного обезвоживания пищевых продуктов при различных способах энергоподвода [Текст] / С. Т Антиков, А. А Воронин, А С. Кумицкий, В В. Пойманов,// Вестник международной академии холода - 2007 - №2 - С 44-47

2 Антипов С Т Комплексное использование криогенных жидкостей в процессе вакуум-сублимационной сушки [Текст] / С. Т Антипов, В Е Доброми-ров, А С Беяозерцев, А С Кумицкий^/ Хранение и переработка сельхозсырья -2007 -№5-С 79-81.

3. Антипов, С. Т. Исследование кинетики процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта стевии ¡Текст] / С. Т Антипов, А С. Белозер-цев, А С Кумицкий, А В. Воронин // Материалы отчётной научно-исследовательской конференции. — Воронеж технол акад — Воронеж, 2006 -С 19-21

4 Анмпов, С. Т Применение принципа теплового насоса в процессе вакуум-сублимационного обезвоживания пищевых сред ¡Текст] / СТ. Антипов, С В. Шахов, И С Моисеева, А.С Кумицкий // Сублимационная сушка в фармацевтической и пищевой промышленности Материалы международной технической конференции - М МГУПБ, 2005. -129 с. - С 19-21

5 Воронин, А А Исследование процесса вакуум-сублимационного обезвоживания пищевых продуктов при различных способах энергоподвода [Текст] / А В.Воронин, А. С. Кумицкий, В. В Пойманов//Электронный журнал «Исследовано в России» -2007 -№008.-с 82-90 http/

/zhumai.ape relam.ru/articles/2007/008/pdf

6 Добромиров, В Е Влияние способа замораживания на продолжительность вакуум-сублимационной сушки [Текст] / В Е Добром1фов, С В Шахов, А. С Кумицкий // Материалы П отчетной научной конф. Посвященной 100-летию заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора Попова В И за 2004 г-ч 2-379с -С 135-138

7. Добромиров, В Е Интенсификация процесса вакуум-сублимационной сушки [Текст] / В. Е Добромиров, А С Кумицкий // Материалы отчётной научно-исследовательской конференции -Воронеж, технол акад. - Воронеж, 2006.

8. Добромиров, В Е Использование испарительного замораживания для интенсификации процесса вакуум-сублимационной сушки [Текст] / В Е Добро-

миров, А. С Белозерцев, А. С Кумицкий // Материалы XLIÎ отчетной научной конференции за2003 год. - Воронеж технол акад -Воронеж, 2004 -С 31-32.

9 Добромиров, В Е Моделирование СВЧ-нагрева в процессе вакуум-сублимационной сушки [Текст] / В Е Добромиров, А С. Белозерцев, А. С. Кумицкий, В Б. Черных // Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности - Сб яауч тр Воронеж гос технол акад Воронеж,2005 -№ 15-С 47-50

10 Добромиров, В, Е Перспективы применения сверхвысокочастотной энергии в процессе вакуум-сублимационного обезвоживания термолабильных продуктов (Текст] / В. Е Добромиров, А С. Белозерцев, А С Кумицкий // Материалы XLII отчетной научной конференции за 2003 год. - Воронеж технол. акад. - Воронеж, 2004 - С 30-31

11 Добромиров, В Е Способ сублимационной сушки пищевых продуктов с применением паров криогенных жидкостей в качестве инертной среды [Текст] / В Е Добромиров, С. В Шахов, А С Кумицкий // Материалы II отчетной научной конф. Посвященной 100-легию заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора Попова В. И за 2004 г -Ч.2 - 379с -С 135-138

12 Добромиров, В. Е. Эксгрузионная вакуум-сублимационная СВЧ-сушилка {текст] / В .Е Добромиров, А С Белозерцев, А С. Кумицкий // Материалы XLHI отчетной научной конференции за 2004 год в 3 ч Воронеж, гос технол акад Воронеж,2005,Ч2 -С 155-156

13 Патент 2259525 Российская Федерация. МПК F 26 В 9/06,7/00 Эксгрузионная вакуум-сублимационная СВЧ-сушилка [Текст] / С Т Антипов, И. Т. Крегов, С. В Шахов, А С Белозерцев, И С Моисеева, А С Кумицкий, С. А Бокадаров, В Ю. Мирошниченко - Воронж гос. технол акад, № 2004103647/06, Заявл. 09 02 2004, опубл в Б.И, 2005 № 24

14 Патент 2275564 Российская Федерация МКП F 26 В 9/06 Способ получения сублимированных продуктов и устройство для его осуществления [Текст] / В Е Добромиров, А Ф Брехов, С В Шахов, А С Белозерцев, А С Кумицкий, И С Моисеева, С. А Бокадаров. - Воронж гос технол акад, №2004134207/06, Заявл. 23 Л1.2004, опубл в Б.И, 2006 №12.

15 Ряжских В И. Моделирование процесса вакуум-сублимационной сушки с использованием комбинированного СВЧ и конвективного энершподвода [Текст] / В И. Ряжских, А С Белозерцев, А. С Кумицкий)/ Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2007 - №6-томЗ -С 97-100

Подписано в печать Формат 60x84'/|6 Бумага офсетная Гарнитура Тайме Ризография Усл. печ л. 1,0 Тираж 100 экз Заказ

ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (ГОУВПО «ВГТА») Участок оперативной полиграфии ГОУВПО «ВГТА» Адрес академии и участка оперативной полиграфии 394000 Воронеж, пр Революции, 19

Основные условные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ, ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ЭКСТРАКТОВ СЫРЬЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ.

1.1. Характеристики сырья и современные способы его переработки.

1.1.1. Химический состав сырья.

1.1.2. Методы расширения эксплуатационных свойств природных колорантов.

1.1.3. Методы сушки экстрактов сырья растительного происхождения

1.2. Общие закономерности сублимационной сушки жидких продуктов.

1.2.1. Стадия замораживания.

1.2.2. Стадия сублимации.

1.2.3. Стадия удаления незамороженной влаги.

1.3. Анализ существующих конструкций вакуум-сублимационных сушильных установок.

1.4. Использование азота в процессах тепло- и массообмена в вакуумсублимационных сушильных установках.

1.5. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСТРАКТА КАРКАДЭ КАК ОБЪЕКТА СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ.

2.1. Определение криоскопической температуры и количества вымороженной влаги.

2.2. Исследование теплофизических характеристик экстракта каркадэ.

2.3. Изучение электрофизических характеристик исследуемого продукта.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ ЭКСТРАКТА КАРКАДЭ В ПОЛЕ СВЧ С КОМПЛЕКСНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЗОТА.

3.1. Определение оптимальной концентрации экстракта каркадэ.

3.2. Исследование коэффициента расширения экстракта каркадэ при его испарительном замораживании.

3.3. Описание экспериментальной установки и методика проведения экспериментов.

3.4. Изучение кинетики процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота.

3.5. Определение растворимости полученного продукта.

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМБИНИРОВАННОГО СВЧ И КОНВЕКТИВНОГО ЭНЕРГОПОДВОДА.

4.1. Общий анализ процесса.

4.2. Постановка задачи.

4.3. Решение уравнений модели.

4.4. Методика инженерного расчета оборудования для осуществления непрерывного процесса сублимационного обезвоживания.

4.5. Проверка адекватности разработанной математической модели.

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Методика расчёта расходных характеристик азота, необходимого для осуществления процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ с комбинированным СВЧ и конвективным энергоподводом.

5.1.1. Расчёт расхода паров азота, необходимого для охлаждения экстракта каркадэ до температуры, близкой к криоскопической.

5.1.2. Определение расхода азота, необходимого для охлаждения десублиматора.

5.1.3 Расчёт уточнённой средней температуры десублиматора.

5.2. Разработка сублимационной сушилки непрерывного действия с СВЧ энергоподводом.

5.3. Разработка способа получения сублимированных пищевых продуктов и устройства для его осуществления.

5.4. Расчет экономической эффективности способа и устройства для осуществления вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота.

5.4.1. Определение производительности сублимационной установки.

5.4.2. Стоимость затрат электроэнергии.

5.4.3. Расчет капитальных вложений.

5.4.4. Оценка текущих затрат.

5.4.5. Расчет экономического эффекта.

Внешний вид и цвет пищевых продуктов определяют потребительские свойства и ассортимент изделий. Для восстановления утраченной в процессе переработки естественной окраски или для окрашивания бесцветных продуктов и придания им потребительской привлекательности применяют натуральные, идентичные натуральным и синтетические пищевые красители [15, 94, 69, 89].

Натуральные красители получают из природных источников. В качестве материала для получения красителей чаще всего используют растительное сырье в виде лепестков цветов, ягод, плодов, овощей, корнеплодов, листьев растений и, в том числе, отходов их переработки [99, 58].

Для придания пищевым продуктам ярко-красного цвета используют натуральные антоциановые красители (E163i), которые являются широко распространенными водорастворимыми колорантами и содержат в качестве основных пигментов антоцианы. Антоциановые пигменты в своем составе, содержат ягоды черной смородины (Ribes nigrum), черноплодной рябины (Aronia melanocarpa) и цветки каркадэ (Hibiscus Sabdariffa L.). Однако наибольший выход красителя наблюдается у цветков каркадэ.

Суданская роза (Каркадэ, Гибискус сабдарифа) была известна своими целебными свойствами ещё во времена древнего Египта. Весь комплекс действующих веществ гибискуса оказывает на организм человека антиоксидантное, противовоспалительное, спазмолитическое и гипотензивное действие, является природным иммуномодулятором, активизирует защитные реакции организма и предупреждает инфекционные заболевания. Препараты суданской розы с успехом используются для профилактики и лечения заболеваний верхних дыхательных (ларингиты, трахеиты, бронхиты, фарингиты) и мочевыводящих путей (циститы). Китайская медицина использует гибискус как средство, снижающее давление, препятствующее образованию тромбов и нормализующее циркуляцию крови в организме. Отмечен спазмолитический эффект гибискуса, особенно на маточную мускулатуру. Показан прием гибискуса при потере аппетита.

Существенным недостатком натуральных пищевых красителей, полученных экстрагированием растительного сырья является нестабильность цвета и утрата части биологически активных веществ при хранении, воздействии прямых солнечных лучей, нагревании и окислении кислородом воздуха.

При длительных сроках хранения пищевых красителей для обеспечения качества наиболее целесообразным видится применение прогрессивного метода консервирования термолабильных материалов, а именно вакуум-сублимационной сушки, которая позволяет обеспечить максимальное сохранение большинства нативных свойств пищевых продуктов, биологических материалов и медицинских препаратов в процессе их длительного хранения. Преимущества этого способа определяются тем, что продукт высушивается в замороженном состоянии путем возгонки (сублимации) льда и позволяет сохранить исходные свойства (вкус, цвет, аромат, содержание витаминов и т.д.).

Основным препятствием для широкого внедрения сублимационной сушки в пищевую промышленность является сравнительно высокая стоимость получаемых продуктов за счет длительности и энергоемкости процесса. Решение проблем, связанных с устранением перечисленных недостатков, является актуальной задачей.

Как известно, характер СВЧ-нагрева позволяет резко интенсифицировать процессы тепло- и массообмена, так как прогрев продукта происходит по всему объему и градиенты влажности и температуры совпадают по направлению. Сушка является тем процессом, в котором преимущества СВЧ-энергии проявляются наиболее ярко, при этом предпочтение отдается установкам непрерывного действия.

Однако интенсивное образование паровой фазы при использовании СВЧ-энергоподвода приводит к негативному эффекту, связанному с несвоевременным удалением молекул испарившейся воды от поверхности сублимации, т. к. процесс происходит в глубоком вакууме. Поэтому для обеспечения эффективного транспортирования молекул воды из зоны сублимации целесообразно использовать подвижный инертный газ с температурой, превышающей температуру сублимации, который, в свою очередь, является и дополнительным источником конвективного энергоподвода. Также применение жидких криоагентов в процессе десублимации позволяет снизить энергозатраты процесса за счёт уменьшения энергопотребления холодильной машины.

Поэтому применение сверхвысокочастотного нагрева в комбинации с конвективным, а также применение криогенных жидкостей для охлаждения де-сублиматора, является перспективным направлением на пути устранения вышеперечисленных недостатков в совокупности с организацией процесса в непрерывном режиме.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Исследованные теплофизические и электрофизические характеристики экстракта каркадэ как объекта вакуум- сублимационной сушки а также изученное влияние исходной концентрации сухих веществ на криоскопическую температуру и количество вымороженной влаги, позволили осуществить разработку новых способов и режимных параметров вакуум-сублимационного обезвоживания экстракта каркадэ.

2. Осуществлённый процесс вакуум-сублимационного обезвожвания при барбатировании слоя высушиваемого материала инертным газом - азотом, позволил сделать вывод о возможности интенсификации процесса сушки на 20.30 % за счет дополнительного равномерного подвода теплоты газом и увеличения скорости движения молекул пара, путем их переноса молекулами газа от низа слоя к поверхности испарения с последующим транспортированием к панели десублиматора.

3. Проведенные экспериментальные исследования кинетики процессов замораживания и вакуум- сублимационного обезвоживания экстракта каркадэ при различных способах организации процесса, позволяют сделать вывод о рациональных режимах протекания процесса: начальная температура продукта при самозамораживании 267.273 К, конечная температура замораживания 243.248 К, температура паров азота, барбатируемых через продукт 283 К.

4. Разработанная математическая модель процесса позволяет адекватно описывать процессы тепло- и массообмена в условиях вакуум- сублимационного обезвоживания продукта в форме полого жгута и использованием паров инертных газов, рассчитывать время сушки и производить инженерные расчёты оборудования при заданных параметрах процесса.

5. Разработанный способ получения сублимированных пищевых продуктов с использованием комбинации энергии высокочастотных электромагнитных колебаний и паров инертных газов, позволяет проводить процесс вакуум-сублимационного обезвоживания в непрерывном режиме с рециркуляцией энергии от десублиматора к сублимируемой влаге.

6. Разработанная методика расчёта расходных характеристик азота, температуры замораживания продукта и десублимации влаги позволяет определить количество азота, необходимое для осуществления процесса сублимационной сушки.

7. Расчет экономической эффективности показал, что внедрение в производство вакуум- сублимационной установки непрерывного действия с комбинированным СВЧ и конвективным энергоподводом составит в сравнении с установками периодического действия 2.236.168 рублей, а по сравнению с установками непрерывного действия 299.215,4 рублей.

1. А.с № 309217 Текст. / Э. И. Гуйго, Э.И. Комладзе, З.М. Каухче-швили, JI.C. Малков, Н. В Фомин.

2. А.с. № 193361 "Установка для субллимационной. сушки термочувствительных материалов" Текст. / Э.И. Гуйго, В.В. Илюхин и др. 1965

3. А.с. № 206411 "Способ сушки продуктов" Текст. / Э. И. Гуйго, В.В. Илюхин и др. 1965

4. Агарев, Е.М. Развитие технологий в непрерывной холодильной транспортной цепи для пищевых продуктов Текст. / Е.М. Агарев, JI.B. Куликовская, М.М. Поварчук и др. // Холодильная техника, 1995. № 2. - С. 6 - 8.

5. Акулов, Л. А. Теплофизические свойства криопродуктов Текст.: Учеб. пособие / JI. А. Акулов, Е. И. Борзенко, В.Н.Новотельников, А.В. Зайце. -СПб.:Политехника, 2001. 243 с.:ил.

6. Алмаши, А. Быстрое замораживание пищевых продуктов Текст. / А. Алмаши, А. Эрдели, Т. Шарой Пер. с венгер М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.

7. Антипов, С. Т. Исследование кинетики процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта стевии Текст. / А. С. Белозерцев, А. С. Ку-мицкий, А. В. Воронин // Отчётная научно-исследовательская конференция. -Воронеж.: Воронж гос. технол. акад. 2006.

8. Беркетова, JI. В. Витаминизированные продукты с бета-каротином Текст.: / JI. В. Беркетова, Т. Г. Мухамеджанова, В. М. Кантере. Пищевая промышленность. 1998. С. 18-19.

9. Болотов, В. М. Модифицированные пищевые красители растительного сырья: получение, состав, свойства и области применения Текст.: Дисс. докт. наук. / В. М. Болотов Воронеж.: 2000. - 380 с.

10. Бляхман, Д. А. Исследование процесса вакуум-сублимационной сушки хлебопекарных дрожжей на инертных носителях Текст.: Дисс. канд. техн. наук. / Д. А. Бляхман,- Воронеж, 2001. 198 с.

11. Будак, Б. М. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задачи Стефана Б. М. Будак, Е. Н. Соловьева, А. Б. Успенский, -ЖВМ и МФ. 1965. - Т. 5, № 5. - С. 828-840.

12. Булдаков, А. С. Пищевые добавки Текст.: справочник / А. С. Бул-даков. СПб.: 1996.

13. Вайткус, В. В. Криоскопический метод определения натуральности молока Текст. : Техническая информация ЦИНТИПищепром / В. В. Вайткус. -М.,1964.

14. Верба М. И. Исследования процесса сушки материала методом сублимации Текст.: Канд.дисс. / М. И. Верба. МЭИ, 1965.

15. Верба, М. И. Некоторые особенности сублимации льда в вакууме Текст.: Сб.Трудов МЭИ / М. И. Верба. вып.24,1957.

16. Верба, М. К. Исследование процесса сушки материалов методом сублимации. Текст.: Автореферат кандидатской диссертации / М.К. Верба. -МЭИ, 1955. 22 с.

17. Веселов, А. И. Концентрирование ферментных растворов методом многоступенчатого вымораживания Текст. : Канд. дисс. / А. И. Веселов. М., 1968.

18. Волынец А. 3. Исследование процесса сублимации в поле электромагнитного излучения различного спектра частот Текст. : Канд. дисс. / А. 3. Волынец. -МИХМ, 1969.

19. Волынец, А. 3. Особенности кинетики процесса сублимационной сушки в поле СВЧ. А. 3. Волынец ЭОМ, 1970, 6, с. 44-47.

20. Волынец, А. 3. Тепло- и массообмен в технологии сублимационого обезвоживания в вакууме: Автореферат докторской диссертации / А.З. Волынец -М.:МИХМ, I960.-32 с.

21. Высокоэффективная жидкостная хроматография в биохимии Текст.: / Под. ред. А. Хеншен и др. М.: Мир, 1988.-688 с.

22. Гавтадзе, Т. А. Фокин А.П., Барабадзе И.И. К вопросу создания сушильного аппарата для получения быстрорастворимого чая Текст. / Т. А. Гавтадзе, А. П. Фокин, И. И. Барабадзе // Чай, Культура и производство. № 1 (15). - Тбилиси 1971.

23. Гасюк, Г. Н. Зеденская М Н. Температура замерзания концентрированного сока Текст. / Г. Н. Гасюк, М. Н. Зеденская // Труды Молдавского НИ-ИПП.-№6.- 1956.

24. Гинзбург, А. С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности А. С. Гинзбург. М., Пищевая промышленность, 1966. - 407 с.

25. Гинзбург, А. С. Массообменные характеристики пищевых продуктов А. С. Гинзбург, И. М. Савина. М.: Пищевая пром-ть, 1982 - 280 с.

26. Гинзбург, А. С. О механизме тепло- и массообмена при сублимации в условиях вакуума Текст. : "Тепло- и масообмен при фазовых и хмических превра-щениях" / А.С. Гинзбург, Б.М. Смольский, К.Б. Гисина Сб. Минск, 1968.

27. Гинзбург, А. С. Оборудование для сублимационной сушки жидких пищевых продуктов Текст. : А.С. Гинзбург, Б.И. Ляховицкий / ЦНИИТЭИлег-пищмаш. -М:, 1970.

28. Гинзбург, А. С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов Текст.: А. С. Гинзбург, М. А. Громов, Г. И. Красовская / М:, Пищевая пром-ть. 1980.-288 с.

29. Гуйго, Э. И. Исследование и разработка методов интенсификации сублимационной сушки пищевых продуктов Текст.: Автореферат докторской диссертации / Э. И. Гуйго. М.: МТИШ, 1956. - 48 с.

30. Гуйго, Э. И. Сублимационная сушка пищевых продуктов Текст.: / Э. И. Гуйго, Н. К. Журавская, Э. И Каухчешвилли М.: пищ. Пром-сть 1966-354с.

31. Гуйго, Э. И. Исследование и разработка методов интенсификации сублимационной сушки пищевых продуктов Текст. : Э. И. Гуйго / Диссертация на соиск уч. степени д.т.н. ЛТИХП, МТИПП, 1966.

32. Гухман, А. А. Волынец А. 3. О характере сублимации льда в вакууме Текст. / А. А. Гухман, А. 3. Волынец // ИФК. №5 . -1968. (38Гинс)

33. Гухман, А. А. О характере сублимации льда в вакууме А. А. Гухман, А.З. Волынец // ИФЖ . 1968. - № 15. - С. 778-781.

34. Дён Г. Руководство к практическому применению преобразований Лапласа. -М. Физматиз., 1971.-288с.

35. Добромиров, В.Е. Интенсификация процесса вакуум-сублимационной сушки Текст. / В. Е. Добромиров, А. С. Кумицкий // Отчётная научно-исследовательская конференция. Воронеж.: Воронж гос. технол. акад. - 2006.

36. Ермакова, Е.А. Некоторые результаты экспериментального исследования теплообмена при сублимации льда Е.А. Ермакова // ИФЖ. 1958. - № 12.

37. Ермакова, Е. А. О механизме тепло- и массообмена при сублимации льда под вакуумом Текст. / Е. А. Ермакова // ИФй. 1958. - № П, С. 32-34.

38. Заявка 51-109023, Япония. С 09 В 61/00. Способ изготовления стабильного красителя / Ясуко Т., Акиро Н. №50-32926; Заявлено 20.03.75; Опубл. 27.09.76.

39. Заявка 60-127370, Япония. С 09 В 61/00. Получение нетоксичного красителя / Масаеси И., Тоесио Ц. №58-234808; Заявлено 12.12.83; Опубл. 6.07.85.

40. Камовников, Б. Л. Исследования, методы расчета и оптимизация процесса вакуум-сублимационной сушки мясных- и молочных продуктов. Текст. : Автореферат докторской диссертации / Б. JL Камовников. М.: МТШ1МШ, 1980.-39 с.

41. Камовников, Е. П. Вакуум-сублимационная сушка пищевых продуктов Текст.: / Е. П. Камовников, JI. С. Малков, В. А.Воскобойнинов -М.:Агропромиздат, 1985-288с.

42. Каухчешвили, Э. И. Исследование процессов и научные основы разработки оборудования для сублимационного консервирования пищевых продуктов и биологических материалов Текст. : Автореферат докторской диссертации / Э. И. Каухчешвили. М.: ЮТМШ, 1968. - 36 с.

43. Коввацкий, В. И. Исследование процесса сублимационное сушки быстрорастворимого кофе в вакууме Текст. : Автореферат канд.дисс. / В.И. Коввацкий. -М.: 1971т.

44. Комладзе, 3. М. Исследование процессов тепло- и массообмена при намораживании вязких материалов на движущейся охлаждаемой поверхности Текст. : Сб. "Тепло- и массоперенос" т.VI / 3. М. Комладзе, Э. И. Гуйго, А.И. Михайлов. Минск. 1972.

45. Красников В.В. Диссертация д.т.н., МТИПП,1968.

46. Кретов, И. Т. Способ сублимационной сушки в сверхвысокочастотном поле Текст.: / И. Т. Кретов, С. В. Шахов, А. С. Белозерцев // Хранение и переработка сельхозсырья. 2001. -№9.

47. Крыжановский, В. К. Производство изделий из полимерных материалов Текст.: / В. К. Крыжановский, М. Л. Кербер, В. В. Бурлов, А. Д. Пани-матченко. Профессия. - 2004. - 464 с.

48. Лаховицкий Б. М. Исследование процесса сублимационной сушки жидких пищевых продуктов Текст. : Канд.дисс / Лаховицкий Б.М. -МТИПП, 1968.

49. Лебедев, Д. П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме Текст.: / Д. П. Лебедев, Т.Л. Перельман-М.:Энергия, 1973—336с.

50. Лебедев, Д. П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме Текст. / Д.П. Лебедев, Т.Л. Перельман. М.: Энергия, 1973. - 336 с.

51. Лебедев, П. Д. Сушка инфракрасными лучами Текст. / П.Д. Лебедев. Госэнергоиздат, 1955.

52. Луцкая, Б. П. Получение красителей из растительного сырья Текст.: / Б. П. Луцкая, Н. И. Славуцкая М.: 1977.

53. Лыков, А. В. О некоторых особенностях механизма сублимации и образования кристаллов льда в условиях вакуума Текст. : ИФЖ / А.В. Лыков, Б.М. Смольский, П.А. Новиков, ЕЛ Вагнер. № 5. -1968.

54. Лыков, А. В. Расчет тепловых потерь на нагревание влажного грунта в условиях подземной газификации углей Текст. / А. В. Лыков, А.А. Поив-ракцев // Ж. Подземная газификация углей . №9. - 1935

55. Лыков, А. В. Теория сушки Текст. / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1968.-471 с.

56. Лыков, А. В. Теплообмен Текст.: Справочник / А. В Лыков -М.: Энергия, 1978.-480 с.

57. Лыков, А. В. Теория тепло- и массопереноса Текст. / А.В. Лыков, Ю.А. Михайлов. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 536 с.

58. Лыков, А. В. Тепло- и массообмен в процессах сушки Текст. / А.В. Лыков. Госэнергоиздат,1956.

59. Лыков, А. В. Явления переноса в капиллярно-пористых телах Текст. / А.В. Лыков А.В. ГИТТЛ, 1954.

60. Математическое моделирование процесса вакуум-сублимационной сушки гранулированного продукта во вращающемся барабане Текст.: / А.И. Шашкин, В. Б Черных, С. Т. Антипов, С. В. Шахов // Вестник ВГУ сер.физика, математика. 2001г. -№2. -С. 123-131.

61. Моделирование процесса вакуум-сублимационной сушки пищевых продуктов в поле СВЧ Текст. / И. Т. Кретов, А. И. Шашкин, С. В. Шахов, В.Б. Черных, А.С. Белозерцев // Изв. ВУЗов. Пищевая технология. 2003 - №5. -6. -С.65-68.

62. Некрутман, С. В. Диэлектрические свойства пищевых продуктов на частоте 2375 МГц Текст. / С. В Некрутман // Электронная обработка материалов. 1973. - №4. - с. 82-84.

63. Нечаев, А. П. Пищевые добавки Текст.: / А. П.Нечаев, А. А. Кочет-кова, А. Н. Зайцев М.: 1997.

64. Николаенко, С.В. Повышение эффективности сублимационной сушки ферментных препаратов Текст. : Дисс. канд. техн. Наук / С.В. Николаенко. Воронеж. 1990.

65. Новиков, П. А. Исследование процесса тепло- и массообмена при сублимации в условиях вакуума Текст. : Канд. дисс.,ИТМО / П. А. Новиков. -АН БССР, 1963.

66. Осипова, В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена Текст. / В. А. Осипова. М.: Энергия. 1979. - 320 с.

67. Павлов, И. О. Активные потери пищевых продуктов Текст. / И.О. Павлов. Сб/.ГОСИНТИ, 1958, с. 43-49.

68. Парфентьева, Т.Д. Определение температуры замерзания вина расчетным методом Текст. / Т.Д. Парфентьева // Виноделие и виноградарство. -1952,-№6.

69. Пат. 1427006 France F 26 b Precede de Lyophilisation operant en continue! appareilage permttant la mise en ocuvre dun tel precede Текст. / Heurtey S.

70. Пат. 1529527 France F26 b Precede et dimpositif pour leyapiration et la congelation de diyern liqides souse forme diviss.

71. Пат. 1537866 United Kingdom F 26 b Lyophilisation da partikules da produits liquides corgeles en couches minces Текст. / Fhirry L., Jacques I.

72. Пат. 2008314 Российская Федерация. С 09 В 61/00. Способ получения антоцианового красителя / В. М. Болотов, B.C. Черепнин, J1.A. Янова (Россия). № 4950203/13; Заявлено 26.06.91, Опубл. 28.02.94; Бюл. № 4 // Изобретения. 1994. №4. С. 84

73. Пат. 2025475 Российская Федерация. С 09 В 61/00. Способ получения антоцианового красителя Текст. / В.М. Болотов, B.C. Черепнин, Л.П. Ве-селова, М.Ю. Ефанова№ 5062197/13; Заявл. 14.09.1992, опубл. 30.12.1994. Бюл. № 24 // Изобретения. 1994. №24. С. 9

74. Пат. 2220172 Российская Федерация. Способ получения антоцианового красителя из цветочного сырья / А. П. Один, А. Д. Хайрутдинова, В.М. Болотов.

75. Пат. 3222182 United Kingdom. Ins./ 99-77 Drying instant tea Текст. / Henderson R.W. Thomas I. Lipton.

76. Пат. 2197874. Российская Федерация способ получения сублимированных пищевых продуктов и установка для его осуществления Текст. / С.Т. Антипов, И. Т. Кретов, С. В. Шахов, В. Е. Игнатов, А. С. Белозерцев. -ВГТА, 2003.(5)

77. Пищевые добавки. Дополнения к "Медико-биологическим требованиям и санитарным нормам качества продовольственного сырья и пищевых продуктов" Текст.: / М.: 1994.

78. Поповский, В. Г. Сублимационная сушка пищевых продуктов растительного происхождения Текст. / В. Г. Поповский. М.: Пищевая промышленность. 1975. 47 с.

79. Растит, ресурсы Текст.: / АббасАлиМохаммед, В. А. Бандюкова, Ю.Г. Пищков и др. -1993. -№2. -С. 31.

80. Рогов, И. А. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов Текст. / И.А. Рогов, С.В. Некрутман. М.: Агропромиздат, 1986. - 351 с.

81. Рудаков, О. Б. Растворитель как средство управления процессом в жидкостной хроматографии Текст. / Рудаков О. Б. Воронеж: ВГУ, 2003.-300 с.

82. Сарафанова, JI. А. Применение пищевых добавок: Технические рекомендации Текст.: (2-е изд) / JT. А. Сарафанова, И. Е.Кострова СПб.: 1997.

83. Смыслов, В.И. Межведомственная комиссия по охране озонового слоя Текст. / В.И. Смыслов, А.А. Соловьянов // Холодильная техника, 1997,-№5.

84. Татев, С. С. Антоцианы в плодах и овощах Текст. / С. С. Татев -М.: Пищевая пром-сть, 1980. 304 с.

85. Файвишевский, М. Л. Переработка крови убойных животных: Учебник для кадров массовых профессий Текст. / М. Л. Файвишевский. М.: Агропромиздат, 1988. - 224 с.

86. Харламова, О. А. Натуральные пищевые красители Текст.: / О.А. Харламова, Б. В. Кафка М.: 1979.

87. Харламова, О. А. Натуральные пищевые красители Текст.: / О.А. Харламова, Б. В. Кафка-М.: Наука, 1989. -191 с.

88. Холодильная техника и технология Текст. / Под ред. А.В. Руцкого. М.: ИНФРА-М, 2000. - 286 с.

89. Чижов, Г. Б. К теории кристаллооброаования при вымораживании пищевых продуктов Текст. / Г. Б Чижов // Холодильная техника. 1958. -№4.

90. Чижов, Г. Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых продуктов Текст. / Г. Б. Чижов. М.: Пищевая промышленность.1979. 272 с.

91. Чижов, Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых продуктов Текст. / Г.Б. Чижов. М.: Пищевая пром-ть, 1979. - 272 с.

92. Чудновский, А. Ф. Теплообмен в дисперсных средах Текст. / А. Ф. Чудновский. -М.: Гостехиздат, 1954.-444 с.

93. Шахов С. В., Белозерцев А.С. Разработка способа сублимационной сушки экструдированных продуктов Текст. : Материалы XXXIX отчетной конференции за 2000 год В 2 ч. / С. В. Шахов // ВГТА. Воронеж 2001. - 4.1. С,- 127.

94. Шостка, Г. Д. Железодефицитное малокровие и некоторые вопросы регулязии эритропоэза Текст. / Г. Д. Шостка. JI.: 1970.

95. Шумский, К.П. Основы расчета вакуумной сублимационной аппаратуры Текст. / К.П. Шумский, А.И. Мялкин, И.С. Максимовская. М.: Машиностроение, 1967. - 223 с.

96. BioByte Электронное издание. / (http://www.biobyte.com)

97. Dow develops new procass for concentrating aqueous solutaons Chemilka Текст. // Canada. 1968. - №11.

98. Gidday, A. Procede de preparation dun extrait dethe Текст. / A. Gid-day., L. Vuataz.

99. Kan, B. Acceleration Freeze drying thongh improvect heat transfer Текст. / В. Kan, F. Winter// food Techology. 1968. -№10.

100. La Brooke, Lyophilisation du the a lusine de ST-Abans Текст. / Grande Bretagne // Industres et agricoles. 1967 - №6.

101. Merken, H. M. Chromatogr Текст. / H. M. Merken, G. R. J. Beecher -A2000,-V. 897.-P. 177.

102. Niedzielski, Z. Zatezanie roztworow metoda kriokoncentracjii. Zesz nauk. Politechnik lodzk текст. / Z. Niedzielski, 1969. 121 c.