автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Совершенствование процесса замораживания в технологии вакуум- сублимационной сушки пищевых продуктов с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильнй машины



На правах рукописи

Хуссейн Мохамед Маграбие Слама

Совершенствование процесса замораживания в технологии вакуум - сублимационной сушки пищевых продуктов с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины

Специальность: 05.04.03 - Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения.

2 ь

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011

2 ИЮН 2011

4848759

Диссертация выполнена на кафедре «Холодильная техника» ГОУ ВПО «Московский государственный университет прикладкой биотехнологии»

Научный руководитель:

- доктор технических наук, профессор

Венгер Клара Петровна

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор

Сухомлинов Игорь Яковлевич

- кандидат технических наук, доцент

Шахов Сергей Васильевич

Ведущая организация:

ГНУ Всероссийский научно - исследовательский институт птицеперерабатывающей промышленности Россельхозакадемии

Защита состоится "28" июня 2011 г. в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 212.149.05 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет прикладной биотехнологии» (109316, Москва, ул. Талалихина, 33, конференц-зал).

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке МГУПБ.

Автореферат разослан "д£4г" 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Максимов Д.А.

Общая характеристика работы

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Одной из важнейших задач многих отраслей промышленности было и остается создание технологий и оборудования, обеспечивающих длительную сохранность нативных свойств пищевых продуктов.

В промышленном масштабе наибольшее практическое применение получили две технологии для достижения длительных сроков хранения продукции. Первая предусматривает её замораживание и дальнейшее хранение в замороженном состоянии. Вторая технология предусматривает удаление из продукта части влаги.

Наиболее широкое применение для сушки биологически активных растворов и пищевых продуктов получил вакуум - сублимационный способ, при котором удаление влага осуществляется в вакууме испарением при давлениях, превышающих давление тройной точки воды - обычно при 1,9 3,9 кПа. Технологический процесс такой сушки состоит из следующих основных операций: отбор и предварительная подготовка сырья, замораживание, сублимационная сушка, упаковка, хранение высушенного биоматериала.

Многолетняя практика и многоплановые научные исследования свидетельствуют о том, что уровень качества сублимированных термолабильных материалов формируется, при прочих равных условиях, именно на стадии их замораживания. В отраслях прикладной биотехнологии и фармапроизводствах это обстоятельство приобретает решающее значение.

На современном уровне теоретических знаний о взаимовлиянии режимов замораживания и последующим вакуумном сублимационном обезвоживании общепризнанным является факт преимущества быстрого замораживания в условиях низких температурных и интенсивного теплообмена в технологиях производства вакцин, ферментов, лекарственных препаратов и других объектов.

Этим требованиям в значительной мере отвечает использование воздушной турбохолодильной машиной (ВТХМ), детандер которой одновременно обеспечивает низкую температуру (-60+ -120 °С) и скорость потока воздуха от 5 до 25 м/с. К преимуществам данной системы хладоснабжения относится использование естественного и, следовательно, дешевого и экологически безопасного хладагента - атмосферного воздуха.

Исследованию процесса быстрого замораживания пищевых продуктов широкого ассортимента низкотемпературным воздухом от детандера ВТХМ были посвящены диссертационной работы Антонова A.A., Бобкова A.B., Стефановой В.А., Шахмеликяна Г.Б. Однако в этих работах не рассматриваются вопросы режимов замораживания во взаимосвязи с процессом сублимационной сушки, а также уровнем качества высушенного материала.

Решению данной проблемы и посвящена диссертационная работа.

Исследования по сублимационной сушке продукта выполнены по руководством д.т.н Семенова Г.В.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка процесса предварительного замораживания с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины, как фактора снижения энергозатрат и повышения качества пищевых продуктов в технологии вакуум - сублимационной сушки.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ работы:

- разработать математическую модель расчета продолжительности замораживания пищевых продуктов с учетом условий теплообмена, обеспечиваемых воздушной турбохолодильной машины;

- выполнить экспериментальные исследования с целью проверки адекватности результатов аналитических расчетов процесса замораживания, а также получения параметров процесса сублимационной сушки с учетом режима традиционного предварительного замораживания продукта и низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины;

- произвести сравнительную оценку качества высушенного биопродукта после предварительного его традиционного замораживания и с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины;

- выполнить расчеты, с использованием разработанной математической модели и определить степень влияния на продолжительность замораживания интервала температур воздуха и скорость его потока, обеспечиваемых турбохолодильной машиной, технологических параметров продукта, а также симметричных и несимметричных условий теплообмена;

- провести энергетический анализ работы вакуум - сублимационной установки с использованием, для предварительного замораживания биопродукта, низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Разработана математическая модель расчета продолжительности процесса замораживания низкотемпературным воздухом пищевых продуктов при симметричных и несимметричных условиях теплообмена с использованием интегрального метода теплового баланса и квадратичного полинома распределения температуры при решении уравнения теплопроводности. Модель использует численные методы решения с применением компьютерной программы Мар1е 7.

Получены экспериментальные данные основных параметров процесса замораживания биопродукта - пшеничной клейковины, с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины, доказывающие адекватность аналитических расчетов продолжительности замораживания (т) на уровне 1,5 %, коэффициента теплоотдачи (а) - 0,7 %.

Получены, на основе аналитических расчетов, графические зависимости продолжительности процесса замораживания (т) пищевых продуктов класса П1 -мясопродукты в зависимости от температуры воздуха, обеспечиваемой турбохолодильной машиной, технологических параметров продукта и значений коэффициента (к) несимметрии теплообмена.

Разработан, на основе предложенной математической модели, метод расчета безразмепной координаты фронта кристаллизации (£о)» определяющей термический центр замороженного продукта и построены графические её зависимости от исследуемых параметров процесса замораживания биопродукта.

Получены результаты расчетов, с использованием компьютерной программы Microsoft Office Excel 2003, коэффициентов корреляции (у) и построены гистограммы, позволяющие количественно оценить степень влияния на продолжительность замораживания (т) и координату термического центра (го) продукта основных параметров процесса при симметричных и несимметричных условиях теплообмена.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Разработаны номограммы, необходимые для выбора режимов замораживания в технологии вакуум - сублимационной сушки, а также в технологии быстрого замораживания пищевых продуктов, позволяющие определить продолжительность процесса (т) в интервалах температур воздуха (tcp=—60 + -120 °С), толщин продукта (L= 0,02 + 0,1 м), начальной его температуры (tHa4= 5 + 25 °С) и значений коэффициента несимметрии теплообмена (к= 1,0; 1,5; 2,0).

Получены экспериментальные данные процесса вакуум - сублимационной сушки биопродукта - пшеничной клейковины, доказывающие, что предварительное замораживание низкотемпературным воздухом (tcp= -60 °С) от турбохо-лодильной машины позволяет сократить продолжительность дальнейшей её сублимационной сушки на 25 %, и на 50 % — общую продолжительность процесса (замораживание + сушка) в сравнении с режимом традиционного замораживания в условиях кондукгивного теплообмена при температуре (tcp= -30 °С).

Получены результаты качественных исследований, выполненных совместно с кафедрой «Органическая химия» МГУПБ, позволившие доказать, что способ сушки биопродукта - пшеничной клейковины с примененной низкой температуры (tcp= -60 °С) предварительного замораживания, в сравнении с традиционным режимом (tcp= -30 °С), значительно улучает растворимость, пенообразующую и жиросвязывающую способность, что обеспечит эффективное её применение в производстве кондитерских изделий, при изготовлении мясных продуктов.

Разработан метод и получены результаты расчетов, с использованием компьютерной программы Maple 7, величины эксергии четырех процессов, обеспечивающих непрерывную вакуум - сублимационную сушку биопродута - клейковины; замораживания- езам; конденсации - десублимации- екон; сублимации ~есуб; работы вакуумного насоса- евак и общей (еовщ) в зависимости от исследуемых параметров процесса: температур нагревателя (tHar= 20 + 60 °С), конденсатора (tK0H= -30+ -60 °С) и давления в камере (Рк= 50+ 500 Па). Результаты расчетов представлены графическими зависимостями.

Построена гистограмма значений коэффициентов корреляции г, оценивающая степень влияния на общую величину эксергии (е0бШ) исследуемых парамет-

5

ров процессов и позволяющая определить пути сокращения энергозатрат на работу BaKvvM - сублимационной сушки биопродукта.

' АПРОБАТТИЯ РАБОТЫ:

Основные положения работы обсуждались и докладывались: на международной научно-технической конференции: «Ресурсосберегающие технологии при хранении и переработке сельскохозяйственной продукции» (Орел, 2010); на заседании кафедры « Холодильная техника» МГУПБ.

ПУБЛИКАЦИИ.

Основные положения работы опубликованы в 5 печатных работах, в т.ч.З в реферируемых ВАК журналах.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ:

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 202 стр., включает 194 стр. основного текста, 65 рисунков, 27 таблиц, 129 литературных источников и 1 приложения на 7 стр.

Содержание работы

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность выбранной темы и определены цели и задачи исследований.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ представлен обзор информационного материала, который позволил обосновать пути совершенствования процесса замораживания в технологии вакуум - сублимационной сушки пищевых продуктов с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ представлена математическая модель расчета продолжительности процесса замораживания пищевых продуктов при симметричных (к= 1,0) и несимметричных (к > 1,0) условиях теплообмена с использованием интегрального метода теплового баланса и квадратичного полинома распределения температуры при решении уравнения теплопроводности.

Предлагаемая модель использует численные методы решения с применением компьютерной программы Maple 7. Процесс замораживания разделяется на три характерных стадии: охлаждения, замораживания и домораживания.

В расчетах принимали, что на противоположных поверхностях продукта различные значения коэффициентов теплоотдачи (oti Ф ai) и различные температуры охлаждающей среды (tcpl ф tcp2).

Аналитическое описание стадии охлаждения (рис. 1) связано с решением уравнения теплопроводности для возмущенных слоев:

a d2t(x'T)- at при0<t<tj,0<x<Li(x)иL-L2(t)<x<L, (1)

„ Эх2 дх'

Для решения приняты следующие начальные и граничные условия: Начальное условие (т = 0): t, (х, 0)=tn (х, 0)=tHa4 и L, (0)=L2 (0)=0 (2)

Граничные условия на поверхностях пластины (х = 0 и х = L):

dt,(x,t)

^hMU-tJ ; -я.

dtnM

=4.1 ML-d (3)

На температурных фронтах (х=Ь|(т)их = Ь-Ь2(х)):

хНп1ь"Ч. и --—=---=0 (4)

Решение поставленной задачи проводилось с учетом безразмерных переменных:

»epl

а,

1 о &. • £ * 1 ; | ш , II

- 1 1 t F 1 1 1 ! i I 1 i *cp2 0-1 X

, j L

L, i X^ F L-Ыт) , ii

Xi= ^i(t) 1 i

е х L(t) „ п_та aL _/к nN t(x, т)-1к.

Li Ь L, h Цф V^p

Рис. 1. Расчетная схема стадии охлаждения для пластины при несимметричных условиях теплообмена:

I, II- возмущенные зоны; III- невозмущенная зона; L, Li, Lr- толщины, соответственно, всей пластины и возмущенных слоев, м.

х = 0

Распределение температуры в возмущенных слоях задавалось полиномами второй степени: Tg, Fo)= с,(Fo)+ с2(Fo)^+с3(Fo) ^ , (5)

где ci(8), с2(9) и с3(0)- коэффициенты, зависящие от Bi, Тии и г|(6). Распределения температуры в возмущенных слоях Т^^, 9):

'Bi,(TM„+l)

! 2| Bi,(TH„ + l)% I JiiiVW^M Ы Bi.,1,+2 У (ni(Biin,+2)JS '

(б)

Для определения толщины возмущенного слоя 111(8) использован метод теплового баланса: А , (1п (Ш ,г|,+ 2) - 1п (2)) + А г((В1 ,т!, + 2)2- (2)2) = Ро А 3, (7) где Аь А2 и А3- коэффициенты, зависящие от (В!,) и (Тнач).

Т

А [ =

Bi,

4 (2Т и„ -1) 3 Bi

А2 =-

1

Bi,

HA3=-2Bi,(Tm4+l) .

Стадия замораживания состоит из трех этапов; достижение правой поверхностью пластины криоскопической температуры продукта (Тп(1, F02) = Ткр); исчезновение невозмущенной зоны в момент встречи двух температурных фронтов; этап встречи фронтов кристаллизации.

Постановка задачи первого этапа замораживания (рис. 2) представляет собой систему уравнений Фурье для зон (I) и (IV). В ходе решения использованы следующие безразмерные комплексы:

Т„.).в вР 2 ( 1нач ~ Хф) . А _ -, а„ =-, л - —.

8 =

_б(т) т _ tjy ~tCpi

Т =

t„-t„

L ькр Lcpl

Начальное условие:

• Т - ti ~*«Р - о _CPi С1»

' — , , ' HV—

t_-t„

гл 'л

Т1(Л|,91)=ТНИ и (0[) = О ; (8)

Граничное условие при ^ = 0 представляет собой уравнение, аналогичное (7); на температурном фронте - уравнение (8) и на фронте кристаллтатши:

Т,,.(е. ,в)=Т1(е.,0)=Тч). (9) Задача сводится к решению уравнения теплопроводности с подвижными

границами (условие И. Стефана):

tcpl

ai

X я s я s ЕВ S1 t © * t 1 E: »I l: Ii 1 Bi 2< ¡г: f Температурный фронт tcpj «2 X

:

6,(x) i i t i

- Li и

IV i -» ш II

х=0

4 дх.

х=б,(т)

^ &

= ГЛ р2

-6.W

сЦ dr

(IQ

Рис. 2. Расчетная схема первого этапа замораживания продукта для пластины при несимметричных условиях теплообмена:

I, II- незамерзшие зоны; III невозмущенная зона; IV- замерзшая зона.

Для решения использовали линейное распределение температуры в замороженном слое и в виде полинома второй степени - в незамороженном:

С учетом дифференциальных соотношений Т.Р. Гудмана получены уравнения, позволяющие определить значения г|1(То) и е|(То) в любой момент времени.

i—

A.St:

Bi,

r2.StI-

Стач! TKpI)

ds,

(13)

М^о)) 1 (ц^оУ^о)) сШо'

Численное решение системы уравнений (12) и (13) позволило получить зависимость координат температурного фронта тц^0) и фронта кристаллизации б^о) отБо (рис. 3).

Для определения продолжительности второго этапа замораживания решаются дифференциальные уравнения теплопроводности для зон (II) и (V) (рис. 4).

Постановка задачи на втором этапе также включает в себя начальные и граничные условия, условие Стефана и безразмерные переменные:

Tv&Fo)=

t„-t,

СР2 .

t -t , кр cpz

т„№)=

t,-t,P. ^нач ^кр

StI, -StI,

£l> Ii 0,9

n о

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

' г

1 •п-------

i

_______^iiÜL ___________ ------------

/ 1

I___________

______

гис. J. зависимость КийрДйКаТ

температурного фронта r|i и фронта кристаллизации £i от значений Fo.

tcpl «1

IV

х= О

0,02

0,04

■®1

ж 3!

1\

к

-re-

in : п

0,06

tcp2 «2

0,08

ОД

Fo

Рис. 4. Расчетная схема второго этапа стадии замораживания:

I, II- незамерзпше зоны; III- не возмущенная зона; IV, V- замерзшие зоны.

На данном этапе распределение температуры для зон (II) и (V) принимаются:

Bi2(c;(Fo)-S)

ТПЙ. Р0) = ТН1Ч-(Т„„-ТКР) У . I и Ту(^,Ро)= ^ +Ткр (14)

Получены окончательные выражения для г|2(Ро) и ег(Ро), решение которых также позволило построить зависимость их от значений Ро (рис.5).

р(т.ип-т.фп)4 т +т ^^--¿к! лм

_дс Bi2 _ 2S

V (l+Bi2 (1-£2(Fo) 2st"

С^ачЛ-Ткрп)0^ de

(16)

k(Fo}-s2(Fo) dFo

Второй этап заканчивается, когда невозмущенная зона исчезает в момент встречи двух температурных фронтов ^(Роз) = ^(Роз) = т|0(Ро3).

62,42 1

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

ГО

\

ч

гис. э. зависимость координат температурного фронта Цг и фронта кристаллизации е2 от значений Ро.

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 Го

Третий этап стадии замораживания начинается, когда температура в центре продукте Т(^0, Роз) понижается ниже, чем начальная температура продукта и до тех пор, пока в термическом центре будет достигнуто значение криоскопической температуры. В этот момент начинается фазовый переход, а при встрече фронтов кристаллизации £1^04) = £2^04) = ёо(Ро4) фазовый переход и вся стадия замораживания заканчиваются.

Математическая модель стадии домораживания (рис. 6) идентична модели стадии охлаждения, однако отличается от нее тем, что температура в термическом центре пластины (Тц) изменяется.

Распределение температуры задавалось полиномами вида:

Л В1,е0 +2 ) ( В1,е0+2 ^ г0(В!,е0 +2) )

В итоге получено следующее уравнение: е

«1

8.

VI 1 VII ^ср2 а.г

1

1 \

Г

«о *

х=0

1п(Тц+1) = 1П(Ткр+1)+С,(Ро-Ро4) где С]- безразмерный комплекс.

(18)

С=(-6В1,)/ 1 /(бе0+2ВМ20)

Рис. 6. Расчетная схема стадии домораживания.

Стадия домораживания заканчивается, когда температура в термическом центре продукта достигает заданного значения Т(е0, Ро5) = Тзая.

В данной главе представлено аналитическое определение коэффициента тегптотттачи в условиях несимметричного теплообмена, необходимого для расчетов с использованием разработанной математической модели.

В сублимационной установке замораживание пищевых продуктов и дальнейшая их сушка осуществляется на металлическом поддоне - противне, что характеризует несимметричные условия теплообмена. При этом существует разница между коэффициентами теплоотдачи на поверхностях продукта (а^а2) (рис. 7).

Коэффициент несимметрии теплообмена (к) можно представить, как отношение тепловых потоков: к = о,\/а.2 = и Кг^-Ц); Яг= К2(1С - Ц), (19)

К1= . I ; К2=--^-^---— , (20)

1 . в:

пр!

1 ,6

пр2

А

"пр а1 ' Лпр ' М ' ' акон

где аь а2- коэффициенты теплоотдачи на поверхностях продукта, ВтАЙС; ц,, удельный тепловой поток из термического центра (С) к верхней и нижней поверхностями, Вт/м2; К,, К2- общие коэффициенты теплопередачи, соответственно, со стороны верхней и нижней поверхностей, Вт/м2К; г€- температура в тер-

0п. * ________„_______О г

мическом центре, С; Ц-

температура среды, С.

Рис. 7. Схема несимметричного воздействия на продукт при его размещении на поддоне-противне:

1- стеллаж; 2- противень; 3- продукт; (Х|- коэффициент теплоотдачи на поверхностях, свободно обдуваемых воздухом, Вт/м2-К; С- геометрический термический центр продукта; 8прь 8пр2~ расстояние от термического центра, соответственно до верхней и нижней поверхностей продукта, м; 5Ь §2- толщины материала противня и стеллажа, м.

При расчете коэффициента теплоотдачи (а) рассматривались два способа замораживания: быстрый, с использованием ВТХМ и традиционный, на базе паровой холодильной машины, используемый в сублимационной установке. Для замораживания первым способом рекомендуется следующее выражение для определения коэффициента теплоотдачи: N11 = 0,0296 ■ Яе0'8 ■ Рг°'43, (21) где Ле, Рг- соответственно, критерии подобия Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля.

Для замораживания продукта традиционным способом рассматривается свободная конвекция для горизонтальной поверхности в пределах значений Ю5<0г-Рг<10и и используется следующее соотношение: N11=0,15-(Рг(Зг)1/3 (22) где & - критерий подобия Грасгофа.

ВО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ диссертации представлены результаты экспериментальных исследований, позволившие оценить влияния режимов предварительного замораживания на процесс дальнейшей сублимапионной сушки биопродукта и проверить адекватность разработанной математической модели.

Исследования проводились на базе двух экспериментальных стендов. Первый стенд организован на базе действующей лабораторной вакуум - сублимационной установки в МГУПБ. Общий вид лабораторного стенда показан на рис.8. На данном стенде проведены исследования процесса вакуум - сублимационной сушки биопродукта с предварительных его замораживанием в условиях кондуктивного теплообмена при температуре (1Ср= -30 °С).

Рис. 8. Общий вид лабораторной вакуум - сублимационной установки СВП-0,36:

1- сушильная камера; 2— две холодильные машины; 3- вакуумные насосы; 4-пульт управления; 5- пульт управления среднетемпера-турной холодильной машиной; 6- пульт управления низкотемпературной холодильной машиной; 7- компьютер оператора; 8- манометрическая станция холодильных машин

Второй стенд был организован на базе опытной низкотемпературной камеры с воздушной турбохолодильной машины, установленной в НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова (рис.9).

С использованием данного стенда проводились исследования процесса замораживания низкотемпературным воздухом (-60 °С) от ВТХМ биопродукта с последующей его сушкой в установке СВП-0,36.

Для проведения данных исследований использовалась разработанная на кафедре «Холодильная техника» МГУПБ контрольно - измерительная система ИРТ-4, на базе 10 - канального измерителя температуры и плотности тепловых потоков, переносного компьютера, а также машинных программ, позволяющих производить выбор и обработку экспериментальных данных с дальнейшим раздельным графическим построением температурного поля (термограммы) замораживаемого продукта, кривых изменения плотности тепловых потоков, а также функционально зависимых кривых - среднеобъемной температуры и коэффициента теплоотдачи (а).

Рис. 9. Принципиальная схема опытной низкотемпературной камеры с воздушной турбохолодильной машиной: 1- электродвигатель; 2- компрессор; 3- винтовой агрегат; 4, 5, 10- фильтр; 6- концевой холодильник; 7- вентилятор; 8, 11, 12, 14, 15, 20- клапаны; 9- сепаратор; 13- блок осушки; 16- сосуд-осушитель; 17-дюза; 18-регулятор давления; 19-расходомер; 21-теплообменник; 22-турбоде-тандер; 23- турбодетандерный агрегат; 24-масляный насос; 25-масляный холодильник; 26- бак масла; 27- камера; 28- воздухораспределитель; 29- тележка; 30- продукт.

На рис. 10 представлена одна из экспериментально полученных термограмм процесса I =Дт) и кривые изменения плотности теплового потока я=,Дт) на примере замораживания клейковины толщиной Ь= 0,01 м до конечной сред-необъемной температуры гу= -18 °С.

10 о -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70

Вт/м2К 90 80 70 60 50 40 30 20 10 о

ч, Вг/м 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0

Рис. 10. Изменение температуры I (а), плотности теплового потока q (б) и коэффициента теплоотдачи а (в) при замораживании клейковины толщиной Ь= 0,01 м низкотемпературным воздухом (1ср= -60 °С) от турбохолодильной машины.

I

к___

В ходе эксперимента производились измерения температур в центре продукта на верхней ^ПОг!) и нижней (1ПОв2) сто поверхностях, температуры охлаждающей среды (1£р) (рис. 10 а), а также плотности теплового потока (рис. 10 б) на верхней Опов1) и нижней (^ов2) поверхностях.

На базе имеющихся программ обработки экспериментальных данных, использующих уравнение Ньютона-Рихмана (а = q / (1п0!1 - 1ср)), определялось изменение коэффициента теплоотдачи (а) в каждый момент времени (рис. 10 в), и далее, методом графического интегрирования, заложенного также в программу, определялись его среднеинтегральные значения (ас.„1 и ас.и0-

Такие же графические данные получены и приведены в диссертации для вариантов замораживания клейковины толщиной (Ь) 0,02 и 0,03 м.

Экспериментальное значение продолжительности процесса (тзкс) определяли с учетом отличий в изменениях температуры верхней (^1) и нижней (гпов2) поверхностей, при этом величину среднеобъемной температуры (1у) принимали относительно нижней «запаздывающей» поверхности, что определило значения коэффициента несимметрии (к).

С использованием полученных термограмм определены значения линейной (юл=5-10"6 м/с) и средней (шср=3,57-10 м/с) скоростей процесса, характеризующие условий быстрого замораживания биопродукта.

Результаты проведенных экспериментов были использованы для проверки адекватности разработанной математической модели расчета продолжительности (т) процесса и предложенной методики определения коэффициентов теплоотдачи (а). Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование параметра Значения Клейковина толщиной Ь (м):

0,01 0,02 0,03

Коэффициент теплоотдачи а, Вт/м2К &ПОВ1 ! ®пов2 расчетное 55,0/50,1 55,0/47,3 55,0/45,5

экспериментальное 55,6/49,8 55,3/47,0 54,8/45,4

погрешность, % 1,07/0,59 0,54/0,63 0,36/0,22

Коэффициент несим- расчетное 1.1 1,16 1,2

метрии теплоотдачи (к= а1/а2) экспериментальное 1,116 1,176 1,207

Продолжительность т, мин. расчетное 11,8 24,5 39,5

экспериментальное 11,6 24,1 38,9

погрешность, % 1,69 1,63 1,51

Согласно данным табл. 1. погрешность математических расчетов для рассматриваемых вариантов замораживания низкотемпературным воздухом клейковины различной толщины составила по коэффициенту теплоотдачи (а) от 0,2 до 1,1 %, по продолжительности (т) - от 1,5 до 1,7 %, что позволяет рекомендо-

вать предложенные модели расчета для использования в практике быстрого замораживания, в том числе с последующей вакуум — сублимационной сушкой.

Получены с использованием контрольно- измерительной системы установки СВП-0,36 термограммы процесса сушки биопродукта - пшеничной клейковины после предварительного её замораживания низкотемпературным воздухом гср=-60 °С (рис. 11, а) и при -30 °С (рис. 11, б).

Сс 80 60 40 20 0 -20 -40 -60

аг

*пр1 V

\д

|.....

---------1— ^дес

1.—|— а !

1,°С 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60

\ Г

*пр2 Пр1

\ \

\ —^

^дес

1 б

100 200 300

100 200 300 400 500 600 т>мин

400 500 т, мин

Рис. 11. Термограмма процесса вакуум - сублимационной сушки биопродукта после предварительного замораживания низкотемпературным воздухом Ц,= -60 "С (а) и при 1ср= -30 °С (б); Температуры: 1;„аГр- нагревателя; 1дес- десублиматора; 1прь Цд, Ц,3 - продукта на дне, в центре и на поверхности, соответственно.

Получена графическая зависимости изменения массы (т) биопродукта толщиной Ь= 0,006 м в процессе её сублимационной сушки при двух исследуемых вариантах предварительного замораживания (рис. 12). эоо т, г

800

700

600

\ \

V \ л

ч V /

ч

1 1

Рис. 12. Изменение массы (т) биопродукта -клейковины в процессе вакуум - сублимационной сушки после предварительного замораживания при 0°С (1) и низкотемпературным воздухом, 1ср=-60 °С (2).

60 120 180 240 30,0 360 420 480 540 600 т. мин

Результаты экспериментальных исследований показали, что использование низкотемпературного воздуха (ц,= -60 °С) от турбохолодильной машины для предварительного замораживания биопродукта, по сравнению с действующим режимом (1ср= -30 °С), сокращает на 25 % продолжительность дальнейшей его

сублимационной сушки и на 50 % - общую продолжительность процессов (замораживание + сушка).

В данной главе представлены результаты качественных исследований пшеничной клейковины, обезвоженной вакуум - сублимационной сушкой после предварительного её замораживания при двух исследуемых режимах. Исследования выполнены совместно с сотрудниками кафедры «Органическая химия» МГУПБ под руководством д.т.н., проф. Колпаковой В. В. Полученные результаты представлены в таб.2. т - »

Образец Функциональные свойства,*

Растворимость, % ВСС, г/г ЖЭС, % ЖСС, г/г ПОС, % СП, %

Контрольный 3,4 1,05 60 0,63 187 24

Опытный

- высокотемпературным замораживанием (- 30 °С) 16,2 0,58 38 0,39 238 25

- низкотемпературным замораживанием (- 60 °С) 25,6 0,56 35 1,36 262 5

* ВСС- влагосвязывающая способность; ЖЭС- жироэмульгирующая способность; ПОС- пенообразующая способность; ЖСС- жиросвязывающая способность; СП- стабильность пены.

В опытных образцах использовали гидролизаты сухой пшеничной клейковины. В контрольных образцах клейковину не замораживания и гидролизу не подвергали. Результаты исследований показали, что вакуум - сублимационная сушка гидролизованной сухой пшеничной клейковины с применением низкой температуры предварительного замораживания улучшает такие важные функциональные показатели, как растворимость, пенообразующую и жиросвязы-вающую способность. Это обеспечит эффективное её применение при изготовлении мясных продуктов, а также кондитерских изделий бисквиты и пастило -мармеладные изделий

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ представлены результаты аналитических расчетов, полученные с использованием разработанной математической модели и компьютерной программы Мар1е 7.

Результаты расчетов позволили количественно оценить влияния основных параметров процесса на: продолжительность замораживания (т), относительную продолжительность процесса (\|/), распределение температуры на всех стадиях процесса замораживания и координату термического центра продукта(Е0).

В качестве объекта данных исследований использовали пищевые продукты класса П]- мясопродукты.

Рассчитана продолжительность замораживания (т) продукта в зависимости от температуры охлаждающей среды (1ср= -60+ -120 °С), начальной температуры продукта (1яа,,= 5+25 °С), толщины продукта (Ь= 0,02; 0,05; 0,1 м) и значений

16

коэффициента несимметрии теплообмена (к= 1,0; 1,5; 2,0). При этом приняты постоянными: конечная температура продукта (Т., = -18 °С); скорость циркуляции воздуха т~= 5 м/с. Лля данного значения пяг.гчитян к-пчЛЛицирнт

. г, ,. -------------- ч с — ------- . _ т т , -

а,=60Вт/(м2-К).

Результаты расчетов представлены в диссертации табличными данными, на базе которых построены графические зависимости (т):

- от температуры охлаждающей среды (1ср) и коэффициента несимметрии (к) теплообмена при постоянной 1„ач= 15 °С для одной из исследуемых толщин продукта Ь= 0,05 м (рис. 13, а)

- от начальной температуре (1яач), толщины (Ь) продукта и значений (к) при постоянной температуре 1ср= -60 °С (рис. 13, б).

-120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 tcp, °С s ю 15 20 25 U°C

Рис. 13. Зависимость продолжительности замораживании (т) от температуры охлаждающей среды, tcp (а), начальной температуры продукта, tHa4 (б) и коэффициента несимметрии (к) теплообмена.

На базе полученных результатов расчетов построены номограммы, позволяющие, задаваясь температурой воздуха (Ц) или начальной температурой (tHa4) и толщиной замораживаемого продукта (L) определить продолжительность замораживания при симметричных (к= 1,0) и несимметричных (к= 1,5; 2,0) условиях теплообмена. Одна из таких номограмм представлена на рис. 14. Примеры работы данных номограмм показаны пунктирными линями.

С использованием полученных результатов расчета определен коэффициент корреляции (г), количественно оценивающий степень влияния на продолжительность замораживания основных параметров процесса: tcp; L, tHa4 и к. Расчет коэффициента корреляции (г) производился с помощью компьютерной программы Microsoft Office Excel 2003, результаты расчета представлены на рис. 15. Анализ данных показывает, что на продолжительность процесса замораживания значительное влияние оказывает толщина продукта L (г = 0,892). В меньшей степени (г=0,316) влияет температура охлаждающей среды (tcp) в исследуемом интервале. Наблюдается незначительное влияние на значения (т) начальной тем-

пературы продукта 1, О = 0Д25

0,134) и коэффициента несимметрии теплообмена к

Рис. 14. Номограмма определения продолжительности замораживания (т) пищевых продуктов (1„ач=15°С) в зависимости от температуры воздуха (Ц), толщины продукта (Ь) при симметричных (к= 1,0) и несимметричных (к=1,5 и 2,0) условиях теплообмена.

Рис. 15. Степень влияния (коэффициента корреляции, г) на продолжительность замораживания (т) температуры воздуха (1ср), толщины (Ь), начальной температуры (!„„,) продукта и коэффициента несимметрии теплообмена (к).

^НЯЧ к

В данной главе представлены табличные данные и графические зависимости относительной продолжительности \|/ (отношение времени стадий: охлаждения (Т)); замораживания (т2) и домораживания (т3) к общей продолжительности (т) процесса) от температуры воздуха ^ а также от начальной температуры продукта 1иет при условии симметричного теплообмена (к=1,0).Результаты расчета показывают, что для исследуемого интервала температур (ц, и 1:нач), этап замораживания составляет наибольшее значение относительной продолжительности, порядка \|/=85-^90%, для стадии домораживания \|/= 8+10%. Стадия охлаждения незначительно влияет на общую продолжительность процесса, \|/=2,0+5,0%, что характерно для условий быстрого замораживания, обеспечиваемых интервалах низких температур (-60-^120°С) воздушной турбохолодильной машины.

Разработанная математическая модель позволяет определить распределение температуры трех стадий процесса замораживания, а также безразмерную координату, определяющую термический ггентп замораживаемого продукта.

На рис. 16.представлено распределение температуры мясопродукта, толщиной Ь= 0,05 м, 15 °С и гкон= -18 °С в зависимости от времени (т, мин) замораживании при ^=-60 °С и безразмерной координаты х/Ь) при симметричных к= 1,0 (а) и несимметричных к= 1,5(6) и к=2,0(в) условиях теплообмена.

При (к > 1,0) наблюдается заметное понижение температуры на левой поверхности продукта, чем на правой, так как а, > а2. При достижении криоскопи-ской температуры в центре продукта образуется горизонтальная линия. Далее происходит отвод теплоты фазового перехода от продукта и фронты кристаллизации встречаются. Кроме того, положение термического центра (е0) смещается в сторону правой поверхности объекта, при этом значения £о= 0,56 при к= 1,5 и 8о=0,62 при к= 2,0.

и к=2,0 (в) условиях теплообмена. Параметры процесса: 1ср= -60°С, а1= 60 Вт/(м2-К) и с^аД.

Рассчитаны и представлены в диссертации таблицами и графиками значения безразмерной координаты термического центра (еп) продукта в зависимости от исследуемых условий процесса замораживания. С использованием результатов расчета построены графические зависимости, две из которых представлены на рис. 17. позволяющие количественно оценить влияния на е0 температуры воздуха, гср (а) и начальной температуры продукта, 1иач (б).

0,75 - -)ь=»,ч»м|----------------4-............+------ —|L= 0,05 м 1г—4-----------------4---------

Од 14= 15 С1 _____________4.____________i______ .■■■■jt[^-60°ci j________________4._________

I

0j65.:— — — — —+-F=b"-t— ------------------—I—-kr!±i—

-----¿Г----1- it--*--J

06 — -----......r--------------------ij 5 t -------......T--------'"ТЗТ--------

o,s5 - :--4--i-4--f--i---l--t-- ——♦—.......*

0>5 f f f f ^ .....- ........4--J-i—Mf--------

a 1 б 0,45 Г I 1111 I I И I I I I I 11 I 111 I 111 I ■ I I I I I I ■ I I M IJ Ii I I........ i I I I I .........

-120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 tcp, °C 5 ю 15 20 25 *нач, °C

Рис. 17. Зависимость координаты термического центра (е0) от температуры воздуха tcp (а) и начальной температуры продукта tBa4 (6) при симметричных (к= 1,0) и несимметричных (к>1,0) условиях теплообмена.

Рассчитан коэффициент корреляции (г), между показателем (е0) и исследуемыми параметрами процесса замораживания. Результаты показали, что на положение термического центра (го) значительное влияние оказывает коэффициент несимметрии теплообмена к (г = 0,869); в меньшей степени (г = 0,361) влияет толщина продукта (L) и незначительно (г= 0,067) начальная температура продукта Онач) и температура (tcp) охлаждающего воздуха (г = 0,036) в исследуемом интервале (- 60-" -120 °С).

Полученные результаты аналитических расчетов с использованием разработанной математической модели могут быть использованы для выбора и обоснования режимов и условий предварительного замораживания в технологии вакуум - сублимационной сушки, а также в технологии быстрого замораживания пищевых продуктов низкотемпературным воздухом от турбохолодильной машины, как при симметричных, так и несимметричных условиях организации процесса теплообмена.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ представлены результаты энергетического анализа, с использованием величины эксергии, процессов в технологии вакуум - сублимационной сушки биопродукта. Разработан метод расчета величины эксергии четырех процессов вакуум - сублимационной сушки биопродута (замораживания - езш; конденсации - десублимации - екои; сублимации - е^; работы вакуумного насоса

! i —-1 L= 0,05 м I !u= -60 °с —1— i

1 1 ______4———

г Т 1 1

---------т и |

i—, 1,5 1 )

А | 1,0

! б

-120 -НО -100 -90 -80 -70 -60 tcp, °С 5 ю 15 20 25 *нач,

евак) и общей (еобщ) в зависимости от исследуемых параметров: температур нагревателя (Ткгг). конденсатора (Тк=н) и давления в камере (Р..).

Величина эксергии для процесса замораживания (е...., кДж/кг) определяется:

(23)

= (Чзам/Шп) [^J"'

где Шсух- масса продукта, кг; Т^- температура охлаждающей среды - воздуха, К; Тна,,- начальная температура продукта, К; q3aM- теплота отводимая при замораживании 1 кг продукта: q3aM = ДНэам, (24)

где ДНзам- изменение энтальпии; кДж; ДНЗШ = 171^(1 + Y) |ср ниам(Ткр -Т„ач)] - Y [ДНвода(шсух¥)] + m^Q + Y) [ср зам(Тне - Ткр)], (25)

где Ткр- криоскопическая температура продукта, К; Тн с- температура продукта в начале процесса сублимации, К; т^- масса сухого продукта, кг; Y- масса воды на единицу массы сухого материала; у- доля вымороженной воды в материале; АНвода- удельная теплота льдообразования для воды, кДж/кг. Величина эксергии процесса сублимации кДж/кгЧ обусловлена главным образом тепло- и массообменом в высушенном материале: е Суб= етеп +емасс. (26) Во время сублимации передача теплоты происходит как при температуре выше абсолютной температуры окружающей среды То, так и при температуре

ниже То- Тогда величина эксергии (е,.сп) будет равна: е теп= етеп> в+етсп> н. (27)

п

(28)

, о

где А- площадь продукта, м ; \с~ эффективная теплопроводность высушенного слоя, Вт/ (м.К); Тпов- температура на поверхности продукта, К.

Если температура материала в начале процесса сублимации ниже атмосферной температуры (Т„с< Т0),то величина эксергии (етеп,„):

/Тс^х _ _ ч , _ ________. ( То

{=ТоСрзам СРзам(Тсуб-Тнс) + (w,-w2) (АН М)

ч1нс' \1!

— 1

L С>'б

+Т0К- (^-н>2)] (Срс/т„) Ц^-К-^,-^)] (Срс/тл) (То-Т^), (29)

где - масса влага соответственно в начале и конце сушки, кг; Т^ц- температура сублимации, К; ЛНф- удельная теплота сублимации продукта, кДж/кг.

Помимо водяного пара присутствуют неконденсируемый газ, которым в данном случае, является воздух. Величина эксергии процесса сублимации в результате массопереноса в материале (емасс) выражена как сумма эксергии потока водяного пара (егаз) и потока воздуха (евоз):

: = (A/mn) | [еп

(Х2,т)+евга(0,т)] di; (30)

о 21

;3=Fra3(x,T )Мгаз Т0 ]Срm -1- 1п( )

Ггр /■ ч

l3=FB03(x, т)МвозТ0 |Ср вм I——1- In 1-^г-1

т. ... /

/те,. -л\ - i i, ■

+Rra3ln

(31)

/j /„ г«

Л Ро л

+ R303ln

,(32)

где Ргаз и РВ[В- поток водяного пара и воздуха, кмоль/(м -с); М- молекулярная масса, кг/кмоль; Я-газовая постоянная, кДж/(кмоль-К); Р- парциальное давление в сухой слой материала, Па; Рц- абсолютное давление окружающей среды, Па. Величина эксергии процесса конденсации - десублимации (еет. кДж/кг):

Т0

(33)

:-Т„)

(34)

где Тдас- температура десублимации водяного пара, К; Твх- температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора, К; Твоз- температура воздуха на выходе из конденсатора, К; швоз- масса воздуха, кг. Величина эксергии работы вакуумного насоса (е.як. кДж/кг): евак Потребляемая мощность для вакуумного насоса (Р„ас., кВт):

екон= (ЧохлМп)* --1) •

кон

Теплота qora, сушки определяется из энергетического баланса: Чохл = (w, - W2)*(T н - Тдис)*Ср гш + (vfj - w2y ДНеуб + (Wi-w2) * (Тд,

* Ср кри + СР воз * Шв03 -Твоз')'

Р„ас.*Т.(35)

(S/m„)*

п-1

п-1

/PbhxN "

VP„J

■ 1

* 10'-

(36)

где Рвых и РВХ0-давление на выходе и входе системы вакуумного насоса, Па; п-политропна сжатия, S- скорость насоса, м3/с.

С использованием разработанной методики и компьютерной программы Maple 7 рассчитаны и представлены в работе таблицами и графиками величины эксергии каждого процесса вакуум - сублимационной сушки и общая (е) в зависимости от: температуры нагревателя в интервале tHar= 20+60 °С (рис. 18, а); температуры_конденсатора tK0„—60+-30 °С (рис, 18, б) и давления в камере Рк=50+500 Па (рис. 18, в). В качестве объекта данного исследования использовался биопродукт - клейковина.

Определены коэффициенты корреляции (/•), оценивающий степень влияния на общую величину эксергии (ео6ш) вакуум - сублимационной сушки биопродукта основных параметров процесса в исследуемых интервалах, представленные гистограммой. Анализ данных показывает, что на общую величину эксергии (еобш) технологии вакуум - сублимационной сушки значительное влияние оказывает температура нагревателя (Тнаг) (г= 0,61), в меньшей степени (г= 0,49 и 0,33) влияют давление в камере (Рк) и температура конденсатора (Ткон) соответственно. Полученные результаты позволяют определить пути сокращение энергазат-рат на процесс вакуум - сублимационной сушки продукта.

а 6 В

-«-замораживание -¿-сублимация -*-конденсация - десублимация -»-вакуумный насос

Рис. 18. Зависимость величины эксергии (е) каждого процесса и общей (е„бш) в технологии вакуум - сублимационной сушки биопродукта от: температуры нагревателя (:1ИГ (а ), температуры конденсатора 1ко„ (б ) и давления в камере Рк (в).

Основные результаты работы и выводы

1. Разработана математическая модель расчета продолжительности замораживания пищевых продуктов низкотемпературным воздухом при симметричных и несимметричных условиях теплообмена с использованием интегрального метода теплового баланса и квадратичного полинома распределения температуры при решении уравнения теплопроводности, позволяющая значительно повысить точность расчетов. Математическая модель использует численные методы решения с применением компьютерной программы Мар1е 7.

2. Получены экспериментальные данные, основных параметров процесса замораживания биопродукта - пшеничной клейковины низкотемпературным воздухом (Ц>= ~ 60 °С) при различенных вариантах организации несимметричных условий теплообмена, доказывающие адекватность аналитических расчетов продолжительности замораживания (т) на уровне 1,5 %, коэффициента теплоотдачи (а) - 0,7 %.

3. Получены на базе выполненных расчетов с использованием предложенной математической модели номограммы и графические зависимости продолжительности процесса (т) от температуры воздуха Оср), обеспечиваемой турбохоло-дильной машиной, технологических параметров заданного класса пищевых продуктов П] - мясопродукты (начальная температура 1„ач, толщина Ь) с учетом влияния коэффициента (к) несимметрии теплообмена, необходимые для выбора и обоснования режимов предварительного замораживания в технологии вакуум - сублимационной сушки, а также в технологии быстрого замораживания пищевых продуктов.

4. Получены экспериментальные данные, доказывающие, что предварительное замораживание продукта низкотемпературным воздухом (1^= -60 °С) позволяет сократить продолжительность дальнейшей его сублимационной сушки на 25 %, и на 50 % — общую продолжительность процессов (замораживание + сушка) в сравнении с режимом традиционного замораживания в условиях кондуктивно-го теплообмена при температуре (1ср= -30 °С).

5. Получены графические зависимости относительной продолжительности (\|/), как отношение продолжительности трех стадий замораживания (т! - охлаждение, Т2 - замораживание, т3 - домораживание) к общей (т) продолжительности от исследуемых параметров процесса. В исследуемом интервале температур воздуха (1ср= -60 -120 °С) для стадии замораживания (т2) -у2= 85 + 90 %, для стадии домораживания (т3) - \|/3= 8^10 %. Стадия охлаждения (т^ незначительно влияет на общую продолжительность (т) - \|/1= 2-5-5 %, что характерно для процесса быстрого замораживания пищевых продуктов, обеспечиваемого воздушной турбохолодильной машиной.

6. Разработан, с использованием предложенной математической модели, метод расчета безразмерной координаты фронта кристаллизации (е0), определяющей

термический центр замороженного продукта и графические её зависимости от основных параметров процесса и коэффициента несимметрии (к) теплообмена.

7. Рассчитаны, с использованием компьютерной программы Microsoft Office Excel 2003. коэффициенты корреляции (г), построены гистограммы, позволяющие количественно оценить степень влияния на продолжительность замораживания (т) и координату термического центра (ео) продукта исследуемых параметров процесса и условий теплообмена.

8. Получены результаты качественных исследований, выполненных совместно с кафедрой «Органическая химия» МГУПБ, которые показали, что способ сушки биопродукта - пшеничной клейковины с применением низкой температуры (-60 °С) предварительного замораживания в сравнении с температурой (-30°С), используемой в действующей технологии, значительно улучшает растворимость, пенообразующую и жиросвязывающую способности, что обеспечит эффективное её применение в производстве кондитерских изделий и при изготовлении мясных продуктов.

9. Разработан метод и получены результаты расчетов величины эксергии четырех процессов, обеспечивающих непрерывную вакуум - сублимационную сушку биопродута - клейковины; замораживание- езш; конденсация - десублимация-екзн; сублимация -e^g; работы вакуумного насоса- еЕак и общей (е0бш) в зависимости от параметров процесса в исследуемых интервалах: температуры нагревателя (tHar=20-i- 60 °С) и конденсатора (tKOH—30 -60 °С), давления в камере (Рк=50-^500Па). Результаты расчетов представлены графическими зависимостями.

10, Рассчитаны коэффициенты корреляции (г) и построена гистограмма, оценивающая степень влияния на общую величину эксергии (ео6ц1), температуры нагревателя (tHar) (г - 0,61), давления (Рк) в камере (г = 0,49) и температуры (tK0H) конденсатора (г = 0,33), что позволяет определить пути сокращения энергозатрат на работу вакуум - сублимационной установки.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1.Венгер К.П. Совершенствование процесса замораживания в сублимационной установке пищевых продуктов с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины / К.П. Венгер, О.А.Феськов, Х.М. Слама // Материалы X международного научно-практического семинара, «Ресурсосберегающие технологии при хранении и переработке сельскохозяйственной продукции» Орел, 2010. - С. 161-164.

2. Венгер К.П. Низкотемпературные проточные системы хладоснабжения для быстрого замораживания пищевых продуктов / К.П. Венгер, В.А. Стефанова, Х.М. Слама // Сборник научных «Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК», М. - МГУПБ, 2010. - С. 28-31.

3. Семенов Г.В. Аналитическая оценка длительности предварительного замораживания в технологии вакуумной сублимационной сушки термолабильных материалов / Г.В. Семенов, К.П. Венгер, Х.М. Слама // Вестник МАХ. - 2011. -№1. - С. 10-16.

4. Венгер К.П. Низкотемпературная камера с воздушной турбохолодильной машиной для быстрого замораживания пищевых продуктов / К.П. Венгер, Н.Б. Паныпин, Х.М. Слама, O.A. Феськов // Мясная индустрия. - 2011. - №4. -С.50-54.

5. Семенов Г.В. Предварительное замораживание в технологии сублимационной сушки биопродуктов / Г.В. Семенов, К.П. Венгер, В.В. Колпакова, Х.М. Слама // Мясная индустрия. - 2011. - №.4 - С. 46- 48.

Отпечатано в типографии ООО "Франтера" Подписано к печати 23.05.2011 г. Формат 60x84/16. Бумага "Офсетная №1" 80г/м\ Печать трафаретная. Усл.печ.л. 1,63. Тираж 100. Заказ 437.

WWW.FRANTERA.RU

Глава 1. Состояние вопроса.

1.1. Технологические и процессные основы сублимационной сушки.

1.2. Скорость замораживания и ее влияние на процесс сублимационной сушки.

1.3. Перспективные методы и технические средства быстрого замораживания пищевых продуктов для сублимационной сушки.

1.4. Перспективы использования низкотемпературной воздушной турбохолодильной машины в сублимационной установке.

1.5. Результаты анализа информационного материала.

Глава 2. Научные основы процесса быстрого замораживания в сублимационной установке пищевых продуктов с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины.

2.1. Анализ аналитических исследований расчета продолжительности замораживания пищевых продуктов.

2.2.Математическая модель расчета продолжительности замораживания пищевых продуктов для условий несимметричного теплообмена низкотемпературным воздухом от турбохолодильной машины.

2.3. Аналитическое определение коэффициента теплоотдачи в условиях несимметричного теплообмена низкотемпературным воздухом.

2.4. Основные результаты 2-ой главы работы.

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований.

3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований.

3.2. Экспериментальные стенды.

3.3. Методика проведения экспериментов.

3.4. Результаты экспериментальных исследований процесса предварительного замораживания биопродуктов с последующей сублимационной сушки.

3.5. Проверка адекватности предложенной аналитической модели.

3.6. Исследование влияния на качество пшеничной клейковины температуры предварительного замораживания в процессе вакуум - сублимационной сушки.

3.7. Основные результаты 3—ой главы работы.

Глава 4. Результаты аналитических расчетов.

4.1. Методика р асчето в.

4.2. Исследование степени зависимости продолжительности замораживания продукта от основных параметров процесса и условий теплообмена.

4.3. Относительная продолжительность (i|/) процесса замораживания пищевых продуктов.

4.4. Распределение температуры на всех стадиях процесса замораживания и определение координаты термического центра (so) продукта.

4.5. Номограммы определения продолжительности замораживания пищевых продуктов класса П] - мясопродукты.

4.6. Основные результаты 4-ой главы работы.

Глава 5. Эксергетическая оценка работы установки вакуум - сублимационной сушки биоматериалов.

5.1. Введение.

5.2. Процесс замораживания биопродукта.

5.3. Процесс сублимации предварительно замороженного биопр-цукта.

5.4. Процесс конденсации - десублимации.

5.5. Работа вакуумного насоса.

5.6. Результаты расчета величины эксергии каждого процесса вакуум -сублимационной сушки.

5.6.1. Введение.

5.6.2. Зависимость величины эксергии каждого процесса и общей при вакуум - сублимационной сушке продукта от температуры нагревателя (гнаг).

5.6.3. Зависимость величины эксергии каждого процесса и общей при вакуум - сублимационной сушке продукта от температуры конденсатора (и„).

5.6.4. Зависимость величины эксергии каждого процесса и общей при вакуум - сублимационной сушке продукта от давления в камере (Рк).

5.6.5. Определение степени влияния (коэффициента корреляции, г) на общую величину эксергии (еобш) основных параметров процесса вакуум - сублимационной сушки.

5.7. Основные результаты 5-ой главы работы.

Основные результаты работы и выводы.

Одной из важнейших задач многих отраслей промышленности было и остается создание технологий и оборудования, обеспечивающих длительную сохранность нативных свойств пищевых продуктов.

В промышленном масштабе наибольшее практическое применение получили две технологии для достижения длительных сроков хранения продукции.

Первая предусматривает ее замораживание, при котором определенная часть влаги переходит в лед, относительная доля которого увеличивается по мере понижения температуры холодильной обработки. Далее продукт хранится в замороженном состоянии.

Вторая технология предусматривает удаление из продукта части влаги.

Наиболее широкое применение для сушки биологически активных растворов и пищевых продуктов получил вакуум - сублимационный способ, при котором удаление влаги осуществляется в вакууме испарением при давлениях, незначительно превышающих давление тройной точки воды - обычно при 1,9-5- 3,9 кПа (15-5-35 мм.рт.ст). Технологический процесс такой сушки состоит из следующих основных операций: отбор и предварительная подготовка сырья, замораживание, сублимационная сушка, упаковка, хранение высушенного биоматериала.

Замораживание является важным этапом в технологическом процессе сублимационного консервирования биоматериалов. Условия и режимы замораживания влияют на качественные показатели высушенных материалов и продолжительность процесса сушки, что в конечном счете связано с энергозатратами и себестоимостью продукции.

Для оценки процесса замораживания принципиально значимыми являются два показателя: первый — это конечная отрицательная температура, которую приобретает продукт в процессе замораживания и второй - скорость замораживания.

Многочисленные эксперименты и практика промышленного производства показали, что высокий уровень качества сублимированных пищевых продуктов достигается при удалении 80 - 85 % содержащейся в них влаги. Применительно к лекарственным препаратам, ферментам, закваскам этот показатель возрастает до 90 - 95 % влаги. Темпераутры, обеспечивающие вымораживание в этих объектах указанного количества влаги и являются рациональными конечными температурами замораживания и, следовательно, сублимации. Численные значения таких температур строго индивидуальны для каждого объекта сушки. Например, для широкого ассортимента пищевых продуктов и сырья достаточна температура минус 17 ч- 24 °С, А для лекарственных препаратов минус 35 -г- 40 °С.

Определение численного значения конечной температуры является предметом многих исследований в технологии быстрого замораживания пищевых продуктов. Именно от этого параметра зависит общая продолжительность процесса.

Так, в докторской диссертации Мижуевой С.А. доказано, что общая продолжительность замораживания продукта зависит, в основном, от продолжительности основного периода фазового перехода воды в лед в интервале температур от -1 до -5 °С. Этот период, по данным автора, составляет 65 + 74 % общего времени замораживания. При этом количество вымороженной влаги составляет 75 ч- 80 % [67].

В кандидатской диссертации Стефановой В.А. доказано, что при использовании низкотемпературного воздуха (-60 ч- -120 °С) от турбохолодильной машины процесс замораживания можно заканчивать при достижении температуры -5 °С в толще продукта, при этом в процессе выравнивания обеспечивается среднеобъемная температура и = -18 °С и значительно ниже. Такое ведение процесса позволяет значительно сократить продолжительность замораживания продукта [90].

Важным параметром процесса замораживания является его скорость. Если количество влаги, переведенное в кристаллическое состояние определяется конечной температурой замораживаемого объекта, то размер, форма и ориентация кристаллов, изменение первоначальной структуры и перераспределение компонентов в замороженном материале, степень обратимости процесса зависит от условий те-плоотвода и связанной с ними скоростью замораживания.

Данный параметр является одним из основных в плане совершенствования процесса сублимационной сушки биообъектов.

Известны различные методики определения скорости замораживания.

С целью упорядочения и обеспечения сравнения экспериментальных данных различных авторов Международным институтом холода (МИХ) рекомендуется определение средней скорости замораживания, как отношение минимального расстояния между поверхностью и термическим центром продукта ко времени, прошедшему от достижения поверхностью температуры 0 °С до охлаждения термического центра на 10 °С ниже криоскопической температуры. МИХ рекомендует следующую классификацию процесса замораживания:

- медленное - на уровне 0,5 см/ч;

- быстрое - до 5 см/ч;

- сверхбыстрое - от 5 до 10 см/ч;

- ультрабыстрое - от 10 до 100 см/ч.

Многочисленными исследованиями доказано преимущество быстрого замораживания продукта в сравнении с медленным применительно к технологии сублимационной сушки [6, 41, 79, 86, 87].

Быстрое замораживание, обеспечивающее интенсивный тепло-отвод, вызывает льдообразование одновременно во всех структурных элементах ткани: в межволоконных, межклеточных пространствах и клетках. При большой скорости теплоотвода кристаллы льда практически образуются там, где находилась вода до замораживания, что приводит к меньшему нарушению гистологической структуры ткани и это благоприятно сказывается на качестве сублимированного продукта.

Анализ информационного материала показал, что основным направлением обеспечения условий быстрого замораживания пищевых продуктов является использование низкотемпературных, значительно ниже температур -25 -30 °С, обеспечиваемых в действующих сублимационных установках холодильными компрессорными машинами, экологически чистых и относительно дешевых холодильных систем. Актуальность экологической проблемы отражена в известных Монреальском и Киотском протоколах по ограничению, а в дальнейшем запрету, использования хлорфторсодержащих холодильных агентов, применяемых в компрессорных холодильных машинах.

В этом плане перспективно использование для быстрого замораживания пищевых продуктов и сырья воздушной турбохолодильной машины (ВТХМ), детандер которой одновременно обеспечивает низкую температуру (-60 -ь -120 °С) и скорость потока воздуха от 5 до 25м/с. К преимуществам данной системы хладоснабжения относится использование естественного и, следовательно, дешевого и экологически безопасного холодильного агента — атмосферного воздуха.

На кафедре "Холодильная техника" МГУПБ впервые были выполнены исследования процесса быстрого замораживания пищевых продуктов с использованием низкотемпературного воздуха от ВТХМ. Результаты исследований представлены в докторской диссертации Антонова A.A. и кандидатских диссертациях Бобкова A.B., Стефано-вой В.А., Шахмеликяна Г.Б. В данных работах предложены аналитические модели расчета продолжительности замораживания пищевых продуктов широкого ассортимента для условий симметричного теплообмена.

При этом толщина замораживаемого продукта варьировалась в интервале от 0,008 до 0,072 м.

Предварительное замораживание продукта в сублимационной установке определяется условиями несимметричного теплообмена, учитывая что объект сушки размещен на металлическом противне. Следует также отметить, что толщина замораживаемого объекта значительно меньше ранее исследуемых.

Анализ информационного материала показал, что для условий работы сублимационной установки необходимо выполнение комплекса дополнительных исследований, учитывающих условия теплообмена при организации процесса быстрого замораживания биообъекта с использованием низкотемпературного воздуха от детандера ВТХМ и процесса последующей вакуумной сушки.

Вышеизложенное определило цель и задачи данной работы.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка процесса предварительного замораживания с использованием низкотемпературного воздуха от турбо-холодильной машины, как фактора снижения энергозатрат и повышения качества пищевых продуктов в технологии вакуум - сублимационной сушки.

В соответствии с поставленной целью решались следующие ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ:

- разработать математическую модель расчета продолжительности предварительного замораживания пищевых продуктов с учетом условий теплообмена, обеспечиваемых воздушной турбоход одильной машины;

- выполнить экспериментальные исследования с целью проверки адекватности результатов аналитических расчетов процесса замораживания, а также получения параметров процесса сублимационной сушки с учетом режима традиционного предварительного замораживания продукта и низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины;

- произвести сравнительную оценку качества высушенного биопродукта после предварительного его традиционного замораживания и с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины;

- выполнить расчеты, с использованием разработанной математической модели и определить степень влияния на продолжительность замораживания интервала температур воздуха и скорость его потока, обеспечиваемых турбохолодильной машиной, технологических параметров продукта, а также симметричных и несимметричных условий теплообмена;

- провести энергетический анализ работы вакуум - сублимационной установки с использованием для предварительного замораживания биопродукта, низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Разработана математическая модель расчета продолжительности процесса замораживания низкотемпературным воздухом пищевых продуктов при симметричных и несимметричных условиях теплообмена с использованием интегрального метода теплового баланса и квадратичного полинома распределения температуры при решении уравнения теплопроводности. Модель использует численные методы решения с применением компьютерной программы Maple Solver 7.

Получены, экспериментальные данные основных параметров процесса замораживания биопродукта - пшеничной клейковины, с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины, доказывающие адекватность аналитических расчетов продолжительности замораживания (х) на уровне 1,5 %, коэффициента теплоотдачи (а) - 0,7 %.

Получены, на основе аналитических расчетов, графические зависимости продолжительности процесса замораживания (х) пищевых продуктов класса П1 - мясопродукты в зависимости от температуры воздуха, обеспечиваемой турбохолодильной машиной, технологических параметров продукта и значений коэффициента (к) несимметрии теплообмена.

Разработан, на основе предложенной математической модели, метод расчета безразмерной координаты фронта кристаллизации (е0), определяющей термический центр замороженного продукта и построены графические её зависимости от исследуемых параметров процесса замораживания биопродукта.

Получены результаты расчетов, с использованием компьютерной программы Microsoft Office Excel 2003, коэффициентов корреляции (г) и построены гистограммы, позволяющие количественно оценить степень влияния на продолжительность замораживания (х) и координату термического центра (в0) продукта основных параметров процесса при симметричных и несимметричных условиях теплообмена.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Разработаны номограммы, необходимые для выбора режимов предварительного замораживания в технологии вакуум - сублимационной сушки, а также в технологии быстрого замораживания пищевых продуктов, позволяющие определить продолжительность процесса (т) в интервалах температур воздуха (Чср=-60 -120 °С), толщин продукта (Ь= 0,02 0,1 м), начальной его температуры (1:нач= 5-^-25 °С) и значений коэффициента несимметрии теплообмена (к= 1,0; 1,5; 2,0).

Получены экспериментальные данные процесса вакуум - сублимационной сушки биопродукта - пшеничной клейковины, доказывающие, что предварительное замораживание низкотемпературным воздухом (Хр^-бО °С) от турбохолодильной машины позволяет сократить продолжительность дальнейшей её сублимационной сушки на 25%, и на 50 % — общую продолжительность процесса (замораживание + сушка) в сравнении с режимом традиционного замораживания в условиях кондуктивного теплообмена при температуре (1ср= -30 °С).

Получены результаты качественных исследований, выполненных совместно с кафедрой «Органическая химия» МГУПБ, позволившие доказать, что способ сушки биопродукта - пшеничной клейковины с примененной низкой температуры (1ср= -60 °С) предварительного замораживания, в сравнении с традиционным режимом (1ср= -30 °С), значительно улучает растворимость, пенообразующую и жиросвязы-вающую способность, что обеспечит эффективное её применение в производстве кондитерских изделий, при изготовлении мясных продуктов.

Разработана методика и получены результаты расчетов, с использованием компьютерной программы Maple Solver 7, величины эк-сергии четырех процессов, обеспечивающих непрерывную вакуум -сублимационную сушку биопродута - клейковины; замораживания-езам; конденсации - десублимации- екон; сублимации -есуб; работы вакуумного насоса— е,^ и общей (еобщ) в зависимости от исследуемых параметров процесса: температур нагревателя (tHar= 20 ^ 60 °С), конденсатора (tKOH= -30+- -60°С) и давления в камере (Рк= 50+ 500 Па). Результаты расчетов представлены графическими зависимостями.

Построена гистограмма значений коэффициентов корреляции г, оценивающая степень влияния на общую величину эксергии (еобш) исследуемых параметров процессов и позволяющая определить пути сокращения энергозатрат на работу вакуум - сублимационной сушки биопродукта.

1. Состояние вопроса.

Основные результаты работы и выводы.

1. Разработана математическая модель расчета продолжительности замораживания пищевых продуктов низкотемпературным воздухом при симметричных и несимметричных условиях теплообмена с использованием интегрального метода теплового баланса и квадратичного полинома распределения температуры при решении уравнения теплопроводности, позволяющая значительно повысить точность расчетов. Математическая модель использует численные методы решения с применением компьютерной программы Maple 7.

2. Получены экспериментальные данные, основных параметров процесса замораживания биопродукта — пшеничной клейковины низкотемпературным воздухом (tcp= - 60 °С) при различенных вариантах организации несимметричных условий теплообмена, доказывающие адекватность аналитических расчетов продолжительности замораживания (т) на уровне 1,5 %, коэффициента теплоотдачи (а) - 0,7 %.

3. Получены на базе выполненных расчетов с использованием предложенной математической модели номограммы и графические зависимости продолжительности процесса (т) от температуры воздуха (tcp), обеспечиваемой турбохолодильной машиной, технологических параметров заданного класса пищевых продуктов П[ - мясопродукты (начальная температура t„a4, толщина L) с учетом влияния коэффициента (к) несимметрии теплообмена, необходимые для выбора и обоснования режимов предварительного замораживания в технологии вакуум - сублимационной сушки, а также в технологии быстрого замораживания пищевых продуктов.

4. Получены экспериментальные данные, доказывающие, что предварительное замораживание продукта низкотемпературным воздухом (tcp=

-60 °С) позволяет сократить продолжительность дальнейшей его сублимационной сушки на 25 %, и на 50 % — общую продолжительность процессов (замораживание + сушка) в сравнении с режимом традиционного замораживания в условиях кондуктивного теплообмена при температуре (tcp= -30 °С).

5. Получены графические зависимости относительной продолжительности (\|/), как отношение продолжительности трех стадий замораживания (т[ - охлаждение, х2 - замораживание, х3 — домораживание) к общей (г) продолжительности от исследуемых параметров процесса. В исследуемом интервале температур воздуха (tcp= -60 - -120 °С) для стадии замораживания (т2) -Ц>2= 85 - 90 %, для стадии доморажива-ния (т3) - \|/3= 8-10 %. Стадия охлаждения (xi) незначительно влияет на общую продолжительность (х) - \\Г\= 2-5 %, что характерно для процесса быстрого замораживания пищевых продуктов, обеспечиваемого воздушной турбохолодильной машиной.

6. Разработан, с использованием предложенной математической модели, метод расчета безразмерной координаты фронта кристаллизации (е0), определяющей термический центр замороженного продукта и графические её зависимости от основных параметров процесса и коэффициента несимметрии (к) теплообмена.

7. Рассчитаны, с использованием компьютерной программы Microsoft Office Excel 2003, коэффициенты корреляции (г), построены гистограммы, позволяющие количественно оценить степень влияния на продолжительность замораживания (х) и координату термического центра (бо) продукта исследуемых параметров процесса и условий теплообмена.

8. Получены результаты качественных исследований, выполненных совместно с кафедрой «Органическая химия» МГУПБ, которые показали, что способ сушки биопродукта - пшеничной клейковины с применением низкой температуры (—60 °С) предварительного замораживания в сравнении с температурой (-30°С), используемой в действующей технологии, значительно улучшает растворимость, пенооб-разующую и жиросвязывающую способности, что обеспечит эффективное её применение в производстве кондитерских изделий и при изготовлении мясных продуктов.

9. Разработан метод и получены результаты расчетов величины эксер-гии четырех процессов, обеспечивающих непрерывную вакуум - сублимационную сушку биопродута - клейковины; замораживание- езам; конденсация — десублимация- екон; сублимация -есуб; работы вакуум! ного насоса- евак и общей (еобщ) в зависимости от параметров процесса в исследуемых интервалах: температуры нагревателя (^аг^О- 60 °С) и конденсатора (1К0Н=—30 - -60 °С), давления в камере (Рк=50-500Па). Результаты расчетов представлены графическими зависимостями.

10. Рассчитаны коэффициенты корреляции (г) и построена гистограмма, оценивающая степень влияния на общую величину эксергии (е0бШ), температуры нагревателя (1наг) (г = 0,61), давления (Рк) в камере (г = 0,49) и температуры (1:кон) конденсатора (г = 0,33), что позволяет определить пути сокращения энергозатрат на работу вакуум - сублимационной установки.

1. Аксельрод И.Л. Расчет продолжительности быстрого замораживания пищевых продуктов в туннельном аппарате с проточной азотной системой хладоснабжения / И.Л. Аксельрод, К.П. Венгер, A.A. Антонов // Вестник МАХ. 2004. - № 3. - С. 28-34.

2. Алмаши Э. Быстрое замораживание пищевых продуктов / Э. Ал-маши, Л. Эрдели, Т. Шарой. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.-408 с.

3. Алямовский И.Г. Аналитическое исследование технологических процессов обработки мяса холодом / И.Г. Алямовский, Р.Г. Гейиц, И.А. Головкии. М.: ЦНИИТЭИ Минмясомолопром, 1970. - 183 с.

4. Алямовский И.Г. Теплофизические характеристики пищевых продуктов при замораживании // Холодильная техника. 1968. — № 5. С. 3536.

5. Алямовский И.Г. Уточненные формулы определения продолжительности замораживания продуктов // Холодильная техника. 1982. — № 7. С. 37-39.

6. Антонов A.A. Азотные системы хладоснабжения для производства быстрозамороженных пищевых продуктов / A.A. Антонов, К.П. Венгер -Рязань: Узоречье, 2002. 205 с.

7. Антонов A.A. Быстрое замораживание криогенным способом гарантия высокого качества продукта / A.A. Антонов, A.M. Сивачева, Н.Т. Донцова, К.П. Венгер // Мясная индустрия. - 2004. - № 5. - С. 30-32.

8. Антонов A.A. Перспективные направления совершенствования процесса и оборудования для быстрого замораживания пищевых продукtob / A.A. Антонов, К.П. Венгер // Холодильный бизнес. 2002. - № 2. -С. 32-33.

9. Антонов A.A. Совершенствование производства быстрозамороженных пищевых продуктов с использованием низкотемпературных проточных системхладоснабжения: автореф. дисс.д.т.н., 2003, 39 с.

10. Арбузов С.Н. Разработка процесса и принципов аппаратурного оформления проточной азотной системы для холодильной обработки пищевых продуктов: автореф. дисс.к.т.н., 2000, 30 с.

11. Бабакин Б.С. Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе / Б.С. Бабакин, В.И. Стефанчук, Е.Е. Ковтунов. М.: Колос, 2001.-158 с.

12. Балыкова Л.И. Использование азота для замораживания ценных гидробионтов / Л.И. Балыкова, Ю.А. Юрков, М.В. Рогонаев // Материалы Международной конференции «Индустрия холода в XXI веке», 2004. С. 116-119.

13. Белоус A.M. Научные основы технологии сублимационного консервирования / A.M. Белоус, Ц.В. Цветков. — Киев: Наукова думка, 1985. -207 с.

14. Беляев Н.М. Методы нестационарной теплопроводности / Н.М. Беляев, А. А. Рядно. — М: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1978. -328 с.

15. Био М. Вариационные принципы в теории теплообмена. -М.: Энергия, 1975.-209 с.

16. Бобков A.B. Разработка проточной системы хладоснабжения туннельного скороморозильного аппарата с использованием низкотемпературного воздуха от турборефрижераторной установки: автореф. дисск.т.н., 2004, 26 с.

17. Бражников A.M. Аналитические методы исследования процессов термической обработки мясопродуктов / A.M. Бражников, В.А. Карпычев, А.И. Пелеев. М.: пищевая промышленность, 1974. - 232 с.

18. Бражников A.M. Инженерные расчеты процессов отвода тепла при холодильной обработке / A.M. Бражников, Э.И. Каухчешвили // Холодильная техника. -1982. -№ 9. С. 35-38.

19. Бражников A.M. Теория теплофизической обработки мясопродуктов. М.: Агропромиздат, 1987. - 270 с.

20. Булавин П.Е. Решение неоднородного уравнения теплопроводности для многослойных тел / П.Е. Булавин, В.М. Кащев // ИФЖ. 1964. - т 12. №9.-С. 71-77.

21. Васильевна С.Е. Модифицированный метод построения приближенных аналитических решений задач нестационарного теплопереноса: автореф. дисс. .к.т.н., 2006, 20 с.

22. Вейник А.И. Приближенный расчет процессов теплопроводности. М.: Госэнергоиздат, 1959. - 248 с.

23. Венгер К.П. Воздушный турбохолодильный агрегат для быстрого замораживания растительной продукции во флюидизационном слое / К.П. Венгер, OA. Феськов, Г.Б. Шахмеликян, Н.С. Шишкина // М. -СПб: Вестник МАХ. - 2007. -№ 3. - С. 26-31.

24. Венгер К.П. Машинная и безмашинная системы хладоснабжения для быстрого замораживания пищевых продуктов / К.П. Венгер, В.А. Вы-годин. Рязань: Узоречье, 1999. - 143 с.

25. Венгер К.П. Научные основы создания техники быстрого замораживания пищевых продуктов: автореф. дисс.д.т.н., 1992, 44 с.

26. Венгер К.П. Расчет продолжительности быстрого замораживания штучньтх пищевых продуктов / К.П. Венгер, Е.Е. Ковтунов // М.: Вестник МАХ. 1998. - вып. 2. - С. 44-47.

27. Венгер К.П. Скороморозильный туннельный аппарат с воздушным турборефрижераторным агрегатом / К.П. Венгер, A.A. Антонов, В.А. Сте-фанова, O.A. Феськов // Холодильная техника. -2006. №11. С. 31-33.

28. Венгер К.П. Совершенствование системы хладоснабжения низкотемпературной камеры с использованием воздушной турбохолодильной машины / К.П. Венгер, Н.Б. Паныиин, Т.М. Розеноер // Вестник МАХ. — 2008.-№3,-С. 33-38.

29. Венгер К.П. Холодильное технологическое оборудованные быстрое замораживание пищевых продуктов. М.:ГПП «Печатник», 1997. -112 с.

30. Газовые турбохолодильные установки (электронный ресурс)// ЗАО "Научно-производственное объединение энергетических систем и приводов машин" (сайт), 2007, URL: http://www.espm.ru/PROBA 12.НТМ (дата обращения 29.03.2007).

31. Гинзбург A.C. О механизме тепло- и массообмена при сублимации в условиях вакуума: «Тепло- и массообмен при фазовых и химических превращениях» / A.C. Гинзбург, Б.М. Смольский, К.Б. Гисина. Сб. -Минск, 1968.- 106 с.

32. Гнилицкий В.М. Скороморозильная техника для пищевых продуктов / В.М. Гнилицкий, А.Ш. Кобулашвили // Промышленный оптовик. — 2000.-№ 12-С. 13.

33. Головкин H.A. Холодильная технология пищевых продуктов / H.A. Головкин, Г.Б. Чижов. М.: Пищепромиздат, 1951. - 332 с.

34. Головкин H.A. Холодильная технология пищевых продуктов. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 240 с.

35. Гольдман H.JI. Обратные задачи Стефана. Теория и методы решения. М.: Изд-во Моек, Ун-та, 1999. 294 с.

36. Голянд М.М. Сборник примеров расчетов и лабораторных работ по курсу "Холодильное технологическое оборудование / М.М. Голянд, Б.Н. Малеванный, М.З. Печатников, В.Т. Плотнников М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, 168 е.

37. Грубы Я. Производство замороженных продуктов. М.: ВО Агро-промиздат, 1990. - 385 с.

38. Гудмен Т.Р Применение интегральных методов в нелинейных задачах нестационарного теплообмена // Проблемы теплообмена. Перев. с англ. под. ред. П.Л. Кириллова. — М.: Атомиздат, 1967. С. 41-96.

39. Гуйго Э.И. Теоретические основы тепло- и хладотехники. Теплообмен. (часть 2) — Ленинград, 1976. 224 с.

40. Гуйго, Э.И. Сублимационная сушка пищевых продуктов Текст. / Э.И. Гуйго, Н.К. Журавская, Э.И. Каухчешвили. М.: Пищевая промышленность, 1972.-432 с.

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

42. Жильцов И.Б. Применение газифицированного жидкого азота для замораживания продуктов // Производство и реализация мороженого и быстрозамороженных продуктов. 2004. - № 4. С. 26-27.

43. Ильин P.A. Метод анализа эксергетической эффективности использования теплообменных аппаратов // Вестник АГТУ. 2007. - Вып. 6 (41).-С. 93-96.

44. Исаченко В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, A.C. Сукомел. — М.: Энергоиздат, 1981.-416с.

45. Камовников Б.П. Атмосферная сублимационная сушка пищевых продуктов (монографии) / Б.П. Камовников, A.B. Антонов, И.А. Бабаеев, Г.В. Семёнов. -М.: Колос, 1994.-254 с.

46. Камовников Б.П. Вакуум сублимационная сушка пищевых продуктов / Б.П. Камовников, П.С. Малков, В.А. Воскобойников. - М.: Агро-промиздат, 1985. - 288 с

47. Карслоу Г. Теплопроводность твердых тел / Г. Карслоу, Д. Егер -М.: Наука, 1964.-488 с.

48. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел., 2001. — 550 с.

49. Коздоба JI.A. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. М.: Наука, 1975. - 225 с.

50. Колпакова В.В. Влияние способа сушки белковой муки из пшеничных отрубей на ее функциональные свойства / В.В. Колпакова, А.П. Нечаев // Научно-технические достижения и передовой опыт в отрасли хлебопродуктов: Инф. сб. ЦНИИТЭИ. 1995. -№ 1. С. 3-6.

51. Колпакова B.B. Научные основы технологии получения и применения белковых продуктов из пшеничных отрубей, автореф. дисс.д.т.н., М., 1997.-464 с.

52. Крапычев В. А. Элементы теории переноса тепла и вещества. Методы решения задачи Стефана / В. А. Крапычев, Ю.В. Колтыпин. -М.:МТИММП, 1984. 19 с.

53. Кудинов В.А. Аналитические решения задач теплопроводности / В.А. Кудинов, Б.В. Аверин, Е.В. Стефанюк, С.А. Назаренко. монография Самара, Самарский государственный технический университет, 2004. -209 с.

54. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск, Наука, Сиб. Отделение, 1970. 659 с.

55. Куцакова В.Е. О времени замораживания пищевых продуктов /

56. B.Е. Куцакова, C.B. Фролов //Холодильная техника. 1997. № 2. - С. 1617.

57. Куцакова В.Е. О границах применимости формулы Планка / В.Е. Куцакова, Г.О. Кушке // Холодильная техника. 1989. -№ 11 — С. 39-40.

58. Куцакова В.Е. Расчет времени замораживания бесконечного цилиндра и шара с учетом одновременного охлаждения замороженной части / В.Е. Куцакова, Ю.В. Уткин, C.B. Фролов, H.A. Третьяков // Холодильная техника. 1996. -№ 2 С. 21-23.

59. Куцакова В.Е. Расчет времени замораживания с учетом времени охлаждения до криоскопической температуры объекта / В.Е. Куцакова,

60. C.B. Фролов // Проблемы теплофизики и теплообмена в холодильной технике. СПб., Сборник научных трудов, 1994. - С. 105-111.

61. Кушицкий A.C. Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота: автореф. дисс.к.т.н., 2007, 20 с.

62. Лейбензон Л.С. Академия Наук СССР Собрание трудов. Гидроаэродинамика геофизика. М.: 1955. - т. 4. - С. 315-359.

63. Лыков A.B. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. - 472 с.

64. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высш. школа., 1967. -599 с.

65. Лыкова А.В Теория тепло — и массообмена, 1961. — 680 с.

66. Мейрманов A.M. Задача Стефана. Новосибирск Наука, Сиб. Отделение, 1986.-187 с.

67. Мижуева С.А. Разработка эффективных технологических методов сохранения рыбного сырья: автореф. дисс.д.т.н., 1996, 29 с

68. Моисеева И.С. Совершенствование процесса вакуум- сублимационной сушки зародышей зерна пшеницы: автореф. дисс.к.т.н., 2005, 20 с.

69. Мотин В.В. Разработка процесса и аппарата для замораживания мясных полуфабрикатов с использованием многозонной азотной системы. //Автореф. дисс.к.т.н., 1988, 16 с.

70. Олейник О.О. О методе решений общих задач Стефана. // Докл. АН СССР 1960. - т. 135. - С. 1054-1057.

71. Основные технические характеристики ВТХУ1-11 (электронный ресурс) // ОАО "Специальное конструкторско-технологичное бюро радиооборудования" (сайт), 2007, URL: http://www.sktbr.ru/products/ ?content=product&id= 19 (дата обращения 25.03.2007).

72. Паныпин Н.Б. Совершенствование камеры быстрого замораживания пищевых продуктов с использованием низкотемпературного воздуха турбохолодильной машины: автореф. дисс.к.т.н., 2010, 23 с.

73. Пасконов В.М. Численное моделирование процессов тепло — и массообмена / В.М. Пасконов, В.И. Полежаев, П.А. Чудов. М.: Наука, 1984.-288 с.

74. Патент 2168123 Российская Федерация. Способ и установка для обеспечения сохранности пищевых продуктов / К.П. Венгер, A.B. Бобков, О. А. Феськов и др. бюл. № 15, Опубл. 27.05.2001.

75. Патент 2278336 Российская Федерация. Воздушный туннельный скороморозильный аппарат / A.A. Антонов, К.П. Венгер, В.А. Стефанова, O.A. Феськов. бюл. №17, Опубл. 20.06.06.

76. Патент 2278337 Российская Федерация. Скороморозильный флюи-дизационный аппарат / A.A. Антонов, К.П. Венгер, А.Ш. Кобулашвили, Г.Б. Шахмеликян, O.A. Феськов. бюл. №17, Опубл. 20.06.05

77. Патент 2337281 Российская Федерация. Устройство для замораживания пищевых продуктов / К.П. Венгер, А.П. Вакулов, Н.Б. Паныпин, O.A. Феськов. бюл. № 30, Опубл. 27.10.08.

78. Пелеев А.И. Тепло и массообмен при термической обработке мяса и мясопродуктов паровоздушной смесью / А.И. Пелеев, А.М. Бражников Москва., 1965, 64 с.

79. Пушкарь Н.С. Теория и практика криогенного и сублимационного консервирования /Н.С. Пушкарь, А.М. Белоус, Ц.В. Цветков. Киев: Наукова думка, 1984, 260 с.

80. Пчелинцев С.А. Совершенствование процесса и оборудования быстрого замораживания пищевых продуктов с использованием азотной проточной системы хладоснабжения: автореф. дисс.к.т.н., 2001, 37 с.

81. Рогов И.А. Консервирование пищевых продуктов холодом (тепло-физические основы) / И.А. Рогов, В.Е. Куцакова. М.: Издательство "КолосС", 2000, 183 с.

82. Рожин И.И. Численное моделирование переходных процессов в прикладных задачах теплопроводности с фазовыми превращениями: авто-реф. дисс. .к.т.н., 2005, 17 с.

83. Рубинштейн JI. Проблема Стефана. Рига: Звайгзне, 1967. - 457с.

84. Ручьев A.C. Совершенствование производства быстрозамороженной растительной продукции с использованием жидкого и газообразного азота: автореф. дисс.к.т.н., 2003, 23 с.

85. Самарский A.A. Методы решения сеточных уравнений / A.A. Самарский, Е.С. Николаев. М.: Наука, 1978. - 592 с.

86. Семёнов Г.В. Вакуумная сублимационная сушка, основные понятия и определения. // Материалы Международная научная — техническая конференция «Сублимационная сушка в фармацевтической и пищевой промышленности». М.: МГУПБ, 2005. - С. 86-92.

87. Семёнов Г.В. Теплообмен в процессах низкотемпературного вакуумного обезвоживания термолабильных продуктов и его аппаратурное оформление: автореф. дисс.д.т.н., 2003, 41 с.

88. Смыслов В.И. Межведомственная комиссия по охране озонового слоя Текст. / В.И. Смыслов, A.A. Соловьянов // Холодильная техника. — 1997.-№5.-С. 5-7.

89. Старостин А.П. Воздушные турбохолодильные машины / А.П. Старостин, К.К. Соколов. Издательство ООО «Франэра», 2003, 262 с.

90. Стефанова В.А. Совершенствование процесса и аппарата быстрого замораживания пищевых продуктов и использованием низкотемпературного воздуха от турборефрижераторной установки: автореф. дисс.к.т.н., 2008, 22 с.

91. Тейдер В.А. Замораживание продуктов на металлическом поддоне // Холодильная техника. —1963. — №3, — С. 33-36.

92. Тейдер В.А. Продолжительность замораживания продукта, лежащего на оребренной поверхности // Холодильная техника. — 1962. № 6 С. 37-42.

93. Технические характеристики воздушных турбохолодильных машин (электронный ресурс) // Краткие сведения о производимой продукции Казанькомпрессормаш: (сайт), 2007, URL: http://compres- sor-mash.ru/ru/production/holod O/xolod 6 (дата обращения 05.12.2007)

94. Тихоонов А.Н. Уравнение математической физики / А.Н. Тихо-онов, A.A. Самораский. Изд. 5-е. М.: Наука, 1977. 736 с.

95. Тодоровский Т.О. О замораживании пластины при различных коэффициентах теплоотдачи на его поверхностях // Холодильная техника. -1969.-№ 7.-С. 31-33.

96. Фесысов O.A. Разработка проточной системы хладоснабжения газообразным азотом для холодильной обработки пищевых продуктов: ав-тореф. дисс. .к.т.н., 2002, 28 с.

97. Чижов Г.Б. Вопросы теории замораживания пищевых продуктов. Пищепромиздат, 1956. 340 с.

98. Шахмеликян Г.Б. Совершенствование процесса и аппарата флюи-дизационного замораживания растительной продукции с использованием воздушной турбохолодильной машины: автореф. дисс.к.т.н., 2008, 25 с.

99. Шишкина Н.С. Криогенное замораживание ягод, плодов и овощей / Н.С. Шишкина, M.JI. Лежнева, О.В. Карастоянова, К.П. Венгер, O.A. Феськов // Производство и реализация мороженого и быстрозамороженных продуктов. 2004. - № 6. - С. 34-37.

100. Юшков П.П., Гейнц Р.Г. О продолжительности промерзания пластины / П.П. Юшков, Р.Г. Гейнц // Инженерно-физический журнал. -1967. т. 12 - № 4, - С. 460-464.

101. Airs product specifications (электронный ресурс) // Earthship USA, Inc: (сайт), 2004, URL: http://www.earthshipusa.com/htm files/ specifica-tions.htm (дата обращения 08.09.2006)

102. Arun S. Mujumdar. Handbook of Industrial Drying, Third Edition. Tay-lor& Francis, Boca Raton, Florida, USA, 2006, 1279 p.

103. ASHRAE Handbook, Fundamentals. Altanta, GA: ASHRAE, 1993.

104. Bruttini R. Exergy analysis for the freezing stage of the freeze drying process / R. Bruttini, O.K. Crossera, A.I. Liapisa // Drying Technology, 2001, vol. 19, Issue 9, pp. 2303-2313.

105. Carslaw H.S. Conduction of heat in solids / H.S. Carslaw, J.G. Jaeger, oxford press, 1959, 517 p.

106. Cleland A.C. Food refrigeration processes: analysis, design and simulation. London: Elsevier Science, 1990, 543 p.

107. Crank J. Free and Moving Boundary Problems, Clarendon Press; Oxford, 1984. 413 p.

108. Fujji T. Natural convection heat transfer from plate with arbitrary inclination / T. Fujji, H. Imura // International Journal of Heat Mass Transfer, 1972, vol. 15, pp. 755-764.

109. Goldblith S.A. Freeze Drying and Advanced Food Technology / S.A. Goldblith, L. Rey, W.W. Rothmayr. London: Academic Press, 1975.

110. Goldstein RJ. Natural convection mass transfer adjacent to horizontal plates / R.J. Goldstein, E.Y. Sparrow, D.C. Jones // International Journal of Heat Mass Transfer, 1973, Volume 16, Issue 5 , pp. 1025-1035.

111. Goodman T.R. Application of integral methods to transient nonlinear heat transfer // Advances in Heat Transfer, Academic Press, San Diego, Cal., USA, 1964, Vol. 1,, pp. 51-122.

112. Goodman T.R. The Heat Balance Integral Further Considerations and Refinements // Trans. ASME Journal of Heat Transfer, 1961, vol. 83, № 1, pp. 83-88.

113. Goodman T.R. The Heat Balance Integral and Its Application to Problems Involving a Change of Phase // Transactions of ASME, 1958, № 80, pp. 335-342.

114. Goodman T.R. The melting of finite slabs / T.R. Goodman, J.J. Shea // Journal of. Appl. Mech. 1960, 27, pp. 16-27.

115. Kreith, F. Mechanical engineering handbook "Heat and mass transfer" / F. Kreith, R.F. Boehm, et. al. Boca Raton: CRC Press LLC, 1999.

116. Liapis A.I. Exergy analysis of freeze drying of pharmaceuticals in vials on trays / A.I. Liapis, R. Bruttini // International Journal of Heat and Mass Transfer, 2008, Volume 51, Issues 15-16, pp. 3854-3868.

117. Mason, E.A. Gas Transport in Porous Media: The Dusty-Gas Model / E.A. Mason, A.P. Malinauskas. Elsevier, New York., 1983, 194 p.

118. Mellor J.D. Fundamentals of Freeze Drying. London:Academic Press, 1978, 386 p

119. Ozisik, N.M. Heat Transfer: A Basic Approach, McGraw- Hill, New York, 1985, 780 p.

120. Plank R. Beitrage zur Berechnung und Bewertung der Gefriergeschwindigkeit von Lebensmitteln // Zeitschrift fur die gesamte Kalte Industrie, 1941, vol. 3,№ 10; pp. 1-16.

121. Plank R. Die Gefrierdauer von Eisblocken // Zeitschrift fur die gesamte Kalte Industrie, 1913, vol. 20, № 6; pp. 109-114.

122. Robert W. Serth. Process heat transfer principles and application, Elsevier Science, 2007, 755 p.

123. Rozanov L.N. Vacuum Technology, Taylor & Francis, New York, NY, USA, 2002,351 p.

124. Sanz, P.D. Using equivalent volumetric enthalpy variation to determine the freezing time in foods / P.D. Sanz, , M. Ramos, R.H. Mascheroni // Journal of Food Engineering, 1996, vol. 27, № 2, pp. 177-190.

125. Sheng T.R. Rates for freeze-drying / T.R. Sheng, R.E. Peck // AIChE Symposium. Series, 1975, vol. 73, №. 163, pp. 124-130.

126. Tupholme G.E. Mathematics of Heat Transfer / G.E. Tupholme, A.S. Wood. Press, Oxford, 1998, 345 p.

127. Walter Umrath. Fundamentals of Vacuum Technology, 1998, 200 p.