автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Совершенствование тепловой сушки твердых остатков при переработке растительного сырья (сои, облепихи)

УДК 663/664.047.3:(637.748+635.655)002.68(043.3)

На правах рукописи

ЛЕОНЧИК Елена Борисовна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ СУШКИ ТВЕРДЫХ ОСТАТКОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

(сои,облепихи)

Специальность 05.18.12. -Процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Московском Государственном университете пищевых производств

Научный руководитель- академик Международной академии

информатизации,

доктор технических наук, профессор М. М .Благовещенская

Официальные оппоненгы-

доктор технических наук,

профессор

О.Л .Данилов

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ю.В.Есаков

Ведущая организация- ВНИИ консервной и

овощесушильной промышленности

Защита диссертации состоится 25 декабря 1997 г. на заседании Диссертационного совета К.063.51.07 Московского Государственного университета пищевых производств по адресу:

125080, Москва, Волоколамское шоссе, д.11.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим направлять в адрес Ученого совета университета. Автореферат разослан "_" ноября 1997 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета,

кандидат технических наук,

доцент И.М.Савина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации обусловлена тем,что в условиях создания, развития и совершенствования технологий и оборудования для производства в РФ продуктов диетического и лечебно-профилактического питания необходимы: новая информация и разработки в области повышения эффективности сушки твердых остатков образующихся при переработке растительного сырья, сои и облепихи; научное обоснование параметров режима сушки; выбор технических решений, обеспечивающих максимально полное использование ценных веществ - компонентов сырья и энергосбережение.

Цель работы состоит в изучении особенностей свойств соевой окары и жома облепихи как объектов сушки, а также кинетики их сушки для обоснования и реализации вариантов совершенствования этого процесса при переработке сои и облепихи.

Методы исследования. Экспериментальные: на лабораторных установках для сушки окары и облепихи в тонком слое; на установке для осуществления СОг-экстрагирования компонентов из жома облепихи. Обработка опытных данных на ПЭВМ по стандартным программам.Численный эксперимент - на ПЭВМ по программе, моделирующей слоевую сушку дисперсных материалов. Определение кислотного числа окары и состава жома по основным компонентам.

Научная новизна:

определена зависимость равновесного влагосодержания соевой окары от влажности и температуры воздуха (изотермы десорбции);

установлены закономерности кинетики конвективной сушки окары;

систематизирована и обобщена информация о гигротермических свойствах жома облепихи и кинетических закономерностях его конвективной сушки;

получены новые сведения о влиянии состава сушильного агента и его параметров (воздух,СО2) на интенсивность сушки жома облепихи, на изменение показателей его качества.

Практическая ценность

Анализ и обобщение опытных данных и результатов численного эксперимента позволили получить зависимости и соотношения, составляющие основу методики инженерного расчета сушки соевой окары и жома облепихи.

Методика передана для практического применения в заинтересованные организации (НИИ пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии, кафедра технологии консервирования Кубанского государственного технологического университета, ООО "Сомо" г. Москва).

Результаты исследований использованы при разработке с нашим участием трех изобретений.

н

Предложены три методики оценки энергосберегающих эффектов: при осуществлении водно-спиртовой экстракции и экстракции сжиженными газами; при комбинированном низкотемпературном обезвоживании термочувствительных продуктов (вымораживанием, сублимационной сушкой). Методики приняты банком АРМ "Эксперт" (МЭИ).

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной конференции "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК" (Москва, МГАПП, 1995 ); на Международной научно-технической конференции "Научные основы высоких технологий и техники использования диоксида углерода в пищевой промышленности" (Краснодар, КНИИ хранения и переработки с.х. продукции, 1995 ); на Второй Международной научно-технической конференции "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики" ( Москва, МЭИ, 1995 ); на IV Международном симпозиуме "Экология человека: пищевые технологии и продукты" (Москва - Видное, ВНИИКОП.1995); на первой Всероссийской научно-практической конференции "Автоматизация технологических процессов и управление производством на предприятиях пищевой промышленности"(Москва, МГАПП, 1996 ); на Международной научно-технической конференции "Пищевая промышленность России на пороге XXI века. Научное и инженерное обеспечение пищевых и перерабатывающих отраслей АПК" ( Москва, МГАПП, 1996 ); на Международной научной конференции "Рациональные пути использования вторичных ресурсов агропромышленного комплекса" (Краснодар, КубГТУ,1997).

Публикации По результатам исследований опубликовано 13 работ, в т.ч. получены 3 положительных решения на изобретения.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы (147 наименований), 4 приложений; изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 26 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показано, что создание, совершенствование и развитие производств для широкомасштабной переработки сои и облепихи с целью получения нового поколения пищевых продуктов массового и лечебно-профилактического назначения составляют важную народнохозяйственную проблему. Существенно,что при этом образуются вторичное сырье и побочные продукты, в состав которых входят ценные компоненты, пригодные для применения в качестве добавок при изготовлении детского, диетического, лечебно-профилактического питания, полуфабрикатов с повышенным содержанием белка, биологически активных веществ, липидов и др.

о

При экстрагировании белка и других компонентов, при отжиме облепихового сока образуются твердые остатки, переработка которых способствует более полному использованию сырья.

Самостоятельное значение имеет операция сушки твердых остатков, эффективное осуществление которой позволяет обеспечить их длительное хранение, глубокое извлечение ценных компонентов и др. При этом потери ценных компонентов и расходы энергии должны быть минимальны.

В первом разделе изложен аналитический обзор научных публикаций и патентных материалов, на основании которого определены конкретные задачи работы, решение которых необходимо для достижения ее цели, сформулированной выше. Рассмотрены особенности технологий переработки сои и облепихи.

Основные задачи технологии производства пищевого белка - это извлечение его из многокомпонентного сырья с максимальным выходом при минимальных затратах и потерях других ценных компонентов сырья, минимальном изменении функциональных свойств белка(или их направленном изменении в желаемую сторону), сохранение биологической ценности белка, необходимой степени удаления или дезактивации нежелательных веществ. Получили развитие методы водной экстракции белка без предварительного извлечения липидов органическими растворителями.

По сравнению с другими экстрагентами вода относительно дешева, доступна, относительно легко регенерируется.

В результате исследований, выполненных, например, в МГУПП доц. Кимом В.Л., разработана и реализована технология для производства из сои белкового концентрата, основанная на осуществлении водной экстракции. После механического отделения получаемого при этом соевого молока образуется твердый остаток (окара), представляющий собой влажную однородную массу без запаха светло-желтого цвета с высоким содержанием протеина, двухвалентного железа, являющийся также эффективным источником клетчатки и др.ценных вещеста. Окару используют в качестве добавки в обычную муку, для производства печенья, подливок, соусов, в качестве заменителя яиц и др.

В этом разделе рассмотрены1 также варианты совершенствования технологии переработки плодов облепихи, например за счет осуществления селективной экстракции, в т.ч. при использовании в качестве экстрагента сжиженных газов (СОг и др.). На эффективность такой переработки существенное влияние оказывает сушка жома после отделения сока.

Окара и жом содержат ряд ценных компонентов (пектинов, белков, витаминов, аминокислот и др.). Они термочувствительны, полидисперсны, многокомпонентны.

Анализ информации о сушке различных твердых остатков (выжимок, шротов и др.) позволил обосновать целесообразность изучения сушки соевой окары и жома облепихи.

Сведений об изучении сушки окары нами не обнаружено. Показана целесообразность дальнейшего совершенствования технологии и техники сушки жома облепихи. Рассмотрены возможности оценки показателей качества и энергосбережения при переработке сои и облепихи.

Конкретные задачи данной работы определены на основе системного подхода:

изучить требования отраслей АПК, особенности развития отраслевых современных технологий и техники переработки растительного сырья, экономическую целесообразность переработки; для оценки такой целесообразности рекомендованы показатели качества продукции и энергозатрат;

выполнить анализ процессов, осуществляемых при переработке сои и облепихи, их взаимосвязи; определить необходимость изучения сушки соевой окары и жома облепихи, оказывающей существенной влияние на показатели качества продукции и энергозатраты;

обосновать и осуществить математическое описание сушки окары и жома на основании получения и обобщения новой информации о свойствах и сушке этих материалов с привлечением экспериментальных данных и результатов численного эксперимента;

по результатам комплексных исследований разработать технические решения , позволяющие существенно повысить эффективность переработай сои и облепихи.

Во втором разделе изложены обоснование и исходные положения методики исследований. Экспериментальное изучение кинетики сушки полидисперсных частиц окары и жома облепихи осуществлялось преимущественно в тонком слое. Сушимый материал после определения его влагосодержания помешали в съемную цилиндрическую кассету с сетчатым дном. Подаваемый снизу воздух нагревали в электрическом калорифере. Температуру сушильного агента (воздуха, газообразного СО2) поддерживали на необходимом уровне при помощи лабораторного автотрансформатора, а влагосодержание - изменением напряжения, подаваемого на нагревательный элемент парогенератора. Стенд оснащен системой для измерения параметров режима конвективной сушки: температуры (0, влагосодержания(Х) и скорости движения (V).

При оценке состава твердого остатка - жома облепихи "до"и"после" сушки осуществляли СОг - экстрагирование компонентов на лабораторной установке периодического действия ВНИИКОП. Установка содержит герметичный корпус с загрузочным люком. В корпусе размещен экстрактор с установленной в нем мешалкой. Подача сжиженного газа в экстрактор осуществляется из источника. Установка снабжена запорной арматурой.

Исследуемое сырье через люк корпуса загружали в экстрактор. Люк закрывали герметизируя корпус. В экстрактор подавали сжиженный газ и приводили во вращение мешалку. Под специальную сливную трубку подавали сменные контейнеры. Манипулируя запорной арматурой создавали проточный или стационарный режим экстрагирования сырья.

Наличие газоотводной трубки в контейнерах позволяло поддерживать атмосферное или близкое к нему давление. На выходе из сливной трубки мисцелла вскипала, сжиженный газ переходил в газовую фазу и удалялся по газоотводной трубке, а экстракт оставался в контейнере. Брызгоунос исключался наличием в газоотводной трубке микрофильтра. Газовая фаза используемого экстрагента сбрасывалась в атмосферу или через ресивер и компрессор возвращалась в систему.

Для оценки качества окары и жома после сушки соответственно определяли кислотное число и осуществляли хромотографический анализ СОг-экстракта.

В связи с необходимостью обобщения результатов изучения кинетики сушки окары и жома, а также постановки и проведения численного эксперимента для получения информации о распределении влагосодержания в слое частиц, о влиянии влагосодержания сушильного агента на интенсивность сушки выполнен анализ математических моделей, используемых при расчете конвективной сушки.

Обоснован выбор полуэмпирической модели, основанной на обобщении кривых скорости сушки Г.К.Филоненко - В.В.Красникова.

В результате исследований проф. Данилова О.Л. и доц. Коновальцева С.И. (МЭИ) доказана возможность моделирования конвективной слоевой сушки растительного сырья при следующих допущениях:

1 .Коэффициент массоотдачи (Р) не зависит от температуры поверхности испарения ( Т п);

2.Парциальное давление паров влаги всюду существенно меньше внешнего давления;

3.Парциальное давление паров влаги в ядре потока сушильного агента существенно меньше давления адиабатного испарения;

4.Если изотермы десорбции нелинейны, то кинетическая функция принимается зависящей от разности текущего и равновесного влагосодержаний.

Согласно модели, рассматривается стационарный одномерный теп-ломассоперенос через ламинарный пограничный слой , обусловленный двумя механизмами: конвективным за счет возникновения потока Стефана и молекулярным.

Плотность потока массы пара определяется их уравнения

1** -лАЛЛ Ч (!)

-молярная масса пара; ¥ - отношение молярных масс пара и неконденсирующегося газа (для влажного воздуха ¥ ~0,622);и)с* молярная концентрация пара в парогазовой смеси; и)4 - молярная доля пара; Т1с.п~ скорость конвективного потока Стефана; Х„ и Х-я " влагосодержания на поверхности и в ядре потока.

Для определения температуры поверхности испарения, однозначно связанной с влагосодержанием на поверхности в первом периоде сушки

а

предложено решать систему уравнений, в которую входит известное соотношение: „ Л .

У _ УРз(Тп) (2)

Лп'&-Р5(т„)

Здесь Р3(Гп\ давление насыщения, У* - относительная влажность потока, 3 -барометрическое давление.

Хп в первом периоде сушки рассматривается как влагосодержание, соответствующее адиабатному насыщению, поэтому предложено использовать уравнение адиабаты:

0рзЪ *ХЯ (Но +СрлТя) - ср_87п +Хп(Но Тп)3 (3)

где^у изобарная массовая теплоемкость сухого сушильного агента;

Ор.п' изобарная массовая теплоемкость паров влаги;На- начало отсчета энтальпии паров влаги; Т- температура сушильного агента,-температура сушильного агента на поверхности сушимого материала в первом периоде сушки, равная температуре адиабатного насыщения.

Во втором периоде сушки температура сушильного агента на поверхности сушимого материала больше температуры адиабатного насыщения, уравнение (3) следует заменить уравнением теплового баланса поверхности десорбции.

Согласно математической модели обобщенных кривых скорости сушки Г.К.Филоненко-В.В.Красникова скорость сушки рассматривается как функция влагосодержания материала, влагосодержания и температуры сушильного агента. Она может быть представлена в виде произведения двух функций: обобщенной скорости сушки и обобщенной кривой скорости сушки. При этом обобщенная скорость сушки отождествляется со скоростью сушки в первом периоде, зависит только от "X" и "Т", а обобщенная кривая скорости сушки представляет собой функцию только приведенного влагосодержания материала, равного разности между истинным ( Ы) и равновесным (Цр) влагосодержаниями материала. Первоначально такая модель была предложена как полуэмпирическая.

Согласно исследованиям проф. О.Л.Данилова и С.И, Коновальцева скорость сушки в первом периоде определяется соотношением

полученным из анализа дифференциального уравнения переноса массы через пограничный слой. Здесь £ -объемная площадь поверхности материала, Л/ - плотность потока массы сушимого материала.

В основу программного обеспечения в данной диссертации для кинетической оптимизации конвективных сушильных установок положена математическая модель сушки, в которой кинетика сушки описывается при помощи обобщенных кривых скорости сушки Г.К.Филоненко-В.В.Красникова. Скорость сушки

Особенности кинетики сушки жома облепихи изучались ранее рядом авторов (П.С.Куц, П.Б.Баглеев и др.).

Жом облепихи (смесь частей плода), как объект сушки, отличается по сравнению с соевой окарой более сложными структурой, формой частиц и составом, содержит зерно, мякоть и кожицу.

Средний эквивалентный диаметр частиц жома оценивается в пределах от 0,004 до 0,007 м.

В связи с необходимостью дальнейшего совершенствования технологии переработки облепихи и важнейшей операции - сушки жома нами выполнены анализ и обобщение результатов ранее выполненных исследований, особенно относящихся к информации о кинетике сушки.

Проф.П.С.Куц с сотрудниками (ИТМО АНБ) исследовал сушку жома облепихи в специфических условиях падающе-кипящего слоя при механической обработке материала в зоне псевдоожижения. Полученные им опытные данные обобщены нами по методике В.В.Красникова:

й-Ыр-еХР(-0,02156-И ? + • (12)

Для определения показателя степени ¿Я- ( см. соотношение 8), необходимого при математическом моделировании процесса, использованы первичные данные о сушке жома, полученные П.Б.Баглеевым. Нами построены кривые скорости сушки и графики в логарифмических координатах ) V) , установлено, что¿£=2.

Для расчета времени сушки рекомендованы соотношения аналогичные полученным при анализе кинетики сушки окары.

В связи с разработкой новой технологии переработки облепихи, основанной на применении сжиженных газов, исследованы особенности сушки ее жома в потоке СОг, что связано с предположением о возможности снижения интенсивности окислительных процессов и уменьшения времени процессов сушки и экстракции. Выполнена расчетная оценка влияния величины коэффициентов переноса в среде СО2 на интенсивность сушки в первом периоде сушки ( ).При прочих равных условиях эта величина определяется значениями и движущей силы. Для расчета коэффициента массоотдачи ( А ) в качестве исходных приняли широко известное соотношение р</и = , формулу Льюиса ¿5- .

При изменении температуры сушильного агента от 70 до 150°С расчетная величина коэффициента массоотдачи при испарении в поток воздуха больше по сравнению с испарением в поток СО2 в 1,16-1,2 раза.

Движущая сила массообмена при сушке в первом периоде оценивалась по соотношению ¿л. '

В потоке СОг при I =70 °С она оказалась больше в 1,11 раза, а при 1=150 °С в 1,24 раза.

Следовательно, применение в качестве сушильного агента углекислого газа в рассматриваемых здесь пределах изменения параметров режима практически не изменяет интенсивность конвективной сушки по сравнению с сушкой в потоке воздуха.

Кроме того, экспериментально изучено влияние свойств и параметров сушильного агента (воздуха и диоксида углерода) на кинетику экстракции сжиженным СОг и состав получаемых при этом экстрактов по основным компонентам, определяющим их товарную ценность.

В качестве главного индикатора эффективности высокотемпературной сушки жома облепихи определено содержание оксиметил-фурфурола (ОМФ).

Экспериментальные данные об изменении во времени содержания индикаторов качества в СОг - экстрактах показаны на рис. 1.

Сведения о химическом составе СОг- экстрактов при вышеуказанных вариантах сушки приведены в таблице. Скорость сушильного агента в подводящем канале была около 4,5 м/с, высота слоя частиц жома -0,1 м.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАБ С02-ЭКСТРАКТ0В ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТАХ СУШКИ ОБЛЕПИХОВОГО ЖОМА._

Показатели Способ сушки и параметры режима

Конвективная в потоке воздуха Конвективная в потоке СОг

г=жс т - 30 мин. 1=15(ГС т = 10 мин. 1 = 70"С х = 30 мин. 1 = 150°С т = 10 мин.

1.Выход СОг экстракта от массы сухого жома,% 7,0 6,5 8,0 7,5

2.Кислотное число, мг КОН 12,0 13,5 8,6 9,5

З.Содержание ОМФ, мг/кг 9 15 7 8

4.Сумма каротиноидов,% 10 365 345 480 420

5.Токоферолы, % 10 470 455 505 490

6. Аскорбиновая кислота, % 10 140 100 200 185

7.Сумма ненасыщенных жирных кислот, мкг/Г 1,3 0,9 1,7 1,4

8.Сумма насыщенных жирных кислот, мкг/г 0,8 1,4 0,65 1,0

Очевидно, что увеличение температуры сушильного агента вызывает снижение в СОг-экетраюте массовой доли токоферолов и ненасыщенных жирных кислот, кислотное число, суммарное содержание насыщенных жирных кислот возрастает.

Кривые кинетики СОг экстрагирования показывают, что при экстрагировании жидким дилксидом углерода интенсивность процесса (выход из сырья ценных компонентов) на порядок выше, чем при использовании в качестве экстрагента растительного масла.

К

/0 г

ИЗМЕНЕНИЕ ВО ВРЕМЕНИ СОДЕРЖАНИЯ ИНДИКАТОРОВ КАЧЕСТВА В СОг - ЭКСТРАКТАХ ОБЛЕПИХИ

Содержание ОМФ, мг/кг

Содержание каротиноидов, мг %

Ю ¿0 50 10

Продолжительность экстрагирования, т,мин.

Содержание каротиноидов:

1-при сушке жома в потоке СОг при 70 С в течение 30 мин.;

2-при сушке жома в потоке СОг при 150 С в течение 10 мин.;

3-при сушке жома в потоке воздуха при 7(fC в течение 30 мин.;

4-при сушке жома в потоке воздуха при 150°С в течение 10 мин.:

Содержание ОМФ:

кривые 1',2',3Г,4', (условия аналогичны 1,2,3,4,);

5-экстрагирование каротиноидов растительным маслом.

Рис.1

Применение сушильного агента-газообразного (перегретого) СО2 позволяет существенно снизить негативное влияние на качество продукта окисления жировой фракции, карамелизации Сахаров, разрушения витаминов. При разработке и реализации технологии переработки облепихи должна быть принята во внимание необходимость обеспечения замкнутости потока СО2, сведения к минимуму потерь диоксида углерода.

Для осуществления численного эксперимента использована рассмотренная выше математическая модель, адаптированная для условий сушки окары и жома облепихи.Выполнена проверка адекватности модели путем сравнения расчетных и экспериментальных данных о кинетике сушки окары и жома облепихи.

Использованы возможности модели для получения информации о послойном развитии процесса.Расчетно получены графики, показывающие перепад влагосодержания л Ы. но высоте слоя. Их анализ показал, что при сушке в тонком слое величина & И- не превышает 4%, причем в течение времени, составляющего около 40% от общей длительности сушкид^О.

При сушке в толстом слое перепад влагосодержания нижнего и верхнего элементарных (тонких) слоев достигает 25% , причем максимум отмечается в первой половине сушки, когда скорость сушки наибольшая. Также определена мера влияния влагосодержания сушильного агента при постоянной его температуре на интенсивность сушки. Иммитировались ситуации, соответствующие характерным условиям сушки окары ( 1=100°С; У=0,7м/с; 8=0,52) и жома облепихи (1=150°С; 1=70°С при V = 4,5м/с и е=0,4б). Сделано допущение о том, что по высоте слоя поддерживается постоянная температура сушильного агента, равная по величине начальной.

Выполнены оценки полных перепадов влагосодержания и температуры сушильного агента при его движении через слой.

При сведенном к минимуму изменении его температуры ( при движении через каждый элементарный слой - не более ± 5°С), устанавливаемый, например, за счет размещения нагревателей по высоте слоя, улучшаются условия сушки термочувствительных материалов.

Энергосбережение может быть достигнуто снижением расхода сушильного агента, а увеличение равномерности сушки полидисперсных частиц за счет их перемешивания. При этом температура частиц не должна превышать максимально допустимую.

Четвертый раздел содержит сведения о практической реализации результатов исследований.

Экономическая эффективность совершенствования тепловой сушки рассматриваемых в диссертации твердых остатков определяется с учетом ряда экономических показателей.

Например, согласно оптовому прейскуранту фирмы "Интер-Соя" (Москва), введенному в действие 24.01.97 г., оптовая цена 1 кг высушенной окары ( 1 упаковка - 20 пакетов) установлена на уровне 2300 руб., тогда, как цена 1 кг сырой окары - около 500 руб. Оптовая цена 1 кг сырого жома

облепихи - около 1,5 тыс.руб., цена 1 кг экстракта находится в пределах 800-900 тыс.руб. [10].

Сушка способствует существенному росту прибыли соответствующих производств.

Повышение эффективности этого процесса может быть достигнуто при создании нового или совершенствовании существующего оборудования за счет традиционных приемов: пофракционной сушки, частичной рециркуляции сушильного агента, уменьшения времени сушки -интенсификации тепло-и массообмена, например, при осуществлении активных гидродинамических режимов и др.

При разработке технических решений, обеспечивающих эффективную сушку окары и сои, рекомендуются:

-осуществление сушки в подвижном слое, например, с применением шнековых или других перемешивающих устройств, вибраций и т.п.

-размещение дополнительных нагревателей в объеме слоя, обеспечивающих равномерность поля температуры в сушильной камере.

-применение для сушки жома облепихи газообразного диоксида углерода.

Перед сушкой с целью ее интенсификации рекомендуется также осуществлять плющение частиц твердых остатков. При этом дополнительные затраты энергии согласно данным ВНИИ зерна, полученным при испытаниях машины ОЫрВ фирмы "Бюллер" в производстве овсяных хлопьев, незначительны и находятся в пределах 11,6 - 8,5 Вт на 1 кг материала.

Материальные, в т.ч.энергетические затраты на сушку могут быть снижены при осуществлении наших рекомендаций за счет отказа от высокоскоростных потоков сушильного агента, от многоступенчатых устройств для улавливания сухих частиц, а также за счет снижения расхода сушильного агента и, соответственно, уноса частиц сухого продукта.

Этим рекомендациям соответствует разработанная на уровне изобретения с нашим участием сушильная установка, которая содержит корпус, разделенный обогреваемыми перегородками на ячейки, систему подачи газообразного теплоносителя в ячейки и систему контроля и регулирования температуры, включающую установленные в стенках ячеек и на выходах из них термопары, связанные через аналоговый преобразователь с блоком сравнения, блоком коррекции и нагревателями, соединенными с источником тока, и системой подачи газообразного теплоносителя. Перегородки выполнены из поперечных полос токопроводного материала и служат нагревателями, а система контроля и регулирования температуры снабжена термопарами,установленными на каждой полосе, и установленным между термопарами и аналоговым преобразователем матричным дешифратором.

Описанный способ энергоподвода может быть использован при непрерывной сушке дисперсных материалов в установках различных конструкций.

Осуществление комбинированного энергоподвода в рабочем объеме позволяет не только добиться в нем высокой равномерности температурного поля, но и снизить расход сушильного агента.Т.к. при этом существенно увеличивается температура сушильного агента на выходе из камеры, необходимо предусмотреть теплообменные устройства для полезного использования его теплоты, например, для нагревания свежего воздуха, поступающего из окружающей среды, сушимого материала и др.

При использовании таких сушильных установок в составе линии переработки облепихи на основе применения диоксида углерода теплота уходящего сушильного агента может быть полезно использована в испарителе жидкого СО2.

С учетом наших результатов , полученных при сушке и последующем экстрагировании жома облепихи, разработаны способ и линия для безотходной переработки ягод облепихи, защищенные патентами РФ.

При осуществлении способа (рис.2) ягоды облепихи подают на инспекционный транспортер 1, далее они поступают в моечную машину, в ванне 2 которой при подаче двуокиси углерода через барботер 3 ягоды освобождаются от загрязнений. Барботаж двуокиси углерода позволяет интенсифицировать мойку, снизить окисление и микробиальную обсемененность ягод за счет флотационного перемешивания моющей жидкости и химических особенностей подаваемой в нее двуокиси углерода. После мойки ягоды поступают в машину 4 для СВЧ-обработки, где при подаче двуокиси углерода осуществляется подсушивание их поверхности и удаление поверхностного гидрофобного кутикулярного слоя, препятствующего сокоотделению, а также по меньшей мере частичное разрушение клеточной структуры сырья за счет резкого увеличения внутриклеточного давления в результате быстрого прогрева в поле СВЧ полярных составляющих клеточного содержимого. Обработанные таким образом ягоды подают в шнековую центрифугу 5, в которой происходит отделение сока. Сок поступает в самоочищающийся ультрафильтр 12, в котором происходят его осветление и стерилизация, а затем в сборную емкость 23. Жом из шнековой центрифуги 5 подают в сушилку 6, где в потоке двуокиси углерода удаляется избыточное количество влаги. Высушенный жом поступает в газожидкостной экстрактор 7, в котором происходит СОг -экстрагирование жирорастворимых веществ, в основном, представленных растительным маслом и каротином. Для интенсификации процесса предусмотрен ультразвуковой генератор 8. Далее обезжиренная твердая фаза поступает в жидкостный экстрактор 9 для экстрагирования водорастворимых и спирторастворимых веществ, в основном, представленных ароматическими веществами, моно-и дисахарами и рядом органических кислот.

Замена здесь спиртового экстрагирования на водно-спиртовое расширяет гамму экстрактивных веществ, например, за счет ряда Сахаров и аскорбиновой кислоты. В результате твердый остаток полностью очищается от усваеваемых организмом веществ и представляет собой

ЛИНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЯГОД ОБЛЕПИХИ

Рис. г

очищенные растительные пищевые волокна - продукт пищевой кондиции, используемый в качестве .добавки к пищевым продуктам пониженной пищевой ценности.

Твердый остаток после водно-спиртовой экстракции, ранее попадавший в отходы, поступает в сушилку 10, а затем в дезинтегратор 11 и сборную емкость 26.

В описанной линии предусмотрена рециркуляция всех экстрагентов. Диоксид углерода из экстрактора 7 поступает в испаритель 18, в котором ее нагревают до сверхкритической температуры для выделения жирорастворимых веществ. При этом можно использовать теплоту сушильного агента, уходящего из сушилки. Полученный экстракт направляется в сборную емкость 25, а двуокись углерода последовательно проходит через сушилку 6 и машину 4. Затем в конденсаторе 19 осуществляют перевод двуокиси углерода в докритическое состояние. В результате осуществляется выделение воскоподобных веществ кутикулярного слоя, используемых в медицине и парфюмерии, которые отводят в сборную емкость 24. Далее двуокись углерода через барботер 3 поступает в ванну 2 моечной машины для интенсификации мойки и охлаждения и в конденсатор 20, в котором ожижается и возвращается в экстрактор 7. Необратимые потери двуокиси углерода компенсируются средством 15.

Спирт, из жидкостного экстрактора 9 совместно с водой и экстрактивными веществами поступает в вакуум-выпарную установку 13, а затем в конденсатор 21, в буферную емкость 28 и экстрактор 9. Его необратимые потери компенсируются дополнительной подпиткой средством 16. Вода из вакуум-выпарной установки 13,содержит экстрактивные вещества, попадает в вакуум-сублимационную сушильную установку 14. в которой она отделяется от этих веществ. Выделенные экстрактивные вещества в таких условиях практически не претерпевают химических изменений и поступают в сборную емкость 27, а вода из десублиматора установки 14 поступает в конденсатор 22, переводится в жидкую фазу и через буферную емкость 29 возвращается в экстрактор 9. Необратимые потери воды компенсируются подпиткой средством 17. В итоге осуществляется экономичное использование экстрагентов, в частности спирта.

Предлагаемая линия позволяет снизить расход спирта, увеличить выход продуктов высокой пищевой кондиции при комплексной практически безотходной переработке облепихи.

Энергозатраты определяются для линии в целом суммированием по ее элементам. Их значение, соответствующее выполнению всех операций при оптимальных параметрах, в подобных случаях рекомендуется рассматривать как оптимальное.

Нами разработаны три энергосберегающих мероприятия, включенных в программно-информационную систему АРМ "Эксперт" (МЭ И).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполнено актуальное комплексное экспериментальное и расчетное исследование, направленное на получение новой информации для решения задачи более полного использования ценного сырья - сои и облепихи, эффективная переработка которых позволяет увеличить объем производства и расширить ассортимент ряда лечебно-профилактических и диетических продуктов.

Основное внимание уделено сушке твердых остатков (соевой окары и жома облепихи), т.к. осуществление этого процесса при рациональных способах энергоподвода и параметрах режима оказывает определяющее влияние на качество белковых продуктов и пищевых добавок (например, искусственных волокон), а также на энергетические затраты.

Методическую основу исследования составляет системный подход, оказавший влияние на его структуру и последовательность изложения материалов диссертации.

Цель данной работы определена на основании анализа современных публикаций и патентной литературы и проблема безотходной переработки сельскохозяйственного сырья. Конкретные задачи сушки соевой окары и жома облепихи сформулированы с учетом содержания НИР, выполненных в 1995-1997 г. во ВНИИ консервной и овощесушильной промышленности, а также в МГУПП с нашим участием и посвященным исследованиям, направленным на совершенствование технологий переработки облепихи и обоснование выбора эффективного оборудования для их реализации.

Предварительно определены особенности основных вариантов переработки сои и облепихи. Установлено, что теплотехнологический процесс сушки соевой окары, ее гигротермические свойства ранее не изучались. Сушке жома облепихи посвящен ряд работ [8,9,13,68] однако варианты технического оформления процесса обоснованы недостаточно полно и характеризуются повышенным расходом энергии. Кроме того, осуществляемая в настоящее время технология переработки облепихи характеризуется относительно низкой эффективностью экстрагирования каротиноидов и др.ценных компонентов, значительным расходом эксграгента.

Сушка соевой окары и жома облепихи взаимосвязана с предшествующими и последующими операциями (измельчение, экстрагирование и др.), оказывает влияние на эффективность переработки сои и облепихи в целом.

Из-за сложности строения состава сушимых материалов и отсутствия достаточных сведений об их свойствах, как объектах сушки, обоснована целесообразность получения и обобщения информации об их гигротермических свойствах и особенностях кинетики сушки экспериментальным путем.

¿o

Результаты экспериментов аппроксимированы соотношениями (6), (7), (11), (12), позволяющими выполнять расчет конвективной сушки при различных способах ее организации.

В связи с нашим участием в разработке новых перспективных способа и линии для переработки плодов облепихи выполнен численный эксперимент для оценки неравномерности слоевой сушки дисперсных материалов, а также влияния на кинетику сушки влагосодержания сушильного агента и его состава.

Результаты этого эксперимента позволили обосновать вариант сушильной камеры, обеспечивающей повышенную равномерность распределения температуры в ее объеме, а также целесообразность применения в качестве сушильного агента диоксида углерода для снижения интенсивности окислительных процессов особенно при обезвоживании жома облепихи. Выполнены эксперименты по сушке этого жома в потоке CCh, а также по экстрагированию ценных компонентов из жома сжиженным диоксидом углерода. Результаты этих экспериментов подтвердили правильность исходных положений при разработках, защищенных Патентами РФ.

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Благовещенская М.М., Леончик Е.Б., Токарь Н.В. О возможностях повышения эффективности тепловой сушки микробиологических материалов.// Тез.докл.Межд.конф. "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК". Москва, МГАПП, 16-18 мая 1995. - с. 40-41.

2.Нестерова H.H., Касьянов Г.И., Леончик Е.Б., Малофеев В.М., Квасенков О.И, Автоматизированная экспериментальная установка для экстрагирования растительного сырья с использованием С02 и сжиженных газов. // Тез.докл.Межд.науч.-техн.конф. "Научные основы высоких технологий и техники использования диоксида углерода в пищевой промышленности". Краснодар, КНИИ хранения и переработки с.х. продукции, 1995.-с. 12-13.

3.Коновальцев С.И., Леончик Е.Б. и др. Определение минимального расхода энергии на обезвоживание по сорбционным свойствам сушимых материалов. II Тез .докл.второй Межд.науч.-техн. конф. "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики". Москва, МЭИ, 3-5 октября 1995. с. 218-220.

4.Благовещенская М.М., Касьянов Г.И., Леончик Е.Б. Об энергосбережении при извлечении ценных компонентов из термолабильного растительного сырья. Там же с.224-226.

5.Русанова JI.A., Боровский A.B., Леончик Е.Б. Создание методов и средств автоматизированной разработки технологических процессов консервной промышленности "Ориенга". // Тез.доклЛУ Межд. симпозиум "Экология человека: пищевые технологии и продукты". Часть II. Москва -Видное. ВНИИКОП, 25-28 октября 1995.C.295-296.

¿У

6.Коновальцев С.И., Леончик Е.Б. О некоторых задачах энергосбережения при тешготехнологической переработке растительного :ырья. // Тез.докл. первой Всероссийской научно-практической сонференции "Автоматизация технологических процессов и управление фоизводством на предприятиях пищевой промышленности". Москва, ИГАПП, 28-31 мая 1996 .с.61-63.

7.Благовещенская М.М., Леончик Е.Б. Повышение эффективности гоиска вариантов энергосбережения на основе программно-шформационных систем. Там же. с.63-65.

8.Токарь Н.В., Ким В.Л., Леончик Е.Б. К выбору способа тепловой -■ушки соевого шрота после водной экстракции. //Тез.докл.Межд.науч,-:ехн, конф. "Пищевая промышленность России на пороге XXI века. Научное и инженерное обеспечение пищевых и перерабатывающих )траслей АПК". Часть И, секция 8. Москва, МГАПП, 1996.-е. 6-7.

9.Токарь Н.В., Ким В.Л., Леончик Е.Б. Особенности конвективной ушки твердого остатка, образующегося при переработке сои. // Статья в 1нф. сборнике "Научно-технические достижения и передовой опыт в >трасли хлебопродуктов". Вып. 5-6 . Москва, Хлебпродинформ, 1996.-е. 1012.

10.Коновальцев С.И., Леончик Е.Б. Методика расчета кинетики сонвективной сушки жома облепихи. // Тез. докл. Межд. науч. конф. 'Рациональные пути использования вторичных ресурсов агропромышленного комплекса". Краснодар, Куб ГТУ, 23-26 сентября 1997 . с. 157-158.

11.Решение о выдаче Пат. РФ по заявке № 95116261/13 (028045). "ушильная установка для пищевых продуктов (В.Б.Пенто, О.И. Квасенков, Е.Б. Леончик). Заявл. 19.09.95.

12.Решение о выдаче Пат. РФ по заявке № 96102083/13(003791). Тиния переработки ягод облепихи ( О.Г. Комяков, Г.И. Касьянов, Э.И.Квасенков, В.Ф.Добровольский, Е.Б.Леончик). Заявл.06.02.96.

13.Решение о выдаче Пат.РФ по заявке № 96102084/13 (003790) Способ переработки ягод облепихи ( О.Г. Комяков, Г.И. Касьянов, Э.И.Квасенков , В.Ф.Добровольский, Е.БЛеончик). Заявл. 06.02.96.

E.B.Leonchik

Dissertation "The Improvement of Heat Drying of Soli Residue in Processing Plant Raw Material (soya, sea-buckthorn)"

Speciality 05 18 12 - Processes and Apparatus of Food Production

ABSTRACT

The present paper is concerned with the research of the peculiarities c drying solid residue in processing soya and sea-buckthorn.

The properties of okara have been studied; new data on the kinetics c drying have been obtained and generalized, in CO2 flow included.

New calculating formulae for the calculation of the process and 11 simulation have been found.

The research has resulted in developing three inventions as well as i making some suggestions in the field of energysaving.