Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Астраханский государственный технический университет»

На правах рукописи

ФЕКЛУНОВА ЮЛИЯ СЕРГЕЕВНА

РАЗРАБОТКА И НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА

РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКИ ПЮРЕ ИЗ ТЫКВЫ ПРИ КОНВЕКТИВНО-

РАДИАЦИОННОМ ЭНЕРГОПОДВОДЕ

05.18.12 – «Процессы и аппараты пищевых производств»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель –

доктор технических наук, профессор

АЛЕКСАНЯН ИГОРЬ ЮРЬЕВИЧ

Астрахань – 2015

2

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ПЕРЕРАБОТКЕ

ПЛОДООВОЩНОГО СЫРЬЯ: ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ И

ПРОДУКТОВ, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

ПРОИЗВОДСТВА 14

1.1 Общая характеристика плодоовощного сырья и

сухих дисперсных продуктов 14

1.2 Перспективы промышленной переработки и сушки

плодоовощного сырья 20

1.3 Перспективы производства и области использования

тыквенного порошка 25

1.4 Анализ современных технологий переработки

плодоовощного сырья 28

1.5 Анализ способов и конструкторских решений

для производства сухих дисперсных материалов

из плодоовощного сырья 32

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВНУТРЕННЕГО

ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ

СУШКЕ ПЮРЕ ИЗ ТЫКВЫ 54

2.1 Экспериментальное исследование процесса распылительной

сушки пюре из тыквы 54

2.2 Исследование кинетики конвективно-радиационной

распылительной сушки пюре из тыквы 67

2.3 Анализ механизма внутреннего массопереноса при

конвективно-радиационной распылительной сушке пюре из тыквы 75

3

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ И

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ

ПРОЦЕССОВ ПРИ КОНВЕКТИВНО-РАДИАЦИОННОЙ

РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ ПЮРЕ ИЗ ТЫКВЫ 78

3.1 Анализ влияния основных факторов на производительность

при конвективно-радиационной распылительной сушке пюре

из тыквы 78

3.2 Разработка рационального режима конвективно-радиационной

распылительной сушки пюре из тыквы 82

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ТЫКВЕННОГО КОНЦЕНТРАТА И

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ

ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ВОДОЙ 86

4.1 Механизм взаимодействия концентратов из тыквы с водой 86

4.2 Термодинамический анализ внутреннего массопереноса

при взаимодействии концентратов из тыквы с водой 91

4.3 Теплофизические и структурно–механические

характеристики концентратов из тыквы 99

4.4 Терморадиационные и оптические характеристики

концентратов из тыквы 112

4.5 Исследование кинетики влагопоглощения тыквенным

порошком 115

ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА И РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУР В

ВЫСУШИВАЕМОЙ ЧАСТИЦЕ ПРИ КОНВЕКТТИВНО-

РАДИАЦИОННОЙ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ

ПЮРЕ ИЗ ТЫКВЫ 122

4

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

НАУЧНЫХ И ПРОЕКТНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ 132

6.1 Тестирование режимных параметров

конвективно-радиационной распылительной сушки пюре из тыквы 132

6.2 Установка конвективно-радиационной распылительной

сушки 138

6.3 Рекомендации по практическому использованию

результатов исследований 143

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 146

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 151

ПРИЛОЖЕНИЯ 178

5

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность избранной темы. Актуальность развития пищевой

промышленности связана с решением проблем несбалансированности питания

населения, недостатка функциональных продуктов питания, снижения

себестоимости производства пищевых продуктов массового потребления. На

сегодняшний день отмечается рост спроса на натуральную плодоовощную

продукцию, обеспечивающую потребность в белках, углеводах, витаминах,

минеральных веществах и других важнейших элементах пищи.

Использование скоропортящихся и требующих создания специальных

условий при транспортировке и хранении нативных плодоовощных продуктов

в пищевых технологиях ограничено, так как это усложняет организацию

производства и приводит к росту себестоимости товарной продукции при

увеличении производственных рисков. Применение сухих порошковых форм

длительного хранения, экономически оправдано, технологически рационально

и позволяет упростить процессы хранения, подготовки сырья и

полуфабрикатов к производству. Продукты промышленной переработки

плодов, овощей, ягод и др. активно используются при производстве и

пищевых продуктов массового потребления, в том числе для повышения их

пищевой и биологической ценности.

В современных условиях развития АПК России большой интерес

представляют нетрадиционные технологии переработки плодоовощного

сырья, производство концентратов, сухих продуктов и т.п. Внедрение и

эффективное функционирование данных технологий ограничено отсутствием

надежных способов и аппаратов для сушки. Таким образом, актуальна задача

поиска новых и рационализации существующих методов получения сухих

дисперсных материалов при переработке плодоовощного сырья. Разработка

эффективных сушильных установок позволит увеличить удельную

производительность и сократить продолжительность процесса, решить

проблемы экологии, сберечь материальные и энергоресурсы.

6

Создание современного эффективного оборудования невозможно без

разработки специальной сушильной технологии; новых режимов,

интенсифицирующих тепломассообмен; создания комбинированных сушилок

и совмещения процесса обезвоживания с другими технологическими

процессами.

Кроме того, способ сушки, конструкции сушильных установок и

температурные режимы должны приниматься индивидуально для отдельного

перерабатываемого продукта на основе анализа результатов комплекса

экспериментально-аналитических исследований, включая изучение физико-

химических свойств объектов переработки и решение задач

оптимизации/рационализации сушильной технологии.

Практический интерес представляют результаты научно-

исследовательских и опытно-конструкторских работ по разработке

технологических приемов и конструкторских решений для налаживания

производства плодоовощных порошков, включающих стадию распылительной

сушки специально подготовленного пюре. Среди объектов переработки

особой популярностью и распространением пользуется тыква, в виду богатого

химического состава и масштабного выращивания в сельскохозяйственных

регионах РФ. Доступность и относительно невысокая стоимость сырья

обусловили широкое распространение продуктов переработки тыквы, в

частности тыквенного порошка в рецептурах пищевых продуктов массового

спроса.

Разработка эффективной промышленной технологии сушки пюре из

тыквы при производстве качественного тыквенного порошка актуально и

представляет практический интерес для внедрения на предприятиях различной

мощности, специализирующихся на переработке плодоовощного сырья.

Проведение комплексных исследований с целью выбора рациональных

способов и режимов сушки, разработки эффективного сушильного аппарата,

обеспечивающих соответствующие технико-экономические показатели,

7

перспективно и требует научного подхода с учетом специфики технологии и

свойств сырья и требований к конечной продукции.

Диссертационная работа выполнена в рамках Перечня критических

технологий Российской Федерации, утвержденного Президентом Российской

Федерации В.В. Путиным 21 мая 2006г. Пр-842 (п. «Технологии экологически

безопасного ресурсосберегающего производства и переработки

сельскохозяйственного сырья и продуктов питания»), Федеральной целевой

программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям

развития научно – технологического комплекса России на 2007- 2012 годы»

(распоряжение Правительства Российской Федерации от 6 июля 2006 г. №

977-р.), а также в соответствии с координационным планом Научно-

исследовательской работы кафедры «Технологические машины и

оборудование» ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический

университет» под руководством профессора, доктора технических наук

Алексаняна Игоря Юрьевича.

Степень разработанности темы. Актуальность, научная новизна и

перспективы промышленного производства и применения в различных

областях сухих дисперсных материалов из растительного сырья

подтверждаются многочисленными научно-исследовательскими и опытно

конструкторскими работами по разработке рецептур продукции массового

потребления [2, 3, 58, 179, 180, 194, 202, 203 и др.], технологий [10, 68, 72, 74,

105, 150, 151, 152, 189 и др.] и совершенствованию оборудования [17, 30, 65,

77 и др.].

Значительный вклад в развитие теории и техники сушки дисперсных

материалов внесли отечественные и зарубежные ученые А.С. Гинзбург, А.В.

Лыков, В.И. Муштаев, П.А. Ребиндер, П.Г. Романков, Б.С. Сажин, В.И. Попов,

И.Т. Кретов, И.Ю. Алексанян, С.Т. Антипов, А.Н. Остриков, К.Г. Филоненко,

В.М. Ульянов, Б.И. Леончик, В.Е. Куцакова, О. Кришер, М.А. Гришин, Г.В.

Семенов и другие.

8

Технологии дисперсных сухих плодоовощных продуктов с

использованием различных методов сушки достаточно разработаны и активно

используются в овощеперерабатывающей промышленности. Для

обезвоживания применяют конвективные сушилки с плотным,

псевдоожиженным, аэрофонтанным и собственно взвешенным слоем

продукта. Перспективно использование комбинированных методов с

использованием СВЧ, ИК энергоподвода и других, что позволяет обеспечить

более высокие показатели качества высушенной продукции, однако

неизбежно приводит к росту затрат на производство [7, 17, 24, 53, 65, 128, 187

199 и др.].

Совершенствованию технологической операции сушки, которая во

многом определяет эффективность производства, уделяется значительное

внимание, что подтверждается большим количеством научно-

исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Представляют интерес исследования по интенсификации процесса

сушки традиционных плодов и овощей (картофель, тыква, морковь, яблоки и

многие другие) с целью обеспечения качества и энергосбережения [7, 17, 19,

28, 56, 65, 82, 161 и др.]. Актуальны исследования по разработке

рациональных режимов переработки разнообразных продуктов (например,

баклажан, айва, алыча, дыня и многие другие) для расширения перспектив их

использования [65, 123, 196, 199, 206 и др.]. Следует отметить работы

посвященные разработке новых конструкций и элементов оборудования для

организации эффективного обезвоживания плодоовощного сырья [77, 136,

137, 139, 140, 141 и др.].

Актуальны научно-исследовательские работы, направленные на

разработку и внедрение рациональных, в том числе комбинированных

параметров процесса сушки. Практический интерес представляют

конструкции распылительных сушилок позволяющие реализовывать на

практике нестационарные аэродинамические режимы взаимодействия потоков

9

и комбинированные режимы энергоподвода, в частности, конвективно-

радиационный энергоподвод.

Цель работы и задачи исследований. Целью работы является

совершенствование процесса конвективно-радиационной распылительной

сушки пюре из тыквы путем изучения и анализа физико-химических свойств

продукта, анализа процессов тепломассообмена, разработки рациональных

режимов обезвоживания и конструкции сушильной установки.

В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи:

1. Определить пути совершенствования тепломассообменных

процессов при конвективно-радиационной распылительной сушке пюре из

тыквы на основе анализа технологии, требований к сырью и качеству готовой

продукции, способов и конструкторских решений для сушки.

2. Исследовать особенности механизма внутреннего

тепломассопереноса при конвективно-радиационной распылительной сушке

пюре из тыквы.

3. Разработать рациональный способ конвективно-радиационной

сушки пюре из тыквы с учетом влияния основных факторов на процесс сушки,

получить расчетные зависимости кинетики влагоудаления и удельной

производительности сушилки от влияющих факторов для их использования в

инженерных расчетах.

4. Исследовать терморадиационные, оптические, теплофизические и

гигроскопические характеристики концентратов из тыквы. Проанализировать

термодинамические закономерности статического взаимодействия

концентратов из тыквы с водой.

5. Разработать математическую модель процесса конвективно-

радиационной распылительной сушки пюре из тыквы.

6. На основе анализа результатов проведенных экспериментально-

аналитических исследований по интенсификации тепломассообмена

предложить конструкторские решения для реализации разработанного режима

сушки.

10

7. Разработать рекомендации по практическому использованию

результатов исследования.

Научная новизна. Получены уравнения зависимости гигроскопических,

структурно-механических и теплофизических характеристик концентратов из

тыквы от влажности и температуры. Установлены и математически описаны

закономерности взаимодействия концентратов из тыквы с водой на основе

термодинамического анализа процесса сорбции влаги. Установлены

кинетические закономерности процесса конвективно-радиационной

распылительной сушки пюре из тыквы, получены математические

зависимости удельной производительности, удельной влагонапряженности

объема сушильной камеры и кривых скорости от влияющих факторов.

Определены факторы, влияющие на удельную производительность,

установлены диапазоны их варьирования с учетом технологических

ограничений. Проведен анализ тепломассообменных процессов и выявлены

особенности механизма внутреннего тепломассопереноса при конвективно-

радиационной распылительной сушке пюре из тыквы. Исследованы

температурные поля в продукте при обезвоживании путем численной

реализации математической модели тепломассопереноса при конвективно-

радиационной распылительной сушке пюре из тыквы.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая

значимость диссертационного исследования определена комплексным

анализом тепломассообменных процессов при конвективно-радиационной

распылительной сушке пюре из тыквы.

Сформулированные теоретические положения и практические выводы

могут быть использованы при организации научно-исследовательской и

опытно-конструкторской работы на предприятиях, специализирующихся на

переработке и сушке плодоовощного сырья.

Установлен рациональный режим конвективно-радиационной

распылительной сушки пюре из тыквы с начальной влажностью 0,92 кг/кг и

размером частиц дисперсной фазы пюре 1..3 мкм с удельной

11

производительностью по сухому порошку П = 1,140 кг/(м3·ч) и удельной

влагонапряженностью рабочего объема сушильной камеры В =

12,399 кг/(м3·ч):

- Плотность теплового потока Ер = 3,6 кВт/м2;

- Исходная температура сушильного агента Тс.а. = 473 К;

- Удельный расход сушильного агента на 1 кг испаренной влаги Qс.а. ≥

20кг/кг.

- Способ распыления должен обеспечивать начальный диаметр частиц

20..30 мкм.

- Температура отработавшего сушильного агента 353 К.

Разработаны программные продукты для аналитического расчета

сорбционно-структурных, дисперсных и термодинамических характеристик

при взаимодействии продуктов растительного происхождения с водяным

паром (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

№2014613311, Россия; Свидетельство об официальной регистрации

программы для ЭВМ №2015619010, Россия; Свидетельство об официальной

регистрации программы для ЭВМ №2015619046, Россия).

Предложены рациональные конструкции установок распылительной

сушки (Патент на полезную модель 154840 РФ; Патент на полезную модель

150305 РФ; Заявка на патент на полезную модель №2015120308 РФ.).

Основные результаты и рекомендации внедрены и используются при

организации технологических процессов на ФГБНУ «ВНИИООБ», ООО

«АСТРАХАНСКАЯ КОНСЕРВНАЯ КОМПАНИЯ», ООО

«БИОПРОФИЛАКТИКА», ООО НПП «пЕДАнт», ООО

«АСТРБИОПРОДУКТ» и др.

Методология и методы диссертационного исследования. Теоретико-

методологической основой исследований являются труды отечественных и

зарубежных авторов в области теории и техники сушки, в частности, работы

А.С. Гинзбурга, А.В. Лыкова, Б.С. Сажина, В.И. Попова, И.Т. Кретова, И.Ю.

Алексаняна, С.Т. Антипова, А.Н. Острикова и др.

12

Основой исследований является изучение кинетики процесса

конвективно-радиационной распылительной сушки пюре из тыквы, а также

термодинамический анализ статического взаимодействия воды с

концентратами из тыквы на основе экспериментальных данных для

интенсификации тепломассообмена, численного расчета температурных полей

и реализации модели тепломассопереноса в процессе сушки.

Цель исследования достигнута, благодаря анализу и обобщению

классических и современных аналитических и эмпирических методов

изучения тепломассопереноса, на базе известных научных достижений и

основополагающих работ в области обезвоживания биополимерных

материалов, положениям которых соответствуют выводы и рекомендации,

представленные в работе. Полученные зависимости и аппроксимирующие

уравнения адекватны экспериментальным данным, что подтверждено

статистической обработкой результатов измерений. Методическое

обеспечение и предложенные в результате исследований конструкторские

решения не противоречат известным апробированным методикам

рационального проектирования и конструирования аппаратов. Комплекс

экспериментов и реализация физико-математической модели процесса сушки

проводилась с использованием современных компьютерных математических

программ, приборов и оригинальных опытных установок.

Положения, выносимые на защиту:

- Функциональные зависимости теплофизических, структурно-

механических и гигроскопических характеристик концентратов из тыквы от

влажности и температуры продукта для диапазонов их изменения в процессе

конвективно-радиационной распылительной сушки.

- Расчетные зависимости скорости влагоудаления, удельной

производительности сушилки, удельной влагонапряженности рабочего объема

сушильной камеры от температуры сушильного агента и плотности теплового

потока инфракрасного излучения.

13

- Рациональные режимы конвективно-радиационной

распылительной сушки пюре из тыквы.

- Конструкции распылительных установок для сушки.

Апробация результатов диссертационного исследования. Основные

результаты исследований доложены и обсуждены на научных конференциях:

Международная научная конференция Инновационные технологии в

управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2012». Участник

молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.») (Астрахань,

2012г.); 58 научно-практическая конференция профессорско-

преподавательского состава Астраханского государственного технического

университета (Астрахань, 2014г.); III Межрегиональная конференция молодых

ученых и инноваторов «ИННО-КАСПИЙ» (Астрахань, 2012г.); Всероссийская

молодежная конференция «Инновации и технологии Прикаспия» (Астрахань,

2012г.); V Международная научно-практическая конференция

«Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки

сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты»

(Воронеж, 2015г.).

14

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ПЕРЕРАБОТКЕ

ПЛОДООВОЩНОГО СЫРЬЯ: ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ И

ПРОДУКТОВ, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА

1.1 Общая характеристика плодоовощного сырья и сухих дисперсных

продуктов

Переработка растительного сырья имеет важное значение в

биотехнологии, пищевой, кормовой и других отраслях промышленности.

Химический состав сырья определяет способ его переработки и пути

дальнейшего использования.

Плодоовощные продукты в процессе хранения претерпевают различные

биохимические, микробиологические и ферментативные изменения,

приводящие к порче. Эффективным средством подавления роста

микроорганизмов и снижения ферментативной активности является

обезвоживание плодоовощных продуктов.

Практический интерес представляют результаты научно-

исследовательских и опытно-конструкторских работ по разработке

технологических приемов и конструкторских решений для налаживания

производства плодоовощных порошков, включающих стадию распылительной

сушки специально подготовленного пюре.

Среди объектов переработки особой популярностью и

распространением пользуется тыква, в виду богатого химического состава и

масштабного выращивания в сельскохозяйственных регионах РФ.

Доступность и относительно невысокая стоимость сырья обусловили широкое

распространение продуктов переработки тыквы, в частности тыквенного

порошка в рецептурах пищевых продуктов массового спроса.

Компоненты плодоовощного сырья, в том числе тыквы наиболее

подвержены неблагоприятным изменениям и термическому разложению при

15

воздействии температур выше 50–60°С, в частности, при сушке, что в итоге

снижает качество готового продукта.

В мякоти тыквы содержатся до 11% разнообразных легкоусвояемых

углеводов, но недостаточно клетчатки, органических кислот и жира. Состав

мякоти тыквы – до 25% сухих веществ, до 2% крахмала, до 0,15% жира и до

0,95% клетчатки. В ней содержатся соли фосфорной кислоты, железа, кальция,

значительное количество калия. Кроме того, тыква богата витаминами – β-

каротином, аскорбиновой кислотой, никотиновой кислотой, В1 и В2,

каротиноидами [45, 122, 190, 191 и др.].

Таблица 1.1 – Количественный состав биологически активных веществ мякоти тыквы на

100 г продукта [190]

БАВ Значение, г

Вода 91,8

Углеводы 4,4

Моно- и дисахариды 4,2

Пищевые волокна 2,0

Белки 1,0

Зола 0,6

Крахмал 0,2

Жиры 0,1

Органические кислоты 0,1

16

Таблица 1.2 – Содержание витаниминов, макро- и микроэлементов в мякоти

тыквы, мг [190]

Ви

там

ин

ы

PP (никотинамид) 0,5

β-каротин 1,5

A (ретиноловый эквивалент) 0,25

B1 (тиамин) 0,05

B2 (рибофлавин) 0,06

B5 (пантотеновая кислота) 0,4

B6 (пиридоксин) 0,1

B9 (фолиевая кислота) 0,014

C 8

E (альфа-токоферол) 0,4

PP (ниацин) 0,7

Мак

роэл

емен

ты

Калий 204

Кальций 25

Фосфор 25

Хлор 19

Сера 18

Магний 14

Натрий 4

Ми

кр

оэл

емен

ты

Железо 0,4

Цинк 0,24

Медь 0,18

Фтор 0,086

Марганец 0,04

Йод 0,001

Кобальт 0,001

Мякоть используется для приготовления купажированных соков,

детского питания, тыквенного порошка и других продуктов. Тыквенный сок и

пюре обеспечивает организм человека необходимым набором биологически

активных веществ, таких как белков, сахаров, органических кислот,

17

полифенолов, витаминов, минеральных веществ, необходимых для

нормальной жизнедеятельности человека. Плоды тыквы используют в

витаминной промышленности как источники β-каротина и пектинов [45, 122,

190, 191 и др.]. Основные сведения по химическому составу, калорийности,

содержанию макро- и микроэлементов мякоти тыквы обобщены в таблицах

1.1-1.4. В таблице 1.5 представлен химический состав тыквенного порошка.

Таблица 1.3 – Калорийность мякоти тыквы, кКал [190]

Калории 22

из них от углеводов 17

из них от белков 4

из них от жиров 1

Растительное сырье, в частности, тыква представляет собой сложнейший

структурный объект обезвоживания. Наибольшую часть сухих веществ в

продуктах растительного происхождения составляют углеводы, которые в

значительной степени определяют скорость и характер тепломассообмена при

сушке, а также обусловливают вкусовые качества и консистенцию. Углеводы

представлены полисахаридами (крахмал, инулин, целлюлоза, гемицеллюлоза,

пектиновые вещества), моносахаридами (глюкоза, фруктоза, арабиноза,

ксилоза), дисахаридами (сахароза, трегалоза). Целлюлоза, гемицеллюлоза

нерастворимы в воде и образуют каркас растительных клеток. Пектиновые

вещества обладают способностью связывать влагу, что увеличивает затраты

на сушку. Белки при сушке подвержены денатурации. Полифенольные

вещества имеют высокую биологическую активность и участвуют в

формировании цвета, запаха и вкуса. Органические кислоты растворяются в

воде и в ходе переработки (мойка, нарезка, дробление и др.) наблюдаются

значительные их потери еще до стадии сушки. Витамины термолабильны.

Минеральные вещества устойчивы к термовоздействию и при сушке

сохраняются. Химический состав растительного сырья подвержен колебаниям

18

и меняется в зависимости от вида сырья, сорта, места и технологии

выращивания, времени уборки, погоды, и т.д., что особенно актуально

учитывать при переработке плодоовощной продукции. Таким образом,

промышленная и экономически оправданная сушка растительного сырья без

потери качества является трудной, но интересной научно-производственной

задачей.

Таблица 1.4 – Содержание аминокислот в мякоти тыквы на 100 г продукта [190]

Название аминокислоты Значение, мг

Нез

амен

им

ые

ами

но

ки

сло

ты

Лейцин 50

Лизин 50

Валин 40

Треонин 30

Изолейцин 30

Фенилаланин 30

Триптофан 10

Метионин 10

Зам

ени

мы

е ам

ин

оки

слоты

Глутаминовая кислота 180

Аспарагиновая кислота 100

Аргинин 50

Серин 40

Тирозин 40

Аланин 30

Глицин 30

Пролин 30

Гистидин 20

19

Таблица 1.5 – Химический состав тыквенного порошка, % на сухое вещество [191]

Показатели Значение

Пищевые волокна, г 89,5

Углеводы, г 4,32

Жиры, г 0,11

Калий, мг % 894,74

Кальций, мг % 406,32

Магний, мг % 116,84

Йод, мг % 24,63

Витамин С, мг % 15,8

Каротин, мкг % 21,05

Витамин А, мкг % 3,7

Плодоовощное сырье, как объект сушки, характеризуется значительным

количеством воды при малом содержанием сухих веществ. В

производственной практике при высушивании влажность в зависимости от

свойств сырья чаще всего доводят до 5–12%. В перерабатывающей

промышленности обезвоживанию подвергают плодоовощные продукты

различных видов и степени измельчения: гранулы, хлопья, кубики, пюре и др.

Особое внимание уделяется разработке новых технологий переработки тыквы

и производству тыквенного порошка распылительной сушкой пюре.

Разработка эффективной промышленной технологии сушки пюре из

тыквы при производстве качественного тыквенного порошка актуально и

представляет практический интерес для внедрения на предприятиях различной

мощности, специализирующихся на переработке плодоовощного сырья.

20

1.2 Перспективы промышленной переработки и сушки плодоовощного

сырья

Продукты переработки растительного сырья занимают важное место в

структуре питания населения и активно используются при производстве

продуктов быстрого приготовления, соков и напитков, пюре, концентратов,

джемов, конфитюров, киселей, муссов, приправ, специй, соусов, выпечки,

диетических препаратов, десертов, молочных и кисломолочных продуктов,

мясных изделий и колбас, продуктов спортивного и специального питания,

биологически-активных добавок и др., а также востребованы в кормовой

промышленности, фармацевтике, парфюмерии (например, крема, шампуни,

мыло и др.), косметике и других областях.

Маркетинговой анализ внешнего и внутреннего рынка плодоовощных

консервов, концентратов и других продуктов переработки сырья

растительного происхождения представлен в ряде исследований.

По данным «Анализа рынка плодовых и ягодных консервов в странах

СНГ», подготовленного BusinesStat в 2015 г, в период с 2010 г. по 2014 г.

продажи плодовых и ягодных консервов в странах СНГ выросли на 14,6%: с

613,8 до 703,7 тыс. т. Рост наблюдался на протяжении всего периода, в

среднем ежегодно он составлял 3,5%.

Наибольший объем продаж плодовых и ягодных консервов среди стран

СНГ приходился на Россию, доля которой в совокупном показателе

колебалась от 69,1 до 70,9%. Самый высокий уровень покупки плодовых и

ягодных консервов на душу населения в 2010-2014 гг. также наблюдался

также в России. В 2014 г. на одного жителя страны приходилось 3,43 кг

проданных плодовых и ягодных консервов.

С 2010 г. по 2014 г. стоимостный объем импорта плодовых и ягодных

консервов в страны СНГ вырос на 40,9% и в 2014 г. составил 500,3 млн.

долларов США. Рост показателя происходил ежегодно на 4,6-16,6%.

21

По данным исследования российского рынка консервированных овощей,

проведенного специалистами компании IndexBox в мае 2011 г., объем

предложения в 2010 г. на 11% превысил аналогичный показатель уровня 2009

г. Темпы роста рынка постепенно достигнут 10-12% и будут сохраняться на

этом уровне.

Производство овощных консервов, так же как и их потребление,

обладают ярко выраженной сезонностью. Пиковые показатели объема

российского производства достигаются в июне. Данная ситуация накладывает

определенные ограничения на производителей. Так, в первом квартале года

мощности загружены не очень значительно – можно говорить о частичном

простое оборудования. В сезон, напротив, мощности перегружены.

Таким образом, выраженная сезонность и относительно медленная

оборачиваемость продукции являются основными проблемами отрасли. Срок

хранения для овощных консервов обычно составляет от полугода до полутора

лет. С точки зрения потребления максимальный объем продаж овощных

консервов приходится на зимние месяцы, особенно на январь. Спады в сезон

свежих фруктов и овощей закономерны. Впрочем, по наблюдениям

специалистов, летом увеличиваются продажи консервов, которые потребители

традиционно берут с собой на дачу. Производители регионального масштаба

зачастую не имеют возможности выпускать широкую номенклатуру

продукции, которую можно было бы распределить по сезонам для снижения

амплитуды колебаний загрузки производственных мощностей. Компании,

относящиеся к данной группе, вынуждены «работать на сезон».

Для российских компаний вопрос о сырье остается одним из самых

важных. Небольшие компании и предприятия регионального значения в

основном опираются на собственную сырьевую и производственную базу.

Компании, ориентированные на федеральный уровень, комбинируют

продукцию в своих продуктовых или марочных портфелях, частично

используя отечественную базу, частично размещая заказы на производство

22

своей продукции на зарубежных предприятиях – в Польше, Болгарии,

Венгрии, Китае и других странах.

Сегмент зарубежных производителей концентратов из плодово-ягодного

сырья представлен только европейскими странами и включает семь

компаниями из пяти стран: Польши, Италии, Латвии, Австрии и Франции.

Соотношение производителей представлено на рисунке 1.1. Следует отметить,

что Франция представлена на рынке тремя торговыми марками такими, как

«DLP-Geimex», «Georges Monin S.A.S» и «GUIOT», в то время как остальные

страны лишь одной [124].

Рисунок 1.1 – Соотношение зарубежных компаний производителей концентратов из

плодово-ягодного сырья по странам

Таким образом, наибольшую часть в ассортименте занимают

концентраты французского производства. Их доля составляет 57,6%, что

соответствует 19 торговым позициям [124]. Наименьшим ассортиментом на

рынке представлены производители из Италии 3%, или одна торговая

позиция. Структура ассортимента концентратов из плодово-ягодного сырья

отмечена на рисунке 1.2.

23

Рисунок 1.2 – Структура ассортимента концентратов, представленных иностранными

производителями на рынке

Среди отечественных производителей наиболее широко представлен

ассортимент концентратов, содержащих экстракт плодово-ягодного сырья, из

Астраханской области. Его доля составляет 31,8%, или 14 торговых позиций.

Наименьшее количество торговых позиций, а соответственно наименьшую

долю на розничном рынке концентратов, имеют московские производители.

Их доля в структуре составляет лишь 2,3% от общего объема продукции,

предоставленной российскими производителями. Соотношение сиропов

отечественного производства отмечено на рисунке 1.3 [124].

24

Рисунок 1.3 – Структура ассортимента концентратов, представленных отечественными

производителями на рынке

В ассортименте сиропов, содержащих вытяжку из плодово-ягодного

сырья, конкурируют четыре производителя: ООО «Астраханский натуральный

продукт» (18,2%), ООО «Пищехимпродукт» (ООО «ПХП» 16,9%), г. Нижний

Новгород, «GUIOT» (Франция) (16,9%) и ОАО «Кемеровская

фармацевтическая фабрика» (9,1 %). Их доля составляет 61,1% от всех

представленных на розничном рынке (рисунок 1.4) [124].

Рисунок 1.4 – Структура ассортимента рынка концентратов из плодово-ягодного сырья по

производителям

25

В последние годы в странах ЕС заметно увеличилось валовое

производство тыквы и достигло, например, в Италии 350 тыс. т., Франции,

Германии – 70 тыс. т., Испании – 50 тыс. т [201].

Крупные производители сухого тыквенного порошка ООО «Престиж»

(г. Санкт-Петербург), ООО «Новосиб-Ноосфера» (г. Новосибирск), КФХ

Славгородский (г. Белгород), ТД «Мазурин» (Калужская область, г. Боровск),

ООО «АНТ-ПРОМ» (Украина, г. Харьков), Jiangsu Dingneng Foods Co., Ltd.,

Xian Nutragreenlife Biotechnology Co., Ltd., Changsha Vigorous-Tech Co., Ltd.,

(Китай), Activz (США); тыквенной муки Компания ООО «Виктория» (г.

Великий Новгород), ООО «Специалист» (г. Бийск), ЗАО «Европа-Биофарм

НПО» (г. Волгоград), ООО «Аромавита» (Московская обл, п. Курилово);

тыквы сушеной (гранулы или кусочки) Магазин здорового питания Diamart (г.

Москва), ТОО «Технопарк-2030» (Казахстан, г. Алматы), HAOQU (Китай,

Гонконг, Макао, Тайвань).

1.3 Перспективы производства и области использования тыквенного

порошка

Высокая биологическая и пищевая ценность тыквенного порошка в

значительной степени обусловлена ее уникальным минеральным составом

(порошок из тыквы содержит более 50 макро- и микроэлементов, среди

которых лидирующие позиции занимают цинк, железо, магний, фосфор,

кальций, селен).

Тыквенный порошок является богатым источником полноценного и

легкоусвояемого растительного белка, содержание которого достигает 40%

[67, 87 и др.]. Белковый состав порошка из тыквы характеризуется высоким

содержанием заменимых и незаменимых аминокислот, необходимых для

крепкого иммунитета, нормального и полноценного функционирования

человеческого организма.

26

Входящая в состав тыквенного порошка аминокислота аргинин,

находящая применение в качестве компонента спортивного и

функционального питания [67, 87 и др.].

Комплекс аминокислот глутамина, фенилаланина и глицина, входящий в

состав порошка из тыквы, наилучшим образом способствует улучшению

функционального состояния нервной системы, улучшению памяти,

настроения, повышению работоспособности, устранению усталости и

депрессии [67, 87 и др.].

Аминокислота лизин, которой богат тыквенный порошок, способствует

эффективному усвоению кальция, и также как и аминокислоты метионин и

треонин, входящие в состав этого полезного продукта, принимает участие в

естественном синтезе коллагена, необходимого для упругости и эластичности

кожи, стенок кровеносных сосудов, хрящевой ткани. Входящая в состав

тыквенного порошка аминокислота изолейцин необходима для образования

белка крови гемоглобина, а также как и метионин играет важную роль в

естественной выработке инсулина поджелудочной железой. Содержащаяся в

порошке из тыквы аминокислота лейцин принимает активное участие в

углеводном обмене, а также в значительной степени активизирует

регенерацию кожного покрова и костной ткани [67, 87 и др.].

Содержащийся в тыквенном порошке цинк играет ключевую роль во

многих процессах [67, 87 и др.], происходящих в организме человека: синтез

инсулина и пищеварительных ферментов, углеводный, белковый, жировой

обмены, формирование иммунитета, процесс кроветворения.

Тыквенный порошок также весьма богат фосфором и кальцием. В

порошке из тыквы присутствуют и другие биологически активные вещества,

обуславливающие массу разнообразных целебных свойств этого

полезнейшего растительного продукта (среди этих веществ – фитостеролы,

флавоноиды, полиненасыщенные кислоты, обладающий бактерицидными и

ранозаживляющими свойствами хлорофилл и благотворно влияющие на

работу печени и желчевыводящих путей фосфолипиды) [67, 87 и др.].

27

Введение в рацион питания тыквенного порошка, обладающего

бактерицидным, противовоспалительным, противопаразитарным,

андрогенным, противоаллергическим и противоопухолевым свойствами,

может принести ощутимую пользу для профилактики и в составе

комплексного лечения:

- заболеваний женской и мужской половой сферы, заболеваний

выделительной системы (различные гинекологические заболевания, аденома

предстательной железы, простатит, эректильная дисфункция (импотенция),

мужское и женское бесплодие, заболевания почек, мочевого пузыря, уретры);

- заболеваний печени, желчевыводящих путей (желчекаменная

болезнь, холецистит, холецистохолангит, дискинезия желчевыводящих путей,

жировая дистрофия печени, вирусный и алкогольный гепатит, цирроз) и

других органов пищеварительной системы (гастрит, язва желудка и

двенадцатиперстной кишки, энтероколит, колит, гастродуодент, эзофагит,

дисбактериоз). Из-за мягкого слабительного действия и высокого содержания

в составе пищевых волокон тыквенный порошок также весьма полезно

употреблять в пищу для устранения запоров и метеоризма.

- различных гельминтозов (благодаря выраженным

противопаразитарным свойствам тыквенный порошок часто используют в

профилактике и лечении тениидоза, фасциолеза, трихинилеза и эхинококкоза);

- заболеваний кожи (угревая сыпь, себорея, гиперкератоз, диатез,

крапивница, экзема, герпес, псориаз, трофические язвы) и травматических

повреждений кожного покрова (ожоги, пролежни, порезы).

Широкое применение порошков из растительного сырья в качестве

ингредиентов для повышения биологической ценности пищевой продукции

обусловлено тем, что они являются натуральными добавками природного

происхождения, которые положительно влияют на качество и увеличивают

срок хранения продукции [2, 3, 80, 105, 120, 148, 149, 150, 179, 194, 202, 203 и

др.].

28

Актуальность и перспективы промышленного производства и активного

использования в различных областях сухих дисперсных материалов из

растительного сырья подтверждаются многочисленными научно-

исследовательскими и опытно конструкторскими работами по разработке

рецептур продукции массового потребления [2, 3, 58, 179, 180, 194, 202, 203 и

др.], технологий [10, 68, 72, 74, 105, 150, 151, 152, 189 и др.] и

совершенствованию оборудования [17, 30, 65, 77 и др.].

1.4 Анализ современных технологий переработки плодоовощного

сырья

Технологии дисперсных сухих плодоовощных продуктов с

использованием различных методов сушки достаточно разработаны и активно

используются в овощеперерабатывающей промышленности. Для

обезвоживания применяют конвективные сушилки с плотным,

псевдоожиженным, аэрофонтанным и собственно взвешенным слоем

продукта. Перспективно использование комбинированных методов с

использованием СВЧ, ИК энергоподвода и других, что позволяет обеспечить

более высокие показатели качества высушенной продукции, однако

неизбежно приводит к росту затрат на производство [7, 17, 24, 53, 65, 128, 187,

199 и др.].

Интерес представляет технологическая линия для производства

сушеных ягод и порошка из них [144], представленная на рисунке 1.5. Данная

технологическая линия позволит повысить качество высушенных продуктов,

увеличить сроки хранения готовой продукции и снизить ее себестоимость.

29

Рисунок 1.5 – Технологическая линия для производства сушеных ягод и порошка из них:

1 – тележка; 2 – опрокидыватель; 3 – калибровочный вибростол; 4, 7, 9 – транспортер

скребковый; 5 – инспекционный транспортер; 6 – машина моечная вентиляторная; 8 –

камера окуривания; 10 – сушилка; 11 – камера охлаждения; 12 – транспортер шнековый; 13

– дробилка; 14, 17 – пневмотранспортер; 15 – бункер-охладитель; 16 – просеиватель; 18 –

автомат фасовочный; 19 – склад готовой продукции

Предложенная технологическая линия предназначена как для получения

сушеных ягод, готовых к употреблению, так и для получения порошка из них,

используемого в различных отраслях пищевой промышленности,

косметологии и фармакологии.

Данная технологическая линия для производства сушеных ягод и

порошка из них позволяет:

повысить качество высушенной продукции за счет снижения

потерь ценных компонентов, таких как витамины, аминокислоты,

моносахариды и т.д.;

повысить срок годности высушенных продуктов;

снизить себестоимость высушенных продуктов.

Совершенствованию технологической операции сушки, которая во

многом определяет эффективность производства, уделяется значительное

внимание, что подтверждается большим количеством научно-

исследовательских и опытно-конструкторских работ.

30

Представляют интерес исследования по интенсификации процесса

сушки традиционных плодов и овощей (картофель, тыква, морковь, яблоки и

многие другие) с целью обеспечения качества и энергосбережения [7, 17, 19,

28, 56, 65, 82, 161 и др.]. Актуальны исследования по разработке

рациональных режимов переработки разнообразных продуктов (например,

баклажан, айва, алыча, дыня и многие другие) для расширения перспектив их

использования [65, 123, 144, 196, 199, 206 и др.]. Следует отметить работы

посвященные разработке новых конструкций и элементов оборудования для

организации эффективного обезвоживания плодоовощного сырья [77, 136,

137, 139, 141 и др.].

Известно две принципиально различные технологические схемы

производства плодоовощных порошков [47, 82, 83]. По первой схеме,

подготовленное откалиброванное сырье очищают, моют, разваривают,

протирают в пюре, которое затем сушат на вальцовых или распылительных

сушилках с добавлением или без добавления других продуктов (сахар,

крахмал и др.). Порошки, высушенные с добавками, приобретают большую

пищевую ценность и устойчивость при хранении. По второй схеме

предварительно подготовленное и нарезанное на кусочки сырье сушат на

ленточных сушилках, а затем дробят в порошок. Вторая схема используется

главным образом, для лука, чеснока и пряной зелени [47, 82, 83].

Очевидно, что для организации промышленного производства порошков

в широком ассортименте перспективен первый способ с использованием

распылительной конвективной сушки, т.к. некоторые виды сырья, особенно с

высоким содержанием сахара, обладают повышенной термопластичностью,

что затрудняет съем высушенной продукции с вальцов или транспортерной

ленты. Для уменьшения этих негативных свойств в пюре перед сушкой вводят

крахмал (до 10% от массы сухих веществ в пюре и в зависимости от вида

сырья). Дополнительно продукт на выходе из сушильной камеры можно резко

охладить сухим воздухом с относительной влажностью не более 20% [83].

Кроме того, перед обезвоживанием пюре (соки, экстракты) из особо

31

термопластичных материалов с высоким содержанием сахаров могут

подвергать процессам ультра- и диафильтрации.

При производстве порошков из пюре, технологической схемой

предусматривается инспекция сырья, мойка, калибрование, очистка,

разваривание, измельчение и гомогенизация, перед которой в продукт при

необходимости вводят наполнители и сушки. Некоторые виды сырья,

например яблоки, айва, морковь подвергают калиброванию для последующего

правильного проведения технологических процессов с соблюдением режимов

тепловой обработки. Кабачки и тыкву перед варкой освобождают от семенных

гнезд и разрезают.

Разваренное сырье измельчают протиранием. В случае переработки

косточкового сырья (абрикосы, сливы и др.), на стадии измельчения

разваренного сырья производят отделение косточек на специальных

протирочных машинах. Далее для получения однородной массы с более

мелкими и однородными частицами размерами до 2 – 30 мкм и добавления

наполнителя, сырье подвергают гомогенизации. В результате гомогенизации

достигается разрушение части растительной клетчатки для облечения

последующего влагоудаления. Также на стадии гомогенизации возможно

смешение различных видов пюре. Далее производится конвективная

распылительная сушка подготовленного пюре [83].

При производстве порошков полностью сохраняются минеральные

вещества, но при этом неизбежны потери части биологически активных

компонентов. Общее количество отходов и потерь при производстве

плодоовощных порошков составляет до 20% [83].

Для всех технологий следует отметить высокие требования к

получаемым конечным продуктам, что обуславливает деликатный подход к

организации стадии сушки с учетом технологических ограничений и

комплекса свойств объектов переработки.

32

1.5 Анализ способов и конструкторских решений для производства

сухих дисперсных материалов из плодоовощного сырья

Несмотря на разнообразие конструкторских решений, в настоящее время

производство сухих дисперсных материалов при переработке плодоовощных и

других растительных продуктов осуществляется преимущественно крупными

перерабатывающими предприятиями с использованием малоэффективных

сушильных установок туннельного и конвейерного типов. Процесс сушки

происходит при существенных удельных энергозатратах (1,6 до 2,5 кВт-ч/кг).

Переоснащение действующих предприятий связано со значительными

финансовыми затратами и предполагает приостановку производств или

сокращение производительности в ходе строительных, монтажных,

пуск/наладочных и др. видов работ, что, как следствие, может привести к

потере позиций на рынке поставщиков. Кроме того, сдерживающим фактором

переоснащения уже действующих производств является долгосрочный период

возврата капитальных вложений.

Решение задач повышения эффективности перерабатывающих

предприятий агропромышленного комплекса, специализирующихся на

производстве сухих растительных продуктов, в частности, проведение

комплексных исследований с целью выбора рациональных способа и режимов

обезвоживания, типа и конструктивных особенностей сушильного аппарата,

обеспечивающих высокие технико-экономические показатели, актуально и

требует научного подхода с учетом специфики технологии и свойств сырья и

требований к конечной продукции.

Применение инфракрасного излучения при сушке влажных продуктов

растительного происхождения позволяет максимально использовать

подведенную энергию. Молекулы воды интенсивно поглощают инфракрасное

излучение. При таком подводе тепла нет необходимости значительно

повышать температуру сушимого продукта и возможно интенсивно вести

процесс испарения воды при температуре 40-60°С при сохранении качества

33

растительного материала. Кроме того, инфракрасное излучение с нагревом 40-

60°С уничтожает всю микрофлору на поверхности продукта, делая его

практически стерильным.

Применение обезвоживания продуктов растительного происхождения с

использованием инфракрасного обогрева длинноволнового диапазона даѐт

возможность сохранить содержание витаминов и других биоактивных веществ

в сухих продуктах на уровне 80-90% от исходного. Непродолжительное

замачивание продукта позволяет восстанавливать все его натуральные

свойства: цвет, естественный аромат, форму, вкус он может употребляться в

свежем виде или подвергаться любым видам кулинарной обработки.

Для реализации процесса сушки при производстве сухих дисперсных

пищевых растительных материалов применяют конвективные

распылительные сушильные установки и сушилки с плотным,

псевдоожиженным, аэрофонтанным и собственно взвешенным слоем

продукта. Данные виды сушильного оборудования имеют высокий

технический уровень, основывающийся на развитой мощной

машиностроительной и научно-технической базе.

Конструктивные особенности аппаратурного оформления установок

распылительной сушки обусловлены технологическими требованиями,

физико-химическими свойствами обезвоживаемого материала, требованиями

к процессу распыления и параметрам факела распыла, производительностью и

т.п.

Развитию технологии и техники сушки пищевых растительных

материалов с использованием радиационного и/или комбинированного

способов энергоподвода посвящено большое количество исследований [136,

137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 145, 146 и др.]. Авторами отмечается, что

применение радиационного энергоподвода способствует обеспечению

высоких показателей качества сухих растительных материалов при решении

ряда производственных задач.

34

Ниже представлен обзор по некоторым перспективным конструкциям

установок, реализующим радиационный энергоподвод для сушки

растительных продуктов.

Повысить качество готового продукта и экономичность сушилки

способна конструкция радиационной сушилки для растительных пищевых

продуктов, изображенная на рисунке 1.6 [136], вследствие снижения градиента

температуры нагрева обрабатываемого продукта по его сечению, площади

лотков и повышения коэффициента использования ИК-излучения

соответственно.

Это достигается тем, что известную сушилку, содержащую сушильную

камеру, лотки, ИК-излучатели и вентиляционные средства для ввода и вывода

сушильного агента, снабжают нижним, верхними воздуховодами-

отражателями, напорными козырьками, завихрителями и направляющим

экраном, при этом излучатели представляют собой ИК-излучатели средней

области спектра и размещены в камере под лотками так, что обеспечивают

равномерное распределение температуры нагрева обрабатываемого продукта

по площади лотков, нижний и верхние воздуховоды-отражатели выполнены в

виде пластин, профиля с W-образным поперечным сечением и профиля с V-

образным поперечным сечением соответственно, имеющие поверхность с

высоким коэффициентом отражения, обращенную к излучателям, лоткам и

размещены под нижним рядом излучателей, между лотками соответственно

так, что обеспечивают равномерное распределение агента по площади лотков,

козырьки выполнены в виде уголков и размещены под лотками, а экран

выполнен в виде профиля с V-образным поперечным сечением и размещен в

верхней части камеры так, что обеспечивают минимальное сопротивление

выходящему агенту. Результатом этого является понижение градиента

температуры нагрева по сечению обрабатываемого продукта, по площади

лотков, увеличение коэффициента использования излучения и, как следствие,

повышение качества конечного продукта и экономичности сушилки.

35

Рисунок 1.6 – Радиационная сушилка для растительных пищевых продуктов:

1 – камера; 2 – передняя стенка; 3 – боковые стенки; 4 – задняя стенка; 5 – стойки; 6 –

предохранительный колпак; 7 – крышка; 8 – лотки; 9 – напрвляющие; 10 – дополнительные

козырьки; 11 – поддон; 12 – направляющие; 13 – ИК-излучатели; 14 – нижний воздуховод-

отражатель; 15 – верхние воздуховоды-отражатели; 16 – напорные козырьки; 17 –

завихрители; 18 – направляющий экран; 19 – короб; 20 – коробка; 21, 23– щели; 22, 24–

вырез; 25 – ручка; 26 – скобы; 27, 31, 32 ,33 – проходы; 28 – пластины; 29 – профиль; 30 –

щели; 34 – поверхность; 35 – втулки

Актуальной и высокопроизводительной является сушилка,

изображенная на рисунке 1.7 [137], которая содержит камеру сушки, два

нагнетательных вентилятора, калориферы и тележки с сетчатыми кассетами.

36

Рисунок 1.7 – Многоярусная сушильная камера:

1 – сушильные секции; 2 – дверцы; 3 – тележки; 4 – сетчатые кассеты; 5 – воздуховод; 6 –

отверстия; 7 – трубки; 8 – прорези; 9 – фиксаторы; 10 – секционные калориферы; 11 –

нагнетательный вентилятор; 12 – вытяжной вентилятор; 13 – регулируемая заслонка; 14 –

передняя панель; 15 – индивидуальный пульт; 16 – домкратные винты

Камера сушки выполнена в виде двух изолированных сушильных

секций, каждая из которых снабжена вытяжным вентилятором, выход

которого снабжен регулируемой заслонкой, и воздуховодом, в верхней части

которого установлен нагнетательный вентилятор. Калорифер выполнен

секционным и расположен в воздуховоде, при этом боковая поверхность

каждого воздуховода, обращенная внутрь сушильной секции, выполнена с

37

двумя вертикальными рядами отверстий, к каждому из которых присоединена

трубка с возможностью поворота вокруг собственной оси с прорезями на

боковой поверхности для выхода нагретого воздуха. Прорези выполнены в

несколько рядов по всей длине трубки, причем отверстия с трубками

расположены так, что при установке тележки с сетчатыми кассетами в

сушильную секцию трубки размещаются попарно под каждой сетчатой

кассетой.

Универсальной является многоярусная сушильная камера, изображенная

на рисунке 1.8 [140]. Предложенная конструкция сушильной камеры

универсальна для обработки разнообразной продукции - плодов, овощей, трав,

ягод, орехов, макаронных изделий и т.п. по различным термодинамическим

режимам сменных излучателей и регулируемого конвективного теплообмена,

то есть характеризуется широким диапазоном технологических возможностей

использования.

Рисунок 1.8 – Многоярусная сушильная камера:

1 – каркас; 2 – корпус; 3 – секции; 4 – дверки; 5 – продольные направляющие; 6 – сетчатые

лотки; 7 – параллельные диэлектрические опоры; 8 – токоведущие цанговые зажимы

электропитания; 9 – токосъемные втулки; 10 – инфракрасные излучатели; 11 – профильные

отражатели; 12 – перфорированнай крышка; 13 – выдвижные поддоны

38

Устройство экономично, эффективно и унифицировано для обработки

различной продукции по разным режимам, обеспечивающим сохранение

органолетических качеств, стабилизированных при хранении, и

восстановление гигроскопических свойств регидратации сушеного продукта.

Стоит отметить конструкцию устройства комплексной сушильной

установки, изображенного на рисунках 1.9 и 1.10 [141]. Данное устройство

позволяет нарезать тонкие дольки плодов и овощей регулируемой толщины,

равномерно подавать их на несущие органы, производить зональную сушку с

оптимальными режимами в каждой зоне с равномерным двусторонним

энергоподводом к долькам, выводить сухой продукт без потерь и

механических повреждений.

В предлагаемое устройство введены загрузочное устройство,

установленное на входе в вертикальную сушильную камеру, перегородка,

разделяющая сушильную камеру на две части, с ИК-излучателями только в

одной из них, игольчатые носители, закрепленные на двух грузонесущих

цепях, проходящих по сушильной камере, съемник готовой продукции и

выводящий конвейер, установленные на выходе из сушильной камеры;

загрузочное устройство состоит из загрузочного лотка, установленного на

магазине с цилиндрическими продуктопроводами, режущего блока и

выталкивателя, перемещающихся по закрепленным на магазине

направляющим, опорной пластины, установленной под продуктопроводами;

режущий блок из трех дисковых ножей, установленных с перекрытием в

вертикальной плоскости в корпусе, на котором размещается привод ножей;

диаметр, шаг и величина рабочего хода ножей обеспечивают отсутствие

перекрытия ими отверстий продуктопроводов перед операцией резки, полное

перекрытие каждого из отверстий продуктопроводов только одним ножом во

время резки; в опорной пластине под перекрываемыми нижним ножом

продуктопроводами выполнено углубление, а на позиции нанизки долек

прорезаны пазы для прохода игл носителя; иглы зафиксированы на стержнях

носителей шарнирно закрепленных на несущих цепях со свободой вращения

39

вокруг своей оси, рабочее положение игл носителя обеспечивается

противовесами, установленными на стержнях.

Рисунок 1.9 – Комплексная сушильная установка:

1 – каркас; 2 – крышки; 3 – перегородка; 4 – блоки ИК-излучателей (ламп); 5 – короб; 6 –

игольчатые носители; 7 – грузонесущие цепи; 8 – ведущая звездочка; 9 – отклоняющие

звездочки; 10 – натяжные устройства; 11 – загрузочный лоток; 12 – магазин; 13 –

продуктопровод; 14 – режущий блок; 15 – выталкиватель; 16 – направляющие; 17 –

дисковые ножи; 18 – корпус; 19 – привод; 20 – опорная пластина; 21 – кулачковый

механизм; 22 – привод; 23 – иглы; 24 – стержни; 25 – противовесы; 26 – крепление; 27 –

съемник; 28 - ленточный конвейер; 29 – привод; 30 – отражатель; 31 – поддон; 32 –

электродвигатель; 33 – червячный редуктор; 34 – цепная передача;

I – сушильная камера; II – первая часть сушильной камеры; III – вторая часть сушильной

камеры; IV – загрузочное устройство; V, VI – привод

40

Рисунок 1.10 – Комплексная сушильная установка:

1 – каркас; 2 – крышки; 3 – перегородка; 4 – блоки ИК-излучателей (ламп); 5 – короб; 6 –

игольчатые носители; 7 – грузонесущие цепи; 8 – ведущая звездочка; 9 – отклоняющие

звездочки; 10 – натяжные устройства; 11 – загрузочный лоток; 12 – магазин; 13 –

продуктопровод; 14 – режущий блок; 15 – выталкиватель; 16 – направляющие; 17 –

дисковые ножи; 18 – корпус; 19 – привод; 20 – опорная пластина; 21 – кулачковый

механизм; 22 – привод; 23 – иглы; 24 – стержни; 25 – противовесы; 26 – крепление; 27 –

съемник; 28 - ленточный конвейер; 29 – привод; 30 – отражатель; 31 – поддон; 32 –

электродвигатель; 33 – червячный редуктор; 34 – цепная передача

41

Высокая скорость сушки без подгорания продукта достигается путем

нарезки тонких долек продукта рациональной одинаковой толщины и

организации двух зон с оптимальными режимами, обусловленных различной

энергией связи влаги с материалом в разных периодах сушки. В первой по

ходу продукта зоне, осуществляемой в первой части II сушильной камеры I,

сушка осуществляется радиационно-конвективным способом с

использованием энергии воздуха, поступающего из второй части III, что

позволяет смягчить условия сушки, высокая интенсивность которой

обеспечивается за счет равномерного в объеме продукта тепловыделения при

ИК-энергоподводе с большими плотностями теплового потока. Во второй

зоне, проводимой во второй части III сушильной камеры I, сушка

осуществляется конвективно во избежание подгорания продукта. Здесь

происходит досушка продукта для удаления сильносвязанной и осмотической

влаги. Кроме того, введением загрузочного устройства, игольчатого носителя,

съемника готовой продукции и выводящего конвейера достигается снижение

потерь продукта от адгезии и механических повреждений из-за уменьшения

контакта плодоовощных долек с поверхностью носителя (иглы), механизации

процессов резки, загрузки и выгрузки, согласованности вышеуказанных

операций в комплексной установке.

Эффект предлагаемого устройства обеспечивается за счет механизации

трудоемких процессов регулируемой нарезки плодов и овощей и нанизки

долек, увеличения интенсивности процесса сушки без подгорания долек,

снижения потерь продукта.

Интерес представляет сушилка инфракрасная [142], представленная на

рисунке 1.11. Данная сушилка позволяет обеспечить увеличение количества

одновременно высушиваемого материала без увеличения одновременно

подводимой к ИК-излучателям мощности при стабильности энергетических

характеристик ИК-излучения, исключение попадания пылевидных частиц

материала и капель влаги на поверхности ИК-излучателей, создание

равномерного облучения по поверхности материала, обеспечение

42

непрерывного обдува высушиваемого материала на всех поддонах,

автоматическое регулирование процесса сушки различных материалов.

Рисунок 1.11 – Многоярусная сушильная камера:

1 – корпус; 2 – отверстия; 3, 4 – боковые стенки; 5 – профиль; 6 – передняя стенка; 7 –

поддоны; 8 – крышки; 9 – сетчатые поддоны; 10 – ИК-излучатели; 11 – задняя стенка; 12 –

вентилятор; 13 – блока управления; 14 – датчики температуры; 15 – датчик предельной

температуры нагрева; 16 – отверстия; 17 – пазы; 18, 19 – отверстия; 20 – щель

Предложенная сушилка позволяет без увеличения одновременно

подводимой к ИК-излучателям мощности увеличить в три раза количество

обрабатываемого материала за счет заполнения времени пауз ИК-излучением,

не увеличивать при этом единовременную нагрузку на сеть электрического

тока, за счет установки ИК-излучателей в профилях боковых стенок

исключить потери энергии из-за попадания на наружную поверхность

излучателей пылевидных просыпей материала и капель влаги, снизить

энергоемкость процесса за счет использования энергии отраженных лучей,

перенесенной на сетчатые поддоны, улучшить качество продукта за счет

равномерности распределения облучения, образованной профилями боковых

43

стенок, снизить энергозатраты за счет автоматического поддержания

соотношения импульса и паузы для каждого вида продукта.

Снизить энергозатраты и повысить производительность сушки продукта

позволяет энергосберегающая двухступенчатая сушильная установка для

растительных материалов, изображенная на рисунке 1.12 [146].

Рисунок 1.12 – Энергосберегающая двухступенчатая сушильная установка для

растительных материалов: 1 – цилиндроконическая камера; 2 – штуцер герметичного

питания; 3 – барабан; 4 – вставка цилиндрического профиля; 5 – вставка конического

профиля; 6 – шаровые затворы; 7 – тепловой аккумулятор; 8 – устройство перекрытия; 9 –

цилиндрическая камера; 10 – цилиндрические обечайки; 11 –крышка; 12 – вакуумная

система; 13 – тепловой аккумулятор; 14 – тепловые трубы

Режимы сушки первой и второй ступени подбираются таким образом,

чтобы время пребывания в них было равным. В первой ступени вирируется

температура и скорость теплоносителя (ТТ=60-100°С, V=8-15 м/с), после чего

теплоноситель отводится в атмосферу, во второй ступени температура и

скорость теплоносителя (ТТ=55-60°С, V=1-2 м/с), и контролируется

температура материала ТМ<=60°С, т.е. температуры денатурации, потеря

44

витаминов и питательных веществ.Цикличность продувки и вакуумирования

определяютсяфизико-механическими свойствами (степень измельчения и

изотропность) и остаточной влажностьюпродукта.

Стоит отметить конструкцию установки для ик-термообработки семян

бахчевых культур, изображенной на рисунке 1.13 [145]. Данная установка

позволяет сократить продолжительность процесса ИК-облучения за счет

попеременного последовательного облучения верхней и нижней стороны

семянки плоской формы и тем самым исключить возможное их обугливания,

что обеспечивает улучшение качества обжаренных семян.

А-А

Рисунок 1.13 – Установка для ИК-термообработки семян бахчевых культур:

1 – корпус; 2 – устройство для загрузки сырья; 3 – вертикальная заслонка; 4 – устройство

для выгрузки продукта; 5, 6 – сетчатые ленты; 7, 9 – ведущий барабан; 8, 10 – ведомый

барабан; 11, 12 – отражатели; 13 – направляющая; 14 – шарнир; 15 – регулируемая

плоскость; 16 – нижняя кромка; 17 – штурвал; 18 – патрубок

Стоит отметить конструкцию устройства для сушки плодов и ягод,

изображенную на рисунках 1.14 и 1.15 [138].

45

Рисунок 1.14 – Устройство для сушки плодов и ягод:

1 – сушильная камера; 2 – цилиндрический корпус; 3 – входное сопло; 4 – выходное сопло;

5 – вал; 6 – подшипники; 7 – карусель; 8 – поддоны; 9 – ярусы; 10 – щели; 11 – каркас; 12 –

СВЧ-излучатели; 13 – СВЧ-разветвитель; 14 – СВЧ-генератор; 15 –привод

Так как, термовлагопроводность совпадает с направлением теплового

потока, то обработка продукта СВЧ-энергией способствует перемещению

полезных ароматических, красящих и вкусовых веществ, находящихся в

оболочке и в поверхностном слое ягоды, внутрь плода и сохраняются в

сушеной продукции.

Периодическое воздействие СВЧ-энергией на высушиваемый продукт

создает благоприятные условия для сушки, потому что позволяет увеличить

давление паров внутри ягод при меньшей температуре поверхности ягоды, тем

самым ускорить процесс сушки и исключить карамелизацию готовой

продукции.

46

Рисунок 1.15 – Устройство для сушки плодов и ягод:

A, B, C, D, E, F – шесть условных положений зон карусельной сушилки

Интересна конструкция универсальной сушильной установка

комбинированного действия, изображенная на рисунке 1.16 [139].

Рисунок 1.16 – Устройство для сушки плодов и ягод:

1 – рабочая камера типа циклона; 2 – загрузочный столик; 3 – вертикальная стойка; 4 –

трубки; 5 – шнек; 6 – боковые патрубки; 7 – вентилятор; 8 – патрубок; 9 – бункер; 10 –

верхняя крышка; 11 – рупорное устройство; 12 – СВЧ-генератор

47

Особенностью данного устройства является то, что из камеры удаляется

только сухой продукт, т.е. обрабатываемый продукт высушивается

равномерно и не горит. Другой существеннойособенностью является

универсальность камеры: могут обрабатываться мелкорезанные овощи и

фрукты, нерезаные овощи и фрукты, быстро размораживаться мясо и рыба и

др.

Высокопроизводительной является комбинированная СВЧ-конвективная

сушилка, изображенная на рисунках 1.17-1.21 [143]. Данная сушилка

обеспечивает повышение качества получаемых продуктов за счет удаления

испаряемой влаги, поддержания рационального температурного воздействия

на обрабатываемый продукт, а также снижение энергозатрат на сушку.

Рисунок 1.17 – Комбинированная СВЧ-конвективная сушилка (объемное изображение):

1 – корпус; 2 – цепной транспортер; 3 – привод; 4 –вентилятор , 5 – распределительный

воздуховод; 6 – перфорированные лотки; 7 – СВЧ-камеры; 8 – камеры охлаждения; 9 –

магнетроны; 10 – воздуховод; 11 – перегородки; 12 – ленточный транспортер; 13 –

шиберные заслонки; 14 – вытяжной диффузор; 15 – загрузочный бункер; 16 – разгрузочный

бункер; 17 – щетка

48

Рисунок 1.18 – Комбинированная СВЧ-конвективная сушилка (фронтальный вид):

1 – корпус; 2 – цепной транспортер; 3 – привод; 4 –вентилятор , 5 – распределительный

воздуховод; 6 – перфорированные лотки; 7 – СВЧ-камеры; 8 – камеры охлаждения; 9 –

магнетроны; 10 – воздуховод; 11 – перегородки; 12 – ленточный транспортер; 13 –

шиберные заслонки; 14 – вытяжной диффузор; 15 – загрузочный бункер; 16 – разгрузочный

бункер; 17 – щетка

Рисунок 1.19 – Комбинированная СВЧ-конвективная сушилка (вид сверху):

1 – корпус; 2 – цепной транспортер; 3 – привод; 4 –вентилятор , 5 – распределительный

воздуховод; 6 – перфорированные лотки; 7 – СВЧ-камеры; 8 – камеры охлаждения; 9 –

магнетроны; 10 – воздуховод; 11 – перегородки; 12 – ленточный транспортер; 13 –

шиберные заслонки; 14 – вытяжной диффузор; 15 – загрузочный бункер; 16 – разгрузочный

бункер; 17 – щетка

49

Рисунок 1.20 – Комбинированная СВЧ-конвективная сушилка (поперечный разрез СВЧ-

камеры): 2 – цепной транспортер; 6 – перфорированный лотк; 7 – СВЧ-камера; 9 –

магнетрон; 11 – перегородка

Рисунок 1.21 – Комбинированная СВЧ-конвективная сушилка (поперечный разрез

камеры охлаждения): 2 – цепной транспортер; 6 – перфорированный лотк; 8 – камера

охлаждения; 10 – воздуховод; 11 – перегородка; 13 – шиберная заслонка; 14 – вытяжной

диффузор

50

Чередование обработки продукта (СВЧ-нагрев и конвективное

охлаждение) и изменение соотношения продолжительностей этапов

обусловлено следующим. В начале процесса сушки удаляется поверхностная

влага. Основными параметрами, влияющими на интенсивность ее удаления,

является скорость теплоносителя и СВЧ-нагрев. В этот период скорость

теплоносителя оказывает существенное влияние на скорость сушки. По мере

удаления указанной влаги скорость теплоносителя, как определяющий фактор

интенсивности процесса, теряет свое значение. В периоде убывающей

скорости сушки, в большей степени влияет на скорость сушки температура

нагрева продукта, так как в этом периоде только она определяет

интенсивность внутреннего влагопереноса. Поэтому на данной стадии

существенное влияние на скорость сушки оказывает СВЧ-нагрев. Таким

образом, если в начале процесса скорость влагоудаления лимитируется

главным образом скоростью теплоносителя, то в конце -и температурой

нагрева продукта. Это и обуславливает предлагаемую последовательность

обработки продуктов.

Адаптированный в соответствии с основными кинетическими

закономерностями процесса сушки теплоподвод к обрабатываемому продукту

позволяет выбрать оптимальные режимы обработки продуктов с учетом

изменения влагосодержания его по длине сушилки.

Для реализации процесса сушки при производстве сухих дисперсных

пищевых растительных материалов применяют конвективные

распылительные сушильные установки и сушилки с плотным,

псевдоожиженным, аэрофонтанным и собственно взвешенным слоем

продукта. Данные виды сушильного оборудования имеют высокий

технический уровень, основывающийся на развитой мощной

машиностроительной и научно-технической базе.

Конструктивные особенности аппаратурного оформления установок

распылительной сушки [30, 44, 115, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 145,

146, 204 и др.] обусловлены технологическими требованиями, физико-

51

химическими свойствами обезвоживаемого материала, требованиями к

процессу распыления и параметрам факела распыла, производительностью и

т.п. Важным преимуществом распылительной сушки является эффективное

обезвоживание неоднородных жидких систем различной природы.

Среди недостатков распылительной технологии сушки следует

отметить:

- Значительные удельные габариты установок, так как диаметр

сушильной камеры зависит от параметров факела распыла и расходов потоков,

а высота определяется аэродинамикой контакта фаз и временем сушки.

- Высокая стоимость, энергоемкость и сложность оборудования для

распыливания исходного продукта и улавливания частиц высохшего продукта.

- Сравнительно высокие общие энергетические затраты.

- Лимитированное аэродинамикой контакта фаз время нахождения

частиц продукта в рабочей камере и др.

Практический интерес представляют результаты научно-

исследовательских и опытно-конструкторских работ по разработке

технологических приемов и конструкторских решений для налаживания

производства плодоовощных порошков, включающих стадию распылительной

сушки специально подготовленного пюре.

С учетом рассмотренных конструкций сушильных установок,

реализующих современные технологии обезвоживания растительного сырья,

можно сформулировать следующие выводы:

- Для получения сухих растительных материалов высокого качества

перспективно применение ИК, СВЧ подводов энергии и их комбинации с

конвективным способом энергоподвода.

- Для большинства конструкций реализующих радиационную

технологию сушки следует отметить необходимость предварительной

многостадийной подготовки продуктов к высушиванию, например, нарезка на

дольки, укладка на рабочие поверхности и т.п.

52

- Стоит отметить сравнительно высокие удельные энергозатраты на

организацию сушки при радиационном энергоподводе, что приводит к

увеличению себестоимости сухих растительных продуктов.

- Следует отметить сложность и значительную материалоемкость

рассмотренных конструкций, наличие движущихся и вращающихся

конструктивных элементов для ряда установок.

- Очевидна сложность монтажа, обслуживания и ремонта

радиационных сушилок.

- Перспективна распылительная технология сушки

гомогенизированных высоковлажных пюре из плодоовощных продуктов.

- Конвективная распылительная сушка растительных материалов

предполагает использование высоких значений температур исходных потоков

сырья и сушильного агента.

- Конвективная распылительная сушка не обеспечивает надежное,

эффективное и качественное высушивание тонкодиспергированых частиц

растительного материала.

- При распылительной сушке частицы продукта высыхают в потоке

сушильного агента и при распылении существенно возрастает поверхность

контакта фаз и интенсифицируются тепло- и массообменные процессы.

Таким образом, обобщая выводы анализа научно-технической и

патентной литературы, перспективным направлением является разработка

способа и конструкторского решения для организации интенсивного процесса

распылительной сушки гомогенизированного пюре из тыквы за счет

комбинирования конвективного и радиационного энергоподвода при активном

вихревом аэродинамическом контакте продукта и сушильного агента в

рабочей камере. Конвективная составляющая позволит обеспечить

высушивание распыленных частиц при активном аэродинамическом контакте

с сушильным агентом. Также конвективный подвод энергии необходим для

организации распыления исходного продукта, пневмотранспорта высохших

частиц и отделения частиц от потока отработавшего сушильного агента.

53

Радиационная составляющая позволит смягчить температурные режимы

распылительной сушки и, как следствие, обеспечить более высокие

показатели качества сухого дисперсного растительного материала.

Комбинирование конвективного и радиационного способов

энергоподвода при организации распылительной сушки обусловливает

расширение области использования распылительной технологии сушки для

получения сухих дисперсных растительных материалов.

54

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВНУТРЕННЕГО

ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ

ПЮРЕ ИЗ ТЫКВЫ

2.1 Экспериментальное исследование процесса распылительной сушки

пюре из тыквы

Для комплексного анализа и моделирования механизма влагоудаления

при распылительной сушке термолабильного пюре из тыквы (сорт «Волжская

серая 92» – далее тыква) следует установить закономерности изменения во

времени процесса температуры и влажности материала как основных

параметров, характеризующих высушиваемый продукт. При изучении

кинетики конвективно-радиационной распылительной сушки и механизма

внутреннего тепломассопереноса использовалось тыквенное пюре с размером

частиц 1..3 мкм, которое приготавливалось с использованием стадий

дробления, протирки и гомогенизации на технологической установке

приготовления эмульсий и суспензий модели УПЭС 0,15/3,0 (в

производственном помещении ООО «КАСПРОФИТ» (г. Астрахань).

Начальная влажность тыквенного пюре Wн = 0,92 кг/кг соответствует

влажности нативной тыквы. Конечная влажность тыквенного порошка Wк =

0,05 кг/кг, соответствует влаге мономолекулярной адсорбции, которая принята

на основании результатов исследований (п. 2.1) и рекомендована для

последующего длительного хранения.

Исследование процесса конвективно-радиационной распылительной

сушки выполнялось с использованием экспериментальных установок кафедры

«Технологические машины и оборудование» ФГБОУ ВПО «Астраханский

государственный технический университет».

Начальная влажность тыквенного пюре Wн = 0,92 кг/кг обеспечивает

наибольшую производительность по высушенному материалу при

обеспечении стабильной работы распылителя с постоянными параметрами

55

факела распыла (корневой угол, дальнобойность, размер распыленных

частиц). Снижение начальной влажности гомогенизированного пюре за счет

длительного вакуум-выпаривания нецелесообразно, так как усложняет

технологию и увеличивает затраты энергии. Кроме того, снижение начальной

влажности пюре перед сушкой приводит к увеличению энергозатрат на

распыление более вязкого пюре.

Рисунок 2.1 - Экспериментальная установка для исследования процессов

распылительной сушки

Для экспериментального изучения кинетики распылительной сушки

пюре из тыквы использовалась экспериментальная установка (рисунки 2.1 и

2.2), специально разработанная на кафедре «Технологические машины и

оборудование» ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический

университет».

56

Рисунок 2.2 – Принципиальная схема экспериментальной установки для исследования

процессов конвективно-радиационной распылительной сушки:

1 – сушильная камера; 2 – форсунка; 3 – отбойник; 4, 6 – крепления; 7 – газоход; 8 – узел

выгрузки; 9 – пробоотборники; 10 – штуцер с термопарой; 11 – крепежный элемент; 12 -

излучатели КГТ-220-1000; 13 – отражатель; 14 - крепления

57

Рисунок 2.3 – Схема распределения потоков в экспериментальной установке для

исследования процессов конвективно-радиационной распылительной сушки:

I – исходный продукт на распыление; II – сушильный агент; III – инфракрасное излучение;

IV – сухой продукт; V – отработавший сушильный агент.

Экспериментальная установка позволяет реализовать комбинированный

конвектино-радиационный способ энергоподвода для сушки распыленных

частиц исследуемого материала.

Исходное тыквенное пюре (поток I) с влажностью Wн распылялось в

рабочую зону сушильной камеры 1 при помощи акустической форсунки с

газоструйным излучателем Гартмана 2 (рисунки 2.2 – 2.4). Форсунка

обеспечивала распыление пюре при среднем характерном размере

распыленных частиц 20..30 мкм. Для подачи в каналы форсунки

распыливающего агента – воздуха, регулировки его давления и расхода

использовался поршневой компрессор Atmos Bobby 4/46 с однофазным

электродвигателем (рисунок 2.4) и системой фильтрации воздуха.

58

(а) (б)

Рисунок 2.4 – Акустическая форсунка с газоструйным излучателем Гартмана (а) и

поршневой компрессор (б).

Таблица 2.1 - Технические характеристики компрессора и параметры рабочего режима

распыления исследуемых продуктов.

Технические характеристики компрессора

Объем ресивера, л 46

Мощность двигателя, кВт 4

Напряжение, В 220

Всасываемое количество воздуха, л/мин 550

Максимальное давление воздуха, бар 8

Номинальные обороты, об./мин 2850

Габаритные размеры, мм 700x410x660

Масса, кг 46

Рабочий режим распыления

Давление воздуха, бар 3-6

Расход продуктов на распыление GWн, кг/ч 5

Расстояние от сопловых отверстий форсунки до

резонатора, мм 2 – 6

Таблица 2.2 – Характеристики факела распыла

Корневой угол, град 120 – 130

Дальнобойность, м 0,25 – 0,6

Средний характерный размер распыленных частиц, мкм 20 – 30

59

Параметры рабочего режима распыления (таблица 2.1) и характеристики

факела распыла (таблица 2.2) установлены в ходе комплекса предварительных

экспериментов, которые проводились с целью определения устойчивого

режима распыления.

Рабочая зона сушильной камеры (рисунок 2.2) образована жестко

зафиксированными в сушильной камере 1 вертикальными прямоугольными

перегородками 5 (разрез А-А), которые установлены круговым массивом

вокруг оси сушильной камеры 1 с образованием одинаковых щелевых зазоров

и угол α между перегородками равен α = 360/n = 45°, где n = 8 – количество

перегородок (разрезы В-В и Г-Г). Перегородки 5 жестко закреплены на

внутренней поверхности сушильной камеры 1 с помощью креплений 4, 6 и

стержневых крепежных элементов 11 для придания жесткости конструкции

(разрезы Б-Б, В-В и Д-Д).

Для подачи нагретого воздуха в зону сушки – поток II (рисунок 2.3)

использовался электрокалорифер СФО-20/10 УХЛЗ (максимальный расход

сушильного агента Qс.а. = 1200м3/ч) модернизированный за счет установки

дополнительных нагревательных элементов. Температура сушильного агента

определялась на входе в рабочую камеру при помощи хромель-копелевой

термопары 10 (ХК(L) ТП-011, номинальные статические характеристики

прибора по ГОСТ Р 8.585-2001, допускаемая основная погрешность – не более

0,5 К), которая подключалась к стандартному переносному мультиметру.

Для качественного распыла продукта и исключения контакта потока II

сушильного агента с корнем факела распыла предусмотрен конический

отбойник 3, который способствует равномерному распределению потока II по

сечению и высоте рабочей зоны (рисунки 2.2 и 2.3). Благодаря вводу

сушильного агента в рабочую зону через щелевые зазоры между

перегородками 5, распыленные частицы продукта, увлекаемые потоками

теплоносителя, начинают вращаться относительно оси сушильной камеры 1 и

совершают движения по нисходящей спиралевидной траектории. Таким

образом, достигается активный вихревой аэродинамический контакт продукта

60

и сушильного агента в сушильной камере, что позволяет увеличить время

пребывания распыленных частиц продукта в сушильной камере.

Спиралевидная траектория движения частиц определяет большее время

контакта продукта с сушильным агентом в сушильной камере по сравнению с

традиционным прямолинейным движением вниз. Равномерный подвод

сушильного агента через щелевые зазоры между перегородками 5 (поток II)

позволяет выровнять температуру сушильного агента в рабочей зоне

сушильной камеры 1, в результате чего достигается увеличение

интенсивности процесса сушки (рисунки 2.2 и 2.3). Сушильный агент (поток

II), проходя через пространство между перегородками, разделяется на

несколько перекрещивающихся потоков, которые отталкивают распыленные

частицы от поверхности перегородок 5 и, следовательно, от стенок сушильной

камеры 1. Перекрещивающиеся потоки сушильного агента компенсируют

центробежную силу, действующую на частицы в процессе их спиралевидного

движения. Таким образом, исключается налипание частиц продукта на

внутреннюю поверхность сушильной камеры 1, обеспечивается интенсивное

обтекание частиц сушильным агентом и увеличивается интенсивность

процесса сушки. Время пребывания витающих частиц продуктов в сушильной

камере устанавливалось в ходе предварительных экспериментов.

Распыленные частицы продукта при контакте с сушильным агентом и за

счет инфракрасного энергоподвода от излучателей 12 высыхают и отбираются

через узел выгрузки 8, отработавший сушильный агент и часть продукта

отводится через систему отсоса 7 (рисунки 2.2 и 2.3). Внизу сушильной

камеры через газоход 7 потоки направлялись в циклон для разделения на

поток отработавшего сушильного агента V и готовый сухой порошок продукта

IV. В ходе экспериментов производился отбор проб частиц высушиваемого

продукта из зоны сушки путем их улавливания на поверхность гидрофобного

материала по средством пробоотборников 9, установленных по высоте

сушильной камеры и в газоходе 7.

61

Для обеспечения радиационного инфракрасного энергоподвода в

рабочую зону сушки по высоте сушильной камеры 1 установлены секции,

состоящие из трубчатых галогенных КГТ-220-1000 излучателей 12,

снабженных отражателями из полированного алюминия 13 для обеспечения

диффузного потока облучения (рисунки 2.2 и 2.3). Излучатели 12 и

отражатели 13 жестко закреплены на внутренней поверхности камеры 1 с

помощью креплений 14. Режим работы излучателей регулировался

посредством тиристорного регулятора, связанного с приборами контроля

напряжения и силы тока на щите управления.

С учетом результатов экспериментально-аналитических исследований

плотности теплового потока при различном напряжении, расстоянии от

излучателей, количестве и сочетании трубчатых галогенных излучателей КГТ-

220-1000 представленных в работах [7, 11, 17, 161 и др.] для принятого в

экспериментальной установке расположения излучателей на расстоянии 0,1 м

от излучателей (среднее расстояние от излучателя до распыленных частиц

материала) получена аппроксимирующая функциональная зависимость

плотности теплового потока Ep, кВт/м2 от напряжения U, кВт:

Ep(U) =10-6

·(ae·U3 + be·U

2 + ce·U + de) (2.1)

где ae, be, ce, de– эмпирические коэффициенты (таблица 2.3), не имеющие

физического смысла, полученные при статистической обработке

экспериментальных данных. Размерность коэффициентов равна отношению

размерности функции к размерности аргумента. Таким образом, размерность

ae – [1/(кВт2·м

2)]; be – [1/(кВт·м

2)]; ce– [1/м

2]; de – [кВт/м

2]. Величина

достоверности аппроксимации составляла R2=0,99.

Таблица 2.3 – Значения эмпирических коэффициентов функциональной зависимости

плотности теплового потока Ep(U)

ae be ce de

2,9053 -1369,5237 224492,2472 -9557095,4427

62

Аналогичным образом, с учетом [7, 11, 17, 161 и др.] для принятого в

экспериментальной установке расположения излучателей КГТ-220-1000 на

расстоянии 0,1 м от излучателей получена аппроксимирующая

функциональная зависимость плотности теплового потока Ep, кВт/м2 от длины

волны излучения λ, мкм:

Ep(λ) =a`e·λ3 + b`e·λ

2 + c`e·λ + d`e (2.2)

где a`e, b`e, c`e, d`e– эмпирические коэффициенты (таблица 2.4), не имеющие

физического смысла, полученные при статистической обработке

экспериментальных данных. Размерность коэффициентов равна отношению

размерности функции к размерности аргумента. Таким образом, размерность

a`e – [(кВт/м2)/мкм

3]; b`e – [(кВт/м

2)/мкм

2]; c`e– [(кВт/м

2)/мкм]; d`e – [кВт/м

2].

Величина достоверности аппроксимации составляла R2=0,99.

Таблица 2.4 – Значения эмпирических коэффициентов функциональной зависимости

плотности теплового потока Ep(λ)

a`e b`e c`e d`e

-31,37196 133,96590 -194,24904 98,51193

Установленные зависимости (2.1) и (2.2) для плотности теплового

потока в экспериментальной установке справедливы в диапазонах изменения

U = 100..220 кВт и λ = 1,16..1,61 мкм соответственно, при этом плотность

теплового потока изменяется в пределах Ер = 2,1..4,48 кВт/м2.

В качестве основных факторов, влияющих на эффективность процесса

сушки при проведении экспериментальных исследований с учетом [7, 11, 17,

112, 114, 153, 161 и др.] были приняты: температура сушильного агента

Tс.а., К и плотность теплового потока Ер, кВт/м2. Границы варьирования

факторов (таблица 2.5) установлены с учетом технологических ограничений и

возможностей технической реализации экспериментального процесса сушки.

В ходе постановочных экспериментов установлено, что диапазон

варьирования плотности теплового потока Ер = 2,8..3,6 кВт/м2 при изменении

63

Tс.а. = 423..473 К обеспечивает получение качественных образцов сухого

порошка при значениях удельной производительности экспериментальной

установки по испаренной влаге сопоставимых с удельной

производительностью промышленных установок распылительной сушки.

Увеличение Ер > 3,6 кВт/м2 приводит к подгоранию распыленных

частиц и снижению качества готового сухого порошка, при этом рост

удельной производительности незначителен. Снижение Ер < 2,8 кВт/м2

нецелесообразно, так как приводит к резкому сокращению удельной

производительности.

Температура продукта перед сушкой составляла Тпрод = 298 К, что

соответствует температуре хранения концентратов из плодоовощного сырья

[105, 120, 189, 203, и др.].

Таблица 2.5 – Факторы и уровни варьирования

Факторы

Уровни Tс.а., К Ер, кВт/м

2

1 423 2,8

2 448 3,2

3 473 3,6

Варьирование уровня Ер, кВт/м2, изменение длины волны λ, мкм и

излучательной способности в ходе исследований достигалось изменением

напряжения U, В подаваемого на излучатели (таблица 2.6).

Таблица 2.6 – Варьирование плотности теплового потока

U, В λ, мкм Ер, кВт/м2

125 1,47 2,8

160 1,36 3,2

190 1,27 3,6

64

Экспериментальные исследования по изучению кинетики

распылительной сушки пюре из тыквы при конвективно-радиационном

энергоподводе проводились по полному многоуровневому многофакторному

плану (таблица 2.7). Использованы вероятностно-статистические методы

планирования и обработки экспериментальных данных.

Для анализа кинетики изменения влажности частиц (капель)

исследуемых экстрактов при их сушке применим традиционный

лабораторный метод, связанный с отбором проб из зоны сушки на

гидрофобное покрытие и дальнейшей регистрацией убыли веса

экспериментальных образцов при досушке [54, 55, 56, 57 и др.].

Таблица 2.7 – План экспериментальных исследований

№ эксперимента Tс.а., К Ер, кВт/м2

1 423 2,8

2 423 3,2

3 423 3,6

4 448 2,8

5 448 3,2

6 448 3,6

7 473 2,8

8 473 3,2

9 473 3,6

В установившемся непрерывном режиме сушки, при постоянных по

высоте сушильной камеры параметрах процесса (температура и влажность

сушильного агента и продукта), осуществлялся отбор проб витающих частиц

продукта по высоте рабочей зоны камеры 1 посредством пробоотборников 9

(рисунок 2.2). Пробы продукта отбирались с целью определения степени их

обезвоживания на разных стадиях процесса и построения экспериментальных

кривых сушки. Пробоотборник, представляет собой отрезок металлического

65

прута с пазом. В паз пробоотборника устанавливался предварительно

взвешенный гидрофобный материал – микрофибра, на который улавливались

частицы продукта. Использование гидрофобного материала позволяет

исключить контакт материала с влагой, переданной сушильному агенту и,

следовательно, осуществлять улавливание только влажных частиц продукта.

При разгрузке материал с пробой оперативно извлекался из

пробоотборника и взвешивался на аналитических весах. Далее проба

высушивалась при соответствующем значении Тс.а. (таблица 2.7),

устанавливаемого помощью электрического тепловентилятора при

постоянном расходе и равномерном обдуве частиц исследуемого продукта.

Скорость потока теплоносителя (максимально 1 м/с) устанавливалась в ходе

постановочных экспериментов и была ограничена условием недопустимости

уноса и деформации капель (частиц) продукта при досушке. Во времени

процесса осуществлялась регистрация убыли массы частиц обезвоживаемого

продукта при помощи аналитических весов Adventurer OHAUS AR3130. Для

исключения влияния потока теплоносителя на показания весов и уменьшения

погрешности экспериментов в момент фиксации массы навески

кратковременно (до 1с.) прекращали подачу сушильного агента в зону сушки.

Высушивание проб производилось до постоянного веса пробы,

соответствующего Wк. Рассчитывалась текущая влажность продукта в точках

отбора проб по высоте камеры и, соответственно, в течение времени процесса

(Приложение 1). Значения текущей влажности продукта W, кг/кг

рассчитывались по формуле:

i

Wкi

m

WкmmW (2.3),

где mн – текущая масса пробы продукта, кг; mWк – масса высушенной пробы

продукта, кг; Wк – конечная влажность продукта, кг/кг.

Погрешность определения влажности образцов (3 повторности)

определялась следующим образом:

66

- составлялась таблица измерений; определялось среднее значение

измеряемой величины:

n

ixn

x1

1 (2.4),

где n = 3 – число измерений в выборке, xi – численное значение измеренной

величины, i = 1, 2…n;

- определялись единичные отклонения xxx ii , проверялось

согласие с соотношением 01

n

ix ; вычислялись квадраты отклонений 2)( ix ;

определялись средние квадратичные отклонения:

)1()(1

2 nxSn

in (2.5);

- определялись и исключались промахи из таблицы измерений (при

ni Sx 2 );

- определялись средние квадратичные отклонения средней

величины:

)]1([)(1

2 nnxn

SS

n

in

x (2.6);

- определялся критерий Стьюдента tan = 4,3; вычислялись

погрешности результатов измерений:

xnStx αε (2.7);

- определялись относительные погрешности:

%100εx

xx (2.8).

Результаты исследований представлены в таблице Приложение 1, где:

W1, W2, и W3 –влажности, определенные при соответственно трех повторениях

опыта, кг/кг; W – средняя влажность определенная по формуле (2.4), кг/кг; Sn –

среднее квадратичное отклонение при определении W, определенное по

формуле (2.5), кг/кг; SW – среднее квадратичное отклонение среднего при

67

определении W, вычисленное по формуле (2.6), кг/кг; W – погрешность

результатов вычисленная по формуле (2.7), кг/кг; εW – относительная

погрешность по формуле (2.8).

Относительная ошибка при определении влажности продукта W не

превышала εW = 11,822%.

2.2 Исследование кинетики конвективно-радиационной

распылительной сушки пюре из тыквы

На основе результатов экспериментальных исследований (Приложение

1) построены кривые конвективно-радиационной распылительной сушки пюре

из тыквы (рисунок 2.5 – 2.7).

Рисунок 2.5 – Кинетика конвективно-радиационной распылительной сушки пюре из тыквы

при Тпрод = 298 К и Tс.а. = 423 К: 1 – при Ep = 2,8 кВт/м2; 2 – при Ep = 3,2 кВт/м

2;

3 – при Ep = 3,6 кВт/м2.

68

Рисунок 2.6 – Кинетика конвективно-радиационной распылительной сушки пюре из тыквы

при Тпрод = 298 К и Tс.а. = 448 К: 1 – при Ep = 2,8 кВт/м2; 2 – при Ep = 3,2 кВт/м

2;

3 – при Ep = 3,6 кВт/м2.

Рисунок 2.7 – Кинетика конвективно-радиационной распылительной сушки пюре из тыквы

при Тпрод = 298 К и Tс.а. = 473 К: 1 – при Ep = 2,8 кВт/м2; 2 – при Ep = 3,2 кВт/м

2;

3 – при Ep = 3,6 кВт/м2.

При получении функциональных зависимостей скорости процесса

сушки dW/dτ или dc/dτ, кг/(кг·с) от текущей влажности W или содержания

сухих веществ с, кг/кг (с = 1 – W), экспериментальные данные (Приложение 1)

69

графически представлены в виде зависимости τ(W) (пример на рисунке 2.8) и

математически описаны полиноминальной зависимостью вида:

kkkkk eWdWcWbWaW 234)( , (2.9)

где τ(W) – текущее время сушки, с; ak, bk, ck, dk, ek, – эмпирические

коэффициенты, с (таблица 2.8). Величина достоверности аппроксимации

составляла не менее R2=0,99. Размерность коэффициентов равна отношению

размерности функции к размерности аргумента.

Рисунок 2.8 – Зависимость времени от влажности при конвективно-радиационной

распылительной сушке пюре из тыквы (при Тпрод = 298 К, Tс.а. = 423 К, Ep = 2,8 кВт/м2):

1 – экспериментальные данные; 2 – аппроксимирующая функциональная зависимость.

При дифференцировании зависимости (2.9) по влажности W получим:

kkkk dWcWbWadW

d 234 23, (2.10).

С учетом (2.10) определена зависимость для скорости dW/dτ:

kkkk dWcWbWaddW

234

123 , (2.11).

При замене W = 1 – c, после математических преобразований выражение

(2.11) принимает вид:

kkkk dcccbcaddc

)1(2)1(3)1(4

123 , (2.12).

70

Таблица 2.8 – Значения эмпирических коэффициентов функциональных зависимостей

времени и скорости процесса сушки

Фактор

Коэффициент

Ep = 2,8 кВт/м2 Ep = 3,2 кВт/м

2 Ep = 3,6 кВт/м

2

Тпрод = 298 К; Tс.а. = 423 К

ak, с 38,0479 36,2683 20,6507

bk, с -102,158 -90,8836 -59,4458

ck, с 90,9428 76,227 54,7614

dk, с -36,7081 -29,7321 -23,3709

ek, с 9,0928 7,6313 6,6475

Тпрод = 298 К; Tс.а. = 448 К

ak, с 27,4043 17,1688 20,3657

bk, с -82,489 -55,4862 -59,108

ck, с 80,7508 56,5625 55,6754

dk, с -35,0836 -26,0534 -23,7289

ek, с 8,5377 7,0069 6,1467

Тпрод = 298 К; Tс.а. = 473 К

ak, с 22,8773 11,1713 15,6595

bk, с -73,2297 -43,8289 -51,1313

ck, с 75,3077 49,8644 52,4446

dk, с -34,134 -24,7594 -23,5748

ek, с 8,3042 6,7055 5,8994

Рисунок 2.9 – Кривые скорости конвективно-радиационной распылительной сушки пюре из

тыквы при Тпрод = 298 К и Tс.а. = 473 К: 1 – при Ep = 2,8 кВт/м2; 2 – при Ep = 3,2 кВт/м

2;

3 – при Ep = 3,6 кВт/м2.

71

На рисунках 2.9 – 2.11 для анализа представлены кривые скорости

сушки, построенные с использованием функциональной зависимости (2.11).

Рисунок 2.10 – Кривые скорости конвективно-радиационной распылительной сушки пюре

из тыквы при Тпрод = 298 К и Tс.а. = 448 К: 1 – при Ep = 2,8 кВт/м2; 2 – при Ep = 3,2 кВт/м

2;

3 – при Ep = 3,6 кВт/м2.

Рисунок 2.11 – Кривые скорости конвективно-радиационной распылительной сушки пюре

из тыквы при Тпрод = 298 К и Tс.а. = 473 К: 1 – при Ep = 2,8 кВт/м2; 2 – при Ep = 3,2 кВт/м

2;

3 – при Ep = 3,6 кВт/м2.

Обобщая данные исследований в диапазоне варьирования Ер для

оперативности инженерных расчетов и удобства математического

моделирования процесса, методом точного попадания в узловые точки

72

определены кинетические коэффициенты процесса сушки. Зависимость (2.11)

при обобщении принимает вид:

)](

)1()(2

)1()(3

)1()(4[

1

2

2

22

32

kkk

kkk

kkk

kkk

NEpMEpL

cKEpHEpG

cFEpEEpD

cCEpBEpA

ddc

, (2.13)

где Ak, Bk, Ck, Dk, Ek, Fk, Gk, Hk, Kk, Lk, Mk, Nk, – кинетические коэффициенты

(таблица 2.9). Величина достоверности аппроксимации составляла не менее

R2=0,99. Размерность коэффициентов равна отношению размерности функции

к размерности аргумента (или произведения аргументов) в зависимости от

типа уравнения. C учетом, что с, кг/кг, размерность Ak, Dk, Gk, Lk, –

[с/(кВт2/м

4)]; Bk, Ek, Hk, Mk – [с/(кВт/м

2)]; Ck, Fk, Kk, Nk– с.

Таблица 2.9 – Кинетические коэффициенты функциональных зависимостей скорости

процесса сушки пюре из тыквы

Фактор

Коэффициент

Tс.а. = 423 К Tс.а. = 448 К Tс.а. = 473 К

Ak -43,24375 41,9584375 50,606875

Bk 255,0135 -277,339375 -332,90625

Ck -336,9589 475,0004 558,2569

Dk 63,0115625 -95,701875 -114,6975

Ek -349,884125 641,71825 761,687

Fk 383,5072 -1 129,00 -1 306,72

Gk -21,093125 72,81625 87,5734375

Hk 89,76925 -497,36825 -589,048875

Kk 4,959 902,5025 1 038,07

Lk -1,92125 -20,9553125 -25,59375

Mk 28,9675 148,307375 176,999

Nk -102,7545 -286,0546 -329,0762

Используя зависимость (2.13) можно определять значения скорости

процесса для различных сочетаний влияющих факторов. На рисунках 2.12 –

2.14 в графическом виде представлены некоторые кривые скорости сушки.

73

Рисунок 2.12 – Кривые скорости конвективно-радиационной распылительной сушки пюре

из тыквы при Тпрод = 298 К и Tс.а. = 423 К: 1 – при Ep = 2,9 кВт/м2; 2 – при Ep = 3,1 кВт/м

2;

3 – при Ep = 3,3 кВт/м2; 4 – при Ep = 3,5 кВт/м

2.

Рисунок 2.13 - Кривые скорости конвективно-радиационной распылительной сушки пюре

из тыквы при Тпрод = 298 К и Tс.а. = 448 К: 1 – при Ep = 2,9 кВт/м2; 2 – при Ep = 3,1 кВт/м

2;

3 – при Ep = 3,3 кВт/м2; 4 – при Ep = 3,5 кВт/м

2.

74

Рисунок 2.14 - Кривые скорости конвективно-радиационной распылительной сушки пюре

из тыквы при Тпрод = 298 К и Tс.а. = 473 К: 1 – при Ep = 2,9 кВт/м2; 2 – при Ep = 3,1 кВт/м

2;

3 – при Ep = 3,3 кВт/м2; 4 – при Ep = 3,5 кВт/м

2.

На основе анализа характера экспериментальных кривых скорости

конвективно-радиационной сушки пюре из тыквы (рисунки 2.9 – 2.14) и

результатов исследований ряда авторов [9, 11, 14, 110, 111 и др.] можно

сделать вывод о том, что при интенсивной конвективно-радиационной

распылительной сушке зависимость скорости носит экстремальный характер.

Отмечается рост скорости dc/dτ до максимального значения с последующим

резким падением, что обусловлено влиянием явлений связывания влаги с

материалом и процессами формирования капиллярно-пористой структуры

частиц продукта при их обезвоживании.

75

2.3 Анализ механизма внутреннего массопереноса при конвективно-

радиационной распылительной сушке пюре из тыквы

Проведен анализ механизма внутреннего тепломассопереноса на основе

экспериментально-аналитического изучения кинетики обезвоживания частиц

тыквы (размеры аналогичны тонкому и оптически тонкому слою).

Определяющим при сушке «трудносохнущих» продуктов является

внутренний массоперенос (влагоперенос) и скорость обезвоживания

определяется скоростью переноса влаги внутри частицы. Анализируя кривые

скорости сушки, можно сделать выводы о механизме переноса влаги.

Анализ результатов экспериментальных исследований кинетики

конвективно-радиационной распылительной сушки показал, что на кривых

скорости наблюдаются два характерных периода обезвоживания, что не

противоречит основным положениям теории сушки [56, 101 и др.] и также

подтверждается рядом работ [7, 17, 56, 101, 112, 153 и др.].

Первый период соответствует росту скорости обезвоживания до

максимума (рисунок 2.9 – 2.14) в результате удаления преимущественно

свободной влаги с поверхности частиц при высоких значениях Tс.а. и

объемном радиационном энергоподводе. В результате интенсивного

испарения в первом периоде исключается перегрев продукта, происходит

уменьшение объема распыленной частицы и формируется внутренняя

структура частиц.

В первом периоде при конвективно-радиационном обезвоживании

тонкодиспергированного материала на характер протекания

тепломассообменных процессов могут оказывать влияние процессы

формирования капиллярно-пористого коллоидного тела, что объясняет

непостоянно скорости, и, как следствие температуры материала. В завершении

первого периода, влажность на поверхности частиц достигает

гигроскопического значения.

76

В определенный момент в области точки перегиба (рисунок 2.9 – 2.14)

происходит плавный переход структуры в капиллярно-пористое тело с

высокой пористостью ввиду высыхания перегородок и их растрескивания, в

результате чего образуется сеть микрокапилляров, движение пара через

которые осуществляется путем эффузии.

Так как в оптически тонком слое глубина проникновения ИК-излучения

превышает толщину частицы, то объемный ИК-энергоподвод приводит к

практически равномерному объемному испарению влаги во всем объеме

продукта. Подобный вывод сделан, к примеру, в работе [161], согласно

вышеизложенному в системе уравнений тепло- и массопереноса [101]

коэффициент фазового превращения ε можно принять равным 1.

В работах Лебедева П.Д. [96-98] отмечено, что при комбинированной

высокочастотной и радиационной сушке, несмотря на крайне незначительные

значения градиентов влагосодержания и температуры, интенсивность сушки, а

следовательно, и плотность потока влаги имели весьма большие значения, т.е.

движущей силой является градиент избыточного давления пара, что,

очевидно, определяется повышением температуры и давления внутренних

слоев при объемном энергоподводе. Лебедев П.Д. отмечает, что градиент

давлений является мощным фактором, интенсифицирующим перенос влаги.

Далее отмечается падение значений скорости сушки (рисунок 2.9 – 2.14)

при переходе к удалению влаги полимолекулярной адсорбции. Во втором

периоде размер частиц практически не изменяется, интенсифицируется

прогрев материала, наблюдается растрескивание и образование пор в объеме

материала [7, 11, 17, 54-57, 100-102 и др.]. Во втором периоде при

возрастающей разнице между расходом влаги, испаряющейся с поверхности

частицы, и расходом влаги, поступающей из внутренних слоев, происходит

углубление зоны испарения вглубь частицы [54-57, 100-102 и др.].

Перемещение влаги к поверхности через сеть микрокапилляров, в

основном, в виде пара, диффундирующего через утончающиеся в процессе

обезвоживания пленки жидкости или стенки капилляров, при увеличении

77

градиента давления пара в слое, что приводит к росту скорости диффузии

вышеперечисленными способами и по механизму, описанному А.В.Лыковым,

при движении пара через «закрытые» жидкостными менисками капилляры,

где на одном мениске происходит испарение жидкости, а на другом –

конденсация равного количества пара при очень малом перепаде температуры

вдоль капиллярной поры, т.е. испарение и конденсация происходили бы при

одинаковой температуре, а количество испарившейся и сконденсировавшейся

жидкости равно. Такой перенос пара внутри «закрытой поры»

термодинамически равнозначен переносу жидкости. На мениске или пленке

изменяется температура при изменении давления, что обуславливает большую

интенсивность испарения по сравнению с конденсацией (отвод энергии) с

одной стороны пленки и, наоборот, (подвод энергии) с другой.

78

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ И

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ

РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ ПЮРЕ ИЗ ТЫКВЫ

3.1 Анализ влияния основных факторов на производительность при

конвективно-радиационной распылительной сушке пюре из тыквы

Исследования по совершенствованию процесса конвективно-

радиационной распылительной сушки пюре из тыквы выполнены с

использованием экспериментальных данных по кинетике процесса (п. 2.1).

При различных вариантах значений влияющих факторов (таблицы 2.5 и

2.7) установлено экспериментальное время сушки τс продукта до принятой

конечной влажности Wк (таблица 3.1).

С учетом рекомендаций [7, 114, 153 и др.], при рационализации процесса

конвективно-радиационной распылительной сушки целевой функцией

выбрана удельная производительность, которая соответствует съему сухого

продукта с единицы объема камеры в единицу времени П, кг/(м3·ч):

VG

П Wк, (3.1)

где GWк – производительность по сухому продукту – порошку, кг/ч; V –

рабочий объем сушильной камеры, м3.

)1()1(

к

нWнWк W

WGG , (3.2)

При непрерывном процессе конвективно-радиационной распылительной

сушки длина пробега частиц продукта определяет задействованный объем

сушильной камеры установки, а, следовательно, рабочий объем камеры

является функцией продолжительности сушки τс. Для начального размера

капель продукта 20 – 30 мкм, расходе продукта на распыление и сушку GWн =

5 кг/ч при варьировании влияющих факторов, экспериментально установлена

79

зависимость рабочего объема камеры экспериментальной установки от

времени сушки τс:

сV 077752,0 , (3.3)

где τс – экспериментальное время сушки, с (таблица 3.1).

Принимая во внимание взаимосвязь П, кг/(м3·ч) с производительностью

установки по испаренной влаге, получена зависимость удельной

влагонапряженности объема рабочей камеры, соответствующая количеству

испаренной влаги с единицы объема камеры в единицу времени В, кг/(м3·ч):

)1(

)(

)1(

)(

WнV

WкWнG

Wн

WкWнПB Wк

, (3.4)

Таблица 3.1 – Результаты экспериментального определения удельных производительности

и влагонапряженности объема сушильной камеры

№ Тс.а.,

К

Ep,

кВт/м2

GWн,

кг/ч

GWк,

кг/ч

τс,

с

V,

м3

П,

кг/(м3·ч)

В,

кг/(м3·ч)

1 423 2,8 5 0,42105 7,5 0,5831 0,722 7,852

2 423 3,2 5 0,42105 6,25 0,4859 0,866 9,423

3 423 3,6 5 0,42105 5,5 0,4276 0,985 10,708

4 448 2,8 5 0,42105 7 0,5443 0,774 8,413

5 448 3,2 5 0,42105 5,75 0,4471 0,942 10,242

6 448 3,6 5 0,42105 5 0,3888 1,083 11,779

7 473 2,8 5 0,42105 6,75 0,5248 0,802 8,725

8 473 3,2 5 0,42105 5,5 0,4276 0,985 10,708

9 473 3,6 5 0,42105 4,75 0,3693 1,140 12,399

На основе результатов расчетов (таблица 3.1) получены

аппроксимирующие линейно-степенные зависимости:

)....()....(

)....().,.(

22

22

wwwwww

www

kaTchaTcgEpfaTceaTcd

EpcaTcbaTcaEpаTсП (3.5)

80

)....(

)....(

)....(

)1(

)().,.(

2

2

22

www

www

www

kaTchaTcg

EpfaTceaTcd

EpcaTcbaTca

Wн

WкWнEpаTсB

(3.6)

где aw, bw, cw, dw, ew, fw, gw, hw, kw, – эмпирические коэффициенты (таблица 3.2).

Достоверность аппроксимации R2

составляла не менее 0,95. Размерность

эмпирических коэффициентов равна отношению размерности функции к

размерности аргумента (или произведения аргументов).

Таблица 3.2 – Эмпирические коэффициенты зависимостей удельной производительности и

удельной влагонапряженности сушилки от влияющих факторов

aw·10-6

1,72623

bw·10-6

-1585,08902

cw·10-6

279567,54674

dw·10-6

-29,58338

ew·10-6

28633,35968

fw·10-6

-5965239,52361

gw·10-6

50,96174

hw·10-6

-49710,79467

kw·10-6

10885117,51660

Рисунок 3.1 - Поле значений удельной производительности при сушке пюре из тыквы

81

Рисунок 3.2 – Поле значений влагонапряженности рабочего объема сушильной камеры при

сушке пюре из тыквы

Поля значений удельной производительности (рисунок 3.1) и удельной

влагонапряженности (рисунок 3.2) объема сушильной камеры построены с

использованием функциональных зависимостей (3.5) и (3.6). Анализ характера

полей значений удельной влагонапряженности и удельной

производительности (рисунки 3.1 и 3.2) показал, что с ростом плотности

теплового потока и температуры сушильного агента существенно

интенсифицируются тепломассообменные процессы, что определяет рост

функций при сокращении времени сушки.

Рост значений удельной производительности и удельной

влагонапряженности при увеличении плотности теплового потока (рисунки

3.1 и 3.2) очевиден, так как интенсифицируется объемный прогрев материала,

что способствует росту скорости сушки. Границы варьирования плотности

теплового потока Ер = 2,8..3,6 кВт/м2 (таблица 2.5) установлены в ходе

постановочных экспериментов. Диапазон варьирования плотности теплового

потока Ер = 2,8..3,6 кВт/м2 при изменении Tс.а. = 423..473 К обеспечивает

получение качественных образцов сухого порошка при значениях удельной

производительности экспериментальной установки по испаренной влаге

82

(таблица 3.1) сопоставимых с удельной производительностью промышленных

установок распылительной сушки. Увеличение Ер > 3,6 кВт/м2 приводит к

подгоранию распыленных частиц и снижению качества готового сухого

порошка, при этом рост удельной производительности незначителен.

Снижение Ер < 2,8 кВт/м2 нецелесообразно, так как приводит к резкому

сокращению удельной производительности.

С ростом начальной температуры сушильного агента удельная

производительность и удельная влагонапряженность рабочего объема

сушильной установки также увеличиваются (рисунки 3.1 и 3.2). Превышение

Tс.а. >473 К нерационально и приводит к перегреву растительного пищевого

материала в ходе сушки выше 333К, что снижает качество сушеной

продукции.

3.2 Разработка рационального режима конвективно-радиационной

распылительной сушки пюре из тыквы

Задачей рационализации сушильного процесса является разработка

практических рекомендаций по промышленной организации экономически

целесообразных режимов обезвоживания при максимальной

производительности сушильной установки и минимальной потере качества

продукции.

Рациональный режим конвективно-радиационной распылительной

сушки пюре из тыквы для обеспечения максимумов функций удельной

производительности и удельной влагонапряженности рабочего объема

сушильной камеры установлен с использованием полученных уравнений (3.5)

и (3.6) с помощью опции «maximize» в среде специализированного

программного обеспечения Mathcad Professional (таблица 3.5).

Для обоснования и промышленного внедрения разработанного

рационального режима проведены исследования по определению значений

83

качественных показателей опытных и опытно-промышленных образцов сухих

порошков из тыквы (Приложение 4).

Таблица 3.5 – Максимумы удельной производительности и удельной влагонапряженности,

время сушки и рациональные значения варьируемых параметров

Параметр

Продукт

П, кг/(м3·ч) В, кг/(м

3·ч) τс, с Тс.а., К Ep, кВт/м

2

Пюре из тыквы 1,140 12,399 4,75 473 3,6

Режим, представленный в таблице 3.5 можно рекомендовать как

рациональный, позволяющий обеспечить регламентируемые показатели

качества сухого тыквенного порошка, для практического внедрения на

предприятиях различной мощности.

В ходе исследований доказано, что эффективное обезвоживание пюре из

тыквы с начальной влажностью Wн = 0,92 кг/кг и температурой продукта Тпрод

= 298 К при конвективно-радиационной распылительной сушке с удельной

производительностью по сухому порошку П = 0,722..1,140 кг/(м3·ч) и

удельной влагонапряженностью рабочего объема сушильной камеры В =

7,852..12,399 кг/(м3·ч) возможно в следующих диапазонах варьирования

режимных параметров:

- Плотность теплового потока Ер = 2,8..3,6 кВт/м2;

- Исходная температура сушильного агента Тс.а. = 423..473 К;

- Удельный расход сушильного агента на 1 кг испаренной влаги

Qс.а. ≥ 20кг/кг.

- Способ распыления (акустический, механический и др.) должен

обеспечивать начальный диаметр частиц 20..30 мкм.

Полученные функциональные зависимости удельной

производительности (3.5) и удельной влагонапряженности (3.6) рабочего

объема сушильной камеры рекомендуется применять для расчета режимных

84

параметров при проектировании, пуск/наладке и эксплуатации

распылительных установок для сушки плодоовощного сырья.

Кроме того, в ходе исследований влияния основных факторов на

производительность дополнительно проведены исследования конвективной

распылительной сушки и был произведен подбор начальной температуры

сушильного агента Тс.а. = 523 К и температуры подаваемого на распыление

пюре Тпрод = 328 К, при которых достигается производительность по сухому

порошку П = 1,140 кг/(м3·ч) и удельной влагонапряженностью рабочего

объема сушильной камеры В = 12,399 кг/(м3·ч), соответствующие

разработанному рациональному режиму (таблица 3.5). Таким образом,

установлено, что использование комбинированного конвективно-

радиационного энергоподвода при плотности теплового потока Ер =

2,8..3,6 кВт/м2 позволяет существенно снизить начальные температуры

продукта и сушильного агента, а, следовательно, обусловливает снижение

термовоздействия за счет конвективной составляющей на высушиваемый

биополимерный материал. Удельные затраты электроэнергии на организацию

конвективной распылительной сушки при Тс.а. = 523 К Тпрод = 328 К

сопоставимы с затратами на организацию конвективно-радиационной

распылительной сушки при достижении показателей П = 1,140 кг/(м3·ч) В =

12,399 кг/(м3·ч).

Анализ качественных показателей образцов (Приложение 4) показал, что

при варианте конвективной распылительной сушки при Тс.а. = 523 К Тпрод =

328 К снижаются показатели качества экспериментальных образцов, в

частности, отмечается рост содержания золы. Результаты исследований

свидетельствуют о повышенной температуре материала при сушке, при

вероятном приближении температуры поверхности частиц материала в конце

процесса к пороговому значению 333 К для продуктов растительного

происхождения. Повышение значений Тс.а. > 523 К и/или Тпрод > 328 К

приводит к частичному/полному подгоранию частиц тыквенного порошка.

85

Режим конвективной распылительной сушки при Тс.а. = 523 К Тпрод =

328 К также может быть рекомендован для промышленного внедрения, не

требует модернизации действующих установок, однако качество конечного

продукта будет уступать качеству образцов получаемых при комбинировании

конвективного и радиационного способов энергоподвода. Кроме того, не

исключается вероятность дополнительного снижения показателей качества в

ходе возможного перегрева высушиваемого материала при колебаниях

режимных параметров сушки и распыления при эксплуатации промышленных

установок. Рекомендуется снизить значения Тс.а. и/или Тпрод для снижения

температуры материала при сушке, что также потребует снижения

производительности установки для обеспечения требуемой конечной

влажности Wк ≤ 0,05кг/кг.

Максимальные значения производительности по качественному сухому

порошку П = 1,140 кг/(м3·ч) и удельной влагонапряженностью рабочего

объема сушильной камеры В = 12,399 кг/(м3·ч) могут быть достигнуты только

при комбинированной конвективно-радиационной распылительной сушке

пюре из тыквы при Тс.а. = 473 К и Ер = 3,6 кВт/м2.

Для реализации рекомендованного режима конвективно-радиационного

обезвоживания пюре из тыквы и производства тыквенного порошка высокого

качества в производственной практике возможны следующие варианты

внедрения:

- Модернизировать существующие типовые установки

распылительной сушки за счет установки инфракрасных излучателей и

отражателей в рабочей камере и внесения изменений в конструкцию

сушильной камеры. Требуется установка в сушильной камере

дополнительных конструктивных элементов для организации движения

контактирующих потоков относительно излучателей, при этом должна быть

исключена вероятность загрязнения излучателей высушиваемым продуктом.

- Разработка оригинальной конструкции установки конвективно-

радиационной распылительной сушки.

86

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ТЫКВЕННОГО КОНЦЕНТРАТА И

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЕГО

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ВОДОЙ

4.1 Механизм взаимодействия концентратов из тыквы с водой

Проведены исследования гигроскопических характеристик образцов

порошка, полученного распылительной сушкой пюре из тыквы

тензометрическим методом Ван-Бамелена [4, 35, 92 и др.]. Образцы порошка с

влажностью Wобразца = 0,05 кг/кг выдерживались в эксикаторах над водным

раствором серной кислоты, при этом для каждой концентрации растворов

соответствовало (при заданной температуре Т, К) значение относительной

влажности воздуха φ, % в эксикаторе. Исследуемые порошки распылительной

сушки, получены в ходе экспериментальных работ на опытно-промышленной

сушильной установке (Приложение 3 «Акт проведения экспериментальных

работ»).

Достигаемая в ходе экспериментов равновесная влажность Wp

определялась по формуле:

2

12 )1(

G

WGGWp

образца

(4.1),

где G1 –начальная масса исследуемого образца, кг; G2 – масса образца при

достижении гигротермического равновесия, кг; Wобразца = 0,05 – начальная

влажность образца, кг/кг.

Вычисление погрешностей при определении равновесной влажности

продукта выполнялось в вышеуказанной последовательности (формулы (2.4) –

(2.8)).

Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице

4.1, где: Wp1, Wp2, и Wp3 – равновесные влажности, определенные при

соответственно трех повторениях опыта, кг/кг; Wp – средняя равновесная

87

влажность определенная по формуле (2.4), кг/кг; Sn – среднее квадратичное

отклонение при определении Wp, определенное по формуле (2.5), кг/кг; SWp –

среднее квадратичное отклонение среднего при определении Wp, вычисленное

по формуле (2.6), кг/кг; Wp – погрешность результатов вычисленная по

формуле (2.7), кг/кг; εWp – относительная погрешность по формуле (2.8).

Относительная ошибка при определении равновесной влажности

продукта Wp не превышала εWp = 7,84%.

Таблица 4.1 – Результаты экспериментального определения равновесной влажности

порошка из тыквы и их статистической обработки

φ

Wp

1, кг/

кг

Wp

2, кг/

кг

Wp

3, кг/

кг

Wp

, кг/

кг

Sn, кг/

кг

SW

p, кг/

кг

Wp

, кг/

кг

ε Wp, %

Т = 293К

0,2 0,098 0,095 0,092 0,095 0,00300 0,00173 0,00745 7,840

0,4 0,172 0,174 0,164 0,17 0,00529 0,00306 0,01314 7,727

0,8 0,288 0,281 0,272 0,28 0,00802 0,00463 0,01991 7,112

1 0,396 0,403 0,404 0,401 0,00436 0,00252 0,01082 2,699

Т = 333К

0,2 0,091 0,096 0,092 0,093 0,00265 0,00153 0,00657 7,063

0,4 0,162 0,165 0,171 0,166 0,00458 0,00265 0,01138 6,853

0,8 0,273 0,268 0,272 0,271 0,00265 0,00153 0,00657 2,424

1 0,365 0,371 0,366 0,367 0,00321 0,00186 0,00798 2,175

На основе результатов экспериментов построены изотермы сорбции. На

рисунке 4.1 и 4.2 представлены изотермы сорбции водяного пара образцами

порошка, полученного распылительной сушкой пюре из тыквы.

Характер изотерм сорбции (рисунки 4.1 и 4.2) традиционный для

пищевых дисперсных материалов и подтверждает различный механизм

процесса влагопоглощения для различных характерных участков (S-образный

88

характер). Точки перегиба изотерм указывают на видоизменение механизма

поглощения влаги из окружающей среды (в среде эксикатора) [35, 73, 92 и

др.].

В классических работах по исследованию статики процесса сушки [35,

73, 92 и др.] установлено, что продукты растительного происхождения

относятся к группе капиллярно-пористых коллоидных тел.

Рисунок 4.1 – Изотерма сорбции водяного пара порошком из тыквы

при температуре T = 293 К

Рисунок 4.2 – Изотерма сорбции водяного пара порошком из тыквы

при температуре T = 333 К

89

Для жидкости в продуктах растительного происхождения свойственны

различные формы связи влаги с твердым скелетом, характерные как

капиллярно-пористым, так и коллоидным телам.

На изотермах можно выделить три участка: влага мономолекулярной

адсорбции; влага полимолекулярной адсорбции и влага, заключенная в объеме

микро- и макрокапилляров, пор и др.

Влажность при φ = 1 называется гигроскопической влажностью Wg,

кг/кг (максимально возможной при сорбции влаги) и является границей

гигроскопической области материала.

Длительность и сложность определения Wg эксикаторным методом

обусловлена следующими причинами [35, 73, 92 и др.]:

- во влажных материалах присутствует не абсолютно чистая вода, а

раствор солей, кислот и др., что снижает парциальное давление пара над

исследуемыми образцами, а, следовательно, снижается и движущая сила

процесса сорбции (продолжительность эксперимента достигает более 72

часов);

- при значениях относительной влажности воздуха φ ≥ 0,7 в ходе

длительных экспериментов увеличивается вероятность поражения

исследуемых образцов плесневыми грибами.

Полученные экспериментальные данные по Wg, кг/кг при φ = 1, были

скорректированы с учетом рекомендаций [35, 73, 92 и др.]. Влажность Wg,

кг/кг определялась по точке пересечения продолжения прямолинейного

участка изотермы в области φ ≥ 0,8 с прямой φ = 1. В таблице 4.2 приведены

значения гигроскопической влажности Wg1, кг/кг при T = 293 К и Wg

2, кг/кг

при T = 333 К для образцов порошка из тыквы.

Согласно методике предложенной Г.К. Филоненко [35] определено

содержание влаги мономолекулярного слоя продукта по точке Wк, кг/кг

отсекаемой на оси абсцисс прямой, являющейся продолжением

прямолинейного участка изотермы. Для изотермы значения при T = 293 К, Wк

= 0,065 кг/кг; при T = 333 К, Wк = 0,05 кг/кг. Принимаем допустимый диапазон

90

изменения Wк = 0,05..0,65 кг/кг, что соответствует требованиям,

предъявляемым к сухим плодоовощным продуктам.

После завершения сушки в процессах дальнейшей дозировки, фасовки,

упаковки возможно увлажнение сухого тыквенного порошка при контакте с

влажным воздухом производственных помещений и рабочих зон, принимаем

влажность порошка, достигаемую в сушильной камере Wк = 0,05 кг/кг

(таблица 4.2).

Таблица 4.2 – Гигроскопические характеристики порошков из тыквы

Wк, кг/кг Wg1, кг/кг Wg

2, кг/кг Wε

1, кг/кг Wε

2, кг/кг

0,05 0,401 0,367 0,28 0,271

В ходе экспериментов, а также с учетом результатов исследований ряда

авторов [4, 35 и др.] установлено, что в области φ ≈ 0,7..0,8 наблюдается

плавный перегиб изотерм при Wε, кг/кг (таблица 4.9), который характеризует

границу между влагой, заключенной в объеме микро- и макрокапилляров, пор,

иммобилизационной и осмотической влаги и влагой, удерживаемой в

продукте за счет сил адсорбции. В таблице 4.2 приведены значения Wε1, кг/кг

при T = 293 К и Wε2, кг/кг при T = 333 К.

Таким образом, установлены гигроскопические характеристики для

оценки общего количества влаги, удаляемой при сушке и классификации

связи влаги с сухими веществами тыквы.

На участках изотерм Wр ≤ Wк при сорбции паров воды формируются

слой мономолекулярной адсорбции, то есть гидратные комплексы

(кулоновский характер гидратации) образуются за счет адсорбции сольватных

молекул воды молекулами внешней и внутренней поверхности мицелл

продуктов (рисунки 4.6 и 4.7) при выделении теплоты гидратации [4, 35, 72,

73, 74 и др.].

91

В ходе гидратации последующих слоев предыдущими адсорбционными

слоями на участке Wк < Wр < Wε, молекулы воды также находятся в

ориентированном состоянии [4, 35, 72, 73, 74 и др.], что характеризует

полимолекулярную адсорбцию, при которой влагопоглощение также

сопровождается выделением тепла. Количество выделяющегося при сорбции

тепла уменьшается при увеличении влажности и снижении физико-

химической связи молекул воды со скелетом адсорбента [4, 35, 72, 73, 74 и

др.].

Участку Wε ≤ Wр ≤ Wg соответствует поглощение влаги без выделения

тепла (без изменения внутренней энергии в объеме тела) в ходе собственного

набухания. Поглощенная жидкость – осмотическая (структурная,

энтропийная). Для участка Wε ≤ Wр ≤ Wg также характерно наличие жидкости

в объеме микро- и макрокапилляров, пор за счет эффекта смачивания без

выделения тепла [4, 35, 72, 73, 74 и др.].

Результаты исследований показывают, что порошки, полученные

распылительной сушкой пюре из тыквы, обладают высокой

гигроскопичностью. Следовательно, целесообразно провести дополнительные

исследования по оценке кинетики влагопоглощения для разработки

рекомендаций по организации технологических стадий по переработке,

фасовке и упаковке с учетом относительной влажности воздуха рабочих зон.

Длительное хранение продукции необходимо осуществлять в герметичной

упаковке при поддерживании соответствующей влажности воздуха в

помещениях.

4.2 Термодинамический анализ внутреннего массопереноса при

взаимодействии концентратов из тыквы с водой

На основе экспериментальных данных таблицы 4.1 получены

аппроксимирующие функциональные зависимости относительной влажности

воздуха от Wp, кг/кг и T, К:

92

)()()()(),( 23 hTgWfTeWdTcWbTaTW рррp (4.7),

где a, b, c, d, e, f, g, h – эмпирические коэффициенты (табл. 4.10).

Достоверность аппроксимации – R2≥0,99.

В классических работах по теории сушки [40, 73, 92 и др.] обоснованы

перспективы термодинамического подхода для характеристики процессов

массопереноса в объектах обезвоживания и введено понятие потенциала

массопереноса (влагопереноса) Θ.

Таблица 4.3 - Значения эмпирических коэффициентов зависимостей относительной

влажности воздуха от равновесной влажности порошка тыквы и температуры

a -0,03719

b -14,07113

c 0,0176975

d 9,1989325

e 0,00028

f 0,65386

g -0,0000025

h 0,0046325

Химический потенциал µ является потенциалом переноса парообразной

влаги во влажном воздухе. Традиционно для области гигроскопического

состояния материалов принимается, что химический потенциал приближенно

равнен по абсолютной величине потенциалу влагопереноса [40, 73, 92 и др.]:

│Θ│=│µ│=R·T· lnφ (4.8),

где R = 8,314 – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К).

Для гигроскопической области химический потенциал µ представляется

функцией µ = f(Wp,T), а движущей силой сорбции влаги считается разность

химических потенциалов Δμ свободной μ0 и связанной воды μ [40, 73, 92 и

др.].

93

В работах [41, 79 и др.] обосновано, что в гигроскопической области для

материала разность химических потенциалов Δµ по абсолютной величине

равна энергии связи влаги Есв с материалом, то есть фактически потенциал

влагопереноса равен изменению свободной энергии Гельмгольца:

lnRTWp

FEсв (4.9).

Зная общую зависимость (4.7) получим:

))()()()ln(( 23 hTgWpfTeWpdTcWpbTaTRE (4.10).

Определим изменение свободной энергии F путем дифференцирования

известного уравнения Гиббса-Гельмгольца по Wp [9 и др.]: STEF ,

где Т·ΔS – изменение связанной энергии; ΔS – изменение энтропии; ΔЕ –

изменение внутренней энергии.

PTPTPTWp

ST

Wp

E

Wp

F,,, )()()

( (4.11).

При дифференцировании выражения (4.11) по T получаем:

PTPTWp

S

Wp

F

T,, )()

( .

С учетом выражения (4.9), определим зависимость для

дифференциального изменения энтропии связанной воды:

T

TR

Wp

SPT

)ln()( , (4.12).

Принимая во внимание зависимость φ(Wр, T) для порошка из тыквы

можно определить численные значения свободной энергии, связанной энергии

и внутренней энергии (теплового эффекта) процесса сорбции влаги.

Зависимость дифференциального изменения свободной энергии:

))()()()ln(()( 23

, hTgWpfTeWpdTcWpbTaRТWp

FPT (4.13).

Зависимость дифференциального изменения связанной энергии:

94

]))()()()((

)(

))()()()[ln(()(

23

23

23

,

hTgWpfTeWpdTcWpbTa

gWpeWpcWpaT

hTgWpfTeWpdTcWpbTaRТWp

SТ PT

(4.14).

Зависимость дифференциального изменения теплового эффекта

сорбции:

]]))()()()((

)(

))()()()[ln(([

))()()()ln((

)()()(

23

23

23

23

,,,

hTgWpfTeWpdTcWpbTa

gWpeWpcWpaT

hTgWpfTeWpdTcWpbTaRТ

hTgWpfTeWpdTcWpbTaRТ

Wp

SТ

Wp

F

Wp

EPTPTPT

(4.15).

На рисунках 4.3 и 4.4 для порошка из тыквы представлены графические

зависимости дифференциального изменения свободной энергии, связанной

энергии и теплового эффекта сорбции от равновесной влажности в процессе

сорбции паров воды при различных температурах.

Характер зависимостей (рисунки 4.3 и 4.4) своеобразен большинству

биополимерных систем [4, 12 и др.]. Отрицательное значение

дифференциального изменения свободной энергии в диапазоне изменения

влажности (рисунки 4.3 и 4.4), указывает на высокую степень

гигроскопичности порошка из тыквы.

95

Рисунок 4.3 – Зависимости дифференциального изменения свободной энергии (1),

связанной энергии (2) и теплового эффекта (3) сорбции от равновесной влажности в

процессе сорбции паров воды порошком тыквы

Рисунок 4.4– Зависимости дифференциального изменения свободной энергии (1),

связанной энергии (2) и теплового эффекта (3) сорбции от равновесной влажности в

процессе сорбции паров воды порошком тыквы

96

Характер дифференциального изменения связанной энергии (рисунки

4.3 и 4.4) и отрицательные значения дифференциального изменения

внутренней энергии при сорбции обусловлены стремлением

термодинамической системы к равновесию.

При моделировании процессов влагоудаления тепловая энергия

испарения r, входящая в дифференциальное уравнение теплопереноса [101],

представляется как суммой теплоты смачивания rсм, которая определяется

дифференциальным изменением свободной энергии изотермического

обезвоживания и теплоты парообразования свободной воды r`. Количество

тепловой энергии r, Дж/кг, требуемое для испарения 1кг воды из материала,

согласно [7, 17] равно:

Wp

ΔST)(,+TR)(,T,,=r++rr=r энтсм 555ln5556622861045813118' 3 (4.16).

С учетом ранее установленных выражений (4.13) и (4.14), получаем

зависимость вида r = f(Wp, T), Дж/кг:

])))()()()((

)(

))()()()[ln(((555

)))()()()ln(((555

66,2286104581,3118

23

23

23

23

3

hTgWpfTeWpdTcWpbTa

gWpeWpcWpaT

hTgWpfTeWpdTcWpbTaRТ)(,

hTgWpfTeWpdTcWpbTaTR)(,

T=r

(4.17).

Характер зависимостей удельной тепловой энергии испарения от

равновесной влажности для образцов порошка тыквы (рисунок 4.5) типичен

для большинства пищевых продуктов [7, 14, 153, 196] и обусловлен

различными энергетическими формами связи влаги с материалом.

Функциональная зависимость (4.17) получена для дальнейшей

подстановки в дифференциальное уравнение теплопереноса [54, 55,100-102 и

др.] при моделировании тепломассообменных процессов сушки пюре из

тыквы.

Для анализа движущих сил в процессе сорбции, моделирования

процесса с целью выбора рациональных режимов энергоподвода получим

97

функциональную зависимость термоградиентного коэффициента

массопереноса δр [101]:

TWpWpmp

Wp

TTc )()()( (4.18),

где constTm

Wpc )( – удельная изотермическая влагоемкость материала.

Учитывая (4.9), получим:

))ln(

()(T

RT

TWp (4.19),

TT

TWpRTWp

Wp

))ln((

1

)(

1)( , (4.20).

Следовательно:

]))ln((

1[]

)ln([)()(

T

TWppWpRTT

RTWp

T (4.21).

Подставляя в (4.21) зависимость (4.7), получим функциональную

зависимость термоградиентного коэффициента δр (рисунок 4.6).

Рисунок 4.5 – Зависимость удельной тепловой энергии испарения от равновесной

влажности в процессе сорбции паров воды порошком из тыквы

Характер изменения значений термоградиентного коэффициента от

равновесной влажности в процессе сорбции паров воды порошком тыквы

98

типичен для большинства пищевых дисперсных продуктов [7, 12, 153, 196, 199

и др.]. На первоначальных участках, соответствующих адсорбционной влаге

термоградиентный коэффициент отрицателен, что вызвано явлением

относительной термодиффузии в газовых смесях [7].

С учетом рекомендаций [11, 54, 56, 100-102 и др.] можно сделать вывод,

что для интенсификации/рационализации сушки пюре из тыквы

целесообразно повышение поверхности массообмена диспергированием

продукта (распыление, кипящий слой) и использование объемных вариантов

энергоподвода, в частности комбинированного конвективного и

инфракрасного энергоподвода.

Рисунок 4.6 – Зависимости термоградиентного коэффициента от равновесной влажности в

процессе сорбции паров воды порошком тыквы

Для практического применения на основе полученных результатов в

ходе анализа гигроскопических свойств и термодинамики взаимодействия

водяного пара и исследуемого материала, с использованием установленных

функциональных зависимостей разработаны программные продукты и

получены свидетельства на объекты интеллектуальной собственности:

99

- Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

№2014613311, Россия. Расчет гигроскопических и термодинамических

характеристик при взаимодействии продуктов растительного происхождения с

водяным паром [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, Л.М. Титова,

А.В. Синельщиков, Ю.С. Феклунова, Э.Р. Теличкина. Заявлено 13.02.2014,

зарег. 25.03.2014;

- Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

№2015619010, Россия. Определение внутренней структуры полидисперсного

материала и расчет его сорбционно-структурных характеристик [Текст] / И.Ю.

Алексанян, Ю.А. Максименко, Н.П. Васина, А.В. Синельщиков, Ю.С.

Феклунова, Н.А. Бочкова, Л.М. Титова. Заявлено 22.05.2015, зарег. 21.08.2015;

- Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

№2015619046, Россия. Программа расчета дисперсных характеристик

полидисперсных материалов как объектов сушки [Текст] / И.Ю. Алексанян,

Ю.А. Максименко, Н.П. Васина, А.В. Синельщиков, Ю.С. Феклунова, Н.А.

Бочкова, Л.М. Титова. Заявлено 22.05.2015, зарег. 21.08.2015.

4.3 Теплофизические и структурно–механические характеристики

концентратов из тыквы

При использовании экспериментальных значений теплофизических

характеристик (ТФХ) при проектировании технологических процессов и

установок, моделировании возможны значительные погрешности, т.к. условия

проведения опытов отличаются от реальных производственных режимов. В

частности, любой метод определения ТФХ в лабораторных условиях не

моделирует непрерывный процесс тепломассообмена, при котором

параллельно протекают биологические и физико-химические процессы,

обусловливающие изменение ТФХ.

100

Изучение, систематизация и обобщение ТФХ концентратов из тыквы

необходимо для дальнейшего научного анализа кинетики и динамики

тепломассообменных процессов, их моделирования и оптимизации.

Для оценки влияния ТФХ на характер и продолжительность

обезвоживания, были получены зависимости плотности ρ, удельной

теплоемкости с, коэффициента температуропроводности а и коэффициента

теплопроводности λ от температуры и влажности

В качестве экспериментальных образцов были использованы: порошки

распылительной сушки, полученные в ходе экспериментальных работ на

опытно-промышленной сушильной установке (Приложение 3 «Акт

проведения экспериментальных работ»), тыквенное пюре и приготовленные

из порошка тыквенные концентраты различной влажности (Приложение 2

«Акт проведения экспериментальных работ»). Кроме того, определялись

характеристики образцов нативной тыквы (без нарушения природного

клеточного строения) для оценки влияния процессов измельчения тыквы при

приготовлении тыквенного пюре, на показатели ТФХ.

Тыквенное пюре с размером частиц 1..3 мкм приготавливалось с

использованием стадий дробления, протирки и гомогенизации на

технологической установке приготовления эмульсий и суспензий модели

УПЭС 0,15/3,0 (в производственном помещении ООО «КАСПРОФИТ»).

При обезвоживании, для исключения потери качества высушиваемого

материала, температура материала не должна превышать 55 – 60ºС [7, 56, 57 и

др.]. Таким образом, для определения зависимостей ТФХ от температуры

принят верхний предел варьирования Т = 333 К. Нижний предел Т = 293 К,

соответствует температуре хранения концентратов из плодоовощного сырья.

Диапазон варьирования влажности W соответствует реальному изменению W в

процессе обезвоживания (таблица 4.4). Конечная влажность тыквенного

порошка 0,05 кг/кг, соответствует влаге мономолекулярной адсорбции,

которая принята на основании результатов исследований (п. 4.1) и

рекомендована для последующего длительного хранения. Начальная

101

влажность тыквенного пюре 0,92 кг/кг соответствует влажности нативной

тыквы.

Таблица 4.4 - Диапазоны изменения влажности и температуры экстракта

W, кг/кг Т, К

0,92÷0,05 293÷333

Из анализа данных литературных источников [57] и ряда

исследовательских работ [17, 196, 153 и др.] следует, что изменение

температуры продуктов в диапазоне 293К – 333К не приводит к

значительному изменению плотности материалов растительного

происхождения. С повышением температуры плотность незначительно в

пределах погрешности увеличивается. Исследования плотности растительных

материалов проведены при Т = 293К.

От степени измельчения плодов и овощей непосредственно зависит

степень пористости εП и, соответственно, физическая плотность продуктов

ρ, кг/м3. Под степенью пористости εП, % (или м

3/м

3) принято понимать

отношение объема пустот в продукте к общему объему продукта.

В качестве экспериментальных образцов использовались:

плодоовощные продукты без нарушения клеточного строения, пюре со

средним характерным размером частиц 100мкм (при приготовлении

использовались стадии дробления и протирки) и пюре с размером частиц 1–

3 мкм (при приготовлении использовались стадии дробления, протирки и

гомогенизации).

При измельчении увеличивается плотность продуктов ρ, кг/м3 ввиду

снижения степени пористости εП, м3/м

3, которые взаимозависимы [57]:

ρ = ρИ · (1 – ε П) (4.22),

где ρИ – истинная плотность, кг/м3

102

Истинную плотность ρИ, кг/м3 свежих плодоовощных продуктов с

достаточной для выполнения инженерных расчетов точностью можно

вычислить по формуле [57]:

ρИ ·=1000+ 600·(1 – Wн) (4.23)

В литературе [6, 8, 57 и др.] имеются некоторые данные о плотности

плодоовощных продуктов, в том числе тыквы, однако сведения источников

разноречивы. Ввиду простоты организации экспериментальных исследований,

проведены опыты по определению при различной степени измельчения.

Определение плотности плодоовощных продуктов осуществлялось

пикнометрическим методом.

Объем измельченного продукта оценивался мерным стаканом

(допускаемая основная погрешность – не более 0,1%). Измерение массы

образцов осуществлялось на аналитических весах Adventurer OHAUS AR3130

соответствующие 2-му классу точности по ГОСТ 24104-88 (допускаемая

основная погрешность прибора не более 0,1%). Каждый опыт для повышения

точности измерений проводился при 3-х повторностях.

Таблица 4.5 – Результаты экспериментального определения плотности тыквы (сорт

«Волжская серая 92») и их статистической обработки

Продукт

Показатель

Частицы без

нарушения

клеточного

строения

Пюре с

размером частиц

100мкм

Пюре с размером

частиц 1–3мкм

ρ1, кг/м3 790,105 914,424 1001,036

ρ2, кг/м3 799,796 922,633 1003,345

ρ3, кг/м3 815,265 954,816 1020,148

ρ, кг/м3 801,722 930,624 1008,176

Sn, кг/м3 12,690 21,349 10,432

Sρ, кг/м3 7,327 12,326 6,023

ρ, кг/м3 31,505 53,001 25,898

ερ, % 3,930 5,695 2,569

103

Вычисление погрешностей выполнялось с использованием

зависимостей (4.1) – (4.5).

Результаты представлены в таблице 4.5, где: ρ1, ρ2, и ρ3 – плотности,

определенные при соответственно трех повторениях опыта), кг/м3; ρ – средняя

плотность, определенная по формуле (2.4), кг/м3; Sn – среднее квадратичное

отклонение, определенное по формуле (2.5), кг/м3; SWp – среднее квадратичное

отклонение среднего, вычисленное по формуле (2.6), кг/м3; ρ – погрешность

результатов, вычисленная по формуле (2.7), кг/м3; ερ – относительная

погрешность по формуле (2.8).

Результаты исследований показывают, что при увеличении степени

измельчения капиллярно-пористой клеточной структуры растительной ткани

приводит к увеличению плотности растительного материала ввиду

уменьшения степени пористости.

Формула для расчета плотности абсолютно сухого материала ρ`, кг/м3

получена при известных значениях плотности материала для определенной

его влажности Wн и плотности воды (таблица 4.6) по правилу аддитивности:

))(

(

)1())((

)()1(`

WнWн

WнWнWн

WнW

в

в

в

вн (4.24),

где ρ(Wн) – плотность при известной влажности, кг/м3; ρв = 998,2 кг/м

3 –

плотность воды при Т = 293К [4].

В таблице 4.6 представлены результаты расчета плотности абсолютно

сухого материала ρ`, кг/м3 при различной степени измельчения тыквы.

Таблица 4.6 – Результаты расчета плотности абсолютно сухого материала ρ`, кг/м3

Нативное состояние Пюре с размером

частиц 100мкм

Пюре с размером

частиц 1–3мкм

245,658 523,256 1139,093

104

Далее при известных значениях плотности ρ`, кг/м3 повторно используя

правило аддитивности получена зависимость в общем виде для расчета

плотности тыквы в диапазоне изменения W (таблица 4.1).

]`

)1([

1)(WW

W

в

(4.25).

Подставив в (4.25) значения плотности ρ`, кг/м3 (таблица 4.6) и после

преобразований получим частные зависимости плотности от текущей

влажности W для тыквы при различной степени измельчения:

)(1)(

BWAW (4.26),

где Аρ, Вρ – эмпирические коэффициенты, м3/кг (таблица 4.7).

На рисунках 4.7 в графическом виде представлены зависимости

плотности тыквы от влажности в процессе сушки для различной степени

измельчения, полученные с использованием формулы (4.26).

Таблица 4.7 – Значения эмпирических коэффициентов зависимости плотности

Степень измельчения Аρ·104, м

3/кг Вρ·10

4, м

3/кг

Нативное состояние -30,688967 40,706999

Пюре с размером частиц 100мкм -9,093072 19,111104

Пюре с размером частиц 1–3мкм 1,239118 8,778914

Стоит отметить разнонаправленный характер зависимостей плотности

от влажности (рисунок 4.7) для различной консистенции и структуры

растительного материала. Для тонкоизмельченного пюре с размером частиц 1

– 3мкм характерно снижение значений плотности при увеличении влажности

растительного материала. Для продукта с целой капиллярно-пористой

клеточной структурой, напротив, отмечается рост показателя плотности

вместе с увеличением доли влаги в объеме материала.

105

Рисунок 4.7 – Зависимость плотности тыквы (сорт «Волжская серая 92») от влажности в

процессе сушки: нативное состояние (1), пюре с размером частиц 100мкм (2), пюре с

размером частиц 1–3мкм (3)

Рост значений плотности концентратов из тыквы при их измельчении

(рисунок 4.7), который объясняется существенным уменьшением занимаемого

объема при разрушении пространственной капиллярно-пористой клеточной

структуры растительной ткани.

Расчетные данные по плотности концентратов из тыквы, получаемые с

использованием зависимости (4.26) при определенных фиксированных

значениях влажности, с допустимыми отклонениями соответствуют данным

литературных источников [17, 56, 57, 161 и др.]. Зависимость (4.26)

рекомендуется использовать для расчета плотности (для различной степени

измельчения) во всем диапазоне изменения влажности продукта при сушке

для моделирования тепломассообменных процессов с целью их оптимизации,

а также в инженерной практике при проектировании производственных

процессов и аппаратов в технологиях переработки плодоовощного сырья.

Исследованию теплоемкости плодоовощных концентратов и других

растительных материалов посвящен ряд работ [6, 8, 57, 199, 200 и др.]. Для

оценки удельной теплоемкости исследуемых материалов растительного

106

происхождения использован оригинальный метод определения теплоемкости

пастообразных пищевых материалов [127 и др.]. При увеличении влажности

характерно увеличение удельной теплоемкости с постепенным приближением

значений, в области высокой влажности, к теплоемкости воды. Из результатов

исследований, представленных в [7, 19, 57 и др.] и результатов собственных

экспериментальных исследований следует, что изменение температуры

продуктов в диапазоне 293К – 333К не приводит к значительному изменению

удельной теплоемкости пюре из тыквы. Результаты экспериментальных

исследований по определению удельной теплоемкости пюре из тыквы сWн,

Дж/(кг·К) при Wн и Т = 313 К представлены в таблице 4.8.

Таблица 4.8 – Удельная теплоемкость исследуемых материалов

Продукт Wн,

кг/кг

сWн,

Дж/(кг·К)

Тыква. Пюре с размером частиц 1–3мкм 0,92 3893

Принимая во внимание закон аддитивности для теплоемкости, получена

зависимость удельной теплоемкости c`(W), Дж/(кг·К):

WcWWн

WнccWc в

вWн )1()1

()`( (4.27),

где св = 4182 Дж/(кг·К) – теплоемкость воды при Т = 293К [165].

Подставив в (4.27) значения теплоемкости сWн получим:

cc BWAWc )`( (4.28),

где Ас, Вс – эмпирические коэффициенты, Дж/(кг·К) (таблица 4.9).

Коэффициент Вс соответствует теплоемкости абсолютно сухого материала.

107

Таблица 4.9 – Значения эмпирических коэффициентов зависимостей удельной

теплоемкости от текущей влажности

Продукт Ас,

Дж/(кг·К)

Вс,

Дж/(кг·К)

Тыква. Пюре с размером частиц 1–3мкм 3612,500 569,500

Для экспериментального определения теплопроводности пюре из тыквы

применен метод линейного источника тепла [89], согласно патента на

полезную модель 120236РФ, МПК G01R1/067. Зонд для определения

коэффициента теплопроводности [Текст] / Краснов В.А., Лысова В.Н.,

Максименко Ю.А., Подледнева, Н.А., Пленкин А.В; Патентообладатель:

ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» -

2012115153/28; Заявлено 16.04.2012. Опубл. 10.09.2012, Бюл. № 25,

основанный на решении дифференциального уравнения теплопроводности:

2

2

1t t ta

r r r (4.29),

где – время процесса, с; t – температура зонда, ºС; r – радиус зонда, м; –

коэффициент теплопроводности исследуемого образца, Вт/(м К); а –

коэффициент температуропроводности исследуемого образца, м2/с.

Краевые условия [89]:

= 0 r 0 t = 0

> 0 r = t = 0

> 0 r → 0 2t

r q constr

,

где q – мощность, выделяемая единицей длины зонда, Вт/м.

Решение дифференциального уравнения теплопроводности имеет вид

[89]:

2 4

2 2 2

40,5772 ln ...

4 4 1 1! 16 2 2!

q a r rt

r a a (4.30),

108

где 0,5772 – константа Эйлера.

С учетом малых значений текущего времени процесса и радиуса зонда,

установлена упрощенная формула для коэффициента теплопроводности [89]:

2

40.5772 ln

4

q a

t r (4.31)

С учетом, что коэффициент температуропроводности опытного образца

а также неизвестен, то определялось среднее ср значение теплопроводности

при изменении температуры зонда от t1 до t2, для соответствующих моментов

времени τ1 и τ2 по формуле [89]:

2

2 1 1

ln4

ср

q

t t (4.32)

Отличием истинного от среднего значения теплопроводности ср

пренебрегаем, поскольку изменение температур зонда не превышает

нескольких градусов, а значения температурного коэффициента

теплопроводности малы.

Вычисление погрешностей при определении теплопроводности

выполнялось в традиционной последовательности, описной выше (формулы

(4.2) – (4.6)).

Результаты экспериментального определения теплопроводности

представлены в таблице 4.10, где λ1, λ2, и λ3 – теплопроводности, определенные

при соответственно трех повторениях опыта, Вт/(м К); λ – средняя

теплопроводность, определенная по формуле (2.4), Вт/(м К); Sn – среднее

квадратичное отклонение, определенное по формуле (2.5), Вт/(м К); Sλ –

среднее квадратичное отклонение среднего, вычисленное по формуле (2.6),

Вт/(м К); λ – погрешность результатов, вычисленная по формуле (2.7),

Вт/(м К); ελ – относительная погрешность по формуле (2.8).

109

Таблица 4.10 – Результаты экспериментального определения теплопроводности

концентратов из тыквы и их статистической обработки

W, кг/

кг

λ 1,

Вт/

(мК

)

λ 2,

Вт/

(мК

)

λ 3,

Вт/

(мК

)

λ,

Вт/

(мК

)

Sn,

Вт/

(мК

)

Sλ,

Вт/

(мК

)

λ,

Вт/

(мК

)

ε λ, %

Т = 293К

0,05 0,113 0,118 0,119 0,117 0,003215 0,001856 0,007980 6,821

0,20 0,162 0,164 0,157 0,161 0,003606 0,002082 0,008951 5,560

0,40 0,243 0,251 0,249 0,248 0,004163 0,002404 0,010336 4,168

0,60 0,352 0,358 0,353 0,354 0,003215 0,001856 0,007980 2,254

0,92 0,554 0,563 0,555 0,557 0,004933 0,002848 0,012246 2,199

Т = 313К

0,05 0,125 0,131 0,129 0,128 0,003055 0,001764 0,007584 5,925

0,20 0,182 0,188 0,181 0,184 0,003786 0,002186 0,009399 5,108

0,40 0,288 0,289 0,282 0,286 0,003786 0,002186 0,009399 3,286

0,60 0,386 0,395 0,387 0,389 0,004933 0,002848 0,012246 3,148

0,92 0,583 0,582 0,588 0,584 0,003215 0,001856 0,007980 1,367

Т = 333К

0,05 0,145 0,131 0,146 0,141 0,008386 0,004842 0,020820 14,766

0,20 0,198 0,193 0,199 0,197 0,003215 0,001856 0,007980 4,051

0,40 0,294 0,299 0,301 0,298 0,003606 0,002082 0,008951 3,004

0,60 0,410 0,415 0,409 0,411 0,003215 0,001856 0,007980 1,942

0,92 0,616 0,611 0,615 0,614 0,002646 0,001528 0,006568 1,070

Для математического описания экспериментальные данные (таблица

4.10) аппроксимированы методом точного попадания в узловые точки и

получены функциональные зависимости λ = f(W, T), при этом величина

достоверности аппроксимации составляла R2=0,99.

Функциональная зависимость теплопроводности:

)()()(),( 2222

zzzzzzzzz lТkТgWfТeТdWcТbТaTW , (4.33)

110

где az, bz, cz, dz, ez, fz, gz, kz, lz – эмпирические коэффициенты, не имеющие

физического смысла (таблица 4.11), полученные при статистической

обработке экспериментальных данных.

Размерность коэффициентов равна отношению размерности функции к

размерности аргумента (или произведения аргументов) в зависимости от типа

уравнения. Таким образом, размерность az, dz, gz – Вт/(м К3); bz, ez, kz –

Вт/(м К2); cz, fz, lz – Вт/(м К).

Функциональная зависимость (4.33) позволяет определять с любой

точностью численные значения теплопроводности в диапазонах фактического

изменения температуры и влажности продукта в процессе его обезвоживания.

Таблица 4.11 – Эмпирические коэффициенты функциональных зависимостей

теплопроводности

az 0,000154336

bz -0,098338417

cz 15,809660601

dz -0,000145749

ez 0,093873142

fz -14,721932314

gz 0,000008766

kz -0,005025248

lz 0,820469721

Из анализа рисунка 4.8, построенного по экспериментальным данным,

следует, что зависимость теплопроводности от влажности и температуры

концентратов из тыквы носит нелинейный характер, что характерно для

большинства биополимерных продуктов растительного происхождения.

111

Рисунок 4.8 – Поле значений теплопроводности для T = 293 – 333 К, W = 0,05 – 0,92 кг/кг

С учетом зависимостей ρ(W), с`(W) и λ(W, T), зависимость коэффициента

температуропроводности а от влияющих факторов T и W имеет вид:

)()`(

),(),(

WWc

TWTWa (4.34)

Полученные зависимости для плотности (4.26), удельной теплоемкости

(4.28), теплопроводности (4.33) и температуропроводности (4.34) могут быть

использованы для моделирования тепломассообменных процессов с целью их

оптимизации, а также в инженерной практике при проектировании

производственных процессов и аппаратов в технологиях переработки

плодоовощного сырья. Расчетные данные по теплофизическим

характеристикам концентратов из тыквы, получаемые с использованием

зависимостей при определенных фиксированных значениях влажности, с

допустимыми отклонениями соответствуют данным литературных источников

[17, 57, 161 и др.].

112

4.4 Терморадиационные и оптические характеристики концентратов из

тыквы

Базой для проектирования сушильных установок с инфракрасным

энергоподводом и обоснованного выбора ИК-генератора являются данные по

оптическим и терморадиационным характеристикам (ТРХ) объекта сушки.

Для дальнейшего анализа и разработки рационального режима

конвективно-радиационной распылительной сушки пюре из тыквы приняты

результаты исследований [161], полученные в спектрофотометрической

лаборатории МГУПП. Исследованы спектральные отражательные Rλ,

пропускательные Tλ способности измельченной тыквы с различными:

структурой, содержанием влаги и условиями облучения [161].

Направленно-полусферические Rλ, Tλ в области спектра длин волн

0,4..1,4 мкм получены методом интегрирующей сферы [161]. Направленно-

полусферические Rλ, Tλ в области спектра длин волн 1,4..5 мкм приняты из

литературных источников [1, 53, 76].

Двуполусферические ТРХ и оптические свойства тыквы определялись

экспериментально-аналитическим методом, предложенным в работе Ильясова

С.Г. и Красникова В.В. [76], позволяющим рассчитывать полусферические

ТРХ и оптические характеристики (ОХ) по известным направленно-

полусферическим ТРХ для 2-х различных оптически тонких слоев с

толщинами (l1 и l2). Для исследований использовались специальные кюветы с

варьируемой фиксированной толщиной наносимого слоя l.

Терминология и обозначения различных величин, а также суть

экспериментально-аналитического метода взяты из [76], а результаты

Согласно классификации пищевых продуктов по оптическим свойствам

[76], измельченная тыква ближе всего подходит к группе материалов,

оптические свойства которых зависят от влагосодержания и формы связи

влаги с материалом, плотности и микроструктуры среды. Рекомендуемыми

для материалов этой группы при оптически тонких слоях являются излучатели

113

с кварцевыми трубками типа КГТ, КГ или КИ-220-1000, имеющих высокую

энергетическую освещенность объектов облучения, большой срок службы при

стабильности лучистого потока, очень малую термическую инерцию, простоту

устройства цоколей и выгодную линейную форму, отсутствие необходимости

специального охлаждения цоколей, высокий КПД и механическую прочность,

стойкость по отношению к воздействию воды, агрессивных сред и т.д. [53].

Для полной оценки эффективности ИК-генератора рассчитывалось

распределение по толщине слоя х объемной плотности поглощенной энергии

излучения w(x), (кВт/м3). С этой целью вычислялись оптические интегральные

характеристики.

l

l

T

RR

lL

1ln

1, (4.35)

где l – толщина слоя; L – коэффициент эффективного ослабления, 1/м; R∞ –

спектральная отражательная способность оптически полубесконечного слоя.

L – характеризует ослабление потока по мере его распространения в

оптически бесконечно толстом слое и численно равный обратной величине

глубины слоя, при прохождении которой результирующий поток излучения

уменьшается в «е» раз.

Так как высокоинтенсивная сушка происходит практически без

изменения объема (толщины слоя) структуры, а также ввиду объемного

энергоподвода и испарения в оптически тонком слое продукта, принимаем его

изотропным по структуре в любой фиксированный момент времени.

Учитывая плотность максимально допустимого интегрального

падающего потока излучения (для тыквы Eп ≤ 3,6 кВт/м2), можно определить

величину объемной плотности поглощенной энергии w(x), (кВт/м3) для

интегрального потока в случае облучения полубесконечного слоя [76].

)exp()1()( xLREkxw п , (4.36)

Однако, эти данные по w(x) не представляют практической ценности,

так как они соответствуют оптически толстому слою. В действительности

114

происходит сушка слоя конечной оптической толщины, где часть теплового

потока пропускается структурой, многократно отражается от поверхности

раздела фаз и вновь проникает в продукт.

Как известно, нахождение нестационарных полей влагосодержания и

температуры связано с решением системы дифференциальных уравнений

влаго- и теплопереноса [80] в капиллярно-пористых коллоидных телах, где в

уравнение переноса тепла входит функция внутренних источников тепла

w(x,τ). Точное решение для функции внутренних источников тепла

(распределения объемной плотности поглощенной энергии) при

двухстороннем облучении слоя или всестороннем облучении шарообразной

частицы имеет вид [17, 161 и др.].

))])(,(exp()(

),(

)))(,([exp(),(1

)(1),(

)]),(exp()(

),(

)),([exp(),(1

)(1),(),(

2

22

2

21

xlxlWLWR

xlW

xlxlWLxlW

WREWxlL

xxWLWR

xW

xxWLxW

WREWxLWxw

n

n

, (4.37)

где l - толщина слоя (или dв – диаметр частицы), м; Еп – плотность падающего

потока, Вт/м2; Еп1 – плотность падающего с одной стороны потока, Вт/м

2; Еп2 –

плотность падающего потока с другой стороны, Вт/м2.

llxWLWRRWRWR

RWRWR

n

n

э )),(exp()(;))(1()(

)()(

Таким образом, подставляя в (4.36) функциональные зависимости для

входящих в уравнение параметров, получим математическую модель

распределения объемной плотности поглощенной энергии в слое.

Используя полученные выражения и экспериментально определенное

значение оптимальной плотности интегрального падающего на поверхность

продукта потока Еп, получена математическая модель распределения

объемной плотности поглощенной энергии для различных условий облучения.

115

Отражательную интегральную способность оптически

полубесконечного слоя в зависимости от влажности тыквы и длины волны (в

диапазоне max =1,1..1,6 мкм), соответствующей максимуму излучающей

способности ИК-генераторов типа КГ-220-1000 при различном накале

(напряжении на лампах: к примеру, для U=140 B - max =1,45 мкм; U=170 B -

max =1,34 мкм; U = 190 В - max= 1,45 мкм; U=220 B - max =1,16 мкм) можно

определить по полученному экспериментально - аналитически уравнению

[161]:

13913,003042,0 WR .

Интегральную L в зависимости от влажности тыквы, длины волны

1,27 мкм, соответствующей максимуму излучающей способности ИК –

генераторов типа КГ-220-1000 при напряжении 190 В можно определить по

полученному уравнению [161]:

L(x,c) = (-80,0525 c+64,67225) (x 103)

4+(561,98 c-446,865) (x 10

3)

3+

+(-1418,28125 c+1157,82813) (x 103)

2+(1506,14586 c-1359,61458) (x 10

3)+

+(393,75 c+1991,625)

4.5 Исследование кинетики влагопоглощения тыквенным порошком

Анализ результатов многочисленных исследований [7, 18, 54, 108, 126 и

др.] и результаты собственных исследований (п. 4.1) показывают, что сухие

дисперсные плодоовощные продукты обладают высокой степенью

гигроскопичности. Таким образом, очевидна целесообразность исследований

для определения рациональных промежутков времени выполнения

технологических операций по переработке, транспортировке, фасовке,

упаковке и др. Оперативность выполнения технологических операций также

зависит от климатических условий: относительной влажности и температуры

воздуха рабочих зон.

116

В качестве объектов исследований были приняты образцы порошка с

влажностью Wобразца = 0,05 кг/кг, полученные распылительной сушкой пюре из

тыквы в ходе экспериментальных работ на сушильной установке (Приложение

3 «Акт проведения экспериментальных работ»). Тыквенное пюре (размер

частиц 1..3 мкм) для последующей сушки приготавливалось с использованием

стадий дробления, протирки и гомогенизации на технологической установке

приготовления эмульсий и суспензий модели УПЭС 0,15/3,0 в

производственном помещении ООО «КАСПРОФИТ» (Приложение 2 «Акт

проведения экспериментальных работ»).

В качестве целевой функции логично использовать влажность

исследуемого продукта W`p, кг/кг. В ходе экспериментов определялась

зависимость W`p(τ) при текущих значениях времени τ, мин. Изменение

влажности порошка в процессе дальнейшей дозировки, фасовки и упаковки

возможно от конечной влажности продукта, достигаемой в процессе сушки

Wк, кг/кг до наибольшего значения влажности W`к, кг/кг в рекомендованном

диапазоне влажности продукта для длительного хранения.

На основе анализа результатов исследований гигроскопических

характеристик порошка из тыквы (п. 4.1) принимаем W`к = 0,065 кг/кг

(таблица 4.14).

Таблица 4.14 – Граничные значения изменения влажности при исследовании кинетики

влагопоглощения

Продукт Wк, кг/кг W`к, кг/кг

Тыквенный порошок 0,05 0,065

К варьируемым факторам, влияющим на скорость протекания процессов

влагопоглощения, следует отнести: исходную температуру продукта Тпрод, К;

температуру Тв, К и относительную влажность φв воздуха в производственном

помещении.

117

В соответствии с требованиями нормативных документов (ГОСТ

12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей

зоны и СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату

производственных помещений) в зависимости от периода года и категории

работ температура изменяется Тв = 12..30°С и влажность воздуха должна

составлять φв = 40..75%.

Очевидно, что для проведения экспериментальных исследований

кинетики влагопоглощения сухим тыквенным порошком и определения

зависимости W`p(τ) для расчета рациональных временных периодов по

дальнейшей переработке, транспортировке, фасовке, упаковке и др.

целесообразно использовать наиболее благоприятные для сорбционных

процессов условия: температура Тв = 12°С = 275К и влажность воздуха φв =

75% = 0,75. При температуре Тв > 275 К и влажности воздуха φв < 0,75

сорбционные явления будут протекать медленнее, что не требует изменения

промежутков времени для выполнения дальнейших технологических

операций.

Экспериментальные исследования проводились методом Ван Бамелена

(п. 2.). Определение W`p осуществлялось при 3-х повторениях с помощью

вероятностно-статистических методов планирования и обработки

экспериментальных данных. В ходе экспериментов образцы выдерживались

над водным раствором серной кислоты в эксикаторе (φв = 0,75) при

постоянной температуре (Тв = 275 К) и периодически извлекались из

эксикатора и взвешивались на аналитических весах до достижения массы

соответствующей W`к (таблица 4.23). Текущая влажность W`p определялась по

формуле:

2

12

`

)1(```

G

WGGpW

образца (4.38),

где G`1 – первоначальная масса исследуемого образца, кг; G`2 – масса образца

при текущем значении времени τ, кг; Wобразца = 0,05 – начальная влажность

образца, кг/кг.

118

Результаты исследований представлены в таблице 4.15, где: W`p1, W`p2,

и W`p3 – влажности, определенные при соответственно трех повторениях

опыта, кг/кг; W`p – средняя влажность определенная по формуле (2.4), кг/кг; Sn

– среднее квадратичное отклонение при определении W`p, определенное по

формуле (2.5), кг/кг; SW`p – среднее квадратичное отклонение среднего при

определении Wp, вычисленное по формуле (2.6), кг/кг; W`p – погрешность

результатов вычисленная по формуле (2.7), кг/кг; εW`p – относительная

погрешность по формуле (2.8). Относительная ошибка при определении

влажности продукта W`p не превышала εWp = 10%.

Таблица 4.15 – Результаты экспериментального определения влажности и их

статистической обработки

τ,

мин

W`p1,

кг/кг

W`p2,

кг/кг

W`p3,

кг/кг

W`p,

кг/кг

Sn,

кг/кг

SW`p,

кг/кг W`p,

кг/кг

εW`p,

%

0 0,05 0,05 0,05 0,05 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,000

3 0,054 0,054 0,056 0,055 0,0011547 0,0006667 0,0028667 5,212

7 0,057 0,059 0,058 0,058 0,0010000 0,0005774 0,0024826 4,280

11 0,06 0,06 0,062 0,061 0,0011547 0,0006667 0,0028667 4,699

14 0,064 0,062 0,063 0,063 0,0010000 0,0005774 0,0024826 3,941

17 0,065 0,064 0,063 0,064 0,0010000 0,0005774 0,0024826 3,879

20 0,067 0,065 0,064 0,065 0,0015275 0,0008819 0,0037922 5,834

На основе результатов экспериментов построен график кинетики

влагопоглощения (рисунок 4.9). Характер кривой влагопоглощения типичен

для большинства пищевых продуктов [7]. В области допустимого

влагопоглощения W`p = Wк .. W`к влага в материале представлена только

влагой мономолекулярной адсорбции (п. 4.1).

119

Рисунок 4.9 – Кинетика влагопоглощения порошком тыквы, полученным распылительной

сушкой пюре: (●) – экспериментальные данные; ( - - - ) – аппроксимирующая зависимость

Поглощаемая влага в продукте адсорбируется на поверхности мицелл и

сухого скелета с переходом в связанное состояние и далее находится в

продукте в виде энергетически прочных гидратных комплексов. Процесс

влагопоглощения сопровождается значительным выделением тепла – теплоты

гидратации (набухания) [56, 57 и др.].

Для математического описания процесса влагопоглощения паров влаги

была получена аппроксимирующая функциональная зависимость влажности

W`p, кг/кг от времени процесса τ, мин:

`````)( 234 edcbaWp (4.39),

где a`, b`, c`, d`, e` – эмпирические коэффициенты (таблица 4.16), не имеющие

физического смысла, полученные при статистической обработке

экспериментальных данных. Размерность коэффициентов равна отношению

размерности функции к размерности аргумента (или произведения

аргументов) в зависимости от типа уравнения. Таким образом, размерность a`

– [c-4

]; b` – [c-3

]; c` – [c-2

]; d` – [c-1

]; e` – безразмерная величина. Величина

достоверности аппроксимации составляла R2=0,99.

120

Таблица 4.16 – Значения эмпирических коэффициентов функциональных зависимостей

влажности продукта от времени процесса влагопоглощения

a`·106 b`·10

6 c`·10

6 d`·10

6 е`·10

6

-0,241 10,828 -184,168 2020,582 50075,805

Дифференцированием функциональной зависимости (4.38) по времени

процесса τ можно получить зависимость для скорости процесса

влагопоглощения dW`p(τ)/dτ:

``2`3`4/)( 23 dcbaddWp (4.40),

На рисунке 4.10 представлена зависимость скорости влагопоглощения

от времени процесса. Характер кривой скорости влагопоглощения

нелинейный, в первый период скорость процесса достаточно высока и при

незначительном падении скорости отмечен продолжительный период

постоянной скорости, при которой сорбционные центры продукта активно

взаимодействуют с молекулами воды влажного воздуха, формируется слой

адсорбционно-связанной влаги. Далее кривая монотонно убывает при

постепенном заполнении сорбционных центров и уменьшении свободной

энергии системы порошок из тыквы – вода.

Рисунок 4.10 – Зависимости скорости влагопоглощения от времени процесса

121

Визуальные наблюдения в процессе влагопоглощения показывают, что

гигроскопичность порошка из тыквы проявляется в тенденции к аутогезии

частиц во влажной атмосфере (φв = 75%) с образованием комков. В целях

уменьшения негативного влияния сорбции целесообразным является

герметизация всех расходных и накопительных емкостей, транспортных

элементов, узлов дозирования, смешения и т.п. Длительное хранение

продукции необходимо осуществлять в герметичной упаковке или в

помещениях при поддерживании соответствующей влажности воздуха.

Полученные зависимости (4.39) и (4.40) следует использовать при

определении допустимых интервалов времени в случае негерметичного

проведения технологических операций по переработке, транспортировке,

фасовке, упаковке тыквенного порошка и др.

122

ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА

И РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУР В ВЫСУШИВАЕМОЙ ЧАСТИЦЕ ПРИ

КОНВЕКТТИВНО-РАДИАЦИОННОЙ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ

ПЮРЕ ИЗ ТЫКВЫ

Для разработки математической модели тепломассопереноса и анализа,

протекающих при сушке тепломассообменных процессов важно различать

понятия «толстый» и «тонкий слой» [14, 57, 106 и др.]. С целью разработки

физико-математической модели процесса распылительной сушки

тонкодиспергированных частиц (средний объемный диаметр частиц 20 ..

30мкм), логично витающую в потоке сушильного агента частицу материала

рассматривать как «тонкий слой». Понятие «тонкий слой» определяет

незначительные величины теплового и массообменного чисел Био

( 1TBi , 1MBi ), а, значит, температурное поле и поле влажности по

сечению материала однородны.

Обеспечить высокое качество сухого тыквенного порошка возможно за

счет подбора рациональных режимов, которые исключают перегрев

термолабильного растительного материала выше температуры 333 К [6, 14, 16,

20, 136, 137, 149, 150, 151 и др.]. Кроме того, при разработке режимов

необходимо принимать во внимание тот факт, что при нагреве дисперсных

материалов растительного происхождения в диапазоне 328..333 К происходит

снижение растворимости продукта [6, 14, 16, 20, 136, 137, 149, 150, 151 и др.].

В ходе исследований (п. 4.2) установлено, что при варианте

конвективной распылительной сушки пюре из тыквы при режиме Тс.а. = 523 К

Тпрод = 328 К, который обеспечивает требуемую удельную производительность

снижаются показатели качества экспериментальных образцов (Приложение 4),

в частности, отмечается рост содержания золы. Результаты исследований

свидетельствуют о повышенной температуре материала при сушке, при

вероятном приближении температуры поверхности частиц материала в конце

процесса к пороговому значению 333 К. Повышение значений Тс.а. > 523 К

123

и/или Тпрод > 328 К приводило к частичному/полному подгоранию частиц

тыквенного порошка.

На основе результатов исследований предложено использовать

комбинированный конвективно-радиационный энергоподвод при

распылительной сушке для снижения температуры материала при сушке.

Снижение температуры материала обусловлено объемным прогревом частиц

продукта в процессе стремительной влагоотдачи.

Установлено, что максимальные значения производительности по

качественному сухому порошку П = 1,140 кг/(м3·ч) и удельной

влагонапряженностью рабочего объема сушильной камеры В = 12,399 кг/(м3·ч)

могут быть достигнуты только при комбинированной конвективно-

радиационной распылительной сушке пюре из тыквы при Тс.а. = 473 К и Ер =

3,6 кВт/м2.

Сушку гомогенизированного пюре из тыквы в рациональном режиме

требуется выполнять при контроле и регулировке всех параметров процесса,

включая температуру высушиваемого материала. Очевидно, что

экспериментально оценить температуру в объеме витающих тонкодисперсных

частиц в процессе их интенсивной конвективно-радиационной

распылительной сушки с высокой точностью практически невозможно.

Актуальность разработки адекватной реальному процессу конвективно-

радиационной распылительной сушки математической модели

тепломассопереноса с целью расчета температур в высушиваемых дисперсных

частицах очевидна для управления качеством функционального продукта при

реализации температурных режимов сушки.

Аналитический расчет температур в объеме дисперсных частиц

высушиваемого материала возможен при решении системы

дифференциальных уравнений влаго- и теплопереноса [7, 56, 101, 102 и др.].

Математическая модель тепломассопереноса реализована на основе

положений и допущений, аргументированных в научно-исследовательских

работах профессора И.Ю. Алексаняна [7, 17 и др.].

124

Предложенная в ряде работ [7, 17 и др.] математическая модель

основана на решении методом конечных разностей дифференциального

уравнения переноса тепла [101] с учетом режимных параметров и кинетики

процесса сушки, гигроскопических, теплофизических и других физико-

химических свойств материала, термодинамических параметров,

установленных при статическом взаимодействии объекта сушки с водой и др.

Методика [7, 17 и др.] основана на 3 допущениях:

- избыточное давление соответствует температуре насыщения

только для внутренних слоев, где не происходит резкой релаксации давления,

что подтверждено работами П.Д. Лебедева [96-98].

- превалирующее значение градиента давления для диффузии влаги,

не исключает возможность движения влаги (главным образом в виде пара) под

действием градиента температуры.

- от центра и до поверхностного слоя высушиваемой частицы

продукта происходит линейная релаксация избыточного давления, при этом,

чем ближе координата к поверхности частицы, тем меньшее сопротивление

для диффузии влаги к поверхности оказывает внутренняя структура частицы;

При построении модели полагаем, что в ходе конвективно-

радиационной распылительной сушки осуществляется равномерный

объемный подвод энергии для шарообразной частицы малого диаметра de =

20..30 мкм в равной степени по всей внешней поверхности частицы.

В качестве первой координаты х, характеризующей высушиваемую

частицу и от которой зависит искомая температурная функция t(х,y), можно

принять диаметр dв, мкм частицы, то есть х = 0.. de:

- Начальное значение координаты х, соответствующее поверхности

шарообразной частицы: Хn = 0.

- Конечное значение координаты х, соответствующее поверхности

шарообразной частицы: Хk = de.

При данном варианте моделирования можно не использовать полярные

координаты, так как эволюция температур не зависит от угла и направления

125

энергоподвода. Дополнительным допущением следует признать постоянство

размера высушиваемой частицы в процессе ее распылительной сушки, что

оправдано ввиду малых начального размера распыленных капель de =

20..30 мкм и конечных размеров сухих частиц порошка 1-5 мкм.

Влажность W, кг/кг (или содержание сухих веществ с, кг/кг), которая

связанна установленной в ходе экспериментов функциональной зависимостью

со временем процесса сушки τ, с принимаем второй координатой. Координата

W = Wн..Wк (или с = Сn..Ck):

- Начальное значение координаты W (или c), соответствующее

началу процесса сушки в начальный момент времени при τ=0: Wн (Сn = 1-Wн).

- Конечное значение координаты W (или c), соответствующее концу

процесса сушки при τ = τс: Wк (или Сk = 1- Wк).

В качестве допущения принимаем, что структура частиц высушиваемого

материала изотропна и, следовательно, поле влажности равномерно по

диаметру частиц.

Таким образом, в случае объемного энергоподвода дифференциальное

уравнение переноса тепла при одномерной задаче [101], с учетом ранее

установленных зависимостей имеет вид:

),,()(),,(),,()()`( WtxwW

WWtxrx

tWtx

x

tWWc , (5.1)

где x – координата глубины частицы, м;

λ(x,t,W) – теплопроводность материала (см. глава 2), Вт/(м К);

с`(W)·ρ(W) = cv– объемная теплоемкость материала (см. глава 2),

Дж/(К·м3);

ρ(W) – плотность материала (см. глава 2), кг/м3;

r(x,t,W) – теплота испарения, Дж/кг – определенная при

термодинамическом анализе механизма внутреннего массопереноса (см. глава

2);

t – температура пространственной точки в объеме материала, К;

126

ε = 1 – коэффициент фазовых превращений, при влагопереносе в виде

пара при допущении, что структура материала изотропна [7, 17 и др.];

w(x,t,W) – функция распределения объемной плотности поглощенной

энергии излучения по глубине оптически тонкого слоя;

W – скорость сушки, кг/(кг·с) – с учетом допущения, что структура

материала изотропна [7, 17 и др.], заменяем на W – дифференциальное

изменение средней по слою высушиваемой частицы влажности;

С учетом допущения, что структура частицы изотропна, то

теплопроводность не зависит от координаты х, таким образом, среднюю по

слою теплопроводность ),( Wt вынесем за знак дифференциала и

преобразуем выражение, разделив обе части уравнения на с`(W)·ρ(W) = cv, то

получим:

),(

),,(

),(

),(),(),(

2

2

Wtc

WtxwW

Wtc

WtWtr

x

tWta

t

vv

, (5.2)

где ),(

),(),(

Wtc

WtWta

v

– коэффициент температуропроводности, м2/с.

После математических преобразований, разделив его обе части на

W и далее опускаем знак среднего и варьируемого параметров получим:

Wc

w

c

r

x

t

W

a

W

t

vv

2

2

. (5.3)

Решением уравнения (5.3) при краевых условиях будет являться искомая

температурная функция t = f(x,W).

В первоначальный момент времени τ = 0 (сразу после выхода продукта

из распылителя в сушильную камеру), и, соответственно, при исходной

влажности пюре из тыквы Wн, температура материала всех пространственных

точек распыленной частицы экстракта одинакова и соответствует t0 = Tпрод =

298 К. Начальные условия: W = Wн, t = t0.

При реализации модели конечные условия предыдущего участка при

текущей влажности W (распределение значений температур по диаметру

127

частицы) являются начальными условиями для последующего участка при

следующем шаговом значении влажности W.

Граничные условия для теплообмена на границе материала с сушильным

агентом:

)..()( )(0 поверхxп.гран. taTc+Ex

tW , (5.5)

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К), Tс.а. – температура сушильного

агента, К; )(0 поверхxt – температура поверхности распыленной частицы, К;

Еп.гран. – падающий тепловой поток, Вт/м2.

Падающий тепловой поток с учетом отраженного от поверхности внутри

слоя теплового потока излучения при объемном облучении равен:

)]),(exp(

)),([exp(),(1

)(1

])(

)0,(1[

)0,(1

)(1

22

2

21..

вв

вв

в

n

nгранп

ddWL

ddWLdW

WRE

WR

xW

xW

WREЕ

, (5.6)

где x – координата глубины частицы, м; Еп1 - плотность падающего с одной

стороны потока, Вт/м2; Еп2 - плотность падающего с другой стороны потока,

Вт/м2. R∞(W) – отражательная способность слоя бесконечной оптической

толщины.

Для удобства дифференцирования, при численной реализации модели

заменим влажность W концентрацией сухих веществ c, учитывая формулу их

связи с = 1 – W (Приложение 5).

Дифференциальное уравнение параболического типа решалось

фундаментальным методом конечных разностей, при котором функции,

заданные на континууме, представляются сеточным вектором, а

дифференциальные операторы естественным образом аппроксимируются на

сетке их разностными аналогами [62].

Реализация математической модели тепломассопереноса при

конвективно-радиационной распылительной сушке пюре из тыквы выполнена

128

в среде специализированного программного обеспечения Mathcad Professional

(Приложение 5) при установленном рациональном режиме Тс.а. = 473 К и Ер

= 3,6 кВт/м2.

В ходе реализации математической модели определена температурная

функция по диаметру распыленной частицы и изменяющемуся во времени

процесса содержанию сухих веществ в частице материала (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 – Поле распределения значений температур по диаметру и содержанию сухих

веществ частицы при конвективно-радиационной распылительной сушке

(рациональный режим: Tс.а. = 473К; и Ер = 3,6 кВт/м2).

В таблице 5.1 представлены рассчитанные средние значения температур

частицы tср, К (средняя объемная температура) и значения температур по

диаметру и содержанию сухих веществ частицы материала. На рисунке 5.2 в

графическом виде представлена зависимость средней объемной температуры

от содержания сухих веществ частицы при конвективно-радиационной

распылительной сушке.

129

Таблица 5.1 – Среднее значение температуры частицы и значения температур по диаметру

dе, мкм и содержанию сухих веществ частицы с, кг/кг при конвективно-радиационной

распылительной сушке (рациональный режим: Tс.а. = 473К; и Ер = 3,6 кВт/м2)

с

dе

0,08 0,167 0,254 0,341 0,428 0,515 0,602 0,689 0,776 0,863 0,950

0,0 298,0 299,4 300,7 300,4 299,2 297,1 294,9 293,6 295,6 305,0 329,9

0,2 298,0 299,3 300,6 300,2 299,1 296,9 294,7 293,4 295,3 304,7 329,5

0,4 298,0 299,2 300,6 300,2 299,0 296,8 294,6 293,2 295,1 304,4 329,3

0,6 298,0 299,1 300,5 300,1 298,9 296,8 294,5 293,1 295,0 304,3 329,1

0,8 298,0 299,1 300,5 300,0 298,9 296,7 294,4 293,1 294,9 304,2 329,0

1,0 298,0 299,1 300,5 300,0 298,9 296,7 294,4 293,0 294,9 304,2 329,0

1,2 298,0 299,1 300,5 300,0 298,9 296,7 294,4 293,1 294,9 304,2 329,0

1,4 298,0 299,1 300,5 300,1 298,9 296,8 294,5 293,1 295,0 304,3 329,1

1,6 298,0 299,2 300,6 300,2 299,0 296,8 294,6 293,2 295,1 304,4 329,3

1,8 298,0 299,3 300,6 300,2 299,1 296,9 294,7 293,4 295,3 304,7 329,5

2,0 298,0 299,4 300,7 300,4 299,2 297,1 294,9 293,6 295,6 305,0 329,9

tср 298,0 299,2 300,6 300,2 299,0 296,8 294,6 293,3 295,2 304,5 329,3

Анализ температурного поля (рисунок 5.1) по диаметру частицы и

численные значения температур в пространственных точках частиц (таблица

5.1), позволяют сделать вывод о малых (1..2 К) температурных перепадах в

объеме материала.

С целью анализа температурного поля сопоставим его с ранее

установленными зависимостями для скорости сушки (рисунки 3.9 – 3.14). В

период интенсивного удаления свободной влаги до области максимальных

значений скорости сушки (рисунки 3.9 – 3.14) распыленные частицы

материала практически не нагреваются (рисунок 5.1), энергия сообщаемая

продукту, расходуется на испарение преимущественно свободной влаги.

Изотермическое испарение свободной влаги в первоначальной стадии сушки

обосновано в классических работах [56, 101 и др.]. Удаление свободной влаги

с поверхности частиц при объемном конвективно-радиационном

энергоподводе исключает перегрев продукта на первоначальном этапе

процесса.

130

Дальнейшее изменение температуры (рисунок 5.1) определяется видом

связи влаги с материалом. Отмечается некоторое снижение температуры

материала (примерно на 3..5 К) вследствие интенсивной влагоотдачи при

увеличении скорости испарения свободной влаги (рисунки 3.9 – 3.14) до

максимального значения [7, 56, 57, 100-102 и др.]. Далее температура продукта

возрастает, что обусловлено удалением влаги, связанной с материалом

тепловыми эффектами.

Анализ температурного поля (рисунок 5.1), подтверждает ранее

сделанные выводы о механизме внутреннего массопереноса при конвективно-

радиационной распылительной сушке пюре из тыквы. Подтверждаются малые

температурные перепады в объеме материла при конвективно-радиационном

энергоподводе.

Рисунок 5.2 – Зависимость средней объемной температуры от содержания сухих веществ

частицы при конвективно-радиационной распылительной сушке (рациональный режим:

Tс.а. = 473К; и Ер = 3,6 кВт/м2).

Оценка адекватности модели по температуре поверхности частиц в слое

порошка высушенных частиц проводилась в ходе тестирования

установленных режимных параметров с использованием модернизированной

распылительной сушилки BÜCHI Mini Spray Dryer 190 (производитель:

BÜCHI LABORTECHNIK AG, Швейцария) (глава 6). В зависимости от

устанавливаемого режима распылительной сушки температура сухого

131

тыквенного порошка в сборнике составляла 313..328 К. Максимальная

температура продукта 328 К достигалась при режиме: Tс.а. = 473 К и Ер =

3,6 кВт/м2. На основании сопоставления показаний мультиметра в ходе

тестирования с результатами моделирования (рисунки 5.1 и 5.2) сделан вывод

об адекватности разработанной математической модели.

Средние объемные температуры материала не превышали

рекомендованных пороговых значений 330 К, что обусловливает сохранность

качества при сушке (Приложение 4). Разработанные температурные режимы

распылительной сушки гомогенизированного пюре из тыквы могут быть

рекомендованы для внедрения в производственную практику.

132

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

НАУЧНЫХ И ПРОЕКТНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

6.1 Тестирование режимных параметров конвективно-радиационной

распылительной сушки пюре из тыквы

Для практической реализации режимов конвективно-радиационной

распылительной сушки гомогенизированного пюре из тыквы и производства

тыквенного порошка высокого качества следует либо разработать/внедрить

принципиально новые конструкции установок конвективно-радиационной

распылительной сушки, либо провести модернизацию действующих типовых

распылительных сушилок. Модернизация заключается в установке

инфракрасных излучателей и отражателей в рабочей камере и установки в

сушильной камере дополнительных конструктивных элементов для

организации движения контактирующих потоков относительно излучателей

при исключении загрязнения излучателей высушиваемым продуктом.

Рисунок 6.1 – Распылительная сушилка BÜCHI Mini Spray Dryer 190.

Тестирование установленных режимных параметров и комплекс

дополнительных исследований по анализу влияния температуры сушильного

133

агента и плотности теплового потока инфракрасного излучения на

производительность сушилки и температуру высушиваемого материала

проведены с использованием распылительной сушилки BÜCHI Mini Spray

Dryer 190 (производитель: BÜCHI LABORTECHNIK AG, Швейцария),

представленной на рисунке 6.1. (Приложение 3 «Акт проведения

экспериментальных работ»)

Рисунок 6.2 – Принципиальная схема модернизированной рабочей камеры распылительной

сушилки BÜCHI Mini Spray Dryer 190:

1 – сушильная камера; 2 – излучатели КГТ-220-1000; 3 – отражатель; 4 – циклон; 5 –

сборник продукта. Потоки: I – исходный распыленный продукт; II – сушильный агент; III –

инфракрасное излучение; IV – сухой продукт; V – отработавший сушильный агент

Принимая во внимание, что сушильная камера BÜCHI Mini Spray Dryer

190 изготовлена из боросиликатного стекла, которое хорошо пропускает

инфракрасное излучение длиной волны λ ≤ 3 мкм, а принятое в ходе

экспериментов варьирование уровня Ер = 2,8..3,6 кВт/м2, при изменении

длины волны λ = 1,27..1,47 мкм и напряжения подаваемого на КГТ-220-1000

излучатели U = 125..190 В (таблица 3.6), для проведения исследований и

134

тестирования режимов конвективно-радиационной распылительной сушки по

высоте сушильной камеры снаружи на расстоянии 0,1м от стенки камеры

были установлены 4 трубчатых галогенных излучателя КГТ-220-1000 с

отражателями из полированного алюминия (рисунок 6.2). Режим работы

излучателей регулировался посредством тиристорного регулятора.

При изучении кинетики конвективно-радиационной распылительной

сушки и механизма внутреннего тепломассопереноса использовалось

тыквенное пюре с размером частиц 1..3 мкм, которое приготавливалось с

использованием стадий дробления, протирки и гомогенизации на

технологической установке приготовления эмульсий и суспензий модели

УПЭС 0,15/3,0 в производственном помещении ООО «КАСПРОФИТ»

Приложение 2 «Акт проведения экспериментальных работ»). Начальная

влажность тыквенного пюре Wн = 0,92 кг/кг соответствует влажности

нативной тыквы. Конечная влажность тыквенного порошка Wк ≤ 0,05 кг/кг,

соответствует влаге мономолекулярной адсорбции, которая принята на

основании результатов исследований (п. 2.1) и рекомендована для

последующего длительного хранения.

Эксперименты по распылительной сушке экспериментальных образцов

проводились при 3-х повторениях с использованием вышеуказанной методики

вычисления погрешностей при определении достигаемой влажности продукта

Wк (формулы (2.2) – (2.6)). Относительная ошибка при определении Wк не

превышала εW = 7,7%. Влажность определялась по методу высушивания проб

до постоянной массы в соответствии с ГОСТ 28561-90.

Регулировка расхода исходного продукта производилась в диапазоне 10

– 25мл/мин, при варьировании температур сушильного агента на входе в

сушильную камеру в диапазоне Tс.а. = 423 .. 473К и начальной температуре

продукта Тпрод = 298К. Температура воздуха на выходе из сушилки составляла

333..353К. Размер распыленных частиц в соответствии с техническими

характеристиками установки составлял 8 – 21 мкм. В ходе экспериментов для

заданных значений факторов устанавливался различный расход исходного

135

продукта GWн, кг/ч и по результатам определения влажности готового

продукта-порошка вычислялись достигаемые значения производительности по

сухому продукту GWк, кг/ч и по испаренной влаге GW, кг/ч. Таким образом,

устанавливались рабочие диапазоны варьирования основных факторов для

эффективной работы установки. В таблице 6.1 представлены результаты

исследований.

Таблица 6.1 – Результаты исследования конвективно-радиационной распылительной сушки

Тс.а., К 423..473

Ер, кВт/м2 2,8..3,6

GWн, кг/ч 0,8..1

Wн, кг/кг 0,92

Wк, кг/кг ≤0,05

GWк, кг/ч 0,067..0,084

GW, кг/ч 0,733..0,916

Дополнительно в сборниках сухого продукта (рисунок 6.2)

осуществлялась непрерывная регистрация температуры готового продукта при

помощи хромель-копелевой термопары 3 ХК(L) ТП-011, подключаемой к

мультиметру. В зависимости от устанавливаемого режима распылительной

сушки температура сухого тыквенного порошка в сборнике составляла

313..328 К. Максимальная температура продукта 328 К достигалась при

режиме: Tс.а. = 473К и Ер = 3,6 кВт/м2. Температура определялась для

дальнейшей проверки адекватности разработанной математической модели

тепломассопереноса при конвективно-радиационной распылительной сушке

пюре из тыквы (глава 6).

Для математического моделирования тепломассопереноса при

конвективно-радиационной сушке распыленных частиц пюре тыквы

определен средний характерный размер (принят диаметр) сухих частиц

экспериментальных образцов порошка с помощью программного обеспечения

136

Altami Studio и с помощью Биологического микроскопа Altami БИ О2.

Средний характерный размер частиц образцов полученных при различных

температурных режимах составлял 1..5 мкм.

При проведении экспериментальных работ оборудование работало

стабильно, получены экспериментальные результаты и опытные образцы

продуктов для последующих исследований и анализа.

Анализ качественных показателей (таблица 6.2), полученных в ходе

комплекса экспериментов, в том числе при рациональном режиме (таблица

4.5), показал соответствие образцов регламентируемым требованиям

(Приложение 4). Исследования проведены на базе производственной

лаборатории Общества с ограниченной ответственностью «АСТРАХАНСКАЯ

КОНСЕРВНАЯ КОМПАНИЯ».

В ходе анализа качества использовались следующие методики:

- Влажность определяли согласно требованиям ГОСТ 15113.4-77

«Концентраты пищевые. Методы определения влаги».

- Массовую долю β–каротина определяли спектрофотометрическим

методом согласно ГОСТ Р 54058-2010 «Продукты пищевые функциональные.

Метод определения каротиноидов».

- Содержание пектина определяли титриметрическим методом

согласно ГОСТ 29059-91 «Продукты переработки плодов и овощей.

Титриметрический метод определения пектиновых веществ».

- Содержание сахаров определяли перманганатным методом

согласно ГОСТ 8756.13-87 «Продукты переработки плодов и овощей. Методы

определения сахаров».

- Массовую долю золы определяли согласно ГОСТ 25555.4-91

«Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения золы и

щелочности общей и водорастворимой золы».

- Определение растворимых и нерастворимых пищевых волокон

проводили ферментативно – гравиметрическим методом согласно ГОСТ Р

54014-2010 «Продукты пищевые функциональные. Определение растворимых

137

и нерастворимых пищевых волокон ферментативно – гравиметрическим

методом».

- Содержание клетчатки определяли согласно ГОСТ 13496.2-91

«Определение содержания клетчатки».

- Органолептическую оценку осуществляли согласно ГОСТ

15113.3-77 – «Концентраты пищевые. Методы определения

органолептических показателей, готовности концентратов к употреблению и

оценки дисперсности суспензии».

Таблица 6.2 – Показатели образцов сухого порошка тыквы

Реж

им

су

шки

Влаж

но

сть,

%

Мас

совая

до

ля

β–кар

оти

на,

мг

Со

дер

жан

ие

пек

тин

а, %

Со

дер

жан

ие

сах

аров, %

Мас

совая

до

ля з

олы

, %

Рас

твор

им

ые

пи

щев

ые

воло

кн

а, %

Нер

аств

ори

мы

е п

ищ

евы

е

воло

кн

а, %

Со

дер

жан

ие

клет

чат

ки

, %

Орга

но

леп

тичес

кая

оц

енка

Tс.а. = 473 К,

Ер = 3,6 кВт/м2

4,9 12,7 2,0 44,2 7,0 1,7 2,7 8,0 Цвет

оранжевый.

Вкус и запах

свойственный

тыкве без

постороннего

привкуса и

запаха

Tс.а. = 448 К,

Ер = 3,6 кВт/м2

5,2 12,7 2,0 44,3 6,9 1,8 2,7 8,1

Tс.а. =423 К,

Ер = 3,6 кВт/м2

5,6 12,5 1,9 44,3 6,6 1,8 2,6 7,9

Показатели качества сухого порошка тыквы соответствуют требованиям

предъявляемым к сухим плодоовощным продуктам.

В результате тестирования доказано, что эффективное обезвоживание

пюре из тыквы с начальной влажностью Wн = 0,92 кг/кг при конвективно-

радиационной распылительной сушке с удельной производительностью по

сухому порошку П = 0,722..1,140 кг/(м3·ч) и удельной влагонапряженностью

138

рабочего объема сушильной камеры В = 7,852..12,399 кг/(м3·ч) возможно в

следующих диапазонах варьирования режимных параметров:

- Плотность теплового потока Ер = 2,8..3,6 кВт/м2;

- Исходная температура сушильного агента Тс.а. = 423..473 К;

- Удельный расход сушильного агента на 1 кг испаренной влаги

Qс.а. ≥ 20кг/кг.

- Способ распыления (акустический, механический и др.) должен

обеспечивать начальный диаметр частиц 20..30 мкм.

- Температура отработавшего сушильного агента на выходе из

сушилки 333..353 К.

- Конечная температура сухого тыквенного порошка в сборнике

313..328 К.

- Конечная влажность порошка Wк ≤ 0,05 кг/кг.

- Средний характерный размер частиц порошка тыквы 1..5 мкм.

Режимы можно рекомендовать для практического внедрения на

предприятиях различной мощности.

6.2 Установка конвективно-радиационной распылительной сушки

На основе анализа конструкций распылительных и комбинированных

сушилок [136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143 и др.], принимая во внимание

результаты собственных комплексных экспериментальных исследований,

совместно с сотрудниками кафедры «Технологические машины и

оборудование» ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический

университет» предложена установка конвективно-радиационной

распылительной сушки. Конструктивные особенности предлагаемого

устройства запатентованы (Патент на полезную модель 154840 РФ, МПК

F26B17/10, F26B3/12). Распылительная сушилка [Текст] / И.Ю. Алексанян,

Ю.А. Максименко, Н.П. Васина, Ю.С. Феклунова, О.Е. Губа;

Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное

139

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Астраханский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО

«АГТУ»).- 2014148752/06; заявл. 03.12.2014; опубл.: 10.09.2015, Бюл. № 25;

Заявка на патент №2015120308. Распылительная сушилка [Текст] / И.Ю.

Алексанян, Ю.А. Максименко, Ю.С. Феклунова, Э.Р. Теличкина, О.Е. Губа;

Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Астраханский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО

«АГТУ»).- заявл. 28.05.2015).

Техническая задача – создание устройства конвективно-радиационной

распылительной сушки с вихревым аэродинамическим контактом продукта и

сушильного агента в сушильной камере, позволяющего увеличить время

пребывания распыленных частиц продукта в сушильной камере и исключить

налипание частиц продукта на внутреннюю поверхность сушильной камеры.

Технический результат – увеличение интенсивности процесса сушки за

счет усовершенствования конструкции устройства.

На рисунках 6.3 и 6.4 изображены предлагаемое устройство и схема

распределения потоков в сушилке.

Устройство (рисунок 6.3) имеет сушильную камеру 1 цилиндрической

формы; патрубок для ввода сушильного агента 2; распылитель 3

установленный по оси камеры 1; патрубок для ввода сушильного агента 4,

расположенный тангенциально к поверхности сушильной камеры; система

отсоса 5; циклон 6, сборники сухого продукта 7. В полости сушильной камеры

1 установлены и жестко зафиксированы вертикальные прямоугольные

перегородки 8 круговым массивом вокруг оси сушильной камеры 1 с

образованием одинаковых щелевых зазоров и угол α между перегородками

равен α = 360/n, где n – количество перегородок (разрез В-В). Перегородки 8

жестко закреплены на внутренней поверхности сушильной камеры с помощью

креплений 9 и10 и стержневых крепежных элементов 11 для придания

жесткости конструкции (разрезы Б-Б и Г-Г). Для обеспечения радиационного

140

инфракрасного энергоподвода в рабочую зону сушки по высоте сушильной

камеры 1 установлены секции, состоящие из трубчатых галогенных КГТ-220-

1000 излучателей 12, снабженных отражателями из полированного алюминия

13 для обеспечения диффузного потока облучения. Излучатели 12 и

отражатели 13 жестко закреплены на внутренней поверхности камеры 1 с

помощью креплений 14.

Рисунок 6.3 – Установка конвективно-радиационной распылительной сушки:

1 – сушильная камера; 2, 4 – патрубок для ввода сушильного агента; 3 – распылитель; 5 –

система отсоса; 6 – циклон; 7 – сборник сухого продукта; 8 – прямоугольные перегородки;

9, 10 – крепления; 11 – стержневые крепежные элементы; 12 - излучатели КГТ-220-1000; 13

– отражатели; 14 - крепления

141

Устройство работает следующим образом. Исходный продукт,

подвергаемый сушке, подается распылителем 3 в объем сушильной камеры 1.

Ввод сушильного агента осуществляется по патрубкам 2 и 4. В сушильной

камере 1 осуществляется комбинация прямотока и перекрестного тока при

контакте сушильного агента и продукта, за счет дополнительной перекрестной

подачи сушильного агента в щелевые зазоры между перегородками 8.

Распыленные частицы продукта при контакте с сушильным агентом и

инфракрасным излучением (рисунок 6.4) высыхают, отбираются через

систему отсоса 5, отделяются от потока отработавшего сушильного агента в

циклоне 6 и отбираются через сборники сухого продукта 7.

Рисунок 6.4 – Схема распределения потоков установке конвективно-радиационной

распылительной сушки:

I – исходный продукт; II – сушильный агент; III – инфракрасное излучение; IV – сухой

продукт; V – отработавший сушильный агент.

Благодаря вводу сушильного агента через патрубок 4 по касательной к

окружности сушильной камеры 1 и наличию в ней вертикальных

прямоугольных перегородок 8, осуществляется дополнительная равномерная

142

подача сушильного агента в щелевые зазоры между перегородками, при этом

распыленные частицы продукта, увлекаемые потоками теплоносителя,

начинают вращаться относительно оси сушильной камеры и совершают

движения по нисходящей спиралевидной траектории. Таким образом,

достигается активный вихревой аэродинамический контакт продукта и

сушильного агента в сушильной камере, что позволяет увеличить время

пребывания распыленных частиц продукта в сушильной камере.

Спиралевидная траектория движения частиц определяет большее время

контакта продукта с сушильным агентом в сушильной камере по сравнению с

традиционным прямолинейным движением вниз, что позволяет либо

уменьшить высоту сушильной камеры при заданной производительности,

либо увеличить интенсивность процесса и производительность установки.

Вертикальные прямоугольные перегородки 8 и сушильная камера 1

выполнены одинаковыми по высоте для равномерного подвода сушильного

агента и выравнивания температуры сушильного агента в сушильной камере

1, в результате чего достигается увеличение интенсивности процесса сушки.

Сушильный агент, проходя через пространство между перегородками 8,

разделяется на несколько перекрещивающихся потоков, которые отталкивают

распыленные частицы от поверхности перегородок и, следовательно, от

стенок сушильной камеры. Перекрещивающиеся потоки сушильного агента

компенсируют центробежную силу, действующую на частицы в процессе их

спиралевидного движения. Таким образом, исключается налипание частиц

продукта на внутреннюю поверхность большого цилиндра сушильной камеры,

обеспечивается интенсивное обтекание частиц сушильным агентом и

увеличивается интенсивность процесса сушки.

Предлагаемое устройство позволяет увеличить интенсивность процесса

сушки за счет комбинирования конвективного и радиационного

энергоподвода при активном вихревом аэродинамическом контакте продукта

и сушильного агента в сушильной камере.

143

Максимальные значения производительности по качественному сухому

порошку П = 1,140 кг/(м3·ч) и удельной влагонапряженностью рабочего

объема сушильной камеры В = 12,399 кг/(м3·ч) могут быть достигнуты при

комбинированной конвективно-радиационной распылительной сушке пюре из

тыквы с начальной влажностью Wн = 0,92 кг/кг при Тс.а. = 473 К; Ер =

3,6 кВт/м2; Qс.а. ≥ 20кг/кг; начальный диаметр распыленных частиц

20..30 мкм и др.

Кроме того, при участии сотрудников ФГБОУ ВПО «Астраханский

государственный технический университет» кафедры «Технологические

машины и оборудование» предложена конвективная распылительная сушилка

с контуром гомогенизации, которая позволяет увеличить интенсивность

процесса сушки и повысить качество готового продукта (Патент на полезную

модель №150305). Для эффективной работы (П = 1,140 кг/(м3·ч) и В =

12,399 кг/(м3·ч)) предлагаемой конструкции при обезвоживании

гомогенизированного пюре из тыквы с начальной влажностью Wн = 0,92 кг/кг

рекомендовано использовать следующий режим: Тс.а. = 523 К; Тпрод = 328 К;

Qс.а. ≥ 20кг/кг; начальный диаметр распыленных частиц 20..30 мкм и др.

Конструкции могут быть рекомендованы для трудносохнущих вязких

пищевых материалов.

6.3 Рекомендации по практическому использованию результатов

исследований

Функциональные зависимости теплофизических и гигроскопических

характеристик от влажности и температуры концентратов из тыквы могут

быть использованы при проектировании процессов и аппаратов для

переработки плодоовощного сырья.

Установленные функциональные зависимости теплофизических и

гигроскопических характеристик могут быть использованы для анализа

144

кинетики и динамики теплообменных и тепломассообменных процессов, для

моделирования и рационализации/оптимизации процессов.

В целях уменьшения негативного влияния сорбции целесообразным

является герметизация всех расходных и накопительных емкостей,

транспортных элементов, узлов дозирования, смешения и т.п. Длительное

хранение продукции необходимо осуществлять в герметичной упаковке или в

помещениях при поддерживании

Полученные зависимости по гигроскопическим характеристикам

концентратов из тыквы и кинетике влагопоглощения тыквенным порошком

следует использовать при определении допустимых интервалов времени в

случае негерметичного проведения технологических операций по

переработке, транспортировке, фасовке, упаковке тыквенного порошка и др. с

учетом соответствующей влажности воздуха рабочих и складских зон.

Рекомендована конечная влажность сухого тыквенного порошка,

достигаемая при распылительной конвективно-радиационной сушке для

последующего продолжительного складирования и хранения.

Реализована математическая постановка и решена задача

совершенствования/рационализации сушильного процесса при сушке

конвективно-радиационной распылительной сушке пюре из тыквы.

Разработаны рекомендации по организации рациональных режимов

сушильного процесса для обеспечения наибольшей удельной

производительности и наибольшей влагонапряженности рабочего объема

сушильной камеры при сохранении качественных показателей продукции.

Установленные функциональные зависимости удельной

производительности сушилки, удельной влагонапряженности рабочего объема

сушильной камеры и скорости процесса от влияющих параметров следует

применять при проектировании сушильных установок.

Установленные режимные параметры можно рекомендовать для

практического внедрения на предприятиях различной мощности,

специализирующихся на переработке плодоовощного сырья.

145

Рекомендованные режимы конвективно-радиационной распылительной

сушки пюре из тыквы могут быть реализованы на перерабатывающих

предприятиях с применением типовых конструкций распылительных сушилок

при их соответствующей модернизации.

На основе предложенной модели тепломассопереноса при конвективно-

радиационной распылительной сушке можно разработать программное

обеспечение для программно-аппаратных комплексов с целью контроля

параметров и управления режимами при сушке.

Адекватная реальному процессу конвективно-радиационной

распылительной сушки математическая модель необходима для расчета

температур в высушиваемых дисперсных частицах, от которой зависит

качество функционального продукта при реализации различных

температурных режимов.

Предложены конструкции распылительных установок для сушки

жидких и пастообразных продуктов, которые могут быть использованы при

производстве сухих дисперсных материалов, в частности для сушки пюре из

тыквы.

146

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

- На основе результатов анализа технологии производства

тыквенного порошка, требований к сырью и качеству готовой продукции,

способов и конструкторских решений для сушки, обоснована

целесообразность конвективно-радиационной распылительной сушки пюре из

тыквы для интенсификации тепломассообмена.

- Проанализированы особенности механизма внутреннего

тепломассопереноса при конвективно-радиационной распылительной сушке

пюре из тыквы на основе исследования кинетики процесса.

- Разработан рациональный способ конвективно-радиационной

сушки пюре из тыквы и проанализировано влияние основных факторов на

процесс сушки. Разработаны рекомендации по организации сушильного

процесса для обеспечения наибольшей удельной производительности и

наибольшей влагонапряженности рабочего объема сушильной камеры при

сохранении качественных показателей продукции.

- Получены расчетные зависимости по кинетике влагоудаления и

удельной производительности сушилки от влияющих факторов для их

использования в инженерных расчетах при проектировании сушилок.

- Установлены функциональные зависимости удельной

производительности сушилки, удельной влагонапряженности рабочего объема

сушильной камеры и скорости процесса от влияющих параметров, которые

следует использовать при проектировании сушильных установок и

организации пуск/наладочных работ.

- Доказано, что эффективное обезвоживание пюре из тыквы с

начальной влажностью Wн = 0,92 кг/кг и размером частиц дисперсной фазы

пюре 1..3 мкм возможно при конвективно-радиационной распылительной

сушке с удельной производительностью по сухому порошку П =

0,722..1,140 кг/(м3·ч) и удельной влагонапряженностью рабочего объема

147

сушильной камеры В = 7,852..12,399 кг/(м3·ч) в следующих диапазонах

варьирования режимных параметров:

- Плотность теплового потока Ер = 2,8..3,6 кВт/м2;

- Исходная температура сушильного агента Тс.а. = 423..473 К;

- Удельный расход сушильного агента на 1 кг испаренной влаги

Qс.а. ≥ 20кг/кг.

- Способ распыления (акустический, механический и др.) должен

обеспечивать начальный диаметр частиц 20..30 мкм.

- Температура отработавшего сушильного агента на выходе из

сушилки 333..353 К.

- Конечная температура сухого тыквенного порошка в сборнике

313..328 К.

- Конечная влажность порошка Wк ≤ 0,05 кг/кг.

- Средний характерный размер частиц порошка тыквы 1..5 мкм.

- Рекомендован рациональный режим конвективно-радиационной

распылительной сушки пюре из тыквы с начальной влажностью Wн =

0,92 кг/кг и размером частиц дисперсной фазы пюре 1..3 мкм с удельной

производительностью по сухому порошку П = 1,140 кг/(м3·ч) и удельной

влагонапряженностью рабочего объема сушильной камеры В =

12,399 кг/(м3·ч):

- Плотность теплового потока Ер = 3,6 кВт/м2;

- Исходная температура сушильного агента Тс.а. = 473 К;

- Удельный расход сушильного агента на 1 кг испаренной влаги

Qс.а. ≥ 20кг/кг.

- Способ распыления (акустический, механический и др.) должен

обеспечивать начальный диаметр частиц 20..30 мкм.

- Температура отработавшего сушильного агента на выходе из

сушилки 353 К.

- Конечная температура сухого тыквенного порошка в сборнике

328 К.

148

- Конечная влажность тыквенного порошка Wк ≤ 0,05 кг/кг.

- Средний характерный размер частиц порошка тыквы 1..5 мкм.

- Установленные режимные параметры позволяют организовать

эффективное обезвоживание пюре из тыквы в распыленном состоянии при

модернизации существующих типовых установок распылительной сушки за

счет установки инфракрасных излучателей и отражателей в рабочей камере и

внесения изменений в конструкцию сушильной камеры.

- Исследованы теплофизические, терморадиационные, оптические и

гигроскопические характеристики концентратов из тыквы. Исследован

механизм и термодинамика статического взаимодействия концентратов из

тыквы с водой. Рекомендованы конечная влажность сухого тыквенного

порошка и вид упаковки, сформулированы требования для складирования и

длительного хранения продукта. Дана оценка видам и энергии связи влаги с

материалом.

- Установлены функциональные зависимости по гигроскопическим

характеристикам продукта и кинетике влагопоглощения тыквенным

порошком, которые следует использовать при разработке практических

рекомендаций по организации стадий переработки, фасовки, упаковки,

транспортировке, складированию и хранению с учетом условий окружающей

среды и относительной влажности воздуха рабочих и складских зон.

- Обобщены данные литературных источников и проведены

экспериментальные исследования по оценке теплофизических и структурно-

механических характеристик концентратов из тыквы.

- Установлены функциональные зависимости теплофизических,

структурно-механических и гигроскопических характеристик концентратов из

тыквы от влажности и температуры продукта, которые могут быть

использованы при проектировании технологического оборудования, а также

для научного анализа кинетики и динамики тепломассообменных процессов,

их моделирования и оптимизации/рационализации с целью энерго- и

ресурсосбережения при обезвоживании.

149

- Для практического применения на основе полученных результатов

в ходе анализа гигроскопических свойств и термодинамики взаимодействия

водяного пара и исследуемого материала, с использованием установленных

функциональных зависимостей разработаны программные продукты и

получены свидетельства на объекты интеллектуальной собственности:

1. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

№ 2014613311, Россия. Расчет гигроскопических и термодинамических

характеристик при взаимодействии продуктов растительного происхождения с

водяным паром [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, Л.М. Титова,

А.В. Синельщиков, Ю.С. Феклунова, Э.Р. Теличкина. Заявлено 13.02.2014,

зарег. 25.03.2014;

2. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

№2015619010, Россия. Определение внутренней структуры полидисперсного

материала и расчет его сорбционно-структурных характеристик [Текст] / И.Ю.

Алексанян, Ю.А. Максименко, Н.П. Васина, А.В. Синельщиков, Ю.С.

Феклунова, Н.А. Бочкова, Л.М. Титова. Заявлено 22.05.2015, зарег. 21.08.2015;

3. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

№2015619046, Россия. Программа расчета дисперсных характеристик

полидисперсных материалов как объектов сушки [Текст] / И.Ю. Алексанян,

Ю.А. Максименко, Н.П. Васина, А.В. Синельщиков, Ю.С. Феклунова, Н.А.

Бочкова, Л.М. Титова. Заявлено 22.05.2015, зарег. 21.08.2015.

- На основе предложенной модели тепломассопереноса при

конвективно-радиационной распылительной сушке пюре из тыквы можно

разработать программное обеспечение для программно-аппаратных

комплексов с целью контроля параметров и управления режимами при сушке.

- Разработана адекватная реальному процессу конвективно-

радиационной распылительной сушки математическая модель для расчета

температур в высушиваемых дисперсных частицах, от которой зависит

качество функционального продукта.

150

- Предложены конструкции распылительных установок для сушки

жидких и пастообразных продуктов, которые могут быть использованы при

производстве сухих дисперсных материалов, в частности для сушки

плодоовощных гомогенизированных пюре.

- Разработаны рекомендации по практическому использованию

результатов исследования.

Основные результаты и рекомендации внедрены и используются при

организации технологических процессов на ФГБНУ «ВНИИООБ», ООО

«АСТРАХАНСКАЯ КОНСЕРВНАЯ КОМПАНИЯ», ООО

«БИОПРОФИЛАКТИКА», ООО НПП «пЕДАнт», ООО

«АСТРБИОПРОДУКТ» и др.

151

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авраменко, В.Н. Инфракрасные спектры пищевых продуктов [Текст] / В.Н.

Авраменко, Н.П. Есельсон, А.А. Заика // М.: Пищевая промышленность, 1974.

174 с.

2. Азин, Д.Л. Возможности использования растительных порошков в пищевой

промышленности [Текст] / Д.Л. Азин, О.В. Чугунова, Н.Б. Осипова //

Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Пищевая

промышленность, продовольственная безопасность». Екатеринбург, 1999. С.

208-209.

3. Азин, Д.Л. Растительные порошки и пищевая ценность хлебобулочных

изделий [Текст] / Д.Л. Азин, Н.Ю. Меркулова, О.В. Чугунова

//Хлебопродукты России. 2000. № 6. С. 24-25.

4. Албертс, Б. Молекулярная биология клетки [Текст] / Б. Албертс, Д. Брей, Дж.

Льюс, М. Рэфф, К. Робертс, Дж. Уотсон // Т. 1. -М.: Мир, 1994. -517с.

5. Албертс, Б. Молекулярная биология клетки [Текст] / Б. Албертс, Д. Брей, Дж.

Льюс, М. Рэфф, К. Робертс, Дж. Уотсон // Т. 2. -М.: Мир, 1994. -504с.

6. Алексанян, И.Ю. Анализ основных термодинамических закономерностей

взаимодействия с водой и теплофизических характеристик растительных

экстрактов и продуктов микробиологического синтеза [Текст] / И.Ю.

Алексанян, Ю.А. Максименко, Р.А. Хайбулов // Материалы Международной

конференции «Современные проблемы производства продуктов питания».

Барнаул: АлтГТУ, 2004. С. 22-27.

7. Алексанян, И.Ю. Высокоинтенсивная сушка пищевых продуктов.

Пеносушка. Теория. Практика. Моделирование: Монография [Текст] / И.Ю.

Алексанян, А.А. Буйнов// Астрахань: АГТУ, 2004. -380 с.

8. Алексанян, И.Ю. Зависимость теплофизических свойств пектиновых

концентратов от влияющих факторов [Текст] / И.Ю. Алексанян, О.А.

Петровичев, Ю.А. Максименко, Л.М. Головизина // Научно-практическая

конференция «Российский пектин: история, настоящее, перспективы».

Воронеж: ВГАУ им. К.Д. Глинки, 2006. С. 56-59.

152

9. Алексанян, И.Ю. Изучение массообмена в процессе разделения

многокомпонентных смесей [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко //

Вестник АИНиГ. Атырау. 2004. №5. С. 94-99.

10. Алексанян, И.Ю. Инновационные технологии переработки сырья

растительного происхождения [Текст]/ И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко,

Л.М. Титова// Инновационные технологии АПК России – 2014: материалы II

конференции в рамках Международного научно-технологического форума

«Биоиндустрия – основа зеленой экономики, качества жизни и активного

долголетия». - М., 2014.- 84 с. С. 12–18.

11. Алексанян, И.Ю. Интенсификация процессов сушки продуктов

микробиологического синтеза Теория и практика сушки в диспергированном

состоянии [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко // Монография.

Germany, Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing GmbH&Co.KG, 2011.

– 273c. ISBN: 978-3-8433-1239-4

12. Алексанян, И.Ю. Интенсификация тепломассообмена при сушке

пектинового экстракта [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, О.А.

Петровичев // Сборник научных трудов СНЦ РАН «Проблемы

совершенствования топливно-энергетического комплекса». Вып. 4. Саратов:

Изд-во Сарат. ун-та, 2006. С. 169-173.

13. Алексанян, И.Ю. Интенсификация тепломассообмена при сушке продуктов

микробиологического синтеза на базе изучения статики, кинетики и

гидродинамики обезвоживания кормовых дрожжей в распыленном и

псевдоожиженном состоянии [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко //

Материалы IV Международной конференции «Повышение эффективности

теплообменных процессов и систем». Вологда: ВолГТУ, 2004. С. 109-113.

14. Алексанян, И.Ю. Математическое моделирование тепломассопереноса при

распылительной сушке растительных экстрактов [Текст] / И.Ю. Алексанян,

Ю.А. Максименко, Ю.С. Феклунова // Вестник АГТУ. Научный журнал.

Серия: УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И

ИНФОРМАТИКА. 2013. №1 (Февраль). Астрахань: АГТУ, 2013. С. 9 – 13.

15. Алексанян, И.Ю. Моделирование осциллирующих рациональных режимов

сушки [Текст] / И.Ю. Алексанян, С.В. Синяк, Ю.А. Максименко // Материалы

153

Международной научной конференции «Математические методы в технике и

технологиях». Казань: КГТУ, 2005. т. 9. С. 143-145.

16. Алексанян, И.Ю. Моделирование тепломассопереноса при распылительной

сушке пектинового экстракта [Текст] /И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко,

Э.П. Дяченко // Материалы I МНПК, посвященной 450-летию г. Астрахани.

«Биотехнологические процессы и продукты переработки биоресурсов водных

и наземных экосистем». 30 сентября – 3 октября 2008г. Астрахань: АГТУ,

2008. С. 242 – 245.

17. Алексанян, И.Ю. Развитие научных основ процессов высокоинтенсивной

сушки продуктов животного и растительного происхождения [Текст] :

автореф. дис. … доктора техн. наук : 05.18.12 / Алексанян Игорь Юрьевич.–

М.: МГУПБ, 2001. -52 с.

18. Алексанян, И.Ю. Распылительная сушилка [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А.

Максименко, О.Е. Губа, Ю.С. Феклунова// Научно-теоретический журнал.

Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК –

продукты здорового питания, №1(5). Воронеж, 2015. С. 61-66.

19. Алексанян, И.Ю. Распылительная сушка растительных экстрактов Теория.

Практика. Моделирование [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, О.А.

Петровичев // Монография. Germany, Saarbrucken: LAP Lambert Academic

Publishing GmbH&Co.KG, 2011. – 162c. ISBN: 978-3-8433-1272-1.

20. Алексанян, И.Ю. Совершенствование тепломассообменных процессов при

конвективной сушке растительного сырья в диспергированном состоянии

[Текст]/ И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, Ю.С. Феклунова// Научно-

теоретический журнал. Технологии пищевой и перерабатывающей

промышленности АПК – продукты здорового питания, №3. Воронеж, 2014. С.

48-53.

21. Алексанян, И.Ю. Совершенствование технологии пектиносодержащих

продуктов [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, С.В. Синяк// Научно-

практическая конференция «Российский пектин: история, настоящее,

перспективы». Воронеж: ВГАУ им. К.Д. Глинки, 2006. С. 59-61.

154

22. Алексанян, И.Ю. Совершенствование технологии сухих концентратов на

основе отходов спиртового производства [Текст] / Ю.А. Максименко, И.Ю.

Алексанян// Известия вузов. Пищевая технология. 2004. № 4. С. 59-62.

23. Алексанян, И.Ю. Термодинамика внутреннего массопереноса в полимерных

системах [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, В.Н. Лысова// Вестник

АГТУ. Научный журнал. Серия: Морская техника и технология. 2011. № 3

(декабрь). Астрахань: АГТУ, 2011. С. 57 – 60.

24. Алексанян, И.Ю. Физико-математическая модель процесса

комбинированной сушки продуктов в различном агрегатном состоянии и

численно-аналитический метод расчета эволюции полей температур,

давлений и определения коэффициентов потенциалопроводности и молярного

переноса пара с учетом динамики обезвоживания на основе аппроксимации

кривых кинетики сушки [Текст] / И.Ю. Алексанян // Труды второй

Международной научно-практической конференции «Современные

энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы)

СЭТТ-2005» :тез. докл.- М., 2005. Т.1. С. 175-179.

25. Алексанян, И.Ю. Экспериментальные и теоретические исследования

гидродинамики при сушке биополимерных продуктов в диспергированном

состоянии [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, Р.Н. Зарипов//

Вестник АГТУ. Научный журнал. Астрахань: АГТУ, 2006. № 2(31). С. 135-

137.

26. Алексанян, И.Ю. Энергосбережение при производстве пектиносодержащих

концентратов [Текст] /И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, А.В. Ревина//

Материалы I МНПК, посвященной 450-летию г. Астрахани.

«Биотехнологические процессы и продукты переработки биоресурсов водных

и наземных экосистем». 30 сентября – 3 октября 2008г. Астрахань: АГТУ,

2008. С. 240 – 242.

27. Алексанян, И.Ю. Энергосберегающие технологии пектиносодержащих

концентратов [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, Л.М. Титова, Е.Д.

Кромский //Вестник АГТУ. Научный журнал. Астрахань: АГТУ, 2008. № 2

(43). С. 208-210.

155

28. Атаназевич, В.И. Сушка пищевых продуктов: справ. пособие [Текст] / В.И.

Атаназевич // - М.: ДеЛи, 2000. - 296.: ил. - ISBN 5-93314-006-6.

29. Андреев, И. М. Функции вакуоли в клетках высших растений [Текст] / И.М.

Андреев // Физиология растений. 2001. Т. 48. № 5. С.777-787.

30. Антипов, С.Т. Установки для пофракционной сушки дисперсных материалов

[Текст] / С. Т. Антипов, А. В. Прибытков // Техника машиностроения. 2001. №

6. С. 97-101

31. Базарнова, Ю.Г. Научное обоснование и разработка технологий получения и

холодильного консервирования фитопрепаратов и пищевых продуктов с

биологически активными веществами дикорастущего сырья [Текст] :

диссертация ... доктора техн. наук : 05.18.07, 05.18.04 / Базарнова Юлия

Генриховна.- М. : СПбНИУ ИТМО, 2013. - 464 с.

32. Базаров, И.П. Термодинамика [Текст] / И.П. Базаров. -М.: Высшая школа,

1991. -376 с.

33. Бараш, Ю.С. Силы Ван-дер-Ваальса [Текст] / Ю.С. Бараш// М.: Наука, 1988. -

344с.

34. Брунауэр, С. Адсорбция газов и паров [Текст] В 2-х т. Т. 1. Физическая

адсорбция/ С. Брунауэр; пер. с англ. под ред. М.Н. Дубинина// М.: Госиздат

иностр. лит., 1948. -784 с.

35. Бурич, О. Сушка плодов и овощей [Текст] / О. Бурич, Ф. Берки // М.:

Пищевая промышленность, 1978. – 279с.

36. Быков, В.Г. Исследование целесообразности использования двухставочного

тарифа оплаты за электроэнергию при сушке овощей / В.Г. Быков, О.А.

Мелякова // Вестник Челябинского государственного агроинженерного

университета. Т.30. Челябинск, 2000. - С. 62-64.

37. Быков, В.Г. Продолжительность нагрева и охлаждения овощей в

конвективно-радиационной сушилке / В.Г. Быков, О.А. Мелякова // Вестник

Челябинского государственного агроинженерного университета. Т.ЗО.

Челябинск, 2000. - С.64-69.

38. Быков, В.Г. Теоретические предпосылки к расчету продолжительности

включения конвективно-радиационных сушилок овощей при повторно-

156

кратковременном режиме / В.Г. Быков, О.А. Мелякова //Аграрная наука на

рубеже веков. Т.2. Тюмень, 1999. - С. 145-146.

39. М42 Быков, И.П. Исследовательские лабораторные работы по физиологии

растений. Учебное пособие [Текст] / И.П. Быков // Улан-Удэ: Изд-во БГУ,

2001. - 166 с.

40. Варгафтик, Н. Б. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов

[Текст] / Н. Б. Варгафтик// М.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.

41. Варгафтик, Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и

жидкостей [Текст] / Н. Б. Варгафтик// - М.: Наука, 1972. - 720 с.

42. Вашукевич, Ю.Е. Климат, экология, сельское хозяйство Евразии: Сборник

статей международной научно-практической конференции, посвященной 75-

летию образования ИрГСХА / Ю.Е. Вашукевич, О.В. Бондаренко, Л.А.

Жукова, Я.М. Иваньо, Н.А. Никулина, В.И. Солодун, С.В. Швецова, Т.И.

Юшкевич // Иркутск: НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2009. – 846 с. ISBN 978-5-

98277-092-9.

43. Викторов, Д.П. Практикум по физиологии растений [Текст] / Д.П. Викторов //

Воронеж: ВГУ, 1991. – 160 с.

44. Воловик, П.Н. Инфракрасная сушилка для плодов и овощей [Текст] / П.Н.

Воловик, Б.И. Вербицкий, Ю.П. Луцик // Всесоюзная научно-техн. конф.

«Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и с.-х. сырья»:

тез. докл. // М., 1989. – С. 393-394.

45. Володина, С.Ю. Продукты переработки тыквы в технологии хлебобулочных

изделий функциональной направленности / С.Ю. Володина, Л.П. Пащенко,

Н.В. Вдовина, Г.И. Буравлева // Научный журнал «УПЕХИ

СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ» № 12. - Издательский Дом

«Академия Естествознания», 2006. С. 84-85. ISSN 1681-7494.

46. Вороненко, Б.А. Моделирование процесса радиационно-конвективной сушки

пищевых материалов / Б.А. Вороненко, С.Ф. Демидов, В.П. Иваненко, А.Г.

Крысин, В.В. Пеленко, И.И. Усманов // Научный журнал НИУ ИТМО, серия

«ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ» №2(24). -

Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский национальный исследовательский

157

университет информационных технологий, механики и оптики, 2015. С. 1-9.

ISSN 2310-1164.

47. Воскобойников, В.А. Сушеные овощи и фрукты [Текст] / В.А.

Воскобойников, В.Н. Гуляев, З.А. Кац // М.: Пищевая промышленность, 1980.

- 189с.

48. Вукалович, М. П. Таблицы термодинамических свойств воды и водяного

пара [Текст] / М. П. Вукалович.- 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1965. -

400 с.

49. Гавриленко, В.Ф. Избранные главы физиологии растений [Текст] / В.Ф.

Гавриленко, М.В. Гусев и др.// -М.: МГУ, 1986. -440 с.

50. Гамрекели, М.Н. Использование теории турбулентных струй для

прогнозирования аэродинамики распылительных камер и оптимизации

теплотехнологических процессов [Текст] / М.Н. Гамрекели // Тр. 1-й

международной научно-практ. конф. «Современные энергосберегающие

тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов». М.:

МТАУ им. В.П. Горячкина, 2002. Т.4. С.164-171.

51. Гамрекели, М.Н. Факторы ограничения и интенсификации

тепломассообмена в зоне активного испарения распылительных сушильных

камер [Текст] / М.Н. Гамрекели // Тр. 1-й международной научно-практ. конф.

«Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и

термовлажностная обработка материалов». М.: МТАУ им. В.П. Горячкина,

2002. Т.4. С. 172-176.

52. Гиббс, Дж.В. Термодинамика. Статистическая механика [Текст] / Дж.В.

Гиббс. -М.: Химия, 1982. 584 с.

53. Гинзбург, А.С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности [Текст] /

А.С. Гинзбург // М.: Пищевая промышленность, 1966. - 408 с.

54. Гинзбург, А.С. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов

[Текст] / А.С. Гинзбург, И.М. Савина// М.: Легкая и пищевая

промышленность, 1982. - 280 с.

55. Гинзбург, А.С. Основные аэродинамические и структурные характеристики

псевдоожиженного слоя зерна [Текст] / А.С. Гинзбург, В.А. Резчиков //

Инженерно-физический журнал. 1965. Т. 5, № 5. - 55 с.

158

56. Гинзбург, А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов [Текст] /

А.С. Гинзбург// М.: Пищевая промышленность, 1975. - 527 с.

57. Гинзбург, А.С. Теплофизические характеристики картофеля, овощей и

плодов [Текст] / А.С. Гинзбург, М.А. Громов. М.: Агропромиздат,1987. - 272

с.

58. Головачева, Т.В. Новые виды растительных пищевых добавок в рецептурах

специализированных продуктов питания [Текст] / Т.В. Головачева, А.А.

Запорожский, С.П. Запорожская // Современные достижения в исследовании

натуральных пищевых добавок: Сборник материалов международной научно-

технической Интернет - конференции, 17-18 октября 2014 г.- Краснодар: Изд.

КубГТУ, 2014. С. 130-133.

59. Гришин, А.М. Тезисы доклада 2-ой Всесоюзной конф. «Проблемы индустрии

общественного питания страны» / Текст. // А.М. Гришин, М.И. Погожин. –

Харьков, 1989. – С. 592-593.

60. Гришин, М. А. Сушка пищевых растительных материалов [Текст] / М.А.

Гришин, Я. М. Гольденберг, В. К. Коссек. – М.: Пищ. пром - сть, 1971. – 438с.

61. Губа, О.Е. Разработка рациональных способов конвективной сушки для

жидких продуктов [Текст] / О.Е. Губа, Ю.А. Максименко, С.А Терешонков //

Журнал. Пищевая промышленность. № 10. Москва: Изд-во «Пищевая

промышленность», 2010 г. С. 24 – 25.

62. Гутер, Р.С. Элементы численного анализа и математической обработки

результатов опыта [Текст] / Р.С. Гутер, Б.В. Овчинский. – 2-е изд., перераб.//

М.: Наука, 1970. – 428 с.

63. Гухман, А.А. Введение в теорию подобия [Текст] / А.А. Гухман// М.: Высшая

школа, 1973. – 295 с.

64. Гухман, А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло-

и массообмена [Текст] / А.А. Гухман// М.: Высшая школа, 1974. – 328 с.

65. Демьянов, В.Д. Научное обоснование и разработка способов СВЧ-

конвективной сушки фруктов [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук:

05.18.12. Воронеж: ВГУИТ, 2015. -19 с.

66. Дитякин, Ю.Ф. Распыливание жидкостей [Текст] / Ю.Ф. Дитякин и др. // М.:

Машиностроение, 1977. -208с.

159

67. Долматова, И.А. Разработка технологии производства макаронных изделий,

обогащенных растительными / И.А. Долматова, Т.Н. Зайцева, Г.Д. Иванова //

Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы

72-й международной научно-технической конференции / под ред. В.М.

Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И.

Носова, 2014. Т.1. С. 229-233.

68. Донченко, Л.В. Производство пектина [Текст] / Л.В. Донченко, Н.С.

Карпович, Е.Г. Симхович // Кишинев, 1994.-182с.

69. Ермаков, И.П.Физиология растений: учеб. для вузов [Текст] / под ред. И. П.

Ермакова . 2-е изд., испр. - М. : Академия, 2007. -640 с. ISBN 978-5-7695-3688-

5.

70. Ермолаев, В.В. Зависимость скорости сушки препарата «Бифидумбактерин»

в обобщенных координатах от влияющих факторов при инфракрасном (ИК)

энергоподводе [Текст]/В.В. Ермолаев, А.Х-Х. Нугманов, Ю.А. Максименко //

Известия вузов. Пищевая технология. 2009. № 1. С. 122-123.

71. 3айко, Г.М. Получение и применение пектина для лечебных и

профилактических целей [Текст] / Г.М. 3айко // - Краснодар: Изд-во КубГТУ,

1997. -138с.

72. Зайко, Г.М. Технология пектина и пектиносодержащих продуктов [Текст] /

Г.М. 3айко // Труды Кубанского государственного технологического

университета. Том 1. - Краснодар, 1998. - С. 84-92.

73. Иванова, Л. А. Пищевая биотехнология [Текст]. В 2 кн. Кн. 2. Переработка

растительного сырья / Л. А. Иванова, Л. И. Войно, И. С. Иванова. - М.:

КолосС, 2008. -472 с.

74. Ильина, И.А. Научные основы технологии модифицированных пектинов

[Текст] / И.А. Ильина // – Краснодар, 2001. – 312 с.

75. Ильясов, С.Г. Тепломассообмен / С.Г. Ильясов, В.В. Красников // ММФ.

Минск: ИТМО, 1988. С. 52-54.

76. Ильясов, С.Г. Физические основы инфракрасного облучения пищевых

продуктов [Текст] / С.Г. Ильясов, В.В. Красников // М.: Пищевая

промышленность, 1978. 359 с.

160

77. Кабалдин, Г.С. Модернизация распылительных и барабанных сушильных

установок: производственно-практическое издание [Текст] / Г.С. Кабалдин//

М.: Энергоатомиздат, 1991. -112 с.

78. Казанский, В. М. О влиянии непостоянства тепло – массообменных

коэффициентов на точность дифференциальных уравнений тепло -

массопереноса в дисперсных средах [Текст] / Т. Л. Кавецкая, П. П. Луцик //

Тепло - и массо – перенос. Киев: Наукова думка, 1968. Т.6. 4.1. С. 116-120.

79. Каплан, И. Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий [Текст]/

И.Г. Каплан// -М.: Наука, 1982. -312с.

80. Касьянов, Г.И. Применение пряно-ароматических и лекарственных растений

в пищевой промышленности [Текст] / Г.И. Касьянов, И.Е. Кизим, М.А.

Холодцов // «Пищевая промышленность» №5, 2000. С. 33–35.

81. Кафаров, В.В. Системный анализ процессов химической технологии.

Процессы измельчения и смешения сыпучих материалов [Текст] / В.В,

Кафаров, И.Н. Дорохов, С.Ю. Арутюнов// -М.: Наука, 1985. -440 с.

82. Кац, З.А. Новые методы сушки овощей и фруктов [Текст] / З.А. Кац // – М.:

ЦНТИИТЭИпищепром, 1975. – 54с.

83. Кац, З.А. Производство сушеных овощей, картофеля и фруктов. – 2-е издание,

переработанное и дополненное [Текст] / З.А. Кац // - М.: Легкая и пищевая

промышленность, 1984. – 216с.

84. Кац, З.А. Сушка пищевых продуктов в виброкипящем слое [Текст] / З.А. Кац,

А.П. Рысин// М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1972. -44 с.

85. Кей, Р.Б. Введение в технологию промышленной сушки: пер. с англ. / Р. Б.

Кей. – Мн.: Наука и техника, 1983. – 262 с.

86. Клямкин, Н.К. ИК-сушка – перспектива развития сушильной отрасли / Н.К.

Клямкин // Техн. и оборуд. для села, 1999. С. 20-21.

87. Коломникова, Я.П. Использование кондитерских смесей и фитодобавок для

совершенствования рецептуры бисквита / Я.П. Коломникова., С.В. Кистинева

// Инновации в индустрии питания и сервисе: Электронный сборник

материалов I Международной научно-практической конференции. –

Краснодар: Изд. КубГТУ, 2014. С. 34-37.

161

88. Корягин, А.А. Новая сушильная техника / А.А. Корягин, В.Я. Филин // М.:

ЦИНТИхимнефтемаш, 1983. 38 с.

89. Краснов, В.А. Зонд для определения коэффициента теплопроводности

сыпучих материалов [Текст] / В.А. Краснов, Н.А. Подледнева, Ю.А.

Максименко// Вестник АГТУ. Научный журнал. 2012. № 1(53). Астрахань:

АГТУ, 2012. С. 34 – 36.

90. Краснов, В.А. Установка для определения коэффициента теплопроводности

жидкостей [Текст] / В.А. Краснов // Геология, добыча, переработка и экология

нефтяных и газовых месторождений. Научные труды Астраханьнипигаз.

Астрахань: ИПЦ «Факел» ООО «Астраханьгазпром», 2001. С.254-256.

91. Кузеванов, В.Я. Общие принципы выделения вакуолей и вакуолярных

мембран. Структура и функции биологических мембран растений [Текст] /

В.Я. Кузеванов, Б.Б. Катков, Р.К. Саляев. Под ред. Саляева Р.К., Войникова

В.К. // Новосибирск: Наука, 1985. С. 93–107.

92. Куц, П.С. Обобщенное уравнение кинетики процесса конвективной сушки

влажных материалов [Текст] / П.С. Куц, В.Я. Шкляр, А.И. Ольшанский //

Инженерно-физический журнал. 1987. Т. 53, № 1. С. 90-96.

93. Куцакова, В.Е. Интенсификация тепло- и массообмена при сушке пищевых

продуктов [Текст] / В.Е. Куцакова, А.Н. Богатырев// М:. Агропромиздат, 1987.

-236с.

94. Куцакова, В.Е. Динамика омывания частиц в вихревом слое [Текст] / В.Е.

Куцакова, Л.И. Логинов, С.Ф. Демидов // ЖПХ. – 1979. - Т. 52, № 11. С. 2519 -

2524.

95. Ланкевич, С.В. Особенности распределения осмотически активных

компонентов в растительных тканях [Текст] : диссертация ... кандидата биол.

наук : 03.00.12/ Ланкевич Светлана Владимировна. Иркутск, 2005. -133 c.

6106-3/218

96. Лебедев, П.Д. Высокотемпературная сушка материалов под действием

внутреннего градиента давлений пара [Текст] / П.Д. Лебедев // Труды МЭИ.

1958. вып.30. С. 169-178.

97. Лебедев, П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок [Текст] / П.Д.

Лебедев // М.-Л. Госэнергоиздат, 1963. -320 с.

162

98. Лебедев, С.И. Физиология растений [Текст] /С.И. Лебедев// -М.: Колос, 1988.

– 544 с.

99. Либберт, Э. Физиология растений [Текст] /Э. Либберт//. -М.: Мир, 1976. -581

с.

100. Лыков, А.В. Сушка в химической промышленности [Текст] / А.В.

Лыков// М.: Химия, 1970. - 499 с.

101. Лыков, А.В. Теория сушки [Текст] / А.В. Лыков// М.: Энергия, 1968. -

471 с.

102. Лыков, А.В. Тепло- и массообмен в процессах сушки [Текст] / А.В.

Лыков// М.: Гостоптехиздат, 1956. - 464 с.

103. Лыков, А.В. Тепломассобмен [Текст] / А.В. Лыков// М.: Энергия, 1978.

- 478 с.

104. Лысова, В.Н. Особенности осциллирующего энергоподвода в

технологии размораживания гидробионтов [Текст] / В.Н. Лысова, Ю.А.

Максименко, И.Ю. Алексанян, Н.В. Дульгер // Вестник АГТУ. Научный

журнал. Серия: Морская техника и технология. 2011. № 3 (декабрь).

Астрахань: АГТУ, 2011. С. 131 – 135.

105. Магомедов, Г.О. Структурообразование кондитерских дисперсных

систем на основе пищевых порошков [Текст] / Г.О. Магомедов. Воронеж :

Изд- во Воронеж. гос. технол. акад., 2001. -204 с.

106. Максименко, Ю.А. Автоматизация технологических процессов при

переработке сырья растительного происхождения [Текст]/ Ю.А. Максименко,

Э.П. Дяченко, Ю.С. Феклунова, Э.Р. Теличкина // Вестник АГТУ. Научный

журнал. Серия: УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И

ИНФОРМАТИКА. №3 (Июль). Астрахань: АГТУ, 2014. С. 21 – 29.

107. Максименко, Ю.А. Анализ влияния основных факторов на

эффективность процесса сушки сырья растительного происхождения [Текст]/

Ю.А. Максименко, Ю.С. Феклунова, Э.Р. Теличкина // Вестник АГТУ.

Научный журнал. №2 (58) ноябрь. Астрахань: АГТУ, 2014. С. 97–101.

108. Максименко, Ю.А. Гигроскопические характеристики и

термодинамика взаимодействия пектина и воды [Текст] / Ю.А. Максименко,

О.А. Петровичев, Р.А. Максименко // Вестник АГТУ. 2007. № 2. С. 185-188.

163

109. Максименко, Ю.А. Кинетика сушки кормовых продуктов

растительного происхождения [Текст] / Ю.А. Максименко, С.В. Синяк //

Вестник АГТУ. 2005. № 2(25). С. 267 – 271.

110. Максименко, Ю.А. Механизм внутреннего тепломассопереноса на

основе экспериментально-аналитического изучения аномальной кинетики

обезвоживания для продуктов животного и растительного происхождения

[Текст] / Ю.А. Максименко, С.В. Синяк, Р.А. Хайбулов // Труды Второй

Международной научно-практической конференции «Современные

энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы)». М.:

МЭИ, 2005. Т. 1. С. 301-303.

111. Максименко, Ю.А. Механизм и аномальные термодинамические

особенности статического взаимодействия пищевых продуктов с водой

[Текст] / Ю.А. Максименко, С.В. Синяк, Р.А. Хайбулов // Труды Второй

Международной научно-практической конференции «Современные

энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы)». М.:

МЭИ, 2005. Т. 2. С. 110-113.

112. Максименко, Ю.А. Моделирование и совершенствование

тепломассообменных процессов при конвективной сушке растительного

сырья в диспергированном состоянии [Текст] / Ю.А. Максименко // Вестник

АГТУ. Научный журнал. Серия: УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ

ТЕХНИКА И ИНФОРМАТИКА. 2013. №2 (Август). Астрахань: АГТУ, 2013.

С. 19 – 24.

113. Максименко, Ю.А. Расчет температурных полей реализации модели

тепломассопереноса при распылительной сушке пектинового экстракта

[Текст] / Ю.А. Максименко, А.Н. Степанович, Э.П. Дяченко // Вестник АГТУ

2008. №2(43). С. 202–205.

114. Максименко, Ю.А. Совершенствование тепломассообменных

процессов при сушке кормовых дрожжей в диспергированном состоянии

[Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 01.04.14. Астрахань: Изд-во АГТУ,

2005. -21 с.

115. Максименко, Ю.А. Сушильная установка для получения порошков из

жидких продуктов [Текст] / Ю.А.Максименко, Н.А. Подледнева, О.Е. Губа //

164

Вестник АГТУ. Научный журнал. 2011. № 2(52). Астрахань: АГТУ, 2011. С.

41 – 44.

116. Максименко, Ю.А. Термодинамика внутреннего массопереноса при

взаимодействии плодоовощных продуктов с водой [Текст] / Ю.А.

Максименко // Вестник АГТУ. Научный журнал. 2012. № 1(53). Астрахань:

АГТУ, 2012. С. 41 – 45.

117. Максименко, Ю.А. Термодинамика внутреннего массопереноса при

взаимодействии продуктов микробиологического синтеза с водой [Текст] /

Ю.А. Максименко, Р.А. Хайбулов, Г.У. Азизова// Материалы II

Всероссийской научно - технической конференции – выставке с

международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии,

методы и средства для их реализации». М.: МГУПП, 2004. С. 71-76.

118. Медведев, С.С. Физиология растений [Текст] / С.С. Медведев// СПб.:

Изд-во Санкт- Петербургского ун- та, 2004. -336 с.

119. Мелякова, О.A. Способы сушки / О.А. Мелякова, Н.Г. Коровин //

Аграрная наука на рубеже веков. Т.1. Тюмень, 1999. - С.96-97.

120. Меркулова, Н.Ю. Применение порошков из растительного сырья в

производстве пищевых концентратов [Текст] / Н.Ю. Меркулова, Н.Б.

Осипова, О.В. Чугунова // Материалы 3-ей Между народной научно-

практической конференции «Продовольственный рынок и проблемы

здорового питания». Орел, 2000. С. 84-85.

121. Моик, И.Б. Термо- и влагометрия пищевых продуктов [Текст] / И.Б.

Моик, Н.А. Рогов, А.В. Горбунов; под ред. И.А. Рогова. – М.: Агропромиздат,

1988. - 304 с.

122. Моторин, В.А. Разработка и обоснование параметров технологии и

технических средств посева проращенных семян тыквы [Текст] : автореферат

дис. ... кандидата техн. наук : 05.20.01 / Моторин, Вадим Андреевич.-

Волгоград, 2013. - 189 с.

123. Мустафаева, К.К. Совершенствование технологии переработки плодов

облепихи, произрастающей в Республике Дагестан, с использованием

инновационных технологических приемов [Текст] : автореферат дис. ...

165

кандидата техн. наук : 05.18.01 / Мустафаева Каният Камаловна.- М. :

КубГТУ, 2013. - 24 с.

124. Мустафина, А.С. Маркетинговое исследование рынка продуктов,

содержащих экстракты и концентраты плодово-ягодного сырья / А.С.

Мустафина, И.А. Бакин // Ползуновский вестник. − 2013. – №4/4. - С.66-71.

125. Нелина, В.В. Физико-химические свойства пектиновых веществ.

Разработка и совершенствование технологий пектина и пектинопродуктов

[Текст] / В.В. Нелина // - Краснодар, 1996. - 90 с.

126. Никитина, Л.М. Термодинамические параметры и коэффициенты

массопереноса во влажных материалах [Текст] / Л.М. Никитина // М.:

Энергия, 1968. - 500 с.

127. Нугманов, А.Х-Х. Разработка рациональных режимов процесса варки

пищевой смеси для его автоматизации с элементами анализа сложных

физико-химических систем [Текст]/ А.Х-Х. Нугманов, В.В. Ермолаев, П.Н.

Ларин, Ю.А. Максименко// Известия вузов. Пищевая технология.

Издательство «Кубанский государственный технологический университет»,

2010. № 2-3. С. 70-73. ISSN: 0579-3009.

128. Остриков, А.Н. Энергосберегающие технологии и оборудование для

сушки пищевого сырья [Текст] / А.Н. Остриков, И.Т. Кретов, А.А. Шевцов //

Воронеж: Воронежская государственная технологическая академия, 1998. -

344 с.

129. Пажи, Д.Г. Основы техники распыливания жидкостей [Текст] / Д.Г.

Пажи, В.С. Галустов // М.: Химия, 1984. -254 с.

130. Пажи, Д.Г. Распыливающие устройства в химической

промышленности [Текст] / Д.Г. Пажи и др. // М., Химия, 1975. -200 с.

131. Пажи, Д.Г. Распылители жидкости [Текст] / Д.Г. Пажи, В.С. Галустов //

М.: Химия, 1979. -216 с.

132. Пажи, Д.Г. Форсунки в химической промышленности [Текст] / Д.Г.

Пажи и др. // М., Химия, 1971. -224 с.

133. Панфилов, В. А. Научные основы развития технологических линий

пищевых производств [Текст] / В. А. Панфилов. - М.: Агронромиздат, 1986. -

254 с.

166

134. Панфилов, В. А. Системология пищевых производств - новое

направление в научном обеспечении АПК [Текст] / В. А. Панфилов // Тезисы

докладов 2-й междунар. науч. конф. «Управление свойствами зерна в

технологии муки, крупы и комбикормов». МГУПП. - М., 2000. С. 132 - 133.

135. Панфилов, В.А. Технологические линии пищевых производств. Теория

технологического потока [Текст] / В.А. Панфилов // М.: Колос, 1993. -286 с.

136. Пат. 2034489 РФ, МПК A23B7/02, F26B3/30. Радиационная сушилка

для растительных пищевых продуктов [Текст] / Н.А. Кашин, В.Н. Хорн, Д.Н.

Кашин, Н.И. Посредников, А.Н. Юшков; Патентообладатель: Малое

государственное предприятие «Феруза».- 93049279/13; заявл. 28.10.1993;

опубл. 10.05.1995.

137. Пат. 2041636 РФ, МПК A23B7/02. Устройство для сушки пищевых

продуктов [Текст] / М.Е. Чернов, И.Б. Абдуллин, А. Пикколи, В.П. Кочнев,

В.Г Звонов; Патентообладатели: М.Е. Чернов, И.Б. Абдуллин, А. Пикколи,

В.П. Кочнев, В.Г Звонов.- 94011789/13; заявл. 31.03.1994; опубл. 20.08.1995.

138. Пат. 2051588 РФ, МПК A23B7/02. Устройство для сушки плодов и

ягод [Текст] / Б.А. Музыченко, Э.С. Гореньков, А.Н. Шевцов, А.Д. Еремин;

Патентообладатель: Научно-производственное объединение «Виноград».-

5037377/13; заявл. 10.02.1992; опубл. 10.01.1996.

139. Пат. 2078522 РФ, МПК A23N12/08, A23B7/02. Универсальная

сушильная установка комбинированного действия [Текст] / В.Н. Громыко,

В.А. Ашмарин; Патентообладатели: В.Н. Громыко, В.А. Ашмарин.-

93045184/13; заявл. 14.09.1993; опубл. 10.05.1997.

140. Пат. 2115323 РФ, МПК A23B7/02. Многоярусная сушильная камера

[Текст] / М.В. Агеев, С.В. Попов, Н.Е. Лазуткин, А.В. Смирнов, Г.И. Крюков;

Патентообладатель: Государственное научно-производственное предприятие

«Прибор».- 96124402/13; заявл. 25.12.1996; опубл. 20.07.1998.

141. Пат. 2282119 РФ, МПК F26B15/08 (2006.01). Комплексная сушильная

установка [Текст] / И.Ю. Алексанян, В.В. Давидюк; Патентообладатель:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования Астраханский государственный технический

167

университет (ФГОУ ВПО АГТУ).- 2004138034/06; заявл. 24.12.2004; опубл.

20.08.2006, Бюл. №23.

142. Пат. 2352880 РФ, МПК F26B3/30 (2006.01). Сушилка инфракрасная

[Текст] / С.К. Волончук; Патентообладатель: Государственное Научное

Учреждение Сибирский Научно-Исследовательский и Проектно-

Технологический институт переработки сельскохозяйственной продукции.-

2007114874/06; заявл. 19.04.2007; опубл. 20.04.2009, Бюл. №11.

143. Пат. 2493515 РФ, МПК F26B15/26 (2006.01), F26B3/347 (2006.01).

Комбинированная СВЧ-конвективная сушилка [Текст] / А.Н. Остриков, Р.В.

Дорохин; Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Воронежский государственный университет инженерных технологий»

(«ВГУИТ»).- 2012108886/06; заявл. 07.03.2012; опубл. 20.09.2013, Бюл. №26.

144. Пат. 2503240 РФ, МПК A23B7/02 (2006.01). Технологическая линия

для производства сушеных ягод и порошка из них [Текст] / Д.А. Казарцев,

С.Т. Антипов, А.В. Журавлев, С.А. Виниченко; Патентообладатель:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Воронежский государственный

университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВПО «ВГУИТ»).-

2012140921/13; заявл. 25.09.2012; опубл. 10.01.2014, Бюл. №1.

145. Пат. 2542527 РФ, МПК A23L1/20 (2006.01), A23N12/08 (2006.01).

Установка для ИК-термообработки семян бахчевых культур [Текст] / В.В.

Деревенко; Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кубанский государственный технологический университет» (ФГБОУВПО

«КубГТУ»).- 2014102808/13; заявл. 28.01.2014; опубл. 20.02.2015, Бюл. №5.

146. Пат. 2548230 РФ, МПК F26B17/10 (2006.01), F26B5/04 (2006.01).

Энергосберегающая двухступенчатая сушильная установка для растительных

материалов [Текст] / Ю.В. Родионов, Д.В, Никитин, А.С. Зорин, А.В.

Щегольков, В.М. Дмитриев, Е.П. Ларионова; Патентообладатели:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Тамбовский государственный

168

технический университет» (ФГБОУ ВПО ТГТУ), Общество с ограниченной

ответственностью «Новые агрегаты вакуумной сушки» (ООО «Навакс»).-

2013111266/06; заявл. 12.03.2013; опубл. 20.04.2015, Бюл. №11.

147. Перфилова, О.В. Мучные кондитерские изделия с фруктовыми и

овощными добавками [Текст] / О.В. Перфилова // Материалы 61-ой научно-

практической конференции студентов и аспирантов. - Мичуринск-наукоград

РФ. - 2009. - С. 8587.

148. Перфилова, О.В. Перспективные направления в производстве

плодоовощных порошков [Текст] / О.В. Перфилова // Глобальный научный

потенциал: сб. материалов 3-й Международной научно-практической

конференции. - Тамбов. -2007.-С. 153-154.

149. Перфилова, О.В. Применение порошкообразных полуфабрикатов в

производстве мучных кондитерских изделий, обогащенных пищевыми

волокнами и биологически активными веществами [Текст] / О.В Перфилова //

Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В.И. Вернадского: сб.

материалов 3-й Международной научно-практической конференции. -

Тамбов. - 2008. - С. 333-336.

150. Перфилова, О.В. Разработка технологии производства фруктовых и

овощных порошков для применения их в изготовлении функциональных

мучных кондитерских изделий. Автореферат диссертации на соискание

ученой степени кандидата технических наук. - М.: ГОУ ВПО МГУТУ, 2009.-

26с.

151. Перфилова, О.В. Разработка технологии производства фруктовых и

овощных порошков для применения их в изготовлении функциональных

мучных кондитерских изделий [Текст] : диссертация ... кандидата техн. наук :

05.18.01 / Перфилова Ольга Викторовна.- М. : Мичуринск-наукоград, 2009. -

281 c.

152. Перфилова, О.В. Фруктовые и овощные порошки из выжимок в

кондитерском производстве [Текст] / О.В. Перфилова, Б.А. Баранов, Ю.Г.

Скрипников // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - № 9. - С. 52-54.

153. Петровичев, О.А. Выбор рациональных режимных параметров сушки

пектинового экстракта [Текст] / О.А. Петровичев, И.Ю. Алексанян, Р.А.

169

Хайбулов // Научно-практическая конференция «Российский пектин: история,

настоящее, перспективы». Воронеж: ВГАУ им. К.Д. Глинки, 2006. С. 61-64.

154. Петровичев, О.А. Исследование кинетики распылительной сушки

пектинового экстракта [Текст] / О.А. Петровичев, И.Ю. Алексанян // Вестник

АГТУ. 2006. № 6. С. 154-158.

155. Петровичев, О.А. Исследование тепломассообменных и

гидромеханических процессов при распылительной сушке пектинового

экстракта [Текст]: диссертация ... кандидата техн. наук : 01.04.14 / Петровичев

Олег Александрович. Астрахань, 2007. -172 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/5462.

156. Петровичев, О.А. Критериальное уравнение процесса акустического

распыления жидких и пастообразных пищевых продуктов [Текст]/ О.А.

Петровичев, Ю.А. Максименко, С.В. Синяк, Л.Х.-А. Саипова// Вестник АГТУ.

Научный журнал. №2 (58) ноябрь. Астрахань: АГТУ, 2014. С. 102–105.

157. Плановский, А.Н. Сушка дисперсных материалов в химической

промышленности [Текст] / А.Н. Плановский, В.И. Муштаев, В.М. Ульянов. -

М.: Химия, 1979. - 288 с.

158. Полевой, В.В. Физиология растений [Текст] / В. В. Полевой. -М.,

Высшая школа, 1989. -464 с.

159. Полевой, В.В. Физиология растений: учебник для биол. спец. вузов

[Текст] / В. В. Полевой. - М. : Высш. шк., 1989. - 464 с.

160. Попов, А.А. Влияние условий выращивания, способов переработки и

хранения на качество различных сортов тыквы [Текст] : Дис. ... канд. техн.

наук : 05.18.15 : Санкт-Петербур, 2004, 194 c.

161. Попова, С.Б. Совершенствование процесса сушки тыквы в технологии

плодовоовощных концентратов [Текст] : Дис. ... канд. техн. наук : 05.18.12 :

Астрахань, 2004, 220 c. РГБ ОД, 61:04-5/1574.

162. Просеков, А.Ю. Пищевые продукты и здоровье человека: материалы

IV Всероссийской конференции с международным участием студентов,

аспирантов и молодых ученых / отв. ред. А.Ю. Просеков // Кемерово, 2011. –

554 с. ISBN 978-5-89289-652-8.

170

163. Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах.

Коллоидная химия [Текст] / П.А. Ребиндер// Избранные труды. М: Наука,

1978. -368 с.

164. Ребиндер, П.А. Труды всесоюзного научно-технического совещания по

интенсификации процессов и улучшению качества материалов при сушке

[Текст] / П.А. Ребиндер. -М.: Профиздат, 1958. С. 127-134.

165. Ривкин, С.Л. Теплофизические свойства воды и водяного пара [Текст]

/ С.Л. Ривкин, А.А. Александров. -М.: Энергия, 1980. - 424 с.

166. Рогов, И.А. Сверхвысокочастотный и инфракрасный нагрев пищевых

продуктов [Текст] / И.А. Рогов, С.В. Некрутман. -М.: Пищевая

промышленность, 1976. - 212 с.

167. Рогов, И.А. Электрофизические, оптические и акустические

характеристики пищевых продуктов [Текст] / И.А. Рогов, В.Я. Авраменко,

С.В. Некрутман, С.Г. Ильясов и др. // М.: Легкая и пищевая промышленность,

1981. 288 с.

168. Романков, П.Г. Сушка во взвешенном состоянии [Текст] / П. Г.

Романков, H. Б. Рашковская.– изд. 3-е, перераб. и доп. -Л.: Химия, 1979. – 272

с.- (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии).

169. Руднев, С.Д. Инстант-продукты с использованием селективно

измельченного растительного сырья [Текст] / С.Д. Руднев, А.М. Попов, Е.Е.

Петушкова // Известия вузов. Пищевая технология, №4, 2009. С. 56-58.

170. Руднев, С.Д. Интенсификация и повышение качества селективной

дезинтеграции адгезионным разупрочнением растительной ткани [Текст] /

С.Д. Руднев, Е.Ф. Вайман, А.И. Яремчук // Техника и технология пищевых

производств. 2010. № 2. С. 50 - 55.

171. Руднев, С.Д. Селективная дезинтеграция растительного сырья:

монография [Текст] / С.Д. Руднев// Кемерово: КемТИПП, 2010. -294 с.

172. Руднев, С.Д. Теоретическая оценка энергии связи в биологических

структурах [Текст] / С.Д. Руднев // Техника и технология пищевых

производств. 2010. № 2. С. 56 - 59.

171

173. Руднев, С.Д. Термодинамический подход к определению прочности

взаимодействия биологических дисперсных структур [Текст] / С.Д. Руднев,

О.С. Карнадуд // Хранение и переработка сельхозсырья. 2009. №4. С.12-15.

174. Руднев, С.Д. Установка селективного виброизмельчения с

пневморазделением [Текст] / С.Д. Руднев, А.М. Попов, Д.В. Клеников //

Известия вузов. Пищевая технология, №5-6, 2009. С. 72-73.

175. Рудобашта, С.П. Зональный метод расчета кинетики процесса сушки

[Текст] / С.П. Рудобашта, Э.Н. Очнев, А.Н. Плановский // Теоретические

основы хим. технологии. 1975. Т. 9, № 2. С. 185-192.

176. Рудобашта, С.П. Исследование кинетики процесса конвективной

сушки с учетом массопроводности [Текст]: дисс. … канд. техн. наук / Степан

Павлович Рудобашта. -М.: МИХМ, 1967. - 136 с.

177. Рудобашта, С.П. Математическое моделирование процесса сушки

дисперсных материалов [Текст] / С.П. Рудобашта // Известия Академии наук.

Энергетика. 2000. № 4. С. 98-109.

178. Рудобашта, С.П. Фундаментальные исследования тепломассообмена

при сушке [Текст] / С.П. Рудобашта // Труды второй Международной научно-

практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые

технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005»: тез. докл. - М., 2005.

Т.2. С. 7-17.

179. Румянцев, В.А. Использование растительных порошков в производстве

пищевых концентратов [Текст] /В.А. Румянцев, Н.Б. Осипова, О.В. Чугунова

// Материалы международной научно-практической конференции

«Ресурсосберегающие технологии пищевых производств». С.Петербург, 1998.

- С. 181.

180. Рущиц, А.А. Повышение пищевой ценности мучных блюд с

использованием растительного сырья [Текст] / Рущиц А.А. // Вестник

ЮУрГУ. Научный журнал. Серия: ПИЩЕВЫЕ И БИОТЕХНОЛОГИИ. 2013.

Т. 1. № 2. С. 10-13.

181. Сажин, Б.С. Аппараты с активными гидродинамическими режимами

для сушки дисперсных волокнообразующих полимеров [Текст] / Б.С. Сажин.

– М.: изд. МТИ, 1987. -43 с.

172

182. Сажин, Б.С. Основы техники сушки [Текст] / Б.С. Сажин. - М.: Химия,

1984. – 320 с.

183. Сажин Б.С., Чунило Е.А. Типовые сушилки со взвешенным слоем

материала. Обзорная информация. Сер. ХМ-1. М.: ЦИНТИХимнефтемаш,

1975. – 70 с.

184. Саляев, Р.К. Поглощение веществ растительной клеткой [Текст] / Р.К.

Саляев // -М.: Наука, 1969. - 205с.

185. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

№ 2012612781, Россия. Прогнозирование и выбор рациональных

осциллирующих режимов в процессе сушки [Текст]/ И.Ю. Алексанян, Ю.А.

Максименко, Л.М. Титова, А.В. Синельщиков. Заявл. 30.01.2012, зарег.

20.03.2012.

186. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

№ 2014613311, Россия. Расчет гигроскопических и термодинамических

характеристик при взаимодействии продуктов растительного происхождения

с водяным паром [Текст]/ И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, Л.М. Титова,

А.В. Синельщиков, Ю.С. Феклунова, Э.Р. Карнеева. Заявлено 13.02.2014,

зарег. 25.03.2014

187. Семенов, Г.В. Тепломассообмен в процессах низкотемпературного

вакуумного обезвоживания термолабильных материалов и его аппаратурное

оформление [Текст]: дис. ... доктора техн. наук : 05.18.12 / Семенов Геннадий

Вячеславович. Москва, 2003. -484c.

188. Сенченко, Л.К. Экологическая оценка порошков из растительного

сырья и продуктов, полученных на их основе [Текст] / Л.К. Сенченко, Н.Б.

Осипова, О.В. Чугунова // Материалы 2-ой между народной научно-

практической конференции «Продовольственный рынок и проблемы

здорового питания». Орел: ОГТУ, 1999. - 161с.

189. Скрипников, Ю.Г. Технология выращивания, хранения и переработки

тыквы [Текст] / Ю.Г. Скрипников, В.Ф. Винницкая. Мичуринск : Изд-во Мич.

гос. агр. ун-та, 2002. -20 с.

190. Скрипников, Ю.Г. Все о тыкве/ Ю.Г. Скрипников // Альманах «Сад и

огород» – М.: Колос, 1993. – №7 – С. 23-26.

173

191. Скурихин, И.М. Химический состав пищевых продуктов: справочник /

И.М. Скурихин. – М.: ДеЛи принт, 2002. – 236 с.

192. Степанович, А.Н. Термодинамика внутреннего влагопереноса при

сушке пектинового экстракта на основе изучения активности воды [Текст] /

А.Н. Степанович, И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко // Материалы

Международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и

пищевые продукты». Москва, 2008. – 333с.

193. Судакова, Н.В. Возможность использования растительных экстрактов

для обогащения пищевых продуктов [Текст] / Судакова Н.В., Оботурова

Н.П.// Международная научно-практическая конференция, посвященная

памяти Василия Матвеевича Горбатова. 2013. № 1. С. 156-159.

194. Тенешев, Е.И. Исследование факторов, формирующих качество и

функциональную направленность специализированных продуктов на примере

биологически активных добавок [Текст] : диссертация ... кандидата техн. наук

: 05.18.15 / Тенешев Евгений Игоревич.- М. : КемТИПП, 2013. - 171 с.

195. Титова, Л.М. Влияние основных факторов на интенсивность процесса

сушки пищевых волокон [Текст] / Л.М. Титова, Ю.А. Максименко, А.В.

Ревина// Вестник АГТУ. Научный журнал. Астрахань: АГТУ, 2007. № 6 (41).

С. 132-133.

196. Титова, Л.М. Разработка и научное обоснование способа сушки

пищевых волокон [Текст] : диссертация ... кандидата технических наук :

05.18.12 / Титова Любовь Михайловна; [Место защиты: Воронеж. гос. технол.

акад.]. Астрахань, 2009. -177 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2569.

197. Титова, Л.М. Сорбционно-структурные характеристики

пектиносодержащей клетчатки [Текст] / Л.М. Титова, Ю.А. Максименко//

Материалы I МНПК, посвященной 450-летию г. Астрахани.

«Биотехнологические процессы и продукты переработки биоресурсов водных

и наземных экосистем». Астрахань: АГТУ, 2008. С. 246 – 249

198. Филоненко, Г.К. Сушка пищевых растительных материалов [Текст] /

Г.К. Филоненко и др. – М.: Пищевая промышленность, 1971. – 439 с.

199. Хайбулов, Р.А. Исследование теплофизических и массовлагообменных

параметров вакуумной пеносушки экстракта корня солодки при

174

инфракрасном энергоподводе [Текст] : диссертация ... кандидата технических

наук : 01.04.14.- Астрахань, 2006.- 134 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/1355.

200. Хайбулов, Р.А. Теплофизические характеристики пектина [Текст] /

Р.А. Хайбулов, О.А. Петровичев, Ю.А. Максименко, Е.Д. Кромский //

Вестник АГТУ. 2006. № 6. С. 150-153.

201. Хусид, С.Б. Изменение химического состава плодов тыквы в процессе

хранения / С.Б.Хусид, И.С. Жолобова, Е.Е. Нестеренко // Сборник научных

трудов Sworid. − 2012. − Т. 34. № 3. − С. 17−18.

202. Чугунова, О.В. Использование растительного сырья при разработке

продуктов с заданными свойствами [Текст] / О.В. Чугунова // Технология и

товароведение инновационных пищевых продуктов. 2011. № 5. С. 53-59.

203. Чугунова, О.В. Теоретические и практические аспекты применения

растительных порошков для производства продуктов с заданными

потребительскими свойствами [Текст] / О.В. Чугунова // М-во образования и

науки РФ, Урал. гос. экон. ун-т. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. экон. ун-та,

2011. – 148 с.

204. Шаршов, В.Н. Вакуумный способ сушки материалов и установка для

его осуществления // Материалы науч. конф. Воронеж, 1995. – С. 136-138.

205. Шевцов, А.А. К решению краевой задачи теплопроводности гранулы с

пленкой раствора на ее поверхности в процессе распылительной сушки

[Текст] / А.А. Шевцов, Д.С. Сайко, А.В. Дранников, Н.В. Шатунова / V

Теоретические основы химической технологии. 2013. Том 47. № 2. С. 630-633.

206. Шевцов, А.А. Развитие научных основ энергосбережения в процессах

сушки пищевого растительного сырья: Теория, техника, способы

производства и управления [Текст] : автореферат дис. ... доктора техн. наук :

05.18.12 / Шевцов Александр Анатольевич. Воронеж, 1999. – 40 с.

207. Щербаков, В.Г. Биохимия растительного сырья [Текст] / В.Г.

Щербаков [и др.]. – М.: КолосС, 1999. - 376 с.

208. Шохина, В.Н. Инфракрасная сушка продуктов питания [Текст] / В.Н.

Шохина [и др.] // Тезисы междун. Науч. Коф. «Развитие научного академ.

В.Н. Вавилова». Саратов: 1997. – С. 122-123.

175

209. Якушкина, Н. И. Физиология растений [Текст] / Н.И. Якушкина // –

М.: Просвещение, 1993. – 335 с.

210. Якушкина, Н.И. Физиология растений: учебник для вузов [Текст] / Н.

И. Якушкина. Е. Ю. Бахтенко. - М. : Владос, 2005. - 463 с. ISBN 5-691-01353-

Х.

211. Basel, L. Superheated solvent drying in a fluidized bed [Text] / L. Basel., E.

Gray // Chem. Eng. Progr. 1962. V. 53. N. 6. P. 345 - 351.

212. Boukadida, N. Two dimensional heat and mass transfer during convective

during of porous media [Text] / N. Boukadida, Ben Nasrallah S. // Drying Technol.

1995. 13. 3. P. 661-694.

213. Chen, X.D. Drying Technologies in Food Processing [Text] / X.D. Chen,

Mujumdar A.S // Oxford: Blackwell Publishers, 2008.- 360 р. ISBN: 1405157631

ISBN-13(EAN): 9781405157636.

214. Dickinson, D.R. The rates of evaporation of sprays / Dickinson D.R.,

Marshall W.R. // American Institute of Chemical Engineers Journal. - 1968. - № 4. -

P.541-552.

215. Fraser, R.P. Liguid atomization in Chemical Engineering / Fraser R. P.,

Eisenklem P., Dombrowski M. // British Chemical Engineering. - 1957. - Vol. 2,

N9. - P.496-501.

216. Fraser, R.P. Cooling hot Gas with Evaporation Spray / Fraser R.P.,

Dombrowski N., John W. R. // British Chemical Engineering . - 1963. - Vol.8, № 6.

- P1.390-391.

217. Gluckert, F.A. Theoretical Correlation of Spray-Dryer Performany /

Gluckert F.A. // American Institute of Chemical Engineers Journal.-1962.-Vol.8.,

№ 4.- P.460-466.

218. Keey, R. В. Drying. Principles and Practice [Text] / R. B. Keey. Oxford :

Pergamon, 1975. - 376 p.

219. Konovalov, V. I. Guest Editorial. Drying R&D needs: basic research in

drying of capillary-porous materials [Text] / V.I. Konovalov // Drying Technology

an Intern. Journal. 2005. Vol. 23, No. 12. P. 2307-2311.

220. Langrish, T. A. Multi-scale mathematical modelling of spray dryers /

Langrish T. A. // Journal of food engineering.-2009.-№2. - P.218- 228.

176

221. Lasar, M. E. Blanching and partial drying of foods with superheated steam

[Text] / M. E. Lasar // Journal of Food Science. 1972. V. 37. P. 163 - 166.

222. May, B.K. The importance of considering exchange surface area reduction

to exhibit a constant drying flux period in foodstuffs [Text] / B.K. May, P. Perré //

Journal of Food Eng. 2002. Vol. 54, № 4. Р. 271-282.

223. Mersmann, A. Thermische Verfahrenstechnik: Grundlagen und Methoden

[Text] / A. Mersmann, M. Kind, J. Stichlmair // Springer, 2005. -664р.

224. Masters, K. Spray Drying in Practice / Masters, K.- Denmark:

SprayDryConsult Int. Aps, 2002. – 464 p.

225. Masters, K. A study of centrifugal atomization and spray drying / Masters

K., Montadi M.T.// British Chemical Engineering .- 1967.- Vol.12, № 12.-P.1890-

1892.

226. Mezhericher, M. Spray drying modelling based on advanced droplet drying

kinetics / Mezhericher M.; Levy A.; Borde I. // Chemical Engineering and

Processing.-2010.-№11.-P.1205-1213.

227. Mujumdar, A.S. Research and development in drying: recent trends and

future prospects / Mujumdar A.S. // Drying Technology.-2004.-№22.-P. 1-26.

228. Perre, P. The existence of the first drying stage proved by two independent

experimental evidences [Text] / P. Perre, B.K. May // Proceedings of of the 14th

International Drying Symposium. Brazil, 2004.

229. Robinson, R. Modern dairy technology V1 / Robinson R. – London:

Elsevie, 1986. – 438 p.

230. Schroeder, D. Einige Gedanken zum Einsatz einer Niedertemperatur -

Trocknung innerhalb der Schnitzeltrocknung [Text] / D. Schroeder //

Zuckerindustrie.1983. V. 108. N. 2. Р. 126- 135.

231. Tratnig, A. Characterization of spray formation from emulsions by pressure-

swirl atomizers for spray drying / Tratnig A.; Brenn G.; Strixner T.; Fankhauser

P.; Laubacher N.; Stranzinger, M. // Journal of food engineering.-2009.-№1.-P.126-

134.

232. Ullum, T. Predicting Spray Dryer Deposits by CFD and an Empirical Drying

Model / Ullum, T. ; Sloth, J. ; Brask, A. ; Wahlberg, M. // Drying Technology. –

2010.-№5.-P.723-729.

177

233. Wahlberg, M. Optimized spray drying / Wahlberg M. // Danish dairy and

food industry worldwide.-2010.-№20.-P.32-33.

234. Woo, M.W. Controlling food powder deposition in spray dryers: Wall

surface energy manipulation as an alternative / Woo M.W., Daud W.R., Tasirin

S.M., Talib M.Z. // Journal of food engineering.-2009.-№2.-P.192-198.

235. Zbicinski, I. Advanced experimental analysis of drying kinetics in spray

drying / Zbicinski, I. ; Delag, A. ; Strumillo, C. ; Adamiec, J. // Chemical

Engineering Journal.-2002.-№2.-P.207-216.

178

Приложение 1

Результаты экспериментального определения влажности и их статистической обработки при исследовании кинетики конвективной

распылительной сушки пюре из тыквы

τ, с W1, кг/кг W2, кг/кг W3, кг/кг W, кг/кг Sn, кг/кг SW, кг/кг W, кг/кг εW, %

Tс.а. = 423 К и Ep = 2,8 кВт/м2

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

2 0,711 0,715 0,705 0,71 0,005 0,003 0,012 1,760

3 0,511 0,515 0,505 0,51 0,005 0,003 0,012 2,450

3,5 0,381 0,38 0,379 0,38 0,001 0,001 0,002 0,653

4 0,271 0,278 0,261 0,27 0,009 0,005 0,021 7,856

5 0,172 0,171 0,167 0,17 0,003 0,002 0,007 3,864

5,75 0,133 0,132 0,125 0,13 0,004 0,003 0,011 8,324

6 0,11 0,112 0,108 0,11 0,002 0,001 0,005 4,514

6,75 0,072 0,071 0,068 0,07 0,002 0,001 0,005 7,383

7,5 0,052 0,048 0,05 0,05 0,002 0,001 0,005 9,930

Tс.а. = 423 К и Ep = 3,2 кВт/м2

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

1,75 0,69 0,711 0,7 0,7 0,011 0,006 0,026 3,477

2,75 0,45 0,449 0,452 0,45 0,002 0,001 0,004 0,729

3,5 0,306 0,315 0,31 0,31 0,005 0,003 0,011 3,860

4,25 0,188 0,19 0,192 0,19 0,002 0,001 0,005 2,921

5 0,12 0,115 0,125 0,12 0,005 0,003 0,012 10,344

5,25 0,101 0,1 0,101 0,1 0,001 0,000 0,001 1,303

5,75 0,071 0,072 0,068 0,07 0,002 0,001 0,005 6,460

6,25 0,051 0,049 0,05 0,05 0,001 0,001 0,002 4,965

Tс.а. = 423 К и Ep = 3,6 кВт/м2

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

1,75 0,689 0,692 0,69 0,69 0,002 0,001 0,004 0,527

2,5 0,521 0,498 0,485 0,5 0,018 0,011 0,045 9,839

3 0,343 0,338 0,34 0,34 0,003 0,001 0,006 2,015

3,5 0,22 0,21 0,229 0,22 0,010 0,005 0,024 10,725

4,25 0,153 0,148 0,15 0,15 0,003 0,001 0,006 4,463

4,75 0,011 0,012 0,009 0,11 0,002 0,001 0,004 4,214

5 0,081 0,079 0,081 0,08 0,001 0,001 0,003 3,583

5,5 0,052 0,049 0,05 0,05 0,002 0,001 0,004 7,584

179

Приложение 1(продолжение)

Результаты экспериментального определения влажности и их статистической обработки при исследовании кинетики конвективной

распылительной сушки пюре из тыквы

τ, с W1, кг/кг W2, кг/кг W3, кг/кг W, кг/кг Sn, кг/кг SW, кг/кг W, кг/кг εW, %

Tс.а. = 448 К и Ep = 2,8 кВт/м2

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

1,75 0,723 0,721 0,717 0,72 0,003 0,002 0,008 1,011

2,5 0,49 0,492 0,488 0,49 0,002 0,001 0,005 0,993

3 0,382 0,381 0,379 0,38 0,002 0,001 0,004 1,025

3,5 0,27 0,276 0,264 0,27 0,006 0,003 0,015 5,517

4,5 0,171 0,175 0,164 0,17 0,006 0,003 0,014 7,679

5,25 0,132 0,133 0,126 0,13 0,004 0,002 0,009 7,230

5,5 0,111 0,111 0,109 0,11 0,001 0,001 0,003 2,606

6,25 0,07 0,068 0,072 0,07 0,002 0,001 0,005 6,207

7 0,052 0,05 0,049 0,05 0,002 0,001 0,004 7,584

Tс.а. = 448 К и Ep = 3,2 кВт/м2

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

1,5 0,721 0,723 0,717 0,72 0,003 0,002 0,008 0,998

2,25 0,467 0,472 0,47 0,47 0,003 0,001 0,006 1,225

3 0,307 0,31 0,312 0,31 0,003 0,001 0,006 2,231

3,75 0,177 0,182 0,181 0,18 0,003 0,002 0,007 3,864

4,5 0,132 0,133 0,126 0,13 0,004 0,002 0,009 7,832

4,75 0,112 0,11 0,107 0,11 0,003 0,001 0,006 6,248

5,25 0,082 0,08 0,077 0,08 0,003 0,001 0,006 8,925

5,75 0,051 0,048 0,05 0,05 0,002 0,001 0,004 7,584

Tс.а. = 448 К и Ep = 3,6 кВт/м2

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

1,5 0,732 0,726 0,731 0,69 0,003 0,002 0,008 1,093

2 0,51 0,53 0,52 0,52 0,010 0,006 0,025 5,282

2,5 0,341 0,343 0,337 0,34 0,003 0,002 0,008 2,528

3 0,23 0,21 0,22 0,22 0,010 0,006 0,025 11,822

3,75 0,153 0,148 0,15 0,15 0,003 0,001 0,006 4,806

4,25 0,01 0,011 0,01 0,10 0,001 0,000 0,001 1,792

4,5 0,081 0,083 0,077 0,08 0,003 0,002 0,008 10,835

5 0,052 0,049 0,05 0,05 0,002 0,001 0,004 7,584

180

Приложение 1(продолжение)

Результаты экспериментального определения влажности и их статистической обработки при исследовании кинетики конвективной

распылительной сушки пюре из тыквы

τ, с W1, кг/кг W2, кг/кг W3, кг/кг W, кг/кг Sn, кг/кг SW, кг/кг W, кг/кг εW, %

Tс.а. = 473 К и Ep = 2,8 кВт/м2

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

1,5 0,741 0,738 0,741 0,74 0,002 0,001 0,004 0,573

2,25 0,52 0,5 0,48 0,5 0,020 0,012 0,050 9,548

2,75 0,381 0,378 0,381 0,38 0,002 0,001 0,004 1,132

3,25 0,27 0,266 0,275 0,27 0,005 0,003 0,011 3,998

4,25 0,183 0,181 0,176 0,18 0,004 0,002 0,009 4,973

5 0,131 0,133 0,127 0,13 0,003 0,002 0,008 5,417

5,25 0,111 0,111 0,105 0,11 0,003 0,002 0,009 7,818

6 0,081 0,081 0,077 0,08 0,002 0,001 0,006 7,167

6,75 0,052 0,049 0,049 0,05 0,002 0,001 0,004 8,600

Tс.а. = 473 К и Ep = 3,2 кВт/м2

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

1,25 0,75 0,754 0,745 0,75 0,005 0,003 0,011 1,473

2 0,483 0,481 0,477 0,48 0,003 0,002 0,008 1,487

2,75 0,299 0,3 0,3 0,3 0,001 0,000 0,001 0,494

3,5 0,192 0,191 0,187 0,19 0,003 0,002 0,007 4,105

4,25 0,132 0,133 0,126 0,13 0,004 0,002 0,009 7,832

4,5 0,112 0,11 0,107 0,11 0,003 0,001 0,006 6,248

5 0,081 0,081 0,078 0,08 0,002 0,001 0,004 6,143

5,5 0,052 0,048 0,05 0,05 0,002 0,001 0,005 9,930

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

Tс.а. = 473 К и Ep = 3,6 кВт/м2

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

1,25 0,725 0,723 0,713 0,72 0,006 0,004 0,016 2,100

1,75 0,52 0,522 0,517 0,52 0,003 0,001 0,006 1,358

2,25 0,312 0,328 0,32 0,32 0,008 0,005 0,020 6,407

2,75 0,2 0,21 0,22 0,21 0,010 0,006 0,025 11,822

3,5 0,15 0,148 0,151 0,15 0,002 0,001 0,004 2,917

4 0,101 0,1 0,1 0,1 0,001 0,000 0,001 1,792

4,25 0,081 0,078 0,081 0,08 0,002 0,001 0,004 6,143

4,75 0,052 0,049 0,05 0,05 0,002 0,001 0,004 7,584

0 0,92 0,92 0,92 0,92 0,000 0,000 0,000 0,000

181

Приложение 2

182

Приложение 3

183

Приложение 4

184

Приложение 4 (продолжение)

185

Приложение 5

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

Приложение 6

196

Приложение 7

197

Приложение 7 (продолжение)

198

Приложение 8

199

Приложение 9

200

Приложение 9 (продолжение)

201

Приложение 10

202

Приложение 10 (продолжение)

203

Приложение11

204

Приложение12

205

Приложение 13