Кравченко Владимир Михайлович. Научное обеспечение процессов тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром

brief description

Кравченко Владимир Михайлович. Научное обеспечение процессов тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.18.12 : Воронеж, 2004 402 c. РГБ ОД, 71:05-5/126

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
На правах рукописи
КРАВЧЕНКО ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
ПЕРЕГРЕТЫМ ПАРОМ
Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств
Диссертация
на соискание ученой степени доктора технических наук
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Остриков А.Н.
Воронеж - 2004
8
11
24
24
28
35
40
56
60
68
69
73
75
75
СОДЕРЖАНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Современное состояние теории, техники и технологии тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром
1.1. Общие сведения о применении перегретого пара в
технологических процессах
1.2. Теплообмен в процессах сушки круп и овощей перегретым
паром
1.3. Теоретические зависимости процесса сушки перегретым
паром
1.4. Краткий обзор техники, технологии и процессов тепловой
обработки пищевых продуктов
1.5. Научные и практические аспекты применения метода
сброса давления
1.6. Обзор техники и технологии обжаривания кофе
1.7. Анализ основных закономерностей процесса обжарки кофе
1.8. Системный анализ при разработке процессов сушки и
тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром
1.9. Анализ литературного обзора и задачи исследования
ГЛАВА 2. Теоретические и экспериментальные исследования
свойств пищевого растительного сырья как объектов обработки перегретым паром
2.1. Основные характеристики пищевого растительного сырья как объектов обработки перегретым паром
76
87
87
92
96
99
102
102
102
ПО
114
114
Теоретические и экспериментальные исследования форм
связи влаги пищевого растительного сырья
Теоретические и экспериментальные исследования физико-механических характеристик пищевого
растительного сырья
Экспериментальная установка и методика определения
коэффициентов внешнего и внутреннего трения жома
Зависимость коэффициентов внешнего и внутреннего трения
от нормальной нагрузки и влажности жома
Теоретические и экспериментальные исследования тепло¬физических характеристик пищевого растительного сырья... Классификация пищевого растительного сырья как
объектов обработки перегретым паром
Научное обеспечение процесса сушки свекловичного жома перегретым паром в кипящем и
виброкипящем слое
Гидродинамические закономерности кипящего и виброкипящего слоя свекловичного жома при сушке
перегретым паром
Экспериментальная установка и гидродинамические закономерности виброкипящего слоя свекловичного жома.. Опытно-промышленная установка для сушки жома
перегретым паром в кипящем слое
Кинетические закономерности процесса сушки перегретым паром свекловичного жома в кипящем и виброкипящем
слое
Кинетика процесса сушки жома в кипящем и виброкипящем слое  
122
125
127
127
133
140
142
142
143
149
155
155
159
161
Теплообмен в процессе сушки жома перегретым паром в
виброкипящем слое
Кинетические закономерности процесса сушки
жома в кипящем слое
Теплообмен при сушке жома в кипящем слое
перегретым паром
Распределение температуры при углублении фронта
фазового перехода при сушке жома
Математическое моделирование процесса сушки
свекловичного жома перегретым паром в кипящем слое
Исследование показателей качества сушеного
свекловичного жома
Научное обеспечение процесса сушки картофеля и
овощей перегретым паром
Характеристика процесса сушки картофеля и овощей
перегретым паром
Гидродинамика кипящего слоя картофеля и овощей в
процессе сушки перегретым паром
Кинетические закономерности процесса сушки овощей
перегретым паром
Основные закономерности тепло- и массообмена процесса
сушки овощей перегретым паром
Описание периода прогрева овощей при сушке перегретым
паром
Теплообмен в процессе сушки овощей перегретым паром... Рациональные режимы и удельные энергозатраты процесса сушки овощей перегретым паром  
4.6. Качественные показатели картофеля, моркови и свеклы в
процессе сушки перегретым паром 163
ГЛАВА 5. Научное обеспечение процесса сушки круп перегретым
паром в стационарном слое 168
5.1. Экспериментальная установка для сушки круп в
стационарном слое 168
5.2. Гидродинамические закономерности стационарного слоя
круп 170
5.3. Кинетические закономерности процесса сушки круп
перегретым паром в стационарном слое 173
5.4. Теплообмен в процессе сушки круп в стационарном слое... 180
5.5. Обобщенная модель образования пленки конденсата на
поверхности крупинки 183
5.6. Математическая модель процесса сушки круп в
стационарном слое перегретым паром 187
5.7. Анализ качественных показателей круп, высушенных
перегретым паром в стационарном слое 189
ГЛАВА 6. Экспериментальное исследование процесса получения
взорванных зерен и его научное обеспечение 196
6.1. Опытная модель аппарата для получения взорванных зерен 196
6.2. Гидродинамические закономерности процесса
получения взорванных зерен 199
6.3. Кинетические закономерности процесса получения
взорванных зерен 203
6.4. Теплообмен в процессе сброса давления 213
6.5. Определение продолжительности сброса давления 214
6.6. Качественные показатели взорванных зерен 219 
224
224
224
228
231
234
237
242
245
250
253
253
257
264
272
Исследование процесса обжарки зерен кофе перегретым паром атмосферного давления
Математическое моделирование процесса обжарки зерен
кофе перегретым паром
Постановка задачи
Математическая модель процесса обжарки зерен кофе
перегретым паром
Конечно-разностная схема реализации модели обжарки
зерен кофе
Результаты моделирования процесса обжарки зерен кофе
на ЭВМ
Исследование зерен кофе методом дифференциально¬термического анализа
Исследование гидродинамики псевдоожиженного слоя
зерен кофе при обжарке перегретым паром
Исследование кинетики процесса обжарки кофе
Исследование качественных показателей жареного кофе.... Разработка конструкций аппаратов для тепловой обработки пищевого растительного сырья
перегретым паром
Методика расчета процессов тепловой обработки
пищевого растительного сырья перегретым паром
Разработка конструкций установок для сушки
пищевого растительного сырья
Разработка комбинированных варочно-сушильных
аппаратов
Разработка аппаратов для получения взорванных продуктов
8.5. Разработка конструкции установки для обжаривания
зерен кофе 211
8.6. Разработка способов автоматического управления
процессами тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром 280
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 293
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРА 296
ПРИЛОЖЕНИЕ 317

bibliography

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
1. На основании системного подхода проведены комплексные теорети¬ческие и экспериментальные исследования, в результате которых разработаны научное обеспечение и энергосберегающие технологии и оборудование для сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым па¬ром на основе новых теоретических и экспериментальных данных по кинети¬ке, тепломассообмену, гидродинамике, моделированию, обеспечивающие вы¬сокую эффективность процессов, экономию теплоэнергетических ресурсов и улучшение качества готовой продукции.
2. Сформулирована концепция моделирования перспективных техноло¬гий сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья, обеспечи¬вающих экономию материальных и энергетических ресурсов. Разработаны на¬учно-теоретические основы процессов сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром.
3. Выявлены, сформулированы и математически описаны новые теоре-тические и экспериментальные данные по гидродинамике, тепломассообмену, кинетике, моделированию процессов сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром. Раскрыты механизмы внутреннего и внешнего переноса тепла и массы в высокотемпературных процессах сушки, обжарки и сброса давления. Установлен эффект интенсивного нагрева частиц продукта в периоде прогрева, обусловленный пленочной конденсацией пара.
Определены рациональные режимы процессов сушки и тепловой обра¬ботки пищевого растительного сырья перегретым паром.
4. На основе экспериментально - статистических и аналитических мето¬дов исследования процесса сушки и тепловой обработки пищевого сырья при различном состоянии слоя продукта, процесса обжарки зерен кофе и процесса получения взорванных зерен разработаны методы расчета этих процессов и
создано информационное обеспечение для реализации этих способов произ¬водства. Получены кинетические закономерности, позволяющие рассчитать продолжительность процессов тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром. Получены уравнения для определения температуры и влагосодержания продукта в периоде прогрева процессов сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром.
5. Экспериментально подтверждена теория внутреннего и внешнего теп¬ло- и массообмена высокотемпературных процессов сушки, обжарки и полу¬чения взорванных зерен путем сброса давления. Создана математическая мо¬дель переноса тепла и массы в разрабатываемых процессах высокотемпера¬турной сушки растительных пищевых продуктов в кипящем слое, обжарки и получения взорванных зерен.
6. Изучены качественные и количественные изменения белково¬углеводного комплекса пищевого растительного сырья при их сушке и тепло¬вой обработке. Отмечено возрастание идентифицированных моно- и дисаха¬ров, которое обусловлено гидролизом низкомолекулярных олигосахаридов под действием амилолитических ферментов в условиях повышенной темпера¬туры. Исследованы органолептические, физические, химические и микробио¬логические показатели качества готовых продуктов (жома, круп, кофе, карто¬феля, свеклы и моркови). Подтверждено, что они содержат больше ценных пи¬тательных веществ, чем продукты, приготовленные по заводской технологии.
7. На единой методологической основе предложена стратегия многока-нального управления процессами сушки и тепловой обработки пищевого рас-тительного сырья перегретым паром, разработаны программно-логические ал-горитмы функционирования систем оптимального управления с учетом огра¬ничений по управляемым переменным, обусловленных получением готового продукта высокого качества. Предложены способы сушки пищевого расти¬тельного сырья перегретым паром, а также способы производства взорванных зерен, обеспечивающие экономию энергетических и материальных ресурсов.
8. Разработаны научные основы проектирования сушилок, обжарочных аппаратов и аппаратов для получения взорванных зерен, способных адаптиро¬ваться к условиям рациональных режимов обработки. Разработаны оригиналь¬ные конструкции аппаратов для сушки и тепловой обработки пищевого расти¬тельного сырья. Проведены производственные испытания разработанных спо¬собов сушки и тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром на ОАО «Грязинский пищекомбинат» (г. Грязи Липецкой обл.), которые подтвердили высокую эффективность разработанных технологических режи¬мов.
По конструкторской документации, разработанной при непосредствен¬ном участии автора ЦКБ производственным объединением «Знамя Октября» (г. С.-Петербург), изготовлены опытно-промышленные образцы аппарата для получения взорванных зерен.
Изготовлена на заводе «Водмашоборудование» (г. Воронеж) двухблоч¬ная сушильная установка, успешно прошедшая производственные испытания на Грязинском пищекомбинате, была реализована Домодедовскому пищевому комбинату и Новочеркасскому сельхозпредприятию.
Разработана конструкторская документация на аппарат для получения взорванных зерен, которая была передана Оргеевскому производственному объединению (Молдова) для изготовления опытно-промышленного образца.
Суммарный экономический эффект от внедрения этих разработок со¬ставляет 1762 тыс. руб.