Сергеев Михаил Александрович Обоснование параметров и режимов инфракрасной сушки высоковлажного сельскохозяйственного сырья с высокой концентрацией фенольных веществ

brief description

Сергеев Михаил Александрович Обоснование параметров и режимов инфракрасной сушки высоковлажного сельскохозяйственного сырья с высокой концентрацией фенольных веществ
ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
кандидат наук Сергеев Михаил Александрович

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи

СЕРГЕЕВ МИХАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ ИНФРАКРАСНОЙ СУШКИ
ВЫСОКОВЛАЖНОГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ С ВЫСОКОЙ
КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ФЕНОЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
05.20.1 Технологии и средства механизации сельского хозяйства
(по техническим наукам)
Диссертация на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Научный руководитель кандидат технических наук, доцент
Д. В. Рудой
г. Ростов-на-Дону - 2022
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1. КОМПАКТНЫЕ УСТРОЙСТВА ИНФРАКРАСНОЙ СУШКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В НИХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА 15
1.1 Растительное сырьё с высоким содержанием биологически активных веществ
как объект сушки 15
1.2 Продукты сушки с высоким содержанием БАВ как объекты переработки с
целью получения безалкогольных напитков с высокой биологической активностью 18
1.3 Способы и компактные устройства инфракрасной сушки растительного сырья 23
1.4 Интенсификация процесса сушки методами импульсного облучения сырья
инфракрасным излучением 29
1.5 Теоретические и расчётные методы анализа процесса инфракрасной сушки.. 34
1.6 Приборы и методы экспериментального исследования процесса инфракрасной
сушки растительного сырья 40
1.7 Цель и задачи исследования 42
1.8 Выводы по главе 43
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНФРАКРАСНОЙ СУШКИ В КОМПАКТНОМ УСТРОЙСТВЕ 45
2.1 Компактное многоярусное устройство инфракрасной сушки растительного
сырья 47
2.2 Имитационная модель процесса комбинированной динамической
инфракрасно-конвективной сушки 48
2.3 Имитационная модель нагрева влажного сырья в устройстве динамической
инфракрасной сушки 55
2.4 Моделирование процесса комбинированной динамической инфракрасно-конвективной сушки 64
2.5 Моделирование нагрева влажного сырья в устройстве динамической
инфракрасной сушки 72
2.6 Выводы по главе 90
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 93
3.1 Экспериментальное исследование показателей эффективности процесса
динамической инфракрасной сушки в многоярусном компактном устройстве 93
3.2 Экспериментальная камера динамической инфракрасной сушки растительного
сырья 94
3.3 Системы измерения параметров процесса динамической инфракрасной сушки 98
3.4 Экспериментальное определение энергетических затрат и продолжительности
сушки виноградной выжимки 104
3.5 Экспериментальное исследование равномерности теплового воздействия на
сырьё в ходе сушки 110
3.6 Экспериментальное исследование степени сохранения биологически активных веществ при динамической инфракрасной сушке в компактном многоярусном
устройстве 118
3.7 Выводы по главе 127
4. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОДУКТОВ ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНФРАКРАСНОЙ СУШКИ ВИНОГРАДНОЙ ВЫЖИМКИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НАПИТКОВ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРИРОДНЫХ БАВ 129
4.1 Исследование фенольного комплекса высушенной красной, белой и мускатной
виноградной выжимки 129
4.2 Применение красной виноградной выжимки при разработке комплексной
технологии безалкогольного газированного тонизирующего напитка 133
4.3 Применение белой виноградной выжимки при разработке комплексной
технологии безалкогольного газированного тонизирующего напитка с внесением экстракта растения Tribulus terrestris 136
4.4 Применение мускатной виноградной выжимки при разработке комплексной
технологии безалкогольного газированного тонизирующего напитка 139
4.5 Бизнес-план производства безалкогольных тонизирующих напитков на основе
продуктов динамической инфракрасной сушки виноградной выжимки 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 148
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ 151
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 152
ПРИЛОЖЕНИЯ 173

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Общие выводы
Поставленная в диссертационной работе цель исследования - повышение качества и сокращение потерь фенольных веществ, повышение производительности устройств инфракрасной сушки виноградной выжимки путем обоснования конструктивных и режимных параметров компактных многоярусных устройств динамической инфракрасной сушки достигнута, благодаря решению следующих задач.
1. Предложены метод и реализующее его компактное многоярусное устройство динамической инфракрасной сушки высоковлажного термолабильного растительного сырья.
2. Разработаны вычислительные полуэмпирические имитационные модели процессов динамической инфракрасной сушки и нагрева высоковлажного растительного сырья в устройстве динамической инфракрасной сушки, с помощью которых определены рациональные диапазоны конструктивных и режимных параметров устройства динамической инфракрасной сушки.
Для рассмотренных при моделировании условий сушки эффективным режимом является тепловая мощность ИК излучателя q^ = 1000 Вт/м2 площади лотка; температура воздуха в камере tk = 65 °С; скорость воздуха в камере Vk = 0,1 м/с; скорость движения излучателей Vn = 0,4 м/с. Расчётная величина удельных затрат энергии на испарение влаги для такого режима составляет 0,999 кВтч/кг влаги.
3. Экспериментально исследованы сравнительная кинетика сушки виноградной выжимки и энергетические затраты на процесс сушки в компактных устройстве динамической инфракрасной сушки и устройстве конвективной сушки при различных температурах сырья в ходе сушки.
Эффективными режимами сушки являются предельно большие по допустимому для сохранности биологически активных веществ температуры сырья в ходе сушки. Снижение температуры сырья в ходе сушки с 60 °С до 50 °С приводит к увеличению удельных энергетических затрат более чем на 10 %, а продолжительность сушки увеличивается в 1,7 раза.
Динамическая инфракрасная сушка в разработанном компактном устройстве эффективнее конвективной сушки в компактном устройстве по затратам в 1,2 раза, а по продолжительности сушки в 1,3 раза.
4. Экспериментально исследована равномерность теплового воздействия инфракрасных излучателей на сырьё в устройстве динамической инфракрасной сушки как основной фактор повышения качества продукта сушки.
Экспериментальное исследование неравномерности распределения температуры сырья по поверхности лотка устройства динамической инфракрасной сушки показало, что максимальные отклонения температуры от среднего значения находятся в пределах 1,950 - 2,117 °С. Сравнительный анализ неравномерности распределения температуры сырья по поверхности лотка в устройстве динамической инфракрасной сушки и шкафном устройстве инфракрасной сушки, характерным высоким уровнем равномерности теплового воздействия на сырьё, показал, что при температурах сырья 45 °С и выше неравномерность в устройстве динамической инфракрасной сушки ниже в 1,8 -
2,6 раза.
5. Экспериментальное исследование степени сохранения биологически активных веществ при динамической инфракрасной сушке в компактном многоярусном устройстве показало, что для сушки сладкой красной виноградной выжимки сорта Каберне-Совиньон с целью сохранения фенольных и красящих веществ более эффективной по сравнению с конвективной сушкой является инфракрасная сушка при температуре 50 °С.
6. Разработаны технологии применения продуктов динамической инфракрасной сушки виноградной выжимки и определены показатели социальной и экономической эффективности применения технологии динамической инфракрасной сушки виноградной выжимки в комплексных технологиях получения безалкогольных напитков с высоким содержанием природных БАВ.
Бизнес-план производства безалкогольных тонизирующих напитков на основе продуктов динамической инфракрасной сушки виноградной выжимки свидетельствует о перспективности организации таких производств на предприятиях виноделия и других предприятиях, перерабатывающих технические сорта винограда. Внедрение в производственный цикл производства новых видов напитков устройств динамической инфракрасной сушки позволит снизить себестоимость, улучшить биологические свойства продукта, а также стимулировать развитие рынка функциональных продуктов питания.