ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСУ КОНВЕКТИВНОГО СУШІННЯ ТЕРМОЛАБІЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ ДО НИЗЬКОГО ЗАЛИШКОВОГО ВОЛОГОВМІСТУ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано короткий опис стану наукової проблеми, яка обрана для досліджень, обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами, поставлено мету роботи, сформульовано основні задачі, відображено новизну та практичне значення одержаних результатів, визначено особистий внесок здобувача, наведено відомості про апробацію результатів дисертації та публікації.

У першому розділі «Стан питання та завдання дослідження» проаналізовані фізико-хімічні, біохімічні і структурні властивості термолабільних матеріалів рослинного походження як об’єктів сушіння та показано, що для науково обґрунтованого вибору методів і режимів зневоднення рослинних матеріалів необхідне визначення тепломасообмінних властивостей і термодинамічних характеристик матеріалів, а також експериментальне дослідження кінетики вологовидалення.

Аналіз літературних джерел з техніки і технології сушіння показав, що для зневоднення фруктів в даний час найбільше використання одержав конвективний метод сушіння, який реалізується в основному в сушильних установках камерного, тунельного, конвейєрного і стрічкового типів, завдяки простоті їхніх конструкцій і експлуатації, а також низькій вартості устаткування. Аналіз енергетичної ефективності традиційних конвективних сушарок показав, що витрати енергії на випаровування 1 кг вологи в них складають від 4 до 9,5 тис. кДж. Низька енергетична ефективність конвективних сушарок обумовлена великими втратами, які складають в середньому більш ніж 30 %. Найбільші втрати тепла пов’язані з відпрацьованим сушильним агентом. Виходячи з цього визначені шляхи підвищення теплової економічності конвективних сушильних установок, а саме зниження втрат теплоти з сушильним агентом, що йде, шляхом утилізації тепла відпрацьованого сушильного агента з наступним використанням збереженої енергії в самому технологічному процесі.

В працях Ликова А. В., Долінського А. А., Рудобашти С. П., Куца П. С., Акулича П. В. та інших дослідників відзначається, що в процесі зневоднення високовологих матеріалів до низького вологовмісту на заключному етапі вирішальну роль відіграє внутрішній масоперенос, а рівноважна вологість матеріалу сумірна з його кінцевою вологістю, що значно впливає на кінетику сушіння. В зв’язку з цим під час сушіння термолабільних матеріалів до низького залишкового вологовмісту виникає ряд проблем, які потребують вирішення. Це низька інтенсивність процесу вологовидалення при невисоких температурах, а також залежність ефективності роботи конвективної сушарки від вологості атмосферного повітря. На підставі аналізу літературних джерел запропоновано інтенсифікувати масообмінні процеси під час низькотемпературного конвективного сушіння шляхом примусового осушення сушильного агента.

За результатами аналізу стану питання сформульовані напрямок, мета та задачі теоретичних і експериментальних досліджень.

У другому розділі «Експериментальні установки і методики проведення досліджень» описані експериментальні методи дослідження кінетики конвективного сушіння, сорбційних властивостей та теплофізичних характеристик термолабільних матеріалів.

Процеси сушіння досліджувалися на лабораторній сушильній установці з конвективним підведенням теплоти в горизонтальній камері. Сорбційні характеристики термолабільних матеріалів вивчалися вакуумним статичним методом з використанням ваг Мак-Бена-Бакра та тензометричним (статичним) методом Ван Бамелена. Теплопровідність рослинних матеріалів досліджувалась на експериментальному стенді методом вимірювання теплопровідності в стаціонарному тепловому режимі.

Наведені принципові схеми експериментальних установок, описані методики проведення досліджень, визначені показники точності вимірювання та межі допустимої похибки.

У третьому розділі «Сорбційні та теплофізичні властивості термолабільних матеріалів» наведено результати та аналіз комплексних досліджень властивостей термолабільних матеріалів як об’єктів сушіння. Досліджувалися паренхімні тканини ананаса і яблука. Вибір даних матеріалів обумовлений тим, що вони подібні за технологічними властивостями і за хімічним складом – містять однакову кількість води (85-87 %) і цукрів (до 12 %), а за якісним складом цукрів розрізняються: в ананасі переважає сахароза при приблизно рівній кількості глюкози і фруктози, а в яблуці – фруктоза при рівній кількості глюкози і сахарози, відповідно.

У першому підрозділі за результатами експериментальних досліджень з сорбційних властивостей паренхімних тканин ананаса і яблука одержані ізотерми адсорбції пари води при температурі 20 °С (рис. 1). Як видно, ізотерми подібні та мають форму характерну для колоїдних капілярно-пористих матеріалів. Характерною особливістю одержаних ізотерм адсорбції є наявність широкої петлі гістерезису в області відносного тиску від 0 до 0,8. При цьому петля гістерезису, що простягається в область найнижчих p/p_s, перекривається з петлею гістерезису, яка спостерігається при капілярній конденсації. Різна форма петель гістерезису на ізотермах адсорбції паренхімних тканин плодів та відмінності при взаємодії води з розчинними речовинами пов’язані з тим, що ананас та яблуко відрізняються за хімічним складом, в першу чергу – низькомолекулярних вуглеводів, та мають певні структурні відмінності.