Моисеева Ирина Станиславовна. Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки зародышей зерна пшеницы

Короткий опис

Моисеева Ирина Станиславовна. Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки зародышей зерна пшеницы : Дис. ... канд. техн. наук : 05.18.12 Воронеж, 2005 231 с. РГБ ОД, 61:05-5/2817

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
На правах рукописи
МОИСЕЕВА ИРИНА СТАНИСЛАВОВНА
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННОЙ
СУШКИ ЗАРОДЫШЕЙ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ
Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Научный руководитель:
заслуженный деятель науки и техники РФ, • доктор технических наук, профессор
Кретов И.Т.
ВОРОНЕЖ 2005

2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
, Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 7
* 1.1. Выбор объекта исследования и его характеристика 7
1.2. Вакуум-сублимационное обезвоживание пищевых сред
с использованием криогенных жидкостей 17
1.2.1. Техника и технология предварительного замораживания пищевых сред с использованием
криогенных жидкостей 18
1.2.2. Повышение эффективности процесса вакуум-сублимационной сушки путем использования
криогенных жидкостей 24
«
1.3. Задачи исследования 37
Глава 2. Исследование свойств зародышей зерна пшеницы 39
2.1. Исследование структурных характеристик зародышей
зерна пшеницы 39
2.2. Исследование физических характеристик зародышей
зерна пшеницы 53
2.2.1. Определение гранулометрического состава 53
2.2.2. Определение насыпной плотности 54
2.2.3. Определение плотности 55
2.2.4. Определение коэффициента плотности укладки 57
2.2.5. Порозность слоя 58
2.2.6. Определение коэффициента трения 58
2.2.7. Определение угла естественного откоса 60
2.3. Исследование форм связи влаги в зародышах зерна
пшеницы методом дифференциально-термического анализа 61
2.4. Определение теплофизических характеристик
зародышей зерна пшеницы 67
2.5. Определение криоскопической температуры и количества
вымороженной влаги пшеничных зародышей 74

78
80
85
85
87
94
94
97
97
98
100
102
104
104
107
ПО
111
114
116
З
2.6. Определение электрофизических характеристик
зародышей зерна пшеницы
2.7. Разработка новых технических решений для
исследований свойств продукта
Глава 3. Математическое моделирование процесса вакуум-
сублимационной сушки с использованием СВЧ энергоподвода
и криогенных жидкостей
3.1. Физическая модель процесса сублимации с
использованием СВЧ-энергоподвода и инертного газа
3.2. Разработка математической модели
вакуум-сублимационной сушки
3.3. Математическая модель источников теплоты
3.3.1. Моделирование СВЧ нагрева
3.3.2. Моделирование теплоты кристаллизации
3.3.3. Моделирование теплоты инертного газа
‘ 3.4. Численный анализ уравнений
3.5. Анализ и интерпретация машинного эксперимента
3.6. Результаты модельных экспериментов
Глава 4. Экспериментальные исследования вакуум-
сублимационной сушки зародышей зерна пшеницы с использованием
криогенных жидкостей
4.1. Экспериментальная установка и методика проведения
экспериментов
4.2. Исследование процесса замораживания зародышей зерна
пшеницы с применением криогенных жидкостей
4.3. Изучение кинетики процесса вакуум-сублимационной
сушки зародышей зерна пшеницы
4.3.1. Исследование процесса сушки с использованием
различных способов замораживания .'
4.3.2. Влияние мощности СВЧ излучения на
продолжительность сублимационного излучения
4.3.3. Влияние толщины слоя на продолжительность
вакуум-сулимационной сушки

4
4.3.4. Использование конвективного подвода энергии к продукту инертным газом в процессе вакуум-сублимационной сушки..118
4.4. Проверка адекватности разработанной
математической модели .' 121
* Глава 5. Практическое применение результатов исследований 123
5.1. Разработка технологической схемы переработки
зародышей зерна пшеницы с использованием вакуум¬сублимационного обезвоживания 123
5.2. Разработка машинно-аппаратурного оформления
процессов комплексной переработки зародышей зерна пшеницы 125
5.2.1. Способ получения сублимированных пищевых
продуктов и устройство для его осуществления 125
5.2.2. Способ получения целевого компонента
и мембранный массообменный аппарат для экстракции 129
5.2.3. Способ криогенной винтеризации масел
и установка для его осуществления 132
5.3. Разработка схем автоматического регулирования
процессом вакуум-сублимационной сушки с использованием низкопотенциальных источников теплоты 144
5.3.1. Способ автоматического управления процессом вакуум-сублимационной сушки с использованием в качестве теплоносителя хладагента, нагретого в компрессоре
холодильной машины 144
5.3.2. Способ автоматического управления процессом
вакуум-сублимационной сушки по принципу теплового насоса 150
5.4. Разработка системы многоцелевого использования азота в технологии вакуум-сублимационного обезвоживания зародышей
зерна пшеницы 157
Основные выводы и результаты 160
Список используемой литературы 162
Приложения 173

Список літератури

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Исследованы структурно-механические, тепло- и электрофизические характеристики зародышей зерна пшеницы, как объекта вакуум- сублимацион¬ной сушки, а также влияние исходной концентрации сухих веществ на крио-скопическую температуру и количество вымороженной влаги.
2. Разработана математическая модель процесса обезвоживания сыпучего продукта в слое с использованием СВЧ-энергоподвода и теплоты инертного га¬за, которая позволяет адекватно описывать процессы тепло- и массообмена в условиях вакуум- сублимационного обезвоживания и рассчитывать время суш¬ки при заданных условиях.
3. Проведены экспериментальные исследования кинетики процессов за-мораживания и последующего вакуум-сублимационного обезвоживания иссле-дуемого продукта при различных способах организации процесса, которые по-зволяют сделать вывод о целесообразности применения испарительного замо-раживания жидким азотом при атмосферном давлении, т.к. снижают время проведения процесса вакуум-сублима-ционного обезвоживания на 20 % по сравнению с сушкой предварительно замороженного продукта в холодильнике и на 40 % при испарительном замораживании в вакууме.
4. Исследована кинетика процесса вакуум-сублимационной сушки с СВЧ- энергоподводом, которая позволила определить рациональную мощность элек-тромагнитного поля на уровне 1200 В и толщину слоя продукта при этом выби¬рать в пределах 10...20 мм.
5. Изучен процесс барботирования слоя зародышей зерна пшеницы инертным газом - азотом, который позволил сделать вывод о возможности уве-личения толщины слоя продукта на 30 % и обеспечении интенсификации про-цесса сушки на 20...30 % за счет дополнительного равномерного подвода теп¬лоты газом и увеличения скорости движения молекул пара, путем их переноса молекулами газа от низа слоя к поверхности испарения с последующим транс-портированием к поверхности десублимации.

161
6. Разработаны конструкции высокоэффективных вакуум- сублимацион¬ных сушильных установок непрерывного действия с СВЧ-энергоподводом и с использованием криоагентов, которые позволяют обеспечить большую ско¬рость сушки при высоком качестве продукта.
7. Разработаны общая схема, новые способы и оригинальное оборудова¬ние для обеспечения технологии комплексной переработки зародышей зерна пшеницы, использующей вакуум-сублимационной обезвоживание, что позво¬лило реализовать системный подход к проведенным исследованиям.
8. Разработаны способы и схемы автоматического управления процессом вакуум-сублимационной сушки зародышей зерна пшеницы с использованием низкотемпературных источников энергии, позволяющих снизить энергозатраты за счет повышения точности управления процессом.