Поспелова Ирина Геннадиевна. Разработка технологии сублимационной сушки фруктов и овощей с использованием СВЧ- и УЗ-излучений

Короткий опис

Поспелова Ирина Геннадиевна. Разработка технологии сублимационной сушки фруктов и овощей с использованием СВЧ- и УЗ-излучений : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.02 / Поспелова Ирина Геннадиевна; [Место защиты: Ижев. гос. с.-х. акад.].- Ижевск, 2009.- 156 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/595

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ»
04200912011
На правах рукописи
ПОСПЕЛОВА ИРИНА ГЕННАДИЕВНА
УДК 66.049.6:634/635
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ
СУШКИ ФРУКТОВ И ОВОЩЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СВЧ- И УЗ-ИЗЛУЧЕНИЙ
Специальность 05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование в
сельском хозяйстве
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Научный руководитель доктор технических наук, профессор В.В. Касаткин
ИЖЕВСК, 2009

СОДЕРЖАНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 8
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 12
1.1 Способы консервирования 12
1.2 Технологические приемы, используемые при сушке плодов и
овощей 13
1.3 Анализ экспериментальных и теоретических работ по
интенсификации процесса сублимационной сушки 28
1.3.1 Конвективная сушка в вакууме 29
1.3.2 Диэлектрическая сушка в вакууме 32
1.3.3 УЗ - сушка в вакууме 34
1.4 Оптимизация энергоемкости технологии сублимационной сушки с
комбинированным энергоподводом 35
1.5 Выводы и задачи диссертационной работы 42
2 ОБОСНОВАНИЕ ГИПОТЕЗЫ ОБЪЕДИНЕНИЯ В ЕДИНЫЙ
ВАКУУМНЫЙ ЦИКЛ ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ ФРУКТОВ И ОВОЩЕЙ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕМ И СОРТИРОВКОЙ НА УСТАНОВКАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ 44
2.1 Теоретическое исследование кинетики
сушки 45
* 2.2 Разработка конструктивно-технологической схемы резки- и
f
• сортировки картофеля и яблок 52
2.3 Методы и аппаратура для экспериментального исследования
процессов вакуумного измельчения, сортирования и сублимационной сушки 55
2.4 Исследование процессов измельчения, сортирования и
скорозамораживания под вакуумом 59
2

2.5 Обоснование конструктивных параметров сортировки 63
2.6 Выводы по главе 64
3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТЕХНОЛОГИИ
СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ МЕЛКОКУСКОВЫХ
ПЛОДООВОЩНЫХ ПРОДУКТОВ НА УСТАНОВКАХ
НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ С КОМБИНИРОВАННЫМ
ЭНЕРГОПОДВОДОМ 66
3.1 Испарительное самозамораживание 66
3.1.1 Сортировка кубиков продукта в процессе
самозамораживания 66
3.1.2 Количество испаряемой влаги при испарительном
самозамораживании 72
3.2 Сушка под действием СВЧ и УЗИ энергий в фильтрационном
потоке газа 73
3.3 Формализованное изображение процесса энергопотребления
комбинированной сублимационной сушки мелкокусковых материалов 78
3.4 Выводы по главе 81
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СУБЛИМА¬
ЦИОННОЙ СУШКИ ПЛОДОВООВОЩНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА УСТАНОВКАХ С КОМБИНИРОВАННЫМ
ЭНЕРГОПОДВОДОМ 82
4.1 Общие вопросы методики исследований 82
4.1.1 Методика экспериментальных исследований 83
4.1.1Л Объект и предмет исследований 83
4.1.2 Алгоритм работы установки УСС-НД-КЭ-И-01 88
4.1.3 Система управления установкой УСС-НД-КЭ-И-01 (СУПК)... 92
4.1.4 Методы определения качественных показателей объекте
сушки 96
4.1.4.1 Метод определения аскорбиновой кислоты 96
4.2 Кинетика сушки Ю1
3

4.2.1 Испытания УСС-НД-КЭ-И-01 101
4.3 Качество сушки 104
4.3.1 Лабораторные испытания на макетах 104
4.3.2 Испытания УСС-НД-КЭ-И-01 107
4.4 Анализ результатов исследований 107
4.5 Выводы по главе 109
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОВЕРШЕНСТВО-ВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ ФРУКТОВ И ОВОЩЕЙ НА УСТАНОВКАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ 109
5.1 Расчет издержек по основным статьям затрат для базовой
вакуумной сублимационной сушилки “Иней-17” 109
5.2 Расчет издержек по основным статьям затрат для
предлагаемой установки УСС-НД-КЭ-И-02 непрерывного
действия 112
5.3 Выводы по главе 117
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 118
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 120
ПРИЛОЖЕНИЯ 139

Список літератури

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Обзор литературы позволил установить, что выпуск
высококачественной сушеной плодоовощной продукции быстрого приготовления, имеющей длительные сроки хранения и удобной в использовании, сдерживается из-за отсутствия современных • высокопроизводительных энергосберегающих технологий сушки и
оборудования. Высшая категория качества готового продукта, сохраняемость биологически активных веществ, витаминов и органолептических свойств, значительный уровень энергосбережений, может обеспечить применение сублимационной сушки в вакууме на установках непрерывного действия.
2. Исследованы условия проведения' технологических операций измельчения и сортировки в вакууме при самозамораживании (Р = 10...30 Па, Ті = -16...-30°С) и показана возможность их совмещения с сублимационной сушкой фруктов и овощей с применением СВЧ- и УЗИ- полей в принудительном потоке газа (ИСвч= 5 кВт, /Свч= 2450 МГц, Ny3H=4 кВт, /узи =18 + 2 кГц, Г=20°С).
3. Представлены математические модели процессов
скорозамораживания при сортировке и сублимационной сушки с комбинированным энергоподводом, определяющие режимы процесса применительно к установкам непрерывного действия. Разработано формализованное представление энергоемкости и математическая модель расчета энергоемкости технологии сублимационной сушки мелкокусковых растительных материалов на установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом.
4. В соответствии с проведенными экспериментальными исследованиями кинетики процессов скорозамораживания и сублимационной
118

сушки, для обеспечения высококачественных мелкокусковых продуктов получены рациональные режимы проведения процесса:
• измельчение и сортировка продукта в вакууме при самозамораживании (V = 7x7x7, 13x13x13 мм3, Р = 10...ЗО Па, Т = -35...¬30 °С);
• сублимационная сушка мелкокускового продукта в полях СВЧ энергии (NCB4= 5 кВт, /свч= 2450 МГц) и УЗИ (1УЗ=130 Дб, Ny3H = 10 Вт, /УЗИ = 18±2 кГц) при принудительном и направленном фильтрационном потоке газа (4=20...40°С).
5. Разработан и изготовлен опытный образец установки непрерывного действия для сублимационной сушки измельченных фруктов и овощей с производительностью по испаряемой влаге 10 кг/ч (УСС-НД-КЭ-И-02), снабженный системой управления, позволяющий реализовать технологию получения сушеных (влажностью 8,0...8,5 %) мелкокусковых продуктов с содержанием витаминов близких к исходному продукту (не менее 94 %).
6. Обоснована технико-экономическая эффективность применения установок типа УСС-НД-КЭ-И для сушки мелкокусковых фруктов и овощей. При объеме сушки 24000 кг в год измельченного плодоовощного сырья годовой экономический эффект составит 1247269,2 руб., срок окупаемости капитальных затрат 2,34 года.