Разработка и обоснование параметров СВЧ установки для тепловой обработки хлебопекарных дрожжей в сельских хлебопекарнях

• Автор: Лукина, Дарья Владимировна
• Шифр специальности: 05.20.02, 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Чебоксары
• Количество страниц: 185 с. : ил.

ОГ ДАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Анализ ресурсов и объемов производства хлебопекарных 11 дрожжей
1.2. Свойства и параметры прессованных хлебопекарных дрожжей
1.3. Анализ способов и технических средств, предназначенных для 22 активации хлебопекарных дрожжей
1.4. Выводы по главе. Цель и задачи исследования
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ХЛЕБО- 3О ПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ
2.1. Методика обоснования конструктивно-технологических пара- 30 метров и режимов работы установки для тепловой обработки хлебопекарных дрожжей
2.2. Обоснование напряженности электрического поля в сфериче- 36 ской резонаторе СВЧ генератора, позволяющая активировать процессы брожения хлебопекарных дрожжей
2.3. Обоснование конфигурации резонаторной камеры установки 55 для тепловой обработки хлебопекарных дрожжей
2.4. Согласование продолжительности воздействия ЭМП СВЧ с 60 частотой вращения резонаторной камеры
2.5. Выводы по главе
3. МЕТОДИКА И СРЕДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 77 ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Программа экспериментальных исследований
3.2. Частные методики исследования и контрольно- измерительная 80 техника
3.3 Разработанная установка для тепловой обработки хлебопекар- 82 ных дрожжей
3.4. Выводы по главе
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛОВОЙ 92 ОБРАБОТКИ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ
4.1. Исследование динамики нагрева хлебопекарных дрожжей
4.2. Определение эффективных технологических параметров 96 установки для тепловой обработки хлебопекарных дрожжей
4.3. Оценка пищевой ценности хлебопекарных дрожжей
4.4. Принципиальная электрическая схема управления установкой 112 для тепловой обработки хлебопекарных дрожжей
4.5. Выводы по главе
5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 118 СВЧ УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ДРОЖЖЕЙ В СЕЛЬСКИХ ХЛЕБОПЕКАРНЯХ

5.1. Экономические показатели применения установки 118 для активации бродильных процессов хлебопекарных дрожжей
5.2. Техника безопасности при эксплуатации СВЧ установок для 124 тепловой обработки хлебопекарных дрожжей
Результаты исследований и общие выводы
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А. Акты (справки) об использовании (внедрении) на-учно-исследовательской работы в учебном процессе Приложение Б. Акт апробирования научно-исследовательской ра- ^
боты в производственных условиях
Приложение В. Протокол измерений электромагнитных излучений
около установки для тепловой обработки хлебопекарных дрожжей Приложение Г. Протокол экспертной оценки качества активиро-
ванных хлебопекарных дрожжей
Приложение Д. Документы о регистрации заявок на изобретения
Приложение Е. Матрицы планирования экспериментов и расчет-
ные коэффициенты для построения поверхностей отклика и двухмерных сечений моделей
Приложение Ж. Материалы промежуточных расчетов
Приложение 3. Узлы установки для тепловой обработки хлебопе-
карных дрожжей в процессе его изготовления
Приложение И. Дипломы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. По результатам 2011 года объем рынка дрожжей в РФ составил 90000 тонн, а по Чувашской Республике в пределах 787 тонн. Главным недостатком прессованных дрожжей является малый срок их хранения (12 суток со дня выработки), при котором клетки автолизируются и гибнут. В процессе хранения хлебопекарных дрожжей при температуре 2...4°С их бродильные свойства снижаются, что отрицательно влияет на конечный продукт.
Динамическое развитие рынка хлебопекарных дрожжей диктует новые тенденции в развитии дрожжевой отрасли, как в республике, так и за ее пределами. К тому же в последние годы хлебопекарные предприятия предъявляют повышенные требования к качеству дрожжей, а именно к бродильной активности и сохранению ее в течение срока, указанного в технических условиях. Эти требования вызваны как более широким использованием ускоренных технологий приготовления теста, так и экономическими соображениями - возможностью сокращения нормы дрожжей, обладающих повышенной бродильной активностью, а следовательно - снижением себестоимости продукции.
В России достаточно большой объем хлебобулочных изделий производится в сельских хлебопекарнях. В условиях рыночной экономики при низких ценах на сырье и росте цен на энергоносители фермеры вынуждены перерабатывать зерно и реализовывать продукцию в виде хлебобулочных изделий. Но при этом фермеры не имеют возможности эффективного хранения ингредиентов теста, в том числе хлебопекарных дрожжей. Существующие технологии производства дрожжей предусматривающие применение агрегатов требуют больших капитальных вложений, недоступных фермерам, кроме того высокие эксплуатационные затраты делают такую технологию не рентабельной.
В связи с этим поиск энергосберегающей те хнологии, обеспечивающей улучшение качества хлебобулочных изделий, актуален. В ходе предварительных исследований было установлено, что электромагнитное излучение СВЧ диапазона способно влиять на изменение активности дрожжей, как повышать

Критическая напряженность электрического поля 2-Л-АТ + сг-г- (273 + АТ) Я*". , ,, ' ,В1м, V єй-є-/^5 где Я - коэффициент теплопроводности образца, Вт/м-°С; 5 - площадь поверхности образца, м2; АТ- приращение температуры, °С.
Удельная мощность, подводимая к сырью, при известных физикомеханических параметрах Руд=с-р-^--,Вт/м Ат т] (9) где с - удельная теплоемкость дрожжей, кДж/кг°С (с = 3,86 кДж/кг-°С при температуре 35°С); р - плотность дрожжей 1081... 1087 кг/м3; // - термический КПД;
Добротность резона-торной камеры £> = ш0ДКо/Р, (10) где со0- собственная частота объемного резонатора, 1/с, №о - энергия электромагнитного поля, запасенная в резонаторе, Дж, Р - активная мощность, затрачиваемая на потери от вихревых токов в стенках резонатора, на потери через перфорации виде излучения и на потери в продукте, Вт.
Согласование напряженности электрического поля с добротностью резонаторной камеры без сырья Е = Р^/0,21во У-со, В/м, (11) где Р - мощность источника СВЧ излучения, Вт; (7 - добротность резонаторной камеры; К- объем резонаторной камеры, м3.
с сырьем Е = Р ■ Q/0,21 Л$ь ■ ёо е- V со, В/м, (12) где є - относительная диэлектрическая проницаемость хлебопекарных дрожжей.
Сравнение критической напряженности с напряженностью, вычисленной через величину добротности и объема резонаторной камеры Е < Екр
Обоснование производительности центрифуги (вращающейся полусферы резонаторной камеры,по с тан-дартной методике технологического расчета центрифуги периодического действия)
к= где А = 0,5; х = 0,1; у = -метра отверстий и живог ции (к = 0,3...0,35); со - у фуге, л(, (г,)=0,71/?); /? - ] р - кинематическая вязкое э гл а лт С 1 У Т У / у з т)3 г[ I А 1 1-2х-у кг 5 5 С (13) гов для полусферы, зависящие от диа-тт, учитывающий забивание перфораций радиус слоя дрожжей в центри-- плотность дрожжевой муки, кг/м3;
1*4^ 2я г0-р) { Л ) я I; г = 2,04 - рекомендуемые значения коэффициенп ;ечения перфорации; к - эмпирический коэффицие1 овая скорость вращения полусферы, с1; га - внутр« 1иус полусферы, м; р, - плотность гранул, кг/м3; р >, м2/с.
Исследование динамики эндогенного нагрева дрожжей
В стационарном и турбулентном режимах исследование распределение теплового потока по объему продукта и динамика его нагрева
Оценка качества дрожжей и хлебобулочных изделий опытного и контрольного образцов
Органолептические показатели вкус, цвет, запах
Физико-химические показатели кислотность, влажность, плотность, подъемная сила
Исследование мощности потока излучений
Плотность мощности потока излучений на определенном расстоянии от источника сравнение с допустимой мощностью потока излучений для оператора при четырехчасовом рабочем режиме
Оценка экономической эффективности
Эксплуатационные расходы на тепловую обработку дрожжей по базовому и проектному вариантов Капитальные затраты, экономическая эффективность, рентабельность, срок окупаемости