Разработка способа вакуум-сублимационной сушки инулина в установке с термоэлектрическими модулями

• Автор: Воробьев, Дмитрий Вячеславович
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 193 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния теории и техники
сушки инулина
1.1. Обоснование выбора инулина как объекта сушки
и его общая характеристика
1.2. Современное состояние техники и технологии вакуум-сублимационного обезвоживания пищевых сред
1.3. Анализ существующих моделей процесса
сублимационного обезвоживания
1.4. Пути повышения эффективности вакуум - сублимационной сушки
1.5. Цель и задачи исследований
Глава 2. Исследование основных параметров инулина
как объекта вакуум - сублимационной сушки
2.1. Определение криоскопической температуры
и количества вымороженной влаги
2.2. Определение динамической вязкости инулина
2.3. Определение антиоксидантной активности инулина
2.4. Определение тепло физических характеристик инулина
2.5. Определение упругости насыщенных паров
и удельной теплоты сублимации
Глава 3. Исследование процесса вакуум - сублимационной
сушки инулина
3.1. Экспериментальная установка и методика проведения экспериментов
3.2. Изучение процесса замораживания исследуемого продукта
3.3. Изучение кинетики процесса вакуум-сублимационной сушки
3.4. Исследование процесса вакуум-сублимационной сушки
с использованием термоэлектрических элементов
3.5. Определение оптимальных параметров работы сушилки
3.6. Выбор компромиссных решений задачи
оптимизации процесса
Глава 4. Методика инженерного расчета процесса вакуум-сублимационной сушки в установке непрерывного действия с термоэлектрическими элементами
4.1. Энергосберегающий способ вакуум - сублимационной
сушки инулина
4.2. Моделирование режимов работы
термоэлектрических модулей
4.3. Инженерный расчет вакуум - сублимационной сушильной установки с термоэлектрическими элементами
Глава 5. Практическое применение результатов исследований
5.1. Разработка вакуум - сублимационной сушильной установки непрерывного действия с термоэлектрическими элементами
5.2. Качественные показатели сухого продукта
Основные выводы и результаты проекта
Библиографический список
Приложения
Приложения
Приложения
Приложения
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Для нормальной жизнедеятельности человека огромное значение имеет система питания, создающая необходимые предпосылки для оптимального развития организма, поддержания его работоспособности, обеспечения долголетия. Вследствие неправильного питания нарушаются многие процессы в организме и появляются разного рода заболевания. Инулин - полисахарид растений; применяется главным образом при сахарном диабете как заменитель сахара. В настоящее время только больных сахарным диабетом в России насчитывается от 2,5 до 3,0 млн. человек, которым необходимо в год потреблять, в зависимости от стадии заболевания, до 0,3 кг инулина на больного. В качестве профилактического питания для предупреждения данного заболевания у лиц с нарушенным углеводным обменом в группе риска, численностью около 25 - 30 млн. человек также необходимо в год потреблять до 0,1 кг инулина. Таким образом, только в России потребность в инулине у больных сахарным диабетом составляет около 6000 тонн в год. Кроме того, для больных ожирением, сердечнососудистыми заболеваниями, с нарушением иммунной системы необходимо еще около 3000 тонн в год. Кроме того, для профилактических целей всего населения от развития нарушений углеводного обмена необходимо вводить в пищевые продукты в качестве пищевой добавки, из расчета 100 г в год на человека, что составляет до 15000 тонн.
В природе существует много растений, которые содержат органическое вещество и, в частности, инулин, способный регулировать содержание сахара в крови животных и человека. Больше всего его в топинамбуре, цикории, георгине, нарциссах, гиацинте и других. Проблема в том, как получить концентрированный препарат. Поиск методики занимает годы, десятилетия. Надо сказать, что во многих странах промышленное производство инулина по другим методикам уже ведется.

Физический смысл уравнения (1.2) состоит в том, что оно устанавливает соотношение между затратами внешней энергии на нагревание тела и на фазовый переход в нем. Однако это уравнение не дает представлений ни о способе подвода внешней энергии к объекту сушки, ни о характере массопе-реноса пара внутри тела и вне его.
На основе уравнения (1.2) Б.П. Камовниковым [51] получено уравнение, учитывающее особенности тепло- и массопереноса при вакуум-су блимационной сушке:
Я(Яу + Ял, + <7лс) = 5 ’ гс С1 + йЬ)(Ои л +Ощ2). (1.3)
Здесь безразмерные комплексы д[у, дЛн и дЛс определяют доли внешних потоков энергии, соответственно поглощаемой зоной сублимации объемно (?„) и передаваемой кондуктивно к зоне сублимации от поверхности тела через замороженный (дХп) или через обезвоженный (дЛс) слой материала:
я* = я*/ят, /?; ц = + +
где ду, дЛп, дЛс - плотности потоков энергии, соответственно, поглощаемой объемно и передаваемой через замороженную или обезвоженную зоны материала, Вт/м2. Безразмерные параметрические критерии Ои51 и Оиг2, называемые модифицированными числами Гухмана для вакуум-сублимационной сушки, определяют влияние внешнего и внутреннего массопереноса на общий потенциал переноса массы:
= (*л-О; Си,2 = У(л-Ч/)>
где 4, ^ - температуры поверхностей сублимации и десублимации, °С; tя -температура «ледяного» термометра [51], расположенного вблизи объекта сушки, °С.
Выражение (1.3) может рассматриваться как основное уравнение кинетики вакуум-сублимационной сушки, поскольку оно устанавливает зависимость между особенностями поглощения и переноса энергии в объекте суш-