Научное обоснование энергосберегающих электротехнологий и оборудования сублимационной сушки жидких термолабильных продуктов пищевого назначения

Научное обоснование энергосберегающих электротехнологий и оборудования сублимационной сушки жидких термолабильных продуктов пищевого назначения

Автор: Касаткин, Владимир Вениаминович

Шифр специальности: 05.20.02

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2004

Место защиты: Ижевск

Количество страниц: 386 с. ил.

Артикул: 2636218

Автор: Касаткин, Владимир Вениаминович

Стоимость: 250 руб.

1 АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
1.1 1.1 Здоровое питание населения Российской Федерации имеет важное социальное и хозяйственное значение в обеспечении продовольственной безопасности страны
1.2 Анализ экспериментальных и теоретических работ по
интенсификации процесса сублимационной сушки
1.2.1 Физические основы интенсификации процесса сублимационной сушки
1.2.2 Сублимационная сушка материала в тонком слое
1.2.3 Сублимация гранулированного продукта в виброслое
1.2.4 Сублимация в поле токов высокой частоты
1.3 Анализ воздействия вида энергии сушки на обрабатываемый продукт
1.3.1 Обработка пищевых продуктов инфракрасным излучением
1.3.2 Взаимодействие электромагнитного излучения с продуктами
1.3.3 Ультразвук и его влияние на продукт
1.4 Выводы и задачи исследований
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГИПОТЕЗЫ О КОМБИНИРОВАННОМ ЭНЕРГОПОДВОДЕ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ
2.1 Теоретическое обоснование гипотезы о комбинированном энергоподводе в технологии сублимационной сушки жидких термолабильных продуктов пищевого назначения на установках непрерывного действия
2.1.1 Схема непрерывной сублимационной сушки жидких продуктов
2.1.2 Мелкодисперсный распыл и грануляция жидкого продукта
в вакууме
2.1.3 Сублимационное обезвоживание гранул в поле инфракрасного излучения подсушка гранул до образования сухой корочки
2.1.4 Сублимационная сушка в поле УЗИ, СВЧ и в потоке инертного
2.2 Конвективная сушка в вакууме
2.2.1 Область давлений, в которой выполняются условия для
создания принудительной циркуляции воздуха
2.2.2 Ы диаграмма влажного воздуха для условий низкого вакуума
2.2.3 Изображение процесса комбинированной сублимационной
сушки концентратов на диаграмме
2.3 Диэлектрическая сушка в вакууме
2.3.1 Диэлектрический нагрев пищевых продуктов
2.3.2 Сушка с применением диэлектрического нагрева
2.4 ИК сушка в вакууме
2.4.1 ИК нагрев пищевых продуктов
2.4.2 Сушка под действием ИК излучения
2.5 УЗ сушка в вакууме
2.5.1 УЗ воздействие на пищевые продукты
2.5.2 Сушка под действием УЗИ
2.6 Метод конечных отношений в теории оценки снижения энергоемкости и себестоимости продукции
2.6.1 Метод конечных отношений в теории энергосбережения
2.6.2 Связь энергоемкости продукции с рыночными параметрами
2.6.3 Методы расчета энергоемкости и определяемых ею параметров в производственных процессах
2.6.4 Энергоемкость технологического процесса 2.7 Выводы по главе
3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНТЕНСИФИКАЦИИ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ ЖИДКИХ ТЕРМОЛАБИЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ПИЩЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
НА УСТАНОВКАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ С КОМБИНИРОВАННЫМ ЭНЕРГОПОДВОДОМ
3.1 Разработка математических моделей энергетических составляющих сублимационной сушки с комбинированным энергоподводом
3.1.1 Конвективная сушка в вакууме
3 Л. 1.1 Расчет теоретической энергоемкости конвективновакуумной
сушки б
3.1.1.2 Оценка энергоемкости конвективновакуумной сушки
3.1.2 Диэлектрическая сушка в вакууме
3.1.2.1 Расчет процесса сушки с применением диэлектрического нагрева
3.1.2.2 Оценка энергоемкости диэлектрическовакуумной сушки
3.1.3 ИК сушка в вакууме
3.1.3.1 Расчет плотности потока ИКизлучения при испарительном самозамораживании жидких термолабильных продуктов
3.1.3.2 Оценка энергоемкости ИКсоставляющей сушки
3.1.4 УЗ сушка в вакууме. Оценка энергоемкости УЗсоставляющей
3.2 Оптимизация энергоемкости технологии сублимационной сушки с комбинированным энергоподводом
3.2.1 Энергоемкость технологического процесса для качественной составляющей
3.2.2 Оптимизация энергосбережения энергетических составляющих
сушки на основе метода конечных отношений
3.2.3 Диаграммная техника
3.2.4 Формализованное изображение процесса энергопотребления комбинированной сублимационной сушки концентратов
3.3 Теоретическое обоснование режимов технологии сублимационной сушки жидких термолабильных продуктов пищевого назначения на установках непрерывного действия с
комбинированным энергоподводом
3.3.1 Испарительное самозамораживание
3.3.2 Сушка под действием ИК излучения
3.3.3 Сушка под действием СВЧ и УЗИ энергий в фильтрационном потоке газа
3.4 Выводы по главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ ЖИДКИХ ТЕРМОЛАБИЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ПИЩЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА УСТАНОВКАХ С КОМБИНИРОВАННЫМ ЭНЕРГОПОДВОДОМ
4.1 Методы и аппаратура для экспериментального исследования процессов испарительного замораживания и сублимационной сушки жидких термолабильных пищевых продуктов
4.1.1 Экспериментальная вакуумраспылительная установка
4.1.2 Экспериментальная вакуумная сушилка с конвективнозвукодиэлектрическим энергоподводом
4.1.3 Установка сублимационной сушки непрерывного действия с комбинированным энергоподводом жидких термолабильных
продуктов пищевого назначения УССНДКЭЖ
4.1.4 Алгоритм работы установки УССНДКЭЖ
4.1.5 Система управления установкой УССНДКЭЖ
4.1.5.1 Узел управления ВРИМ .4
4.1.5.2 Субблок управления системой обеспечения холода СУСХ
4.1.5.3 Субблок управления системой распыления СУСР
3.3 2.
4.1.5.4 Субблок управления системой нагрева СУСН З.Э 2.
4.1.5.5 Субблок управления агрегатом вакуумным СУАВ 2 З.Э2.
4.1.5.6 Блок управления БУ З.Э2.
4.2 Кинетика сушки
4.2.1 Лабораторные испытания на макетах
4.2.1.1 Испарительное замораживание
4.2.1.2 Сублимационная сушка
4.2.2 Испытания УССНДКЭЖ
4.3 Качество сушки
4.3.1 Лабораторные испытания на макетах
4.3.2 Испытания УССНДКЭЖ
4.4 Энергосбережение
4.4.1 Лабораторные испытания на макетах
4.4.2 Испытания УССНДКЭЖ
4.5 Анализ результатов исследований
4.5.1 Лабораторные испытания на макетах
4.5.2 Испытания УССНДКЭЖ
4.6 Выводы по главе 9 5 ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВ1ЮСТЬ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ, УСТАНОВОК И ТЕХНОЛОГИЙ
5.1 Техникоэкономический анализ энергоемкости
технологического процесса на УСС непрерывного действия
5.2 Технология сублимационной сушки жидких продуктов пищевого назначения на установках непрерывного действия УССНДКЭЖ
5.2.1 Технологии сублимационной сушки плодовоягодных соков на установках непрерывного действия в едином вакуумном цикле
5.2.2 Разработка технологии сублимационной сушки живых препаратов на установках непрерывного действия в едином вакуумном цикле
5.3 Техникоэкономические характеристики установок сублимационной сушки непрерывного действия с комбинированным энергоподводом жидких термолабильных продуктов пищевого назначения типа УССНДКЭЖ
5.4 Техникоэкономические показатели внедрения технологии сублимационной сушки пищевых концентратов конвективновакуумнозвукодиэлектрическим способом
5.5 Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 Характеристика объектов сушки и его изменения при переработке
Приложение 2 Методы определения качественных показателей объектов сушки
Приложение 3 Структурные схемы и передние панели устройств и оборудования
Приложение 4 Результаты экспериментальных исследований
Приложение 5 Технические условия
Приложение 6 Акты. Титульные листы технических условий и экономических расчетов
П1Л
П3.
П5.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ИНДЕКСЫ
1. Обозначения
Р давление, Па
Е напряженность электрического поля, Всм
частота излучающего генератора, Гц е относительная диэлектрическая проницаемость
тангенс угла диэлектрических потерь а угол между векторами
мощность, Вт и электрическое напряжение, В
I электрический ток, А
V скорость испарения влаги из продукта, кгч г коэффициент полезного действия КПД
У ускорение конвективнодиэлектрической КД сушки по сравнению с конвективнокамерной
3 энергоемкость технологического процесса, Джкг ц энергоемкость подвода и преобразования энергии к технологическому процессу безразмерная величина согласно МКО
Д коэффициент диффузии водяного пара, см2с
Т абсолютная температура газов, К
Э энергия при сушке, кВт ч а доля затрат энергии при сушке
Ц стоимость 1 кВт ч электрической энергии, руб.кВт ч
У стоимость 1 кВт ч тепловой энергии, руб.кВт ч.
К коэффициент теплопередачи многослойной стены сушильной камеры, кВтм2 С
I температура,С р плотность продукта, кгм
влажность продукта,
БУ отношение площади ограждающей камеры к объему загрузки продукта в нее, м2м
г промежуток времени, ч с теплоемкость, кДжкг С
гудельная теплота парообразования за разные периоды сушки, кДжкг
0 расход распыляемого материала, кгч
6 влагосодержание воздуха, гкг
П пористость
2. Индексы
V объем
ш тепловые потери с поверхности продукта в окружающую среду г термический
и поверхность при испарении влаги
а анод лампы
вх на входе
вып выпрямитель
вых на выходе
д в ВЧ источнике
е электрический
к конвективно камерная сушка
кв конвективно вакуумная сушка
кд конвективно диэлектрическая сушка КД
кз конвективно звуковая сушка КЗ
квзд конвективно вакуумно звуко диэлектрическая сушка КВЗДС
кон конечная
Л лампа маг магнетрон нач. начальная
ок воздухообмен и влаготеплообработка при конвективной сушке
П продукт т тепловая теор теоретические тр трансформатор.
3. Сокращения
агрегат вакуумный
АВАР авария
АВТ автоматический
БМД буфер магистраля данных
БП блок питания
БС блок сопряжения
БСО блок сопряжения с объектом
БУ блок управления
ВВН высоковакуумный насос
ВН форвакуумный насос
ВРЕМ время
ВСС вакуум сублимационная сушка
ВСУ вакуум сублимационная установка
Дв двигатель
ЗАКР закрыто
ЗАТВ затвор
К клапан
КВДС конвективновакуумнодиэлектрическая сублимационная сушка в потоке инертного газа
КВЗДС конвективновакуумнозвукодиэлектрическая
сублимационная сушка в потоке инертного газа
КОНВ конвективный
МА магистраль адреса
МД сигналы магистрали данных
МОЩН мощность
Н натекатель
НАЛ наладочный
ОЭВМ однокристальные микроЭВМ
ОТКР открыто
ОТТАИВ оттаивание
ПЗУ постоянное запоминающее устройство
РАСХ расход
РУЧ ручной
СВЧ сверхвысокочастотный
СВЧК СВЧ конвективный СУ субблок управления
СУАВ субблок управления агрегатом вакуумным
СУСН субблок управления системой нагрева
СУСР субблок управления системой распыления
СУСХ субблок управления системой обеспечения холода УВ узел ввода
УР узел реле
УСВУ узел согласования с внешним устройством
УСТ установка
УУ узел управления
УЗИ ультразвуковое излучение
ФМУ схема формирования магистрали управления
ЯИ ячейка индикации
ЯК ячейка коммутации.
ВВЕДЕНИЕ


Проведение физического анализа позволит определить основные подходы к методам интенсификации процесса сублимационной сушки, наметить пути исследований по созданию высокоэффективных сублимационных установок непрерывного действия. Д.П. Лебедевым 0 методом радиоактивной метки окиси трития определены поля влагосодержания и представлены результаты исследований динамики сублимационной сушки в вакууме в слоях замороженного яичного меланжа толщиной 5 3 1 0,5 мм. На рисунке 1. Во всех экспериментах температура внешней поверхности материала, обращенной к излучателю, не превышала С. На рисунке 1. Рисунок 1. В зоне сублимации влагосодержание материала изменяется по линейному закону 1. С помощью зависимостей 5Дхтк рисунок 1. Н толщина слоя материала 5тах максимальная толщина зона сублимации. Для слоя толщиной 1 мм рисунок 1. Ь4Я ч
Рисунок 1. Характер кривых б хх позволяет выделить два периода период развития зоны сублимации 0Р тг. Как видно из рисунка 1. Скорость развития зоны сублимации зависит от способа подвода теплоты в зону сублимации, оптических характеристик материала и излучателя. При Н 1 мм периоды свертки вс и развития вр зоны сублимации примерно одинаковы. В соответствии с уравнением 1. Н 1 мм 1,4ряНхк, где ря плотность льда. Сушка является существенно нестационарным процессом, поэтому все составляющие теплового баланса должны определяться как функции времени. Для изучения механизма сублимационной сушки наибольший интерес представляют значения составляющих потоков теплоты в момент времени, соответствующий максимальной толщине зоны сублимации. О1. Ребиндера Сп теплоемкость. Значения температурного коэффициента еНи сушки определяются графическим дифференцированием среднеобъемной температуры Т материала от интегрального влагосодержания и, определенного методом радиоактивных индикаторов 0. А.А. Горяева . Теплота фазового перехода гс принимается равной кДжкг, теплоемкость Сп 1, кДжкгК. ЯпЖт. Тт, 1. Ып , 1,2,3. При 1 для сетки из окисленной нержавеющей стали 0x мм2 е1 ен0, изза отсутствия справочных данных для продукта принято 1. При 2 е0, для стенок сублимационной камеры из стали при К е1 . При е, к0, е, 1. Коэффициент р0, для системы нагревательпродукт был найден расчетным путем из следующих соображений. Из рассчитанного поля энергетической освещенности определялся усредненный по высоте тепловой поток, подающий на поверхность площадью x мм2. Значения Тш 7 Тю Тн брались из эксперимента. Значения теплового потока поглощаемого в объеме материала, находилось как
где суммарный тепловой поток, подводимый к продукту в процессе сушки, найденный из эксперимента. В таблице 1. Величина потока теплоты л, переданной в зону сублимации теплопроводностью, определялась по уравнению Фурье. Значение коэффициента эффективной теплопроводности Хэ0,8 ВтмК для меланжа определялось экспериментально. Значения всех составляющих тепловых потоков для момента времени, соответствующего окончанию развития зоны сублимации рисунок 1. Из нее видно, что наибольшее значение величины 7У имеет место при толщине материала Н 1 мм. Расхождение величин 7Р и Я для слоев толщиной менее 1 мм объясняется рассеянием энергии в окружающую среду. В соответствии с рисунком 1. ТхсотV, дТдхО. Скр, Ркр теплоемкость и плотность материала в момент завершения сублимации кристаллической влаги 3,3 толщины зон сублимации, развивающихся с поверхности материала и подложки расстояние от поверхности до зоны сублимации 2 расстояние от подложки до зоны сублимации 1 ят положительный источник теплоты Ф постоянный коэффициент, определяющий выброс сухого материала при сублимационном обезвоживании. Таблица 1. Н, мм X, мин по4, кгм2с яью3 я Втм2 7о Втм2 я Втм2 2 Втм2 яР Втм2 Яз. Втм2 Яз. Яз. Тх,0шТв Т0, ТН,тат, 1. Задача 1. X2,XiX2 постоянные коэффициенты. В соответствии с полученными экспериментальными результатами практическая организация сублимационной сушки в тонком слое наиболее рациональна в установках распылительного типа. Одна из таких установок с радиационнокондуктивным подводом теплоты описана в работе . Рисунок 1. На рисунках 1. Как видно из рисунков 1. Полученные данные имеют большое значение для разработки сушильных установок, использующих сублимационное обезвоживание в тонком слое.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.221, запросов: 227