Интенсификация тепломассообмена в процессах сушки биополимерных продуктов

• Автор: Давидюк, Валерий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Астрахань
• Количество страниц: 164 с. : ил.

1. Перспективы интенсификации тепломассообмена при производстве сухих биополимерных продуктов

1.1. Перспективы производства и области использования ряда исследуемых продуктов

1.2. Выбор перспективного способа и конструкторских решений обезвоживания

1.3. Выбор методов предварительной обработки и нанесения продуктов на рабочую поверхность сушилки

1.4. Разработка опытно-промышленных установок для сушки биополимерных продуктов

2. Анализ основных термодинамических закономерностей взаимодействия продуктов с водой

2.1. Механизм взаимодействия исследуемых продуктов с водой

2.2.Термодинамика внутреннего массопереноса при взаимодействии продуктов с водой

3. Тсплофизические и структурно-механические характеристики продуктов как объектов сушки

3.1. Стабильность пеноструктур в процессах сушки

3.2. Пеноструктурные характеристики продуктов

3.3. Теплофизические характеристики исследуемых продуктов
3.4. Плотность исследуемых продуктов
4. Изучение инфракрасного энергоподвода в процессе сушки
5. Исследование влияния основных факторов на эффективность сушки
6. Анализ механизма внутреннего тепломассопереноса на основе кинетики сушки
7. Расчет полей температур, коэффициентов нотенциалонроводности и молярного переноса пара с учетом динамики процесса сушки
7.1 Расчет полей температур в слое при радиационной сушке
7.2 Методика определения коэффициентов потенциалопроводностии молярного переноса пара
7.3. Выбор оптимального количества и расположения ИК-генераторов
8. Обобщенная методика интенсификации тепломассообмена, получения рациональных осциллирующих режимов в процессах сушки биополимерных продуктов
8.1. Методика получения рациональных осциллирующих режимов
сушки
8.2. Методика выбора рационального способа сушки
Общие выводы и заключение
Список использованной литературы
Приложения

Интенсификация тепломассообменных процессов в безотходных, экологически безопасных технологиях сырья животного и растительного происхождения, концентратов, сухих кусковых и порошковых продуктов перспективна в настоящее время и ограничивается отсутствием надежных способов и аппаратов для сушки. Специфические механизм внутреннего тепломассопереноса и свойства жидких и пастообразных продуктов не позволяют использовать традиционные способы сушки, как одного из самых перспективных способов консервирования, позволяющего улучшить условия хранения продукта, сократить продолжительность процесса, решить экологические проблемы.
Целесообразность разработки и развития научно-методических основ, рациональных способов, критериев оптимальности, создания гибких модулей обезвоживания, физически обоснованных комплексных методов расчета процессов высокоинтенсивной сушки продуктов животного и растительного происхождения и создание на их базе высокоэффективного сушильного оборудования не вызывает сомнений и представляет научный и практический интерес.
Внедрение и надежное функционирование технологий концентрирования сдерживается отсутствием надежных способов и аппаратов для сушки. Сорбционная активность сухих, высокая адгезия и вязкость жидких и пастообразных продуктов, специфика внутреннего тепломассопереноса затрудняют использование традиционных способов сушки, как одного из самых энергоемких процессов пищевой технологии.
Разработка новой технологии и техники сушки - это нетрадиционные аппаратурно-технологические решения и новые подходы к описанию процесса, позволяющие выбрать рациональный способ сушки; решить задачи прогнозирования процессов, найти пути повышения эффективности процесса и сушильного оборудования.
Это подтверждает актуальность поставленной в диссертационной работе цели.
Работа выполненялась в рамках «Координационного плана научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Минрыбхоза СССР на 1985-1990гг. (комплексная целевая программа «Пелагиаль»)», региональной «Концепции и программы «Создание в Астраханской области комплекса по производству сухих плодоовощных продуктов, переработке и утилизации отходов и производство на их основе кормов, кормовых добавок и других продуктов и товаров» на 1998-2004гг.», а также в соответствии с планами научно-исследовательских работ АГТУ.
Цель и задачи исследований. Целью работы являются теоретические и экспериментальные исследования тепломассообмена и оптимизация процессов высокоинтенсивной сушки биополимерных продуктов. Для достижения цели поставлены следующие задачи:
- определить пути интенсификации тепломассообмена при производстве сухих биополимерных продуктов; проанализировать способы сушки, конструкторские решения сушильных установок;- экспериментально и аналитически ис-

следовать основные теплофизические (ТФХ), физико-химические (ФХС), структурно-механические (СМС), пеноструктурные (ПСХ), оптические (ОХ) и терморадиационные (ТРХ) свойства и характеристики, а также термодинамические закономерности взаимодействия продуктов с водой;
- теоретически исследовать инфракрасный (ИК-) энергоподвод и распределение поглощенной энергии в слое продукта;
- экспериментально исследовать влияние основных факторов на интенсивность сушки продуктов животного и растительного происхождения;
- экспериментально и теоретически исследовать механизм внутреннего те-пломассопереноса при высокоинтенсивной сушке;
- разработать физико-математическую модель тепломассообмена в процессах сушки с анализом полей температур и определением коэффициентов по-тенциалопроводности и молярного переноса пара, получить зависимости массовлагообменных характеристик от параметров процессов;
- разработать методику и программное обеспечение для прогнозирования и получения осциллирующих рациональных режимов в процессах сушки, получить рациональные осциллирующие режимы для исследуемых продуктов;
- разработать рекомендации по выбору рациональных способов сушки, конструкторских решений для их осуществления, методов нанесения продуктов на рабочую поверхность и транспортирующие органы сушильных установок.

Для картофеля в дольках:
1 л
а = (7.2(1 - с) + 0.0051(Г - 273)+;
Л = 0.52(1 - с)+1.546 • 10-4 (Т - 273)+0.127.
Для яблок в дольках:
10“8
а = (7.02(1 - с)+ 0.028Г- 0.964)^-1 Л = 0.411(1 - с)2 + 0.0565(1 - с)+0.002Т - 0.5823.
3.4. Плотность исследуемых продуктов
Исследование зависимости плотности от влажности исходных растворов проводилось с помощью набора денсиметров при Т = 308 К. Процесс пеносуш-ки протекает практически без изменения объема пеноструктуры из-за высокой интенсивности. При постоянном объеме это приводит к снижению её плотности. При вспенивании, объем системы увеличивается в р раз:
р = ^- (3.7)
г ПеНЫ р 4 '
Для получения зависимости плотности пены от влажности в реальном процессе сушки необходимо определиться в значении исходной плотности раствора, по изменению которой (уравнение (3.7)) можно определить исходную плотность пены р. Для определения текущей р" при V— const, воспользуемся формулой аддитивности (F-объем пенослоя):
= p.Vsm -К).(3.8)
Р V 1.1-И ”"‘"Р
Изучена истинная и физическая плотность ряда продуктов (с учетом текущей кратности Р). На основе экспериментальных исследований и литературных данных [107, 108] получены аппроксимирующие экспериментально-аналитические зависимости для плотности от влажности и температуры в реальном процессе обезвоживания при условии незначительной усадки материала в процессе высокоинтенсивной сушки.
Так, в частности, физическая плотность: для продукта «Оволакт»: 0 _ 199.4 91.84^1000
p-с р-с2 р для томатной пасты: „_ 1136+412c-0.4647ci
р~ а
для картофеля в дольках: р = 360+640(1-с) _ для яблок в дольках: 1520-522(|-с)

для томатной пасты с добавкой рыбного бульона (х- концентрация с. в. добав-