Установка для обеззараживания молока комбинированным воздействием физических факторов в фермерских хозяйствах

• Автор: Родионова, Анастасия Валерьевна
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ объема производства и переработки молока

1.2 Физико-химические и микробиологические параметры молока

1.3 Существующие способы и технические средства для обеззараживания жидких продуктов с использованием электрофизических факторов

1.4 Выводы. Цель и задачи исследования

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ МОЛОКА
2.1 Технологический процесс обеззараживания молока воздействием физических факторов
2.2 Обоснование напряженности электрического поля в объемном резонаторе СВЧ генератора, позволяющей обеззараживать молоко
2.3 Обоснование электроакустического режима работы излучателя ультразвуковых колебаний
2.4 Согласование продолжительности обеззараживания в рабочей камере со скоростью истечения молока
2.5 Выводы
3 МЕТОДИКА И СРЕДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Программа экспериментальных исследований
3.2 Частные методики исследований и использованная измерительная аппаратура
3.3 Машинно-аппаратная схема производства пастеризованного молока
3.4 Разработанные установки для обработки молока воздействием физических факторов
3.5 Выводы
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ МОЛОКА
4.1 Схема технологического процесса воздействия физических факторов на молоко
4.2. Результаты экспериментальных исследований динамики нагрева молока
4.3 Результаты экспериментальных исследований снижения бактериальной обсемененности
4.4 Определение эффективных режимов работы установки для обеззараживания молока

4.5 Исследование органолептических и физико-химических показателей молока
4.6 Выводы
5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1 Технико-экономическая оценка применения СВЧ установки для пастеризации молока в фермерских хозяйствах
5.2 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А. Акты (справки) об использовании (внедрении) научно-исследовательской работы в учебном процессе
Приложение Б. Акт апробирования научно-исследовательской работы в производственных условиях
Приложение В. Протокол измерений электромагнитных излучений около установки
Приложение Г. Протокол экспертной оценки качества продукта
Приложение Д. Документы о регистрации заявки на изобретения
Приложение Е. Матрицы планирования экспериментов и расчетные коэффициенты для построения поверхностей отклика и двухмерных сечений моделей
Приложение Ж. Материалы промежуточных расчетов
Приложение 3. Основные узлы и детали установки
Приложение И. Дипломы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Объём производства молока по статистическим данным за 2010...2012 г.г. по Российской Федерации (РФ) и Чувашской Республике (4P) составляет 31916 и 490 тыс. тонн/год соответственно. Причем годовой объём молока, произведенного в условиях хозяйств населения 4P, составляет 250 тыс. тонн. В рамках государственной программы развития сельского хозяйства (с.-х.) и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013...2020 годы большое внимание уделяется увеличению производства молочной продукции. По итогам реализации программы ожидается увеличение объема переработанного молока до 36 млн. тонн в год, производимого в фермерских и личных подсобных хозяйствах. Его исходная бактериальная обсемененность может достигнуть 6-106 ...107 КОЕ/см3. Традиционные способы обеззараживания молока эффективны в случае обсемененности молока до 1 млн. КОЕ/см3 и при этом энергетические затраты достигают до 0,016...0,025 кВгч/л. В связи, с чем возникает необходимость обеззараживания молока непосредственно в фермерских хозяйствах с использованием электрофизических факторов. Поэтому разработка технологии и технического средства для обеззараживания молока комбинированным воздействием физических факторов, является актуальной.
Степень разработанности темы. Существенный вклад в развитие теории пастеризации молока и в разработку конструкции аппаратов для его осуществления внесли такие ученые как: Бредихин С.А., Кавецкий Г.Д., Ковалев Ю.А., Карташов Л.П., Крусь Г.И., Курочкин A.A., Плаксин Ю.М. и др. Их работы в значительной мере способствовали изучению технических средств, предназначенных для обеззараживания молока. Однако в трудах этих и многих других ученых слабо представлены теоретические предпосылки расчета доз воздействия физических факторов, особенно при комбинировании.
Предлагается проводить обеззараживание молока комбинированным воздействием физических факторов, таких как электромагнитное поле сверхвысокой частоты, ультразвуковые колебания и бактерицидный поток ультрафиоле-

лее), колебания будут возбуждаться на резонансной частоте системы. Сильная связь в системе будет установлена, если излучающий элемент магнетрона будет размещен в объемном резонаторе. При этом начинается накопление энергии и образуется стоячая волна, имеющая максимумы и минимумы напряженности электрического поля, пространственное распределение которых зависит от типа объемного резонатора (цилиндрический, прямоугольный) и типа возбуждаемых колебаний [70, 134]. В случае использования СВЧ генератора малой мощности напряженность поля оказывается достаточно высокой для уничтожения микроорганизмов.
Определение критической напряженности электрического поля. Вычислим критическую напряженность электрического поля в объёмном резонаторе, при которой происходит уничтожение микроорганизмов в молоке за счет выравнивания мощностей диэлектрических потерь в микроорганизме и мощности теп-лопотерь с его поверхности.
Е2 ■£■£,-2к'/^ё8-У 2Я-5-ягас/Г + 2сг-л’-(273 + Г)

ЕкР _
|2(Я-у-яга£/Г + с7-5-(273 + Г)4)
є- /'V
_ |2(Я-5^гас/Г + ст^-(273 + Г)4)
Е = '1~ 6,49-Г 'В'СМ <2-6>
Алгоритм согласования параметров объёмного резонатора СВЧ генератора представлен на рис. 2.4.