Введение к работе
Актуальность темы. По данным института питания РАН, средняя годовая норма потребления овощей и фруктов на одного человека должна составлять не менее 150 кг. Ярко выраженная сезонность сельскохозяйственного производства овощей и ягодного сырья, утрата биологических свойств при хранении без специального оборудования не позволяет использовать фрукты и овощи на протяжении всего года. Удаление влаги из овощного и ягодного сырья путем сушки до влажности 8... 14% предоставляет возможность сохранить его в обьганых условиях длительное время.
Создание и освоение новой сушильной техники для комплексной переработки сельскохозяйственного сырья с использованием передовой технологии является актуальной задачей подъема народного хозяйства России. В промышленности имеет большое распространение способ сушки ряда пищевых, медицинских и химических веществ в замороженном состоянии в условиях вакуума (133,3... 13,3 Па). Этот способ сушки, называемый сушкой сублимацией, позволяет сохранить основные биологические качества используемого материала и питательные вещества, содержащиеся в исходном сырье. Данный факт является значимым при создании стратегических запасов и сохранения продуктов питания, так как высушиваемый таким способом материал может сохраняться значительное время. Кроме того, имеет место снижение транспортных расходов при перевозках за счет уменьшения массы продукта в 4... 10 раз в результате сушки и более простая система его использования.
Сублимационное обезвоживание стало конкурентоспособным так как превосходит другие методы консервирования по качеству готового продукта и допускает его хранение на обьганых складах. Сублимационной сушке подвергают мясо и молочные продукты, рыбу, продукты моря и продукты растительного происхождения. В медицине и биологии этот способ используют для консервирования донорской крови, кровезаменителей, сывороток, микробных культур, трансплантатов, гормональных препаратов, вирусов.
Метод сушки сублимацией, или молекулярная сушка, впервые был предложен советским инженером Г. И. Лаппа - Старженцким, получившим еще в 1921 г. патент на этот метод. Однако из-за недостаточно развитой в то время вакуумной техники и техники получения холода он не получил широкого распространения.
В настоящее время производство сублимированных продуктов интенсивно развивается. За рубежом это обеспечивается расширением выпуска установок периодического действия многими известными фирмами: «Хохвакуум», «Стоке», «Лейбольд - Хераеус», «Халл», «Крио - Мейд» и другими.
Аналогичные установки разрабатывались и использовались в СССР и до
сих пор эксплуатируются в России. Для таких установок характерны
сравнительно низкая производительность, значительные затраты ручного труда,
высокая стоимость сублимированного продума.1
| -"і"* национальна*! БИБЛИОТЕКА
Перспективы развития сублимационной техники связаны с переходом к установкам непрерывного действия. Однако, предлагаемые сегодня конструкции сублимационных установок с усовершенствованными способами энергоподвода к обезвоживаемому материалу и организацией непрерывного процесса имеют недостатки в плане эффективного удаления паров воды, образующихся при сушке. Это, в свою очередь, может привести к нарушению термодинамических режимов сушки, что вызовет остановку процесса или ухудшение свойств готового продукта. Следовательно, нерешение проблем, связанных с эвакуацией паров воды из вакуумной камеры, сводит на «нет» преимущества сублимационных установок непрерывного действия и препятствует развитию отрасли.
Целью настоящей работы является повышение эффективности удаления водяного пара из непрерывно-действующей вакуумной сублимационной установки с комбинированным энергоподводом. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие основные задачи:
- провести анализ конструкций и способов работы существующих
десублиматоров, выявить основные кинетические параметры процесса
десублимации;
- создать физическую модель и дать математическое описание кинетики
процесса десублимации пара на охлаждаемой панели;
исследовать кинетику процесса десублимации на опытном образце панельного десублиматора, проверить адекватность математической модели;
разработать методику расчета и организацию непрерывного процесса десублимации;
оптимизировать рабочие параметры десублиматора и провести интенсификацию процесса конденсации;
определить рабочие режимы и параметры десублиматора для непрерывной сублимационно установки с комбинированным энергоподводом. Научную новизну работы составляют:
теория механизма процесса десублимации водяного пара на охлаждаемой поверхности;
аналитические зависимости для определения кинетических параметров работы панельного десублиматора;
способ организации и методика расчета десублиматора для непрерывной сублимационной сушки.
Практическая и научная полезность работы определяется следующими основными результатами:
аналитические зависимости теории расчета процесса десублимации могут быть использованы при проектировании панельных десублиматоров;
разработан и изготовлен опытный образец десублиматора для проведения исследований процесса намораживания водяного пара на охлаждаемую панель при различных термодинамических условиях вакуумной камеры;
-установка УСС-НД-КЭ-Ж-02 с усовершенствованной организацией процесса десублимации принята в ГУЛ Ижевское хлебоприемное предприятие №2 и ЗАО «Ижмолоко».
5 На защиту вынесены:
теоретические положения механизма процесса десублимации пара на охлаждаемую панель;
результаты экспериментальных исследований по изучению кинетики процесса десублимации;
методика расчета и организация непрерывного процесса десублимации;
рабочие параметры десублиматора для непрерывной сублимационной сушки термолабильных продуктов;
технико-экономические показатели совершенствования процесса десублимации на сублимационной установке непрерывного действия.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей, в том числе - 2 в центральных изданиях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемых источников и приложений. Работа изложена на 130 страницах основного текста, содержит 41 рисунок, 14 таблиц и список использованных источников из 115 наименований.
