Введение к работе
Актуальность. В настоящее время производство сливочного масла в РФ осуществляют более 700 предприятий, а среднегодовая мощность крупных и малых предприятий в 2009 г. составила 644,4 тыс. тонн, использование производственных мощностей – 27…35%. Собственного производства сливочного масла недостаточно для покрытия внутреннего спроса, поэтому Россия вынуждена импортировать данную продукцию в больших объемах. Отраслевая целевая программа «Развитие маслоделия России на 2011…2013 годы» (приказ Минсельхоза РФ от 12.10.2010 г. №349) предусматривает увеличение объема производства сливочного масла, сокращение импорта, обеспечение к 2013 году прироста объемов производства сливочного масла на 14,0% к уровню 2009 г. Для достижения данной программы на региональном уровне необходимо: осуществить техническую модернизацию цехов по производству и переработке сливочного масла; обеспечить вовлечение в хозяйственный оборот вторичных ресурсов, получаемых при производстве сливочного масла; снизить энергопотребление за счет внедрения современных технологий переработки, повышающих пищевую и биологическую ценность продуктов, в том числе топленого масла. Объем производства сливочного масла в 2009 году в мире достиг – 6,02 млн. т., в РФ – 231 тыс. т., а в Чувашской Республике (ЧР) – 14,5 тыс. т. (6,3 % от общероссийского объема производства). Темпы роста производства топленого масла за последние годы резко снизились, объем его производства в РФ в 2009 году составил 11,5 тыс.т., а в ЧР – 0,73 тыс.т.
В результате реализации программы к 2013 году будет обеспечено увеличение использования производственной мощности предприятий по производству сливочного и топленого масла с 27,2% до 41,2% за счет проведения модернизации на инновационной основе. Поэтому разработка энергосберегающей технологии выработки топленого масла, в том числе с использованием энергии электромагнитных излучений СВЧ диапазона, актуальна. В качестве СВЧ источника предлагается использовать генераторный блок от бытовых микроволновых печей частотой 2450 МГц, мощностью 1,2 кВт, где магнетрон является генератором с самовозбуждением.
Целью настоящей работы является разработка и обоснование режимов работы установки для термообработки сливочного масла с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты, позволяющей улучшить качество топленого масла при сниженных энергетических затратах.
Основные научные задачи:
- разработать методику термообработки сливочного масла многократным воздействием ЭМП СВЧ в перфорированной резонаторной камере;
- обосновать конструктивно-технологические параметры и режимы работы СВЧ установки на основе системно-комплексного решения задачи повышения качества продукции и исследований процесса термообработки сливочного масла, физико-химических, микробиологических изменений, происходящих в продукции;
- получить регрессионные зависимости, связывающие энергетические затраты на термообработку сырья с СВЧ энергоподводом и снижение бактериальной обсемененности продукта с ключевыми факторами, влияющими на технологический процесс; - разработать и испытать в производственных условиях СВЧ установку для термообработки сливочного масла, оценить технико-экономическую эффективность его применения в фермерских хозяйствах.
Объекты исследования: технологическое оборудование и процесс термообработки сливочного масла в перфорированной резонаторной камере с СВЧ энергоподводом; продукция.
Предметом исследования является выявление закономерностей процесса термообработки масло-сырья многократным воздействием ЭМП СВЧ в перфорированной резонаторной камере.
Методика исследований. В теоретических исследованиях применены основы теории электромагнитного поля, теории процесса диэлектрического нагрева. Экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях проводились в соответствии с разработанными частными методиками, базируются на разработке эффективных технологических процессов и установки для термообработки масло-сырья. Основные расчеты и обработка результатов экспериментальных исследований выполнялись с применением методов математической статистики и регрессионного анализа при использовании теории активного планирования многофакторного эксперимента.
Научную новизну результатов исследования представляют:
- математические выражения, позволяющие обосновать параметры электромагнитного поля СВЧ диапазона, обеспечивающие процесс термообработки масло-сырья в перфорированной резонаторной камере при многократном циклическом воздействии ЭМИ;
- закономерности влияния режимных параметров СВЧ установки на динамику эндогенного нагрева масло-сырья и на качество продукта;
- разработанная СВЧ установка, имеющая новое конструктивное исполнение рабочего органа в виде цилиндрических перфорированных резонаторных камер, расположенных в экранном корпусе, обеспечивающая термообработку масло-сырья в процессе многократной циркуляции через резонаторные камеры с помощью центробежного насоса (заявка на изобретение № 2011128533/10 от 08.07.2011 г., положительное решение от 04.07.2012 г.);
- рациональные режимы и комплекс конструктивно-технологических параметров, обеспечивающие термообработку сливочного масла в ЭМПСВЧ при сниженных энергетических затратах с улучшением качества топленого масла, оцененного по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям.
Практическую значимость представляет изготовленная и испытанная в производственных условиях СВЧ установка для термообработки масло-сырья, позволяющая улучшить качество продукции при сниженных энергетических затратах.
Реализация результатов исследований. Разработка СВЧ установки для термообработки масло-сырья проводилась в соответствии с планом НИОКР ФГБОУ ВПО ЧГСХА, в рамках тематического плана Министерства сельского хозяйства РФ по разделу «Био-нанотехнологии». Исследование процесса термообработки сливочного масла в электромагнитном поле сверхвысокой частоты осуществлялось в лаборатории «Электротехнологии» ФГБОУ ВПО ЧГСХА, производственное испытание СВЧ установки – в ООО «Вурнары Завод СОМ». Результаты научных исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Чувашская ГСХА», ФГБОУ ВПО «Марийский ГУ», ФГБОУ ВПО «Казанский ГАУ».
Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены и обсуждены: во II туре всероссийского конкурса научных работ студентов, аспирантов, молодых ученых высших учебных заведений МСХ РФ Приволжского федерального округа (г. Уфа, ФГОУ ВПО БГАУ, 29.04.2011 г.); на XIII межрегиональной конференции-фестивале научного творчества учащейся молодежи «Юность Большой Волги» (г. Чебоксары, 14.05.2011 г.); на VII и VIII всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодые ученые в решении актуальных проблем сельского хозяйства» (г.Чебоксары, ФГБОУ ВПО ЧГСХА, 30.03.2011 г. и 4.04.2012 г.); на международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологий и технического обеспечения сельскохозяйственного производства» (г. Казань, ФГБОУ ВПО КГАУ, 25.04.2012 г.); на республиканском фестивале научно-технического творчества молодежи «НТТМ-Чувашия» (г. Чебоксары, 08.06.2012 г.).
Установка демонстрировалась на: республиканском конкурсе проектов среди молодежи «Эффективные пути развития АПК в Чувашской Республике» (Чебоксары, 2010 г.); XVIII выставке «Регионы - сотрудничество без границ» (Чебоксары, 23…26.06.2011 г.).
Теоретические и экспериментальные результаты диссертационных исследований удостоены следующих наград:
- дипломы за активное участие: во II туре всероссийского конкурса научных работ студентов, аспирантов, молодых ученых высших учебных заведений МСХ РФ Приволжского федерального округа (ФГБОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2011 г.); на международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологий и технического обеспечения сельскохозяйственного производства» (ФГБОУ ВПО «Казанский ГАУ», 2012 г.); на XIV международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (ФГБОУ ВПО «Марийский ГУ», 2012 г.); на VII всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодые ученые в решении актуальных проблем сельского хозяйства» (ФГБОУ ВПО «Чувашская ГСХА», 2012 г.);
- благодарственное письмо за активное участие и плодотворную работу на XVIII выставке «Регионы - сотрудничество без границ», за подписью директора казенного унитарного предприятия ЧР «Агро-инновации» Васильева Н.И. (г. Чебоксары, 28.06.2011 г.).
Публикации. Результаты исследований отражены в 10 научных работах, в том числе 3 из перечня ведущих периодических изданий, определенных ВАК РФ, и в монографии «СВЧ маслоплавитель», объемом 9,5 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 175 страницах и состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству, списка использованной литературы, включающего 144 наименования, приложений. В диссертационной работе содержится 80 рисунков и 26 таблиц.
