Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время происходит структурная перестройка рыбообрабатывающего комплекса Российской Федерации. В результате этого, значительно выросла доля предприятий малого и среднего бизнеса. В связи с ростом цен на энергоносители существенно возрос спрос и наметился переход на ресурсосберегающие технологии и оборудование. В отличие от населения Европы, которое на 90% потребляет рыбу в охлажденном состоянии и лишь на 10% - в замороженном, в России превалирует продукция из замороженной рыбы, доля которой составляет более 70%.
Анализ направлений исследований, связанных с оптимизацией процесса размораживания брикетов рыбы показывает, что их надо подвергнуть воздействию тепловой энергии определенным по времени профилем интенсивности. Значительный вклад в развитие теории размораживания и создание новых видов размораживающих установок внесли В.М. Стефановский, Н. Н. Мизерецкий, И.А.Рогов, Ю.А Фатыхов, В.Н. Эрлихман, А.А. Шалак, Г.Б. Чижов, Н.А. Головкин, И.Г. Алямовский, Н.А. Воскресенский, В.П. Зайцев, В.В. Станкович, И.И. Горбатов, Н.П. Янушкин, В.А. Попов, А.Г.Ханжин, И.Ю. Алексанян и др. Однако, независимо от способа передачи энергии, известно, что при непосредственном воздействии тепловой энергии на поверхность замороженного сырья тепло распространяется вглубь брикета постепенно, слой за слоем. Очевидно, что для того, чтобы в толще замороженного брикета температура поднялась до необходимой -1,5 -1С, на его поверхности определенный период времени должна будет выдерживаться существенно более высокая температура. При этом, чем дольше проводится процесс размораживания, тем больше структура тканей будет отличаться по качеству от первоначального состояния. Быстрое размораживание позволяет в наилучшей степени сохранить первоначальное состояние структуры тканей. Поэтому длительность размораживания становится одним из важнейших показателей процесса, характеризующих эффективность самого способа.
Для решения задач, связанных с исключением зон перегрева в брикетах рыбы, особенно при непрерывном размораживании, требуется подводить тепло к каждой тушке рыбы, что резко увеличивает их контакт с теплоносителем. Автор видит решение в предварительном разрушении брикета рыбы электрогидравлическим ударом, который широко применяется в промышленности.
До настоящего времени научных работ по применению электрогидравлического удара для разделения замороженных брикетов рыбы на тушки не обнаружено. Тема работы является актуальной и современной.
Цель и задачи исследования. Цель работы – разработать способ и методику расчета устройства для разрушения электрогидравлическим ударом замороженного брикета рыбы при подготовке к размораживанию.
В соответствии с указанной целью поставлены следующие задачи:
Провести анализ существующих процессов и оборудования для размораживания рыбы, тенденций их развития.
Предложить методику расчета давления ударной волны в воде, достаточного для разрушения замороженного брикета рыбы на тушки.
На экспериментальной установке исследовать эффективность электрогидравлического удара на стадии подготовки брикета рыбы к размораживанию.
Выбрать тип и рациональные параметры электрогидравлической установки.
Разработать инженерную методику расчета установок с применением электрогидравлического удара для разрушения замороженных брикетов рыбы без снижения потребительских свойств продукта.
Разработать способ и устройство разрушения замороженного брикета рыбы на тушки с применением электрогидравлического удара.
Разработать технические условия на производство установок для разрушения брикетов замороженной рыбы.
Научная новизна.
Предложен новый способ и устройство для подготовки к размораживанию брикетов рыбы, позволяющий в 12-14 раз сократить время размораживания брикета рыбы в сравнении с размораживанием в воде без применения ЭГУ.
Разработана математическая модель расчета давления на нижнюю поверхность замороженного брикета рыбы для цилиндрической разрядной камеры необходимого для его разрушения.
Определены рациональные параметры давления ударной волны для разрушения замороженного брикета на тушки при подготовке к размораживанию.
Показано, что предложенный способ не ухудшает потребительские свойства свежей рыбы.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Выполнены расчеты и предложена конструкция для выпуска опытно-промышленного образца устройства для размораживания рыбы с применением электрогидравлического удара.
Разработаны технические условия и инженерные методики расчета промышленных установок, позволяющие прогнозировать скорость размораживания сырья вне зависимости от размеров брикетов рыбы.
На основании комплекса экспериментально-теоретических исследований показана целесообразность предварительного разрушения замороженного брикета рыбы на тушки при подготовке к размораживанию.
Результаты работы использованы в учебном процессе подготовки студентов СПбНИУ ИТМО по специальности «Машины и аппараты пищевых производств» и слушателей Военной академии тыла и транспорта по специальности «Техническое обеспечение продовольственной службы».
Новизна технических решений подтверждена положительным решением ФГБУ «ФИПС» о выдаче патента на изобретение (заявка № 2011130124 от 19.07.2011).
На защиту выносятся:
Способ и устройство механического разделения брикета замороженной рыбы на тушки с применением электрогидравлического удара.
Методика расчета давления ударной волны в воде, достаточного для разрушения брикета замороженной рыбы на тушки.
Зависимости эффективности разрушения брикета замороженной рыбы от материала и диаметра используемых проволочек, которые могут быть применены на практике при проектировании и эксплуатации электрогидравлических установок для пищевой промышленности.
Технические решения конструкции установки для механического разделения брикетов на тушки и ускоренного размораживания рыбного сырья.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях СПбГУНиПТ (2006-2011г), на 34 научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников университета, на Научно-технической конференции с международным участием «Холод-2011. Проэкология и энергосбережение» и на ХLII научной и учебно-методической конференции НИУ ИТМО (2013г.).
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при разработке НИР на тему: «Проект эффективной системы дефростации рыбы» для рыбообрабатывающего комбината в г. Сланцы ООО «Магистр».
Разработанные «Технические условия на установку для разрушения брикетов мороженой рыбы» и «Проект линии дефростации рыбы с применением электрогидравлического удара» приняты к внедрению проектно-конструкторским отделом ОАО «Пищепромавтоматика» (г. Санкт-Петербург) в качестве научного обеспечения при разработке перспективного оборудования.
Результаты диссертационной работы использованы при подготовке учебного пособия «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности», предназначенного для учебного процесса вузов по группе специальностей 260600.65 - “Пищевая инженерия”. Пособие внедрено в учебный процесс СПбНИУ ИТМО, что подтверждено соответствующим актом.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ, в том числе 3 статьи в издании, рекомендованном ВАК РФ, имеется положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, включающих обзор литературы, методику выполнения работы, аналитические исследования, экспериментальную часть, выводов, и приложения. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста и содержит 32 рисунка, 13 таблиц и 8 приложения на 45 страницах. Список литературы содержит 111 наименований, в том числе 8 иностранных авторов.
