Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Значение картофеля как продовольственной культуры 10
1.2 Биологические особенности картофеля, требования к среде произрастания и их влияние на физико-химические свойства клубней в условиях Удмуртской Республики 13
1.3 Основные факторы и их влияние на резаный картофель в технологии переработки
1.4 Технология производства быстрозамороженного картофеля 35
1.5 Выводы и задачи научных исследований 39
2 Теоретические исследования процесса сушки резаного картофеля и его сортирования к обоснованию конструкции и основных параметров вакуумной барабанной сортировки 42
2.1 Сублимация - как способ повышения качества готовой продукции ... 42
2.2 Физические основы сублимации 46
2.3 Кинетика процесса сушки 52
2.4 Разработка конструктивно-технологической схемы сортировки 56
2.4.1 Анализ движения частицы и вороха по поверхности барабана 61
2.4.2 Обоснование конструктивных параметров вакуумной сортировки 69
3 Программа и методика проведения экспериментальных исследований сортировки 80
3.1 Программа экспериментальных исследований 80
3.2 Методика экспериментальных исследований 81
3.2.1 Объект и предмет исследований, измерительные устройства, приборы и оборудование 81
3.2.2 Контроль качества 88
3.2.3 Обоснование оценочного критерия оптимизации и выбор управляющих факторов
3.2.4 Оптимизация параметров и режимов работы вакуумной барабанной сортировки резаного картофеля 96
3.2.5 Проведение фото и видеосъёмки процесса работы 100
3.2.6 Методика математической обработки результатов экспериментальных исследований 101
4 Результаты экспериментальных исследований и производственные испытания 105
4.1 Контролируемые параметры и характеристики частиц, при проведении экспериментальных исследований 105
4.2 Результаты и обработка экспериментальных исследований 108
4.3 Результаты обработки фото и видеосъёмки 128
4.4 Результаты производственных испытаний 129
5 Энергетическая эффективность использования вакуумной барабанной сортировки резаного картофеля 132
Заключение и общие выводы 138
Список литературы 140
Приложения 155
- Биологические особенности картофеля, требования к среде произрастания и их влияние на физико-химические свойства клубней в условиях Удмуртской Республики
- Сублимация - как способ повышения качества готовой продукции
- Объект и предмет исследований, измерительные устройства, приборы и оборудование
- Контролируемые параметры и характеристики частиц, при проведении экспериментальных исследований
Введение к работе
В последние годы развитие сельского хозяйства отличают позитивные изменения, отрасль динамично развивается. В рамках реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» в Российской Федерации основной задачей агропромышленного комплекса является насыщение рынка продовольствием, но переход к рыночным отношениям, формирование многоукладной экономики, обуславливают необходимость и технических решений, направленных на повышение потребительских свойств и качества пищевой продукции.
Одобренная Правительством Российской Федерации «Концепция государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации» рассматривает развитие производства продуктов питания в качестве важнейшей и первоочередной меры, от которой решающим образом зависит улучшение питания и здоровья детского и взрослого населения России.
Среди продуктов питания, обладающих защитными функциями, превалирующее значение имеет плодоовощная продукция. По данным Всемирной организации здравоохранения содержание в ежедневном рационе 700...800 грамм плодов и овощей позволит сократить риск возникновения онкологических, сердечнососудистых и некоторых возрастных заболеваний почти на 50%. Но ярко выраженная сезонность сельскохозяйственного производства растительного сырья, сложность сохранения высоких биологических свойств без специального оборудования не позволяет его использовать на протяжении всего года, а качество готовой продукции во многом зависит от быстроты переработки, а это в свою очередь, обеспечивается соответствующей технологией и современным оборудованием.
Пищевая и перерабатывающая промышленность традиционно ориентирована на производство из сырья одного основного продукта, выход которого составляет 15-30% от массы переработанного сырья. Остальная часть, которая содержит значительные количества ценных и питательных веществ и в данном производственном процессе не используется, переходит в так называемые отходы производства, которые часто являются вторичным сырьём для производства дополнительной продукции.
Вовлечение в сферу производства огромных ресурсов промышленных отходов равносильно расширению сырьевой базы пищевой и перерабатывающей промышленности при одновременной экономии затрат труда, а выпуск дополнительной продукции из вторичного сырья означает снижение издержек производства на единицу конечной продукции при тех же затратах на сырьё.
Научно-технический прогресс в перерабатывающей промышленности связан с непрерывным повышением уровня механизации, увеличением единичной мощности машин и агрегатов и внедрения нового оборудования в технологических линиях. Возрастает тенденция к комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, происходит значительное расширение парка оборудования заводов по переработке плодоовощной продукции.
Важнейшими направлениями развития отрасли является расширение производства, улучшение качества и ассортимента изделий, повышение общего технического уровня производства, его механизация и автоматизация которые проводятся на базе внедрения высокопроизводительного оборудования, подготовки и внутризаводского транспортирования сырья, его дозирования, непрерывного изготовления полуфабрикатов, хранения и транспортирования готовой продукции. Все это оборудование располагается последовательно по технологическому процессу. Связанные между собой транспортирующими механизмами и управляемые с помощью средств автоматизации технологические машины образуют производственные поточные линии.
В настоящее время актуальной проблемой является внедрение более совершенных способов и технологий по переработке картофеля, которые позволяют не только увеличить производительность труда, улучшить качество вырабатываемой продукции, но и значительно повысить эффективность производства за счёт сокращения длительности процесса и соответствующих затрат.
Однако многие технологические процессы при переработке картофеля протекают при атмосферном давлении, то есть при непосредственном контакте продукта с кислородом, находящемся в воздухе, высокой температурой (термическое бланширование, подсушка), контактом с водой (мойка, промывка), с металлом (рабочие органы машин, аппараты, транспортеры).
Все вышеперечисленные факторы влияют на качество конечного продукта. Происходит распад витаминов и сложных химических веществ, в
результате появляются новые, более простые по составу вещества, обладающие неприятным вкусом и запахом.
Поэтому была поставлена задача снижения неблагоприятных факторов, путем сокращения продолжительности контакта (объединение технологических процессов) или исключения их из технологического процесса с заменой на более прогрессивные, позволяющие прекратить или замедлить деятельность микроорганизмов, а также разрушить ферментную систему и предотвратить нежелательные изменения продуктов. При этом необходимо учитывать и энергозатраты.
Актуальность отмеченной проблемы с её недостаточной практической изученностью предопределило выбор темы диссертационного исследования.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО ИжГСХА по заданию министерства сельского хозяйства и продовольствия Удмуртской Республики "Механизация возделывания, послеуборочной обработки, хранения и переработки картофеля" (№ гос. регистрации 01.20.03 02046).
Цель и задачи исследований. Целью исследования является
совершенствование технологического процесса и повышение эффективности сортирования резаного картофеля в разряжённой среде.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи: разработать усовершенствованную технологию, обеспечивающую повышение качества конечного продукта при производстве быстрозамороженных картофелепродуктов;
- разработать и исследовать основные рабочие органы вакуумной барабанной сортировки;
выявить и оптимизировать параметры, удовлетворяющие технологическим требованиям при минимальных энергозатратах.
Объект исследования. Районированные сорта картофеля в Удмуртии и вакуумная барабанная сортировка для калибровки частиц резаного полуфабриката в разряжённой среде.
Предмет исследований. Аналитические и графические зависимости, характеризующие процесс разделения частиц вороха резаного картофеля в вакууме.
Теоретической и методической основой диссертационного исследования послужили труды ведущих ученых-инженеров, научно-исследовательских учреждений и специалистов-практиков по исследуемой проблеме. В процессе решения задач применялись аналитический, графический и расчетно-конструктивный методы, а также методики по определению экономических показателей эффективности работы.
Информационную базу исследования составляют статистические данные по России и Удмуртской Республике, материалы научных конференций, научно-техническая литература, отечественные и зарубежные технологии и оборудование по производству картофелепродуктов, а так же материалы периодической печати и научных изданий.
Научная новизна исследования, выносимая на защиту, заключается:
в предложении схемы технологического процесса с разработанной информационной моделью производства быстрозамороженного картофеля;
в исследовании влияния разряжения на изменение свойств и химического состава резаного картофеля;
в моделировании процессов и полученных зависимостях, расширяющих и уточняющих знания о процессе сортирования в вакууме;
- в математической модели рабочего процесса сортировальной машины, позволяющей определить рациональные конструктивно-технологические параметры.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основании проведенных теоретических и лабораторных исследований разработана, изготовлена и опробована машина, сортирующая ворох частиц картофеля в вакууме после нарезки клубней, обеспечивающая качество сортирования, удовлетворяющее технологическим требованиям. Получены аналитические выражения для расчета и проектирования рабочих органов машины.
Результаты исследований использованы при модернизации линии по переработке картофеля в ЗАО «Можгинский консервный завод УДМУРТПОТРЕБСОЮЗА», г. Можга, Удмуртской Республики.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
доложены научно-практических конференциях: профессорско-
преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА
(2002-2006 гг.); «Высшему агроинженерному образованию в Удмуртии - 50 лет», Ижевск, 2005; конференции посвященной 50-летию д.т.н., профессора В.В. Касаткина; 57 научно-практической «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» г. Кострома, 2006 г. (почётная грамота за лучший доклад), обсуждены и одобрены специалистами ЗАО «Можгинский консервный завод УДМУРТПОТРЕБСОЮЗА». Защищаемые положения:
- теоретическое обоснование конструктивных и технологических
параметров вакуумной барабанной сортировки;
конструкция и принцип работы машины для сортировки резаного картофеля;
анализ движения частицы и вороха по рабочей поверхности;
результаты экспериментальных исследований;
технико-экономическое обоснование целесообразности использования вакуумной барабанной сортировки при производстве картофелепродуктов.
Публикации. Соискатель имеет 7 публикаций, в которых изложено основное содержание диссертации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и общих выводов, списка использованной литературы из 166 наименований. Работа содержит 153 страницы, 46 рисунков, 10 таблиц и 11 приложений.
Биологические особенности картофеля, требования к среде произрастания и их влияние на физико-химические свойства клубней в условиях Удмуртской Республики
По биологическим особенностям картофель существенно отличается от большинства сельскохозяйственных культур. Это связано, прежде всего, со способностью его к вегетативному размножению. Картофель весьма пластичное растение и легко приспосабливается к самым различным условиям среды, что обусловливает высокие адаптационные возможности культуры.
Требования к температуре. Картофель — растение преимущественно умеренных температур. Нормальное прорастание клубней начинается при температуре почвы 7... 8 С на глубине их заделки. Оптимальной температурой прорастания клубней является 19...23 С. Лучшая среднесуточная температура воздуха для роста ботвы, и ассимиляции - 20 С (дневная 25 С, ночная 16 С). Оптимальна я среднесуточная температура почвы для к лубнеобразования 16-19С, причем для нормального роста и развития клубней очень важна стабильность температурного режима почвы. Как правило, температурный фактор в Удмуртской Республике благоприятствует нормальному клубнеобразованию. Так, по средним многолетним данным, среднемесячная температура почвы на глубине 10 см составляет в июле 20 С в августе — 18,2 С. Потребность в сумме активных температур (выше 10 С) за вегетационный период для ранних сортов — 1200 С, среднеранних — до 1400 С для среднепоздних — до 1700 С. в северном агроклиматическом районе республики этот показатель составляет 1700-1900 С, в южном 1900-2100 С [63,100,103] Следовательно, тепловые условия в республике в основном соответствуют требованиям картофельного растения, особенно ранних и среднеранних его сортов.
Требования к влаге. Потребность картофеля во влаге в различные периоды его роста и развития неодинакова. До бутонизации достаточна влажность почвы на уровне 50-65 % от НВ. Наибольшая потребность во влаге наблюдается в период цветения и интенсивного клубнеобразования, когда влажность почвы должна быть на уровне 70-85 % от НВ. для нормального клубнеобразования запас продуктивной влаги в пахотном слое (0-20 см) дерново-подзолистых почв должен быть не ниже 20 мм и не выше 55 мм, при запасах более 65 мм клубни задыхаются, начинают загнивать [63,97,100,103,113]. Картофель в наших условиях чаще страдает от недостатка влаги из-за неравномерного распределения осадков в течение вегетации. Анализ многолетних метеорологических данных показывает, что в центральных районах Удмуртской Республики, где сосредоточены основные посадки товарного картофеля, в среднем через каждый год наблюдается либо июльская, либо августовская засуха и, кроме того, в среднем один раз в пять лет — продолжительная июльско-августовская засуха. Следовательно, в условиях республики основным ограничивающим фактором получения стабильно высоких урожаев клубней является влагообеспеченность растений, поэтому приемы по накоплению и сбережению влаги в почве приобретают важное значение при возделывании картофеля, предназначенного для дальнейшей переработки в картофелепродукты.
Требования к воздушному режиму почвы. По сравнению с другими полевыми культурами картофель предъявляет очень высокие требования к воздушному режиму почвы, для нормального роста столонов и клубней, нужен хороший доступ воздуха с содержанием кислорода не менее 20 %. Суточная потребность в нем корней составляет 1 мг на 1 г сухого вещества [53,63,103]. Наиболее высокую потребность в кислороде испытывает корневая система в период клубнеобразования. Чтобы иметь достаточное количество кислорода в почве, необходимо сохранять ее в достаточном рыхлом состоянии. Для этого почва должна быть с плотностью для дерново-подзолистой суглинистой — 1,0 -1,2 г/см , для супесчаной — 1,2 - 1,4 г/см . Кроме того, существующие картофелеуборочные машины лучше работают на рыхлых почвах с плотностью 0,9-1,2 г/см3. В рыхлых почвах лучше проходит газообмен между почвенным и атмосферным воздухом. В избыточно увлажненных, сильно уплотненных, плохо обработанных почвах содержание кислорода нередко до 2%, а содержание углекислого газа резко увеличивается. В таких условиях клубни картофеля задыхаются и загнивают. Оптимальная концентрация углекислого газа в почве должна быть менее 1% [54,103]. По этому картофель лучше размещать на высокоплодородных, хорошо аэрированных и легкопрогреваемых почвах, не заплывающих во время вегетации и обладающих хорошей просеваемостью в период уборки.
Особенности корневого питания. Картофель предъявляет повышенные требования к наличию питательных веществ в почве. Это связано с высоким выносом питательных веществ из почвы (в 2-3 раза больше, чем зерновые культуры), а также с расположением слаборазвитой корневой системы в основном в верхнем слое почвы. Корневая система обладает хорошей усвояющей способностью к фосфору и слабой — к азоту и калию. С 1 т клубней и соответствующим количеством ботвы (0,4 т) и корневых остатков картофель выносит 5-6 кг азота, 1,5-2 кг- Р2О5, 7-10кг-К2О, около4кг-СаО и 1-2 кг - MgO [63,97,103]. Наибольшее количество питательных веществ картофель потребляет в период интенсивного нарастания массы ботвы и в период клубнеобразования.
Азот оказывает решающее влияние на формирование урожая картофеля, более 80 % его потребляется до цветения. Однако одностороннее избыточное азотное питание вызывает чрезмерное развитие ботвы (жирование) в ущерб клубнеобразованию, удлиняет вегетационный период задерживает созревание, снижает устойчивость растений к болезням, а клубней — к механическим повреждениям при уборке, ухудшает вкусовые качества, повышает содержание нитратов в клубнях. Достаточное питание фосфором (наблюдается на кислых подзолистых суглинистых почвах) способствует улучшению белкового и углеводного обмена, ускорению роста и развития растений, лучшему развитию корневой системы, раннему клубнеобразованию и накоплению большего количества крахмала в клубнях, большей устойчивости к засухе, к болезням и механическим повреждениям, улучшает лежкость клубней, предназначенных для дальнейшей переработки.
Калий способствует более интенсивному фотосинтезу, участвует в белковом и углеводном обмене (ускоряет передвижение углеводов из листьев в клубни), что существенно влияет на величину и качество (особенно крахмалистость) повышает устойчивость к болезням, засухе, заморозкам и особенно потемнению мякоти клубней. Часто калийное голодание испытывают растения картофеля на пойменных землях и окультуренных торфяниках, а также на дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах при бессменной культуре.
Режим питания больше, чем многие другие факторы, обусловливает технологические, продовольственные и семенные качества клубней, достаточное и своевременное обеспечение картофеля основными элементами питания позволяет смягчить действие неблагоприятных условий, которые создаются при его выращивании в полевых условиях, и получить высокие и устойчивые урожаи клубней лучшего качества.
Сублимация - как способ повышения качества готовой продукции
Технология сублимационной сушки была открыта в 1929 г. советским ученым Лаппой-Старженецким. Впервые ее стали применять во время Второй мировой войны, в основном для производства антибиотиков и сухих кровезаменителей. Уже после войны этот метод получил широкое распространение в пищевой индустрии. Первая промышленная установка для сушки кровяной плазмы была построена в Кембридже в 1946 г., однако применение этого метода для сушки пищевых продуктов стало эффективным и экономичным только в последнее время. В Советском Союзе сублимационную сушку стали использовать в пищевой индустрии в 60-х гг., в основном для снабжения армии и флота продовольствием - легким и не требующим специальных условий хранения. В небольших объемах сублимированные продукты производили научно-исследовательские институты и научно-производственные объединения, например НИИ пищеконцентратной промышленности и специальных пищевых технологий, ориентируясь на узкую группу потребителей - туристов, геологов, подводников и космонавтов.
Большую роль в развитии сублимационной сушки сыграли работы профессоров Н. Н. Титова и Г. Б. Чижова. Значительный вклад в разработку теории сублимационной сушки внесли исследования, которые проводились, начиная с 1946 г., в Московском технологическом институте пищевой промышленности академиком АН БССР А. В. Лыковым и его сотрудниками, а также проф. А. А. Гухманом и другими исследователями.
На основе теоретических исследований, проводившихся во МТИППе, на заводе «Смычка» (Ростов-на-Дону) в 1955 г. был оборудован первый в нашей стране цех сублимационной сушки. В настоящее время эти работы успешно развиваются в ряде научных коллективов.
Перед учеными стояла задача разработать такой способ переработки пищевых продуктов, после которого они становились бы легче и компактнее, лучше и дольше сохранялись и вместе с тем имели бы хорошие вкусовые качества и товарный вид.
На современном этапе развития науки и техники одной из основных задач является совершенствование производства и, в частности, создание новых прогрессивных методов обработки материалов и продуктов, обеспечивающих высокие качественные и экономические показатели.
Актуальной задачей для продуктов, предназначенных для длительного хранения, является изыскание новых способов обезвоживания. Сублимационная сушка—один из таких методов. Высокое качество продуктов сублимационной сушки общепризнано. Сублимационная сушка наглядно продемонстрировала важность регулирования процессов, протекающих в самом материале при его обработке, и подтвердила, что наиболее правильный путь совершенствования технологии—от свойств материала к выбору методов и режимов процесса и на этой основе к созданию рациональных конструкций аппаратов. Это означает, что процессы, протекающие в самом материале, являются главным фактором, определяющим выбор метода и режима сушки, и только с учетом этих факторов можно создавать рациональные конструкции сушильных установок.
Общая теория процесса сушки дает возможность регулировать процессы перемещения влаги в материале. При сублимационной сушке влага мигрирует внутри материала в виде пара, в то время как при других известных (например, конвективных) методах сушки влага в основном перемещается в виде жидкости. Но когда требуется сохранить в продукте ферменты, витамины и различные ценные экстрактивные вещества, должны быть созданы условия, при которых влага перемещается внутри материала в виде пара.
Сублимационной сушкой удаляют влагу из замороженных материалов путем возгонки льда непосредственно из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Для осуществления такого перехода парциальное давление водяного пара над сушимым материалом должно быть ниже давления тройной точки. Параметры тройной точки чистой воды следующие: 0 С и давлении 610,5 Па (4,58 мм рт. ст.). В воде, содержащейся в продуктах питания, растворены различные соли и минеральные вещества, поэтому температура ее замерзания и равновесное давление водяного пара ниже, чем для чистой воды. Соответственно для сублимации льда, образующегося в реальных продуктах питания, парциальное давление пара составляет 40—133 Па (0,3—1,0 мм рт. ст.). Этот процесс называют атмосферной сублимационной сушкой, так как он происходит в естественных условиях при атмосферном давлении в среде холодного и сухого воздуха относительной влажностью менее 100% (например, высушивание рыбы на морозе в солнечные дни). Однако такой процесс очень длителен. Известны результаты исследований, направленных на интенсификацию процесса атмосферной сублимационной сушки в промышленных аппаратах путем использования лучистого подвода теплоты к сушимому продукту, обдуваемому холодным воздухом или инертным газом [30,44], а также путем организации процесса высушивания гранулированного продукта в кипящем слое. Такие аппараты могут найти применение, например, в районах Крайнего Севера при наличии в достаточном количестве атмосферного холодного воздуха пониженной влажности или при высушивании продуктов непосредственно в морозильных камерах холодильников.
Интенсивность процесса сублимации существенно повышается при понижении давления в сушильной камере, то есть при реализации процесса в условиях вакуума. Поэтому в промышленности процесс сублимационной сушки осуществляется именно в вакуумных установках, в которых парциальное давление обычно не превышает 70 Па (0,5 мм рт. ст.) [154].
Объект и предмет исследований, измерительные устройства, приборы и оборудование
Программа исследований в силу сложности технологического процесса протекающего в сортировке предусматривает проведения экспериментов в два этапа. Первый этап - обработка резаного картофеля в среде вакуума, исследование происходящих явлений. На втором этапе исследуется сам процесс сортирования в разряженной среде. В соответствии с поставленной целью в лабораторных условиях решались следующие задачи: - изучение характера влияния вакуума на частицы резаного картофеля; - разработка и изготовление макетного образца вакуумной барабанной сортировки; - исследование движения частицы резаного картофеля и его вороха внутри барабана с использованием видеосъемки; - изучение характера влияния режимов работы сортирующего устройства на точность сортирования; выявление рациональных параметров и режимов сортирования и обработки вакуумом картофеля и получение математической модели процесса; В производственных условиях в плане исследований предусматривалось решение следующих задач: - проверка устойчивости сортирования резаного картофеля и качества конечного продукта согласно ГОСТу; - проведение производственных испытаний вакуумной сортировки в составе технологической линии по производству быстрозамороженных картофелепродуктов и сравнение полученных параметров с параметрами барабанной сортировки. Для получения достоверных результатов и снижения случайных ошибок эксперименты проводятся в трёхкратной повторности [25]. Увеличение числа повторений определяется в каждом конкретном случае, данные обрабатываются в системах статистического анализа Microsoft Excel и статистической графической системе STATGRAPHICS (STATistical GRAPHICS System) plus for Windows фирмы Manugistics. Для снятия значений и регистрации параметров используется серийная измерительная и регистрирующая аппаратура, в том числе преобразующая и обеспечивающая передачу данных на персональный компьютер. Целью экспериментальных исследований является проверка установленных теоретических предпосылок процесса сортирования в вакууме и определение рациональных параметров и оптимальных режимов работы вакуумной барабанной сортировки удовлетворяющих технологическим требованиям при минимальных энергозатратах Объект и предмет исследований, измерительные устройства, приборы и оборудование Объектом исследования являются: районированные сорта картофеля в Удмуртии, пригодные для переработки в быстрозамороженные картофелепродукты и вакуумная барабанная сортировка для калибровки частиц резаного полуфабриката картофеля. Предметом исследований являются аналитические и графические зависимости, характеризующие технологический процесс разделения частиц вороха резаного картофеля в вакууме. Установка состоит из герметичной камеры, из которой при помощи вакуум насоса происходит удаления воздуха и поддерживается разряженная среда. Внутри нее установлена барабанная сортировка, в которую, через загрузочный лоток и шлюзовой затвор поступает ворох резаного картофеля и происходит разделение стандартных столбиков и обрезей. Шлюзовые затворы установлены на выгрузных лотках, они предназначены для обеспечения герметичности при загрузке и выгрузке продукта из камеры. Обрези проходя через щелевые отверстия сразу удаляются из камеры с целью сокращения энергозатрат. Стандартные столбики перемещаясь вдоль барабана, подвергаются более длительному влиянию разряженной среды, вследствие чего понижается температура и влажность, удовлетворяющая требованиям ГОСТа. Учитывая сложность процессов, протекающих в установке и невозможность выявления значимости факторов, предлагается проведение опытов на двух установках.
Первый этап включает в себя изучение влияния вакуума на частицы резаного картофеля и определения основных параметров работы вакуумной сушилки. Исследования проводились в вакуумной сушилке совместно с аспирантом кафедры ТОППП Поспеловой И.В. при ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА рисунок 3.2 и 3.3.
Контролируемые параметры и характеристики частиц, при проведении экспериментальных исследований
Основными показателями, которыми характеризуется процесс сортирования резаного картофеля на фракции, являются производительность, степень повреждаемости, время сортирования и точность сортирования. [64,65].
Учитывая, что процесс сортирования предполагается проводить в разряженной среде, следовательно, к вышеуказанным показателям необходимо добавить следующие показатели, которые характеризуют процесс обработки пищевых продуктов вакуумом, такие как производительность, влажность, температуры: поверхности и внутри продукта.
Одновременно оптимизировать все показатели двух процессов не возможно. Поэтому необходимо выбрать в качестве основного показателя процесса сортирования в разряженной среде точность сортирования, а на остальные показатели необходимо наложить определенные ограничения.
Два процесса одновременно протекающие в барабанной сортировке (сортирование и обработка вакуумом) связаны между собой временем нахождения продукта внутри сортировке. То есть необходимо определить минимальное время каждого процесса в отдельности, и определить влияние времени на точность сортирования и качество конечного продукта. Необходимо учитывать, что время обработки вакуумом влияет на качество готового продукта и зависит от количества продукта, габаритных размеров продукта и давления в камере.
Под качеством готового продукта понимается цвет (отсутствие потемнения), влажность и температура материала после обработки вакуумом. Следовательно, если будет определено достаточное время нахождения материала в разряженной камере при определенных параметрах в камере, то за это же или меньшее время материал должен быть отсортирован, так как процесс сортирования и обработка вакуумом протекают одновременно.
При разделении любых материалов на фракции основным показателем является производительность. Она зависит от частоты вращения барабана - то есть скорости прохождения его частицами сортируемого материала и оказывает существенное влияние на точность сортирования [91,92,134,138]. С целью изучения влияния частоты вращения барабана на точность сортирования этот параметр отнесём в разряд управляемых факторов и оперируем им как фактором, задавая определённые значения.
Таким образом, основными оценочными критериями, характеризующими процесс разделения вороха частиц на фракции, являются точность сортирования, производительность и повреждаемость. Оптимизировать одновременно эти показатели не представляется возможным, поэтому приходится принимать компромиссное решение, оставив в качестве основного один из критериев, по другим наложить определённые ограничения [1, 134].
По результатам теоретических исследований выявлено, что производительность рабочих органов со щелевидными отверстиями будет достаточно высокой, а повреждаемость незначительной.
По двум рассмотренным выше параметрам - производительности и степени повреждаемости частиц, вакуумная барабанная сортировка со щелевыми отверстиями не будет уступать барабанной сортировке. Для проверки этой гипотезы требуется провести эксперименты, в которых необходимо определить наиболее оптимальные конструктивные и технологические параметры вакуумной сортировки в зависимости от полноты разделения на фракции.
При подтверждении этих предпосылок оценку работы сортирующего устройства можно проводить по параметру, характеризующему точность разделения на фракции. В связи с этим в качестве критерия оптимизации параметров и режимов работы выбирается коэффициент точности сортирования.
Количество фракций, на которые разделяется сортируемый материал, влияет на сложность устройства и коэффициент точности сортирования [134].
Если сортировать ворох резаных частиц картофеля на две фракции, например, отделять только отходы (обрези), тогда по одну сторону границы разделения по размеру окажутся не только самые мелкие частицы, но и часть частиц более крупных, близких к стандартным по размеру. Во фракции стандартных также окажутся мелкие частицы, прошедшие по размерному признаку в нее в соответствии с тем, что их проходной размер по одной из сторон оказался больше граничного.
