автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему: Сушка колбас в камерных сушилках с сопловым обдувом
Работа выполнена в Московском государственном университете прикладной биотехнологии.
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Научный консультант: кандидат технических наук, доцент
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Мизерецкий H.H. кандидат технических наук Спирин Е.Т.
Ведущее предприятие — ОАО "Царицино"
Защита диссертации состоится« & » 199 /г.
в часов на заседании диссертационного совета К.063.46.01 при Московском государственном университете прикладной биотехнологии по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, 33. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПБ. Автореферат разослан « » сАЛ.&л/' - 199^ г.
диссертационного совета ЗабаштаА.Г.
Общая характеристика работы.
Актуальность темы. Совершенствование технологии и создание высокопроизводительной техники осуществляется на базе комплексных научных и инженерных исследований, сопровождающихся промышленной проверкой результатов. Несмотря на то, что уже проводились исследования процесса сушки колбас и аэродинамических свойств крупногабаритных сушилок, нет единого мнения о наиболее рациональных конструкциях установки для сушки колбас. До недавнего времени на мясокомбинатах в основном использовались сушилки зального типа, обладающие значительными габаритами, занимающие большие производственные площади-и не обеспечивающие эффективность технологического процесса. В настоящее время, в связи с увеличением спроса на колбасные изделия, мясокомбинатами взят курс на оснащение импортными сушильными установками. Однако, обладая рядом достоинств, такие установки не могут полностью решить задачу повышения технологического уровня производства. '
Сушка является завершающим и наиболее продолжительным процессом во всей цепочке технологии изготовления колбас. Поэтому особое внимание должно быть уделено правильному определению режима процесса, созданию эффективных и высокопроизводительных Сушильных установок. Учитывая особенности сушки биологических термолабильных продуктов, какими являются колбасы, требования, которые предъявляются при термической обработке, а также необходимость снижения продолжительности процесса сушки и энергозатрат, представляется актуальным изучение вопроса аэродинамики сушильной камеры и тепломассообмена в процессе сушки сырокопченых и сыровяленых колбас.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является экспериментальное и теоретическое исследование процессов сушки сырокопченых и сыровяленых колбас. На основе этих исследований можно выяснить влияние режимных параметров (влажности воздуха ср, температуры Г, скорости воздуха у) на интенсификацию процесса, а также сделать попытку связать методику расчета аэродинамических параметров камеры с методикой расчета процесса сушки колбас, дать рекомендации по реконструкции зальных сушилок и замене их на модульные сушилки с автономным режимом сушки. В соответствии с поставленной целыо необходимо решить следующие задачи: - провести анализ литературных источников по процессам тепловой обработки сырокопченых и сыровяленых колбас;
- исследовать температурно-влажностные характеристики сушильной камеры и влияние их на продолжительность сушки;
- исследовать динамику и кинетику сушки колбас; ,
- изучить основные закономерности влагообмена в пограничном слое у поверхности колбасного батона и на этом основании разработать физическую и математическую модель этого процесса;
- провести анализ существующих систем воздухораспределения в камерах сушки и копчения и выбрать наиболее перспективную из них;
- исследовать закономерности движения сушильного агента в выбранной системе воздухораспределения;
- разработать инженерную методику расчета основных конструктивных параметров системы воздухораспределения, обеспечивающих заданные характеристики движения сушильного агента в зоне продукта.
Научная новизна. В работе выполнено комплексное теоретическое, расчетное и экспериментальное исследование тепломассопереноса, влагообмена в пограничном слое колбасного батона, воздухораспределения и аэродинамических свойств камер сушки.
К наиболее важным научным результатам относятся:
1) разработка физической и математической модели влагообмена в пограничном слое у поверхности колбасного батона;
2) разработка методик расчета разности химического потенциала в пограничном слое, массообменного критерия Кирпичева и коэффициента влагообмена, потенциала сушки, толщины условного пограничного слоя, перемещения границы зоны испарения;
3) разработка графического метода анализа распределения активности воды, температуры мокрого термометра, теплоты фазового перехода связанной влаги относительно радиальной координаты колбасного батона;
4) разработка метода расчета скорости воздушного потока у поверхности батона в зависимости от параметров системы подачи воздуха и загрузки сушильной камеры;
' 5) разработка методики расчета оптимальных размеров и расположения сопел системы подачи воздуха, обеспечивающей необходимую скорость обтекания колбасных батонов воздухом.
На защиту вынрсятся следующие результаты диссертационной работы:
Предложений' в работе физическая модель влагообмена в пограничном слое у поверхности колбасного батона адекватно описывает процесс сушки сырокопченых и сыровяленых колбас.
Методики расчета разности химического потенциала в пограничном слое, массообменного критерия Кирпичева и коэффициента влагообмена, потенциала сушки, толщины условного пограничного слоя, перемещения границы зоны испарения позволяют получить количественные значения этих параметров.
Графоаналитический метод анализа распределения активности воды, температуры мокрого термометра, теплоты фазового перехода связанной влаги относительно радиальной коордйнаты колбасного батона позволяет проследить перемещение границы зоны испарения в процессе сушки.
Метод расчета скорости воздушного потока-у поверхности батона в зависимости от параметров системы подачи воздуха и загрузки сушильной камеры и методика расчета оптимальных размеров и расположения сопел системы подачи воздуха обеспечивают конструктивный расчет системы возду-хораспределения сушильной камеры.
Достоверность результатов обеспечивается применением следующих методов исследования: теоретических на основе современных достижений теории тепломассопереноса и термодинамики необратимых процессов и экспериментальных исследований в промышленных условиях с использованием стандартных методик измерения и обработки результатов.
Практическое значение работы заключается в следующем: разработанные методики расчета и вычисленные основные характеристики и критерии влагопереноса и влагообмена можно использовать при разработке новой технологии изготовления пищевых продуктов и при выборе оптимального режима сушки и копчения. Данные исследования аэродинамических свойств камерной сушилки, аэродинамики омывания колбасных батонов воздушным потоком, расчета затопленных струй необходимы при конструировании сушилок модульного типа, работающих в автономном режиме, а также при реконструкции сушилок зального типа.
Полученные данные использованы: при разработке сушильной камеры для сыровяленых колбас для Московского мясокомбината; проектировании отделения для сушки сырокопченых колбас на иясоптицекомбинате г. Талдома; в методической документации лабораторного практикума студентов технологической и холодильной специализации.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинарах кафедры физики Московского Государственного университета прикладной биотехнологии (1993 - 1997 гг.), на научно-технической конференции «Современные проблемы вентиляции и экологической безопасности промыш-
ленных и сельскохозяйственных зданий» (С.-Пб., 1992 г.), на Международных научно-технических конференциях «Прикладная биотехнология на пороге XXI века» (М., 1995 г.) и «Пища. Экология, Человек» (М., 1995 и 1997 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 111 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 26 рисунков, список использованных источников включает 92 наименования.
Содержание диссертационной работы.
Введение. Во введении обоснована актуальность работы и показана практическая ценность выбранного направления исследований для мясоперерабатывающей и пищевой промышленности.
В первой главе проведен обзор и анализ современного состояния теории тепловлагообмена, теории сушки биопродуктов, а также конструкций и аэрогидродинамики термоагрегатов для сушки и копчения колбас. Рассмотрены соотношения, полученные применительно к кинетике сушки мясных и пищевых продуктов и представленные в работах А.С.Гинзбурга, В.М.Смольского, A.B. Лыковой, И, А.Рогова, В. Д.Косого, Г.М.Слепых, Ю.В.Космодемьянского, Э.Э.Афанасова и других. Указано на отсутствие исследований влагообмена в пограничном слое у поверхности колбасного батона, методов определения влагообменных характеристик и критериев в производственных условиях сушки.
Проведена классификация новых направлений в технике воздухорас-пределения в сушильных камерах и конструктивных решений в оборудовании для сушки и копчения колбас. Изложены результаты исследований аэродинамических систем сушильных установок (работы Г.Н.Талиева, М.В.Лыкова, Н.Д.Маловой и др.) '
Вторая глава посвящена исследованию кинетики и динамики осадки; копчения и сушки сырокопченых и сыровяленых колбас. Исследование ки-' нетики и динамики проводили в производственных условиях. Такой подход обоснован тем, что полученные результаты можно непосредственно использовать при разработке модульных сушилок и реконструкции сушилок зального типа. Все эксперименты проводили на Борисовском и Московском (ЭКЗ №2) мясокомбинатах.
Были исследованы температурно-влажностные поля, а также поля скоростей воздушного потока в сушильных камерах зального типа в гори-
зонтальных плоскостях на расстояниях 1,5 м, 3 м и 5 м от пола камеры. Параметры полей фиксировали с помощью датчиков температуры и влажности и микроанемометра.
Было установлено, что использованные в зальных сушилках системы воздухораспределения не обеспечивали однородности поля скоростей (разброс от 0 до 1,1 м/с), что недопустимо при сушке колбас. Средние температура и относительная влажность равны соответственно: при осадке 3+5°С и 84+86%, копчении 1&+24°С и 79+90% и сушке 10+14°С и 87+63%.
Кривые сушки и скорости сушки строили по стандартной методике. При разных режимных параметрах среды в камерах, характер кривых сушки для всех партий колбас был. одинаков. Во всех случаях период постоянной скорости сушки проходил во время осадки, копчения и начальной стадии сушки. В процессе осадки диаметр колбасного батона изменялся с 50 до 45 мм.
Установлено, что в процессе копчения батон, в зависимости от вида колбас и начального влагосодержания, теряет от 6% до 18% от общей потери влаги, предусмотренной технологией. Относительное обезвоживание 5 для батонов (Московский мясокомбинат, ЭКЗ №2) при копчении = 20+24,7%, сушке - ё^ = 75+83,7%. Аналогичная картина наблюдалась при копчении и сушке других видов колбас: = 22,6%, <5^ = 70,4% (столичная) и ¿V, = 8%, = 92% (сервелат). Эти результаты соответствуют данным, полученным зарубежными авторами.
Нами предложено использовать параболический закон распределения влагосодержания вдоль текущей координаты батона х:
Эксперимент подтвердил этот закон (рис.1) для всех партий колбасы «Майкопская».- Из этого закона можно найти влагосодержание на поверхности и заранее оценить возможность появления «закала».
Диффузионные свойства колбасного фарша предложено характеризовать величиной В =* обратно пропорциональной коэффициенту влагопроводности ат. Основным массообменным критерием, характеризующим взаимосвязь внутреннего влагопереноса с внешним влагообменом является критерий Кирпичева К1т, Нами разработана методика определения
Ktm. В случае параболического распределения влагосодержания по радиальной координате для расчета Kim можно использовать формулу