Удосконалення обладнання для теплової обробки овочів
Вантажиться...
Дата
2011
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
ОНАХТ
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 – процеси і обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв.
У дисертації отримані теоретичні узагальнення та нові рішення науково-технічної задачі, яка полягає у визначенні параметрів процесу теплової обробки овочів у відсутності водо-жирового середовища. Практичне значення отриманих результатів полягає в зниженні енерговитрат на 15% і зниження втрат вітаміну С при тепловій обробці овочів на 2,5...3%. Розроблено нову конструкцію теплоакумулюючого устаткування на основі селективності структури металокерамічного елементу для забезпечення оптимального режиму теплової обробки: температура обробки Т = 85...98 ° C, тривалість процесу 25...30 хв. Розроблена конструкція обладнання для теплової обробки овочів забезпечує інтенсивність процесу при геометричному співвідношенні діаметра та висоти 1,5...1,6 і товщині теплоакумулюючого елемента 0,015...0,020 м. Зниження втрати теплового потоку при обробці відбувається в результаті адгезійного контакту поверхні фланців, кришки і ємності шириною
0,004 ... 0,005 м, вигнутих всередину ємності і перешкоджаючих витоку пароповітряного середовища. Виконаний аналітичний розрахунок контактної температури овочевого середовища, поверхні металевої ємності і теплоакумулюючого елемента на основі розв’язання рівняння тепло-масообміну методом інтеграла помилок Гауса визначив умови зниження періоду теплової обробки овочів на 22%.
Дослідження температурних полів в овочевому середовищі п'яти груп при початковій вологості продукту в інтервалі 15...38% дозволили методом імітаційного моделювання визначити для кожної групи мінімальні витрати теплової енергії на рівні 0,18...0,25 кДж / с. Зниження природної вологи в овочах при тепловій обробці в удосконаленому обладнанні з теплоакумулюючим металокерамічним елементом відбувається на рівні 3...6%, оптимальна температура становить 85...87 °C. Герметичність контактуючих поверхонь обладнання при тепловій обробці забезпечується за рахунок формування водної плівки конденсату при значенні показника мікрорельєфу, який не перевищує Rₐ = (0,63...1,5)•10‾6 м. Виконані розрахунки енерговитрат в процесі теплової обробки традиційним засобом у водному середовищі і при високій температурі показали, що в обладнанні через зазор між фланцями втрати склали 40...45% і втрати вітаміну С - 38%. Результати оцінювання конкурентоздатності удосконаленого обладнання для теплової обробки овочів з теплоакумулюючим елементом за показниками якості та ціни в порівнянні з цінами вітчизняних і зарубіжних фірм - виробників показали реальну зону ринку, яка забезпечує перспективу розробки.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 – процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. Развитие эффективных и экологически безопасных технологических процессов пищевой отрасли в условиях рыночной экономики непосредственно связано с разработками новых материалов, конструкций и технологий обработки пищевых продуктов. В современных условиях тенденция применения разнообразных методов тепловой обработки основана на применении высоко затратных энергетических и технологических процессов обработки овощей с применением води и жиров в металлических емкостях различной конструкции из алюминиевых и железоуглеродистых сплавов. В диссертации получены теоретические обобщения и новые решения научно-технической задачи, которая заключается в определении параметров процесса тепловой обработки овощей в отсутствии водожировой среды. Практическое значение полученных результатов заключается в снижении энергозатрат на 15 % и снижение потерь витамина С при тепловой обработке овощей на 2,5 – 3 %. Разработана новая конструкция теплоаккумулирующего устройства на основе селективности структуры металлокерамического элемента для обеспечения оптимального режима тепловой обработки: температура обработки Т = 85 – 98 °C, продолжительность процесса 25 – 30 мин. Разработанная конструкция оборудования для тепловой обработки овощей обеспечивает интенсивность процесса при геометрическом соотношении диаметра и высоты 1,5 – 1,6 и толщине теплоаккумулирующего элемента 0,015 – 0,020 м. Снижение потери теплового потока при обработке происходит в результате адгезионного контакта поверхности фланцев, крышки и ёмкости, шириной 0,004 – 0,005 м, изогнутых во внутрь ёмкости и препятствующих утечке паровоздушной среды. Выполненный аналитический расчёт контактной температуры овощной среды, поверхности металлической ёмкости и теплоаккумулирующего элемента на основе решения уравнения тепло-массообмена методом интеграла ошибок Гаусса, определил условия снижения периода тепловой обработки овощей на 22 %. Исследование температурных полей в овощной среде пяти групп при исходной влажности продукта в интервале 15 – 38 % позволили методом имитационного моделирования определить для каждой группы минимальные затраты тепловой энергии на уровне 0,18 – 0,25 кДж/с. Снижение природной влаги в овощах при тепловой обработке в усовершенствованном оборудовании с теплоаккумулирующим металлокерамическим элементом происходит на уровне 3 – 6 %, оптимальная температура составляет 85 – 87 °C. Герметичность контактирующих поверхностей оборудования при тепловой обработке обеспечивается за счёт формирования водной плёнки конденсата при значении показателя микрорельефа, не превышающего Rₐ = (0,63 – 1,5)·10 ‾6 м. Выполнены расчёты энергозатрат в процессе тепловой обработки традиционным способом, в водной среде и при высокой температуре, показали, что в оборудовании через зазор между фланцами потери составили 40 – 45 % и потери витамина С – 38 %. При всей значимости проблемы выбора экономичного и биологически безвредного материала для различных конструкций пищевого назначения в настоящее время не уделяется должного внимания сопоставления основных параметров технологических процессов и теплофизических свойств материалов, обеспечивающих эффективность технологических процессов. В условиях рыночной экономики и повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции появляются новые технологии обработки различных продуктов, в том числе овощей и фруктов, качество которых обуславливается в ряде случаев режимами их тепловой обработки. Основным этапом процесса тепловой обработки овощей является определение максимально допустимой температуры нагрева овощей, обеспечивающей сохранность витаминов, оптимальной продолжительности тепловой обработки, скорости нагрева и продолжительности выдержки при той или иной температуре. Для изготовления металлических конструкций в пищевой отрасли применяются в основном материалы: нержавеющая сталь, пищевые алюминиевые сплавы, серые чугуны, обладающие высокой текучестью и пластичностью для получения тонкостенных изделий. Основные металлические конструкции емкостей для обработки овощей методом тепловой обработки классифицируют по следующим признакам: назначению (с использованием жидкости, жиров, обработка паром); материалу и объёму ёмкости. Для материалов металлических емкостей, применяемых в процессах тепловой обработки пищевых продуктов, основные требования заключаются в первую очередь в обеспечении заданных технических и санитарно-экологических характеристик. Независимо от метода, применяемого при изготовлении металлических емкостей, особое внимание необходимо уделять таким эксплуатационным свойствам как коррозионная стойкость, деформационным характеристикам при изменении температуры, теплофизическим свойствам, определяющим тепловой режим обработки в этих емкостях пищевых продуктов. Результаты оценивания конкурентоспособности усовершенствованного оборудования, для тепловой обработки овощей, с теплоаккумулирующим элементом по показателям качества и цены по сравнению с отечественными и зарубежными фирмами производителями показали реальную зону рынка, обеспечивающую перспективу разработки.
Candidate’s thesis of technics on speciality 05.18.12 - Processes and equipment for food, microbiological and pharmaceutical industries. In the dissertation, theoretical generalizations and new solutions of scientific and technical prob-lems have been obtained that consisted in defining of parameters of the vegetables thermal processing in absence of the water-lipid environment The practical significance of the results is in reducing of the energy consumption by 15% and reducing the loss of vitamin C in cooked vegetables by 2,5...3%. A new design of the thermal storage device has been developed on the basis of the selectivity of the metal-ceramic element structure to ensure the following optimal heat treatment regime: treatment temperature T = 85...98 ° C, duration of the treatment is 25...30 minutes. The developed construction of the equipment for the thermal processing of vegetables provides for the process intensity under the geometric ratio between the diameter and the height of 1,5...1,6 and under the thickness of the thermal storage element of 0,015...0,020 m. Reduced loss of the heat flow during the processing occurs as a result of the contact flanges adhesion, caps and containers having width of 0,004...0,005 m, which are curved inward and prevent leakage of the steam-and-air environment. Performed analytical calculations of the contact temperature of the vegetable environment, as well as the surface of the metal tank and the thermal storage element based on the solution of heat and mass transfer equations using the Gauss error integral defined conditions for reducing the period of the vegetables thermal processing by 22%. Investigation of temperature fields in the vegetable medium of five groups under the initial humidity of the product in the range of 15...38% allowed to determine for each group by the imitating modeling the minimum cost of the thermal energy at the level of 0,18...0,25 kW. Reduction of the natural moisture in vegetables during the thermal processing in the improved equipment with the thermal accumulating metal-ceramic element is at level of 3...6%, while the optimum temperature is 85...87 ° C. Calculations of the energy consumption during the traditional heat treatment process in the aqueous medium and at high temperature have showed that the loss of energy through the gap between the flanges amounted to 40...45% and that of vitamin C - 38%. Results of the competitiveness estimation of the improved thermal processing equipment for vegetables with the thermal accumulating element using indicators of quality and price compared with domestic and foreign producing companies have shown a real market zone, providing for the prospects of the development.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 – процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. Развитие эффективных и экологически безопасных технологических процессов пищевой отрасли в условиях рыночной экономики непосредственно связано с разработками новых материалов, конструкций и технологий обработки пищевых продуктов. В современных условиях тенденция применения разнообразных методов тепловой обработки основана на применении высоко затратных энергетических и технологических процессов обработки овощей с применением води и жиров в металлических емкостях различной конструкции из алюминиевых и железоуглеродистых сплавов. В диссертации получены теоретические обобщения и новые решения научно-технической задачи, которая заключается в определении параметров процесса тепловой обработки овощей в отсутствии водожировой среды. Практическое значение полученных результатов заключается в снижении энергозатрат на 15 % и снижение потерь витамина С при тепловой обработке овощей на 2,5 – 3 %. Разработана новая конструкция теплоаккумулирующего устройства на основе селективности структуры металлокерамического элемента для обеспечения оптимального режима тепловой обработки: температура обработки Т = 85 – 98 °C, продолжительность процесса 25 – 30 мин. Разработанная конструкция оборудования для тепловой обработки овощей обеспечивает интенсивность процесса при геометрическом соотношении диаметра и высоты 1,5 – 1,6 и толщине теплоаккумулирующего элемента 0,015 – 0,020 м. Снижение потери теплового потока при обработке происходит в результате адгезионного контакта поверхности фланцев, крышки и ёмкости, шириной 0,004 – 0,005 м, изогнутых во внутрь ёмкости и препятствующих утечке паровоздушной среды. Выполненный аналитический расчёт контактной температуры овощной среды, поверхности металлической ёмкости и теплоаккумулирующего элемента на основе решения уравнения тепло-массообмена методом интеграла ошибок Гаусса, определил условия снижения периода тепловой обработки овощей на 22 %. Исследование температурных полей в овощной среде пяти групп при исходной влажности продукта в интервале 15 – 38 % позволили методом имитационного моделирования определить для каждой группы минимальные затраты тепловой энергии на уровне 0,18 – 0,25 кДж/с. Снижение природной влаги в овощах при тепловой обработке в усовершенствованном оборудовании с теплоаккумулирующим металлокерамическим элементом происходит на уровне 3 – 6 %, оптимальная температура составляет 85 – 87 °C. Герметичность контактирующих поверхностей оборудования при тепловой обработке обеспечивается за счёт формирования водной плёнки конденсата при значении показателя микрорельефа, не превышающего Rₐ = (0,63 – 1,5)·10 ‾6 м. Выполнены расчёты энергозатрат в процессе тепловой обработки традиционным способом, в водной среде и при высокой температуре, показали, что в оборудовании через зазор между фланцами потери составили 40 – 45 % и потери витамина С – 38 %. При всей значимости проблемы выбора экономичного и биологически безвредного материала для различных конструкций пищевого назначения в настоящее время не уделяется должного внимания сопоставления основных параметров технологических процессов и теплофизических свойств материалов, обеспечивающих эффективность технологических процессов. В условиях рыночной экономики и повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции появляются новые технологии обработки различных продуктов, в том числе овощей и фруктов, качество которых обуславливается в ряде случаев режимами их тепловой обработки. Основным этапом процесса тепловой обработки овощей является определение максимально допустимой температуры нагрева овощей, обеспечивающей сохранность витаминов, оптимальной продолжительности тепловой обработки, скорости нагрева и продолжительности выдержки при той или иной температуре. Для изготовления металлических конструкций в пищевой отрасли применяются в основном материалы: нержавеющая сталь, пищевые алюминиевые сплавы, серые чугуны, обладающие высокой текучестью и пластичностью для получения тонкостенных изделий. Основные металлические конструкции емкостей для обработки овощей методом тепловой обработки классифицируют по следующим признакам: назначению (с использованием жидкости, жиров, обработка паром); материалу и объёму ёмкости. Для материалов металлических емкостей, применяемых в процессах тепловой обработки пищевых продуктов, основные требования заключаются в первую очередь в обеспечении заданных технических и санитарно-экологических характеристик. Независимо от метода, применяемого при изготовлении металлических емкостей, особое внимание необходимо уделять таким эксплуатационным свойствам как коррозионная стойкость, деформационным характеристикам при изменении температуры, теплофизическим свойствам, определяющим тепловой режим обработки в этих емкостях пищевых продуктов. Результаты оценивания конкурентоспособности усовершенствованного оборудования, для тепловой обработки овощей, с теплоаккумулирующим элементом по показателям качества и цены по сравнению с отечественными и зарубежными фирмами производителями показали реальную зону рынка, обеспечивающую перспективу разработки.
Candidate’s thesis of technics on speciality 05.18.12 - Processes and equipment for food, microbiological and pharmaceutical industries. In the dissertation, theoretical generalizations and new solutions of scientific and technical prob-lems have been obtained that consisted in defining of parameters of the vegetables thermal processing in absence of the water-lipid environment The practical significance of the results is in reducing of the energy consumption by 15% and reducing the loss of vitamin C in cooked vegetables by 2,5...3%. A new design of the thermal storage device has been developed on the basis of the selectivity of the metal-ceramic element structure to ensure the following optimal heat treatment regime: treatment temperature T = 85...98 ° C, duration of the treatment is 25...30 minutes. The developed construction of the equipment for the thermal processing of vegetables provides for the process intensity under the geometric ratio between the diameter and the height of 1,5...1,6 and under the thickness of the thermal storage element of 0,015...0,020 m. Reduced loss of the heat flow during the processing occurs as a result of the contact flanges adhesion, caps and containers having width of 0,004...0,005 m, which are curved inward and prevent leakage of the steam-and-air environment. Performed analytical calculations of the contact temperature of the vegetable environment, as well as the surface of the metal tank and the thermal storage element based on the solution of heat and mass transfer equations using the Gauss error integral defined conditions for reducing the period of the vegetables thermal processing by 22%. Investigation of temperature fields in the vegetable medium of five groups under the initial humidity of the product in the range of 15...38% allowed to determine for each group by the imitating modeling the minimum cost of the thermal energy at the level of 0,18...0,25 kW. Reduction of the natural moisture in vegetables during the thermal processing in the improved equipment with the thermal accumulating metal-ceramic element is at level of 3...6%, while the optimum temperature is 85...87 ° C. Calculations of the energy consumption during the traditional heat treatment process in the aqueous medium and at high temperature have showed that the loss of energy through the gap between the flanges amounted to 40...45% and that of vitamin C - 38%. Results of the competitiveness estimation of the improved thermal processing equipment for vegetables with the thermal accumulating element using indicators of quality and price compared with domestic and foreign producing companies have shown a real market zone, providing for the prospects of the development.
Опис
Шофул, І. І. Удосконалення обладнання для теплової обробки овочів : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.18.12 "Процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв" / Шофул Ігор Іванович ; наук. кер. Л. І. Іванова ; Одес. нац. акад. харч. технологій. - Одеса : ОНАХТ, 2011. - 19 с.
Ключові слова
обладнання для обробки овочів, теплоакумуляція, теплова обробка овочів, оборудование для обработки овощей, теплоаккумуляция, тепловая обработка овощей