CC BY
25
■а о
Запропоновано cnoci6 одержан-
ня швидковгдновлюваних каш. Ызуально
дослиджено процес плину вологог сировини в функщональнш eM^cmi
Ключовi слова: суштня змшаним теплотдводом, функциональна емтсть, плин
□-□
Предложен способ получения быстровос-станавливаемых каш. Визуально исследован процесс течения влажного сырья в функциональной емкости
Ключевые слова: сушка смешанным тепло-подводом, функциональная емкость, течение
□-□
The ways of reception of quick-cooking kasha are proposed in this work. The flow of moist raw material through functional capacity are researched by visualization of process
Key words: heat mixed transfer drying,
functional capacity, flow -□ □-
УДК 664.834.2
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПЛИНУ ВОЛОГОТ СИРОВИНИ В ФУНКЦЮНАЛЬНШ
емнОСл
ПРЯМОКУТНОГО ПЕРЕР1ЗУ
М.1. Погожих
Доктор техычних наук, професор, завщуючий
кафедрою* Контактний тел.: (057) 349-45-86 E-mail: [email protected]
А.О. Пак
Кандидат техшчних наук, старший викладач* Контактний тел.: (057) 349-45-00 E-mail: [email protected]
М.В. Жеребк^н
Пошукувач* Контактний тел.: (057) 349-45-00 *Кафедра енергетики та фiзики Хармвський державний ушверситет харчування та
торгiвлi
вул. Клочмвська, 333, м. Хармв, УкраТна
Постановка проблеми у загальному виглядi
Останнiм часом серед населення нашо1 краши все б^ьшу популярнiсть здобувають «моментальш» кашi, що зовсiм не вимагають варiння, i кашi швидкого розварювання, яким досить для проварювання 3-5 хв. 1снують кашi з однiei крупи або iз декiлькох вiдразу з додаванням фрукпв, ягiд, грибiв, прянощiв i т.iн.
«Моментальшсть» готування забезпечуе спещальна технологiя обробки зернових культур. Для отриман-ня таких каш потрiбнi не цiльнi зерна, а пласпвщ, оскiльки властивiсть поглинати вологу, а, вщповщно, розварюватись у розплющеного зерна б^ьше. Тому всi культури перед тим як перетворити на кашу роз-плющують на пластiвцi з товщиною, що не перевищуе 0,3-0,5 мм. Для того, щоб зб^ьшити iх властивiсть до поглинання вологи, тд час розплющування роблять
на них наачки, розрiзають пластiвцi до отримання дрiбних фракцiй i т.п.
1нша обов'язкова умова для «моментальной кашi - гiдротермiчна обробка. Основними способами гiдротермiчноi обробки пiд час отримання таких каш являються наступш: крупу пропарюють за високоi температури та тиску, проварюють у котлах з невеликою юльюстю води або обробляють шфрачервоними променями.
Один з основних етапiв у процес виробництва -сушiння пласивщв. Частiше всього воно проводиться за високих температур. Головна умова - щоб пласпвщ не «засклувались», шакше капiляри закриються, на поверхнi утвориться скоринка, i розмочити пластiвцi буде важко. Вщ сушiння у багато чому залежить яко'1 консистенцii вийде каша: буде це схожа на клейстер каша, рвдкий кииль або однорщна в мiру густа каша.
Так чи шакше, «моментальш» кашi, отримаш iснуючими способами по сво'й консистенцп помiтно вiдрiзняються вiд традицiйних.
З метою тдвищення енергоефективностi та якосп отримуваного продукту розроблено спосiб одержання швидковвдновлювальних каш за допомогою сушшня змiшаним теплопiдводом (ЗТП-сушiння), що дае можливiсть отримувати сушенi швидковiдновлюванi продукти високо' якостi з низькими енерговитратами на процес зневоднення.
ЗТП-сушшня вiдрiзняеться вiд iнших способiв тим [1], що сировина, яка зневоднюеться розмiщуеться в функцiональну емшсть (Ф6) iз паронепроникного матерiалу, причому площа теплообмiнноi поверхнi емностi б^ьше площi масообмiнноi поверхнi принаймнi на порядок.
Ращональна швидкiсть сушильного агента при цьому повинна бути вщ 10 до 15 м/с. Також необхщною умовою е те, що в проце« сушiння сировина, що зневоднюеться, не повинна усаджуватися. Якщо яка-небудь з цих умов не виконуеться, то ЗТП-процес зупиняеться, а далi зневоднення або проводиться як тд час конвективного сушшня, або об'ект вариться всередиш Ф6.
Описанi особливостi ЗТП-сушшня використову-ються пiд час одержання швидковщновлювальних каш. Оскiльки кашi мають велику кiлькiсть сухих речовин, то тд час зневоднення 'х усадка не суттева, тому зупинка процесу через усадку не вщбуваеться. Зупинити ЗТП-процес з метою гiдротермiчноi об-робки крупи можливо або перекриваючи масообмiннi зазори на поверхнi Ф6, або зменшуючи швидкiсть сушильного агента.
Для отримання швидковщновлювальних каш пропонуеться протягувати вологу сировину Ф6, ви-конану iз паронепроникного матерiалу, з визначеною швидюстю. У першiй частинi Ф6, в якш вiдсутнi масообмiннi зазори, проводиться гiдротермiчна об-робка крупи до готовности в другiй (з масообмшними зазорами) - сушiння. Оскiльки друга частина функщонально' емностi виконана таким чином, що площа масообмшних зазорiв принаймнi на порядок менша, шж площа теплообмiнних поверхонь, то зневоднення сировини проводиться згвдно умов для ЗТП-сушшня [1].
Мета та завдання стати
Метою роботи е дослвдження процесу плину во лого! сировини в Ф6 методом вiзуалiзацii та визначення ращонально' товщини частини Ф6, в якiй проводиться гiдротермiчна обробка крупи до готовность
Виклад основного матерiалу дослiдження
На рис. 1 представлен схема розмщення Ф6 в сушильнiй камерi та напрямки руху сушильного агента та сировини в проце« гiдротермiчноi обробки та сушiння волого' сировини. Волога сировина iз заван-тажувального бункера 3 дозуючими шнеками 4 та 5 протягуеться крiзь Ф6, виконану iз паронепроникного матерiалу, з визначеною швидюстю.
Рис. 1. Схема розмщення Ф£ в сушильнiй камерi та напрямки руху сушильного агента та сировини
В першш частиш Ф6 (1) вiдсутнi масообмiннi зазо-ри, тому випаровування вологи з сировини, що знахо-диться в данш частинi, практично не вщбуваеться. Крупа, яка знаходиться в першш частиш Ф6, на^ваеться до температури сушильного агента, що обдувае Ф6 та являеться не меншим за температуру клейстеризацп крохмалю сировини, та проварюеться до готовность Зневоднення провареноi сировини проводиться в другш частиш Ф6 (2), яка мае масообмшш зазори.
Тривалiсть знаходження сировини в першш та другш частиш Ф6, а, вщповщно, i тривалiсть про-варювання та зневоднення, регулюються довжиною вiдповiдних частин Ф6 та швидкiстю протягування сировини крiзь неi.
Попереднiми дослiдженнями ЗТП-процесу [1, 2] встановлено, що ращональною формою частини Ф6, в якiй ввдбуваеться сушiння, е паралелепiпед з харак-терними розмiрами 1!, 12, 13, причому, по-перше, 1! та 12 принаймнi на порядок бiльшi шж 13, а, по друге, Ф6 розмiщуеться площиною 1!х12 перпендикулярно руху сушильного агента. Також встановлено значення тов-щини 13 Ф6 за яко' сушiння вiдбуваеться з найбiльшою ефектившстю. Дослiджень розмiрiв першо' частини Ф6 до цього не проводилось.
Ефектившсть прогрiвання першо' частини Ф6, в якш проводиться гiдротермiчна обробка сировини, визначаеться коеф^ентом теплопровiдностi. Чим вище коефвдент теплопровiдностi, тим швидше про^ваються внутрiшнi шари сировини. Отр тепловому потоку частини Ф6 для гiдротермiчноi обробки сировини складаеться з опору стшки Ф6 та опору волого' сировини. Оскiльки стшка та волога сировина розмiщенi послщовно, то сумарний опiр дорiвнюе:
- Кст. + К сиров.
(1)
де , Яс1 , Ясиров - сумарний опiр тепловому потоку та опори стшки Фб та сировини, вщповвдно. Опiр тепловому потоку прямо пропорцшний товщинi та обер-нено пропорцiйний теплопровiдностi матерiалу, тобто:
с
ТЭ _ ст.
-р _ сиров.
сиров л
сиров.
(2)
Опiр тепловому потоку волого' сировини складаеться з опору сухого скелета сировини, опору вологи, яку вона утримуе, та опору повггря, що знаходиться в порах та мiж частинками сировини. Даш опори визначаються об'емною часткою вщповщно'
складовоТ в загальному o6'eMi сировини. Осюльки вони розмiщенi паралельно тепловому потоку, то су-марний опiр сировини знаходиться за формулою:
8„
1
К.
К
_S_
' к
s
К
(3)
де 8 товщина шару сировини, м; псс , пв та ппов - об'емна частка сухого скелета сировини, вологи та повггря в загальному об'eмi вологоi сировини, вiдповiдно,
.з; X , Xв
1 ' c.c. ' в.
L X
' М"> "и!'-„^ --пов - коефiцieнти теплопровiдностi ' ' Вт
сухого скелета сировини, вологи та повиря, м ^ .
Значення об'eмноi частки складових у загальному об'eмi вологоi сировини дорiвнюють: псс = 0,63; пв = 0,32; п = 0,05.
' ' пов. '
Оскiльки значення величин, що входять до формул (2) та (3), вщом^ то за даними формулами розраховано значення опору тепловому потоку сировини та стшки Ф6. м 2-К
Вони дорiвнюють,-: Я = 0,24 ; Я = 3 92 . Таким
г Вт с-т- vсиров. '
чином, осюльки опiр тепловому потоку сировини значно бшьший опору стiнки (в 16 разiв), то iснуe необхiднiсть перемшування сировини в процесi проварювання з метою тдвищення ефективностi процесу про^вання.
Для вiзуального дослiдження плину в частиш Ф6, призначенiй для гiдротермiчноi обробки сировини, стiнка, площина якоi паралельна руху сушильного агента, виконувалась зi скла. В якосп вологоi сиро-вини використовувалась гречана крупа замочена у водi протягом 2 годин за кiмнатноi температури. Для вiзуалiзацii течii в Ф6 засипався шар пофарбованоi сировини. Стшки, площини яких перпендикулярнi руху сушильного агенту, були зроблеш таким чином, що кнувала можливiсть змiнювати вщстань мiж ними.
На рис. 2, 3, 4 представлен фотографii плину вологоi сировини за рiзноi товщини шару сировини.
З рис. 2 видно, що при перемщенш крупи в Ф6 з товщиною 20 мм швидюсть змшюеться вiд мiнiмальноi бiля стiнок до максимальноi в центрi шару сировини. Проф^ь швидкостi за такоi товщини труби мае параболiчний характер, як при ламшарному плинi рiдини.
Зi зб^ьшенням товщини до 40 мм в центрi шару сировини (рис. 3) з'являеться д^янка, на якiй швидюсть плину постiйна. Причому при подальшому збiльшеннi товщини Ф6 (рис. 4) ширина тако'Т дiлянки збiльшуеться. Проф^ь швидкостi при товщинi труби 40 та 60 мм наближаеться за характером до характеру турбулентного плину рщини: спостерiгаеться перемшування шар1в.
Рис. 3. Плин вологоТ сировини в Ф£ з товщиною 40 мм через час, с: а - 60; б - 120; в - 180; г - 240
Рис. 2. Плин вологоТ сировини в Ф£ з товщиною 20 мм через час, с: а - 60; б - 120; в - 180; г - 240
Рис. 4. Плин вологоТ сировини в Ф£ з товщиною 60 мм через час, с: а - 60; б - 120; в - 180; г - 240
З наведених фотографш видно, що при наближеш характеру плину сировини до турбулентного режиму плину рщини, тобто за збшьшення товщини шару, перемшування частинок сировини ввдбуваеться б^ьш штенсивно. Як i при турбулентному плиш рщини частинки сировини набувають складовi швидкосп, перпендикулярш плину, тому вони можуть переходи-ти з одного шару в шший.
Висновки
Таким чином, в робоп запропоновано споиб одер-жання швидковщновлювальних каш. Вiзуалiзовано плин волого'Т сировини в Ф6 прямокутного перерiзу. Дослiджено характер плину за рiзноi товщини Ф6. Встановлено, що при товщиш Ф6 20 мм характер плину сировини такий, як при ламшарному режимi плину рщини, при збшьшенш товщини характер плину наближаеться до турбулентного.
Лиература
1. Погожих Н.И. Научные основы теории и техники пище-
вого сырья в массообменных модулях: Автореф. дис.
доктора техн. наук / ХДАТОХ. - Харьков, 2002. - 35 с.
2. Цуркан Н.М. Разработка рациональных режимов про-
изводства сушеного быстровосстанавливаемого картофеля: Автореф. дис. ...кандидата техн. наук / ХДАТОХ.
- Харьков, 2000. - 20 с.
3. А.С.Гинзбург Сушка пищевых продуктов. - М.: Пищепро-
миздат. 1960. - 684с.
