CC BY
5УДК 1
Венгер К.П.
доктор технических наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств
(Россия, г. Москва)
Цибульских В.Е.
магистр кафедры
«Инженерии процессов, аппаратов, холодильной техники и технологии» Московский государственный университет пищевых производств
(Россия, г. Москва)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФЛЮИДИЗАЦИИ ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ РАСТИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ
Аннотация: в статье доказана, на основе информационного материала, перспективность использования воздушной турбохолодильной машины для флюидизационного туннельного скороморозильного аппарата, позволяющего одновременно получать низкую температуру (-60+-120оС) и скорости воздуха (5+25 м/с). Представлен разработанный и изготовленный экспериментальный стенд флюидизационного замораживания растительной продукции, и принцип его работы. Приведенные исследования позволили наглядно, с использованием фото, представить процесс флюидизации на примере замораживании голубики и кукурузы, и получить основные его параметры, необходимые в дальнейших расчетах туннельного скороморозильного аппарата.
Ключевые слова: Флюидизация, низкотемпературный воздух, замораживание, турбодетандер, воздушная турбохолодильная машина, температура.
Введение
Мелкоштучная растительная продукция (ягоды, плоды, овощи и их смеси и т.п.) объединены термином «дисперсные пищевые продукты». Мировые стандарты на такую
быстрозамороженную продукцию предъявляют достаточно высокие требования. Одно из главных требований - отсутствие смерзшихся частиц, это возможно лишь при проведении процесса быстрого замораживания во флюидизационном аппарате с применением режимов псевдоожижение. Флюидизационные скороморозильные аппараты выпускаются многими зарубежными фирмами различной производительностью для широкого ассортимента мелкоштучных пищевых продуктов в том числе и растительного происхождения.
Основными недостатками таких аппаратов являются значительные капитальные и эксплуатационные затраты, связанные со сложной конструкцией оборудования, с применением двухступенчатых холодильных установок для достижения температур кипения хладагента на уровне -45оС, а также с необходимостью создания высоких скоростей потока воздуха с использованием вентиляторов, использование экологически небезопасных хладагентов (аммиака, хладонов).
Перспективным направлением являются системы хладоснабжения на базе воздушных турбохолодильных машин (ВТХМ). Разработан (Институт механики МГУ им. М.В.Ломоносова, МГТУ им. Н.Э. Баумана) типоразмерный ряд турбодетандеров серии RET, и на их базе турборефрижератора АТК, которые могут обеспечить работу туннельных скороморозильных аппаратов при температуре от -60 до -120оС. [1]
Основные преимущества таких систем заключается в возможности одновременного получения низких температур воздуха и высоких скоростей потока охлаждающей среды (5^25м/с). При этом в качестве хладагента применяется экологически нейтральный и дешёвый атмосферный воздух, который после использования может направляться обратно в окружающую среду. С использованием воздушной турбохолодильной машины специалистами кафедры разработана конструкция флюидизационного туннельного скороморозильного аппарата, на которую получен патент РФ [4,5].
Целью представленных экспериментальных исследований является определение основных параметров процесса флюидизации при замораживании штучной
растительной продукции, используемых в дальнейших расчетах турбохолодильной воздушной машине.
Экспериментальный стенд.
Для проведения исследований организован экспериментальный стенд на базе установленной на кафедре низкотемпературной камеры Polair (12 м3) KXH11.02 с воздухоохладителем Alfa Laval CCEH501AS, обеспечиваемой работой трех поршневых герметичных компрессоров Tecumseh TGA2522Z; Внешний вид представлен на рис.1.
-
а) б)
Рис 1. Низкотемпературная камера с холодильным агрегатом из трех поршневых герметичных компрессоров (а) и воздухоохладитель(б).
Основным элементом экспериментального стенда является флюидизационное устройство, принципиальная схема его работы показана на рис.2.
Рис.2. Принципиальная схема стенда флюидизационного устройства: 3 - окно измерения скорости потоков воздуха; 4 - сетчатый поддон; 5 - смотровое окно; 6 - шкала измерения высоты флюидизационного слоя; 7 - трубопровод; 9 - экспериментальный продукт; 10 - направление потока воздуха.
Общий вид экспериментального стенда представлен на рис.3.
а) б)
Рис.3. Общий вид экспериментального стенда (а) и принципиальная схема (б) флюидизационного устройства: 1 - воздухоохладитель; 2 - конический трубопровод; 3 - окно измерения скорости потоков воздуха; 4 - сетчатый поддон; 5 - смотровое окно; 6 - шкала измерения высоты флюидизационного слоя; 7 - трубопровод; 8 - вентилятор.
Холодильная машина обеспечивает поток низкотемпературного воздуха после
прохождения через воздухоохладитель в конический трубопровод с наружным
диаметром 100 мм. Скорость подаваемого воздуха за счет вентилятора измеряется
216
анемометром testo 435-1 через дополнительное окно. Начинается процесс флюидизации с одновременным замораживанием, за которым ведется визуальное наблюдение через смотровое окно.
Методика экспериментальных исследований.
В качестве объектов исследования были использованы два вида растительной продукции голубика и кукуруза. В известной классификации пищевых продуктов, голубика представляет класс П4, кукуруза П5. [2].
Класс П4 (плоды, ягоды, клюква, черная смородина, черника, голубика, яблоки, ананасы, киви, земляника садовая, вишня, сливы;
Класс П5(овощи, кукуруза горошек, картофель, морковь, свекла, шампиньоны, огурцы.
Выбранные объекты были согласно технологическим особенностям, предварительно подвергнуты таким операциям, как инспекция, мойка, механическая очистка. Исследования проводились при температуре подаваемого воздуха t=-40^-43°C и скорости его потока в интервале ^в=8^10 м/с. Измерим высоту флюидизационного слоя (Нф) и его зависимость от вида продукта и толщиной насыпного слоя (Ннас). На рис.4 на примере голубики, показан пример определения высоты насыпного слоя продукта и высота в процессе флюидизации.
а) б)
Рис.4. Высота насыпного слоя черника (а) и высота в процессе (б) флюидизации.
Результаты экспериментального исследования.
Получена значение скорости воздух в зависимости от высоты насыпного слоя продукта (черника, кукуруза) обеспечивающая процесс его флюидизации и высоту слоя флюидизации (Таблица 1).
Таблица 1
продукт Высота насыпного слоя продукта Ннас, ММ Высота флюидизационного слоя продукта Нф, мм Скорость воздуха до продукта юв, м/с Скорость воздуха после процесса ю, м/с
голубика 30 45 7,37 4,82
50 7,95 5,06
55 8,49 5,09
60 8,77 5,13
65 8,88 5,17
70 8,9 5,21
77 9,07 5,31
кукуруза 30 95 8,71 4,55
100 8,99 4,62
110 9,05 4,79
130 9,13 4,81
140 9,27 4,86
160 9,39 4,9
170 9,49 4,95
Основной вывод.
Проведенные исследования позволили наглядно представить процесс флюидизации мелкоштучной растительной продукции и получить основные его параметры, необходимые для расчета туннельного скороморозильного аппарата.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Архаров А.М., Кобулашвили А.М., Розеноер Т.М., Журавлева И.Н., Венгер К.П., Антонов А.А. Новые установки быстрого замораживания пищевых продуктов низкотемпературным воздухом, расширенном в турбодетандере. // Холодильная техника, 2004, № 9, с. 2-7.
Антонов А.А., Венгер К.П. Азотные системы хладоснабжения для производства быстрозамороженных пищевых продуктов. - Рязань, «Узорочье», 2002, 205 с.; Венгер К.П., Кузьмина И.А. Стефанова В.А. Феськов О.А. Система воздухораспределения низкотемпературной камеры с воздушной турбохолодильной машиной//Вестник Международной академии холода. 2014. №2, с. 19-24. Венгер К.П. Воздушный турбохолодильный агрегат для быстрого замораживания растительной продукции во флюидизационном слое/Венгер К.П., Феськов О.А., Шахмеликян Г.Б., Шишкин Н.С.//Вестник Международной академии холода. 2007. №23, с. 26-31.
Патент РФ №2278337 «Скороморозильный флюидизационный аппарат» авторов: Венгер К.П. Шахмеликян Г.Б., Феськов О.А., опубл. В БИ №17,20,06,2005 г.
