CC BY
35
664.7
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
В.Л. КИМ, Б.И. ЛЕОНЧИК, Н.В. ТОКАРЬ
Московский государственный университет пищевых производств
На эффективность гидротермической обработки растительного сырья определяющее влияние оказывает интенсивность его увлажнения. Поиск способов ускорения этого процесса особенно актуален при обработке сырья, характеризующегося высоким внутридиффузионным сопротивлением (например, соя, кукуруза и другие зерновые культуры).
Одно из направлений интенсификации увлажнения основано на использовании вибраций, при которых многократно установлено ускорение внутреннего массопереноса.
Нами выполнено экспериментальное исследование с целью получения новой информации о влиянии на кинетику контактного увлажнения зерна кавитационных эффектов, возникающих в воде при наличии гидродинамических источников колебаний.
Первую серию опытов (простое увлажнение) проводили в неподвижном цилиндрическом сосуде из органического стекла (объем 1,9-10-4 м3). Масса воды в сосуде в зависимости от количества обрабатываемого зерна изменялась от 0,025 до 0,1 кг.
Вторую серию опытов осуществляли в этом же сосуде, закрепленном на рабочем столе электродинамического вибратора марки ЭДВК-250, обеспечивающего синусоидальные колебания с частотой 20-500 Гц при работе от встроенного генератора и 20-5000 Гц при работе от внешнего генератора. Выталкивающая сила установки (амплитудное значение) достигала 250 Н, максимальное виброускорение на пустом рабочем столе (амплитудное значение) — 420 м/с2, амплитуда вертикального перемещения — до 6-10”3 м. При проведении исследований использовалась измерительная аппаратура: шлейфовый осциллограф С1-65, виброизмеритель RFT-11025 с датчиком ускорения КД-35, тензодатчик для измерения статического давления с сопротивлением тензорезисторов R0 = 200 Ом, прибор ИСД-3 для статического тензометрирова-ния, низковольтные источники питания TESLA и другие приборы.
В третьей серии зерно увлажняли в кавитирующем потоке воды, который создавали в пристенной области кольцевых цилиндрических камер кавитационной установки с внутренним диаметром 0,25—0,35 и шириной 0,025-0,030 м. Отношение массовых расходов воды и зерна изменяли от 1:2 до 1:3, число Рейнольдса для выходных отверстий гидродинамического генератора колебаний составляло (150—300)* 103. Гидродинамический генератор колебаний обеспечивает образование кавитационных каверн за счет вихревого движения жидкости в цилиндрической камере и резкого падения дав-
ления после двух входных отверстий генератора. Из-за упругости гетерогенной среды происходят автоколебания каверны. Часть кавитационной каверны периодически срывается по потоку в зону повышенного давления, где происходит конденсация заполняющего каверну пара — схлопывание пузырьков. Разрушение каверны происходит за время порядка 10~3 с. При этом возникает ударная волна при локальном повышении давления до (2 —2,5)* 108 Па. Экспериментальная установка была оснащена переносным виброанализатором 2515 фирмы Вгие! & К]ег с датчиком ЛХ-608 для измерения частоты и амплитуды колебаний.
Влажность зерна в исходных пробах изменялась от 8 до 20%, температура воды в опытах — в интервале 23~60°С.
В результате исследований экспериментально доказана возможность существенной (в несколько раз) интенсификации увлажнения зерна.
Продолжительность обработки т, с
В качестве примера на рисунке представлены характерные кривые кинетики увлажнения семян сои с начальной влажностью 8,4%.
При простом увлажнении (без вибраций) в неподвижном сосуде при температуре воды ? 23°С через 600 с влажность семян увеличилась лишь до 18,1% (кривая /). Повышение температуры среды ускоряет процесс увлажнения: за то же время влажность семян при t 40°С возросла до 22,4% (кривая 2), при t 60°С — до 25,1% (кривая 3), что является следствием роста коэффициента диффузии влаги.
Применение низкочастотных вибрационных колебаний позволило достичь такой же конечной влажности сои (25%) при t 23°С в течение 120— 125 с (кривая 4). При этом резонансная частота сосуда с жидкостью и семенами составляла 144 Гц, амплитуда — 5 мм.
В результате обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов получены аппроксимирующие соотношения вида
W =
1 +
+ В
(1); w
1 +
1
А В
т + 7
¿2)
Таблица 2
где т к 12)^ — текущая и начальная влажность зерна, %;
г — продолжительность увлажнения, с.
Соотношение (1) использовали для обработки опытных данных, полученных при одной температуре воды (23°С).
Значения эмпирических коэффициентов А, В, В', п для основных зерновых культур приведены в табл. 1.
Таблица 1
Культура Простое увлажнение Вибрационное увлажнение
А В В п А В В I п
Горох 126,3 — 713,1 1,91 37,7 0,49 — —
Соя 117,2 — 7,2 0,76 26,0 0,27 — —
Кукуруза 70,0 — 54,4 1,00 53,6 0,96 — —
Овес 60,1 — 22,1 6,96 14,0 0,53 — —
Гречка 20,9 — 2,5 0,31 7,8 — 1,86 0,36
Просо 81,4 — 14,2 0,64 18,6 — 1,66 0,25
Ячмень 44,1 — 8,1 0,53 26,4 — 1,61 0,23
Рис 119,3 — 466,2 1,54 39,3 — 5,35 0,61
Пшеница 56,7 — 12,4 0,68 17,5 — 2,66 0,41
Культура Влажность зерна, %
исходная после кавитационной установки (число пропусков)
1 2 3
Пшеница 12,0 21,0 22,5 27,0
Гречиха 13,0 34,5 36,5 41,0
Ячмень 11,2 22,0 26,5 30,0
Горох 11,6 17,5 ?1,0 26,0
Соя 8,4 23,5 26,5 29,0
Просо 12,5 21,0 25,5 31,0
Кукуруза 12,4 17,5 22,0 24,0
Использование гидродинамических генераторов колебаний в кавитационной установке привело к значительной интенсификации увлажнения семян сои: при температуре воды 23°С и продолжительности воздействия 2-3 с конечная влажность сои составила 28-29% (три пропуска через кавитационную установку). Значения конечной влажности зерна различных культур в зависимости от числа пропусков через кавитационную установку приведены в табл. 2.
Ранее нами показана возможность ускорения экстрагирования и увеличения глубины извлечения белков сои при осуществлении процесса в кавитирующем потоке [1]. Дальнейшие экспериментальные исследования проведены с целью получения новой информации, позволяющей сравнивать такой способ экстрагирования с традиционным.
Согласно варианту традиционной технологии переработки сои водное экстрагирование осуществляют при температуре 20°С и соотношении масс измельченных бобов и воды 1:8. В результате содержание сухих веществ СВ в соевом молоке составляет 3,9-4,3%, выход соевого белка влажностью 80% — 79-85% по отношению к начальной массе бобов влажностью 8,5%. При экстрагировании в кавитирующем потоке содержание СВ в молоке возрастает до 5,9-6,2%, а выход белка — до 115-121%. При диссипации механической энергии, сопровождающей кавитационные эффекты, происходит нагревание экстрагента (1-4°С за один проход через технологическую камеру).
Повышение температуры до предельного уровня (80-85°С) при осуществлении традиционной технологии способствует увеличению содержания СВ в соевом молоке до 5,8-5,9%. Кавитационная обработка при том же уровне температуры позволила увеличить их содержание до 7,8-7,9%, выход соевого белка при этом возрос до 135-138%.
Полученные результаты использованы при разработке опытно-промышленного экстрактора для линии, перерабатывающей сою.
ЛИТЕРАТУРА
1. Леончик Б.И., Ким В.Л. Интенсификация тепломассопе-реноса при взаимодействии белковосодержащих материалов с кавитирующей жидкостью / / Тепломассообмен в процессах сушки: Докл. III Минского междунар. форума ”Тепломассообмен-96”. — Минск, 1996. — VIII. —
С. 45-48.
Поступила 19.03.98 г.
664.727.02
АНАЛИЗ ТЕПЛОВОГО ФАКТОРА
ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ
С.В. УСАТИКОВ, А.Ю. ШАЗЗО, С.П. ПУПКОВ
Кубанский государственный технологический университет Московский государственный университет пищевых производств
Применение СВ¥-плазменной дезинсекции и дезинфекции является принципиально новым,
ОБРАБОТКЕ ЗЕРНА
экологически безопасным способом обработки зерна [1]. Данный способ может быть рекомендован в качестве альтернативы традиционным методам, таким как радиационно опасное гамма- и электронное облучение и применение высокотоксичных химических препаратов, которые локализуются в периферийных и внутренних частях зерновки,
