CC BY
58
(1)
(2) - (3)
одности
■К);
(4)
в слое ссы при ¡нешней гренней
г Т К ’ "^кач
"W
диффу-
руемой
(5)
■I <6)
г; (7)
где
коэффициент потенциалопровод-ности продукта, зависящий от его влагосодержания и температуры, м2/с;
термоградиентный коэффициент, зависящий от капиллярно-пористой структуры продукта, его влагосодержания и температуры, кг/(кг;К), в виде ди_ |
дТКм-°
плотность потока влаги на поверхности слоя продукта, кг/(м2,с); коэффициент температуропроводности продукта, м2/с; теплота фазового перехода воды, Дж/кг;
удельная теплоемкость воды, Дж/(кг-К);
критерий фазового превращения, равный ¿¿и./сЫ (йи, — изменение
где
С.Пр
— коэффициент массообмена, отнесенный к разности давлений
кг/м2-сПа)
влагосодержания за счет фазового перехода, ¿и — полное изменение влагосодержания, ¿и = йи/ + йиж, ёиж — изменение влагосодержания за счет переноса жидкости);
— плотность сухого продукта, кг/м3. Средние значения температуры Т0 и влагосодержания и в слое продукта определятся как
Т0 = ~ $Тйь и й = тг-/ыг/и ■
>пр « пр V
Плотность теплового потока я(т)2, отводимого с наружной поверхности слоя продукта, Дж/(м2-с), составит:
<?(г)2 = авз(Гвз - Г2), (9)
где авз — коэффициент теплоотдачи к конди-ционированному воздуху,
— Дж/(м -с-К);
Твз — средняя температура потока воздуха у частицы, К.
Для второго этапа, характеризуемого понижающейся температурой частицы и неизменной температурой слоя продукта,
<7, = <'М ~ Р::)’ ? (10)
р2, рш — парциальное давление водяного пара, соответственно, на наружной поверхности слоя и среднее значение для потока воздуха, Па.
Для третьего этапа, характеризуемого повышающейся температурой продукта,
Ча = ßpJU23 ~ «р), (П)
где ß — коэффициент массообмена, отнесенный к разности влагосодержа-ний и23 - и , м/с; и23 — влагосодержание на наружной поверхности в слое на третьем этапе, кг/кг;
ир — равновесное гигроскопическое влагосодержание, кг/кг. Совместным решением уравнения (1), при начальных и граничных условиях (2)-(4), и системы уравнений (5)-(6), при начальных и граничных условиях (7)—(8), определяются поля температур Ti(R, г), T2(R, г), влагосодержаний u(R, г) и парциальных давлений p(R, т) в процессе сушки. Зная поле влагосодержаний u(R, г), можно определить продолжительность сушки гс [1]. Рассмотрев поставленную задачу для разных условий сушки, найденные решения можно обработать и получить такие аналитические зависимости, которые позволят, приняв параметры кондиционированного воздуха fc, <рс; vr, размеры ß, и количество аккумулированной теплоты частицы определять толщину наносимого слоя продукта <5СД, которым обеспечиваются условия совмещения первого и третьего этапов сушки (рис. 3) для конкретного высушиваемого продукта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гинзбург A.C. Сушка пищевых продуктов. — М.: Пище-промиздат, 1960. — 684 с.
2. Лыков А.В., Теория сушки. — М.: Энергия, 1968. — 472 с.
3. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. — М.:Энер-гия, 1972. — 560 с.
4. Шаззо Р.И., Шляховецкий В.М. Низкотемпературная сушка пищевых продуктов в кондиционированном воздухе. — М.: Колос, 1994. — 119 с.
Кафедра холодильных и компрессорных машин и установок
Поступила 15.04,97
665.3
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЗОДОРАЦИИ ЖИРОВ И МАСЕЛ НА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКЕ
М.Л. КОНОВАЛОВ, С.Г. ЕНЮТИНА, В.М. ЛЕОНТЬЕВ
Красноярский государственный >,
торгово-экономический институт
При рассмотрении кинетических закономерностей дезодорации {дистилляционной нейтрализации) недостаточно изучено влияние на этот процесс коэффициента насыщения. Данные по нему в литературе приводятся, как правило, без учета конкретных условий работы — температуры, дав-
ления, высоты барботажного слоя, состава отгоняемых компонентов и т. п.
С целью изучения влияния коэффициента насыщения на кинетику отгонки были разработаны математические модели дезодорации 11, 2], которые включают в себя величины, нуждающиеся в экспериментальном определении. На первом этапе для анализа построенных математических моделей использовали уже опубликованные сведения [3], а для получения новых данных был создан экспериментальный стенд, принципиальная схема которо-
ИЗВЕСТІ
го представлена ниже со следующими элементами: дезодоратор /, пароперегреватель 2, обогреваемый сосуд 3, мерный сосуд 4, сосуд 5 с теплоносителем для обогрева мерного сосуда, сосуд 6 для сбора погонов, холодильник 7, манометр 8, образцовый вакууметр 9. Для создания необходимых температурных режимов работы экспериментальной установки стенд оборудован электронагревателями: Н1
— дезодоратора, Н2 — пароперегревателя, НЗ — для обогрева сосуда, Н4 — для нагрева промежуточного теплоносителя в сосуде 5. Регулировку мощности нагревателей осуществляли с помощью автотрансформаторов 10, а измерение температур
— стеклянных термометров и термопар, подключенных к электронному потенциометру //. Контроль электрических параметров (сила тока, активная мощность, напряжение) проводили с помощью измерительных комплектов К505 12.
Дезодоратор представлял собой цилиндрический сосуд, изготовленный из нержавеющей стали Х18Н10Т, с центральной трубкой для подачи острого пара под слой дезодорируемого масла. Пароперегреватель и обогреваемый сосуд 3 изготовлены из стали той же марки и соединены с дезодоратором с помощью вентиля, обеспечивающего дросселирование острого пара, подаваемого в дезодоратор. Стеклянный мерный сосуд цилиндрической формы имел нанесенные на боковые поверхности риски с интервалом 2 мм при общем объеме сосуда около 25 мл. В качестве промежуточного теплоносителя в сосуде 5 использовали обычное пищевое растительное масло. Отсос парогазовой смеси из холодильника осуществляли электрическим вакуумным насосом. Измеряли температуры: масла в дезодораторе ТI, острого пара на выходе из пароперегревателя Т2, пара в обогреваемом сосуде ТЗ, стенок верхней части дезодоратора Т4, промежуточного теплоносителя в сосуде 5 Т5.
Эксперименты проводились в такой последовательности операций:
1. Заливка отмеренной по объему и весу порции масла в дезодоратор с одновременным определением в нем высоты слоя масла с помощью специального сообщающегося с дезодоратором сосуда.
2. Включение вакуумного насоса и вакуумиро-вание дезодоратора.
3. Включение нагревателей Н1-Н5 и вывод установки на соответствующий температурный режим. Мощность нагревателей Н2 и НЗ определяла температуру перегретого острого пара, нагревателя Н4 — температуру промежуточного теплоносителя в сосуде 3, а следовательно, производительность установки по острому пару.
4. Приоткрывание вентиля, соединяющего пароперегреватель с дезодоратором, по достижении необходимого температурного режима. При этом степень открытия вентиля регулировалась таким образом, чтобы давление в сосуде 3 оставалось стабильным при соответствующем расходе пара (практически величина избыточного давления в сосуде 3 в опытах составляла 1-1,5 атм).
5. Осуществление процесса дезодорации.
Как следует из схемы и описания экспериментальной установки, при проведении опытов имелась возможность варьировать температуры дезодорации и острого пара, а также расход острого пара как при переходе от одного опыта к другому, так и в пределах одного опыта.
Цель проведенных исследований — экспериментальная проверка разработанных математических моделей дезодорации, в которые входят величины, нуждающиеся в экспериментальном определении, в частности, для дезодорации в слое — отношение коэффициента кинетического уравнения отгонки к удвоенной скорости подъема пара в барботажном слое.
Эксперименты проводили на рафинированном недезодорированном подсолнечном масле, полученном на Красноярском маргариновом заводе в результате переработки подсолнечного масла в стандартных технологических условиях. Одну часть опытов осуществляли на обычном масле, другую — на модельных смесях, полученных путем смешивания исходного масла с определенным количеством линолевой кислоты — наиболее характерного компонента для подсолнечного масла.
Сопоставление экспериментальных и расчетных данных представлено в таблице.
Опыты 1-4 проводили в изотермических условиях, 5-10 в неизотермических, причем в опыте 5 температура поднималась плавно от начальной до конечной, а в опытах 6-10 — ступенчато (в таблице указаны значения температур на отдельных ступенях). Опыты 1 -3 проводили на обычном подсолнечном рафинированном недезодорированном масле, 4-10 — на модельных смесях. Использование последних позволило предположить, что подавляющую часть отогнанных паров составляет линолевая кислота (не считая воды), поскольку ее начальное содержание в модельной смеси многократно превышало содержание любого другого компонента (в том числе других свободных жирных кислот). Таким образом, кислотное число К.ч. поступающей на дезодорацию модельной смеси с высокой степенью точности должно отражать первоначальное содержание отгоняемого компонента (линолевой кислоты) в дезодорируемой смеси. В то же время разность К.ч. исходной и отдезодори-рованной смесей должна отражать убыль линоле-
Но-
мер
опыта -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
вой ки К.ч. ис: но суд няемог находи ента и: Расч^ можно дезодо] резуль' ваны і коэфф] к удвое слое. Р стного исполь перим( ния В ( за пре;
Аіш резуль' ния лгі Нар^ предст: К0НЦЄЇ мента/ и коне зовани [1,21.1 Эксп смесей уравнв дения) Привел фицие:
ВЄЛИЧЕ
метра, ных, р
НЫХ ЗЕ
дельны 1,0-7,; ное со( Сопс данны? концен сям по
порции
¡делени-
вдиаль-
да.
уумиро-
йвод ус-Ный ре-¡еделяла (евателя рснтеля ¡льность
го паро-шении )И этом > таким авалось ;е пара ¡ения в
гримен-эв име-ы дезоострого ругому,
!римен-
шеских
ичины,
:лении,
зшение
1ТГ0НКИ
гажном
ванном , полу-¡воде в асла в Одну масле, с путем :ым ко-харак-ла.
четных
< усло-пыте 5 ной до (в таб-
!ЛЬНЫХ
)М поденном 1ьзова-¡то по-авляет !ЬКу ее много-ругого : жир-го Кл. леей с ъ пер-)нента ;си. В эдори-шоле-
Таблица
Но- мер опыта Условия дезодорации Отношение конечной и начальной концентраций Коэффициент извлечения
Г, К Р, мм рт. ст. расход пара, мл расчет эксперимент расчет эксперимент
1 457 8,0 7,6 0,44 0,39 0,56 0,61
2 477 11,0 5,0 0,42 0,32 0,57 0,68
3 492 9,4 3,8 0,31 0,28 0,69 0,72
4 514 9,4 6,3 0,114 0,099 0,89 0,90
5 453-513 4,2 5,1 0,130 0,145 0,87 0,85
6 454, 514 5,5 8,4 0,118 0,148 0,88 0,85
7 473. 513 5,2 5,6 0,149 0,130 0,85 0,87
8 495. 514 8,2 4.8 0,127 0,148 0,87 0,85
9 456, 475, 493 4,8 5,8 0,24 0,18 0,76 0,82
10 455,475,494,515 5,8 6,2 0,096 0,109 0,90 0,89
вой кислоты в процессе дезодорации. Определяя Кл. исходной и отдезодорированной смесей, можно судить о начальном содержании и убыли отгоняемого компонента — линолевой кислоты, т.е. находить экспериментальное значение коэффициента извлечения последней.
Расчетное значение коэффициента извлечения можно найти с помощью математических моделей дезодорации в барботажном слое [1, 2]. При этом результаты одного из опытов могут быть использованы для определения неизвестного отношения коэффициента кинетического уравнения отгонки к удвоенной скорости подъема пара в барботажном слое. Найденное таким образом значение неизвестного параметра математической модели можно использовать для сопоставления расчетных и экспериментальных величин коэффициента извлечения в остальных опытах. Результаты такого анализа представлены в таблице.
Аналогичная методика применена при анализе результатов опыта с обычным маслом (без добавления линолевой кислоты).
Наряду с коэффициентами извлечения в таблице представлены отношения конечной и начальной концентраций отгоняемого компонента. Экспериментальные величины определены по начальным и конечным значениям К.ч.,расчетные — с использованием разработанных математических моделей [1, 2].
Экспериментально найденное для модельных смесей отношение коэффициента кинетического уравнения отгонки к удвоенной скорости прохождения пара через слой жира составило 2,5 1/м. Приведенные в таблице расчетные значения коэффициента извлечения соответствуют именно этой величине экспериментально определяемого параметра. При этом, как следует из табличных данных, расхождение расчетных и экспериментальных значений коэффициента извлечения для модельных смесей составляет в различных опытах 1,0-7,5%. Это можно интерпретировать как полное соответствие.
Сопоставление расчетных и экспериментальных данных для отношений конечных и начальных концентраций применительно к модельным смесям показывает, что их расхождение в различных
опытах составляет 11-16%. Это также свидетельствует о высокой точности расчетных величин.
Расчетные и экспериментальные значения коэффициентов извлечения из обычного масла (без добавки линолевой кислоты) в различных опытах расходятся не более чем на 16%, отношения же начальных и конечных концентраций различаются на 10-30%. Этот результат также можно признать удовлетворительным.
Различная степень отклонения расчетных и экспериментальных данных как для модельных смесей, так и для обычного масла объясняется, вероятно, следующим. Определение концентрации отгоняемой (линолевой) кислоты по Кл. тем точнее, чем выше содержание этой кислоты в сравнении с другими кислотами, т.е. начальное содержание линолевой кислоты в модельных смесях определяется довольно точно, а конечное — менее точно. Для обычного масла начальное и конечное содержание линолевой кислоты менее точно, чем начальное содержание для модельных смесей. Влияние неточности в определении конечного содержания на коэффициент извлечения невелико (здесь фигурирует разность начального и конечного значений, причем первое намного больше второго). Для отношения же концентраций неточность в определении конечной концентрации более существенна (числитель дроби). Аналогичные объяснения приемлемы для обычного масла с той разницей, что неточность в определении коэффициента извлечения здесь более существенна в силу значительно меньшего первоначального содержания линолевой кислоты.
Таким образом, в результате сравнения расчетных и экспериментальных данных установлено, что применительно к конкретной дезодорационной установке (в данном случае лабораторной) экспериментально определяемый параметр в разработанных математических моделях дезодорации остается устойчив по отношению к изменениям условий дезодорации: температурному режиму, остаточному давлению в дезодораторе, расходу острого пара. Аналогичный результат получен ранее при анализе экспериментальных данных [1, 2].
Отношение коэффициента кинетического уравнения отгонки к удвоенной скорости барботажа
паровой фазы через слой жира было рассчитано для промышленной дезодорадионной установки, оснащенной дезодоратором Д5, по экспериментальным данным, полученным на Красноярском маргариновом заводе при дезодорации подсолнечного масла в следующих условиях: температура дезодорации 450-455 К, остаточное давление 12-14 мм рт.ст., расход острого пара 240-260 кг/ч, среднее значение отношения К.ч. дезодорированного масла к исходному для нескольких партий 0,6. В этих условиях отношение коэффициента кинетического уравнения отгонки к удвоенной скорости барботажа согласно расчетам очень близко к единице, что находится в полном соответствии с результатами, полученными ранее [1, 2]. Устойчивость экспериментально определяемого параметра по отношению к условиям протекания процесса позволяет рассматривать этот параметр, как некоторую константу, единожды определяемую для данного аппарата и используемую в дальнейшем для изучения влияния условий протекания процесса на результат отгонки (дезодорации или дис-тилляционной нейтрализации), т.е. разработанные математические модели адекватны реальным процессам.
В ходе эксперимента на лабораторном стенде помимо К.ч. определялся ряд нормируемых ГОСТ показателей дезодорируемых масел: йодное, цветное, перекисное числа. Проводилась органолептическая оценка качества дезодорированного масла. Во всех опытах не наблюдалось существенного отличия йодного числа исходного и дезодорированного масел: расхождения не превышали 3-5%, а абсолютные значения йодных чисел составляли 128-134 г Л2 на 100 г масла при норме 125-145. Это свидетельствует об отсутствии существенных структурных изменений масла в процессе дезодорации, в частности окисления по месту двойных связей. Другие объективные показатели также находились в пределах, определяемых ГОСТ: перекисное число 4,0—6,4 ммоль Л2 на 1 кг для исходного и 2,1-4,! для дезодорированного масел при норме до 5 (для свежеприготовленного масла); цветное число 7-9 г ]2 на 100 г воды при норме до 10. Полученные данные по нормируемым показа-
телям дезодорируемого масла свидетельствуют, что процесс дезодорации в лабораторной установке протекает без существенных изменений масел. Это позволяет надеяться, что характер изменений масла, происходящий в лабораторной установке, не влияет на его органолептические и физико-хими-ческие показатели.
При анализе экспериментальных результатов не установлено корреляции между параметрами дезодорации (температура, давление, расход острого пара) и объективными нормируемыми показателями, а также корреляции последних с органолептической оценкой качества. Органолептическая оценка качества, в свою очередь, существенно зависит от температурного режима. При изотермической дезодорации при температуре 453-473 К органолептическая оценка соответствует 41-43 балла, а при 493-513 К — 45-46 баллов. Для неизотермической дезодорации при конечной температуре 473 К — 43-45 баллов, при 493 К — 45-46 и при 513 К — 46 баллов.
Абсолютное значение К.ч. дезодорированного масла не коррелирует с органолептической оценкой, тогда как коэффициент извлечения свободных жирных кислот, вычисленный по начальному и конечному значениям К.ч., увязывается с нею.
При коэффициенте извлечения 0,7-0,8 независимо от начального содержания свободных жирных кислот органолептическая оценка составляет не ниже 45-46 баллов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Математическая модель и закономерности дезодорации растительных масел в пленке // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1996.
— № 1-2. — С. 63-65.
2. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Математическая модель и закономерности дезодорации в барботажном слое // Изв. вузов. Пищевая технология, — 1996. — № 3-4.
— С. 44-46.
3. Бакланов В.А. Совершенствование непрерывной дезодорации подсолнечного масла: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — М., 1991. — 26 с.
Кафедра инженерных дисциплин и оборудования Поступила 10.11.96
664.123.6:621.979
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ТОНКОСЛОЙНОЙ ПРОКАТКИ В ПРОЦЕССЕ ГЛУБОКОГО ОТ ЖАТ И Я ИЗМЕЛЬЧЕННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Е.Г. СТЕПАНОВА, В.В. БУНЯКИН
Кубанский государственный технологический университет
В решении задачи обеспечения населения продуктами питания важная роль отводится получению из плодово-овощной продукции натуральных соков. Одна из основных проблем современной технологии производства плодовых и овощных соков — наиболее полное извлечение и сохранение их питательных веществ.
В настоящее время для извлечения соков из мезги применяют метод отжима преимущественно на шнековых прессах, имеющих начальную толщину слоя 60— 100 мм. При высоком слое мезги
увеличиваются зона прессования и продолжительность вытеснения сока. При уменьшении высоты слоя мезги со 125 до 50 мм выход сока из яблок увеличивается на 4%, из груш — на 6% [1]. Поэтому наиболее целесообразно вести прессование в тонком слое.
Объектом настоящего исследования является оборудование для прессования измельченных растительных материалов в тонком слое. Прессы этой группы — ленточные, пак-прессы, эксцентриковые, валковые — осуществляют отжим сырья с начальной толщиной 25-60 мм.
На основе анализа конструкций отжимных прессов и условий их эксплуатации разработана кон-
