CC BY
6Технические науки
нЭ
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.369.258/638.178
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРГИ В ПРОЦЕССЕ ВАКУУМНОЙ
ИНФРАКРАСНОЙ СУШКИ
БЫШОВ Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, доцент каф. эксплуатации машинно-тракторного парка
КАШИРИН Дмитрий Евгеньевич, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой электроснабжения [email protected]
МОРОЗОВ Сергей Сергеевич, аспирант кафедры электроснабжения, [email protected]
ВОРОНОВ Владимир Петрович, соискатель
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
В настоящее время наиболее энергозатратной операцией при извлечении перги является ее сушка. Наименее энергоемким способом сушки перги является вакуумная сушка. Однако наибольшие сложности в процессе вакуумной сушки возникают при подведении тепловой энергии к объекту сушки. Поэтому наиболее перспективным для сушки перги является применение инфракрасного излучения в вакууме. Для данного способа сушки существуют ограничения: температура продукта не должна превышать 50 °С. Цель проводимого исследования заключалась в изучении изменения температуры продукта в процессе вакуумной инфракрасной сушки в зависимости от величины вакуума. Для проведения эксперимента была изготовлена специальная лабораторная установка; она представляет собой вакуумный сушильный шкаф SPT-200 с расположенной внутри кассетой, поверхность которой покрыта плоскими инфракрасными излучателями. Установка снабжена двумя терморегуляторами с термодатчиками. Исследование проводили следующим образом: навески с продуктом массой 50±1гр помещали в кассету, после чего сушильный шкаф закрывали, включали терморегуляторы и задавали температуру инфракрасных излучателей 55±0,3 °С. Величина вакуума, в соответствии с планом проведения опытов, составляла: 0; 0,025; 0,05; 0,075 и 0,1 МПа. Эксперимент проводили на протяжении двух часов с пятикратной повторностью, регистрируя максимальную температуру продукта. В результате статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии. Анализ полученной зависимости показывает, что при значении величины вакуума выше 0,09 МПа температура продукта не превышает 50 °С при температуре теплоподводящей поверхности 55 °С.
Ключевые слова: вакуумная инфракрасная сушка, перга, влажность, камера.
Введение Наименее энергоемким способом сушки перги
Перга - один из продуктов пчеловодства, из- является вакуумная сушка. Температура продукта
готавливаемый из пыльцы, запечатанной медом для данного способа сушки не должна превышать
и законсервированной молочной кислотой. Благо- 50 °С [9, с.197]. Наибольшие сложности при ваку-
даря входящим в ее состав моносахарам, замени- умной сушке возникают в процессе подведения
мым и незаменимым аминокислотам, витаминам, тепловой энергии к объекту сушки. С практиче-
минеральным элементам, каротиноидами и дру- ской точки зрения этот процесс возможно осуще-
гим элементам пергу применяют для профилакти- ствить подводом к продукту тепла инфракрасного
ки и лечения множества заболеваний [2, с.48; 4, или сверхвысокочастотного электромагнитного
с.26; 8, с.177]. излучения.
В настоящее время наиболее энергозатратной Практическое применение в процессе вакуум-
операцией при извлечении перги является ее суш- ной сушки перги в сотах сверхвысокочастотного
ка. электромагнитного излучения нецелесообразно
Наиболее распространенными способами суш- по причине высокого воздействия температур на
ки перги являются вакуумная, конвективная и ин- продукт и дороговизны оборудования.
фракрасная сушка [12, с.172]. Поэтому наиболее перспективным для сушки
При использовании солнечной инфракрасной перги является применение инфракрасного излу-
сушки продукт быстро перегревается и теряет чения в вакууме.
свои биологически активные свойства; кроме того, Цель и задачи исследования сахара продукта быстро карамелизуются, что яв- В связи с вышесказанным целью исследования ляется порчей продукта [11, с.48]. является изучение изменения температуры проВо время конвективной сушки температура дукта в процессе вакуумной инфракрасной сушки продукта не должна превышать 42 °С. При этом в зависимости от величины вакуума. продолжительность и энергоемкость процесса Материалы и методы исследования сушки неоправданно высоки, в частности, состав- Для проведения исследования была спроекти-ляют 50 часов и 15-20 кВт^ч/кг. рована экспериментальная установка, состоящая
_© Бышов Д. Н., Каширин Д. Е., Морозов С. С., Воронов В. П., 2018 г._
ф
Вестник РГАТУ, № 2 (38), 2018
из вакуумной сушильной камеры 5, внутри которой располагались инфракрасные излучатели 6 (рис. 1). Для поддержания заданных параметров использовался блок управления 1, к которому подключались датчик величины вакуума 4, электро-
двигатель вакуумного насоса 2, один датчик температуры 7 и инфракрасные излучатели 6. Для контроля температуры продукта использовался электронный термометр 8 с внедряемым в продукт вторым датчиком температуры 7.
1 - блок управления лабораторной установки; 2 - электродвигатель вакуумного насоса; 3 - вакуумный насос; 4 - датчик величины вакуума; 5 - вакуумная сушильная камера; 6 - ИК излучатели; 7 - датчики температуры;
8 - электронный термометр Рис. 1 - Структурная схема лабораторной установки
Исследование проводили в лабораторной установке, состоящей из вакуумного шкафа SPT-200 1 и кассеты 3 из термоизоляционного материала, на внутренних стенках которой располагались плоские инфракрасные излучатели (рис. 2). Для контроля температур использовались два терморегулятора 2, один термодатчик которого измерял интенсивность излучения, а другой внедрялся в продукт. Величину вакуума в сушильном шкафу поддерживали в требуемом диапазоне встроен-
ным вакуум-регулятором 4.
Исследование проводили следующим образом: навески с продуктом массой 50±1гр помещали в кассету 3, после чего сушильный шкаф 1 закрывали, включали терморегуляторы 2 и задавали температуру инфракрасных излучателей 55±0,3 °С. Величина вакуума, в соответствии с планом проведения опытов, составляла: 0; 0,025; 0,05; 0,075 и 0,1 МПа.
1 - сушильный шкаф; 2 - терморегуляторы; 3 - кассета; 4 - вакуум-регулятор Рис.2 - Лабораторная установка
Исследование проводили на протяжении двух часов с пятикратной повторностью, регистрируя максимальную температуру продукта.
Результаты и их обсуждение В результате статистической обработки экспериментальных данных, уравнение регрессии получено в виде:
Т =54,5882+ 12,5541 Р-750,3608 Р2, (1) где Р- величина вакуума , МПа; Т-температура продукта, °С.
На рисунках 3 и 4 представлена графическая зависимость температуры продукта от величины вакуума.
О 0,02 5 0,5 0,07 5 0,1
Р, МПа
Рис. 3 - Зависимость температуры продукта от величины вакуума
Технические науки
<1
---О МПа
- 0.025 Мпа
0.05 МПа 0:075 МПа .........0.1 МПа
О 0.5 1 1,5 2 1;, ч
Рис. 4 - Изменение температуры продукта от величины вакуума
Наиболее точно процесс изменения температуры продукта от величины вакуума описывают уравнения:
Т = -85,9 + 162,21 - 68,883312 + 12,7513 - 0,866714
- при Р=0 МПа (2) Т = -74,9 + 145,31 - 60,608312 + 11,0513 - 0,741714
- при Р=0,025 МПа (3) Т = -72,6 + 141,40831 - 59,595812 + 11,0417-1? -0,754214 - при Р=0,05 МПа (4) Т = -71,4 + 141,0751 - 60,129212 + 11,22513 -0,770814 - при Р=0,075 МПа (5) Т = -21,86 + 53,9311 - 13,460712 + 1,108313
- при Р=0,1 МПа (6) где t - время сушки, ч.
Выводы
Проведенные теоретическое и экспериментальное исследования позволяют сделать следующие выводы:
1) вакуумная инфракрасная сушка перги является наименее энергозатратным способом сушки;
2) экспериментально установлено, что при значении вакуума выше 0,09 МПа температура продукта не превышает 50 0С при температуре тепло-подводящей поверхности 55 °С;
3) получен ряд математических моделей, достоверно описывающих исследованные процессы.
Список литературы
1. Бышов, Д.Н. К вопросу экспериментального исследования инфракрасной вакуумной сушки перги в соте [Текст] / Н.В. Бышов, Д.Е. Каширин, С.С. Морозов // В сборнике: Методы механики в решении инженерных задач. Материалы I Всероссийской научно-практической конференции. -2017. - С. 102-104.
2. Бышов, Д.Н. Определение энергоемкости процесса вакуумной инфракрасной сушки перги [Текст] / Н.В. Бышов, Д.Е. Каширин, С.С. Морозов, А.В. Протасов, А.А Петухов // В сборнике: Совершенствование системы подготовки и дополнительного профессионального образования кадров для агропромышленного комплекса. Материалы Национальной научно-практической конференции. - Рязань, 2017. - С. 48-50.
3. Бышов, Н.В. Вопросы теории энергосберегающей конвективной циклической сушки перги [Текст] / Н.В. Бышов, Д.Е. Каширин // Монография.
- Рязань: Изд-во РГАТУ - 2012. - 70с.
4. Бышов, Н.В. Модернизированная энергосберегающая установка для сушки перги [Текст] / Н.В. Бышов, Д.Е. Каширин // Техника в сельском
хозяйстве. - 2012. - №1. - С. 26-27.
5. Бышов, Н.В. Экспериментальное исследование режимов циклической конвективной сушки перги в соте [Текст] / Н.В. Бышов, Д.Е. Каширин // Вестник КрасГАУ - 2012. - №5. - С.283-285.
6. Каширин, Д.Е. Вакуумная сушка перги [Текст] / Д.Е. Каширин // Пчеловодство. - 2006. -№4. - С.50.
7. Каширин, Д.Е. Исследование процесса вакуумной инфракрасной сушки перги [Текст] / Д.Е. Каширин, С.С. Морозов, Б.А. Нефедов, С.Д. По-лищук // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2017. - № 3. - С. 168173.
8. Каширин, Д.Е. К вопросу вакуумной сушки перги [Текст] / Д.Е. Каширин, М.Н. Харитонова // Инновационные технологии в пчеловодстве: материалы науч. - практич. конф. - Рыбное, 2006. - С.177-179.
9. Каширин, Д.Е. Качество перги, стабилизированной различными способами, в процессе ее хранения [Текст] / Д.Е. Каширин, М.Н. Харитонова // Инновационные технологии в пчеловодстве: материалы науч.- практич. конф. - Рыбное, 2006. -С.195-197.
10. Каширин, Д.Е. Конвективная сушка перги [Текст] / Д.Е. Каширин // Пчеловодство. - 2009. -№8. - С.46-47.
11. Каширин, Д.Е. Энергосберегающая установка для сушки перги [Текст] / Д.Е. Каширин // Вестник КрасГАУ. - 2009. - №12. - С.189-191.
12. Морозов, С.С. Вакуумная инфракрасная сушка перги [Текст] / С.С. Морозов, Д.Е. Каширин // В сборнике: Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики. Материалы X Международной научно-практической конференции "Наука - Технология - Ресурсосбережение". Сборник научных трудов, посвященный 65-летию со дня образования инженерного факультета Вятской ГСХА. 2017. С. 172-174.
13. Морозов, С.С. Установка для вакуумной инфракрасной сушки перги [Текст] / С.С. Морозов, Д.Е. Каширин // В сборнике: Современный агропромышленный комплекс глазами молодых ученых Материалы научно-образовательной школы аспирантов Ассоциации аграрных вузов Центрального Федерального округа России - Орел, 2017. - С. 118-121.
14. Пат. № 2391610 РФ. МПК F26B 9/06. Установка для сушки перги / Д.Е. Каширин. - За-явл. 16.03.2009; опубл. 10.06.2010, бюл. № 16. -7с.
Вестник РГАТУ, № 2 (38), 2018
&
RESEARCH OF CHANGE OF TEMPERATURE OF BEE-BREAD IN THE PROCESS OF
VACUUM-INFRARED DRYING
Byshov Dmitriy N., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
Kashirin Dmitriy Ye., Doctor technical sciences, Associate Professor, [email protected]
Morozov Sergei S., graduate student, [email protected]
Voronov Vladimir P., applicant
Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
Currently, the most energy-intensive operation in the extraction of bee-bread is its drying. The least energy-intensive way of drying bee bread is vacuum drying. However, the greatest difficulties in the process of vacuum drying arise in the process of bringing thermal energy to the drying object. Therefore, the most promising is the use of infrared radiation in vacuum for drying bee-bread. For this method of drying, there are restrictions: the product temperature should not exceed 50 °C. The aim of the study was to study the changes in the temperature of the product in the process of vacuum infrared drying from the vacuum value. For the experiment was made a special laboratory setup: it is a vacuum drying Cabinet SPT-200, which is located inside the cassette, the surface of which is covered with flat infrared emitters. The unit is equipped with two thermostats with temperature sensors. The study was carried out as follows: an overhang with a product weighing 50±1 g was placed in a cassette, after which the drying Cabinet was closed, thermoregulators were switched on and the temperature of the infrared emitters was set to 55±0,3 °C. The value of the vacuum, in accordance with the plan of the experiments, was respectively: 0 MPa; 0.025 MPa; 0.05 MPa; 0.075 MPa and 0.1 MPa. The experiment was carried out for 2 hours with a fivefold repetition, registering the maximum temperature of the product. The regression equation is obtained as a result of statistical processing of experimental data. The analysis of the obtained dependence shows that when the vacuum value increases above 0.09 MPa, the product temperature does not exceed 50 °C at a temperature of 55 °C.
Key words: drying, infrared, vacuum, bee-bread, humidity, camera.
Literatura
1. Byshov, D.N. K voprosu ehksperimental'nogo issledovaniya infrakrasnoj vakuumnoj sushki pergi v sote [Tekst]/N.V. Byshov, D.E. Kashirin, S.S. Morozov// Vsbornike: Metody mekhaniki vreshenii inzhenernyh zadach. Materialy I Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. - 2017. - S. 102-104.
2. Byshov, D.N. Opredelenie ehnergoemkosti processa vakuumnoj infrakrasnoj sushki pergi [Tekst] / N.V. Byshov, D.E. Kashirin, S.S. Morozov, A.V. Protasov, A.A Petuhov//Vsbornike: Sovershenstvovanie sistemy podgotovki i dopolnitel'nogo professional'nogo obrazovaniya kadrov dlya agropromyshlennogo kompleksa. Materialy Nacional'noj nauchno-prakticheskoj konferencii. - Ryazan', 2017. - S. 48-50.
3. Byshov, N.V. Voprosy teorii ehnergosberegayushchej konvektivnoj ciklicheskoj sushki pergi [Tekst]/ N.V. Byshov, D.E. Kashirin//Monografiya. - Ryazan': Izd-vo RGATU- 2012. - 70s.
4. Byshov, N.V. Modernizirovannaya ehnergosberegayushchaya ustanovka dlya sushki pergi [Tekst] / N.V. Byshov, D.E. Kashirin // Tekhnika v sel'skom hozyajstve. - 2012. - №1. - S. 26-27.
5. Byshov, N.V. EHksperimental'noe issledovanie rezhimov ciklicheskoj konvektivnoj sushki pergi v sote [Tekst] / N.V. Byshov, D.E. Kashirin //Vestnik KrasGAU - 2012. - №5. - S.283-285.
6. Kashirin, D.E. Vakuumnaya sushka pergi [Tekst] /D.E. Kashirin // Pchelovodstvo. - 2006. - №4. -S.50.
7. Kashirin, D.E. Issledovanie processa vakuumnoj infrakrasnoj sushki pergi [Tekst]/D.E. Kashirin, S.S. Morozov, B.A. Nefedov, S.D. Polishchuk //Vestnik Michurinskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2017. - № 3. - S. 168-173.
8. Kashirin, D.E. K voprosu vakuumnoj sushki pergi [Tekst] / D.E. Kashirin, M.N. Haritonova // Innovacionnye tekhnologii v pchelovodstve: materialy nauch. - praktich. konf. - Rybnoe, 2006. - S.177-179.
9. Kashirin, D.E. Kachestvo pergi, stabilizirovannoj razlichnymi sposobami, v processe ee hraneniya [Tekst] / D.E. Kashirin, M.N. Haritonova // Innovacionnye tekhnologii v pchelovodstve: materialy nauch.-praktich. konf. - Rybnoe, 2006. - S.195-197.
10. Kashirin, D.E. Konvektivnaya sushka pergi [Tekst]/ D.E. Kashirin // Pchelovodstvo. - 2009. - №8. -S.46-47.
11. Kashirin, D.E. EHnergosberegayushchaya ustanovka dlya sushki pergi [Tekst] / D.E. Kashirin // Vestnik KrasGAU. - 2009. - №12. - S.189-191.
12. Morozov, S.S. Vakuumnaya infrakrasnaya sushka pergi [Tekst] /S.S. Morozov, D.E. Kashirin // V sbornike: Uluchshenie ehkspluatacionnyh pokazatelej sel'skohozyajstvennoj ehnergetiki. Materialy X Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii "Nauka - Tekhnologiya - Resursosberezhenie". Sbornik nauchnyh trudov, posvyashchennyj 65-letiyu so dnya obrazovaniya inzhenernogo fakul'teta Vyatskoj GSKHA. 2017. S. 172-174.
13. Morozov, S.S. Ustanovka dlya vakuumnoj infrakrasnoj sushki pergi [Tekst] / S.S. Morozov, D.E. Kashirin // V sbornike: Sovremennyj agropromyshlennyj kompleks glazami molodyh uchenyh Materialy nauchno-obrazovatel'noj shkoly aspirantov Associacii agrarnyh vuzov Central'nogo Federal'nogo okruga Rossii - Orel, 2017. - S. 118-121.
14. Pat. № 2391610 RF. MPK F26B 9/06. Ustanovka dlya sushki pergi / D.E. Kashirin. - Zayavl. 16.03.2009; opubl. 10.06.2010, byul. № 16. - 7s.
