CC BY
49
Как видно из графиков, использование вибрационного внешнего воздействия позволяет ускорить процесс экстракции и увеличить выход целевого продукта, что свидетельствует о целесообразности применения данного способа ведения процесса на промышленных предприятиях.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ № МК-4826.2007.8 (тема № 1.09.07 ф) и РФФИ - грант 06-08-00365-а.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. - М.: Колос, 1997. - 551 с.
2. Любимов Д. В., Любимова Т.П., Черепанов А .А. Динамика поверхностей раздела в вибрационных полях. - М.: Физматлит, 2003. - 216 с.
3. Лысянский В.М., Гребенюк С.М. Экстрагирование в пищевой промышленности. - М.: Агропромиздат, 1987. - 187 с.
Поступила 27.10.08 г.
VIBRATING INFLUENCE ON EXTRACTION PROCESS IN FOOD INDUSTRY
S.F. YATSUN, V.YA. MISCHENKO, E.V. MISCHENKO
Kursk State Technical University,
94, 50 let Oktyabrya st., Kursk, 305040; e-mail: [email protected]
The mathematical model describing process vibrating extraction in system a firm body-liquid is presented. The experimental laboratory complex is developed for check of adequacy of mathematical model. On the basis of the received data it is established that vibrating influence considerably intensifies mass-transfer processes.
Key words: mass-transfer processes, extraction, vibrating influence.
664.001.5:664.046.1
КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ В ОБОБЩЕННЫХ КООРДИНАТАХ ПРОЦЕССА СУШКИ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
Л.М. ТИТОВА, И.Ю. АЛЕКСАНЯН, Ю .А. МАКСИМЕНКО
Астраханский государственный технический университет,
414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16; тел./факс: (8512) 25-73-68, электронная почта: [email protected]
На основе метода анализа размерностей теории подобия получено критериальное уравнение процесса сушки пищевых волокон в псевдоожиженном слое. Полученная критериальная зависимость может быть использована при проектиро -вании рациональных сушильных установок кипящего слоя. Математическая модель позволяет переходить от лабораторных масштабов к промышленным с достаточной степенью надежности.
Ключевые слова: моделирование процесса, теория подобия, сушка, псевдоожижение.
Исследование процессов и аппаратов пищевой и химической технологии в масштабах и условиях промышленного производства является, как правило, сложным и длительным. Активный поиск оптималь -ных конструкторских решений экономически нецелесообразен, а часто невозможен, без проведения натурного эксперимента. В связи с этим большое значение имеет моделирование - изучение закономерностей процессов на моделях при условиях, допускающих распространение полученных результатов на все процессы, подобные изученному. Исследование на моделях широко применяется для проверки и совершенствования новых, еще не апробированных на практике конструкций в процессе проектирования.
Метод моделирования базируется на принципах, вытекающих из теории подобия, которая является научной основой обобщения опытных данных, своего рода теорией эксперимента, указывающей путь к такой постановке опытов, чтобы их результаты могли быть распространены на всю область изучаемых явлений того же класса. Теория подобия применяется при изучении сложных процессов и дает возможность полу-
чать обобщенные критериальные уравнения, описывающие эти процессы.
Критерии подобия, входящие в обобщенное уравнение, получают на основе анализа системы алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих процесс (включая условия однозначности).
Тепломассоперенос в процессе сушки в кипящем слое продукта достаточно сложен для математического описания, потому не представляется возможным достаточно корректно решить описывающее его дифференциальное уравнение, можно лишь в самом общем виде представить зависимость между различными переменными, влияющими на протекание процесса без учета его физической сущности. В таких случаях для получения критериев подобия используют метод анализа размерностей. Этот метод позволяет выразить общую функциональную зависимость для любого исследуемого процесса в виде уравнения связи между строго определенным числом безразмерных комплексов и базируется на двух допущениях:
известно заранее (из практических данных) от каких именно параметров и переменных зависит рассматриваемая физическая величина;
связь между всеми существенными физическими величинами выражается в виде степенного многочлена.
Экспериментально была исследована кинетика обезвоживания в псевдоожиженном слое пищевых волокон тыквы, которые представляют собой микростружку толщиной не более 3 мм с определенной степенью полидисперсности. Экспериментальные исследования проводились с тремя повторностями по полному многоуровневому многофакторному плану с помощью вероятностно-статистических методов планирования и обработки экспериментальных данных. По результатам каждой серии экспериментов строилась кривая изменения влажности продукта во времени - кривая сушки. Ввиду наличия характерных участков на кривых сушки, свидетельствующих об изменении ме -ханизма тепломассопереноса в процессе влагоудале-ния, была проведена зональная аппроксимация в пределах каждой зоны и путем дифференцирования аналитически получены кривые скорости сушки.
В процессе исследования выявлено, что скорость процесса сушки СШ/Сх, с4, зависит от скорости сушильного агента V м/с, и его температуры Т, К, плотности продукта р, кг/м3, его теплоемкости см, Дж/(кг • К) и теплопроводности 1, Вт/(м • К), начальной концентрации сн, кг/кг, текущей концентрации сухих веществ с, кг/кг. Последние составляют симплекс подобия с/сн (или инвариант подобия), который выражает безразмерное отношение двух одноразмерных величин.
На основании второго допущения теории размерности зависимость между переменными может быть выражена уравнением [1]
сШ г
^ = aVxTyр С1 ах
где а, х, у, z, д, /, I - безразмерные эмпирические коэффициенты.
В соответствии с я-теоремой Бэкингема [1], число безразмерных комплексов, описывающих процесс, равно 2, т. е. можно выразить показатели степени х, у, г, д, f ] через 2 произвольно выбранных, составив линейную однородную систему уравнений. После группиро-
вания величин по показателям степеней получим критериальное уравнение в общем виде
СШ
Сх
Т1
V 4р
■ = а
см Т д С
V2 . Сн %
или
Кш = аК\К\
Неизвестные коэффициенты были найдены путем математической обработки полученных кривых скорости сушки для зон свободной и структурно связанной влаги (концентрация сухих веществ от 0 до С2к » » 0,7-0,8 кг/кг):
€ =ехр (—25,6145), д = 0,6785, і = 0,1163.
Таким образом, критериальное уравнение процесса сушки пищевых волокон в псевдоожиженном слое имеет вид
СШ
Сх
Т1
V 4р
= ехр(—25,6145)
к т 0,6785 С
V2 Сн ,
(1)
Расчет скорости сушки по полученной критериальной зависимости при определенных режимных параметрах дает результат с относительной погрешностью не более 15%. На рис. 1 и 2 показаны экспериментально полученные (кривые 1) и рассчитанные по критериальному уравнению (кривые 2) кривые скорости сушки пищевых волокон для некоторых режимных параметров.
Математическая модель обезвоживания пищевых волокон в кипящем слое в обобщенных координатах дает достаточно простое описание процесса, использование зависимости (1) для практических расчетов не представляет серьезных трудностей. Из уравнения (1) можно определить продолжительность сушки для зон удаления свободной и структурно связанной влаги путем интегрирования в определенных пределах изменения влажности высушиваемого продукта.
Полученная критериальная зависимость может быть использована при проектировании рациональных
Л ■103’кг-/кг-с
1,5
1,0
0,5
0,1
1.
!=12.'В И'и 1
П,11 нгг-т
0,2 0,3
0,4
0,5 0,6
с, кг/кг
1,5
1.0 — ,.-1
0,5
0,2
0,3
^4^ К Е^= 12,7-1 м/и
¿.-и.:;
1 1 1
0,4
0,5 0,6 0,7
с, кг/кг
Рис. 1
Рис. 2
сушильных установок кипящего слоя для перехода от лабораторных масштабов к промышленным с достаточной степенью надежности [2]. При этом в промышленных условиях могут меняться по сравнению с модельными обрабатываемые материалы (высушиваемый продукт, его теплофизические характеристики), геометрические размеры аппарата, параметры проведения процесса (температура, скорость сушильного агента) и другие условия при неизменности физиче-
ской сущности исследуемого процесса и инвариантности критериев и симплексов подобия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. - 2-е изд. - М.: Высш. шк., 1976. - 479 с.
2. Романков П.Х., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. - Л.: Химия, 1982. - 287 с.
Поступила 06.11.08 г.
KINETIC MODEL IN GENERALISED COORDINATE OF PROCESS OF DRYING FOOD FIBRES IN A BOILING LAYER
L.M. TITOVA, I.YU. ALEKSANYAN, YU.A MAKSIMENKO
Astrakhan State Technical University,
16, Tatischeva st., Astrakhan, 414025; ph./fax: (8512) 25-73-68, e-mail: [email protected]
The generalized criterional equation of the process of the drying the food fibres in a boiling layer was received on base of the theories of the resemblance and method of the analysis of dimensionality. The criterional function can be used for designing of the rational dry installation boiling layer. The mathematical model provide turning from laboratory scale to industrial with sufficient degree of reliability.
Key words: modeling of the process, theory of the resemblance, drying, fluidiration.
[664.951.014:663.15]:664.959.001.57
КРИТЕРИИ ОПТИМИЗАЦИИ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОЛИЗАТОВ ИЗ ГИДРОБИОНТОВ
М.Е. ЦИБИЗОВА, С.А МИЖУЕВА, К.В. КОСТЮРИНА
Астраханский государственный технический университет,
414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16; тел.: (8512) 61-45-94, факс: (8512) 25-73-68, электронная почта: m.e.zibizova@gmail. com, [email protected]
На основе проведения многофакторного эксперимента и математической обработки полученных результатов опреде -лены критерии оптимизации биотехнологических процессов, позволяющие обосновать режимы биотрансформации получения рыбных гидролизатов.
Ключевые слова: гидробионты, биотрансформация, глубина гидролиза, факторы варьирования, оптимизация.
Современный этап развития прикладной биотехнологии характеризуется разработкой и совершенствованием биотехнологических способов переработки сырья в пищевые и кормовые продукты для получения белковых продуктов нового поколения.
Перерабатываемое сырье можно рассматривать как многокомпонентную систему, подвергаемую разнообразным режимам переработки. Использование ферментативных технологий позволяет получать не только пищевые продукты высокого качества, обладающие высокой биологической ценностью, но и кормовые продукты повышенной биологической доступности. Применение процессов биотрансформации в полном объеме распространяется на рыбные объекты промысла, в том числе на гидробионты Волго-Каспийского бассейна, актуальность переработки которых обусловлена изменением сырьевой базы и появлением маломерного и малоценного рыбного сырья, ранее являвшегося нетрадиционным для переработки [1].
Цель настоящих исследований - определение критериев оптимизации биотехнологических процессов производства гидролизатов из гидробионтов.
Объектами исследования являлись мороженые густера, сопа весеннего вылова, а также отходы от переработки прудовых и частиковых рыб весеннего вылова. Поставлен модельный эксперимент, при котором определены параметры гидролиза. Измельченное рыбное сырье подвергали гидролизу, реакционной средой являлся жидкий комплекс протеолитических ферментов (ЖКПФ), которые использовали при различном соотношении субстрата и гидролизуемого агента (0,5-2), температура гидролиза варьировала от 30 до 60°С, продолжительность процесса от 1 до 6 ч. Инактивацию действия ферментов проводили путем нагрева смеси до 85-90°С в течение 5-10 мин. Полученную смесь высушивали до остаточной влажности 8-10% [2].
В процессе работы была изучена динамика измене -ний выходных параметров процесса биотрансформации, таких как тирозин, азот концевых аминогрупп, характеризующих глубину гидролиза белковых веществ.
Известно, что к числу белковых продуктов относятся гидролизаты рыбного белка (ГРБ), рыбные белковые концентраты (РБК) и изоляты рыбного белка (ИРБ), технологические режимы получения которых лабиль-
