CC BY
31УДК 635.085:582.739:664.723:577.23:620.95 (045)
Кинетика конвективной сушки высокобелкового кормопродукта
В. А. РЕЗЧИКОВ, д-р техн. наук, профессор; С.В. САВЧЕНКО, д-р техн. наук; А. А. МАКСИМКИН; Ж.В. НОВИКОВА, канд. техн. наук
Московский государственный университет пищевых производств
Результаты изучения влияния влажности на эффективность процесса биоконверсии, приведенной в литературе, неоднозначны. Обычно влажность питательной среды колеблется в интервале 45—55%, что связанно, в первую очередь, с морфологическими и физиологическими особенностями и свойствами микробиологических объектов. Завершающим этапом процесса биоконверсии
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 — сушильная камера; 2 — воздуховод; 3 — калорифер; 4 — колено; 5, 8, 10 — лабораторный автотрансформатор; 6 — термопара; 7 — парогенератор; 9 — вентилятор; 11 — патрубок; 12 — двухпазиционный клапан; 13 — реверсивный электропривод; 14 — сетки; 15 — психрометор; 16, 17 — «сухие» термопары; 18, 19 — «мокрые» термопары»; 20 — зонд; 21 — температурный датчик; 22 — крышка из теплоизоляционного материала; 23 — патенциометр; 24 — диафрагма; 25 — жидкостной манометр; 26 — вольтметр; 27 — весы типа ВЛЭ 200М; 28 — отводящий патрубок; 29 — задвижка
является получение нового продукта с повышенным влагосодержанием, что, в свою очередь затрудняет дальнейшее протекание технологического процесса и требует предварительного удаления влаги.
Исследования процесса сушки высокобелкового кормопродукта на основе соевого шрота, полученного методом биоконверсии (далее — ВКП), проведены в лабораторных условиях на экспериментальной установке, в которой смоделирован принцип конвективной сушки дисперсного материала в плотном слое (рис. 1).
Сушка ВКП осуществлялась в сушильной камере 1, выполненной в виде съемной цилиндрической кассеты с фланцем и сетчатым дном, соединенной с подводящим воздуховодом 2. В качестве сушильного агента использовался воздух, нагретый в электрокалорифере 3 и подаваемый вентилятором 9 в сушильную камеру. При проведении экспериментальных исследований контролировали и измеряли температуру и влагосодержание высушиваемого ВКП, температуру и расход сушильного агента, продолжительность сушки. Температуру в слое высушиваемого ВКП измеряли встроенным термозондом 21. Влагосодержание ВКП до и после сушки определяли стандартным методом. Убыль массы влаги в навеске при сушке измерялась путем взвешивания кассеты на весах 27 марки ВЛЭ 200 М.
Температуру и относительную влажность воздуха перед входом в электрокалорифер определяли с помощью переносного аспирационного психрометра 15. Температура сушильного агента на входе и выходе из слоявысушиваемого ВКП определяли по показаниям «сухих» 16, 17 и «мокрых» 18, 19 термопар.
Расход сушильного агента регулировали изменением частоты вращения электродвигателя вентилятора и измеряли с помощью диафрагмы 24 и дифференциального и-образного жидкостного манометра 25.
Начальное влагосодержание ВКП в опытах составляло Жс = 150%, начальная температура 9нач = 27...29 °С. Температура сушильного агента находилась в пределах 80... 100 °С, скорость подачи сушильного агента 0,8-1 м/с.
Анализ полученных результатов позволил выявить кинетические особенности сушки продукта. Установлено, что процесс сушки ВКП происходит с убывающей скоростью и возрастающей температурой высушиваемого продукта (рис. 2 и 3).
Как и следовало ожидать, с увеличением температуры сушильного агента от 80 до 100 °С процесс
¥ ^
^ о
& СС
о г
О О
/-ч *
то
160-, 150 140130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
2 4 6 8 10
Продолжительность т, мин
— L = 80 °С
• L = 90 °С — f = 100 °С
Рис. 2. Кривые сушки
100 90 80 У 70
£ 60 р
£ 50 р
е
| 40 ем
Н 30 20 10 0
0 0,5 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Продолжительность т, мин — f = 80 °С • • • f = 90 °С — f = 100 °С
с.а с.а с.а
Рис. 3. Температурные кривые
16 Т
1412 10
8 -6 4 2
0 20 40 60 80 100 120 140 Влагосодержание на сухую массу Wc, % - f,a = 80 °С • • • f,a = 90 °С - - f,a = 100 °С
Рис. 4. Кривые скорости нагрева
нагрева продукта интенсифицируется. При этом максимальная скорость нагрева продукта (рис. 4) агентом температурой 80 °С отмечается в первые 2 мин про-
72 68 64 60 56 52 48 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Влагосодержание на сухую массу % — = 80 °С • • • Г = 90 °С — Г = 100 °С
с.а с.а с.а
Рис. 5. Кривые скорости сушки
цесса, а агентом температурой 90...100 °С — в первые 0,5 мин. Далее процесс нагрева продукта происходит с постепенно убывающей скоростью.
В период интенсивного прогрева продукта отмечается и максимальная скорость его сушки, причем, как и следовало ожидать, с увеличением температуры сушильного агента процесс сушки продукта также интенсифицируется. Так, при повышении температуры агента сушки от 80 до 100 °С максимальная скорость сушки в период прогрева продукта увеличивается в 1,3—1,5 раза. Далее процесс сушки происходит с постепенно убывающей скоростью (рис. 5).
Дрожжи, входящие в состав ВКП, содержат внутри клетки влагу, которая по-разному связана с сухим веществом. По существу, свободной является осмотически удерживаемая влага, проникшая внутрь клеток путем диффузии через ее стенки. Скелет сухого вещества дрожжевых клеток, состоящий в основном из белков, связывает часть воды наиболее прочно за счет адсорбционных сил. В состав дрожжей входят белковые вещества, жиры, глюкоген, минеральные вещества, витамины группы В и другие вещества, которые значительно обогащают ВКП питательными веществами.
Выявленный характер протекания процесса сушки обусловливается высоким начальным влагосодержа-нием продукта и сложным механизмом перемещения влаги в высушиваемом кормопродукте.
0
Литература
1. Афанасьев, В. А. Руководство по технологии комбикормов белково-витаминно-минеральных концентратов и премиксов / В. А. Афанастьев. — Воронеж: Элист, 2008. — 490 с.
2. Гинзбург, А. С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов / А. С. Гинзбург. — М.: Пищевая промышленность, 1973. — 527 с.
References
1. Afanas'ev V. A. Rukovodstvo po tekhnologii kombikormov belkovo-vitaminno- mineralnykh kontsentratov ipremiksov [Guide to technology of mixed fodders protein-vitamin-mineral concentrates and premixes]. Voronezh, Elist Publ., 2008. 490 p.
2. Ginzburg A. S. Osnovy teorii i tekhniki sushkipishchevykh produktov [Fundamentals of the theory and technology of food drying]. Moscow, Pishchevaya promyshlennost' Publ., 1973. 527 p.
3. Лыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. — М.: Энергия, 1968. — 471 с.
4. Резчиков, В. А. Технология зерносушения / В. А. Резчиков, О. Н. Налеев., С. В. Савченко. — Алматы, 2000. — 362 с.
5. Савченко, С. В. Развитие научных основ и практических методов повышения эффективности технологии зерно-сушения: дисс. ... д-ра техн. наук // С. В. Савченко. — М.: МГУПП, 2009. — 387 с.
6. Савченко, С. В. Проблемы обеспечения качества и безопасности зерна как сырья для производства комбикормов / С. В. Савченко, В. А. Резчиков // Разработка инновационных технологий и технических средств для АПК. Сб. трудов 8-й Междунар. научно-практ. конф.: в 2-х частях. — Зерноград, 2013. — С. 140-145.
7. Сушкова, В. И. Безотходная конверсия растительного сырья в биологически активные вещества / В. И. Сушкова, Г. И. Воробьева. — М.: ДеЛипринт, 2008. — 216 с.
3. Lykov A. V Teoriya sushki [Theory of drying]. Moscow, Energiya Publ., 1968. 471 p.
4. Rezchikov VA., Naleev O. N., Savchenko S. V Tekhnologiya zer-nosusheniya [The technology ofgrain drying]. Almaty, 2000. 362 p.
5. Savchenko S. V Razvitie nauchnykh osnov iprakticheskikh metodov povysheniya effektivnosti tekhnologii zernosusheniya: diss. dokt. tekhn. nauk [Development of scientific foundations and practical methods for increasing the efficiency of grain drying technology: Dr. Diss. (Techn. Sci.)]. Moscow, MGUPP Publ., 2009. 387 p.
6. Savchenko S.Y, Rezchikov VA. [Problems ofensuring the quality and safety of grain as raw material for the production of mixed fodders]. Razrabotka innovatsionnykh tekhnologii i tekhnicheskikh sredstv dlya APK Sb. trudov8-iMezhdunar. nauchno-prakt. konf.: v2-kh chastyakh [Development of innovative technologies and technical means for agroindustrial complex. Proc. ofthe 8th Intern. scientific and practical conf., in 2 parts]. Zernograd, 2013, pp. 140—145. (In Russ.)
7. Sushkova V. I., Vorob»eva G. I. Bezotkhodnaya konversiya rastitel»nogo syr»ya v biologicheski aktivnye veshchestva [Wasteless conversion of plant raw materials into biologically active substances]. Moscow, DeLiprint, 2008. 216 p.
Кинетика конвективной сушки высокобелкового кормопродукта
Ключевые слова
агент сушки; биоконверсия; влажность; конвективная сушка; объект сушки; скорость сушки; температура сушильного агента.
Реферат
Процессы сушки широко применяются в промышленности и сельском хозяйстве. В качестве объектов сушки могут быть различные материалы на разных стадиях технологического процесса. Важнейшей задачей при разработке методов управления процессами, является получение высококачественного продукта с регламентированными физико-химическими, структурно-механическими и органолептическими показателями. Тепло- и влагоперенос в процессе сушки подчиняется общим законами тепло- и массопереноса и является его частным случаем. На основе этих законов процессы переноса теплоты и влаги в объекте сушки могут быть описаны аналитически. Это помогает определить температуру и влагосодер-жание в любой момент времени. Изучение кинетики процесса позволяет моделировать производственный процесс с учетом специфичности объекта сушки. В данной статье представлена информация о кинетике сушки высокобелкового кормопродукта на основе соевого шрота. В работе представлены и проанализированы графические зависимости процесса сушки кормопродукта. Результаты полученных исследований позволяют расширить имеющиеся в литературе данные о кинетике сушки высоко влажных материалов.
Авторы
Резчиков Вениамин Алексеевич, д-р техн. наук, профессор; Савченко Светлана Вениаминовна, д-р техн. наук; Максимкин Антон Алексеевич; Новикова Жанна Викторовна, канд. техн. наук Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, rezohikovva@gmail.oom, uusvetlana@mail.ru, mixedfeeds@gmail.oom, ok@mgupp.ru
Kinetics of Convective Drying of High-protein Forage
Key words
drying agent; bioconversion; humidity; convection drying; drying object; drying rate; temperature of drying agent.
Abstract
Drying processes are widely used in industry and agriculture. Various materials can be used as drying objects at different stages of the technological process. The most important task of the drying technology is the development of methods for controlling the processes occurring in the material itself, in order to obtain a high-quality product with regulated physicochemical, structural, mechanical and organoleptic parameters. Heat and moisture transfer in the drying process obeys the general laws of heat and mass transfer and is its particular case. On the basis of these laws, the processes of transfer of heat and moisture in the drying object can be described analytically. This description allows you to determine the temperature and moisture content at any time. The study of the kinetics of the drying process allows to simulate the production process taking into account the specificity of the drying object. This article provides information on the kinetics of drying high-protein forage products based on soybean meal. In the paper, graphical dependencies of the drying process of the forage product are presented and analyzed. The results of the studies obtained make it possible to expand, in the literature, data on the kinetics of drying of highly moist materials.
Authors
Rezchikov Veniamin Alekseevich,
Doctor of Technical Sciences, Professor;
Savchenko Svetlana Veniaminovna, Doctor of Technical Sciences;
Maksimkin Anton Alekseevich;
Novikova Zhanna Viktorovna, Candidate of Technical Science Moscow State University of Food Production, 11 Volokolamskoye Shosse, Moscow, 125080, Russia, rezchikovva@gmail.com, uusvetlana@mail.ru, mixedfeeds@gmail.com, ok@mgupp.ru
