CC BY
34
Для центра продукта (х = 0)
А\ 9
ti^=tM-A 1т+ х
Л=1
г -Л 1 / 2 .2
COS
2л— 1 л:*
ал2 (2п-1)2
X £
2 2
(9)
Полагая /2^}= вместо (8) получим
t=tM~A\T+ -
Лі
2а'
16Лі<52
л°а
“(-1)"+1 (2п-і.
x У л 1—5-cos -------
n%{2n-ir { 2
Для центра продукта
т2 (2п-і
52 I 2 > . (10)
£«= 1м~ Л 1т +
Лі
2а
-<52.
Я п=1 (2,П- 1);
ге а2
(11)
Подставляя 1 = 13 , получим формулу для определения цз — конечной температуры в центре продукта в момент окончания процесса стерилизации.
При выводе нами использовались известные формулы для сумм тригонометрических рядов [10]. Расчеты по формулам (3), (7), (11) существенно облегчаются хорошей сходимостью входящих в них рядов при реальных значениях параметров рассматриваемого процесса: во многих случаях оказывается достаточным взять один или два первых члена ряда. Расчет по данным формулам легко осуществляется также с помощью сравнительно простой вычислительной техники.
Для иллюстрации использования полученных формул рассмотрим результаты предварительных расчетов, проведенных при следующих значениях параметров процесса: А = А\ =5 К/мин = 0,083 К/сЛо = 20°<3,м< = 120°С, г = тз= 20 мин = 1200 с, т2= 50 мин = 3000 с; для продукта полагаем
а = 1,5- 10 /м/с, (5=2 см = 210 м, толщина слоя продукта 4 см.
По формуле (3) определяем t41 = 46°С. По формуле (2), ju частности, находим, что при jc = <5 / 2 = 1 • 10 м, f(4^2т 1) = 63”С. Аппроксимация (4) дает при этом значение 64,5°С, т.е. всего на 2% выше, что иллюстрирует высокую точность аппроксимации. Согласно (/) определяем 2 = 115,4 С. Кроме того, при т = гг/2 = 25 мин находим tn = 10ГС. Это означает, что на протяжении примерно половины стадии II процесса температура в центре продукта превышает 100°С и эффективность стерилизации достаточно высока. В момент окончания этой стадии температура во всем объеме близка к tM, даже в центре она отличается от tM всего на 4%. Поэтому для определения ?чз в момент окончания процесса используем формулу (11) и получим ?чз = У4°С. По результатам расчетов можно построить зависимость ?ц(т)для всего процесса, с помощью таблиц [6] определить кривую Ка(т) и рассчитать летальность А процесса.
ВЫВОД
Получены формулы приближенного количественного описания динамики нагрева продукта в процессе стерилизации, которые можно использовать в инженерных расчетах соответствующих процессов и аппаратов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Флауменбаум Б.Л. Математический расчет «формул» стерилизации консервов // Изв. вузов. Пищевая технология, — 1959. — № 3. — С. 126.
2. Флауменбаум Б.Л. Основы консервирования пищевых продуктов. — М.: Легкая и пищевая пром-сть. 1982.
196 с.
3. Рогачева А.И. Микробиологический контроль консервного производства. — М.: Пищевая пром-сть, 1953. — 111 с.
4. Теоретические основы стерилизации консервов. — Киев. 1981. — 196 с.
5. ТУ 10.18.Украина 9-92. Консервы из цельной крови убойных животных.
6. Флауменбаум Б.Л., Танчеев С.С., Гришин М.А. Основы консервирования пищевых продуктов. — М.: Агропро-миздат, 1986. — 494 с.
7. Беляев М.И., Пахомов П.Л. Теоретические основы комбинированных способов тепловой обработки пищевых продуктов. — Харьков: ХИОП, 1991. — 160 с.
8. Теплофизические характеристики пищевых продуктов и материалов. Справочное пособие / Под ред. А.С, Гинзбурга. — М.: Пищевая пром-сть, 1975. — 224 с.
9. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. — М.: Наука, 1977. — 736 с.
10. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. — М.: Наука, 1981. — 800 с.
Кафедра оборудования предприятий общественного питания
Поступила 22.03.93
628.33:621.357
КОМПРЕССИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННОГО КОНЦЕНТРАТА СТОЧНЫХ ВОД МЯСОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ
Л.В. АНТИПОВА, Л.Н. АНАНЬЕВА, А.Ш. ШАЯХМЕТОВ
Воронежская государственная технологическая академия
Высокая эффективность и перспективность применения мембранных процессов для обезвреживания сточных вод мясоперерабатывающих предприятий обусловливает необходимость разработки со-
ответствующего аппаратурного и технологического оборудования [1]. Этому, однако, препятствует недостаток информации о физико-химических характеристиках продуктов разделения сточных вод мясоперерабатывающих производств с применением мембранной техники [2].
Цель данной работы — изучение закономерностей изменения компрессионных свойств, характеризующих сточные воды мясокомбинатов как коллоидно-дисперсную систему в рабочем диапазоне концентраций и температур мембранного концентрирования. К их числу в первую очередь относятся удельная плотность, вязкость, электрическая проводимость.
Исходные сточные воды и^ели удельную плотность 994-1030- 10 кг/м', вязкость 896-1240- 10, Па-с, электрическую проводимость 42 -10 ' Ом *см , массовая доля взвешенных веществ составляла 1800-2000 мг/дм , жиры 1000— 1200 мг/дм3, ХП£ 1500-2000 мгОг/дм’3, ВПК 600-800 мгОг/дм". После механической очистки сточные воды подвергали мембранной обработке на лабораторной ультрафильтрационной установке плоскорамной конструкции. В качестве фильтрующего материала применялись полупроницаемые мембраны на основе стойких полимеров. Величину удельной плотности раствора с массовой долей жира от 3 до 30% определяли денсиметри-ческим методом в температурном диапазоне от 20 до 55°С.
Установлено, что при ультрафильтрационном концентрировании величина удельной плотности снижается (рис. 1) вследствие увеличения массовой доли жира в среде Сж (1 -3% — кривая 1; 3-6% — 2; 6-10% — 3; 10-15% — 4; 15-20%
— 5; 20-25% — 6; 25-30% — У), при этом
Рис. 1
плотность жира составляет 85- 10 3 кг/дм3, что меньше плотности растворителя.
Вязкость разделяемого мембранными методами раствора существенно влияет на основные характеристики полупроницаемых мембран при массо-переносе. Вязкость в совокупности со скоростью потока, длиной и диаметром мембранного канала определяет режим течения жидкости в фильтрующем канале, характеризующийся критерием Рейнольдса. Создание развитого турбулентного режима движения в аппарате отрицательно сказывается на процессе гелеобразования на мембране, вследствие чего увеличивается ее удельная производительность и селективность. Это особенно важно для ультрафильтрации, где имеют место большие конвективные потоки по направлению к полупроницаемой мембране [3].
Исследование вязкости белокжирсодержащей эмульсии с массовой долей жира от 5 до 30% определяли на прецизионном вискозиметре и рео-вискометре Гепплера в интервале температур от 20 до 55°С. Результаты представлены на рис. 2 (кривая / — Сж - 30; 2 — 25; 3 — 20; ^ — 15; 5 — 10; б — 5%). Отмечено, что снижение вязкости фильтруемого раствора зависит от температуры. С ростом последней скорость фильтрации увеличивается из-за интенсификации процесса диффузии раствора через полупроницаемую перегородку (пограничный слой).
Рис. 2
Данные рис. 2 свидетельствуют, что вследствие ультрафильтрационного концентрирования значительное влияние на изменение системы оказывает массовая доля жировых конгломератов. Получаю щийся при разделении концентрат, являясь дисперсной системой, при сцеплении белковых и жировых частиц образует пространственный каркас, вызывающий рост вязкости. В процессе мембранного разделения структура разделяемой системы находится в разрушенном состоянии, при этом работа внешней силы затрачивается на преодоление вязкости разрушенной структуры, близкой к ньютоновской.
Из рис. 3 видно, что с увеличением массовой доли жира при температурах 30, 40 и 50°С (соответственно кривые 1, 2 и 3) вязкость увеличивается. Относительно крупные размеры молекул белка и жировых шариков обусловливают их низкую диффузионную подвижность. Увеличение вязкости среды в процессе концентрирования препятствует диффузионному переносу вещества в граничном слое.
Математическая обработка результатов исследований на ЭВМ позволила получить регрессионные зависимости (1), (2) для расчетов динамическс^ вязкости г;, Па*с и удельной плотности р, кг/м' .
П = 1,254- 10~3ехр(3,1987-10~2СЖ - 1,476-10~2 --3,9032- 10~4СжО; (1)
р = 1001,4 - 0,298? + 563,4- 10“2СЖ, (2)
где Сж— массовая доля жира, %; t — температура, °С.
Зная зависимость вязкости раствора от температуры и концентрации и размер молекул растворенного вещества, можно определить значение коэффициента диффузии при данных условиях по известной формуле [4]:
где N — число Авогадро;
— универсальная газовая постоянная;
г — радиус диффундирующих частиц;
Г) — вязкость среды.
Электрическую проводимость О измеряли с помощью кондуктомера (полуавтоматический мост ВМ 484). Температурный интервал опытов составил от 20 до 55°€. Результаты, представленные на рис. 4, показывают, что с ростом массовой доли примесей в концентрате значение электрической проводимости возрастает. Аналогичная закономерность наблюдается при повышении температуры; кривые 1, 2, 3 и 4 — 22, 35, 45 и 55°С соответственно.
Рисі 4 ВЫВОД
Установлены закономерности ряда электрофизических показателей ультрафильтрационных концентратов в зависимости от условий разделения. Эмпирические корреляции динамической вязкости, удельной плотности в исследованном диапазоне изменения массовой доли жировых компонентов и температуры могут быть использованы при расчете ультрафильтрационных аппаратов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Брык М.Т., Голубев В.Н., Чагаровскнй А.П. Мембранная технология в пищевой промышленности. — Киев: Урожай, 1991. — 220 с.
2. Рогов И.А., Горбатов А.В., Свинцов В.Я. Дисперсные системы мясных и молочных продуктов.-М.: Агропромиз-дат, 1990. — 319 с.
3. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. — М.; Химия, і986. — 272 с.
4. Касаткин А.Т. Основные процессы и аппараты химической технологии. 9-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1973. — 754 с.
Кафедра технологии мяса и мясных продуктов
Поступила 18.04.94
664.6:621.928.37
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ЦИКЛОННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ПЫЛЕВИДНЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
В.В. ВАРВАРОВ, Е.А. РУДЫКА, В.Н. ПАРШИНЦЕВ
Воронежская государственная технологическая академия
Проблема улавливания из отработанного воздуха пылевидных продуктов весьма актуальна при ведении многих технологических процессов пищевого производства, причем во многих случаях требуется совершенствование применяющихся для данных целей циклонов [1].
Нами разработан [2] и исследован в лабораторных условиях новый циклонный аппарат, обеспечивающий более высокую по сравнению с обЧЧЙМ-ми циклонами степень очистки (рис 1).
Запыленный возруши!-' ПОТОК вентилятором 1 подаете-; » улит очкую камеру 2, где ему сообщает-
ся вращательное движение, скорость которого регулируется изменением числа оборотов крыльчатки 3, связанной с приводом вращения. Раскрученный поток поступает в сепарационную камеру 4. При этом частицы пыли под действием центробежных сил отжимаются к внутренней поверхности камеры, ударяются о диски о и выходят в пыле-сборник о через соответствующие щелевые отверстия 7, расположенные по периметру камеры. Отделившаяся от основного потока пыль оседает в нылесборнике. Очищенный воздух отводится в атмосферу через патрубок 8. Воздух, попадающий вместе с пылью из камеры в пылесбсрник, рециркулирует — через патрубок У подается во всасывающую линию 10 пентилятора и направляется на повторную очистку. Уловленная пыль отводится из |!«лео"тдёлителя через патрубок 11. Регулируя ши-
