Математическое описание процесса сушки зародышей пшеницы в осциллирующих режимах Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

7. Eucken A. Allegemeine GesetzmaBigkeiten fur das Warmeleitvermogen verschiedener Stoffarten und Aggregatzustande // Forschung auf dem Gebiete des Ingenieurwesens. - 1940. -11(1). -

P. 6-20.

8. Магеррамов М.А. Хранение плодов граната в модифи -цированной газовой среде: Дис. ... канд. техн. наук. - Одесса: ОТИПП, 1990.

9. Магеррамов М.А. Свойства плодов граната и их хранение в модифицированной атмосфере. - Баку: ААСУ, 2002.

10. Магеррамов М.А. Теплофизические свойства натурального гранатового сока // Хранение и переработка сельхозсырья. -2005. - № 4.

Кафедра технологии хлебопродуктов и оборудования отрасли

Поступила 08.06.06 г.

631.563.2:517.11

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗАРОДЫШЕЙ ПШЕНИЦЫ В ОСЦИЛЛИРУЮЩИХ РЕЖИМАХ

А.А. ШЕВЦОВ, А.В. ДРАННИКОВ, А.М. ЗВЯГИНЦЕВА

Воронежская государственная технологическая академия

В настоящее время зародыши пшеницы (ЗП) в связи с высоким содержанием в них комплекса витаминов и непредельных жирных кислот используют в пекарной, кондитерской, комбикормовой и других промышленностях в качестве биологически активной добавки. При этом массовое использование ЗП в производстве продуктов питания ограничивается их нестойкостью при хранении. Для сохранения органолептических показателей ЗП широко применяют конвективную сушку.

Наиболее перспективной представляется сушка в осциллирующих режимах, которая, по сравнению с традиционной технологией сушки горячим воздухом, позволяет обеспечить стабилизацию ферментативного состава, интенсифицировать процесс, сохранить высокое качество продукта при увеличении сроков его хранения.

Однако недостаточное развитие общей теории для описания процессов тепло- и массообмена и отсутствие экспериментальной информации о ходе сушки в осциллирующих режимах существенно сдерживают внедрение в производство рациональных режимов сушки и проектирование новых высокоэффективных сушильных установок.

В данной работе предлагается подход к математическому описанию процесса сушки зародышей пшеницы в осциллирующих режимах и его использование

Рис. 1

для выбора температурного режима сушки, расчета среднеинтегральных температур ЗП на интервалах нагрева и охлаждения.

Исследования процесса сушки проводились по способу [1], согласно которому термическую обработку осуществляют чередованием процессов нагрева и охлаждения.

С учетом требований разработки технологических режимов сушки зародышей пшеницы анализировали соотношения между температурой продукта и его влажностью в процессе сушки при различных значениях скорости и температуры сушильного агента. Для этого по опытным данным, представленным в виде кривых сушки W = fr) и нагрева 0ЗП = fr) (рис. 1: 1 - несимметричная осцилляция Дтнаг < Ахохл, /наг 333-343 К, /охл 278-293 К; 2 - несимметричная осцилляция Дхнаг < Дтохл, /наг 353 К, tохл 278-293 К; 3 - симметричная осцилляция 10 : 10, /наг 333 К, /охл 293 К), были построены температурные кривые 0ЗП = f(W) (рис. 2: 1 - несимметричная осцилляция Дхнаг < Дтохл, /наг 353 К, /охл 278-293 К; 2 - несимметричная осцилляция Дхнаг < Дтохл, /наг 333-353 К, /охл 278-293 К; 3 - симметричная осцилляция 10 : 10, /наг 333 К, /охл 293 К; 4 и 5 -ограничение области допустимых технологических свойств ЗП при несимметричной и симметричной осцилляции).

1 2 t / 3 4 5

ц

а; V У

у

2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 И/„, %

Рис. 2

Функциональная зависимость, однозначно связывающая допустимую температуру нагрева ЗП 0ЗП с их влажностью Ж, с достаточной степенью точности аппроксимирована уравнением прямой

(1)

,0Дт, 0Дт,-,,

..) )(Ко $ 1)

Т_. - 0Д

= Д, 008

-М

(2)

Разрешим (2) относительно температуры зародышей пшеницы

Д,соє

- М

(Т- 0Дт„)

Ко $ 1

(3)

здесь

Ф зп(т,я)С 0(т я).

Ст

= а [Т_ а (т; я) - 0(т д)} +

(6)

где 0О = 351, X = 229 - эмпирические коэффициенты.

Уравнение (1) является важнейшим ограничением, позволяющим проводить процесс сушки в области стандартных технологических свойств ЗП. Эта область при сушке в осциллирующем режиме ограничена координатными осями и прямой линией (1), отсекающей по оси 0ЗП отрезок 0 - 0О, тангенс угла наклона которой к оси Ж определяется коэффициентом X. Значения этих коэффициентов могут изменяться и зависеть от исходного состава ЗП, начальной влажности и температуры.

Используем известное уравнение кинетики нагрева влажных продуктов в осциллирующих режимах [2, 3] применительно к ЗП:

+г-

мн(т я)

100 $ мн(т я)

Р зп (т я)

Ст

где аг- объемный коэффициент теплообмена, Вт/(м -К); г - теплота парообразования, кДж/кг; р зп - насыпная плотность ЗП, кг/м3; с|п -удельная теплоемкость ЗП, Дж/(кг • К); д - удельная нагрузка ЗП на газораспределительную решетку сушильной установки, Н/м2.

Уравнение (6) с учетом (1) и (3) принимает вид Ф зп(Чд К 0(^,д) =

- м К - а_! 0 ^); + 0(т,д) + (7)

" Т * К0 + 1 I

+г-

(00 - 0( Т;я )) X

100$(00 - 0(тя)) X

Р Зп (Т; я)

Ст

При интегрировании (7) задавался постоянный шаг дискретизации процесса во времени т, и процесс сушки разбивался на і интервалов

1 >с[рзп (т,я Сп (т,я )0(т,я)} = а,

т,. - т а

-5

' т, -1

т,

■г- 5

ДсОЯ

Ст -

Ст т, - т

!2рт уч - М (7 -..- 0(т;д)

і

5Т -

Ст -

5

. Т | К $ 1 (00 - 0(т;Я))/ х

0(т;Я )

Ст$ (8)

100 $(00 - 0(тл)) X

Рзп(т; я)

Ст

Ст .

0 < т „ < т Л0=

1$ їїл+_2?_

НИ аТ И2 аТ

-V2

М = аг^

1

,, аТ 1$ Н,1— р

И=а,

(4)

(5)

где 0дт и 0дт( )- температура ЗП на последующем и предыдущем расчетном участке, К; А0 - максимальная амплитуда колебаний тем -пературы, равная амплитуде колебаний температуры ограничиваю -щей поверхности, К; Т - продолжительность циклов нагрева и охла -ждения, мин; Тся - максимальная температура сушильного агента в цикле нагрева или охлаждения, К; а - коэффициент температуро -проводности, м2/с; К - среднее значение критерия Коссовича;М -смещение по фазе колебаний температуры поверхности ЗП по срав -нению с колебанием температуры сушильного агента; Н - относительный коэффициент теплообмена; а - коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к частице ЗП Вт/(м2- К); 1 - коэффициент теплопроводности единичных частиц зародышей пшеницы, Вт/(м • К).

Для определения температуры сушильного агента на интервалах нагрева и охлаждения использовали уравнение теплового баланса для ЗП

Введем следующие допущения. Будем считать, что температура зародышей пшеницы на бесконечно малом интервале времени не изменяется, т. е.

0(т ,-10) = -

1

т. - т

5 0(т,; я)Ст. (9)

Уравнение (8) с учетом (9) после интегрирования и необходимых преобразований приведено к виду

0(т,я) =

Рзп(т,-1;я)сЗп (т,-1;я) ау (т- т-1)

р зп(т, я)с Зп (т ) р зп(т ,я )с3п (т, я)

0(т-1;я) - Асо^ - М (т- 0(т-1,я))/(К0 $ 1)1

(10)

Р зп (т, я )СзСп(т ,;я ) Р зп(т, ;я)СзСп ( т, ;я )

0І-^ИІРз, (тЛ ) -(0• - 8(:г^ ?) Рз. (т„;, )4.

100

100

Дифференциальное уравнение теплового баланса (10) для ЗП решали методом итераций, программный

С

(,-1)

(,-1)

г

$

ОуТ-.а

г

комплекс для которого составлен на ЭВМ при следующих начальных условиях:

Рзп(Ъ Я)*=о =РЗп„ >

9(Ъ Я) т=о = Єн,

Т_ а (х, Я)т = о =Т-ан

(11)

(12)

(13)

Параметр Условное обозначение Размерность Значение

Начальная температура ЗП 0Зп Зпн К 293

Температура сушильного агента:

в периоде цикла нагрева Тс.а К 353

в периоде цикла охлаж -дения Тс.а К 293

Начальная влажность ЗП % 17

Скорость сушильного агента V м/с 1,2

Объемный коэффициент теплообмена ау Вт/(м3*К) 20

Насыпная плотность ЗП Р кг/м3 350-400

Удельная теплоемкость ЗП Сзсп кДж/(кг-К) 1,6-1,9

Коэффициент температу -ропроводности ЗП а • 10-4 м2/ч 2,61-3,35

Коэффициент теплопро -водности ЗП 1 Вт/(м-К) 0,04-0,13

Данные, необходимые для расчетов, представлены в таблице.

Таблица

\Л/ ,%

10

^3

5 \\ \ ^ /І Xу! \\ \\ \ \\

у ✓ Су

...

03ПІ К

373

353

333

313

293

273

Для рационального температурного режима с учетом данных таблицы получены кривые сушки и нагрева ЗП (рис. 3). Результаты сравнения расчетных (кривая 1) и экспериментальных (кривая 2) данных по кинетике сушки ЗП в осциллирующих режимах при их

0 20 40 60 80 т, мин

Рис. 3

начальной влажности Жн = 11,7% свидетельствуют, что максимальное отклонение расчетных значений от экспериментальных не превышает 12%.

Таким образом, полученные уравнения позволяют определять температуру продукта на интервалах нагрева и охлаждения в процессе сушки зародышей пшеницы при осциллирующих режимах в допустимой области термовлажностных условий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 2002133774/13 (035646). Способ стабилизации зародышевых хлопьев пшеницы / А.А. Шевцов, Т.Н. Попова, Т.В. Зяблова, А.С. Шамшин, В.С. Капранчиков.

2. Гинзбург А.С., Резчиков В.А. Сушка пищевых продук -тов в кипящем слое. - М.: Пищевая пром-сть, 1966. - 200 с.

3. Любошиц И.Л., Пикус И.Ф. Исследование процесса сушки овощей в псевдоожиженном слое при осциллирующем режи -ме // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1965. - № 3. - С. 124.

Кафедра технологии хранения и переработки зерна

Поступила 14.12.04 г.

664.144

ГИГРОСКОПИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭКСПАНДИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ

С.В. СИНЯК, Р.А. ХАЙБУЛОВ

Астраханский государственный технический университет

Экспандированный структурированный комбикорм, прошедший гидротермическую обработку в экспандере, является альтернативой традиционным концентратам для сельскохозяйственных животных в виде гранул или кормовым добавкам. Экономия дорогих белковых комбикормов дает преимущество экспанди-рованному комбикорму.

Параметры обработки - влажность, температура, давление - и электромеханическое внесение энергии в экспандер, а также характеристики объекта обработки

влияют на физические качества и питательную ценность корма. Обработанный продукт свободен от патогенных бактерий, улучшаются его питательные свойства, повышается доля защищенных протеина и крахмала.

Предлагаемая технология включает, кроме экспан-дирования и других вспомогательных операций, дегазацию (вакуумирование пор и капилляров) продукта с высокоразвитой капиллярно-пористой (пористость как относительный объем пустот больше 0,5) поверхностью. Для повышения скорости усадки устанавливается дегазатор - паросорбер с целью уменьшения по-