МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ СУШіННЯ АМАРАНТУ В АПАРАТі З ТЕРМОСИФОНОМ, ЩО ОБЕРТАєТЬСЯ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 664.8.047:001.891.57

Зиков О.В., к.т.н., доцент, Воскресенська О.В., шженер © Одеська нацюнальна академ1я харчових технологт

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ СУШ1ННЯ АМАРАНТУ В АПАРАТ1 З ТЕРМОСИФОНОМ, ЩО ОБЕРТАСТЬСЯ

Анал1зуються результати експериментального I теоретичного моделювання процесу сушгння амаранту в апарат1 на основI термосифону, що обертаеться.

Ключо^^ слова: моделювання, суштня, амарант.

Вщомо, що процеси сушшня i теплово! обробки е вельми енергоемними. В бiльшостi випадкiв органiзацiю цих процесiв не можна визнати оптимальною з енергетично! точки зору, достатньо науково обгрунтованою i максимально вщповщною кiнетичним, гiдродинамiчним i термодинамiчним закономiрностям процесiв. На зернопереробних пiдприемствах велика доля фiзично i морально застаршо! малопродуктивно! сушильно! технiки, що приводить не лише до перевитрат паливно-енергетичних ресурав, але i вiдбиваеться на якост продукцп, що випускаеться.

Одшею з можливостей пiдвищення ефективностi оргашзаци процесiв сушiння е вдосконалення методiв пiдведення теплоносiя. Вдосконалення способiв тдведення тепла безпосередньо пов'язане з штенсифжащею теплообмiну i зниженням питомих витрат тепла.

Значнi можливостi економи ресурсiв створюються при автоматизаци технолопчних процесiв сушiння зернових культур. Проте, цей перспективний шлях оптимiзацi! управлшня процесами сушiння в переробних галузях АПК ще не знайшов гщного мiсця у вирiшеннi актуальних питань енергозбереження. Недостатньо добре органiзована тсляжнивна обробка зерна веде до втрат урожаю до 2...3%. Це у свою чергу вiдбиваеться на заготавщ зерна високо! якостi, що придатна для виготовлення хлiбопекарсько! муки. Значна кшьюсть випущено! муки характеризуеться зниженими властивостями: зниженою кiлькiстю i яюстю клейковини, пiдвищеною ферментативною активнiстю, обумовленою наявнiстю в помельних сумiшах пророслого, пошкодженого клопом-черепашкою, морозобiйного зерна та ш.

У сучасних умовах зростаючого споживання енергi!, з одного боку, i дефiциту енергетичних ресурсiв, з шшого, все бiльш гостро ставляться питання рацiонального використання енергi!, утилiзацi! i рекуперацi! теплоти у вах процесах харчово! технологi!. Це вщноситься i до сушiння зерна, яке неминуче супроводиться неповним використанням енерги теплоносiя, що пов'язано з

© Зиков О.В., Воскресенська О.В., 2011

умовами riгротермiчно! рiвноваги мiж висушуваним матерiалом i сушильним середовищем.

У технiцi сушiння широке застосування знаходять тепловi труби i термосифони, якi дозволяють довести зерносушильш установки до високо! енергетично! досконалост вiдносно використання, утилiзацп i рекупераци теплоти вiдпрацьованого сушильного агента. При цьому значно знижуються витрати енергп (до 30%), а здiйснення «м'яких» режимiв сушiння дозволяе отримати висушене зерно високо! якостi.

Сучасний рiвень розвитку обчислювально! технiки, а також досягнення в област теори тепло- i масопереносу при сушiннi коло!дних капiлярно-пористих матерiалiв дозволяють дослiджувати процес сушiння зерна при найбiльш рацюнальних з енергетично! точки зору схемах тдключення термомеханiчного агрегату, що обертаеться (ТМА). В зв'язку з цим, актуальним завданням е розробка математично! моделi сушильно! технологiчно! системи для моделювання одночасно протiкаючих тепло-масообмiнних процеав: сушiння зерна, регенерацi! робочих поверхонь теплообмшних пристро!в, процесу теплообмiну мiж теплоносiями рiзного температурного потенцiалу. Можливо, цей напрям дозволить створити новi технологi! енергозбереження i способи сушшня зерна в нових, розроблених на основi теплових труб i термосифошв, сушарках.

На сьогоднiшнiй день досить ч^ко визначенi принципи енергозбереження в процесах сушшня, до основних з яких вщносяться максимальне використання теплоти вщпрацьованого сушильного агента за рахунок його рециркуляцi! [3]; вживання теплових труб i термосифонiв для здшснення низькотемпературно! i низьковитратного сушiння [4,5]; використання вторинних енергоресурав; математичне моделювання, що забезпечуе максимальну мiру юнетично!, гiдродинамiчно! i термодинамiчно! вiдповiдностi; оптимiзацiя i управлiння процесами сушiння i теплово! обробки, що запобiгають витратам тепла i електроенергi!.

Не дивлячись на принципи енергозбереження, що сформувалися, в процесах сушшня, немае однозначного виршення !х реалiзацi!. Тому вирiшення завдань енергозбереження при конкретному способi енергопiдводу вимагае iндивiдуального пiдходу з врахуванням специфiки кожного виду продукту. У данш статт аналiзуються результати експериментального i теоретичного моделювання процесу сушшня амаранту в апарат на основi термосифону, що обертаеться.

Амарант — дрiбнонасiннева культура (маса 1000 насшня 0,4...0,55г), розмiр цiлого насiння не перевищуе в дiаметрi 0,6... 0,8 мм. В умовах твдня Укра!ни амарант слiд розглядати не лише як джерело живильно! вегетативно! маси, але i як перспективну зернофуражну культуру. За даними науки, окремi сорти амаранта здатш забезпечувати врожайнiсть 25... 60 ц зерна з гектара. Живильш властивостi амаранта важко переоцшити. Для порiвняння: показник живильно! цшност бiлка амаранту дорiвнюе 75 одиницям, а молока лише 72 одиницям. Коршня, стебла, листя, кв^и i насiння, в тш або iншiй мiрi, е джерелом масла, крохмалю, вiтамiнiв, пектину, каротину, проте!ну, мiкроелементiв, мiнеральних солей, цукру. В них багато унiкального бшка вищо! якостi, що

мютить лiзин — коштовно! i незамшно! для людського органiзму амiнокислоти, яко! в бшщ 6... 9%, що значно бiльше чим в бшщ кукурудзи, пшеницi, рису. У Япони поживнiсть зелених частин рослини амаранта порiвнюють з м'ясом кальмара. Молоде листя амаранту за смаком схоже зi шпинатом. 1х вживають в свiжому, сушеному i консервованому виглядi. Використовують в салатах, супах, м'ясних i рибних блюдах, в приготуванш соусiв, запiканок, як начинки для пиропв, заварюють чай i додають в компоти, отримують цiлющий сiк i готують з нього сиропи. Заготовляють зелеш частини рослини амаранту сушшням i заморожуванням. Насiння, в першу чергу, е джерелом коштовного за сво!ми властивостями масла, цшшшого, нiж облiпихове. 1х можна вживати обсмаженими. При на^ванш насiннинки розтрiскуються i набувають приемного горiхового смаку. Обсмаженими i сирими !х додають в запiканки, оладки, пудинги, торти, здобу. Мука i крупа з насiння амаранту використовуються як коштовш харчовi (до 20%) добавки у виробництвi дiетичних продуктсв харчування: каш, хлiбобулочних, макаронних, кондитерських виробiв, дитячого харчування. При додаванш !! в пшеничну муку (10%), випечений ^б i здоба набувають цшющих властивостей i довго не черствшть. Вже зараз в рiзних кра!нах свiту виробляють бiльше тридцяти видiв харчових мамарантомiсткихм продуктiв: вермшель, макарони, соуси, чипси, бесквiти, кекси, вафл^ печиво, безалкогольнi напо! i пиво.

Для подальшо! обробки та збер^ання збiжжя амаранту необхiдно просушити. У промисловост така технологiчна лмя ще не вiдпрацьована, i сушать амарант рiзними способами, у тому чи^ i в сушарках з паралельними потоками [6]. Процес сушшня насiння амаранту, дослiджуваний в данш роботi, проходив в установцi, роторна конструкщя i принцип дi! якого приведена в статтях

[4,5].

Масовщдача шару амаранту в установщ описуеться рiвнянням:

dW „ / ч

-= Р-Р(р - р)

¿х V пов а/ (1)

де dW — змiна маси вологи в насшниш амаранту в часi; ¿т — змiна

часу;

в — коефщент масобмiну; Б — площа поверхш насiннини амаранту; Рпов — тиск пари над поверхнею насшнинки; Ра —

парцiальний тиск водяно! пари в пов^р1

Або використовуючи актившсть води ате i тиск водяно! пари над вшьною поверхнею рп

dW 1 \

- = Р-Б/а -р - р )

¿х р \ ^п (2)

Роздiливши отримане рiвняння на Ообщ i враховуючи, що Ообщ= ро*(Б/8уд) отримаемо

— = Р-р-8 -(а -р - р )

¿х уМ ^п (3)

де

ю

8уд-питома

волопсть матер1алу; р — щшьшсть шару амаранту;

поверхня насшня.

Коефщент активност води для амаранту можна визначити по кривих десорбцп, приведених в статт [6]. Крива сорбци описуеться р1внянням

- (A) - B U1 -• e

ф1 := e

R- T1

(4)

A := 219.177e

0.0121-T1

де В=25 та

Коефщент влагопереносу в можна визначити по критер1альному р1внянню Sh = A • ReB• (1 + Pem)m • (у/ y0)k (5)

де А — константа, яка обчислюеться експериментально; n, m, k — показники, що визначаються експериментально; ReB — число Рейнольдса; Pem — масообмшне число Пекле; у, у0 — робочий i базовий кут нахилу термосифону, що обертаеться.

Враховуючи, що вимушений рух повiтря створюеться лише обертанням агрегату, рiвняння (5) може бути спрощене i представлене у виглядк

Sh = A0 + Aj • Pem

• (Y/Yo) ' (6)

В результат аналiзу получених критерiйних рiвнянь маемо декшька кривих сушiння, для чого були проведет експериментальш дослiдження сушшня амаранту в термомехашчному агрегатi при рiзних режимних параметрах (число оберив термосифону i кут його нахилу) (мал. 1)._

крив! сушшня амаранту

-число оберив 40, кут нахилу 45

число оберив 20, кутнахилу 30й

число o6eoTiE 40, кут нахилу 30й

Мал. 1 - KpHei сушшня амаранту в термомехашчному агрегат при pi3HHx режимних параметрах

В результат обробки експериментальних даних були отримаш коефiцiенти крiтерiального рiвняння:

m

9 ____- ,0.9 f Y ^2

S^ 410 + б-10 • Ped

vY0J (7)

Отримане piB^Hra дозволяе розраховувати кiнетику сушiння амаранту в термомехашчному агpегатi з ТС, що обертаеться, при швидкостях обертання термосифону до 40 об/хв i кутах нахилу до 45°.

Лггература

1.Рудобашта С.П. Математическое моделирование процесса сушки дисперсных материалов // Известия Академии наук. - Энергетика. - 2000. -№4. -С. 98-109

2.Никитенко Н.И., Снежкин Ю.Ф., Сороковая Н.Н. Кинетика и динамика тепломассопереноса при сушке слоя диспергированного коллоидного капиллярно-пористого материала // Науковi пращ ОНАХТ. -Одеса. -2006. -Вип. 28. - Т.2. -С.140-146

3.Бурдо О.Г., Мшнчук С.1., Зиков О.В. Новi теплотехнологи зеpносушiння. // Наук.-вироб. журнал - Випуск 3 - Одеса: Одеська нащональна академiя харчових технологiй-200б.-С.1б-21

4.Безбах И.В., Бурдо О.Г. Термомеханический агрегат для дисперсных продуктов // Нау^ пращ ОНАХТ. -Одеса. -1999. -Вип. 21. - С.234-237

5.Воскресенська О.В. "Кшетика процессу сушшня зерновых культур в термосифонно - мехашчному агрегат^', -Одеса, -Науковi пpацi ОНАХТ, -вип.Зб, -том 1, -2009р., -79-82 с.

6. Антипов С.Т. Исследование и анализ гигроскопических свойств семян амаранта // С.Т. Антипов, А.В. Журавлев, И.М. Черноусов, Е.С. Буни. - сборник статей «Вопросы современной науки и техники». - университет им. В.И. Вернадского. - Воронеж. -№4(14). -2008. -Том 2. - С.197-201

Summary

The results of experimental and theoretical modeling of the amaranth drying in the apparatus based on а rotating thermosyphon is analyzing.

Рецензент - д.т.н., проф. Бшонога Ю.Л.