CC BY
50
663.26.285.1(075.8):628
ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ЭКСТРУДАТА СМЕСИ ЗЕРНОВЫХ ОТХОДОВ С ВЫСОКОВЛАЖНЫМИ ОТХОДАМИ БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
С.П. ВАСИЛЕВСКАЯ, В.П. ХАНИН
Оренбургский государственныйуниверситет
Отходы предприятий пивоваренной и спиртовой промышленности - пивная дробина и спиртовая барда - содержат до 25% питательных веществ исходного сырья (белковые и минеральные вещества, углеводы и витамины), являясь ценным кормовым продуктом. Однако до настоящего времени объемы утилизации этих отходов в нашей стране были невелики.
Т ехнология ресурсосберегающей переработки пивной дробины и спиртовой барды в белково-витаминные кормовые продукты должна быть малоотходной для обеспечения охраны окружающей среды. Возможные варианты ее реализации с совместным использованием различных отходов, указанием процессов обработки полуфабриката и используемого оборудования подробно описаны в [1].
Известен способ утилизации высоковлажных скоропортящихся отходов пищевых производств [2]. Последовательно осуществляют смешивание зерноотходов и высоковлажных пищевых отходов до технологической влажности 24-40%, которую обеспечивают изменением доли зерноотходов; экструдирование смеси и пропитывание экструдата высоковлажными пищевыми отходами до технологической влажности 65-75%, обеспечивающей устойчивую форму экс-трудата для сохранения его порозности; сушку до влажности 10-12% в потоке воздуха, пронизывающего слой продукта.
Исследование описанного процесса проведено методом построения кривых сушки.
Разделив процесс сушки на два этапа - с постоянной и убывающей скоростью, - определили параметры сушки: коэффициент влагопроводности ат; коэффициент паропроводности 1тр; влажность материала в первой критической точке в конце периода постоянной скорости ]у£{; коэффициент внешнего влагообмена, отнесенного к разности влагосодержаний, атм.
Образцы высушивали в камере диаметром 0,12 м, установленной на калорифере. Сверху камера открыта в атмосферу. Воздух в калорифер поступал по воздуховоду диаметром 0,10 м от центробежного вентилятора низкого давления с диаметром рабочего колеса 0,12 м. Рабочее колесо установлено на валу электродвигателя постоянного тока мощностью 0,25 кВт. Вентилятор с электронным блоком питания и управления вентилятором и калорифером смонтирован в корпусе установки. Расход воздуха, поступающего в вентилятор, определяли по входному коллектору. Измерения давления и расхода воздуха во входном коллекторе проводили по стандартной методике.
Схема сушильной камеры изображена на рисунке.
Сушка образцов происходит в сетчатом бюксе 1, расположенном внутри обечайки сушильной камеры 2 в центральном отверстии диафрагмы 3, которая установлена на внутреннем кольцевом выступе обечайки. Другим внутренним кольцевым выступом обечайка опирается на керамическую трубу 4 калорифера. Внутренний диаметр и длина трубы 0,1 и 0,2 м соответственно.
В трубе соосно закреплен керамический стержень 5 диаметром 0,03 и длиной 0,13 м. В меридиональных пазах керамического стержня расположена нихромо-вая спираль электрической мощностью 2 кВт.
Датчик измерения температуры Тс сушильного агента 6 установлен непосредственно под решеткой бюкса 1. Датчик 7 находится в постоянном контакте с влажной тканью и дает показания «мокрого» термометра Тт. В качестве датчика температуры использовали термопару электронного термометра.
Система смачивания ткани 8 состоит из фитиля, соединенного с пробиркой, наполненной водой.
Питание установки производится переменным то -ком с напряжением 220 В и частотой 50 Г ц.
Угловая скорость рабочего колеса вентилятора и накал спирали регулируются электронными преобразователями на тиристорах.
Высушиваемые образцы помещают в сетчатый бюкс так, чтобы свободное пространство между ними обеспечивало заданную скорость сушильного агента.
Определение исходной влажности, сухой массы образцов и влажности материала в процессе сушки производили стандартными методами.
Исследование проводили методом построения кривых сушки [3]. На кривой сушки определяли критическую точку с координатами /1 и 1¥С, которая делит весь
процесс на периоды постоянной и падающей скорости сушки. Также из кривой сушки определяли гигроскопическую влажность образцов и их влагосодержание, которое принимали равным влагосодержанию поверхности образца в критической точке ии.
Вычисление массообменных характеристик при постоянной скорости сушки проводили следующим образом. Коэффициент влагопроводности ат определяли по формуле
1 Woc -W-
R2
Г Wk\ -100uki
t
где Г - постоянный коэффициент формы тела (геометрический фак -тор); W0 - начальная влажность образцов; R - определяющий размер образца.
Коэффициент паропроводности Imp вычисляли из зависимости
i =io-5-------------q^—-,
Nu mAy (Tc - Tm )
где дт - интенсивность влагоотдачи в период постоянной скорости сушки; I - длина поверхности испарения по направлению движения воздуха; ^т - влагообменный критерий Нуссельта; Ау - психрометрический коэффициент.
Определение массообменных характеристик при падающей скорости сушки имеет следующие особенности. Если скорость сушки уменьшается линейно от точки с влажностью до точки с равновесной влаж-
ностью Жр, то для определения времени /2, в течение которого влажность достигнет величины Ж С, можно предположить постоянство коэффициента влагопро-водности ат и коэффициента внешнего влагообмена ати при их среднем значении.
Коэффициент внешнего влагообмена определяли из зависимости
Wc - wc
"0 "и
Rp.
w;t і
p.
где рт, рп - парциальные давления пара в подводимом сушильном агенте при температуре соответственно «мокрого» и «сухого» термометров.
Давлениеpn определяли из формулы Шпрунга. Коэффициент влагопроводности находили из выражения
і 2R & Р. 2
12 - ti R
ln W -wp am
w2c -w 2 c .
Эксперименты произведены при экструдировании смесей пшеничных отрубей с пивной дробиной и спиртовой бардой для двух значений начальной влажности: 33 и 82%.
Сушке подвергали образцы экструдата круглой формы и в виде ленты. Их располагали в бюксе в один слой, чтобы расстояние между образцами было одинаковым. При этом образцы в виде ленты устанавливали на ребро.
Использовали уравнение регрессии вида
w=A TAT2 А
где w - описываемый параметр процесса сушки; v - средняя скорость сушильного агента в зоне сушки, м/с; A о, Ai, A 2, A3 - коэффициенты уравнения регрессии.
Параметры, при которых проводили сушку:
Начальная относительная влажность смеси, % с. в. 33; 82
Тс, °С 27-181
v, м/с 6,6; 16,3; 22,4
Диаметр экструдата цилиндрической формы, м 0,014
Ширина экструдата в виде ленты, м 0,024
Толщина экструдата в виде ленты, м 0,0025
Результаты экспериментального определения параметров процесса конвективной сушки смесей пшеничных отрубей с пивной дробиной и спиртовой бардой, которое проводили средствами электронных таблиц MS Excel, представлены в таблице.
Достаточно высокое значение достоверности аппроксимации, выраженное величиной коэффициента
Таблица
Скоро сть сушки Параметр Коэффициенты уравнения регрессии R2
Ao A1 A2 A3
Продукт с дробиной
Постоян ная am, м2/с 6,5 • 10 10/4,1 • 10-4 -0,38/3,3 0,35/-6,8 -0,098/-0,73 0,77/0,79
lmp, с 1,7 • 10-11/1,6 • 10-7 -4,3/-0,84 3,5/-2,2 -0,60/-1,32 0,98/0,96
wi, % 36,0/3,2 0,32/-0,20 -0,49/0,82 -0,025/0,033 0,91/0,86
Убывающая amu м/с 3,9 • 10-7/5,0 0,51/4,8 2,1 /—7,0 -0,063/-0,83 0,94/0,96
am, м2/с 9,0 • 10-13/3,1 • 10-13 -0,42/-1,4 1,4/4,3 0,48/0,42 0,91/0,89
Продукт с бардой
Постоян ная am, м2/с 5,6 • 10-11/1,6 • 10-12 -0,19/-0,89 0,32/3,4 0,56/0,33 0,97/0,99
lmp, с 1,1 • 10-11/3,3 • 10-15 -3,5/-4,6 2,0/7,0 0,067/-0,23 0,99/0,99
W1, % 62,4/41,9 0,42/0,26 -0,76/-0,47 -0,067/-0,026 0,94/0,91
Убывающая amu м/с 3,3 • 10-7/2,1 • 10-8 -0,37/-0,24 2,5/3,9 0,43/0,29 0,94/0,99
2/ am, м /с 3,5 • 10-10/1,5 • 10-10 0,56/-0,24 -1,3/1,1 0,20/0,17 0,79/0,98
Примечание. Форма экструдата: числитель - плоская лента, знаменатель - круглая.
a=
m
a=
m
a=
mu
m
детерминации Я2, позволяет использовать полученные зависимости в дальнейших исследованиях.
Описанные результаты применимы для расчетов процесса конвективной сушки исследованных продуктов. Для этого необходимо задать начальную влажность полуфабриката и равновесную влажность ж; , обеспечивающую длительное хранение продукта. Остальные параметры процесса конвективной сушки описаны абонированным уравнением, параметры которого приведены в таблице. В результате расчетов определяют время сушки полуфабриката, что позволяет рассчитывать параметры сушилки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Василевская С.П., Николаев А.Н., Полищук В.Ю.
Синтез технологии утилизации отходов бродильных производств. -Казань: ЗАО «Новое знание», 2007. - 170 с.
2. Пат. 2292731 РФ, МПК7 А23К 1/06, А23К 1/14, А23Р 1/12. Способ утилизации высоковлажных пищевых отходов / С.П. Василевская, В.Ю. Полищук, В.П. Попов, В.П. Ханин; Оренбург. гос. ун-т // БИМП. - 2007.- № 4.
3. Гинзбург А.С., Савина И .М. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов: Справочник. - М.: Легкая и пи -щевая пром-сть, 1982. - 280 с.
Кафедра машин и аппаратов химических и пищевых производств
Поступила 12.04.07 г.
658.012.011.56: 663.479.1
ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ КВАСА
В.О. МОРОЗОВ, В.В. ОСОКИН
Кубанский государственный технологический университет
Квас - продукт молочнокислого брожения с участием ржаного или ячменного солода Молочная кислота, витамины, аминокислоты и микроэлементы, содержащиеся в квасе, обеспечивают его целебные свойства: способность улучшать обмен веществ, нормализовать деятельность сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, препятствовать размножению вредных и болезнетворных микробов, повышать аппетит, снимать усталость. Квас обладает бактерицидными свойствами, в нем гибнут тифозные и паратифозные микроорганизмы. Квас, содержащий солодовый экстракт, вводили даже в рацион питания спортсменов, отмечая положительный эффект, в частности при больших нагрузках на мышцы. Помимо микроэлементов в квасе содержится более 10 аминокислот, 8 из которых незаменимы.
В последние годы наметилось увеличение доли потребления хлебного кваса в сравнении с другими прохладительными напитками. Выработку кваса производят на предприятиях, оборудованных, в основном, средствами локальной автоматики, обеспечивающими только стабилизацию режимных технологических параметров. Для повышения эффективности производства кваса следует интенсифицировать его на основе системного подхода к автоматизации, предусматривающего решение взаимосвязанных задач на всех этапах технологического процесса.
В соответствии с ГОСТ 34.601-90 [1] создание автоматизированной системы управления (АСУ) включает восемь стадий. Первая предпроектная стадия -«Формирование требований к системе» - предусматривает изучение объекта и оформление заявки на разработку АСУТП.
Проведенное нами исследование объекта - технологического процесса производства хлебного кваса -
позволило выявить ряд особенностей, которые необходимо учитывать при создании АСУ.
Промышленное производство кваса может быть реализовано двумя способами: непосредственно из зерновых культур и из готового квасного сусла. Первый способ предусматривает приготовление из исходного сырья квасного сусла и последующее изготовление самого хлебного напитка. Второй заключается в разведении концентрата квасного сусла, сбраживания полученной смеси и купажа [2]. Этот способ, в частности, используется на крупнейшем в Краснодарском крае предприятии ООО «Национальный продукт».
Установленная на предприятии технологическая линия включает следующее оборудование: систему подготовки воды, варочный котел, бродильно-купаж-ные аппараты, емкости и насосы. На данном оборудовании сначала производится затор, представляющий собой смесь заданного количества сусла, сиропа, воды и дрожжей. Затем осуществляется купаж - добавление в готовый затор сиропа или сусла и сиропа. Брожение проводят при 26-30°С до снижения массовой доли сухих веществ в сусле до 1 г на 100 г сброженного сусла. При этом кислотность сусла должна характеризоваться следующим пороговым значением объема гидроксида натрия, расходуемого на титрование 100 см3 сусла: не менее 2 см3 раствора с концентрацией 1 моль/дм3. Окончание процесса брожения определяют по снижению содержания сухих веществ и нарастания кислотности кваса. На процесс брожения можно влиять добавлением дрожжей, сиропа и сусла [3].
Анализ технологических особенностей производства кваса показывает, что при управлении технологическим процессом необходимы проведение правильного дозирования компонентов, стабилизация параметров технологического процесса и точное определение момента готовности кваса.
Дозирование компонентов может осуществляться объемным и весовым способами. Объемное дозирование компонентов обеспечивает меньшую точность по
