CC BY
27
Таблица 2
10,5
10,7
8,9
9,6
10,3
8,4
авнений изо-0 и 40°С для ) координаты стабильны и ра, 0,40-0,42 пленок; при % для зерна ; и цветковых
точки пере-[и дифферентам графики о/р0), харак-зрбирующую
\8 р/ро
:симости при подовых обо-■ственно). способность вжается, что шх центров ем при при-ьем кривых, ;апиллярной юрбцией мо-:я активных рмационных 'ы получены эса.
Таким образом, значения точки перегиба, выявленные на основе математической модели изотерм сорбции, совпадают с минимумом дифференциальной сорбирующей способности зерна и составляют 9-11% влажности.
Полученную точку с учетом литературных данных, в первую очередь исследований структурных кривых капилляров зерна и др. [2], можно связать с началом процесса капиллярной конденсации паров воды. При влажности 9-11% в зерне появляется физико-механически связанная влага, которую при изучении физиологических свойств зерна принято называть свободной [3]. Именно с ее появлением активизируются процессы жизнедеятельности зерна, в том числе дыхание. Например, по данным [4], интенсивность дыхания зерна пшеницы, овса и других культур с влажностью до 11-12% практически равна нулю, а затем с увеличением влажности наблюдается рост интенсивности дыхания. Следовательно, полученная в точке перегиба влажность характеризует наиболее стабильное с точки зрения развития физиологических процессов состояние зерна. Поэтому для длительного хранения зерна, особенно семенного, стоит рекомендовать влажность 10-11%. Очевидно, семенное зерно с данной влажностью можно хранить и без доступа воздуха, так как вероятность анаэробного дыхания также будет ничтожно мала.
ВЫВОДЫ
1. Получено математическое описание изотерм сорбции паров воды зерном и анатомическими частями гречихи и проса в виде полинома третьей степени.
2. Комплексный анализ изотерм сорбции паров воды с помощью методов дифференциального исчисления позволил выявить влажность (9—11%), при которой дифференциальная сорбирующая способность зерна достигает минимума и наблюдается перегиб кривых сорбции; эта влажность (с учетом литературных данных) соответствует наиболее стабильному с точки зрения развития физиологических процессов состоянию зерна.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гинзбург А. С., Савина И.М. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов.— М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. — С. 280.
2. Егоров Г. А. Технологические свойства зерна. —М.; Агропромиздат, 1985. — 334 с.
3. Казаков Е.Д. Вода, ее функции в зерне: Обзорн. информ., Сер. Элеваторная пром-сть. — М.: ЦНИИТЭИхлебопродук-тов, 1994. — 51 с.
4. Трисвятский Л.А, Хранение зерна. — М.: Агропромиздат, 1986. — 351 с.
Кафедра технологии хранения и переработки зерна
Поступила 17,01.97 ~ •
66.047.5:66.012-52
РЕАЛИЗАЦИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ В УСТАНОВКАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
И.Т. КРЕТОВ, А.А. ШЕВЦОВ, С.В. ШАХОВ, тиназы ГЗх рассматривается в совокупности опре-
С.В. НИКОЛАЕНКО деляемой
Воронежская государственная технологическая академия ^ критерием оптимизации, в качестве КОТО-
В работах [1, 2] решена задача оптимизации процесса сублимационной сушки ферментного препарата кератиназы ГЗх по величине стоимости суммарных энергозатрат, приходящихся на единицу массы сухого препарата. При этом считалось, что найденный оптимум освобождает от обоснованного выбора компромисса между увеличением производительности сушилки и экономией теплоэнергетических ресурсов. Однако на установившийся процесс сушки существенное влияние оказывают различного рода возмущающие воздействия как со стороны продукта, обусловленные изменением его состава и, прежде всего, начальной влажности, так и со стороны сушильного оборудования, работа которого зачастую сопряжена с аварийными и технологическими сбоями. В этом случае имеет место смещение (сдвиг) оптимума целевой функции и каждый раз для его нахождения необходимо проводить дополнительные исследования. Для полной компенсации возмущений предлагается перейти с одного уровня управления процессом на другой, более высокого ранга, не меняя формулировки цели оптимизации.
Математическая постановка выбора оптимального режима сушки ферментного препарата кера-
рого использовалась стоимость суммарных энергетических затрат, приходящихся на единицу массы сухого препарата [1-3]:
Я = 2 31 ~5‘ гшп, (1)
1-1
где п — число составляющих удельных
энергозатрат;
2) системой ограничений:
на предельно допустимую температуру нагрева фермента
313 К < Тв <ШК , (2)
на конечную влажность ферментного препарата 1,5% < ИГ < 3,0%, (3)
на температуру сублимации
253 К<ТС < 257 К ; (4)
3) необходимыми условиями, обеспечивающими полноту и определенность получаемой информации с объекта управления:
температуру сублимации фермента будем определять по величине остаточного давления в сушильной камере в соответствии с формулой, полученной на основе данных [4]:
Т. = 10,16 -
2472,82
(5)
%Р- 12,18’
конечную влажность ферментного препарата предлагается находить по его температуре на выходе из установки с учетом термовлажных условий, обеспечивающих термоустойчивость препарата:
Гк = 96,9 - 0,3 Т„, " (6)
условие (6) справедливо в области ограничений (2) и (3);
достижение оценки (1) будем осуществлять по соотношению температур Тп/ Гс в интервале значений
1,217 < Тп/Тс < 1,237. (7)
Конкретизируем последнее условие. Использование соотношения Та/Тс в качестве параметра, определяющего состояние продукта, позволяет учесть практически все физические факторы, оказывающие влияние на процесс сублимационной сушки, и с помощью ЭВМ корректировать режим, добиваясь минимума критерия (1) при получении высушенного фермента высокого качества. Коррекция режимных параметров возможна благодаря наличию функциональной связи температур Т и 7'с с критерием оптимизации, показанной в 12]. Таким образом, в отличие от выбора оптимального режима по экстремальной характеристике [2], данная задача относится к классу оптимизационных задач, суть которых состоит в формировании некоторого набора параметров (в данном случае соотношения Тг/Гс), обеспечивающего наибольшую степень достижения поставленной цели по сравнению с любым другим возможным вариантом.
Для практической реализации задачи (1)—(7) разработана стратегия управления процессом сублимационной сушки в непрерывнодействующей установке [5] (рисунок), состоящей из сушильной камеры /, вакуум-насоса 2, нагревателя 3, холодильного компрессора 4, секционного десублиматора 5, а также линий: подачи исходного продукта 6, отвода высушенного продукта 7, вакуумирова-ния 8. Установка укомплектована датчиками: давления 9, температуры 10, расхода 11; вторичными приборами 12, 13; микропроцессором 14; цифро-аналоговыми преобразователями 15,16,17; локальным регулятором 18; блоком переключения секций
десублиматора 19; исполнительными механизмами
20, 21, 22, 23 и 24.
Оптимальное управление процессом осуществляется следующим образом. Информация о ходе процесса с датчиков 9 ж 10 через вторичные приборы 12 к 13 непрерывно подается в микропроцессор 14, который по фактической величине давления в сушильной камере определяет температуру сублимации, вычисляет текущее значение соотношения температуры высушенного продукта к температуре сублимации 7'п/7'с и сравнивает его с заданным интервалом значений [7].
При отклонении текущего значения Т11/Тг от заданного интервала микропроцессор по трем’каналам управления осуществляет коррекцию режима, обеспечивая минимум критерия (1). При этом возможны следующие варианты.
I вариант — отклонение текущего значения Т'о/Т’с от заданного в сторону уменьшения. Вариант, при котором Гп/Гс< 1,217 возможен, если:
Тп соответствует*ограничению (2), а Гс превышает верхнее предельное значение ограничения (4), т.е. Т>257 К;
Тп меньше нижнего предельного значения ограничения (2), т.е. 7'1]<313 К, а Тс соответствует ограничению (4).
В этом случае изменение соотношения 7’п/ Т. может быть вызвано следующими возмущениями:
увеличилась начальная влажность препарата, а следовательно, и производительность сублиматора по влажному продукту, что привело к снижению
возникли подсосы воздуха в тракте подачи продукта или увеличилось содержание неконденсиру-ющихся газов в составе исходного препарата, что привело к увеличению остаточного давления в сублимационной камере и, как следствие, к увеличению Тс;
появился избыточный слой льда на десублиматоре, что привело к увеличению остаточного давления и температуры сублимации Гс.
Коррекция режима при возникновении хотя бы одного из этих возмущений осуществляется следующим образом.
Микропроцессор в строго определенной последовательности выдает сигналы сначала на увеличение глубины вакуума путем увеличения мощности регулируемого привода вакуум-насоса посредством исполнительного механизма 20 шлюзового затвора-дозатора, корректируя задание локальному регулятору 18 (второй канал управления), и далее
— на подключение новой секции десублиматора 5 с осуществлением регенерации предыдущей, благодаря управлению блока переключения 19 исполнительными механизмами 21, 22 и 23 (третий канал управления). Каждый последующий канал управления срабатывает после того, как предыдущий выйдет на свои ограничения, но не обеспечит выполнения главного условия (7). Как только условие (7) будет выполнено, микропроцессор прекращает подачу управляющих воздействий по всем каналам управления и ведет процесс сушки в области оптимальных значений.
II вариант — отклонение текущего значения Тв/Т от заданного интервала в сторону увеличения. Отклонение Тп/Т > 1,237 может быть, если:
Тл превышает верхнее предельное значение ограничения (2), т.е. 7^>318 К, а Тс соответствует ограничению (4);
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 6, 1997
5:
: механизмами
:ом осуществ-'мация о ходе -оричные при-микропроцес-личине давле-гтемпературу чение соотно-зодукта к тем-шивает его с
ния Ти/Тс от 'Р по трем ка-рекцию режи-(1). При этом
.его значения 'Шения. Вари->жен, если: а Гс превы-ограничения
начения огра-соответствует
шения
Т /Т
п/ с
'змущениями: . препарата, а > сублиматора к снижению
е подачи про-:еконденсиру-репарата, что давления в гвие, к увели-
га десублима-аточного дав-
ении хотя бы ляется следу-
енной после-ла на увели-[ения мощно-асоса посред-0 шлюзового е локальному ния), и далее ублиматора 5 >щущей, бла-шя 19 испол-23 (третий 'ющий канал как преды-ио не обеспе-Как только фопроцессор действий по оцесс сушки
го значения эну увеличе-быть, если: значение оответствует
Тп соответствует ограничению (2), а Гс меньше нижнего предельного значения ограничения (4), т.е. Гг<253 К.
Этот вариант может быть вызван следующими возмущениями:
произошло снижение начальной влажности ферментного препарата, что привело к увеличению Т ■
1 п>
уменьшилось количество неконденсирующихся газов в составе исходного препарата, в результате чего снизилось остаточное давление в сушильной камере, а следовательно, и температура сублимации Гс;
частично забился затвор-питатель и снизился темп подачи влажного фермента, что привело к избытку тепла, подводимого от нагревателя, и увеличению Тп.
Коррекция режима сушки при случайном воздействии этих возмущений осуществляется в следующем порядке.
Сначала микропроцессор выдает корректирующий сигнал на изменение задания локальному регулятору 18 и посредством исполнительного механизма 20 обеспечивает увеличение расхода исходного препарата до выполнения ограничения (2). Если при этом будет выполнено и условие (7), при котором достигается цель оптимизации, то микропроцессор прекращает подачу управляющих воздействий. Если же условие (7) не выполняется, то это означает, что сушильная установка имеет резерв производительности и с целью снижения энергозатрат микропроцессор выдает сигнал на уменьшение мощности привода вакуум-насоса с помощью исполнительного механизма 24. Таким образом, соотношение Тп/Гс выводится на заданный интервал значений и обеспечивает минимум критерия оптимизации (1).
Итак, оптимальное управление процессом сублимационной сушки является многоцелевым и направлено как на получение качественного про-
дукта в необходимом количестве, так и на эконо мню материальных (сырья) и энергетических ре сурсов. Отличительное достоинство системы уп равления от предложенной ранее [2] состоит I более эффективном ее функционировании, обес печивающем взаимное соизмерение полезностс-конечных результатов и их сопоставления с затра тами всех видов ресурсов, что особенно актуальнс при производстве дорогостоящих ферментных пре паратов.
ВЫВОДЫ
1. Разработана схема управления процессом суб лимационной сушки ферментных препаратов I непрерывнодействующих установках, в соответст вии с которой подача управляющих воздействий осуществляется с учетом их значимости для про цесса при полной компенсации случайных возму щений.
2. Предложен алгоритм реализации оптималь ных режимов сублимационной сушки ферментно го препарата кератиназы ГЗх.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кретов И. Т., Николаенко С. В., Шевцов А. А. Резервь
экономии энергозатрат при сублимационной сушке *// Изв. вузов. Пищевая технология. — 1989. — № 6. — С. 66-68.
2. Кретов И. Т., Николаенко С.В., Шевцов А. А., Антипов С. Т. Оптимизация непрерывнодействующей сублима ционной сушилки / / Холодильная техника. — 1989. —-№ 9. — С. 33-35.
3. Николаенко С. В. , Шевцов А. А. Снижение удельны? энергозатрат при сублимационной сушке творога // Хо лодильная техника. — 1983. — № 5. — С. 23-24.
4. Гуйго Э.И., Журавская Н.К., Каухчешвили Э.И. Суб лимационная сушка в пищевой промышленности. — М. Пищевая пром-сть, 1972.
5. Николаенко С. В., Антипов С. Т., Кретов И.Т. Субли мационная сушилка непрерывного действия / / Холодиль ная техника. — 1993. — № 6.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 13.01.97
664.3,067.73
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДЕЗОДОРАЦИИ ЖИРОВ И МАСЕЛ СПОСОБОМ ДИСТИЛЛЯЦИИ И ЭКСТРАКЦИЕЙ ПРИ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Е. П. КОШЕВОЙ, А. Б. БОРОВСКИЙ, Д. Э. ТИХОНОВ
Кубанский государственный технологический университет
Очистка жиров — обязательная технологическая операция для получения пищевых растительных жиров и масел. Современный способ дезодорации путем дистилляции под глубоким вакуумом и при высокой температуре требует применения сложного оборудования и больших энергетических затрат. Поэтому поиск новых эффективных способов ведения процесса является актуальным.
В последнее время получает широкое распространение новый способ сепарации жидких смесей
— экстракция при сверхкритических условиях [1]. Особенностью сверхкритической экстракции с использованием двуокиси углерода (С02) является возможность при относительно низких температурах разделять жидкости с низкой летучестью. Для
данного процесса характерно объединение механизма разделения экстракцией и дистилляцией, что позволяет назвать его дестракцией [2].
Несмотря на многочисленные исследования и патенты, практическое распространение этой технологии в промышленности происходит медленно. Кроме очевидной сложности оборудования для сверхкритических давлений, которое постоянно совершенствуется, неясными остаются вопросы эксплуатационных затрат.
С целью создания установки сверхкритической экстракции для дезодорации в технологии переработки растительных масел и жиров нами осуществлена сравнительная оценка сепарационной возможности дистилляции, реализуемой в настоящее время в промышленном масштабе, и экстракции при сверхкритических условиях. В частности, проведено сравнение по критериям энергетических
