CC BY
84
УДК 633.854.78 ББК 42.14 Д-30
Демидов Андрей Сергеевич, аспирант кафедры техники мясных и молочных производств факультета пищевой инженерии и автоматизации Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий, ademidov88@smail.com,
т.:(812)7648161;
Вороненко Борис Авсеевич, доктор технических наук, профессор кафедры техники мясных и молочных производств факультета пищевой инженерии и автоматизации Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий, boris voronenko@mail.ru, т.:(812)7648161;
Демидов Сергей Федорович, кандидат технических наук, доцент кафедры техники мясных и молочных производств факультета пищевой инженерии и автоматизации Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий, demidovsers@mail.ru, т.:(812)7648161.
СУШКА СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
(рецензирована)
Проведено экспериментальное исследование процесса сушки семян подсолнечника инфракрасным излучением с выделенной длиной волны. Получено уравнение времени процесса сушки семян подсолнечника на тефлоновой ленте от начального влагосодержания до конечного влагосодержания 7% в зависимости от технологических и конструктивных параметров.
Ключевые слова: сушка, экспериментальное исследование, инфракрасное излучение, семена подсолнечника.
Demidov Andrey Sergeevich, the post-graduate student of the Department of Technology of Meat and Dairy Production of the Faculty of Food Engineering and Automation of the St.-Petersburg State University of Low - Temperature and Food Technologies, ademidov88@gmail.com, tel.: (812 7648161);
Voronenko Boris Avseevich, Doctor of Technical Sciences, professor of the Department of Technology of Meat and Dairy Production of the Faculty of Food Engineering and Automation of the St. -Petersburg State University of Low - Temperature and Food Technologies, boris_yoronenko@mail.ru, tel.: (812 7648161;
Demidov Sergey Fedorovich, Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Department of Technology of Meat and Dairy Production of the Faculty of Food Engineering and Automation of the St.-Petersburg State University of Low - Temperature and Food Technologies, demidovserg@mail.ru, т.: (812 7648161.
DRYING OF SUNFLOWER SEEDS BY INFRA-RED RADIATION
(reviewed)
The experimental research of the process of sunflower seeds drying by infra-red radiation with the allocated wavelength has been spent. The equation of time of process of drying of sunflower seeds on a teflon tape from an initial moisture content to a final moisture content of 7 % depending on technological and design data has been received.
Key words: drying, an experimental research, infra-red radiation, sunflower seeds.
Специфические свойства семян подсолнечника как объекта сушки - неоднородность структуры семячки (наличие ядра, плодовой и семенной оболочек), естественная неоднородность семян по размерам, массе и влажности, низкая прочность плодовой оболочки, влагоинерционность, низкая теплопроводность, термолабильность белковой и липидной частей семени - предъявляют особые требования к способу сушки и к конструкции сушильных устройств [1-4].
Стойкость семян подсолнечника в процессе хранения зависит от целостности его структуры. Нарушение целостности оболочки, являющейся механической защитой от действия микроорганизмов, снижает устойчивость семенной массы, при хранении органическая сорная примесь обладает большой гигроскопичностью. При хранении в одних и тех же условиях влажность
органической примеси почти в 2 раза выше семян подсолнечника. Сорная примесь способствует размножению и росту микроорганизмов, что приведет к ускорению самосогревания семян.
Неоднородность семячки - наличие высокобелкового ядра, прочно удерживающего влагу, и плодовой оболочки (лузги), легко теряющей влагу, - требует создания таких условий сушки, при которых будет происходить интенсивное удаление слабо связанной поверхностной влаги из капиллярно-пористой оболочки и перемещение прочно связанной влаги в коллоидном ядре к поверхности семячки при условии, чтобы семянная оболочка была влажная, капилляры пор были открытыми при перемещении влаги из ядра к поверхности семянной оболочки [5, 6].
Цель данного этапа работы - исследовать зависимость времени процесса сушки семян подсолнечника на тефлоновой ленте ИК-излучением до конечного влагосодержания 7% от толщины слоя семян подсолнечника, плотности теплового потока, расстояния от ИК-излучателя до слоя семян подсолнечника и их начального влагосодержания.
Для исследования процесса сушки семян подсолнечника был разработан экспериментальный стенд (рис. 1).
В качестве генераторов ИК-излучения применены линейные кварцевые излучатели диаметром
0.012 м с функциональной керамической оболочкой. ИК-излучатели с отражателями установлены сверху относительно поддона с подложкой из тефлоновой ленты. Перемещение ИК-излучателей позволяет регулировать расстояние между инфракрасными излучателями и поддоном. Для регулировки плотности теплового потока, падающего на семена подсолнечника, меняются значения сопротивления нихромовой спирали ИК-излучателя.
Для измерения напряжения на клеммах ИК-излучателей в диапазоне 210-220В использовался вольтметр.
Для снятия температурных полей в слое, ядре семян подсолнечника использовались хромель-алюмелевые ТХА 9419-23 термопары градуировки ХА94 [7]. Погрешность измерения температуры не превышала ±1.5°С в диапазоне 0-100°С, ГОСТ Р 8.585-2001.
Измерение плотности теплового потока осуществлялось при помощи термоэлектрических датчиков плотности теплового потока ДТП 0924-Р-О-П-50-50-Ж-О [8].
Для автоматического измерения и регистрации температуры (°С), плотности теплового потока (Вт/м2) использовался измеритель теплопроводности многоканальный ИТ-2 [9] по 16 каналам при помощи подключаемых к прибору датчиков плотности теплового потока, хромель-алюмелевых ТХА (ХА94) термопар с последующей передачей данных на персональный компьютер. Результаты измерения через 30 с (в мВ, Вт/м2 или °С) записывались в файл и выводились на монитор ПК в виде таблицы.
Измерение температуры поверхности слоя семян подсолнечника производилось при помощи дистанционного неконтактного инфракрасного термометра Raytek MiniTemp МТ6.
Для измерения изменения массы семян подсолнечника в течение процесса сушки применялись весы GF-600. Погрешность измерения не превышала ±0.003 г.
Для измерения влагосодержания семян подсолнечника применялся анализатор влажности ЭЛВИЗ-2 [10]. Погрешность измерения не превышала ±0.1%.
Рис. 1. Экспериментальный стенд для исследования процессов тепловой обработки пищевых
продуктов
при ИК-энергоподводе: 1 - сушильная камера, 2 - термопары, 3 - датчики плотности теплового
потока,
4 - измеритель теплопроводности многоканальный ИТ -2, 5 - персональный компьютер
Эксперименты проводились по плану полного факторного эксперимента (ПФЭ) на трех уровнях типа 34 (табл. 1) на лабораторной установке.
Таблица 1 - Значения уровней изучаемых факторов ПФЭ
Обозна- чение Наименование факторов Уровень
нижний -1 основной -0 верхний +1
XI Высота слоя семян подсолнечника, мм 15 20 25
Х2 Расстояние от ИК-излучателя до слоя семян подсолнечника, мм 25 32.5 40
Х3 Плотность теплового потока ИК-излучения, кВт/м2 3,64 4,32 5
Х4 Начальное влагосодержание семян подсолнечника, % 14,1 16,5 18,9
Семена подсолнечника с влагосодержанием 14.1-18.9% подвергались ИК-обработке при переменных значениях факторов.
Математическая обработка экспериментальных данных позволила получить эмпирическую зависимость времени сушки семян подсолнечника на тефлоновой ленте до конечного влагосодержания 7% (У), обработанных ИК-излучением при действии выбранных факторов:
Y = -7247,55 + 12,79^ -20,3 5^Г2 +1656,67X3 +787^Г4 -11,85^^ --7,76.Л'] ,\ 4 + 1,8- 178^Гз^Г4 + 2,9Х1Х3ХЛ 1
Погрешность аппроксимации R зависимости Y = f(Xi, Х2, Х3, Х4) составила не менее 0.995.
Рис. 2. Зависимость времени сушки семян подсолнечника от начального влагосодержания 18.9%
2
до конечного влагосодержания 7% при плотности теплового потока ИК-излучателя 5 кВт/м
На рис. 2 представлен график зависимости времени сушки семян подсолнечника от
начального влагосодержания семян подсолнечника 18.9% при высоте слоя семян подсолнечника X1 = 15мм (кривая 1 и З), X1 = 25мм (кривая 2 и 4), расстоянии от ИК-излучателя до слоя семян подсолнечника X2 = 40мм (кривая 1 и 2), X2 = 25мм (кривая З и 4) и при плотности теплового потока
тт 2
ИК-излучателя X3 = 5 кВт/м2.
На рис. З представлен график зависимости времени сушки семян подсолнечника от
начального влагосодержания семян подсолнечника при высоте слоя семян подсолнечника X1 = 15 мм (кривая 1 и З), X1 = 25мм (кривая 2 и 4), расстоянии от ИК-излучателя до слоя семян подсолнечника
XX 2
Х2 = 25мм и при плотности теплового потока ИК-излучателя Х3 = З,64 кВт/м (кривая 1 и 2) и Х3 = 5кВт/м (кривая З и 4)
На рис. 4 представлен график зависимости времени сушки семян подсолнечника от
начального влагосодержания семян подсолнечника при высоте слоя семян подсолнечника X1 = 15 мм, расстоянии от ИК-излучателя до слоя семян подсолнечника Х2 = 25мм и при плотности теплового потока ИК-излучателя Х3 = 4,З2 кВт/м .
Проведенные экспериментально-аналитические исследования процесса сушки инфракрасными излучателями с выделенной длиной волны свежеубранных семян подсолнечника позволили рекомендовать рациональные режимы ведения процесса.
Дальнейшее изучение статики и кинетики процесса позволяет разработать адекватные физико-математическую и кинетическую модели, тепломассопереноса при инфракрасной сушке семян подсолнечника, рациональную конструкцию сушильной установки.
Рис. 3. Зависимость времени сушки семян подсолнечника от начального влагосодержания 18.9%
2
до конечного влагосодержания 7% при плотности теплового потока ИК-излучателя 3.64 кВт/м
* 12 iS 24 50 » 42 *»
ЛЗЕШ
Рис. 4. Зависимость времени сушки семян подсолнечника от начального влагосодержания до конечного влагосодержания 7% при плотности теплового потока ИК-излучателя 4.32 кВт/м2
Литература:
1. Голдовский А.М. Теоретические основы производства растительных масел. М.; Л., 1958. 446 с.
2. Щербаков В.Г. Химия и биохимия переработки масличных семян. М.: Пищевая промышленность, 1977. 162 с.
3. Лобанов В.Г., Шаззо А.Ю., Щербаков В.Г. Теоретические основы хранения и переработки семян подсолнечника. М.: Колос, 2002. 590 с.
4. Белобородов В.В., Вороненко Б.А. Массоперенос в твердых пористых телах. СПб., 1999. 146 с.
5. Устройство для инфракрасной сушки семян: пат. / Вороненко Б.А., Демидов С.Ф., Пеленко В.В., Демидов А.С., Усманов. №2010131602; заявл. 28.07.2010.
6. Способ инфракрасной сушки семян: пат. / Вороненко Б.А., Демидов С.Ф., Пеленко В.В., Демидов А.С. №2010131605; заявл. 28.07.2010.
7. Преобразователи термоэлектрические ТХА-9419: паспорт ДДТТТ 0.282.006 ПС: изготовитель ОАО НПП “Эталон” г. Омск.
8. Датчик плотности теплового потока ДТП 0924: паспорт: изготовитель ОАО НПП “Эталон” г. Омск.
9. Измеритель теплопроводности многоканальный ИТ-2: руководство по эксплуатации ДДТТТ 2.393.005 РЭ г. Омск.
10. Анализатор влажности “ЭЛВИЗ-2”. ЭЛ001.00.000-01ПС: паспорт.
References:
1. Goldovsky A. M. The theoretical basis of theproduction of vegetable oils. M., L., 1958. 446p.
2. Shcherbakov V. G. Chemistry andbiochemistry of oil-bearingseeds. M.: FoodIndustry, 1977. 162p.
3. Lobanov V. G., Shazzo A.Y., Shcherbakov V. G. Theoretical foundations of storage and processing of sunflower seeds. M.: Kolos, 2002. 590p.
4. Beloborodov V. V., Voronenko B. A. A Mass transport in solid porous bodies. SPb., 1999. 146p.
5. Infrared device for drying seeds: a stalemate. / Voronenko B. A.,Demidov S. F., Pelenco V. V., Demidov A. S., Usmanov. № 2010131602; appl. 07/28/2010.
6. The method of infrared drying of seeds: a stalemate. / Voronenko B. A., Demidov S. F., Pelenco V. V.,Demidov A. S. № 2010131605; appl. 07/28/2010.
7. Thermoelectric converters TXA-9419: Passport DDSH 0,282,006 PS: producer OAO NPP ”Etalon ”, Omsk.
8. The heat flux sensor crash 0924: Passport: producer OAO NPP 'Etalon”, Omsk.
9. Conductivity meter multi-channel IT-2: manual DDSH 2,393,005 RE Omsk.
10. Moisture Analyzer ”ELVIZ-2”. EL001.00.000-01PSpassport. 66.081.4
