CC BY
45
Розглянуто вдосконалення технологiчного обладнан-ня консервног промисловостi для виробництва порошко-вих напiвфабрикатiв. Шдвищено ефективтсть проце-су згущення фруктового пюре у роторному плiвковому апаратi до вм^ту сухих речовин (СР) 30-40 % за раху-нок турбулентного режиму теплоноыя в нагрiваль-нш оболонц апарата. Подальше досушування фрук-товог пасти вгдбуваеться у модертзованш вальцьовш 1Ч-сушарц до вм^ту 88-92 % СР
Ключовi слова: натвфабрикат, ттенсифтащя, роторно-плiвковий апарат, вальцьова 1Ч-сушарка, рос-
УДК 643.33:635.965.2
линний
Рассмотрено совершенствование технологического оборудования консервной промышленности для производства порошкообразных полуфабрикатов. Повышенная эффективность процесса концентрирования фруктового пюре в роторно-пленочном аппарате до содержания сухих веществ (СВ) 30-40 % за счет турбулентного режима теплоносителя в греющей рубашке аппарата. В дальнейшем досушивание фруктовой пасты осуществляется в модернизированной вальцовой ИК-сушилке до содержания 85-92 % СВ
Ключевые слова: полуфабрикат, интенсификация, роторный пленочный аппарат, вальцовая ИК-сушилка, растительный_... п_
|РО!: 10.15587/1729-4061.2015.394551
ВДОСКОНАЛЕННЯ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ПЛОДОЯГ1ДНИХ НАП1ВФАБРИКАТ1В
Л. В. Коптела
Доктор техычних наук, професор* О. £. Загорулько Кандидат техычних наук, доцент* А. М. Загорулько
Астрант*
*Кафедра процеав, апаралв та автоматизаци харчових виробництв Хармвський державний ушверситет харчування та торгiвлi вул. Клочмвська, 333, м. Хармв, УкраТна, 61051
1. Вступ
На сьогодт у зв'язку зi складним еколопчним станом в Укра1ш та шших бвропейських крашах зростае потреба в натвфабрикатах рослинного походження, зокрема з плодоовочево! сировини, що мштять значну юльюсть бюлопчно-активних речовин (БАР), мають приемний запах i зовшшнш вигляд, а також прода-ються за доступною цшою. Саме цi критерп е голов-ними чинниками тд час виробництва дано! продук-цп, що пiдвищуе попит у споживачiв. Особливо це стосуеться порошкових нашвфабрикаив на основi плодоягiдноi сировини, яю вимагають щадного режиму теплово! обробки з одночасною стерилiзацiею. Найважлившими технологiчними процесами пiд час виробництва фруктових порошюв iз плодоягiдноi сировини е на^вання пастоподiбного продукту, його концентрування та висушування до порошкоподiбно-го стану [1, 2].
На^вання пюреподiбних продуктiв, у яких тепло поширюеться головним чином за рахунок те-плопровщноси, до кипiння з подальшою концентра-цiею та контактним сушшням е складним технiчним завданням.
2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми
Для покращення перероблення рослинно! сировини передбачаеться здшснити технiчне переозброення шдприемств на основi оснащення ефективним i на-
дiйним обладнанням, яке мае високу продуктившсть, економiчнiсть та надiйнiсть, що дозволить значним чином виключити псування та втрати продукпв за рахунок короткотривалостi та низькотемпературних умов !хньо! термообробки з одночасною стерилiзацi-ею [3-5].
Шд час виробництва фруктових порошкiв мае мш-це концентрацiя пюре та союв у випарних апаратах, тсля чого здiйснюеться !хне сушiння в розпилюю-чих, барабанних або шших сушарках [6, 7].
Застосування роторно-плiвкового апарата (РПА) [8] у консервнш промисловостi для концентрування фруктових пюре з рослинно! сировини дозволяе значно штенсифжувати процес та здшснювати необ-хiдне концентрування продукту за один прохщ через апарат за тривалоси процесу в декiлька секунд до 30...60 % СР. У РПА практично вщсутш необоротш змши якiсних показникiв фруктових пюре, зберт-ються вiтамiни, знижуються енерговитрати на здшс-нення цього процесу. Процес випарювання цих про-дуктiв звичайно здшснюеться за залишкового тиску 8...21 кПа й температури 60...70 °С.
При цьому для подальшого досушування концен-тровано! сировини до вмiсту 85...92 % СР використо-вують вальцьовi сушарки, що мають контактний споиб сушiння. Принцип дп вальцьово! сушарки по-лягае в контактi попередньо концентровано! сировини з нагриою робочою поверхнею рифленого барабана. Швидюсть обертання барабана обираеться згщно з розрахунком, а саме сировина повинна сушитися за одне обертання робочого пристрою (барабана) [9, 10].
©
С.
Обiгрiв робочо1 поверхнi (барабана) досягаеть-ся поданням до внутршнього простору барабана нагргго1 пари пiд деяким тиском. Недолжом таких конструкцiй вальцьових сушарок е велика енерго- та металоемтсть за рахунок витрати енергii на перетво-рення рiдини в пару та постачання и до барабана, а також важюсть контролювання те мператури робочоi поверхнi барабана, що призводить до перегрiвання та тдгоряння сировини, тобто до зниження якост отри-маноi продукцii, а також втрат БАР.
1ншим перспективним апаратурним виршенням проблеми, пов'язаноi iз застосуванням РПА та сушарок для отримання фруктових порошюв, е вико-ристання РПА вертикального або горизонтального типу, що дозволяе одержувати концентрований продукт за один прохщ через апарат iз подальшiм досу-шуванням у вальцьовiй IЧ-сушарцi, яка мае низью металомiсткiсть, енергоемнiсть i невисокш темпера-турний режим процесу сушшня.
Пiд час концентрування у РПА вщбуваеться ш-тенсивно перемiшування фруктового пюре лопатями ротора i при цьому вiдбуваеться додаткове руйнуван-ня Иструктури.
А подальше застосування вальцьовоi 1Ч-сушарки для досушування концентрованоi сировини дозволяе замiнити кондуктивний споиб сушiння на об'емний за рахунок властивостей 1Ч-випромшювання, змен-шити енергоемтсть процесу сушiння, а утворен-ня в робочш камерi вимушеноi конвекцп дозволяе скасувати нерiвномiрнiсть температурного поля вщ IЧ-генераторiв. Низький температурний режим шд час проведення процесу сушшня (40...60 оС) дозволяе отримати порошкоподiбний напiвфабрикат високоi якостi [11].
3. Цшь та задачi дослщження
Проведет дослщження ставили за мету вдоско-налення технологiчного обладнання консервноi про-мисловостi для виробництва фруктових порошюв. Пiдвищено ефективнiсть процесiв згущення фруктового пюре у роторному плiвковому апарат до вмiсту сухих речовин (СР) 30-40 % за рахунок створення стшкого турбулентного режиму теплоноия в на-грiвальнiй оболонцi апарата. Подальше досушування фруктовоi пасти вщбуваеться у модернiзованiй вальцьовiй 1Ч-сушарщ до вмiсту 85-92 % СР. Запро-поноване обладнання дозволяе отримати порошко-подiбнi напiвфабрикати рослинного походження ви-сокоi якостi та значним вмштом бiологiчно активних речовин (БАР).
Для досягнення поставленоi мети вирiшувалися наступнi завдання:
- тдвищення ефективностi теплообмiну за рахунок створення турбулентного режиму в гртчий обо-лонцi РПА, що передае тепло;
- зменшення металоемносп РПА та як наслщок габаритно-вагових характеристик;
- зниження тривалостi процесу 1Ч-сушшня за рахунок вимушеноi конвекцп;
- тдвищення якосп готового продукту за рахунок м'якого обiгрiву, стерилiзацii та безпосередньоi подачi сировини на рифлену поверхню барабана 1Ч-сушарки.
4. Експериментальна установка роторного плiвкового апарату
Шд час дослвджень в якост основноi сировини для концентрування використовували: пюре з яблук, кизилу, глоду, та пасти виготовлет на '¿х основi. Основна сировина вiдповiдала вимогам джчих стандартiв i технiчних умов. В експериментах використовували натвфабрикати, яю готували за розробленою техно-лопчною схемою [3].
Для дослiдження процеив, якi вiдбуваються у РПА, було розроблено модель апарата та змонтовано експериментальну установку для И випробування. Зовнiшнiй вигляд установки наведено на рис. 1.
Рис. 1. Зовшшнш вигляд експериментальноТ установки РПА
Порiвняно з традицшними трубчастими випарни-ми апаратами даний роторний плiвковий апарат мае ряд штотних переваг: за однiеi i тiеi ж продуктивностi в роторному апарат знаходиться приблизно в 10 разiв менше вихiдного продукту; час обробки продукту в апарап не перевищуе декiлькох десяткiв секунд, що важливо не пльки для збереження харчовоi цiнностi сировини, але i його кольору; апарат працюе надшно i з високов'язкими продуктами; температурний режим можна регулювати в широких межах.
5. Удосконалення РПА з дослщженням процесу випарювання фруктового пюре з подальшим досушуванням у модершзованш вальцьовш IЧ-сушарцi
Для досягнення поставленоi мети та завдань досль дження в Харювському державному унiверситетi хар-чування та торгiвлi на кафедрi процесiв, апаратiв та
автоматизацп харчових виробництв розроблено лабо-раторну установку РПА та експериментальну установку вальцьово! 1Ч-сушарки, що дозволяють проводити дослiдження з можливих шляхiв iнтенсифiкацii даних апаратiв та процеив.
У результатi дослiджень проведених на РПА, доведено, що застосування шарнiрноi лопат значно ш-тенсифжуе процес теплообмiну в РПА, особливо для в'язких рщин, у результат утворення турбулiзацii пограничного шару, що штотно впливае на штенсив-шсть теплообмiну. Найчастiше нагрiвання роторних плiвкових апаратiв здiйснюеться за допомогою паро-водяноi оболонки, рiдже використовують електрона-грiвання за допомогою шнурових ТЕШв. В останньо-му випадку для рiвномiрностi температурного поля робочоi поверхш апарата, особливо пiд час плiвковоi течii, доцiльно застосувати промiжний теплоносш (кремнiйорганiчну рiдину). Обидва способи на^ван-ня засвiдчують хорошi показники тд час концентрацii пюреподiбноi рослинноi сировини.
Для досягнення вищих показникiв дощльно застосувати збiльшення швидкостi гарячого теплоноия в оболонцi, що рухаеться в протитечп по вузьких юль-цевих каналах.
Поставлене завдання вирiшуеться шляхом ство-рення стiйкого турбулентного режиму по обидва боки поверхш апарата, що передае тепло, зменшення зони на^вання апарата, полшшення якостi продукту, що обробляеться, i рiзкого зниження металомiсткостi, а отже, i вартостi таких апаратв.
На рис. 2 показано установку роторного плiвкового апарата з циркуляцшним насосом та емнiстю для те-плоносiя [12].
Запропонована установка складаеться з корпуса роторного випарника 1, тепловоi оболонки 2 зi штуцерами введення та виведення теплоноая, штуцерами входу 3 i виходу 4 продукту, штуцером виходу вто-ринноi пари 5, сепаратора 6, привщного шкiва 7, ротора 8, що оснащений системою шаршрних лопатей 9, емност з теном 10, системою герметизацп обертового вала 11, розпод^ьного кiльця 12 та циркуляцшного насоса 13.
Робота конструкцii полягае в наступному. Продукт, наприклад, плодоовочеве пюре подаеться в штуцер уведення, розташований у верхнш частинi корпуса 1 i формуеться в розподiльному юльщ 12 у виглядi рщин-ноi плiвки на поверхнi теплообмiну, що визначаеться межами поверхш оболонки теплообмшу 2. На^вання здiйснюеться подачею за допомогою циркуляцшного насоса 13 в оболонку 2 попередньо нагриого в емност з теном 13 промiжного теплоноая кремнiйорганiчноi рiдини ПФМС-4, яка рухаеться тд тиском по вузьких юльцевих каналах оболонки, що ^е, у протитечii до продукту. Ротор 8 оснащений системою герметизацп обертового вала 11 iз закршленими на ньому шар-нiрними лопатями 9, яю перемiщують тонку плiвку продукту до вивантажувального патрубка 4, розташо-ваного внизу апарата.
Експериментально дослвджено специфiчнi особли-востi випарювання пюре з використанням яблук, кизилу та глоду ввд 10...15 % до 30...32 % сухих речовин у РПА. Вивчено режими роботи апарата тд час кон-центрування фруктових пюре. Як вихщний параметр обрано ступшь розподiлу продукту К^кон^вих, де
Vк0н, Vвих - об'еми концентрату фруктового пюре та вихщного фруктового пюре ввдповвдно (рис. 3).
Рис. 2. Установка роторного плiвкового апарата: 1 — корпус апарата; 2 — теплова оболонка; 3 — патрубок входу продукту; 4 — патрубок виходу продукту; 5 — вихщ вторинноТ пари; 6 — сепаратор; 7 — привщний шюв; 8 — вал ротора; 9 — шаршрна лопать; 10 — емжсть iз тенами; 11 — пщшипниковий вузол; 12 — розподтьне ктьце; 13 — циркуляцшний насос
При невеликих витратах (^=0,2...0,6 мл/с) апа-рат працюе з недовантаженням при м^мальних товщинах рщинних плiвок, вiдбуваеться майже повне видалення вологи i продукт пригоряе до поверхш теплообмшу. В област тдвищених витрат (W=2,0...2,5 мл/с) процес йде нестабшьно i фактично вщбуваеться нагрiвання продукту з мжмальним сту-пенем випару. Найбiльш стаб^ьне видалення вологи з вихiдного продукту вщбуваеться в середнiй областi (W=0,8...1,8 мл/с), де швидкiсть змiни вихвдного параметра максимальна.
Р ис. 3. Залежнють коефiцieнта розподiлу продукту вiд витрати продукту W при р=15 кПа: ◊ - t=60 °С; □ - t=70 °С; о - t=80 °С
Експериментальт залежносп K(W) з точнiстю 3 % апроксимуються регресивною залежнiстю:
K = a0 + at(W - xo)+a2(W - x0)3 + a3(W - x0)5
(1)
де x0=1,38 - точка перегину функцп K(W); а0, а1, а2, а3, - коефiцieнти рiвняння.
Визначено ращональт межi поверхневого наванта-ження 0,044...0,122 кг/(м2с) для концентрування фруктових паст в РПА.
В основу штенсифжацп вальцьово! сушарки за-пропоновано замiну кондуктивного способу сушшня на об'емний за рахунок використання як агента сушшня 1Ч-випромшювання, що дозволяе проводити процес сушшня за низьких температурних режимiв з одночасною стерилiзацiею, тобто такий споиб е бiльш економним [13, 14].
На рис. 4 наведено експериментальну установку вальцьово! 1Ч-сушарки.
Робота апарата полягае в наступному. Пасто-подiбний продукт, наприклад, плодово-ягiдна паста з вмштом 26...30 % сухих речовин надходить у цилшдричну 1Ч-сушарку установлену на опорi 1, через нагттальний шнек 4 iз прямокутною цавкою безпосередньо на рифлену поверхню барабана 2, що рухаеться проти годинниково! строки. Притискним пристрiй 5 iз попружною пластиною забезпечую по-трiбну товщину шару сировини. Пiд час обертання рифленого барабана вщбуваеться сушiння пасти 1Ч-випромшюванням з обдуванням сировини повь трям проти руху барабану з нагттаючого вентилятора 6, що створюе вимушену конвенцiею, у нижнш частини робочо! камери змонтовано захисний ек-ран 7, що захищае IЧ-випромiнювачi вiд попадання на них сировини та створюе в нижнш частит 1Ч-су-шарки зону досушування [15].
Рис. 4. Експериментальна установка вальцьовоТ 1Ч-сушарки: 1 — опора; 2 — рифлений барабан; 3 — 1Ч-випромшювач1; 4 — нагштальний шнек ¡з прямокутною цавкою; 5 — притискний пристрш ¡з пщпружинною пластиною; 6 — нагштальний вентилятор; 7 — захисний екран; 8 — зр1зувальш нож1; 9 — патрубок вщведення пари; 10 — накопичувальна емшсть
Шд час на^вання продукту волога з нього ви-паровуеться й пара з робочо! камери вiдводиться за допомогою патрубка 9, висушена сировина зрiзаеться з рифлено! поверхнi барабана зрiзувальними ножами 8. Порошкоподiбний продукт тсля теплово! об-робки вивантажуеться з робочо! камери сушарки до накопичувально! емностi 10.
6. Переваги удосконаленого РПА та модершзовано!' вальцьово!' 1Ч-сушарки
Проведеними дослiдженнями доведено переваги використання запропонованих винаходiв з штенсифь кацп апаратiв полягають у наступному:
- тдвищення ефективностi теплообмiну за рахунок створення стшкого турбулентного режиму в грт-чий оболонщ РПА, що передае тепло;
- зменшення металоемностi РПА та як наслщок габаритно-вагових характеристик;
- для концентрування фруктових паст вщ 10...15 % до 30...32 % сухих речовин у РПА визначеш ращональ-нi межi поверхневого навантаження, якi дорiвнюють 0,044...0,122 кг/(м^с).
- зниження тривалостi процесу сушiння за рахунок вимушено! конвекцiï;
- пiдвищення якостi готового продукту за рахунок м'якого обiгрiву, стерилiзацiï та безпосередньоï подачi сировини на рифлену поверхню барабана 1Ч-сушарки.
7. Висновки
Проведет дослщження з вдосконалення техно-логiчного обладнання консервноï промисловостi для виробництва фруктових порошюв. Пiдвищено ефек-тивтсть процесу згущення фруктового пюре у роторному плiвковому апарат до вмiсту сухих речовин (СР) 30-40 % за рахунок створення стшкого турбулентного режиму теплоноая в на^вальнш оболон-щ апарата. Подальше досушування фрук-товоï пасти вiдбуваеться у модернiзованiй вальцьовш 1Ч-сушарщ до вмiсту 85...92 % СР. Запропоноване обладнання дозволяе отримати порошкоподiбнi натвфабрика-ти рослинного походження високоï якостi та значним вмктом бiологiчно активних речовин (БАР).
Запропонована штенсифжащя апара-тiв передбачае:
- тдвищення ефективност теплооб-мiну за рахунок створення турбулентного режиму в гртчий оболонщ РПА, що пере-дае тепло;
- зменшення металоемност РПА та як наслщок габаритно-вагових характеристик;
- зниження тривалост процесу 1Ч-су-шшня за рахунок вимушеноï конвекцiï;
- тдвищення якост готового продукту за рахунок м'якого обiгрiву, стерилiза-цiï та безпосередньоï подачi сировини на рифлену поверхню барабана 1Ч-сушарки.
Таким чином саме щ дослщження дозволяють модернiзувати iснуюче обладнання консервних ви-робництв Í3 переробки рослинно! сировини у ви-сокоякiснi порошковi нашвфабрикати 3Í значним
вмiстом бiологiчно активних речовин, як можуть бути використаш майже в усiх харчових виробни-цтвах, фармакологii як домiшки та в натуральному виглядь
Лiтература
1. Шаззо, Р. И. Продукты детского питания из растительного и мясного сырья инфракрасной сушки. Хранение и переработка сельхозсырья [Текст] / Р. И. Шаззо, Г. П. Овчарова. - 2005. - № 1. - С. 50-52.
2. Магомедов, М. Г. Технология получения порошкообразного полуфабриката из сахарной свеклы [Текст] / М. Г. Магомедов // Известия вузов. Пищевая технология. - 2014. - № 1. - С. 54-57.
3. Вертяков, Ф. Н. Новая технология производства пюреобразных фруктовых концентратов [Текст]: матер. IV межд. на-уч.-прак. конф. / Ф.Н. Вертяков, А.Н. Остриков, Г.О. Магомедов // Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг: Орловский гос. технич. ун-т. - Орел: ОрелГТУ, 2007. - С. 467-468.
4. Остриков, А. Н. Выявление рациональных режимов концентрирования плодовых, ягодных и овощных пюре [Текст]: матер. межд. науч.-прак. конф. / А. Н. Остриков, Ф. Н. Вертяков, А. Н. Веретенников, Д. А. Синюков // Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство. - Воронеж. гос. технол. акад., Воронеж, 2008. - 464 с.
5. Остриков, А. Н. Исследование кинетики процесса выпаривания фруктовых пюре в условиях вакуума [Текст] / А. Н. Остриков, Ф.Н. Вертяков, А. Н. Веретенников, Д. А. Синюков // Нива Поволжья. - 2008. - № 3 (8). - С. 78-81.
6. Василинец, И. М. Роторные пленочные аппараты в пищевой промышленности [Текст] / И. М. Василинец, А. Г. Сабуров. -М.: Агропромиздат, 1989. - 136 с.
7. Лебедев, П. Д. Расчет и проектирование сушильных установок [Текст] / П. Д. Лебедев. - М. : Государственное энергетическое издание, 1963. - 320 с.
8. Черевко, А. И. Прогрессивные процессы концентрирования нетрадиционного плодоовощного сырья [Текст]: монография / А. И. Черевко, Л. В. Киптелая, В. М. Михайлов, А. Е. Зарогулько. - Харьк. гос. ун-тет пит. и торг. - Х. : ХГУПТ, 2009. - 241 с.
9. Kolesnichenko, S. L. Solving the problem of achieving the food safety of population on the example of prepared apple sauce [Текст]: VII Mezinarodní vedecko-prakticka conference / S. L. Kolesnichenko, N. Y. Sapozhnikova // Aktualní vymozenosti vedy. - Praha, 2011. - P. 77-80.
10. Касаткин, В. В. Сушка термолабильных материалов на установках непрерывного действия [Текст] / В. В. Касаткин, И. Ш. Шумилова // Пищевая промышленность. - 2006. - № 10. - С. 12-13.
11. Алексанян, И. Ю. Высокоинтенсивная сушка пищевых продуктов. Пеносушка. Теория. Практика. Моделирование [Текст]: монография / И. Ю. Алексанян, А. А. Буйнов. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2004. - 380 с.
12. Пат. 75479 Украша, МПК В0Ш 1/22. Роторний випарник [Текст] / Черевко О. I., Кштела Л. В., Загорулько О. 6., Постоль-шк Д. В., Загорулько А. М. - заявник i патентовласник Харк. держ. ун-т харч. та торг. - № u201201439; заявл. 13.02.2012; Опубл. 10.12. 2012, Бюл. № 23. - 4 с.
13. Гинзбург, А. С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности [Текст] / А. С. Гинзбург. - М.: Пищевая промышленность, 1966. - 408 с.
14. Киптелая, Л. В. ИК-сушка плодоягодного сырья [Текст] / Л. В. Киптелая, А. Н. Загорулько // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия Процессы и аппараты пищевых производств. - 2014. - Вып. 2. - С. 80-86.
15. Пат. 90048 Украша, МПК А23В 7/028. Вальцьова 1Ч-сушарка для сушшня плодово-ягщних паст [Текст] / Черевко О. I., Кштела Л. В., Загорулько О. 6., Загорулько А. М., Шустов А. В., Товпига Д. А. - заявник i патентовласник Харк. держ. ун-т харч. та торг. - № u201314422; заявл. 09.12.2013; опубл. 12.05.2014, Бюл. № 9. - 4 с.
