ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF THE MAIN FACTORS ON THE EFFECTIVENESS OF DRYING VEGETABLE RAW MATERIALS
Rubrics: TECHNOLOGY OF FOOD STAFF PRODUCTION
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Department of Technological Machines and Equipment)
2.
Astrakhan State Technical University
(Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Technological Machines and Equipment)
3.
Astrakhan State Technical University
(Head of the Department of Technological Machines and Equipment)
Russian Federation
Russian Federation
Type:
Article
Pages:
from 97
to 101
Status:
Published
Received:
10.10.2014
Accepted:
15.10.2014
Published:
15.10.2014
Subject area:
UDK 664.8.047:536.24
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
Language:
Russian
Keywords:
drying equipment, processes and equipment for food production, spraying dryer, processing of fruit and vegetable raw materials
Abstract (English):
The results of complex experimental and analytical studies on the kinetics of drying while the processing of vegetable raw materials are presented. As experimental samples, the horticultural products: carrot (cultivar "Vitamins"); pumpkin (cultivar "Volga grey 92"); apple (cultivar"Antonovka") were taken. The experimental dryer, developed on the basis of the dryer Ezidri Snackmaker FD500 was used. The main factors affecting the efficiency of the drying process were the coolant temperature and the typical size (length of a cube side) of the product. The influence of the main factors on the efficiency of the process to the rational use of drying equipment for drying the vegetable raw materials is analysed. The numerical values of the efficiency of the drying process for the studied products are obtained. The approximal dependencies of the efficiency of drying on the affecting factors are determined. The results of the studies are necessary to improve the modern production on processing the vegetable raw materials and to produce the appropriate semi-products and final products with better consumer properties.
The results of complex experimental and analytical studies on the kinetics of drying while the processing of vegetable raw materials are presented. As experimental samples, the horticultural products: carrot (cultivar "Vitamins"); pumpkin (cultivar "Volga grey 92"); apple (cultivar"Antonovka") were taken. The experimental dryer, developed on the basis of the dryer Ezidri Snackmaker FD500 was used. The main factors affecting the efficiency of the drying process were the coolant temperature and the typical size (length of a cube side) of the product. The influence of the main factors on the efficiency of the process to the rational use of drying equipment for drying the vegetable raw materials is analysed. The numerical values of the efficiency of the drying process for the studied products are obtained. The approximal dependencies of the efficiency of drying on the affecting factors are determined. The results of the studies are necessary to improve the modern production on processing the vegetable raw materials and to produce the appropriate semi-products and final products with better consumer properties.
Keywords:
drying equipment, processes and equipment for food production, spraying dryer, processing of fruit and vegetable raw materials
drying equipment, processes and equipment for food production, spraying dryer, processing of fruit and vegetable raw materials
Введение Анализ современного состояния и перспектив развития производств кусковых и порошковых форм сухих плодоовощных продуктов доказал высокую рентабельность налаживания их выпуска. Актуальной научно-технической задачей в настоящее время являются рационализация и интенсификация процесса сушки плодоовощных продуктов и полуфабрикатов для эффективной переработки сырья на предприятиях малой и средней мощности. С целью рациональной эксплуатации сушильной техники для сушки сырья растительного происхождения нами был проведен комплекс экспериментально-аналитических исследований кинетики сушки и проанализировано влияние основных факторов на эффективность процесса. Планирование экспериментальных исследований В качестве экспериментальных образцов при изучении кинетики конвективной сушки продуктов растительного происхождения были использованы плодоовощные продукты: морковь (сорт «Витаминная»); тыква (сорт «Волжская серая 92»); яблоко (сорт «Антоновка»). Использовалась экспериментальная сушильная установка, разработанная на базе сушильного аппарата Ezidri Snackmaker FD500. В качестве основных факторов, влияющих на эффективность процесса сушки, были приняты температура теплоносителя Tс.а, К, и характерный размер (длина стороны кубика) продукта h, мм (табл. 1). Таблица 1 Факторы и уровни их варьирования Фактор Уровень Tс.а, К h, мм 1 343 3,0 2 353 4,5 3 363 6,0 Границы варьирования факторов (табл. 1) установлены с учетом технологических ограничений и возможностей технического осуществления процесса сушки. Скорость потока теплоносителя w, м/с, для фиксированных значений h устанавливалась на основании расчетов из условия существования псевдоожиженного слоя при порозности ε = 0,75. Остальные факторы приняты постоянными и установлены в результате расчетов и серии предварительных постановочных экспериментов. В качестве целевой функции целесообразно выбрать эффективность процесса, которая соответствует съему сухого продукта с единицы объема камеры в единицу времени П, кг/(м3·мин) [1]: (1) где mсух. прод - масса сухого продукта, кг, при конечной влажности Wк, кг/кг; Vсуш.камеры - рабочий объем сушильной камеры, м3; τс - экспериментальное время сушки, соответствующее достижению конечной влажности продукта Wк, мин. Конечная влажность Wк устанавливается в ходе дополнительно исследования гигроскопических характеристик объекта сушки, и для сырья растительного происхождения в среднем можно принять Wк = 0,05 кг/кг [2]. С учетом начальной Wн и конечной влажности Wк, кг/кг, где m нач. прод - начальная масса высушиваемого продукта, кг. При сушке в псевдоожиженном слое рабочий объем сушильной камеры с учетом порозности ε можно определить аналитически: , где Vнач. прод - начальный объем высушиваемого продукта, м3; ρнач. прод - начальная плотность высушиваемого продукта, м3/кг; ε - порозность. Порозность псевдоожиженного слоя для выполнения инженерных расчетов с достаточной точностью можно принять ε = 0,75 [3, 4]. После преобразований зависимость (1) принимает вид (2) где Сн - начальная концентрация сухих веществ в продукте, кг/кг; Ск - конечная концентрация сухих веществ в продукте, кг/кг. Результаты экспериментов В табл. 2 представлены численные значения эффективности процесса сушки для исследуемых продуктов, определенные по формуле (2). Таблица 2 Значения эффективности процесса сушки П, кг/(м3·мин) Tс.а, К h, мм Кубики из моркови (сорт «Витаминная») Кубики из яблока (сорт «Антоновка») Кубики из тыквы (сорт «Волжская серая 92») 343 3 1,397008 0,530663 0,456172 4,5 1,158494 0,409053 0,383599 6 1,010601 0,363602 0,337567 353 3 1,696366 0,560986 0,544463 4,5 1,397008 0,478891 0,468843 6 1,187456 0,409053 0,401866 363 3 2,159012 0,727205 0,675134 4,5 1,759195 0,613579 0,562612 6 1,397008 0,478891 0,456172 На основе данных табл. 2 получены аппроксимирующие зависимости эффективности сушки от влияющих факторов: (3) где aП, bП, cП, dП, eП, fП, gП, kП, lП - эмпирические коэффициенты (табл. 3). Таблица 3 Значения эмпирических коэффициентов функциональных зависимостей эффективности сушки Продукт Коэффициент Кубики из моркови (сорт «Витаминная») Кубики из яблока (сорт «Антоновка») Кубики из тыквы (сорт «Волжская серая 92») aП -57,071777777778 33,981111111111 17,042888888889 bП 0,295995 -0,491674333333 -0,240673 cП 0,000442094 0,001848666 0,000780532 dП 39704,0453333334 -25070,8857777779 -12259,6393333334 eП -209,934672666668 355,489918 170,288711 fП -0,265833884 -1,310712698 -0,539182072 gП -6883885,93755558 4618398,84800003 2205868,44933335 kП 36873,8139710003 -64296,0827466669 -30186,6497713335 fП 41,315425086999 233,08314538 93,791452935 Оценка достоверности аппроксимации R2 зависимости критерия оптимизации от варьируемых параметров для всех зависимостей не менее 0,95. Увеличение показателя степени параметров в полиноме не влияло на величину R2. Выбор рациональных режимов По уравнению (3) с помощью опции «maximize» в среде Mathcad Professional были определены рациональные значения варьируемых параметров и максимум искомой (целевой) функции П (табл. 4). Таблица 4 Рациональные значения варьируемых параметров и максимум целевой функции Продукт Параметр Кубики из моркови (сорт «Витаминная») Кубики из яблока (сорт «Антоновка») Кубики из тыквы (сорт «Волжская серая 92») П, кг/(м3·мин) 2,159012 0,727205 0,675134 h, мм 3 3 3 Tс.а, К 363 363 363 Рекомендованные рациональные режимные параметры позволяют использовать типовые конструкции сушильных установок для сушки сырья растительного происхождения. Заключение В ходе исследований эффективности процесса сушки были получены рациональные значения варьируемых параметров для эксплуатации сушильной техники при обезвоживании сырья растительного происхождения. Определены численные значения эффективности процесса сушки для исследуемых продуктов. Получены аппроксимирующие зависимости эффективности сушки от влияющих факторов. Полученные функциональные зависимости целесообразно использовать для расчета рациональных параметров процесса сушки при проектировании и эксплуатации сушильной техники для обезвоживания сырья растительного происхождения. Рекомендованные рациональные режимные параметры позволяют использовать типовые конструкции сушильных установок и управлять режимами. Обобщение результатов позволяет продолжить и развить экспериментальные исследования с целью определения эмпирических коэффициентов функциональных зависимостей для других перерабатываемых продуктов. Результаты исследований необходимы для налаживания современных производств по переработке сырья растительного происхождения и выпуска полноценных полуфабрикатов и конечной продукции с улучшенными потребительскими свойствами.
1. Aleksanyan I. Yu. Vysokointensivnaya sushka pischevyh produktov. Penosushka. Teoriya. Praktika. Modelirovanie / I. Yu. Aleksanyan, A. A. Buynov: monogr. Astrahan': Izd-vo AGTU, 2004. 380 s.
2. Maksimenko Yu. A. Termodinamika vnutrennego massoperenosa pri vzaimodeystvii plodoovoschnyh produktov s vodoy / Yu. A. Maksimenko // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un-ta. 2012. № 1 (53). S. 41-45.
3. Ginzburg A. S. Osnovy teorii i tehniki sushki pischevyh produktov / A. S. Ginzburg. M.: Pisch. prom-st', 1975. 527 s.
4. Lykov A. V. Teoriya sushki / A. V. Lykov. M.: Energiya, 1968. 471 s.
