авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

СВЧ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЯИЦ В ПТИЦЕВОДЧЕСКИХ

-- [ Страница 1 ] --

Российская академия сельскохозяйственных наук

Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации

сельского хозяйства

На правах рукописи

БЕЛОВ Александр Анатольевич

СВЧ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЯИЦ

В ПТИЦЕВОДЧЕСКИХ ХОЗЯЙСТВАХ

Специальность

05.20.02 – электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2010

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель – доктор технических наук, доцент Михайлова Ольга Валентиновна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Воробьев Виктор Андреевич
кандидат технических наук Юферев Леонид Юрьевич
Ведущая организация – ФГОУ ВПО «Ижевская ГСХА»

Защита состоится « 21 » декабря 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.037.01 при ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» по адресу: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2, ВИЭСХ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства»

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2, ВИЭСХ

Факс: 170-51-01

Е-mail: viesh@dol.ru

Автореферат разослан « 16 » ноября 2010 г. и размещен на официальном сайте: http: http://viesh.ru « 16 » ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, Некрасов А.И.

доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В 2008 году промышленное производство яиц в России составило 28,6 млрд. штук, из них на жидкую переработку ушло 0,6 млрд. штук, на сухую - 1,5 млрд. штук. Производство куриных яиц в мире устойчиво увеличивается, при этом 4...6 % занимают некондиционные яйца (с низкой массой, с поврежденной скорлупой и нарушенной подскорлупной оболочкой, бой - при транспортировке). Выявлено, что при обработке яиц в птицеводческих хозяйствах наиболее рентабельным (67…72 %) является производство меланжа (пастеризованной яичной массы), однако его удельный вес в общей выручке от реализации яиц и яйцепродуктов – менее одного процента. Потребность в жидких яйцепродуктах составляет 132 тыс. тонн в год, из которых отечественные производители покрывают лишь 19 процентов. В Чувашской республике из некондиционных яиц производят только сухой яичный порошок, в объеме 150…200 кг в сутки, при энергетических затратах 1,42 Втч/г.





Рост производства меланжа в России сдерживается высокой энергоемкостью существующих систем пастеризации яичной массы. В настоящее время это процесс осуществляется при температуре 63…66­ °С в специальных теплообменниках под высоким давлением, при высоких энергетических затратах. Сложность заключается в технической реализации процесса пастеризации яичной массы, по причине коагуляции белка при температуре выше 42 °С.

Использование источников ультрафиолетового (УФ) излучения не обеспечивает необходимый уровень общего микробного числа (ОМЧ), так как стерилизуется только поверхность, а микроорганизмы, покрытые тонким внешним слоем, не прозрачным для УФ излучения, остаются жизнеспособными.

Поэтому разработка СВЧ установок для обработки яиц, позволяющих снизить потери продукции и энергетические затраты, является актуальной научной задачей.

Целью настоящей работы является разработка СВЧ установок для обработки яиц, обеспечивающих снижение энергетических затрат.

Основные научные задачи:

- разработать методику циклического воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты, обеспечивающую снижение энергетических затрат при обработке яиц;

- обосновать конструктивно-технологические параметры СВЧ установок для обработки яиц (производительность, удельную мощность и скорость нагрева сырья, значение напряженности электрического поля, удельные энергетические затраты);

- разработать, изготовить и испытать в производственных условиях СВЧ установки для обработки яиц;

- оценить технико-экономическую эффективность внедрения СВЧ установок для пастеризации яичной массы и варки яиц без воды.

Научная концепция решаемой задачи. На основе теории диэлектрического нагрева, а также учитывая объективно существующие закономерности кинетики процесса эндогенного нагрева сырья, решена научно-техническая задача – разработка СВЧ установок, обеспечивающих эффективные теплообменные процессы для получения вареного яйца и подавление жизнедеятельности вегетативных форм микроорганизмов в яичной массе за счет многократного циклического воздействия электромагнитных излучений.

Объектом исследования являются СВЧ установки для обработки яиц.

Научную новизну результатов исследования представляют:

- методика расчета и аналитические зависимости, позволяющие обосновать параметры СВЧ установки с дополнительной резонаторной камерой, обеспечивающей низкотемпературную пастеризацию яичной массы при сниженных энергетических затратах, за счет многократного циклического воздействия ЭМП высокой напряженности СВЧ диапазона, УФ лучей и охлаждения;

- методика расчета и аналитические зависимости для обоснования и реализации эффективных режимов функционирования многомодульной СВЧ установки туннельного типа для варки яиц без воды, обеспечивающей увеличение производительности и снижение энергетических затрат, путем регулирования скорости эндогенного нагрева в каждом объемном резонаторе и охлаждения;

- эффективные конструктивные параметры и режимы работы изготовленных СВЧ установок (патенты №2365323, №2371075, заявка на изобретение № 2010143035 - Способ и установка для низкотемпературной пастеризации жидких продуктов).

Достоверность основных положений и выводов подтверждена:

- экспериментальными исследованиями процесса обработки яиц и положительными результатами испытаний СВЧ установок в производственных условиях;

- протоколами лабораторий Федерального государственного учреждения здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в Чувашской Республике - Чувашия», Государственного учреждения «Чувашская республиканская ветеринарная лаборатория» Госветслужбы Чувашии и Федерального государственного учреждения «Чувашский центр стандартизации, метрологии и сертификации».

Практическую значимость представляют разработанные, изготовленные и испытанные в производственных условиях СВЧ установки для пастеризации яичной массы при низкой температуре; варки яиц без воды при сниженных энергетических затратах.

Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту:

1. Методика расчета и аналитические зависимости, позволяющие обосновать параметры СВЧ установки с дополнительной резонаторной камерой, обеспечивающей низкотемпературную пастеризацию яичной массы при сниженных энергетических затратах, за счет многократного циклического воздействия ЭМП высокой напряженности СВЧ диапазона, УФ лучей и охлаждения.

2. Методика расчета и аналитические зависимости для обоснования и реализации эффективных режимов функционирования многомодульной СВЧ установки туннельного типа для варки яиц без воды, обеспечивающей увеличение производительности и снижение энергетических затрат, путем регулирования скорости эндогенного нагрева в каждом объемном резонаторе и охлаждения.

3. Разработанные, изготовленные и испытанные в производственных условиях СВЧ установки для обработки яиц, рабочие режимы и комплекс конструктивно-технологических параметров, обеспечивающие проведение низкотемпературной пастеризации яичной массы и варку яиц без воды.

Методы исследования. Исследования проводились с использованием теорий: диэлектрического нагрева, теплообменных процессов, дифференциального и интегрального исчисления, а также графо-аналитических методов. При экспериментальных исследованиях применялся метод активного планирования трехфакторного эксперимента типа 23. Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием компьютерных программ.

Реализация результатов исследований. Разработка СВЧ установок для обработки яиц проводилась в соответствии с планом НИОКР ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА». В рамках тематического плана Министерства сельского хозяйства РФ по разделу «Био - нанотехнологий» (2008…2010 г.г.) по теме: «Интенсификация с.-х. технологических процессов воздействием электромагнитных излучений» разработано техническое задание. На основе гранта президента РФ для государственной поддержки молодых Российских ученых и их научных руководителей № МД- 5128. 2008. 08, а также гранта общероссийской общественной организации «Российское аграрное движение - РАД» изготовлены три СВЧ установки для обработки яиц. Исследования процесса обработки яиц осуществлялись в лаборатории «Электронанотехнология» ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА». Производственные испытания СВЧ установок для обработки яиц проводились в ГУП ЧР «Птицефабрика «Моргаушская», ООО «Чебоксарская макаронно-кондитерская фабрика «Вавилон». Результаты научных исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА», ГОУ ВПО «Марийский ГУ», ФГОУ ВПО «Казанский ГАУ», ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский ГАУ».

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены и обсуждены:

  • на всероссийских научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» (2006…2010 г.г.);
  • на международных научно-практических конференциях «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства», ГОУ ВПО «Марийский ГУ», Йошкар-Ола (2006…2009 г.г.);
  • на всероссийском смотре-конкурсе на лучшую научную работу по направлению «Агроинженерия», ФГОУ ВПО «МГАУ им. В.П. Горячкина», 2006 г.;
  • на всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди аспирантов и молодых ученых вузов по номинации «Технические науки», ФГОУ ВПО «Казанский ГАУ», 2008 г.;
  • на расширенном заседании отделов и лабораторий ГНУ ВИЭСХ, Москва, 26.05.2010 г.

Установки демонстрировались на III всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Роль молодых ученых в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» (ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА», Чебоксары, 22.03.2007г.); на республиканской научно-практической конференции «Наука в развитии села» (ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА», Чебоксары, 10.02.2009 г.).

Результаты диссертационных исследований были отмечены дипломами:

  • за участие в третьем туре всероссийского смотра-конкурса на лучшую научную работу по направлению «Агроинженерия» (МСХ РФ, Департамент научно-технологической политики и образования, 2006 г.);
  • за участие во втором этапе всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди аспирантов и молодых ученых вузов по Приволжскому федеральному округу по номинации «Технические науки» (ФГОУ ВПО «Казанский ГАУ», 2008 г.);
  • за второе место в республиканском конкурсе среди молодежи «Лучший бизнес-план инновационного проекта по созданию продуктов био - и наноиндустрии» (Министерство промышленности и энергетики Чувашской республики, 2008 г.);
  • лауреата конкурса «Лучший инновационный проект в сфере АПК», (РАД, 14.04.2010 г.);
  • за третье место во втором туре всероссийского конкурса научных работ аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений МСХ РФ Приволжского федерального округа по номинации «Технические науки» (ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 20.04.2010 г.).

Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 17 печатных работах, в том числе: в одной работе, опубликованной в ведущем журнале, рекомендованном ВАК, и двух патентах № 2365323, № 2371075.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 144 наименований, 12 приложений. Общий объем диссертации составляет 231 страницы, в том числе на 178 страницах изложен основной текст с 73 рисунками и 24 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, выделен объект исследований, а также приведены основные положения, выносимые на защиту. В ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» разработан способ варки яиц без воды, предусматривающий многократное циклическое воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты, ускоряющий процесс варки яиц в несколько раз, и для его реализации созданы разные типоразмеры СВЧ установок. Основываясь на существующий циклический способ воздействия, нами предлагается пастеризовать яичную массу в ЭМП высокой напряженности диапазона СВЧ с дополнительным воздействием бактерицидного потока УФ излучений и охлаждения, а также варить яйца в многомодульной СВЧ установке туннельного типа, позволяющей снизить энергетические затраты.

В первой главе «Состояние вопроса» проведен анализ ресурсов и объемов перерабатываемого сырья, анализ установок для обработки яиц; определены задачи исследований. Анализ и систематизация имеющихся литературных данных в области разработки технологического оборудования для переработки продукции птицеводства таких авторов, как: Третьяков Н.П., Воробьев В.А., Болтенков И.М., Дубровин А.В., а также в области электротехнологии - Бородин И.Ф., Гинзбург А.С., Кириллов Н.К., Корчагин Ю.В., Кудрявцев И.Ф., Стребков Д.С., Рудобашта С.П., Тарушкин В.И., Нетушил А.В., Башилов А.М., Лямцов А.К., Юферев Л.Ю., Новикова Г.В., Цугленок Н.В. и других, позволили решить задачу усовершенствования процесса обработки яиц, разработать конструктивные решения и выявить эффективные модели СВЧ установок.

Во второй главе «Теоретическое обоснование параметров СВЧ установок для обработки яиц» приведены: результаты теоретического обоснования процесса низкотемпературной пастеризации яичной массы, предусматривающего многократное циклическое воздействие ЭМП высокой напряженности СВЧ диапазона и УФ излучения и охлаждение; методика согласования конструктивно-технологических параметров установок с использованием энергии ЭМПСВЧ для обработки яиц, позволяющая обосновать напряженность электрического поля, определить количество циклов, продолжительность и мощность воздействия, скорость нагрева сырья. Достоинством СВЧ излучения при нагреве водосодержащего сырья является то, что воздействие осуществляется за счет тепловой энергии, выделяющейся в объеме самого микроорганизма. Корчагин Ю.В. (патент № 2161505) утверждает, что многие из них, имеющие защитные оболочки с высоким тепловым сопротивлением, оказываются беззащитными даже перед небольшим внутренним тепловыделением. В этом случае защитные оболочки микроорганизмов препятствуют отводу тепла из своего внутреннего объема. Опираясь на это положение, предполагаем, что во время многократного циклического воздействия энергии ЭМП высокой напряженности СВЧ диапазона происходит эндогенный нагрев и обезвоживание микроорганизмов, затормаживающие их развитие. В предлагаемой технологии эффект пастеризации яичной массы повышается еще дополнительным воздействием УФ излучения. Напряженность электрического поля должна быть достаточной для обеспечения равенства между поглощаемой микроорганизмом энергией и потерями энергии за счет теплопередачи с площади его поверхности. Это дает возможность провести пастеризацию яичной массы при температуре 30…32 °С, что ниже температуры коагуляции белка. Первая схема СВЧ установки для пастеризации яичной массы с использованием УФ (С) лучей представлена на рис. 1.

Нами теоретически обосновано, что для пастеризации яичной массы, напряженность электрического поля должна быть не менее 33,6 кВ/см, если превышение температуры в ней составляет 10…12 °С (рис. 3). С этой целью, в объемном резонаторе СВЧ генератора (мощностью 800…1000 Вт, с частотой 2450 МГц) установлена дополнительная резонаторная камера на уровне магнетрона так, что излучатель находится внутри нее (рис. 2). Причем, она заполнена фторопластом и изготовлена из неферромагнитного материала, объемом 0,5…1 литр. При таком объеме дополнительной резонаторной камеры, напряженность электрического поля будет составлять всего 14 кВ/см, поэтому превышение температуры в яичной массе на 10…12 °С можно достичь в двух и более последовательно расположенных генераторах. Через резонаторные камеры проложен диэлектрический трубопровод, содержащий за пределами дополнительной резонаторной камеры и СВЧ генератора, экранирующий трубопровод.

Внутри диэлектрического трубопровода транспортируется яичная масса. Так как продолжительность нагрева яичной массы, находящейся в дополнительной резонаторной камере всего 2…6 с, яичную массу можно перекачивать с помощью насоса многократно, чередуя эндогенный нагрев и охлаждение. Методика расчета и согласования конструктивно-технологических параметров СВЧ установок для обработки яиц приведена в табл. 1.



Pages:   || 2 | 3 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.