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 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Разработка и создание новых ресурсосберегающих способов консервирования и эффективных усройств и аппаратов для тепловой стерилизации консервов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АХМЕДОВ Магомед Эминович

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ НОВЫХ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СПОСОБОВ КОНСЕРВИРОВАНИЯ И ЭФФЕКТИВНЫХ УСРОЙСТВ И АППАРАТОВ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ КОНСЕРВОВ

Специальность 05.18.12 – «Процессы и аппараты пищевых производств»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Махачкала – 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО Дагестанский государственный

технический университет

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Исмаилов Тагир Абдурашидович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Касьянов Геннадий Иванович
доктор технических наук, профессор Улумиев Адам Абакарович
доктор технических наук, профессор Гаджиев Серкер Шамилович
Ведущая организация: ГНОУ Краснодарский НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии

Защита состоится "____"__________2011года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.052.05 в ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», по адресу 367015, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70, ауд. 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет».

Автореферат разослан "____" _____________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. наук, доцент М.Н.Исламов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из важнейших проблем интенсификации пищевых производств является создание новых, более эффективных ресурсосберегающих и экологически безопасных способов, технологий и соответствующих аппаратов по переработке сельхозсырья. В этом плане стратегическим направлением Государственной Программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 гг., утвержденной постановлением Правительства РФ, является ускоренный переход к использованию новых высокопроизводительных и ресурсосберегающих технологий.

Однако используемые в пищевой промышленности способы консервирования, основанные на использовании тепловой стерилизации консервов, имеют существенные недостатки; они имеют значительную продолжительность тепловой обработки, что существенно ухудшает пищевую ценность готовой продукции по сравнению с исходным сырьем, а также требует значительных затрат тепловой энергии и воды.

Поэтому актуальная проблема создания новых, более эффективных, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологических процессов производства консервов требует разработки новых способов консервирования и эффективных устройств и аппаратов для стерилизации консервов. Решение этой проблемы связано с использованием высокотемпературного ротационного и пароконтактного нагрева и лучистой энергии, например, электромагнитных полей и излучений сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ). Такие способы консервирования позволяют более рационально использовать плодово-ягодное сырье, энергетические и материальные ресурсы, а также повысить качество готовой продукции.





Основными путями интенсификации процесса стерилизации, на наш взгляд, являются: применение высокотемпературных теплоносителей; вращение тары в процессе тепловой обработки; пароконтактный нагрев консервов в банках конденсирующимся паром; увеличение начальной среднеобъемной температуры консервов перед стерилизацией с использованием тепловых и физических факторов и процессов, а также совершенствование способов охлаждения консервов после тепловой стерилизации. Решению указанных проблем и посвящена данная диссертация.

Тема диссертационной работы соответствует приоритетным направлениям науки и техники и критическим технологиям, утвержденным Правительством РФ в 2002 г., развитию направлений, определенных приоритетным национальным проектом «Развитие агропромышленного комплекса», целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг. по направлению «Экологически безопасные ресурсосберегающие производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания» (Госконтракт № П 1577 от 10.09.2009 г.), и плану научных исследований в ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», финансируемому по госбюджету «Интенсификация технологических процессов пищевых производств» на 2009-2013гг.

Цель и задачи исследований. Цель данных исследований – разработка научных основ интенсификации процесса тепловой стерилизации консервов на основе новых способов консервирования и разработки эффективных устройств и аппаратов для стерилизации консервов с использованием пароконтактного и высокотемпературного ротационного нагрева, а также предварительного подогрева плодов и овощей в банках с использованием электромагнитного поля сверхвысокой частоты и тепловой энергии.

В соответствии с этой целью в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

– обосновать научную концепцию по созданию новых интенсивных экологически безопасных ресурсосберегающих способов консервирования, устройств и аппаратов для стерилизации консервов;

– разработать новые эффективные способы консервирования с использованием энергии СВЧ ЭМП;

– разработать конструкции устройств и аппаратов для тепловой стерилизации консервов с использованием высокотемпературного ротационного и пароконтактного нагрева;

– разработать математические модели исследуемых процессов для конкретизации и оптимизации параметров исследуемых процессов;

– установить оптимальные режимы стерилизации консервов с использованием пароконтактного и высокотемпературного ротационного нагрева и СВЧ энергии;

– разработать новые интенсивные способы охлаждения консервов после тепловой стерилизации;

– определить оптимальные частоты вращения тары при ротационной тепловой стерилизации;

– исследовать качественные показатели продуктов, полученных с использованием новых способов консервирования;

– разработать техническую документацию на новые способы консервирования с использованием традиционного тепла и СВЧ ЭМП;

– определить экономический эффект от внедрения предложенных способов консервирования на Буйнакском консервном заводе Республики Дагестан.

Научная концепция диссертационной работы заключается в решении проблемы по разработке экологически безопасных ресурсосберегающих производств и переработки сельскохозяйственного сырья на основе интенсификации процесса тепловой стерилизации консервов с использованием высокотемпературного ротационного и пароконтактного нагрева, повышения начальной среднеобъемной температуры консервов перед герметизацией с применением тепловой энергии, СВЧ ЭМП и эффективных способов охлаждения консервов после тепловой стерилизации.

Научная новизна. Разработаны теоретические и научно-технические принципы создания интенсивных технологий консервирования на основе комплексного использования высокотемпературного нагрева, вращения тары, интенсивных способов охлаждения, а также повышение начальной среднеобъемной температуры консервов с применением тепловой энергии и электромагнитного поля сверхвысокой частоты.

Предложены новые способы консервирования для различных консервов с использованием тепловой энергии и электромагнитного поля сверхвысокой частоты.

Разработаны новые способы воздушно-водоиспарительного охлаждения консервов после тепловой стерилизации в аппаратах непрерывного действия открытого типа с вращением тары и двухступенчатого охлаждения в автоклавах.

Разработаны и предложены новые конструкции устройств для предварительного подогрева плодов и овощей в таре перед стерилизацией:

– с использованием электромагнитного поля сверхвысокой частоты;

– с использованием нагретого воздуха;

– с использованием горячей воды.

Разработаны и предложены новые конструкции устройств и аппаратов для тепловой стерилизации консервов.

Разработаны математические модели:

– продолжительности процесса и скорости нагрева компотов в потоке нагретого воздуха с вращением тары;

– продолжительности процесса нагрева фруктовых натуральных соков в потоке нагретого воздуха с вращением тары;

– продолжительности ротационного охлаждения компотов и соков в потоке атмосферного воздуха;

– продолжительности ступенчатого воздушно-водоиспарительного ротационного охлаждения компотов и соков.

Новизна предлагаемых технических решений подтверждена 3 авторскими свидетельствами СССР и 403 патентами РФ на изобретения.

Практическая значимость работы заключается в разработке новых ресурсосберегающих способов консервирования и режимов стерилизации консервов, обеспечивающих сокращение продолжительности тепловой стерилизации до 25-30%, экономию тепловой энергии и воды до 20-30% и повышение качественных показателей готовой продукции.

Разработаны технические условия на производство консервов новыми способами консервирования: компот из абрикосов (ТУ 91 6311-001-2069504-06) и компот из яблок (ТУ 91 6311-002-2069504-06). Разработан и запатентован ряд устройств для предварительного подогрева плодов и овощей в таре и аппаратов для тепловой стерилизации консервов, и на их основе предложены новые интенсивные технологии производства различных консервов. Созданные аппарат для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов, устройство для предварительного подогрева плодов и овощей в банках и аппарат для ротационной стерилизации консервов в потоке нагретого воздуха экспонировались на выставках "Дагпродэкспо – 2006, 2008 и 2009" (г. Махачкала), где были удостоены золотых медалей.

В производственных условиях на Буйнакском консервном заводе апробированы новые способы консервирования, режимы тепловой стерилизации консервов и соответствующие устройства и аппараты.

На защиту выносятся следующие основные положения:

– концепция создания новых ресурсосберегающих экологически безопасных способов консервирования с использованием пароконтактного и высокотемпературного ротационного нагрева и ЭМП СВЧ;

– новые способы высокотемпературной ротационной стерилизации консервов в потоке нагретого воздуха с воздушным и воздушно-водоиспарительным охлаждением;

– новый способ производства консервов посредством пароконтактного нагрева консервов в таре конденсирующим паром;

– новые способы консервирования плодовоовощных консервов с предварительным подогревом плодов и овощей в таре: горячей водой; горячим сиропом; воздействием СВЧ ЭМП; нагретым воздухом;

– новые способы консервирования с использованием двухступенчатой СВЧ-обработки плодов, овощей в банках перед герметизацией;

– новые способы консервирования плодово-ягодных соков СВЧ-обработкой в банках перед герметизацией;

– новые способы воздушно-водоиспарительного охлаждения консервов в стеклянной таре;

– новые способы охлаждения консервов в стеклянной и жестяной таре после тепловой стерилизации в автоклавах;

– способы определения оптимальной скорости вращения банки при ротационной стерилизации;

– новые конструкции аппаратов и устройств для тепловой стерилизации консервов: аппарат для ротационной стерилизации консервов в потоке нагретого воздуха; аппарат для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов; аппарат для воздушно-водоиспарительного охлаждения консервов после тепловой стерилизации в стеклянной таре; устройство для пароконтактной стерилизации и хранения консервов; устройство для подготовки стеклотары перед наполнением; устройство для подогрева и пастеризации консервов в СВЧ-поле; устройство для подогрева плодов и овощей в банках горячей водой и устройство для подогрева плодов и овощей в банках горячим воздухом.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены в период с 1978 по 2010 гг. на 23 конференциях различного уровня, в том числе 15 Всесоюзных (Махачкала, 1981 г., 2008 г., 2008 г.; Саранск, 1982 г.; Ленинград, 1986 г., 1991 г.; Москва, 1983 г.,1988 г.; Киев, 1991 г., 1998 г.; Воронеж, 2000 г., 2004 г.; Ставрополь, 2001 г.; Нижний Новгород, 2006 г, Краснодар, 2008 г.), 8 конференциях с международным участием (С.-Петербург, 1996 г.; 2001 г.; 2007 г., Махачкала, 1999 г.; 2009 г., Воронеж, 2004 г., Москва, 2001 г., Краснодар 1998 г.), Междисциплинарном научном симпозиуме «Механизмы участия воды в биоэлектромагнитных эффектах» Дагестан–2010 и научно-технических конференциях преподавателей, сотрудников и студентов ДГТУ.

Публикации. Основные научные положения диссертации опубликованы в 2-х монографиях, 35 научных статьях в рекомендованных ВАК РФ журналах, 42 тезисах докладов на различных конференциях; получены 3 авторских свидетельства СССР и 403 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, состоящего из 613 источников, в т.ч. 46 иностранных авторов, и приложений. Работа изложена на 425 страницах машинописного текста и включает 127 рисунков и 33 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи, научная новизна и практическая ценность и положения, выносимые на защиту.

Исходной теоретической базой выполненных исследований явились труды известных ученых: Аминова М.С., Бабарина В.П., Болла Ч., Горенькова В.И., Мазохиной-Поршняковой Н.Н., Рогачева В.И., Рогова И.А., Флауменбаума Б.Л и других.

В первой главе проведен анализ состояния и перспектив развития теории и практики тепловой стерилизации консервов. Отмечается, что традиционные, используемые в практике консервной промышленности, способы тепловой стерилизации имеют ряд существенных недостатков.

Представлена краткая характеристика основных способов тепловой стерилизации с их критическим анализом.

Приведен аналитический обзор основных конструкций аппаратов для тепловой стерилизации консервов. Показано, что перспективными направлениями по совершенствованию технологий и аппаратов для тепловой стерилизации являются применение высокотемпературных теплоносителей, вращение тары в процессе тепловой обработки, повышение начальной среднеобъемной температуры консервов перед стерилизацией.

На основании проведенного критического анализа литературных источников и в соответствии с поставленной целью сформулированы основные задачи настоящего исследования.

Во второй главе представлены обобщенная схема экспериментальных исследований (рисунок 1), разработанные автором лабораторные установки, а также использованные методики исследований.

В работе использованы следующие методы исследования состава продуктов – содержание сахаров (ГОСТ 8756.13.87), сухих веществ (ГОСТ28561-90), витамина «С» – по стандартному методу (метод Девятина); сахарозы и общего количества сахара (ГОСТ 8856.23-70).

Изложены методики измерения температуры при ротационном нагреве и определения требуемой летальности режимов стерилизации.

При разработке конструкций новых устройств и аппаратов основным методом являлось стендовое моделирование на основе экспериментальных данных.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований по созданию интенсивных технологий тепловой стерилизации консервов с использованием вращения тары и нагрева в потоке воздуха с высокими температурами (120-150оС). Установлено, что вращение тары в процессе тепловой обработки обеспечивает интенсификацию процесса теплообмена. Выявлено наличие для различной тары и различных консервов определенных оптимальных частот вращения банок в процессе тепловой обработки. Разработаны способы определения оптимальной скорости вращения банки в процессе тепловой обработки. Сущность способа определения оптимальной скорости вращения заключается в том, что одновременно измеряют температуры в наименее и наиболее прогреваемых точках и по наименьшей разности температур между ними устанавливают оптимальную частоту вращения. Разработан также способ определения оптимальной скорости вращения по наименьшей разнице температур теплоносителя и продукта в наименее прогреваемой точке банок.

Результаты экспериментальных исследований прогреваемости компотов в стеклянной таре СКО 1-82-500 в потоке нагретого воздуха с различными параметрами и вращением тары с «донышка на крышку» представлены на рисунке 2.

Как видно из рисунка 2, с увеличением скорости воздушного потока в и его температуры tв, продолжительность процесса нагрева уменьшается, а скорость прогрева продукта увеличивается. Так, установлено, что продолжительность нагрева компота от начальной температуры tн=50оС до конечной tк=100оС составляет при температуре нагретого воздуха tв=120оС и скорости воздушного потока в=1,2м/с 38 минут. Увеличение скорости воздушного потока до в=2,75м/с, при неизменной ее температуре (tк=120оС), приводит к сокращению продолжительности процесса нагрева компота до 100оС, которая составляет при этих параметрах 29 минут. Дальнейшее увеличение скорости до в=4,75м/с, 6,5м/с и 8,5м/с также приводит к сокращению продолжительности процесса, которая составляет соответственно 23, 21 и 19 минут. Анализ кривых прогреваемости консервов «Компот из черешни» в банках СКО 1-82-500 с вращением тары в потоке нагретого воздуха показывает, что оптимальной является скорость воздушного потока в пределах 5-6 м/с, так как дальнейшее, даже существенное, увеличение скорости воздушного потока практически мало влияет на сокращение продолжительности процесса нагрева, что подтверждается данными по прогреваемости компотов и при других температурах и в другой таре, представленными в таблице 1.

Рисунок 2 – Кривые прогреваемости консервов «Компот из черешни» при вращении банки 1-82-500 с «донышка на крышку» с частотой n= 0,133с-1 при температурах нагретого воздуха а) 120оС; b)130оС; с)140оС; d) 150оС и различных скоростях воздушного потока: 1)в=8,5 м/с; 2) в=5,75м/с; 3) в=3,5м/с; 4) в=2,75м/с; 5) в=1,2м/с

Анализ экспериментальных данных и их обработка с использованием метода наименьших квадратов позволили получить уравнение для расчета продолжительности нагрева компота из черешни в потоке нагретого воздуха в зависимости от объема тары V, температуры воздуха tв и ее скорости в.

Полученное уравнение имеет вид:

, (1)

где Р1=2,9+0,038tв; Р2=33+0,6 tв; Р3=0,13+0,02 в; Р4=1,2+0,3ln(V+0,1).

Относительная погрешность при сопоставлении расчетных и опытных данных колеблется в пределах 5-8%.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

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.