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 |

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ пшеничной МУКИ В поле СВЕРХВЫСОКОЙ

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СЕМЁНОВА ОЛЬГА ЛЕОНИДОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА

ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ пшеничной МУКИ

В поле СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Специальность 05.20.02 – электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск – 2012

Работа выполнена на кафедре «Технологии и оборудование пищевых и перерабатывающих производств» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Касаткин Владимир Вениаминович

Официальные оппоненты: Аипов Рустам Сагитович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электрические машины и электрооборудование» ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ Лаврова Лариса Юрьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Процессы и аппараты химической технологии» ФГАОУ ВПО УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Ведущая организация – ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Защита состоится 29 марта 2012 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета КМ220.030.02 в ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, д.9, ауд. 3–201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА

Автореферат разослан 28 февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Литвинюк Надежда Юрьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность темы. В 2008…2010 годы в северном Казахстане, а также в близлежащих областях Российской Федерации в летний период наблюдалась крайне засушливая погода, характеризующаяся низким уровнем осадков. Зерно, собранное в период засухи или поврежденное суховеем, имеет особенности, которые необходимо учитывать при хранении и переработке. Суховейное зерно значительно отличается по своим свойствам от того, что собрано в период стабильных температурно–влажностных условий. Мука, полученная из суховейного зерна, содержит большее количество белкового азота и клейковины, характеризуется сниженной активностью протеиназ, а клейковина обладает повышенной упругостью и малой растяжимостью. Таким образом, муку, полученную из суховейного зерна, как правило, можно отнести к муке с пониженными хлебопекарными свойствами.

Для улучшения муки можно применять различные способы: внесение пищевых добавок, хлебопекарных улучшителей, биологически-активных добавок, физические методы обработки хлебопекарного сырья. Физические методы обработки (ультрафиолетовое, инфракрасное излучение, обработка в поле сверхвысокой частоты (СВЧ) и др.) являются наиболее перспективными направлениями в повышении качества пшеничной муки. Исследования по физическим способам обработки зерна и хлебопекарного сырья изложены в трудах Л.Я. Ауэрмана, А.С. Гинзбурга, Э.А. Исаковой, Т.Б. Цыгановой, Н.В. Цугленка, Г.И. Цугленок, Г.Г. Юсуповой и других авторов.



Одним из физических способов является обработка токами сверхвысокой частоты, которая нашла широкое применение в пищевой промышленности, в том числе для улучшения показателей качества зерна и продуктов его переработки.

Таким образом, учитывая вышеизложенное, актуальным является исследование влияния параметров СВЧ–обработки пшеничной муки, полученной из суховейного зерна на её качественные показатели, что позволит выпускать продукцию требуемого качества.

Целью настоящей работы является исследование процесса СВЧ–обработки пшеничной муки, полученной из суховейного зерна для улучшения показателей качества.

Задачи исследований:

- разработать и исследовать технологию обработки с применением СВЧ–поля на примере пшеничной муки, полученной из суховейного зерна на разработанной лабораторной установке периодического действия с СВЧ–энергоподводом;

- разработать математическую модель энергетических составляющих СВЧ–обработки пшеничной муки на установках периодического действия с СВЧ–энергоподводом;

- определить рациональные параметры СВЧ–обработки муки, полученной из суховейного зерна с целью улучшения её показателей качества;

- обосновать технико–экономическую эффективность разработанной технологии и оборудования.

Объект исследований: технологический процесс сверхвысокочастотной обработки пшеничной муки первого сорта, полученной из суховейного зерна, произрастающего в засушливых регионах Республики Казахстан и Российской Федерации.

Предмет исследований: экспериментальные и аналитические зависимости, характеризующие влияние параметров СВЧ–обработки на показатели качества пшеничной муки, полученной из суховейного зерна.

Информационную базу исследования составляют материалы научных конференций, научно-техническая литература, публикации зарубежных и отечественных изданий, нормативные документы по теме исследования.

Научная новизна:

- исследована и разработана технология обработки пшеничной муки, полученной из суховейного зерна в поле СВЧ с целью улучшения её качества;

- разработаны математические модели частных процессов СВЧ–обработки пшеничной муки. Получены аналитические зависимости параметров для условий процесса в электромагнитном поле СВЧ;

- обоснованы режимы работы установки с СВЧ–энергоподводом для обработки пшеничной муки, полученной из суховейного зерна в электромагнитном поле СВЧ.

Практическая ценность работы:

- разработана и испытана лабораторная установка периодического действия с СВЧ–энергоподводом, на основе которой может быть создана промышленная установка;

- разработан технологический процесс и получены аналитические зависимости, обеспечивающие рационализацию энергозатрат при СВЧ–обработки муки для улучшения её показателей качества;

- определены рациональные параметры СВЧ–обработки муки, полученной из суховейного зерна с целью улучшения её показателей качества.

На защиту вынесены следующие положения:

- технология обработки муки, полученной из суховейного зерна на установке с СВЧ–энергоподводом;

- механизмы обработки пшеничной муки в электромагнитном поле СВЧ и их математическое описание;

- закономерности электротермического воздействия на показатели качества пшеничной муки;

- технико-экономическая эффективность разработанной технологии.

Личный вклад автора. Модель, схемы, результаты численных и экспериментальных исследований, их анализ и интерпретация, представленные в диссертации, получены автором лично. Выбор приоритетных задач, направлений, методов исследования, формирование структуры и содержания работы выполнены при активном участии научного руководителя.

Макет установки периодического действия с СВЧ–энергоподводом, используемый при экспериментальных исследованиях, разработан коллективом кафедры «Транспорта и технологических машин» (Республиканское государственное казенное предприятие «Рудненский индустриальный институт», г. Рудный, Республика Казахстан) при активном участии автора.

Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 12 статей, в том числе основные положения работы доложены и одобрены: на научно-практических конференциях: «Качество продукции, технологий и образования», Магнитогорск, 2009, 2010, на VI научно–практической конференции с международным участием «Качество продукции, технологий и образования», Магнитогорск, 2011; на международных конференциях: «Роль стратегии индустриально–информационного развития Республики Казахстан в условиях глобализации. Проблемы и перспективы», Рудный, 2009; «Инновации в образовании и науке в условиях политической и экономической модернизации Казахстана», Рудный, 2011; на III этапе Евразийского экономического форума молодежи, г.Ижевск, 2011.

Объем и структура диссертации

Работа изложена на 154 листах основного текста, в своем составе имеет: титульный лист, содержание, введение, 5 разделов, в том числе 18 рисунков и 12 таблиц, общие выводы и рекомендации, список использованной литературы из 210 источников, в том числе 21 на иностранном языке и 15 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту диссертации, а также данные о научной новизне и практической ценности работы.

В первой главе «Современное состояние технологии и оборудования СВЧ-обработки пищевых материалов» рассмотрены существующие направления в улучшении качества пшеничной муки химическими, биологическими и физическими способами. Дан анализ технологий и оборудования для обработки продуктов в электромагнитном поле (ЭМП).

Проведенный анализ позволил установить:

- преимущество СВЧ–обработки над другими существующими способами

для повышения качества пшеничной муки;

- необходимость дальнейших исследований процесса СВЧ–обработки пшеничной муки, полученной из суховейного зерна;

- необходимость разработки технологии и оборудования для обработки пшеничной муки с использованием электромагнитного поля СВЧ.

Во второй главе «Обоснование технологии обработки пшеничной муки в поле сверхвысокой частоты с целью улучшения показателей качества» представлено теоретическое исследование процесса обработки в поле сверхвысокой частоты и приведено обоснование предполагаемого технологического процесса обработки пшеничной муки.

Установлена необходимость внесения изменений в традиционную технологию выработки муки и улучшать показатели качества пшеничной муки, полученной из суховейного зерна в поле сверхвысокой частоты после стадии контроля количественных и качественных характеристик в условиях производственной лаборатории (рисунок 1).

Для проведения экспериментальных исследований была взята мука первого сорта (контрольный образец) со следующими показателями (по средним значениям): влажность – 13,5 %; содержание белка – 15,17 %; белизна – 53,8 условных единиц по показаниям прибора Р3–БПЛ; зольность – 0,65 %; массовая доля сырой клейковины – 32,04 %, качество сырой клейковины – 38 условных единиц по показаниям прибора ИДК, растяжимость по линейке – 9 см, число падения – 405 с., кислотность муки –

- 2,8 . Лабораторные исследования проводились в производственно-технической лаборатории мельничного комплекса ТОО «Иргиз» (г. Рудный, Республика Казахстан).

 Схема предлагаемой технологии-2

Рисунок 1 - Схема предлагаемой технологии производства пшеничной муки

Исследования обработки пшеничной муки осуществляли на лабораторной установке с СВЧ–энергоподводом (рисунок 2), разработанной аспирантом. Электроэнергия от узла ввода 4 после включения установки подается в блок автоматики 5, который обеспечивает нормальные условия работы магнетрона 9 – защиту от перегрева, последовательность включения. Кроме этого энергия подается в накальный трансформатор 6. При этом включается вентилятор охлаждения магнетрона 8, и получают питание блок защиты 3 и блок управления 2. После прогрева катода магнетрона, задается необходимая толщина слоя муки с помощью экранирующей шиберной заслонки 13, включается привод транспортёра 14, происходит загрузка рабочей камеры 11 продуктом 12 при помощи транспортера 15 и на блоке 1 задается продолжительность обработки и удельная тепловая мощность СВЧ–энергоподвода. Процесс диэлектрического нагрева начинается после подачи напряжения на анодный трансформатор 7, высокое напряжение которого подается на СВЧ–генератор, при этом СВЧ–энергия подается в рабочую камеру 11, через диэлектрическую перегородку 10. При обработке производят измерение температуры образца электронным термометром 16 с термопарой. После окончания процесса обработки установка переходит в дежурный режим. При этом анодный трансформатор и привод отключаются. После обработки пшеничную муку охлаждают естественным путем до достижения температуры 20…22 °С, при которой проводят исследование показателей качества муки.





Для проведения эксперимента был выбран симметричный композиционный план Бокса второго порядка, состоящий из 14 опытов в трехкратной повторности. Расчеты и графическая интерпретация результатов реализации параметрических моделей проводились с использованием программного обеспечения MathCAD14, STATISTICA 6.1, Microsoft Excel 2007. Достоверность результатов подтверждалась критерием Фишера (F–критерий) при доверительной вероятности p = 0,95.

В соответствии со схемой проведения эксперимента предусматривалось изучение показателей качества пшеничной муки с помощью стандартизованных физико-химических методов исследований. Определение безопасности хлеба по показателю микробиологической устойчивости хлебных изделий к возбудителю картофельной болезни (Bacillus subtilis) осуществлялось проведением пробной выпечки хлеба в лабораторных условиях.

1 – блок задания параметров; 2 – блок управления; 3 – блок защиты; 4 – узел ввода;

5 – блок автоматики магнетрона; 6 – накальный трансформатор; 7 – анодный трансформатор; 8 – вентилятор охлаждения магнетрона; 9 – магнетрон; 10 – диэлектрическая перегородка;

11 – рабочая камера;12 – обрабатываемый продукт; 13 – экранирующая шиберная заслонка; 14 – привод транспортера; 15 – транспортёр; 16 – термометр

Рисунок 2 - Схема лабораторной установки с СВЧ-энергоподводом

В результате исследований выявлено, что показатели качества муки (yi) зависят от следующих параметров обработки в поле СВЧ: температуры нагрева муки, времени обработки, удельной тепловой мощности СВЧ–энергоподвода, толщины слоя муки при обработке в электромагнитном поле СВЧ:

, (1)

где Т – температура обработанного продукта, °С; Р – удельная тепловая мощность СВЧ-энергоподвода, кВт/м3; t – время воздействия СВЧ-поля, с; h – толщина слоя муки, мм.

В третьей главе «Теоретическое обоснование применения СВЧ-обработки для улучшения показателей качества пшеничной муки на установках периодического действия с СВЧ-энергоподводом» приведены результаты теоретических исследований обработки пшеничной муки, полученной из суховейного зерна в СВЧ–поле.

Для определения влияния параметров электромагнитного поля СВЧ на температуру пшеничной муки, общее количество тепла, подведенное в обрабатываемую пшеничную муку, Дж, вычисляется

, (2)

где Ро – мощность, Вт; n – эмпирический коэффициент, n =0,556·10-6 Ф/м; – действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости материала; – угол диэлектрических потерь, ; f – частота электромагнитного поля, Гц; Е – напряженность электрического поля, В/м; V – рабочий объём камеры, м3.

Удельную мощность СВЧ–обработки, кВт/м3, можно определить

. (3)

Глубина проникновения электромагнитного поля, м, рассчитывается, как

, (4)

где l - эмпирический коэффициент, l =9,55·107 м/с

При микроволновом воздействии на пшеничную муку в основном наблюдается перенос тепла, поэтому для характеристики данного процесса рассматривается система дифференциальных уравнений конвекционного теплообмена. Уравнение энергии для движущейся среды с учетом испарения влаги из материала и с внутренним источником тепла, имеет вид

, (5)

где - плотность муки, кг/м3; с – удельная теплоемкость пшеничной муки, Дж/(кг·C); – порозность пшеничной муки в слое; r – удельная теплота испарения, Дж/кг; – удельная поверхность, м2/м3; – доля испаренной влаги; – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·С); - оператор Лапласа, м-2; Nv – плотность мощности внутренних источников, Вт/м3.

Плотность внутренних источников тепла связана с местом подвода СВЧ – энергии к материалу. Плотность мощности определяется выражением

, (6)

где у - координата изменения толщины слоя муки, м.

, (7)

где NСВЧ – мощность СВЧ, Вт; F0 – площадь поперечного сечения, м2.

Для решения задачи теплопроводности по распределению температурного поля в слое муки, примем допущение, что слой пшеничной муки при обработке в электромагнитном поле будем считать одномерной бесконечной пластиной, которая геометрически ограничена по одной координате – толщине и соответственно, изменение температуры, происходит по одной координатной оси. Расчетная схема для решения задачи тепловодности по распределению температурного поля в слое муки представлена на рисунке 3.

Уравнение теплопроводности по распределению температурного поля в слое муки

, (8)

где F – площадь поверхности, м2; U – периметр поверхности обрабатываемого материала, м; k – удельная теплоотдача, Вт/(м2·С); ТС – температура в слое муки, С.

Рисунок 3 – Схема расчета задачи по распределению температурного поля в слое муки

Решением уравнения (8) будет служить

, (9)

где .

Учитывая граничные условия 0 y h, Т|y=0=TC, Т|y=h=TC

. (10)

При обработке в электромагнитном поле в квазистационарном случае и уравнения (10), уравнение (5) примет вид

, (11)

где и .

Решением уравнения (11), будет служить

, (12)

где А – начальная температура пшеничной муки, С.



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.