Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Консервування плодів та овочів дозволяє зберегти вирощений врожай, щоб використовувати його для харчування населення протягом року. Одним із основних способів консервування є сушіння. Технологія та обладнання сушіння постійно модернізуються на основі наукових розробок та досягнень виробництва.

Значний вклад у становлення і розвиток теорії та практики сушіння внесли О.В. Ликов, Г.К. Філоненко, М.О. Грішин, Ю.Л. Кавказов, П.Д. Лебедєв, П.О. Ребіндер, А.С. Гінзбург, М.Ф. Казанський, У. Льюїс, Т. Шервуд, А.А. Долінський, Б.М. Смольський, Ю.Ф. Снєжкін, І.М. Погожих, В.О. Потапов, О.Г. Бурдо, І.Ф. Малежик та інші.

Пріоритетними напрямками розвитку процесу сушіння у цей час є зниження собівартості конкурентоспроможної продукції шляхом створення гнучких технологій і сучасного обладнання та скорочення енергетичних витрат.

На сьогодні ринок України насичений багатьма видами сушеної продукції, більшість з якої (до 95%) імпортується з-за кордону, причому у багатьох випадках сумнівної якості. Це викликано тим, що вітчизняне виробництво сушених продуктів знаходиться в занепаді, а традиційні способи сушіння рослинної сировини, які використовувалися ще за радянських часів, є дуже енергоємними, довготривалими і не дозволяють одержати однорідний за якістю продукт. Тому актуальним є пошук і дослідження нових менш енергоємних способів сушіння, які дозволять отримати продукти високої якості. Одним з таких способів пропонується сушіння у відцентровому псевдозрідженому шарі (ВПЗШ). Він дозволяє скоротити тривалість і енергоємність процесу та підвищити якість продукції в порівнянні із сушінням у псевдозрідженому шарі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота за своєю тематикою відповідає Програмі Кабінету Міністрів України «Україна-2010» (проект 4 - «Технологічне та технічне поновлення виробництва»). Вона виконувалась відповідно до тематичних планів наукових досліджень кафедри обладнання харчових виробництв ДонНУЕТ у межах держбюджетної теми Д2007-5 «Дослідження тепло-, масообмінних процесів переробки харчових рослинних матеріалів» і спрямована на часткове вирішення науково-технічної проблеми з впровадження нової техніки в рамках цільової комплексної «Національної програми розробки і виробництва технологічних комплексів машин і устаткування сільського господарства, харчової та переробної промисловості», затвердженої Кабінетом Міністрів України 07.03.1996 р.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи є розробка і дослідження процесів сушіння рослинної сировини у ВПЗШ для підвищення енергоефективності процесу сушіння та обладнання і покращення якості готового продукту.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені наступні завдання:

- інформаційний огляд досліджень в області сушіння рослинної сировини;

- дослідження кінетики і динаміки процесу сушіння рослинної сировини у ВПЗШ;

- математичне моделювання руху частинок продукту у робочій камері сушильної установки;

- дослідження аеродинамічної обстановки у робочій камері сушильної установки;

- виявлення впливу робочих параметрів процесу на кінетику та тривалість сушіння, питомі енерговитрати і якість готового продукту;

- визначення раціональних параметрів процесу;

- розробка конструкції та методики інженерного розрахунку промислової сушарки з ВПЗШ;

- впровадження результатів дослідження на харчових підприємствах.

Об'єкт досліджень. Процес конвективного сушіння рослинної сировини.

Предмет досліджень. Динаміка та кінетика сушіння подрібненої рослинної сировини у ВПЗШ.

Методи досліджень. Аналітичний огляд інформаційних джерел, експериментальні методи дослідження на спеціально розробленому і виготовленому обладнанні з використанням стандартизованих контрольно-вимірювальних приладів та методик вимірювання, обробка результатів експериментальних досліджень за допомогою методів теорії сушіння, математичної статистики та теорії подібності, комп'ютерне моделювання аеродинамічної обстановки у робочій камері, моделювання руху частинок продукту у робочій камері за допомогою теорії класичної механіки та чисельних методів вирішення диференціальних рівнянь з використанням новітніх комп'ютерних технологій.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень процесу сушіння дрібнокускової рослинної сировини у ВПЗШ:

- вперше складено математичну модель руху частинки продукту, яку розв'язано за допомогою чисельних методів у математичній прикладній програмі;

- вперше досліджено аеродинаміку у робочій камері сушильної установки за допомогою методів комп'ютерного моделювання;

- отримано подальший розвиток представлення кінетики сушіння на основі кривих сушіння, швидкості сушіння, температурних кривих, кривих зміни числа Ребіндера;

- отримані нові дані про вплив робочих параметрів процесу сушіння (температури, швидкості повітря, розміру і форми частинок продукту, коефіцієнту заповнення сушильної камери) на інтенсивність сушіння картоплі та моркви;

- отримано математичну модель процесу сушіння картоплі та моркви з урахуванням робочих параметрів процесу за допомогою методів математичної статистики і теорії подібності;

- досліджено зміну хімічних показників картоплі і моркви в залежності від режиму сушіння;

- на основі показників якості готового продукту (кінцевого вологовмісту, коефіцієнту відновлення, вмісту вітамінів С, А) та енергетичних витрат обґрунтовані раціональні режими процесу сушіння картоплі та моркви.

Практичне значення одержаних результатів. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень процесу сушіння дрібнокускової рослинної сировини у ВПЗШ:

- запропоновано спосіб сушіння та розроблено конструкцію та методику інженерного розрахунку промислової сушарки;

- визначені раціональні режими процесу сушіння картоплі та моркви;

- новизна технічних рішень роботи захищена 2 деклараційними патентами України на корисну модель;

- результати роботи впроваджені у виробництво на АТВТ «Донецький завод «Продмаш» (акт від 21.11.2010), ТОВ «Фірма ВІ-ВА-ЛТД» (акт від 10.02.2011), ТОВ «Інноваційні технології плюс» (акт від 14.12.2010), ТОВ «ЗХР «Донецьк-Реактив» (акт від 10.11.2010).

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментальних досліджень, складанні та вирішенні математичної моделі руху частинок продукту у робочій камері сушильної установки, комп'ютерному моделюванні аеродинамічної обстановки в робочій камері сушильної установки, обробці та аналізі експериментальних даних, підготовці до публікації матеріалів досліджень, участі в розробці конструкції промислової сушарки та інженерної методики її розрахунку, здійснення заходів щодо впровадження отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення виконаних досліджень доповідалися, обговорювалися та були схвалені на наукових конференціях професорсько-викладацького складу ДонНУЕТ в 2007-2011 рр.; міжгалузевій міжнародній науково-практичній конференції «Харчові добавки. Харчування здорової та хворої людини» (м. Донецьк, ДонНУЕТ, 2007 р.); всеукраїнській науково-практичній конференції «Проблеми енергоефективності та якості в процесах сушіння харчової сировини» (м. Харків, ХДУХТ, 2008 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Техника и технология пищевых производств» (м. Могильов, 2007 р., 2008 р., 2010 р.); міжнародній науково-практичній конференції «Стратегічні напрямки розвитку підприємств харчових виробництв, ресторанного господарства і торгівлі», присвяченій 70-річчю з дня народження д-ра техн. наук, проф., чл.-кор. ВАСГНІЛ Бєляєва М.І. (м. Харків, ХДУХТ, 2008 р.); міжнародній науково-практичній конференції «Новітні технології, обладнання, безпека та якість харчових продуктів: сьогодення та перспективи» (м. Київ, НУХТ, 2010 р.); міжнародній науковій конференції «Вдосконалення процесів і обладнання харчових і хімічних виробництв» (м. Одеса, ОНАХТ, 2008 р., 2010 р.); всеукраїнській науково-практичній конференції «Прогресивна техніка та технології харчових виробництв, ресторанного господарства і торгівлі. Економічна стратегія і перспективи розвитку сфери торгівлі та послуг» (м. Харків, ХДУХТ, 2010 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Фундаментальні та прикладні проблеми сучасних технологій» (м. Тернопіль, ТНТУ ім. І. Пулюя, 2010 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 21 наукова праця, у тому числі 8 статей у наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України, 2 статті у наукових виданнях, 2 патенти України на корисну модель, 9 тез доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел, що включає 206 найменувань, та 4 додатків. Роботу викладено на 153 сторінках, включаючи 74 рисунки, 9 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету та завдання дослідження, наведено наукову новизну, практичне значення роботи та особистий внесок автора, представлена апробація дисертаційної роботи та її структура, подана кількість публікацій.

У першому розділі «Сучасний стан проблеми сушіння рослинної сировини» наведено загальну характеристику рослинної сировини як об'єкту сушіння, класифікацію рослинної сировини за технологічними ознаками, особливостями фізико-хімічного складу.

Аналіз рослинної сировини за різними класифікаційними ознаками та огляд вітчизняних і зарубіжних публікацій з відповідної проблематики дозволив сформулювати основні вимоги до процесу сушіння, які диктуються тенденціями розвитку сучасних ринкових відношень і проблемою забезпечення населення якісними харчовими продуктами з високими вмістом поживних речовин:

- вибір оптимальних параметрів процесу, які забезпечать високий рівень збереження поживних речовин у сушеному продукті, а також його високі органолептичні, структурно-механічні та технологічні властивості;

- використання енергоощадних технологій, які забезпечать конкурентоспроможність сушеної продукції;

- створення гнучких технологій і зручного в експлуатації обладнання, що дозволять швидко реагувати на попит того чи іншого виду продукції.

На основі сформульованих вимог проведений критичний огляд існуючих способів сушіння та відповідного обладнання, з якого можна зробити висновок, що за багатьма показниками спосіб сушіння у псевдозрідженому шарі є одним з найперспективніших. Аналіз цього способу дозволив намітити шляхи усунення ряду його недоліків та запропонувати новий спосіб сушіння у ВПЗШ.

Огляд існуючих методів аналітичного моделювання процесу сушіння дозволив обрати для узагальнення експериментальних даних з сушіння математичні моделі, які описують кінетику зміни середніх значень вологовмісту і температури продукту, а також теорію подібності.

У кінці розділу етапи досліджень сформульовані у вигляді структурно-логічної схеми. сушіння рослинна кінетика енергоефективність

У другому розділі «Теоретичне дослідження руху частинок продукту при сушінні у ВПЗШ» визначені три способи створення ВПЗШ: за рахунок сили тиску кільцевого потоку повітря, за рахунок поля відцентрових сил обертового барабана, за рахунок спільного впливу поля відцентрових сил обертового перфорованого барабана і сили тиску кільцевого потоку повітря.

Для кожного із зазначених способів складено і розв'язано математичну модель руху частинок продукту, яка базується на теорії класичної механіки. Рух частинки розглядався складеним з двох стадій: підйому разом з барабаном і падіння.

На рис. 1 наведені розрахункові схеми двох стадій руху частинки продукту при створенні ВПЗШ за рахунок спільного впливу поля відцентрових сил обертового барабану і сили тиску кільцевого потоку повітря, що був в результаті обраний для реалізації у промисловому масштабі.

А

Б

Рис. 1. Розрахункові схеми для складання математичних моделей руху частинки продукту у ВПЗШ: а - підйом частинки разом з барабаном; б - падіння частинки

На цих схемах Р - сила тиску кільцевого потоку повітря; F_тр - сила тертя ковзання; N - нормальна реакція поверхні барабана; G - вага частинки; G_n - нормальна складова ваги; G_и - дотична складова ваги; F_e - відцентрова сила інерції; F_к - сила Коріоліса; ц - кутова координата; щ_е - кутова швидкість обертання барабана; R - радіус барабана; ц₀ - кут відриву частинки; х₀, у₀ - координати точки відриву; х, у - поточні координати частинки; ц_к - кут початку ковзання частинки відносно барабана; ц_r - кутова координата відносного руху частинки.

Відповідно наведених схем складені системи диференціальних рівнянь руху частинки. Для стадії підйому частинки разом з барабаном у природних координатах система диференціальних рівнянь відносного руху частинки з урахуванням значень наведених на схемі сил приймає вигляд:

(1)

де f - коефіцієнт тертя ковзання; т - маса частинки; ф - час; щ_r - кутова швидкість відносного руху частинки; с_п - густина повітря; d - еквівалентний діаметр частинки; х_п - швидкість повітря; g - прискорення вільного падіння.

Для стадії падіння частинки у декартовій системі координат система диференціальних рівнянь має вигляд:

(2)

Отримані системи диференціальних рівнянь були розв'язані чисельним методом Рунге-Кутта п'ятого порядку, модифікованого Фейхсбергом, у математичній прикладній програмі.

Аналіз отриманих чисельних рішень системи (1) показав, що в залежності від значень констант рівнянь можна одержати чотири варіанти розв'язків, що відповідають чотирьом режимам руху, при яких частинка може:

- залишитися нерухомою;

- бути зсунута вздовж поверхні барабана на кут, менший за 90є, і скотитися назад;

- бути зсунута за кут 90є і впасти (робочий режим);

- безупинно обертатися, не відриваючись від поверхні барабана.

Встановлено, що для кожного конкретного випадку значень констант рівнянь за допомогою чисельних рішень складених математичних моделей з використанням методу послідовних наближень можна визначити значення керуючих параметрів (кутової швидкості обертання барабана і швидкості повітря), які є границями між чотирма вищевказаними режимами.

Графіки, які є чисельним рішенням диференціальних рівнянь руху частинки на першій стадії при робочому режимі, вдалося апроксимувати з великою точністю (коефіцієнти кореляції порядку 0,999) функціями:

; (3)

де А, Т - коефіцієнти, що залежать від значень констант системи рівнянь (1).

Складені математичні моделі добре узгоджуються з експериментальними даними та дозволяють використовувати їх для розрахунку режиму руху частинок продукту у промисловій сушарці.

У третьому розділі «Комп'ютерне моделювання аеродинаміки робочої камери при сушінні у ВПЗШ» здійснене моделювання течії повітря за допомогою пакету прикладних програм. Течія повітря моделювалася при різних параметрах: швидкості повітря на вході в камеру, розташуванні вихідного патрубка, відношенні висоти вхідного отвору і внутрішнього радіуса камери, шорсткості внутрішньої поверхні камери.

Як приклад, результати моделювання у вигляді ліній току та поля швидкості у фронтальній площині симетрії для оптимальної схеми розташування патрубків для входу і виходу повітря представлені на рис. 2.

Рис. 2. Графічне представлення чисельного рішення моделі руху повітря у робочій камері при вхідній швидкості 10 м/с і шорсткості стінок мкм: а - лінії току повітря; б - поле розподілу швидкостей повітря у площині симетрії камери

Аналіз чисельних рішень для обраної схеми розташування повітряних патрубків дозволив визначити, що при відношенні їх висоти до радіуса камери h_вх/R_к>0,52 потік повітря втрачає свою кільцеву робочу форму.

Результатами комп'ютерного моделювання аеродинаміки камери сушарки є оптимальне співвідношення розмірів камери та патрубків, а також їх відносне розміщення.

У четвертому розділі «Кінетика сушіння картоплі та моркви» наведена принципова схема (рис. 3) і опис експериментальної установки для сушіння у ВПЗШ.

Установка складається з наступних основних вузлів: сушильної камери, електродвигуна, осьового вентилятора, електрокалорифера, блоку живлення з вимірювальними приладами.

На установці проводилися дослідження в наступних діапазонах робочих параметрів: температура повітря 65-116єС, відносна вологість повітря 50-70 %, швидкість повітря 2,45-4 м/с, коефіцієнт заповнення сушильної камери 0,19-0,51, форма і розміри частинок продукту - кубики з ребром 5-10 мм, брусочки 5Ч5Ч10 мм.

Рис. 3. Принципова схема експериментальної установки для сушіння рослинної сировини у ВПЗШ: 1 - перфорований барабан; 2 - калорифер; 3 - вентилятор; 4 - термопари; 5 - анемометр; 6, 13 - ЛАТРи; 7 - потенціометр; 8 - U-образний манометр; 9 - продукт; 10 - електродвигун; 11 - сушильна камера; 12 - перемикач; 14 - змінний резистор

На рис. 4, 5 наведені криві сушіння і швидкості сушіння картоплі та моркви в залежності від температури повітря. Їх аналіз дозволяє виділити загальну тенденцію для сушіння у ВПЗШ - зміщення критичного вологовмісту в бік менших значень при підвищенні жорсткості режиму теплової обробки.

А

Б

Рис. 4. Криві сушіння (а) і швидкості сушіння (б) картоплі

А

Б

Рис. 5. Криві сушіння (а) і швидкості сушіння (б) моркви

На основі одержаних експериментальних кривих визначено вплив температури повітря на технологічні показники процесу сушіння: тривалість сушіння, напруженість барабану за випаруваною вологою, рівноважний вологовміст, приведені питомі енерговитрати.

Так, залежність тривалості сушіння, що вимірюється в хвилинах, від температури апроксимована лінійними моделями:

- для картоплі ; (4)

- для моркви. (5)

Залежність напруженості барабана за випаруваною вологою, що вимірюється в кг/(ч?м³), від температури:

- для картоплі; (6)

- для моркви. (7)

Залежність рівноважного вологовмісту від температури:

- для картоплі; (8)

- для моркви. (9)

На рис. 6 наведені термограми картоплі і моркви в залежності від температури повітря. Їх аналіз дозволяє виділити загальну тенденцію для сушіння у ВПЗШ - зменшення пологої ділянки на початку кривих при підвищенні температури повітря та зникнення її при температурі повітря вище 100є С.

А

Б

Рис. 6. Термограми картоплі (а) і моркви (б)

У роботі наведені також графічні побудови температурних кривих, кривих , досліджений вплив середньої температури частинок продукту в процесі сушіння на якісні показники готового продукту - кінцевий коефіцієнт обводнення та вміст вітамінів С (для картоплі) і А (для моркви). Відповідні значення якісних показників наведені в табл. 1, 2.

Таблиця 1 Якісні показники картоплі

Таблиця 2 Якісні показники моркви

У розділі наведені також результати дослідження впливу інших робочих параметрів процесу на технологічні та якісні показники сушіння і готового продукту.

Побудовані криві сушіння узагальнювалися шляхом побудови у координатах (и-и_р) - Nф. На рис. 7 наведена узагальнююча крива для картоплі (у другому періоді апроксимована моделлю О.В. Ликова).

Рис. 7. Узагальнююча крива сушіння картоплі

Отримане рівняння моделі використане для визначення загальної тривалості сушіння до кінцевого вологовмісту и_к:

, (10)

де N - швидкість сушіння в першому періоді.

Аналогічні рівняння отримані для моркви.

Моделювання зовнішнього масообміну здійснено у вигляді критеріальних рівнянь:

- для картоплі; (11)

- для моркви, (12)

де St - число Стантона; Sh - число Шервуда; Sc - число Шмідта; Re - число Рейнольдса; Gu - число Гухмана; г - коефіцієнт заповнення сушильної камери.

Для рівняння (11) коефіцієнт заповнення г для всіх експериментальних точок має значення 0,51. Діапазони чисел подібності, в межах яких проводилася обробка експериментальних даних: Sc=0,634...0,654, Re=851,9...1009,6, Gu=0,109...0,193. Для рівняння (12) діапазони чисел подібності, в межах яких проводилася обробка експериментальних даних: Sc=0,621...0,66, Re=746,6...1498,3, Gu=0,104...0,198, г=0,19...0,44.

У п'ятому розділі «Розробка промислової сушильної установки і технологічного процесу виробництва сушених картоплі та моркви» розроблена конструкція промислової сушильної установки з ВПЗШ (рис. 8) та наведена методика її розрахунку.

Нагрівання повітря, яке спрямовується у нижній патрубок корпусу 9, здійснюється у залежності від можливостей конкретного виробництва. Для зниження енерговитрат відпрацьоване повітря спрямовується у блок утилізації теплоти.

Для більшої гнучкості регулювання робочих параметрів передбачено декілька вхідних патрубків з незалежними потоками повітря. Це забезпечує можливість використовувати ступінчасті режими сушіння та охолоджувати продукт за допомогою останнього патрубка.

Рис 8. Схема промислової сушарки з ВПЗШ:

1 - перфорований барабан з гвинтовою насадкою; 2 - електродвигун;

3 - редуктор; 4,5 - опорні ролики; 6 - живильник з магнітним вібратором;

7 - завантажувальна воронка; 8 - вивантажувальний лоток; 9 - зовнішній корпус з патрубками; 10 - рама; 11 - ексцентриковий важіль

На основі проведених досліджень розроблено технологічну схему виробництва сушеної картоплі та моркви, одним з етапів якої є сушіння у ВПЗШ.

Висновки

1. Аналізом сучасного стану виробництва сушеної рослинної сировини сформульовані основні вимоги до процесу сушіння та запропоновано новий спосіб сушіння у ВПЗШ, в якому використовується направлене переміщення продукту і комбіноване конвективно-кондуктивне теплопідведення.

2. Розглянуті три способи створення ВПЗШ: за рахунок кільцевого потоку повітря, за рахунок відцентрового поля та за рахунок сумісної дії кільцевого потоку повітря та відцентрового поля. Складені математичні моделі руху частинок продукту. Аналіз отриманих рішень дозволив обрати для реалізації у промислових умовах спосіб створення ВПЗШ за рахунок сумісної дії кільцевого потоку повітря та відцентрового поля.

3. Уперше для обраного способу створення ВПЗШ була запропонована гіпотеза про просковзування частинок продукту при підйомі, що пояснює поступове зменшення кута їх відриву від перфорованого барабана. Отримані чисельні рішення складеної у вигляді системи диференціальних рівнянь математичної моделі руху частинки продукту підтвердили цю гіпотезу та дозволили кількісно спрогнозувати поведінку шару продукту під час сушіння.

4. Уперше на основі комп'ютерного моделювання потоку повітря у робочій камері обрана оптимальна схема розташування вихідного патрубку - паралельно до вхідного. Встановлено, що при співвідношеннях висоти повітряних патрубків та радіусу камери потік повітря втрачає кільцеву форму. Це створює несприятливі умови для процесу сушіння.

5. Аналізом експериментальних досліджень сушіння вперше встановлені закономірності, характерні для сушіння у ВПЗШ: зсув першого критичного вологовмісту в область менших вологовмістів при більш інтенсивному тепловому впливі на продукт; зменшення пологої ділянки термограм на початковій стадії процесу сушіння при більш інтенсивному тепловому впливі на продукт.

6. Встановлено, що при сушінні картоплі та моркви у ВПЗШ має місце максимум енерговитрат при температурі теплоносія 92-94° С. Найменшим значенням енерговитрат відповідає мінімальна температура повітря (для картоплі 68є С, для моркви 65є), максимальні значення коефіцієнта заповнення сушильної камери (для картоплі 0,51, для моркви 0,44) та питомої поверхні частинок (1,2 мм^-1).

7. Встановлений лінійний характер залежності тривалості сушіння картоплі і моркви від температури повітря, коефіцієнта заповнення камери і питомої поверхні частинок при сушінні у ВПЗШ, що дає змогу однозначно прогнозувати зміну тривалості сушіння в залежності від цих параметрів при керуванні виробничим процесом.

8. Встановлено залежність якісних показників готового продукту від його середньої температури в процесі сушіння, що свідчить про покращення якісних показників при зменшенні середньої температури продукту. Встановлено також, що при збільшенні початкового вологовмісту значення кінцевого коефіцієнта відновлення знижуються.

9. Встановлені нові наукові дані про раціональні робочі параметри процесу сушіння в ВПЗШ. Для картоплі в досліджених діапазонах параметрів:

- коефіцієнт заповнення сушильної камери - 0,51;

- розмір частинок продукту - 5Ч5Ч5 мм;

- температура повітря - 75° С, що забезпечить кінцеву вологість 8 % при відповідному вологовмісті повітря.

Для моркви в досліджених діапазонах параметрів:

- коефіцієнт заповнення сушильної камери - 0,44;

- розмір частинок продукту - 5Ч5Ч5 мм;

- температура повітря - 73° С, що забезпечить кінцеву вологість 14 % при відповідному вологовмісті повітря;

- швидкість повітря

10. Розроблено інженерну методику розрахунку промислової сушарки з ВПЗШ безперервної дії і технологічну схему виробництва сушеної картоплі та моркви. Науково-технічна документація на сушарку впроваджена у виробництво на підприємствах АТВТ «Донецький завод «Продмаш», ТОВ «ЗХР «Донецьк-Реактив», ТОВ «Інноваційні технології плюс», Донецька обл., Волноваський район, с. Малинове, ТОВ «Фірма ВІ-ВА-ЛТД», м. Донецьк. Сумарний очікуваний річний економічний ефект від впровадження складає 198 тис. грн.

Перелік праць, опублікованих за матеріалами дисертації

У всіх працях автор брав участь у підготовці матеріалів до публікації. Інший особистий внесок включав наступне.

Статті у наукових фахових виданнях:

1. Поперечний А.М. Кінетика сушіння картоплі у відцентровому псевдозрідженому шарі / А.М. Поперечний, І.В. Жданов // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - ДонДУЕТ, 2007. - Вип.16. - С.110-115.

Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь у розробці експериментального стенду та проведенні експериментальних досліджень.

2. Поперечний, А.М. Аналіз основних режимів руху продукту при сушінні у відцентровому псевдозрідженому шарі / А.М. Поперечний, І.В. Жданов. Обладнання та технології харчових виробництв: темат. зб. наук. пр., вип. 17. - Донецьк: ДонНУЕТ, 2007. - С.44-53.

Особистий внесок здобувача: проведення аналітичних досліджень.

3. Поперечный А.Н. Экспериментальное исследование массопереноса при сушке овощей в центробежном псевдоожиженном слое / А.Н. Поперечный, И.В. Жданов // Збірник наукових праць ОНАХТ, Вип. 32 (35) - Одесса: 2008. С. 182-186.

Особистий внесок здобувача: участь у розробці експериментального стенду, проведення експериментальних досліджень.

4. Поперечный, А.Н. Динамика движения материальной частицы в центробежном псевдоожиженном слое / А.Н. Поперечный, И.В. Жданов // Вісник ХНТУСГ ім. Петра Василенка. - Харків, 2009. - Вип. 88 - С.124-132.

Особистий внесок здобувача: математичне моделювання.

5. Поперечний А.М. Аналіз конструктивних особливостей сушарок із псевдозрідженим шаром і перспективи їх удосконалення / А.М. Поперечний, І.В. Жданов. Обладнання та технології харчових виробництв: темат. зб. наук. пр., вип. 20. - Донецьк: ДонНУЕТ, 2009. - С.44-53.

Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь у розробці конструкції сушарки.

6. Поперечний А.М. Теоретичне дослідження руху частинок продукту під час сушіння у відцентровому псевдозрідженому шарі / А.М. Поперечний, І.В. Жданов. Вісник ДонНУЕТ, Технічні науки. - № 1(45), 2010. - С.90-98.

Особистий внесок здобувача: математичне моделювання.

7. Жданов І.В. Комп'ютерне моделювання аеродинаміки в робочій камері в процесі сушіння у відцентровому псевдозрідженому шарі / І.В. Жданов. Обладнання та технології харчових виробництв: темат. зб. наук. пр., вип. 23. - Донецьк: ДонНУЕТ, 2010. - С. 231-238.

8. Поперечний, А.М. Визначення оптимального температурного режиму сушіння топінамбура у відцентровому псевдозрідженому шарі / А.М. Поперечний, І.В. Жданов., Ю.В. Асманова // Збірник наукових праць ОНАХТ, Вип. 37. - Одесса: 2010, С.41-44.

Особистий внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних досліджень, аналізі та обробці експериментальних даних.

Тези і матеріали наукових конференцій:

9. Поперечний, А.М. Раціональний спосіб сушіння овочів з метою збереження їх якості / А.М. Поперечний, І.В. Жданов // Харчові добавки. Харчування здорової та хворої людини: тез. доп. ІІ міжгалузевої міжнародної наук.-практ. конф. - Донецьк, ДонНУЕТ, 2007. - С.308.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень.

10. Поперечный А.Н. Сушка пищевого растительного сырья в центробежном псевдоожиженном слое / А.Н. Поперечный, И.В. Жданов // Техника и технология пищевых производств: тез. докл. VI Междунар. науч.-техн. конф., 22-22 мая 2007 г., Могилёв / Учреждение образования «Могилёвский государственный университет продовольствия»; редкол. А.В. Акулич (отв. ред.) [и др.]. - Могилёв: УО МГУП, 2007. - С.237.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень.

11. Поперечний, А.М. Про забезпечення якості сушених плодів та овочів. А.М. Поперечний, Н.М. Варваріна, І.В. Жданов. Стратегічні напрямки розвитку підприємств харчових виробництв, ресторанного господарства і торгівлі: тез. доп. Міжнар. наук.-практ. конф., 19 листоп. 2008 р. : [присвячена 70-річчю з дня народження д-ра техн. наук, проф., чл.-кор. ВАСГНІЛ Бєляєва М.І.] : у 2-х ч. / редкол.: О.І. Черевко [та ін.]. - Харків : ХДУХТ, 2008. - Ч.1. - С.156-157.

Особистий внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних досліджень, аналізі та обробці експериментальних даних.

12. Поперечный, А.М. Об одном способе интенсификации сушки в псевдоожиженном слое / А.Н. Поперечний, И.В. Жданов // Проблеми енергоефективності та якості в процесах сушіння харчової сировини: тез. доп. Всеукраїнської науково-практичної конференції, 31 жовтня 2008 р.: / редкол.: О.І. Черевко [та ін.]; Харк. держ. ун-т харчування та торгівлі - Харків : ХДУХТ, 2008.- С.27-28.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень, участь у розробці способу сушіння.

13. Жданов, И.В. Способ организации движения продукта в кипящем слое / И.В. Жданов // Техника и технология пищевых производств: тез. докл. VI Международной научной конференции студентов и аспирантов, 21-24 апреля 2008 г., Могилёвский государственный университет продовольствия; редкол. А.В. Акулич (отв. ред.) [и др.]. - Могилёв: УО МГУП, 2008. - С. 104.

14. Жданов, И.В. Разработка конструкции аппарата для сушки пищевых растительных продуктов в центробежном псевдоожиженном слое / И.В. Жданов, А.Н. Поперечный // Техника и технология пищевых производств: тез. докл. VII Междунар. науч.-техн. конф., 21-22 мая 2009 г., Могилёв / Учреждение образования «Могилёвский государственный университет продовольствия»; редкол. А.В. Акулич (отв. ред.) [и др.]. - Могилёв: УО МГУП, 2009. - С.111.

Особистий внесок здобувача: участь у розробці конструкції сушарки.

15. Жданов, И.В. Компьютерное моделирование движения воздуха в рабочей камере сушилки с центробежным псевдоожиженным слоем / И.В. Жданов // Техника и технология пищевых производств: тез. докл. VII Международной научной конференции студентов и аспирантов, 24-24 апреля 2010 г., Могилёвский государственные университет продовольствия; редкол. А.В. Акулич (отв. ред.) [и др.]. - Могилёв: УО МГУП, 2010. - С. 47.

16. Поперечный, А.Н. Влияние коэффициента заполнения сушильной камеры на кинетику сушки, качественные показатели и энергозатраты при сушке в центробежном псевдоожиженном слое / А.Н. Поперечный, И.В. Жданов // Сучасні проблеми техніки та технології харчових виробництв, ресторанного бізнесу та торгівлі: тези доп. Всеукр. наук.-практ. конф., присвяченої 20-річчю з дня заснув. факультету обладн. та технічн. сервісу, Харків, 18 листопада 2010 р. - Х.: ХДУХТ, 2010. - С.114-115.

Особистий внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних досліджень, аналізі та обробці експериментальних даних.

17. Поперечний, А.М. Новий перспективний спосіб сушіння топінамбура / А.М. Поперечний, І.В. Жданов // Новітні технології, обладнання, безпека та якість харчових продуктів: сьогодення та перспективи: тез. доп. Міжнар. наук.-практ. конф., Київ, 27-28 вересня 2010 р. - Частина 1 - К.: НУХТ, 2010. - С. 25.

Особистий внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних досліджень, аналіз і обробка результатів експериментальних досліджень.

Деклараційні патенти:

18. Пат. України № 34014, МПК (2006) А23В 7/00. Спосіб сушіння дрібнокускових харчових продуктів / Поперечний А.М., Жданов І.В., Жданов Є.В., Муравйов Д.А.; заявник і власник Донецьк. нац. ун-т економ. і торг. ім. Михайла Туган-Барановського. - заявл. 18.02.2008 ; опубл. 25.07.2008, Бюл. № 14. - 4 с. : іл.

Особистий внесок здобувача: патентний пошук, участь у розробці способу сушіння, підготовка заявки на видачу патенту.

19. Пат. України № 30482, МПК (2006) А23В 4/03. Сушильний апарат / Поперечний А.М., Жданов І.В.; заявник і власник Донецьк. нац. ун-т економ. і торг. ім. Михайла Туган-Барановського. - заявл. 19.11.2007 ; опубл. 25.02.2008, Бюл. № 4. - 4 с. : іл.

Особистий внесок здобувача: патентний пошук, участь у розробці конструкції сушарки.

Статті у наукових виданнях:

20. Поперечный А.Н. Сушка пищевого растительного сырья в центробежном псевдоожиженном слое / А.Н. Поперечный, И.В. Жданов // Хранителна наука, техника и технологии: Научни труд. - Пловдив: Университет по хранителни технологии, 2007. - Том LIV, Св.3, Volume LIV, Issue 3. - C.137-141.

Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь у розробці експериментального стенду, проведенні та аналізі результатів експериментів.

21. Жданов И.В. Разработка конструкции аппарата для сушки пищевых растительных продуктов в центробежном псевдоожиженном слое. И.В. Жданов. Збірник наукових праць молодих учених, аспірантів та студентів / редкол.: Б.В. Єгоров [та ін.]. - Одеса : ОНАХТ, 2008. - С.140-142.

Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь у розробці конструкції сушарки.

Анотація

Жданов І.В. Дослідження сушіння рослинної сировини у відцентровому псевдозрідженому шарі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв.

Донецький національний університет економіки і торгівлі імені Михайла Туган-Барановського Міністерства освіти і науки, молоді і спорту України, Донецьк, 2011.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню і розробці способу сушіння у відцентровому псевдозрідженому шарі та обладнання для його реалізації.

Запропоновані три способи створення відцентрового псевдозрідженого шару. Для кожного з них на базі класичної механіки складено і чисельно розв'язано математичну модель у вигляді системи диференційних рівнянь руху частинки продукту.

Проведено дослідження аеродинаміки в камері сушильної установки за допомогою чисельного моделювання у пакеті прикладних програм.

Створено експериментальний стенд, на якому досліджувався вплив на кінетику сушіння картоплі та моркви температури повітря, його швидкості, коефіцієнту заповнення камери, форми та розмірів частинок продукту.

На основі проведених досліджень розроблено конструкцію промислової сушарки безперервної дії та інженерна методика її розрахунку.

Ключові слова: сушіння, відцентровий псевдозріджений шар, картопля, морква, моделювання, технологічні та якісні показники.

Анотация

Жданов И.В. Исследование сушки растительного сырья в центробежном псевдоожиженном слое. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.18 - процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств.

Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского Министерства образования и науки, молодежи и спорта Украины, Донецк, 2011.

Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке способа сушки в центробежном псевдоожиженном слое, а также оборудования для его реализации.

Предложены три способа создания центробежного псевдоожиженного слоя. Для каждого из них на базе классической механики составлена и числено решена система дифференциальных уравнений движения частицы продукта. В результате анализа полученных численных решений для промышленной реализации рекомендован способ создания центробежного псевдоожиженного слоя за счет совместного воздействия центробежного поля вращающегося барабана и кольцевого потока воздуха.

Проведено исследование аэродинамической обстановки в камере сушильной установки с помощью численного моделирования в компьютерном пакете прикладных программ. Результатом является выбор оптимальной схемы расположения воздушных патрубков камеры (параллельно друг другу со встречным движением воздуха), а также граничное отношение высоты воздушных патрубков к радиусу камеры 0,52, выше которого происходит потеря необходимой формы потока воздуха.

Создан экспериментальный стенд, на котором исследовалось влияние на кинетику сушки картофеля и моркови температуры воздуха, его скорости, коэффициента заполнения камеры, формы и размеров частиц продукта. На основании экспериментальных данных установлено влияние вышеуказанных рабочих параметров на технологические (продолжительность сушки, конечное влагосодержание, напряженность барабана по испаренной влаге, приведенные энергозатраты) и качественные (коэффициент восстановления, содержание витаминов С, А) показатели. Экспериментальные результаты обработаны в виде обобщающих кривых сушки и критериальных уравнений масоотдачи.

На основе проведенных исследований разработана конструкция промышленной установки непрерывного действия (пат. Украины № 30482) и инженерная методика ее расчета.

Результаты работы внедрены в производство на АООТ «Донецкий завод «Продмаш», ООО «Фирма ВИ-ВА-ЛТД», ООО «Инновационные технологии плюс», ООО «ЗХР «Донецк-Реактив».

Ключевые слова: сушка, центробежный псевдоожиженный слой, картофель, морковь, моделирования, технологические и качественные показатели.

Annotation

Zhdanov I.V. Research vegetable raw material drying in centrifugal pseudorarefied layer. - Manuscript.

Dissertation on gaining of scientific degree of Candidate of Technical Sciences by specialty 05.18.18 - processes and equipment of food, microbiological and pharmaceutical productions.

Donetsk National University of Economic and Trade named by Mikhail Tugan-Baranovsky, Donetsk, 2011.

The dissertation work is dedicated to research and development of the centrifugal pseudorarefied layer drying and equipment for its realization.

Three ways of centrifugal pseudorarefied layer creation are offered. The system of differential equations of product particles moving is formed on base of classic mechanics and solved in numerical type.

Research of aerodynamics in camera of drying machine is done with help of numerical modeling in package of the applied programs.

It is created experimental stand, on which was researched influence upon drying kinetics of potatoes and carrot of air temperature, air velocity, factor of camera filling, form and size of product particles.

The construction of industrial unceasing action machine and engineer methods of its calculation are developed on base of called researches.

Key words: drying, centrifugal pseudorarefied layer, potatoes, carrot, modeling, technological and qualitative factors.

Размещено на Allbest.ru