Дослідження конвективного підведення теплоти до ковбасних виробів та створення раціональної конструкції термоагрегату

Размещено на http://www.allbest.ru/

Український державний університет харчових технологій

УДК 637. 523. 3: 001. 05 / 523. 601+536. 601

Автореферат

дисертацїї на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дослідження конвективного підведення теплоти до ковбасних виробів та створення раціональної конструкції термоагрегату

05. 18. 12 - процеси та апарати харчових виробництв

Усатенко Ніна Федорівна

Київ - 2000

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

конвективне підведення теплота ковбасний виріб

Актуальність теми. Процес термообробки є однією із основних операцій у виготовленні ковбасних виробів, які здійснюються за рахунок використання методу конвективного підведення теплоти.

Найважливішими умовами проведення процесу є рівнозначність та симетричність підведення теплоти до кожного ковбасного батону незалежно від його розташування в об'ємі термокамери.

Створення термокамер з раціонально упорядженим рухом якісного робочого (димоповітряного) середовища, що забезпечило б ці умови, є однією із найактуальніших проблем, оскільки від вирішення ії залежить надійність отримання якісного продукту, зниження витрат, підвищення екологічної безпеки виробництва.

Звзок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконана робота безпосередньо повязана з виконанням: науково-технічної програми 1991-1995 р. р. Української Академії аграрних наук «Фундаментальні дослідження»; науково-технічної програми 1996-2000 р. р. Української Академії аграрних наук « Переробка молока і м'яса» (наукове забезпечення розвитку м' ясної та молочної промисловості) ; програми 03. 000 - Державного комітету з питань науки, техніки та промислової політики пріоритетних направлень науково-технічного процесу-»Виробництво, переробка та збереження сільськогосподарської продукції»; Державної програми Кабінету Міністрів з розробки пріоритетних видів обладнання для сільського господарства, харчової та переробної промисловості: 1992-1996 р. р.

Мета роботи полягає у визначенні закономірностей конвективного підведення теплоти до ковбасних виробів та створенні раціональної конструкції термоагрегату для їх здійснення.

Задачі роботи, виконання яких зумовило досягнення поставленної мети:

-розробити конструкцію експериментальної установки для здійснення процесів конвективного підведення теплоти до ковбасних виробів;

-встановити взаємозв'язок між геометричними параметрами вирішальних елементів аеродинамічної системи, характером руху робочого середовища, рівномірністю та симетричністю підведення теплоти до кожного окремо взятого ковбасного батону;

-встановити залежність між параметрами раціонально організованого процесу конвективного підведення теплоти до ковбасних батонів;

-виявити можливість збереження у процесі експлуатації теплотехнічних та аеродинамічних характеристик теплообмінників;

-дослідити параметри генерації диму для термообробки м'ясних виробів з метою підвищення екологічної безпеки процесу;

-вивчити шляхи залучення до господарчого обороту вторинних енергоресурсів від термічних відділень ковбасних цехів;

-провести експериментальну перевірку основних результатів досліджень у виробничих умовах;

-розробити та впровадити в виробництво термоагрегати для термообробки ковбасних виробів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що:

-вперше досліджено взаємозвязок між геометричними параметрами елементів аеродинамічної мережі термокамер і характером руху робочого середовища навколо продукту;

-визначено характерні геометричні параметри вирішальних елементів, що забезпечують рівномірність та симетричність підведення теплоти у вантажному об'ємі термокамер до кожного ковбасного батону;

-одержано критеріальне рівняння для опису організованого процесу конвективного теплообміну;

-виявлено можливість стабільної підтримки ефективності теплотехнічних та аеродинамічних характеристик пристроїв нагріву у процесі експлуатації;

-одержано спосіб генерації диму, який виключає ймовірність утворення поліциклічних вуглеводнів типу 3, 4-бензпірен.

Наукові положення, які виносяться на захист:

-методика проведення комплексних досліджень процесів конвективного теплообміну в термоагрегатах - з урахуванням конструктивних та функціональних особливостей його складових частин;

-утворення впорядкованих потоків робочого середовища, які надходять до об'єму термокамери, за рахунок конструктивних особливостей складових елементів її аеродинамічної мережі взаємодією цих елементів та орієнтацією один відносно одного;

-рівнозначність та симетричність підведення теплоти конвекцією до ковбасних батонів установлюється за певним співвідношенням основних та супутних потоків робочого середовища, які формуються в приточних насадках.

Практична цінність роботи полягає в тому, що результати дисертаційної роботи дозволяють створити конкурентноспроможне термообладнання нової конструкції різної місткості та функціональних можливостей.

На основі отриманих залежностей створено та впроваджено у виробництво термокамери: Я5-ФТМ, Р3-ФА3-Т-12, Я5-ФТ2-Г, Я5-ФТО, Я5-ФТ3-Г; димогенератор Я5-ФКЕ та інш.

На всі зразки обладнання розроблено, затверджено та зареєстровано в УкрЦСМ технічні умови, які придатні для сертифікації.

Серійне виробництво термообладнання налагоджено на Донецькому заводі «Продмаш» і на Дослідному механічному виробництві ТІММ УААН.

Всього виготовлено і реалізовано 811 одиниць обладнання.

Особистий внесок здобувача полягає у визначенні наукових завдань; розробці методики та методів досліджень; розробці та виготовленні експериментальної установки; проведенні аналітичних та експериментальних досліджень; безпосередньої участі у створенні та впровадженні у виробництво термокамер Я5-ФТМ, Я5-ФТО, Я5-ФТ2-Г, Р3-ФА3-Т-12, Я5-ФТ3-Г; димогенератора Я5-ФКЕ та інш.

Апробація дисертаційної роботи. Основні результати роботи були предметом доповідей та обговорень на другій Всесоюзній конференції «Проблеми впливу теплової обробки на харчову цінність продуктів харчування», м. Харків, ХІОП, 11. 1990р. ; Міжнародній науково-технічній конференції «Розробка та впровадження прогресивних ресурсо-зберігаючих технологій та обладнання у харчову та переробну промисловість, « м. Київ, УДУХТ, 1995р. ; виробничих нарадах-семінарах представників і спеціалістів промислових підприємств України, м. Київ, Мінсільгосппрод, 1997-1998р. р. ; засіданнях Вченої ради ТІММ УААН, м. Київ, щорічно з 1990-1998р. р. Розроблене обладнання експонувалось на міжнародних спеціалізованих виставках «Інпродхарчомаш / сільгосп», м. Київ, 1995-1998 р. р.

Публікації. Зміст роботи відображено в 29 друкованих роботах, в тому числі в 2 авторських свідоцтвах і 2 патентах України, 1 Поз. Рішенні.

Структура та обсяг роботи. Робота складається із вступу, восьми розділів, висновків та додатків. Основний зміст, викладений на 136 сторінах машинописного тексту, вміщує: 46 рисунків обсягом 26 сторінок, 22 таблиці -18 сторінок, 14 сторінок займає список використаних літературних джерел з 149 найменувань, 21 додаток розміщений на 29 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розглянуто стан проблеми; обгрунтовано наукову та прак- тичну актуальність дисертаційної роботи, мету роботи і конкретні завдання, які потрібно вирішити для ії здійснення; наведено об'єкти досліджень; показано наукову новизну результатів та їхню практичну цінність.

У першому розділі проаналізовано загальні характеристики процесів термообробки ковбасних виробів та термообладнання, за допомогою якого здійснюється конвективне підведення теплоти до продукту.

Розглянуто основні переваги і недоліки різних конструкцій складових частин термоагрегату: термокамер та димогенераторів.

У зв'язку зі специфікою процесів термообробки ковбасних виробів та функціональними особливостями складових частин термоагрегату зроблено висновок про доцільність створення раціональної конструкції вітчизняного термоагрегату для здійснення з його допомогою ефективних процесів конвективного підведення теплоти до ковбасних батонів.

У другому розділі описано методику та методи комплексних досліджень процесів конвективного підведення теплоти до ковбасних виробів і методи математичної обробки експериментальних даних.

Експерименти проводились за спеціальною методикою у спеціально розробленій адекватній промисловим термокамерам установці.

Вимірювання тиску, швидкості середовища, його витрати здійсню- валися за допомогою диференційного мікроманометру ММН-240 (5) -1, 0 з комбінованим пневмометричним насадком. Швидкість також вимірювали анемометрами: чашковим МС-13 та ручним індукційним АРІ-49.

Визначення температурних параметрів здійснювалося за допомогою: термопарного комплексу, який складається з 12 мідь-константанових термопар із виведенням їх показників на вторинний прилад А-565-002-01; хромель-алюмелевою термопарою з вторинним приладом Щ-4300.

Тепловий потік на поверхні ковбас вимірювався за допомогою датчиків теплового потоку типу ППТ-1.

Виявлення поліциклічних вуглеводнів здійснювалося спектрально-флуоресцентним методом за допомогою флуоресцентного спектрофотометра НІТАСІ-850, ультрафіолетового спектрофотометра SPD 6AV US-VIS рідинного хроматографа LG-6A SHIMADZU.

У третьому розділі наведено аналітичне обгрунтування конструкції експериментальної установки. Розробка конструктивних рішень складових ії елементів виконувалась одночасно з аналітичним дослідженням процесів конвективного підведення теплоти до ковбасних виробів. Оптимальність конструктивних рішень визначалася порівняльним аналізом варіантів ескізної проробки, що проводилася одночасно з розрахунками аеродинамічних опорів. Для дослідження взаємозв'язку між геометричними параметрами елементів та фізичними параметрами робочого середовища складові елементи установки мали змінні геометричні розміри.

На рис. 1 відображено схему одного з чотирьох одинакових модулей експериментальної установки. Компановка кожного модуля виконувалася за принципом вісьсиметрії: права сторона відносно всмоктування вентилятора рециркуляції за своєю конструкцією являла собою дзеркальне відображення лівої. Вихідні отвори вентилятора рециркуляції 1 в уста- новці невідривно зв'язані повітроводами рівностатичного тиску 2 з теплообмінниками 3 і конфузорними насадками 4. Верхня твірна повітроводу рівностатичного тиску є рухомою. Рухомі і бокові твірні насадка 5, за допомогою яких регулювався кут стиснення насадка. Шибер 6 на внутрішній його твірній призначений для розподілу витікаючого струменя на два потоки: основного і супутнього.

Для проведення випробувань вентилятора напорні повітроводи мають отвори з штуцерами 7.

В четвертому розділі проводилися дослідження аеродинаміки робочого середовища в установці з урахуванням та в комплексі із всебічним вивченням і розробкою притаманних їй індивідуальних конструктивних вирішень, функціональних особливостей відносно конкретних умов термообробки.

Послідовно та циклічно встановлювалась роль кожного елементу аеродинамічної мережі в установці, вплив геометричних параметрів цих елементів на характер руху робочого середовища в завантаженому об'ємі. Також з'ясовувались конструктивні особливості вирішальних елементів, їх взаємодія та орієнтація відносно один одного.

Однакові за аеродинамічними характеристиками компактні периферійні потоки робочого середовища отримані за допомогою спеціально розробленого вентилятора двостороннього нагнітання з вертикальним розміщенням привідного валу (рис. 2). Обриси спірального корпусу з двома вихідними отворами виконувались за правилом конструкторського квадрату за умови, що розкриття та довжина вихідного отвору дорівнювали напіврозкриттю і півдовжині вихідного отвору звичайного спірального корпусу, а ширина корпусу відповідала ширині звичайного корпусу.

Досліджувалася співрозмірність повних і динамічних тисків потоків у рівновеликих та рівновіддалених від робочого колеса перерізів ділянок напорних повітроводів (табл. 1) Аналіз замірів тиску, розвинутого вентилятором, показав, що нерівнозначність величин тиску в отворах вентилятора склала лише 0, 01%.

Таблиця 1

Результат замірів тиску, розвинутого вентилятором

Наймену- вання	Тиск у лівому вихідному отворі, Па	Тиск у правому вихідному отворі, Па
т. замірів	Повний, Рп	Динамічний, Рд	Повний, Рп	Динамічний, Рд
1	372	319	372	319
2	321	292	321	292
3	372	319	371	318
4	372	319	371	318
5	321	292	321	292
6	310	266	310	266
7	372	319	372	319
8	321	292	321	292
9	310	266	310	266
10	321	292	321	292
11	321	292	321	292
12	310	266	310	266
Середнє значення	340	301	339, 8	300, 8

Для розосередження робочого середовища по довжині установки (насадка) використано елементи аеродинамічної мережі, які функціонально доповнюють один одного (рис. 3) : повітроводи рівностатичного тиску 1, 5 з рухомими верхніми твірними 2, 6; біметалевий теплообмінник 3, який крім своєї безпосередньої функції - нагріву середовища - виконував ще й роль випрямляючої решітки; конфузорний насадок 4.

При величині площі «живого» перерізу теплообмінника для проходу робочого середовища Fжп=0, 095 0, 005 м2, рівнозначність швидкісних параметрів плоскопаралельних струменів середовища по довжині насадка забезпечено величиною безрозмірного відношення кінцевої площі повітроводу рівностатичного тиску до початкової

F=Fк/Fн=0, 20 (1)

У процесі досліджень виявлено вплив геометрії насадка, що формує потік робочого середовища, та геометрії простору, який приймає цей потік, на характер руху робочого середовища в установці (рис. 4).

Оптимальний (найбільш упорядкований) потік формує насадок, який має кут звуження 1810 при значенні величини ступеня свободи потоку

Fп/dэкв91 (2)

Встановлено взаємозв'язок між кінетикою потоків робочого середовища, що витікає з насадок V, та кінетикою зворотних потоків, які омивають продукт, що проходить обробку. Аеродинаміка зворотнього потоку утворюється діленням потоків, що витікають в об'єм установки з кожного конфузорного насадка, на основні V о та супутні V о в пропорції, яка визначається коефіцієнтом розподілу потоків:

Kп= V - V о/V - V о (3)

В п'ятому розділі наведено наслідки досліджень ефективності підведення теплоти конвекцією до ковбасних батонів в залежності від аеродинаміки робочого середовища в повністю завантаженій установці, яка була змонтована на МПЗ м. Ялти. Процесні умови: температура робочого середовища на вході в установку Тс=9210С, відносна вологість =152%, швидкість wх=4м/с- між батонами в самому вузькому місці, ступінь свободи потоків Fп / dэкв=9 1. Початкова температура центру батону діаметром dб=0, 095м з однаковими теплофізичними характеристиками дорівнювала величині tц=120С. Тривалість процесу нагріву склала =4, 43103с

Рівнозначність підведення теплоти визначалась одночасним дослідженням зміни температурних полів ковбасних батонів, розташованих у характерних місцях установки (рис. 4), в залежності від співвідношення основних та супутних потоків робочого середовища.

Змінність коефіцієнта розподілу потоків була K п=033 (рис 5).

Найбільш оптимальні показники рівнозначності отримані при Kп=14 (крива b), що відповідає співвідношенню основних та супутних потоків 7: 1.

Нерівнозначність температур центру ковбасних батонів по вантажному обсягу склала 20С.

Симетричність підведення теплоти в процесі по периметру батона відображено на рис. 6. Зміни температури робочого середовища характеризує крива 5. Зміни температури приповерхневого шару (на глибині 5 мм) в місцях різноманітної дії робочого середовища характеризують криві: 2 - максимальної швидкості; 3 - лобового удару; 4 - турбулентності.

Несиметричність підведення теплоти до ковбасного батону при оптимальній організації руху робочого середовища склала 5, 5%.

Ефективність процесу визначалась темпом підвищення температури центру ковбасного батону, який дорівнює 1, 010-2 град/с (крива 1), що на 3% вище даних відповідних технічних джерел.

Проведено дослідження процесу конвективного теплообміну в установці з метою аналітичного його опису. Для цього виконано спільне визначення температурного поля у ковбасному батоні, та температурних і швидкісних полів у робочому середовищі. Результати були оброблені в критеріях подібності. Як характерний розмір було взято діаметр ковбасного батону. Змінність швидкісних параметрів у діапазоні wх=1, 95, 04 м/с здійснювалася зміною: продуктивності вентиляторів рециркуляції та «живого» перерізу рам з продуктом.

На рис. 7 приведено графічне зображення процесу конвективного теплообміну в системі координат (lg Re- lgNu). Критерій Рr = idem.

Для аналітичного описання процесу конвективного теплообміну в установці отримано критеріальне рівняння:

Nu=0, 17Re0, 65 (5)

Достовірність отриманого рівняння підтверджено дослідженнями конвективного теплообміну в процесах підсушування та обжарки, проведеними в промисловому зразку термокамери Я5-ФТ3-Г на м'ясокомбінаті м. Ковеля, за допомогою датчиків ППТ-1 (рис. 8).

У шостому розділі наведено наслідки досліджень з підтримки ефективності теплотехнічних і аеродинамічних характеристик калориферів в процесі експлуатації за рахунок використання пасивності до компонентів диму біметалевої поверхні, утвореної литтям алюмінію на сталеві труби.

У сьомому розділі з'ясовано шляхи підвищення екологічної безпеки навколишнього середовища та ковбасних виробів:

-генерацією диму у температурному діапазоні 4505000С, що виключає ймовірність утворення небезпечних поліциклічних вуглеводнів типу 3, 4-бензпірен;

-проведенням процесу термообробки у «замкнутому» контурі (рис. 9), що дає змогу також заощадити до 70 кг пари, яка традиційно втрачається при підтриманні вологості робочого середовища у процесах підсушування та обжарки при отриманні кожної тонни ковбаси.

У восьмому розділі наведено результати практичної реалізації проведеної роботи: для здійснення ефективних процесів конвективного теплообміну було створено нові конструкції раціональних термоагрегатів. Порівняльні з аналогами їх технічні характеристики відображено в табл. 2- 6.

Таблиця 2.

№ п/п	Найменування показників	Од. Виміру	Р3-ФА3Т-12	Р3-ФАТ-12
1	Місткість	Кг	1160	1160
2	Установлена потужність	Вт	8, 8103	15, 0103
3	Витрати пари	кг / с	4, 410-2	5, 610-2
4	Нерівнозначність обробки	0С	2	15

Таблиця 3.

№ п/п	Найменування показників	Од. Виміру	Я5-ФТ3-Г	Maurer
1	Місткість	Кг	1160	1160
2	Установлена потужність	Вт	8, 8103	10, 8103
3	Витрати пари	кг / с	4, 410-2	5, 010-2
4	Нерівнозначність обробки	0С	2	4

Таблиця 4.

№ п/п	Найменування показників	Од. виміру	Я5-ФТМ	Nagema
1	Місткість	кг	500	500
2	Установлена потужність	Вт	6, 0103	6, 7103
3	Витрати пари	кг / с	1, 910-2	2, 610-2
4	Нерівнозначність обробки	0С	2	2

Таблиця 5.

№ п/п	Найменування показників	Од. виміру	Я5-ФКЕ	Maurer
1	Продуктивність	кг	500	500
2	Установлена потужність	Вт	2, 0103	2, 76103
3	Витрати тирси	кг / с	0. 13	0. 17
4	Маса	кг	350	350

Таблиця 6.

№ п/п	Найменування показників	Од. виміру	Я5-ФТ2-Г	Aeromat
1	Місткість	кг	2035	2035
2	Установлена потужність	Вт	40, 1103	42, 0103
3	Витрати пари	кг / с	3, 310-2	3, 310-2
4	Нерівнозначність обробки	0С	2	4

ВИСНОВКИ

1. Розроблено методику проведення комплексних досліджень впливу конструктивних особливостей функціонально - різнопланових робочих органів термоагрегатів на ефективність процесів конвективного теплообміну, які здійснюються в цих термоагрегатах.

2. Для дослідження взаємозв'язку між геометричними параметрами елементів аеродинамічної мережі термокамер та фізичними параметрами робочого середовища, створено спеціальну, адекватну промисловим термокамерам, експериментальну установку зі змінними геометричними розмірами складових її елементів.

3 Встановлено вплив індивідуальних конструктивних особливостей елементів аеродинамічної мережі термокамери, їх взаємодії та орієнтації відносно один одного на утворення впорядкованих раціональних потоків робочого середовища, що надходять до її об'єму.

4. В умовах рециркуляції встановлено вплив ступеня свободи впорядкованих потоків, які надходять до термокамери з вихідних насадок, на кінетику зворотних потоків у завантаженому її об'ємі.

5. Встановлено, що раціональний процес, який зумовлює рівнозначність та симетричність підведення теплоти конвекцією до ковбасних батонів, здійснюється розподілом робочого середовища в приточних насадках на основні та супутні потоки.

6. Одержано емпіричну залежність у критеріальній формі для опису раціонально організованого процесу конвективного теплообміну.

7. Виявлено можливість підтримки ефективності теплотехнічних і аеродинамічних характеристик пристроїв нагріву в процесі експлуатації.

8. З'ясовано шляхи підвищення екологічної безпеки довкілля та ковбасних виробів під час проведення процесів копчення.

9. Виявлено спосіб залучення до господарчого обороту вторинних енергоресурсів від термічних відділень ковбасних цехів.

10. Проведено експериментальну перевірку основних результатів досліджень у виробничих умовах.

11. За результатами роботи створено та впроваджено у виробництво ефективне конкурентноспроможне термообладнання нових конструкцій:

1. «Установка Р3-ФА3-Т-12» Технічні умови ТУ 10. 16 УССР 63 - 89

2. «Термокамера Я5-ФТ2-Г» Технічні умови ТУ 10-02-07-0063-89

3. «Термокамера Я5- ФТМ» Технічні умови ТУ 10-02-07-0094-90

4. «Термокамера Я5- ФТ3-Г» Технічні умови ТУ У 46. 38. ГО. 045-95

5. «Димогенератор Я5-ФКЕ» Технічні умови ТУ У 46. 38. ГО. 046-95

Новизну роботи підтверджено і захищено: авторськими свідоцтвами № 1423088, №1630751; патентами України №8105, №9759А; позитивним рішенням №98010467.

ЗА ЗМІСТОМ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО ТАКІ ОСНОВНІ РОБОТИ

1. Усатенко Н. Ф., Андреєва Л. Д., Корнiєнко М. I., Декуша Л. В. Iнтенсивне охолодження варених ковбас // Харчова і переробна промисловість. - 1992. - №10. - C. 17-18.

2. Усатенко Н. Ф., Ересько Г. А., Андреева Л. Д., Корниенко Н. И. Термообработка колбасных изделий в условиях рециркуляции аэродинамических потоков // Мясная промышленность.- 1995. - №3. - C. 28-29.

3. Усатенко Н. Ф., Єресько Г. О., Андреєва Л. Д., Корнiєнко М. I. Способи органiзацiї оптимального повiтророзподiлу у замкнутому об'ємi // Вicник аграрної науки. - 1995. - №9. - C. 103 -106.

4. Усатенко Н. Ф., Ересько Г. А., Корниенко Н. И., Андреева Л. Д. Генерация экологически безопасного дыма из опилок // Мясная индустрия. -1998. - №2. - C. 30-31.

5. Усатенко Н. Ф., Корниенко Н. И., Андреева Л. Д., Лавриненко Л. Н. Предлагаем камеру для созревания колбас // Мясная индустрия. - 1998. - №1. - C. 37 -38.

6. Усатенко Н. Ф., Андреєва Л. Д., Корнiєнко М. I. Теплова обробка ковбасних виробiв // Харчова і переробна промисловiсть. - 1992. - №10. -C. 24 - 25.

7. А. c. №1423088 CCCР, МКИ А 23В 4/06. Устройство для термической обработки колбасных изделий / Усатенко Н. Ф., Ильинский Д. Н., Андреева Л. Д., Корниенко Н. И., Бабанов Г. К.,. Духненко Н. П., Дробышев А. С. - №3910320/3а-13; Заявл. 13. 06. 85;Опубл. 15. 09. 88. - Бюл. № 34. -3 с.

8. А. с. №1630751, MKИ A 23 B 4/03; A 23 C 11/00. Способ термической обработки пищевых продуктов и устройство для его осуществления / Усатенко Н. Ф., Тимощук И. И., Андреева Л. Д., Корниенко Н. И., Бондарь В. И. № 4686185; Заявл. 17. 05. 89; Опубл. 1991. -Бюл. №8. - 4 с.

9. Пат. 8105 Україна, МКІ A 23 B 4/03, А 22 С 11/00. Спосiб термiчної обробки харчових продуктiв та обладнання для його здiйснення / Усатенко Н. Ф., Тимощук І. І., Андреєва Л. Д., Корнiєнко М. I., Бондарь В. І. № 4686185; Заявл. 17. 05. 89; Опубл. 26. 12. 95. - Бюл. № 4. - 4 с.

10. Патент 9759 А Україна, МКІ А 23 В4 / 04 Спосiб приготування диму та пристрiй для його здiйснення / Усатенко Н. Ф., Андреєва Л. Д., Корнiєнко М. I. №95094095; Заявл. 11. 09. 95; Опубл. 30. 09. 96. -Бюл. № 3. -6 с.

11. Рішення про видачу патенту МПК 6 А 23 В 4 /044. Пристрiй для термiчної обробки та копчення ковбасних виробiв /Усатенко Н. Ф., Єресько Г. О., Андреєва Л. Д., Корнiєнко М. I. №98010467; Заявл. 8. 01. 98; прийнято 29. 09. 98.

12. Усатенко Н. Ф., Андреева Л. Д., Гермер М. Г., Тимощук И. И. Тепловое оборудование, улучшающее качество колбасных изделий // Всесоюз. конф. « Проблемы влияния тепло-вой обработки на пищевую ценность продуктов питания». - Харьков: ХИОП. - 1990. - 2 с.

13. Усатенко Н. Ф., Старчевой О. М., Андреєва Л. Д., Корнiєнко М. I. Дослiдження процесiв тепломассообмiну при термообробцi ковбасних виробiв. //Всеукраїн. наук. тех. конф. «Розробка та впровадження прогресивних технологiй та обладнання у харчову та переробну промисловiсть» Київ: УДУХП. - 1995. - С. 68.

14. Усатенко Н. Ф., Єресько Г. О., Андреєва Л. Д., Корнiєнко М. I. Оптимізацiя повiтро-розподiлу в камерах термообробки. // Всеукраїн. наук. тех. конф. Розробка та впровад-ження прогресивних технологiй та обладнання у харчову та переробну промисловiсть. Київ: УДУХП. -1995-С. 76.

15. Усатенко Н. Ф., Коpниенко Н. И., Андреева Л. Д. Использование вторичных энергети-ческих ресурсов термических отделений колбасных цехов //УААН ТИММ «М'ясо та молоко: Мясная промышленность». Информс. - 1997. - № 3. - С. 3-4.

16. Усатенко Н. Ф., Коpниенко Н. И., Андреева Л. Д. Модернизация системы воздухорас-пределения термокамеры // УААН ТИММ « М'ясо та молоко. Мясная промышлен-ность». Информс. -1997. - №3. - С. 4-5.

17. Усатенко Н. Ф., Коpниенко Н. И., Андреева Л. Д. Калориферы для термокамер //УААН ТИММ. М'ясо та молоко: Мясная промышленность». Информс. - 1997. - №6. - С. 1.

18. Усатенко Н. Ф., Коpниенко Н. И., Андреева Л. Д. Аэродинамический узел для модернизи-рованных термокамер //УААН ТИММ. « М'ясо та молоко: Мясная промышленность». Информс. - 1997. - №6. - С. 2.

19. Усатенко Н. Ф. Оптимизация тепломассообменных процессов термической обработки мясопродуктов для разработки энергосберегающих технологий и термооборудования. //Министерство по делам науки и техники. КиевЦНТЭИ. Информл. -1996. - №077. - 2 с.

20. Усатенко Н. Ф., Андреєва Л. Д., Корнiєнко М. I., Тюрин А. Д. Димогенератор для копчення харчових продуктiв. // УААН, Наук. iнф. бюл. « Аграрна наука-виробництву». -1998. -№2. - C. 28.

АНОТАЦІЯ

Усатенко Н. Ф. Дослідження конвективного підведення теплоти до ковбасних виробів та створення раціональної конструкції термоагрегату. -

Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 18. 12 - процеси та апарати харчових виробництв, Український державний університет харчових технологій, Київ, 1999.

Дисертацію присвячено проблемі підвищення ефективності процесів конвективного теплообміну, які здійснюються в термоагрегатах під час виробництва ковбасних виробів. Вивчено вплив конструктивних особливостей робочих органів термоагрегату на якість і аеродинаміку робочого середовища у його об'ємі. Встановлено, що для ефективного процесу термообробки характерні рівнозначність та симетричність підведення теплоти до ковбасних виробів. В умовах рециркуляції ці показники здійснюються розподілом потоків робочого середовища, яке надходить до об'єму термокамери, на основні та супутні. Для опису процесу, що забезпечує якість продукту на етапі термообробки, отримано критеріальне рівняння. З використанням отриманих залежностей створено раціональної конструкції термоагрегати різної місткості та функціональних можливостей, за допомогою яких здійснюються ефективні процеси підведення теплоти до ковбасних виробів, які забезпечують якість продукту, екологічну безпеку довкілля, економію енергоресурсів та зниження трудозатрат.

Ключові слова: конвективний теплообмін, термоагрегат, аеродинаміка, процес, рециркуляція, робоче середовище, ковбасні вироби.

АННОТАЦИЯ

Усатенко Н. Ф. Исследование конвективного подвода тепла к колбаным изделиям и создание рациональной конструкции термоагрегата. -

Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05. 18. 12 - процессы и аппараты пищевых производств, Украинский государственный университет пищевых технологий. Киев, 1999.

Диссертация посвящена проблеме создания рациональной конструкции отечественного термоагрегата для организации с его помощью эффективных процессов конвективного теплообмена, гарантирующих качество мясных продуктов на этапе термообработки.

До настоящего времени процессы конвективного теплообмена, проводимые при производстве колбасных изделий в термоагрегатах, с технико-физической точки зрения не рассматривались. Не изучалось влияние конструктивных особенностей рабочих органов термоагрегата на характер течения теплообменных процессов. Поэтому, как правило, в существующем отечественном термооборудовании наблюдается неравномерность нагрева колбасных батонов, размещенных в грузовом объеме термокамер, достигающая 15оС. Это явление сопровождается удлинением процесса термообработки для планомерной доводки до состояния кулинарной готовности продукта, расположенного в местах с менее эффективными условиями подвода тепла. При этом ухудшается качество обрабатываемых мясопродуктов, связанное с вынужденным нарушением условий проведения процесса, а также увеличиваются затраты труда и энергии на проведение необходимых дополнительных операций.

С целью устранения этих негативных явлений, а также обеспечения экологической безопасности процессов термообработки, связанных с использованием дыма, разработана методика проведения комплексных исследований по определению взаимосвязи между конструкцией основных элементов, входящих в состав термоагрегата и проводимыми с их помощью процессами конвективного подвода тепла к колбасным изделиям. Для этого созданы адекватные промышленным экспериментальные образцы установки (термокамеры) и дымогенератора, основные элементы которых с целью изучения их влияния на аэродинамику и химический состав рабочей среды имели изменяемые геометрические параметры.

При решении задач конвективного теплообмена в 12 характерных точках грузового объема установки одновременно исследовались температурные и скоростные поля рабочей среды и температурные поля в колбасных батонах.

Оптимальность конструкции установки определялась идентичностью значений температуры центра колбасных батонов в исследуемых точках при минимальном аэродинамическом сопротивлении составляющих ее элементов.

Установлено, что равнозначность и симметричность - условия характеризующие эффективность процесса конвективного подвода тепла к колбасным изделиям - взаимосвязаны со степенью свободы Fп / dэкв истекающих в установку потоков рабочей среды V и их разделением на входе в грузовой объем на основные V o и супутные V o потоки, определяемые коэффициентом пропорциональности

K п= V - V o / V - V o

Техническая реализация этих условий осуществлена использованием строго ориентированных и дополняющих друг друга элементов аэродинамической сети установки: специально разработанных вентиляторов со спиральным корпусом двустороннего нагнетания; воздуховодов равностатического давления с величиной безразмерного отношения площадей F = Fk / Fн= 0, 20; оребренных биметаллических калориферов, пассивных к компонентам дыма, выполняющих кроме своей непосредственной функции - нагрева рабочей среды еще и функцию спрямляющих решеток с «живым» сечением для прохода рабочей среды Sж. с. =0, 095 0, 005 м2, которые способствовали равномерности рассредоточения потоков по длине установки; конфузорных выходных насадок с регулируемой площадью выходных сечений, обеспечивающих деление потоков на составляющие.

Для описания эффективного процесса конвективного теплообмена, обеспечивающего качество продукта на этапе термообработки, получено эмпирическое уравнение в критериальной форме.

Nu = 0, 17 Re 0, 65

С применением полученных зависимостей создана рациональная конструкция термоагрегата. В грузовом объеме входящей в его состав термокамеры осуществлен равнозначный по физическим параметрам и симметричный по периметру батона подвод рабочей среды к колбасным изделиям, обеспечивающий повышение эффективности процесса на 3% в сравнении с соответствующими техническими источниками и гарантирующий качество продукта на этапе термообработки. Конструкция дымогенератора, составляющего термоагрегат, при копчении мясопродуктов позволяет осуществлять процесс генерации дыма с отсутствием в его составе чрезвычайно опасных для здоровья потребителя, вызывающих рост раковых клеток, полициклических углеводородов типа 3, 4-бензпирен. Разработаны способ и устройства позволяющие проводить процессы термообработки мясопродуктов в «замкнутом» контуре, что предотвращает выбросы отработанной дымовоздушной рабочей среды с температурой не менее 80оС в атмосферу. Это обеспечивает не только экологическую безопасность окружающей среды, но и экономию до 25% расходуемого на проведение процесса тепла. Применение при конструировании калориферов эффективних биметаллических поверхностей, пассивных к компонентам дыма, и имеющих благодаря этому неизменные в процессе эксплуатации теплотехнические и аэродинамические характеристики, привело к снижению их металлоемкости на 60%, а также к уменьшению трудозатрат на техническое обслуживание, связанное с их очисткой от загрязнений.

Промышленное внедрение термоагрегатов новой конструкции и функционального назначения вместимостью от 200 до 2035 кг. составило 811 единиц.

Ключевые слова: конвективный теплообмен, термоагрегат, аэродинамика, процесс, рабочая среда, колбасные изделия.

ANNOTATION

Usatenko N. F. Study of Heat Supply to Sausage Products and Creation of Rational Design of Thermounit. Manuscript.

Thesis for a Candidate of Sciences Degree (Technics), speciality 05. 18. 12 - Processes and Apparatus for Food Production, Ukrainian State University of Food Technologies, Kiev, 1999.

The thesis is devoted to the problem of raising the efficiency of heat transfer processes carried out in thermounits for manufacturing of sausage products. The quality and aerodynamics of the operating atmosphere within the thermounit influenced by the design features of its working bodies have been studied. It has been determined, that equivalence and symmetry of heat supply to the sausage products are characteristic for an effective heat treatment process. During recirculation these conditions are carried out by means of distributing the operating atmosphere supplied into the thermochamber into flows - main and attendant ones. The criteria form equation has been obtained to describe the process insuring the high quality of the product during its heat treatment. With the use of dependencies obtained the rational designs of thermounits of different capacities and functions have been made to fulfill the effective heat supply to sausage products, thus ensuring the quality products, environmental safety, energy saving and labor input lowering.

Key words: convective heat transfer, thermounit, aerodynamics, process, recirculation, operating atmosphere, sausage products.

Размещено на Allbest.ru