Удосконалення процесів та обладнання для виробництва солоду
Теоретичні основи взаємодії повітряних і водоповітряних потоків з середовищем апарату. Одержання розрахункових формул по визначенню кінематичних параметрів циркуляційних контурів. Залежності по визначенню сталої насичення рідинної фази середовища киснем.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 28.09.2015 |
| Размер файла | 145,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
УДК 621.798
УДОСКОНАЛЕННЯ процесів та ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА СОЛОДУ
Спеціальність: 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв
АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
ПІДЛІСНИЙ ВІТАЛІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ
Київ 2009
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Подільському державному аграрно-технічному університеті Міністерства аграрної політики України.
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Варфоломеєв Антон Йосипович Подільський державний аграрно-технічний університет, доцент кафедри механізації переробки та зберігання сільськогосподарської продукції
Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор Домарецький Віталій Афанасійович Національний університет харчових технологій, професор кафедри біотехнології продуктів бродіння
кандидат технічних наук Лензіон Валентин Йосипович Київський завод шампанських вин "Столичний", головний інженер заводу
Захист відбудеться “17” червня 2009 р. о 15оо годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.02 у Національному університеті харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68, аудиторія А-311.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68.
Автореферат розісланий 30.04.2009 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,
к.т.н., доц.Кривопляс-Володіна Л.О.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Зниження питомих енергетичних витрат, підвищення якісних показників солоду, забезпечення конкурентоспроможності продукції пивоварної галузі України на зовнішньому і внутрішньому рівнях є невідкладним завданням, виконання якого базується на удосконаленні технологічного обладнання для замочування і пророщування солоду. Сучасні погляди на масообмін в трифазних середовищах, кондиціонування повітря, масообмін в процесах аерації зерна вказують на існування резервів, використання яких може суттєво вплинути на їх результати.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота за своєю тематикою відповідає Програмі Кабінету Міністрів України "Україна-2010" (проект 4 - "Технологічне та технічне оновлення виробництва") і виконувалася у відповідності з пріоритетним напрямком робіт Подільського державного аграрно-технічного університету.
Мета і задачі досліджень. Метою досліджень є розроблення теоретичної бази, що лежить в основі процесів замочування і пророщування зерна у виробництві солоду, та розробка пропозицій по удосконаленню технологічного обладнання.
Об'єктами досліджень є системи замочування зерна, кондиціонування повітря та аерації пророщуваного солоду.
Предметом досліджень є обладнання та окремі елементи систем.
Методи досліджень включають в себе аналітичне моделювання процесів барботажу повітря у зерно-водяну суміш, аерації зернової маси та кондиціонування повітря з експериментальною перевіркою окремих положень та використанням комп'ютерних технологій.
Наукова новизна одержаних результатів. На основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень науково обґрунтовано можливості удосконалення систем замочування і пророщування солоду та кондиціонування повітря.
Вперше запропоновано гіпотезу про наявність додаткової рушійної сили у процесі замочування на основі осмомолекулярної дифузії.
Показано, що кількість споживаного у процесі дихання зерна кисню співрозмірна з тією кількістю О2, яка транспортується у зернівку вологою. Однак відсутність балансу вказує на існування дифузійного перенесення кисню через оболонки зернівок.
Показано, що стосовно зернівки існують спряжені матеріальні потоки води, кисню, діоксиду вуглецю і теплової енергії з нестаціонарним характером у зв'язку зі змінами рушійних факторів.
Розроблено теоретичні основи взаємодії повітряних або водоповітряних потоків з середовищем апарату і одержано розрахункові формули по визначенню кінематичних параметрів циркуляційних контурів.
Розроблено аналітичні основи щодо визначення співвідношень теплових і матеріальних потоків у процесах пророщування солоду, у тому числі і стосовно рециркуляційних режимів.
Одержано залежності по визначенню сталої насичення рідинної фази середовища киснем. кінематичний циркуляційний рідинний повітряний
Встановлено причини виникнення градієнтів температур в зерновій масі. Розроблено аналітичний апарат по оцінці нерівномірності температурних полів і взаємозв'язків останніх з параметрами системи.
Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень реалізовані за такими напрямками.
Показано за доцільне використовувати в системах аерації замочувальних апаратів безмасляні компресори або ежекційні пристрої.
Обґрунтовано можливість використання пристрою для замочування зерна, до складу якого входить зовнішня частина циркуляційного контуру з насосом, ежекційним масообмінним апаратом, масообмінною ділянкою трубопроводу з замиканням його внутрішньою частиною через середовище в дифузорі і апараті.
Показано доцільність використання масообмінних апаратів з повисотно розосередженими аераторами.
Вперше показано можливість вилучення діоксиду вуглецю із рециркуляційної частини повітря.
Одержано оцінку енергетичних витрат, пов'язаних з кондиціонуванням повітря і рециркуляційними режимами.
Показано, що за низьких температур повітряного басейну в зимовий сезон догрівання повітря доцільно здійснювати відкритою парою з метою його одночасного зволоження.
Показано можливість обмеження температурних нестабільностей зернової маси за рахунок збільшення об'ємних витрат повітря на аерацію.
Особистий внесок здобувача полягає в критичному аналізі теорії та практики виробництва солоду, формулюванні задач досліджень та методів їх розв'язання, розробці теоретичних моделей, лабораторних установок та методик експериментальної перевірки теоретичних даних, проведенні досліджень та обробці їх результатів, розробці рекомендацій по впровадженню результатів досліджень.
За темою дисертаційної роботи здобувача надруковано наступні праці з вказаним внеском.
Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися на наукових конференціях Подільського державного аграрно-технологічного університету, І Всеукраїнської студентської науково-методичної конференції „Перші наукові кроки”, ІІ Всеукраїнської студентської науково-методичної конференції „Перші наукові кроки”, 74 наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів «Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті» Київ НУХТ, на конференціях спеціалістів пивзаводів, семінарах кафедри механізації переробки та зберігання сільськогосподарської продукції.
Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 7 друкованих праць, отримано 6 патентів України.
Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 4-х розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і додатків.
Робота виконана на 153 сторінки машинописного тексту, містить 35 рисунків, 23 таблиці та додатки.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність вибраної теми, визначено мету, сформульовано основні завдання досліджень, показано наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів.
У розділі 1 виконано огляд сучасних технологій та класичних положень, які стосуються замочування та пророщування зернових культур для одержання солодів, досліджень і новітніх розробок у цій галузі дозволяють відмітити наступне.
1. Класичні технології виробництва солодів з вузькою орієнтацією на певні виробництва в останні десятиліття суттєво розширюються з орієнтацією на одержання солодових екстрактів, концентратів, біологічно активних речовин, ферментних препаратів тощо.
2. У більшості випадків, що стосуються випуску солодів, технологічні операції мають у своєму складі процеси антиподи, а саме зволоження і висушування зернової маси. В обох випадках мають місце тепло- і масообмінні процеси, механізми дії яких добре вивчені, але одночасно зберігають у собі класичні недоліки, пов'язані зі значними енергетичними навантаженнями, відсутністю заходів енергозбереження, економічного водокористування тощо.
3. Відмічається поширене використання солодів і їх екстрактів галузями хлібопекарської, кондитерської, м'ясної, молочної промисловості, у виробництві сухих сніданків, засобів профілактичної і лікувальної дії, носіїв біологічно активних речовин тощо.
4. До числа факторів інтенсифікації процесів зволоження зерна при замочуванні відноситься температура середовища та розміри зернівок, однак вимоги технології жорстко нівелюють варіювання ними. Важливим і таким, що піддається регулюванню, є показник концентрації розчиненого кисню.
5. Використання для систем аерації зерно-водяної суміші пневматичних систем заводів спряжено з потраплянням у вказані середовища мінеральних мастил, що слід вважати суттєвим недоліком з точки зору інтересів масообміну і кінцевої якості продукції.
6. Відсутні закономірності, пов'язані з оцінкою рівнів енерговведення в середовища з перебігом тепло- і масообмінних процесів. Замочування зерна в сукупності з біохімічними процесами супроводжується наявністю різнонаправлених концентраційного і температурного градієнтів.
7. Кінетична теорія зволоження зерна не враховує положень осмомолекулярної дифузії. Між тим, оболонки зернівки і оболонки клітин ендосперму є за своєю структурою напівпроникними мембранами, що повинно знайти своє відображення в теорії зволоження.
8. Практично відсутні дані щодо визначення балансу по газообміну, у тому числі по десатурації зернівок і зернової маси в цілому і необхідності врахування спряжених газових потоків кисню і СО2.
9. Відсутня теорія гідродинаміки за аерації зерно-водяних середовищ в замочувальних апаратах і пов'язані з нею аспекти масообміну та інтенсифікації останнього.
10. Використання рециркуляційних режимів в підготовці повітря обмежується накопиченням в газовій фазі діоксиду вуглецю і зниженням вмісту кисню. Відсутній аналітичній аналіз при визначенні співвідношень матеріальних і теплових потоків, що стосуються процесів пророщування зерна.
11. Коефіцієнт використання повітря, що подається на аерацію зернової маси, в пророщуванні не перевищує 1 %.
12. Відсутня теорія перебігу масообмінних процесів, визначення їх термодинамічних параметрів, нерівномірності температурних полів у структурі зернової маси при пророщуванні.
13. Відсутній аналіз особливостей кондиціонування повітря в сезони року і вирішення задачі рекуперації теплової енергії.
14. Відсутні дані щодо значень термодинамічних параметрів повітря в умовах зміни його складу та пояснення щодо температурних градієнтів в масивах пророщуваного зерна.
Вибрано основні напрямки та сформульовано слідуючі задачі досліджень.
1. Здійснити аналітичну оцінку впливів осмодифузійних явищ на процеси замочування зерна.
2. Уточнити взаємозв'язки між масовими потоками в процесах замочування, за впливів аерації та гідродинамічного перемішування зерно-водяних середовищ.
3. Розробити пропозиції щодо удосконалення процесів замочування зерна і їх апаратурного оформлення.
4. Розробити вихідні дані в оцінці теплових і матеріальних потоків в процесах пророщування солоду.
5. Розробити пропозиції по удосконаленню процесів кондиціонування повітря та підвищенню рівня рекуперації повітря в процесах пророщування солоду.
6. Виконати розробки щодо обмеження температурних перепадів у масивах пророщуваного зерна.
У розділі 2 наведено методики виконання наукових досліджень.
Вирішення питання про співвідношення матеріальних потоків в процесах замочування стосувалося зволоження і дихання зернової маси. При цьому в основу моделювання поглинання кисню і синтезу діоксиду вуглецю покладено рівняння дихання зернової маси. Це означає, що зміна вмісту сухих речовин зернової маси відображує динаміку потоків кисню і діоксиду вуглецю. Саме на цій основі в роботі використано складання матеріальних балансів. Перехід за мінімальну концентрацію розчиненого кисню означає початок біохімічного процесу, що відповідає рівнянню Гей Люсака, з утворенням алкоголю, СО2, альдегідів, ефірів тощо.
Саме тому сукупність технологічних прийомів аерації зернової маси має принципове значення і моделювання цих процесів може слугувати основою в їх інтенсифікації.
Ситуація, що вивчається, стосується трифазних систем, до складу яких входять газова (повітряна), рідинна (вода) і тверда (зерно) фази. Масообмін у таких системах виглядає як нестандартний з високою концентрацією твердої фази. Однак останнє не є підставою заборони принципу суперпозиції, на основі якого застосуємо теоретичні моделі масообміну в газорідинних системах і системах "рідинна - тверда фази".
Присутність твердої фази вносить суттєві корективи, які, в першу чергу, пов'язані з неможливістю досягнення вільного спливання газової фази в рідинній, оскільки має місце взаємодія газових бульбашок з зерновою фракцією. В результаті швидкість спливання суттєво сповільнюється. Принципово це позитивне явище в інтересах інтенсифікації масообміну і визначенню середньої швидкості спливання газової фази у водно-зерновій суміші присвячено лабораторні дослідження.
Схема лабораторної установки приведена на рис. 1.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Метою дослідження було визначення утримувальної здатності середовища по газовій фазі та середньої швидкості спливання газових бульбашок в режимі барботажу.
До числа факторів впливу в цьому дослідженні були віднесені масова концентрація зерна в рідинній фазі, висота шару суміші та приведена швидкість газової фази у поперечному перерізі апарата.
У табл. 1 занесено кодові позначення факторів z1, z2 та z3, їх основні рівні, інтервали варіювання, нижнє та верхнє значення факторів.
Таблиця 1
Характеристика параметрів трифакторного експерименту
|
Величина |
Ф а к т о р и |
|||
|
Масова концентрація зерна в рідинній фазі, кг/м3 |
Висота шару суміші, м |
Приведена швидкість повітряного потоку, м/с |
||
|
Кодове позначення фактора |
z1 |
z2 |
z3 |
|
|
Основний рівень |
400 |
0,056 |
0,03 |
|
|
Інтервал варіювання |
200 |
0,005 |
0,01 |
|
|
Нижній рівень |
200 |
0,051 |
0,02 |
|
|
Верхній рівень |
600 |
0,061 |
0,04 |
За наявності прийнятих даних матриця планування трифакторного експерименту доповнюється значеннями фізичних величин і функцією відгуку (табл. 2).
Результатом вимірювання була висота набухання шару Дh, за якою вираховувалася величина утримувальної здатності
.(1)
Таблиця 2
Матриця планування експериментів і їх результати
|
№ досліду |
Ф а к т о р и |
Фізичні величини |
Функція відгуку |
|||||||
|
z0 |
z1 |
z2 |
z3 |
маса зер- на, кг |
висота шару, м |
об'єм середовища, м3 |
набухання шару, м |
Утримува-льна здат- ність, м3 |
||
|
1 |
+ |
- |
- |
- |
3,83 |
0,51 |
0,025 |
0,022 |
0,0011 |
|
|
2 |
+ |
+ |
- |
- |
11,8 |
0,51 |
0,025 |
0,027 |
0,00133 |
|
|
3 |
+ |
- |
+ |
- |
3,83 |
0,61 |
0,03 |
0,0259 |
0,00127 |
|
|
4 |
+ |
+ |
+ |
- |
11,8 |
0,61 |
0,03 |
0,032 |
0,00158 |
|
|
5 |
+ |
- |
- |
+ |
3,83 |
0,51 |
0,025 |
0,136 |
0,0067 |
|
|
6 |
+ |
+ |
- |
+ |
11,8 |
0,51 |
0,025 |
0,163 |
0,0080 |
|
|
7 |
+ |
- |
+ |
+ |
3,83 |
0,61 |
0,03 |
0,169 |
0,00833 |
|
|
8 |
+ |
+ |
+ |
+ |
11,8 |
0,61 |
0,03 |
0,204 |
0,010 |
Найменшому рівню набухання, як бачимо, відповідає дослід № 1, а найбільшому - № 8. Кожен з дослідів дублювався, а у відповідну колонку заносилася середньоарифметична величина. Таким чином збільшення всіх трьох факторів впливу однозначно приводять до зростання рівня набухання шару і утримувальної здатності по газовій фазі. Це означає зростання поверхні поділу та інтенсифікації масообміну.
В результаті обробки експериментальних даних одержано рівняння регресії у кодованому вигляді, яке за значеннями коефіцієнтів регресії дозволяє здійснити рівень впливів окремих факторів. У нашому випадку таке рівняння приводиться до виду:
(2)
Очевидно, що зростання утримувальної здатності газової фази буде мати ще один позитивний результат, пов'язаний з десорбцією діоксиду вуглецю. Математичне представлення двох спряжених потоків (О2 і СО2), що мають місце на поверхні поділу фаз має однакову форму і в кількісному виразі вони пропорційні коефіцієнтам масопередачі, поверхні масообміну та рушійним факторам. Таким чином, інтенсифікація гідродинаміки середовища і збільшення міжфазної поверхні стосовно обох спряжених потоків має позитивні наслідки.
Перехід до питань, пов'язаних з кондиціонуванням повітря, опирався на визначення теплових і матеріальних потоків, які супроводжують процеси пророщування солодів. Сферою наукових інтересів при цьому було вологе повітря, на яке розповсюджуються закони ідеальних газів та закон Дальтона. Вважалося, що перебігу процесів, які мали місце в процесах підготовки і взаємодії повітря з зерновою масою, відповідає I-d діаграма вологого повітря.
Математичний опис процесів кондиціонування базується на відомих співвідношеннях термодинаміки, фазових переходах, поєднанні теплових і масообмінних процесів сорбції та десорбції рідинами газів тощо.
Розв'язання задачі у напрямку обмеження енергетичних витрат на процесах солодорощення вирішувалось на шляху рециркуляції повітря. При цьому формулюється підхід, пов'язаний з вилученням діоксиду вуглецю із рециркуляційної частини повітря в камерах кондиціонування. Розробка математичного апарата такої десорбції ґрунтувалася на співвідношеннях рівноважного стану, законах Генрі і Дальтона. Для вирахування парціальних тисків діоксиду вуглецю використовувалося універсальне рівняння газового стану. Знайдені співвідношення на рівні теплових і матеріальних балансів створили основу для розрахунків процесів.
На основі одержаних термодинамічних моделей процесів взаємодії повітря з солодом зроблено висновок про можливість обмеження температурних перепадів у зерновій масі у напрямках трьох просторових координат.
Такі обмеження є невід'ємною і важливою вимогою технології пророщування солодів, оскільки зростання температури на кожен градус означає масові та якісні втрати сировини і продукції.
Причиною температурних перепадів у напрямках горизонтальних осей є нерівномірність розподілу газової фази по опорній перфорованій площині. Такий недолік можливо усунути за рахунок конструктивних прийомів. Вертикальна нерівномірність температур пояснюється зміною параметрів повітря за взаємодії з зерновою масою.
Для одержання уточнених даних було виконано дослідження на промисловому рівні.
У розділі 3 досліджуються особливості та інтенсифікація масообміну в процесах замочування зерна.
Замочування є важливою технологічною стадією, за якої у зерні з'являється вегетативна вода. Від вологості 30-35 % починається біохімічні процеси, що потребують відповідної кількості кисню. Проте інформація про газообмін в середовищі "зерно - вода" є обмеженою, хоча масообмін на рівні біологічних об'єктів, мікробних клітин тощо в сучасному описі дає підстави стверджувати доцільність поглиблення знань в цій галузі.
У зв'язку з відміченим до числа задач досліджень у цьому розділі віднесено наступне:
- уточнити присутність осмодифузійних ефектів в процесах замочування зерна;
- розробити методики по визначенню матеріальних спряжених потоків масообміну на основі відповідних балансів;
- здійснити кількісну оцінку рівня сатурації рідинної фракції в процесах замочування і доцільність виконання примусової десатурації та розробити аналітичний апарат по взаємозв'язку між масовими параметрами рідинних потоків, об'ємних потоків газової фази і кількістю десорбованого СО2;
- розробити аналітичні моделі по визначенню параметрів циркуляційних контурів в середовищах замочувальних апаратів;
- розробити пропозиції по дестабілізації перебігу гідродинамічних процесів, примусовому створенню перехідних режимів і інтенсифікації масообміну.
Фізико-хімічні явища в масообміні при зволоженні зерна. Вирішальну роль у зволоженні зерна відводять концентраційному градієнту. Однак масоперенесення стосовно біологічних об'єктів не слід розглядати на такому спрощеному рівні.
Подобные документы
Техніко-економічне обґрунтування методу виробництва та вибору сировини. Стадії технологічного процесу, фізико-хімічні основи і норми режиму виготовлення ячмінного солоду. Стандартизація і контроль якості, розрахунок обладнання і техніка безпеки.
дипломная работа [215,9 K], добавлен 16.07.2011Удосконалення технологічних процесів, заміна обладнання, комплексна автоматизація керамічного виробництва. Технологічні і швидкісні режими сушіння і випалу на обладнанні безперервної дії. Зневоднювання керамічних суспензій і одержання прес-порошку.
курсовая работа [245,8 K], добавлен 12.09.2014Розробка схеми відбілки жирової суміші, одержання основи для виробництва туалетного мила високої якості. Розрахунки матеріального і теплового балансів, обладнання, енергоресурсів; цивільна оборона, охорона праці і середовища; економічна ефективність.
дипломная работа [754,2 K], добавлен 21.06.2011Використання у плодоовочевому консервному виробництві апаратів для попередньої обробки сировини, обжарювальне, випарне, для спеціальної обробки, сушильне, а також допоміжне обладнання Характеристика та принцип дії апаратів, їх класифікація по визначенню.
реферат [97,1 K], добавлен 24.09.2010Теоретичні основи процесу нагрівання яблучного соку, використовуване обладнання, значення в технології виробництва яблучних соків та концентратів. Порівняльна характеристика конструкцій теплообмінників. Розрахунок параметрів розробленого теплообмінника.
курсовая работа [281,7 K], добавлен 03.03.2013Проектування технологічних процесів. Перевірка забезпечення точності розмірів по варіантах технологічного процесу. Використання стандартного різального, вимірювального інструменту і пристроїв. Розрахунки по визначенню похибки обробки операційних розмірів.
реферат [20,7 K], добавлен 20.07.2011Етапи виробництва пива: приготування сусла, бродіння, доброджування, фільтрація, стабілізація, розлив напою. Умови проведення та розрахунки технологічних процесів, особливості роботи обладнання. Технохімічний контроль і компоновка бродильного відділення.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 11.08.2011Поняття та призначення підготовчого цеху підприємства, його структура та елементи, принципи та обґрунтування вибору схеми комплексної механізації. Обладнання складського виробництва, для зберігання матеріалів. Промірювально-розбракувальне обладнання.
лекция [401,8 K], добавлен 01.10.2013Фізичні властивості літію. Сполуки літію з воднем і киснем. Переробка фосфатів літію. Одержання хлориду літію. Матеріальний баланс процесу електролізу хлориду літію. Розрахунок добової та годинної програми, балансу витрат енергії на електролізі.
дипломная работа [114,9 K], добавлен 29.06.2012Визначення кінематичних і силових параметрів приводу. Проектний розрахунок циліндричної прямозубної передачі. Проведення розрахунку валів та підшипників редуктора, а також клинопасової передачі. Правила змащування, підйому та транспортування редуктора.
курсовая работа [1000,0 K], добавлен 19.04.2012
