Процессы и аппараты пищевых производств. Рубрика в журнале - Вестник Мурманского государственного технического университета
Scientific and practical basis of cephalopods dehydration processes
Статья
Nowadays, it is relevant to solve the problems of adapting optimal resource- and energy-efficient modes to technologies for processing food raw materials. The work is focused on the analysis of the prerequisites to find similar features in the dehydration of food capillary-porous colloidal materials by means of various methods. The authors have studied the patterns of cephalopods dehydration using the example of octopus and squid under different heat treatment regimes. It has been proved that there is only one critical point characterizing the transition from moisture with a lower binding energy to moisture with a higher one, and an equation has been proposed for finding the critical humidity during dehydration of the objects been studied. A generalized mathematical model has been developed to determine the duration of the process at the current moisture content of the food material based on dimensionless similarity criteria characterizing the phenomena been investigated. The dependences of the moisture removal rate for different heat treatment methods of cephalopods are given according to their initial moisture content, the specific surface area of the material and the operating factors that determine the process. The obtained dependencies and patterns open up unique opportunities for labor-saving design in the food industry using rational operating modes of industrial enterprises, optimization of heat treatment processes in general and the creation of energy-efficient equipment new designs.
Бесплатно
Изучение гидродинамического поведения тары при стерилизации рыбных консервов
Статья научная
Статья посвящена исследованиям по совершенствованию оборудования, обеспечивающего наиболее полную сохраняемость полезных пищевых веществ при изготовлении стерилизованных рыбных консервов. Представлены результаты экспериментального исследования гидродинамических особенностей перемещения стерилизуемых банок рыбных консервов разных типоразмеров под действием циркулирующей в емкости газожидкостной теплонесущей среды. Для проведения исследований предложена экспериментальная установка с организованными в ней нисходящими и восходящими потоками, моделирующими стерилизатор (автоклав). Эксперименты были выполнены в диапазоне приведенных скоростей газа от 0,03 м/с до 0,15 м/с, соответствующих устойчивой работе аппарата. Коэффициент сопротивления банок при обтекании их теплонесущей средой определяли двумя методами для двух теплонесущих сред - чистого глицерина и его водных растворов в опытах по осаждению банок и воздуха - при обдуве банок в аэродинамической трубе. Достоверно установлено существенное различие скоростей консервных банок в восходящем и нисходящем потоках, в связи с чем предложено использовать для характеристики движения банок усредненный по двум указанным скоростям показатель, названный скоростью циркуляции банок. Получено эмпирическое уравнение, описывающее зависимость скорости циркуляции банок от приведенной скорости газа. На основании анализа результатов исследований предложены эмпирические зависимости по вычислению коэффициентов лобового сопротивления разных типов тары в диапазоне значений критерия Рейнолдса от 1 до 4 000. Установлена необходимость использования уточняющего коэффициента для вычисления реального лобового сопротивления по результатам эксперимента.
Бесплатно
Исследование температурного поля промышленного автоклава АSCАМАТ-230
Статья научная
Одной из проблем при разработке нового режима термической обработки продукта на этапах предварительного подбора и лабораторного испытания является неоднородность температурного поля в стерилизационных камерах промышленных автоклавов при нагреве и охлаждении. В связи с этим было проведено исследование температурного поля промышленного автоклава ASCAMAT-230. ASCAMAT-230 представляет собой вертикальный автоклав объемом 230 литров и нагревом тремя трубчатыми электронагревателями. Определение параметров температурного поля проводилось согласно методике по изучению температурного поля греющей среды аппаратов периодического действия для стерилизации консервов. Для измерения значения температур в стерилизационной камере автоклава ASCAMAT-230 использовались шесть логгеров температуры Thermochron iButton серии DS1922. Логгер 1 размещен в месте установки штатного термометра, логгеры 2 и 3, 5 и 6 - в центре и на периферии нижней и верхней частей автоклава соответственно, логгер 4 - по центру средней части стерилизационной камеры автоклава. Измерение температуры в банках с продуктом проводилось логгерами температуры из комплекса Ellab TrackSense PRO. Логгеры установлены в двух банках с однородным продуктом, которые располагались в верхней и нижней частях автоклава. На основании полученной информации построены температурно-временные зависимости для всего процесса стерилизации, а также для этапов нагрева и охлаждения. По этим данным сделаны выводы о равномерности температурного поля внутри стерилизационной камеры автоклава ASCAMAT-230 на этапах нагрева, собственно стерилизации и охлаждения. В работе приведены рекомендации по использованию автоклава ASCAMAT-230 при предварительном подборе и проверке режимов стерилизации консервов из гидробионтов, а также при создании системы управления промышленным автоклавом.
Бесплатно
Конструкция, расчет и применение универсальной вакуумной фаршемешалки
Статья
Фаршемешалки, с помощью которых осуществляется перемешивание измельченной мышечной ткани с другими предусмотренными рецептурой ингредиентами, являются одним из наиболее распространенных видов специализированного мясоперерабатывающего оборудования. Качество фарша – пищевой дисперсной среды, включающей в себя твердую, жидкую и, частично, газовую фазу, – определяется дисперсностью и однородностью его структуры, а также равномерностью распределения компонентов, т. е. эффективностью процесса перемешивания. Проведенные исследования позволили теоретически обосновать процессы перемешивания фаршей с помощью специализированного технологического оборудования, в том числе обеспечивающего вакуумирование обрабатываемых пищевых масс. Приведен перечень нормативных требований к конструкциям промышленных фаршемешалок, определяющих их технологическую эффективность, безопасность и гигиеничность. Описаны две основные компоновочные схемы указанного оборудования, горизонтальная и вертикальная. Представлена конструкция горизонтальной компактной вакуумной фаршемешалки с коаксиальной двойной рабочей спиралью. Приведены результаты работы по созданию модельного ряда вертикальных вакуумных фаршемешалок, доказана возможность применения вакуумных вертикальных машин для мацерации путем массирования средне- и мелкокускового мясного сырья. Такую трансформацию оборудования целесообразно осуществлять путем замены рабочих органов перемешивания специальными массирующими лопастями, обеспечивающими наиболее эффективное выполнение указанной технологической операции. Представлена схема, описана конструкция и охарактеризован рабочий цикл вертикальной вакуумной машины с геометрической емкостью рабочей дежи 0,15 м3, приведены основные технологические и динамические расчеты указанной машины. Выполненные расчеты позволили создать современную неметаллоемкую конструкцию вакуумной машины для перемешивания фарша и/или массирования мясного сырья, соответствующей действующим требованиям к оборудованию указанного назначения. Исследования качества перемешивания фарша показали, что вакуумирование позволяет стабильно достигать более плотной консистенции фарша, а для фарша, обработанного на атмосферной мешалке, характерно более равномерное распределение компонентов.
Бесплатно
Кризис теплообмена первого рода при выпаривании молока: проблема и способы решения
Статья научная
Рассматривается проблема исследования и устранения кризиса теплообмена первого рода для многокомпонентных гетерогенных пищевых смесей на примере молока. Целью работы является создание рациональных режимов выпаривания молока, без возможности возникновения кризиса теплообмена первого рода. Планирование экспериментов произведено по методу комбинационных квадратов. Недостающие теплофизические характеристики (ТФХ) исследуемой пищевой смеси определены методом динамического С-калориметра. Исследование данного вида кризиса теплообмена проведено в два этапа с применением моделирования процесса выпаривания с соблюдением геометрического, гидравлического и теплового подобия. Статистическая обработка результатов экспериментов по определению теплофизических характеристик молока методом нелинейной регрессии проведена при помощи программы DataFit v 9.1.32; результаты определения первой критической плотности теплового потока обрабатывались в два этапа: на первом этапе - при помощи программы StatGraphics Plus v 5.0.1, на втором - DataFit v 9.1.32. Результат выполненной работы представлен в виде математических моделей основных ТФХ молока и эмпирического коэффициента А для уравнения первой критической плотности теплового потока многокомпонентных гетерогенных пищевых смесей; а также диапазона плотности обогрева парогенерирующей трубы, вызывающего возникновение кризиса теплообмена первого рода, рекомендаций по его исключению и поддержанию рациональных промышленных режимов выпаривания молока. Адекватность полученных математических моделей определена критерием Фишера и коэффициентом детерминации. Расширены границы применения зависимости по определению первой критической плотности теплового потока для неоднородных многокомпонентных смесей в условиях естественной конвекции при атмосферном давлении, что позволяет сделать очередной шаг к созданию универсального уравнения для ее определения и прогнозированию возникновения кризиса.
Бесплатно
Криоэкструзия в технологии производства рыбных кормов
Статья научная
Исследован процесс измельчения рыбного сырья в замороженном состоянии с использованием полезной модели экструдера-измельчителя поршневого типа с охлаждаемыми рабочими органами. Получен новый кормовой продукт - рыбный криофарш. Обоснована возможность замены стандартных технологических операций (дефростация и последующее измельчение сырья) одной - криоэкструзией. Планирование экспериментальной части выполнено по методу комбинационных квадратов. В ходе эксперимента определен объем образцов, их удельная поверхность, масса, начальная и конечная температуры рабочей камеры, температура сырья, температура полученного фарша, усилие продавливания, время эксперимента, масса отходов. Определены рациональная форма и размер отверстий фильеры для продавливания сырья. При этом установлено, что при использовании фильеры с формой отверстий "песочные часы" диаметром 4,5 мм и 7 мм длительность процесса продавливания для исследованных видов рыб составляет от 47 до 130 с. Готовый продукт - криофарш - имеет достаточно однородную структуру, сочную консистенцию, температура в толще продукта на выходе равна температуре сырья до начала его переработки (минус 18 °С)...
Бесплатно
Статья научная
С точки зрения эффективности работы режущего узла волчка угол наклона винтовой линии в конечной части шнека является наиболее ответственным и характеристическим параметром, так как определяет давление мясного сырья в зоне взаимодействия ножа и решетки. Важность решения задачи математического моделирования геометрии шнека обусловлена также необходимостью решения проблемы минимизации обратного перетока пищевого материала при нагнетании его в зону резания, поскольку указанный эффект "шлюзования" существенно снижает производительность процесса перемещения, повышает энергопотребление оборудования и влечет за собой ухудшение качества выходного сырья. В работе сформулирована и решена методами дифференциальной геометрии задача определения длины винтовой линии переменного шага для шнека измельчителя пищевых материалов. Задача корректного описания закона изменения угла наклона винтовой линии по ее длине определена в данном случае как ключевая для обеспечения требуемой зависимости тангенса этого угла от угла поворота радиуса-вектора образующей окружности. Учтено положение о том, что уменьшение шага витка шнека в направлении подачи продукта должно происходить с уменьшающейся скоростью. Параметрическое уравнение винтовой линии записано в виде трех функциональных зависимостей соответствующих цилиндрических координат. На основе анализа широкого спектра и значительного количества моделей волчков разных производителей выявлены границы возможного изменения углов наклона винтовой линии первого и последнего витков шнека. Длина винтовой линии шнека определена математически в виде аналитического соотношения и как функция переменного угла ее подъема, и как функция угла поворота радиуса-вектора образующей окружности, что позволяет расширить возможности конструирования данного узла. Наряду с этим получено математическое выражение для вычисления длины корпуса шнека, что необходимо при исследовании и расчете энергетических затрат на процессы перемещения продукта. Разработанные теоретические материалы хорошо согласуются с имеющимися в литературе экспериментальными данными по исследованию прессовых и экструзионных механизмов, что позволит эффективно применять их в практике конструирования.
Бесплатно
Статья
Климатические особенности Мурманской области (низкая среднегодовая температура; незначительное число солнечных дней) не способствуют эффективному использованию естественных методов сушки гидробионтов и определяют применение способов искусственного обезвоживания с помощью соответствующего оборудования. Возможности судовых комплексов переработки рыбы ограничены; для снабжения населения рыбной продукцией необходимы высокопроизводительные береговые рыбообрабатывающие предприятия. Разработка и тестирование новых режимов сушки проведены с использованием малогабаритной сушильной установки УПОР-М2. В ходе исследования разработан проект модернизации сушильной установки, подобрано оборудование (тепловизионная система; модули управления заслонками и вентиляторами), осуществлена модернизация системы и выполнен ряд экспериментов по определению эффективности проведенных работ. Модернизация сушильной установки позволила повысить точность получаемых данных на 25 % (температура), 20 % (относительная влажность), 18 % (масса), осуществить дистанционное управление процессами и обеспечить надежную работу системы сушки. Дальнейшие исследования различных режимов сушки гидробионтов должны включать обновление системы регулирования подачи воздуха и повышение качества связи между элементами установки.
Бесплатно
Статья
Клейковина вырабатывается из пшеничного зерна и используется в пищевой промышленности в качестве улучшителя пекарных параметров муки. На основе сравнительного анализа способов обезвоживания замороженных гранул пшеничной клейковины с поверхностной сухой корочкой выбран рациональный способ их сушки в кипящем слое. В процессе расчетов агрегатов с псевдоожиженным слоем определены его гидродинамические показатели: потеря давления ожижающего агента; скорость при переходе слоя из состояния покоя в режим псевдокипения; порозность слоя; скорость уноса частиц в нестесненных условиях, ориентировочно соответствующая скорости витания, при которой единичная частица находится в равновесии в газовом потоке. При операции обезвоживания скорость уноса гранул варьируется, поэтому целесообразно применять режим проходящего псевдоожижения в зависимости от снижения их влажности. В варианте активного гидродинамического режима в агрегате для сушки интенсифицируется процедура обезвоживания без заметного уменьшения экономической эффективности его функционирования и обеспечиваются высокие качественные показатели готовой продукции с заданной итоговой влажностью, что обусловлено специфическими условиями контакта гранул с теплоносителем. Для гранул влажностью 0,19 кг/кг определены величины гидродинамических характеристик: ареал критических скоростей псевдокипения составляет 4,1–5,5 м/с; скорость уноса мелкой фракции – 12,5–14,5 м/с. В результате исследования обоснован выбор в пользу сушки исследуемых гранул в кипящем слое вследствие превалирования его достоинств над обезвоживанием объекта в барабанных сушильных установках.
Бесплатно
Статья научная
Дается аналитическая оценка эффективности работы новых рабочих органов для совершенствования оборудования, обеспечивающего наиболее полную сохраняемость полезных пищевых веществ при изготовлении разного рода пищевых продуктов. Актуальность рассматриваемым вопросам придают постоянно сокращающиеся ресурсы пищевого сырья. В таких условиях потери пищевых веществ в процессе выработки продуктов питания, особенно на стадиях его очистки и измельчения, становятся совершенно недопустимыми. Это важно, так как именно в приповерхностных зонах, непосредственно примыкающих к оболочкам или кожуре поставляемого на переработку сырья, содержится значительная часть таких веществ. Подобная картина наблюдается у некоторых видов нетрадиционного сырья, все чаще вовлекаемого в процесс производства пищевой продукции, например у люпина и амаранта. Затронутая проблема заставила разработчиков технологического оборудования искать пути снижения толщины удаляемого с поверхности обрабатываемого сырья слоя. Это, в частности, стало доступно при использовании абразивного инструмента, у которого подложкой для крепления абразивного зерна являются эластичные материалы, позволяющие достаточно точно воспроизводить форму обрабатываемой поверхности. Развитие и внедрение такого рода рабочих органов затруднено из-за отсутствия расчетной базы для их производства.
Бесплатно
Совершенствование процесса тепловой обработки ската звёздчатого
Статья научная
Представлены результаты разработки способа комбинированного бланширования (вода - пар) ската звёздчатого. Предложенный способ полностью исключает процесс предварительной отмочки и как следствие, оводнение мяса ската, позволяет получать полуфабрикат, пригодный для дальнейшей переработки как в кулинарных целях, так и для консервного производства. Анализ размерно-массовых характеристик крыльев ската звёздчатого, выловленного в Баренцевом море, позволил выделить группу сырья с удельной поверхностью 0,2560 ± 0,05 м2/кг, что соответствует 75 % от блока массой 10 кг, при средней массе образца 161,33 г. С помощью представленной экспериментальной установки возможно исследовать процесс бланширования водой, паром или комбинированным способом сырья как растительного, так и животного происхождения. Для планирования эксперимента применялся метод комбинаторных квадратов. Эффективность удаления мочевины из мяса ската звёздчатого подтверждалась экспериментально путем сравнения массовой доли карбамида в мышечной ткани ската до и после предварительной тепловой обработки с учетом особенностей исследуемого продукта...
Бесплатно
Универсальная коптильная установка роторного типа
Статья научная
Согласно исследованиям, проведенным авторами статьи, большинство технологических установок для производства мясной и рыбной продукции ориентированы только на один вид сырья (мясное или рыбное), а также вид копчения (холодное или горячее). Ограничения связаны с максимальной температурой сушильного агента, который воздействует на продукт; наличием системы поддержания относительной влажности воздушной смеси; наличием системы охлаждения дыма, поступающего от дымогенератора, и рядом других факторов. Предприятия, расширяющие ассортимент выпускаемой продукции, вынуждены приобретать новое оборудование. При ограниченной площади производства, особенно у малых предприятий, это не всегда удобно. В работе рассмотрена универсальная коптильная установка роторного типа (УКУРТ) для производства как мясной, так и рыбной продукции с применением холодного или горячего копчения. Установка ориентирована на широкий ассортимент выпускаемой продукции. Наличие системы охлаждения дыма позволит выпускать на данной установке продукцию холодного копчения, наличие системы осушения и увлажнения дымовоздушной смеси обеспечит поддержание необходимого технологического режима при производстве рыбной продукции и мясных изделий. Проведенные на примере холодного копчения исследования показали, что длительность процесса необходимо сократить, сохранив при этом качество продукта. Для этой цели в УКУРТ на дымовоздушную смесь воздействовали ультразвуковыми (УЗ) колебаниями. Проведены исследования по выявлению наилучшего типа УЗ-излучателей, способных передавать колебания металлической поверхности установки и от нее переходить в дымовоздушную смесь, с целью интенсификации процесса холодного копчения. Определены необходимые мощности УЗ-генераторов. Представлены сравнительные результаты технологических процессов с применением ультразвука при производстве рыбной продукции.
Бесплатно
Статья
На современных пищевых предприятиях задача обеспечения качественной воздухоочистки от пыли является актуальной. Предложен оригинальный сепаратор-пылеуловитель, особенностью которого является наличие конструктивных элементов различной формы, размещенных в шахматном порядке. Данное конструктивное решение обеспечивает формирование волнообразной структуры течения газопылевого потока внутри устройства. Сепарация твердых частиц из воздуха происходит за счет инерционных и центробежных сил. Цель работы – оценка фракционной эффективности данного сепаратора с конструктивными элементами различной геометрической формы в процессе пылеулавливания. Рассматриваются двутавровые, П-образные, дугообразные и V-образные конструктивные элементы. Исследование выполняется с помощью численного моделирования при изменении скорости газопылевого потока от 0,5 до 3 м/с и размера твердых частиц от 10 до 200 мкм. Установлено, что форма конструктивных элементов в значительной мере определяет эффективность отделения пылевидного материала из потока газа. Конструктивные элементы V-образного типа показали наибольшую среднюю эффективность сепарации по сравнению с другими формами при прочих равных условиях. Это связано с тем, что в таком сепараторе частицы направляются к своему апексу, где скорость частиц уменьшается, что способствует их последующему оседанию в накопительный бункер. Максимальная эффективность для V-образных элементов составила в среднем 80,1 % при входной скорости газопылевого потока, равной 0,5 м/с. Наименьшая эффективность наблюдалась у двутавровых элементов, так как частицы возвращаются в воздушный поток после отскока от стенок.
Бесплатно
Статья научная
Целью данной работы являлось получение новых экспериментальных данных по развитию термокапиллярной конвекции в растворе бромида лития при неизотермической абсорбции водяного пара в ограниченном сосуде. При проведении экспериментов использовались бесконтактный метод измерения температуры межфазной поверхности, основанный на использовании тепловизионной техники, и метод визуализации течения, возникающего в слое абсорбента, путем введения меток в раствор. В качестве объекта исследования был выбран неподвижный слой раствора бромида лития с начальной концентрацией 58 % и толщиной слоя 20 мм в ограниченном сосуде диаметром 70 мм. В качестве поглощаемого газа использовался водяной пар, давление которого поддерживалось постоянным во время абсорбции и составляло примерно 2 000 Па. Процесс абсорбции начинался с подачи пара в абсорбер, начальное давление в котором соответствовало давлению насыщенных паров воды при данной температуре раствора (250-300 Па). На основании визуализации течения, возникающего вследствие термокапиллярной конвекции, измерены скорость и продолжительность конвективного движения в слое абсорбента. При развитии термоконцентрационной конвекции получены термограммы межфазной поверхности для различных режимных параметров. Определены характерные времена развития термокапиллярной конвекции. На основании анализа полученных экспериментальных данных предложены эмпирические выражения для продолжительности конвективного движения в зависимости от давления пара в абсорбере и толщины слоя абсорбента. Показано, что понижение начальной температуры раствора приводит к интенсификации термоконцентрационной конвекции. Результаты работы являются полезными для проектирования и оптимизации элементов холодильной техники абсорбционного типа.
Бесплатно
