Процессы и аппараты пищевых производств. Рубрика в журнале - Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий
Пищевые технологии: диалектическая модель развития
Статья научная
Рассмотрен научный подход к созданию машинных пищевых технологий будущего с упреждением 30-50 и более лет. Все сегодняшние научно-исследовательские работы должны выполняться, исходя из разработки технико-технологических требований к организации безлюдных технологических потоков будущего. Эти требования - результат стартовой фундаментальной научной работы (первого шага алгоритма) – должны лежать в основе формирования образа пищевого предприятия середины или конца ХХI и начала ХХII вв.
Бесплатно
Пищевые технологии: диалектическая модель развития
Статья научная
рассмотрен научный подход к созданию машинных пищевых технологий будущего с упреждением 30-50 и более лет. Все сегодняшние научно-исследовательские работы должны выполняться, исходя из разработки технико-технологических требований к организации безлюдных технологических потоков будущего. Эти требования - результат стартовой фундаментальной научной работы (первого шага алгоритма) - должны лежать в основе формирования образа пищевого предприятия середины или конца ХХI и начала ХХII вв [5].
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе обозначена актуальность тузлучного посола сельди при отрицательных температурах с учетом положительной динамики ее вылова, ее запасов, благоприятного воздействия холода на подавление жизнедеятельности микроорганизмов, улучшении качества продукции и увеличением времени хранения. Исследовались изменения такой значимой характеристики как коэффициент диффузии в процессе посола при отрицательных температурах. Для исследования был использован метод фотонной корреляционной спектроскопии, основанный на релеевском рассеянии излучения от вещества. Получены экспериментальные зависимости коэффициентов диффузии от глубины проникновения соли в тузлуке, коже и мясе сельди в диапазоне температур от -16°С до -6°С, которые носят волнообразный характер. Также получена зависимость коэффициентов диффузии от отрицательной температуры в диапазоне от -18°С до 0°С, имеющая гармонический вид. Возникающий температурный градиент является источником возмущений, приводящий к образованию термоконвективных волн. На основании теоретических исследований академика А.В. Лыкова и химических процессах, происходящих на границе (коже) раздела фаз с использованием основного уравнения термохимии – закона Гиббса, объясняется механизм образования термоконвективных волн, влияющих на коэффициент диффузии. Получена связь коэффициентов диффузии с размерами диффундирующих частиц, носящая гиперболический характер в диапазоне температур от -18°С до 0°С в тузлуке, коже и мясе сельди. Высказана возможность ускорения посола путем механического воздействия на исследуемый объект (в частности звуком или ультразвуком). Разрушение диффундирующих частиц, представляющих собой объединения ионов Na+ и Cl- с молекулами воды, способствует увеличению коэффициента диффузии.
Бесплатно
Повышение эффективности работы градирен в водооборотном цикле
Статья научная
Градирни являются основным оборудованием водооборотного цикла. Охлаждение производится оборотной водой теплообменных устройств. Нагретую воду охлаждают в градирнях путем смешения с потоком воздуха и снова направляют на использование в качестве охлаждающего агента. Охлаждение осуществляется в результате теплообмена. Движущая сила, необходимая для преодоления силы трения потоков, которая мешает течению воздуха, обеспечивается нагнетательными или вытяжными вентиляторами. Общую движущую силу можно выразить суммой отдельных движущих сил в потоках воздуха и воды. Работа при воздушном перемешивании жидкой фазы производится за счет энергии сжатого воздуха и может быть рассчитана, как работа изотермического сжатия по приведенным в работе уравнениям. Известны градирни различных типов. Вентиляторные градирни являются наиболее совершенным типом охладителей воды, поскольку обеспечивают практически устойчивое охлаждение воды путем изменения частоты вращения вентиляторов или их периодического отключения, в них допускается более высокие тепловые нагрузки и глубокое охлаждение воды, то есть большее приближение температуры охлажденной воды к теоретическому пределу охлаждения за счет повышенного относительного расхода воздуха, проходящему через градирню. Приведены основные характеристики градирен по площади орошения, гидравлической нагрузке и др. Представлена схема вентиляторной градирни, перечислены ее главные достоинства, такие как охлаждающая способность, интенсификация переноса массы (воды) в другую (воздуха), то есть типичный процесс сопряженного тепломассопереноса. Рассмотрены основные элементы градирни. Ороситель, как главный элемент градирни необходим для увеличения поверхности контакта между водой и воздухом, ускорения процесса охлаждения. Показаны пути увеличения эффективности их эксплуатации. Водоуловители максимально снижают капельный унос - до 100 %. Водораспределительные системы должны равномерно распределять охлаждаемую воду по площади поверхности оросителя. Представлены расхода энергии, поступающей через форсунки. Освещена роль входных окон, как элементов градирни, основные направления по дальнейшему повышению эффективности работы современных градирен.
Бесплатно
Повышение эффективности работы теплового насоса
Статья научная
Рассмотрены методы повышения эффективности работы теплового насоса в результате исследования процессов, происходящих в отдельных элементах, входящих в его состав, на основе эксергетического метода анализа.
Бесплатно
Поиск новых принципов сепарирования
Статья научная
Предложен новый принцип вероятностного сепарирования, в котором используется сочетание инерционного и гравитационного силовых полей. Характерной его особенностью является использование простых в изготовлении разделяющих рабочих органов, отсутствие забивания их частицами, а также возможность оперативного изменения условий сепарирования.
Бесплатно
Получение кормового рыбного фарша методом криоэкструзии из замороженного рыбного сырья
Статья научная
Разработана технология получения кормового рыбного фарша (криофарша) методом криоэкструзии с использованием полезной модели экструзионной установки поршневого типа с охлаждаемыми рабочими органами для измельчения рыбного сырья в замороженном состоянии. Обоснована возможность замены в стандартной технологии производства кормового фарша из рыбы таких технологических операций как дефростация и последующее измельчение сырья, одной – холодной экструзией или криоэкструзией. Использована форма отверстий фильеры для продавливания сырья в виде «песочных часов» диаметром 7 мм, длительность процесса продавливания – 40 секунд. Определены фактические потери сырья в процессе измельчения методом криоэкструзии, которые составляют от 1% до 2,5%, включая потери при распиле блока в целях подготовки сырья к продавливанию. Установлено, что готовый продукт – криофарш, имеет однородное измельчение, сочную, рассыпчатую консистенцию, температура в толще продукта на выходе не изменяется и равна температуре сырья до начала переработки, то есть минус 18 °С. Разработана принципиальная технологическая схема получения кормового фарша методом криоэкструзии. Расчёт материального баланса при производстве фаршей показал, что использование нового метода позволит увеличить выход готового продукта до 99%. На основании исследований химического состава рыбы и кормовых фаршей, полученных традиционным и разработанным способами, установлено, что в криофарше содержание белка остаётся неизменным. Разработаны проекты технических условий на производство криофарша и технологической инструкции по производству криофаршей для кормовых целей, а также подготовлена заявка на патент «Получение кормового фарша из мороженой рыбы методом криоэкструзии».
Бесплатно
Построение математической модели экстрагирования подсырной сывороткой из люпина в форме пластины
Статья научная
Изложены предпосылки для построения модели. При постановке задачи обосновано рассмотрение частицы люпина как неограниченной пластины. Сформулированы основные допущения, выписаны краевые условия. Получены частичные решения дифференциального уравнения, а также общее решение для текущего значения концентрационного напора С'( x,у ). Распределение концентрации является симметричным относительно оси ординат. Выписано конечное выражение для поля концентраций при экстрагировании плоской пластины в безразмерном виде. Показано, что распределение концентрации достаточно точно описывается первым членом ряда. Сделан вывод, что для любого момента времени при заданных граничных условиях поле концентраций имеет вид симметричной кривой с максимумом на оси пластины (Х=0). Для каждого последующего момента времени будет своя кривая, монотонно убывающая к поверхности пластины. Доказано, что возможно определить характер изменения концентрации в теле при заданном значении Рассмотрен случай, когдастремится к бесконечности при заданных физических параметрах, толщине пластины и организации высокой интенсивности отвода экстрактивных веществ от поверхности. Для этого случая получены уравнения относительно безразмерной концентрации и числа Фурье. Выписано также уравнение для определения конечного времени экстрагирования. Показано, что полученные решения уравнений модели находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.
Бесплатно
Статья научная
Выполнены теоретические и экспериментальные исследования процессов экстрагирования из сырья растительного происхождения: ячменя, желудей и цикория жидким диоксидом углерода, а также люпина подсырной сывороткой. Определены качественные показатели экстрактов и шротов. Установлено, что они являются перспективными сырьевыми источниками для обогащённых и функциональных продуктов, поскольку содержат аминокислоты, витамины и микроэлементы. Молочно-растительный экстракт люпина, например, содержит 17 аминокислот, в том числе незаменимые, а также витамины и микроэлементы. Исследования качества шротов ячменя, желудей, цикория и люпина показало целесообразность их использования для обогащения пищевых продуктов. Показатели качества шротов представлены в данной работе в виде таблиц. Изложенное выше послужило основанием для разработки аппаратурно-технологических схем получения СО 2-экстрактов и их использования. Аппаратурно-технологическая схема получения СО 2-экстрактов из ячменя, желудей и цикория включает целый ряд оборудования: автотранспорт для доставки сырья на предприятие, скребковый гидротранспортёр, моечную машину, фотосепаратор для удаления некачественного сырья и посторонних примесей, обдувочную машину для удаления поверхностной влаги с сырья, моечную машину для очистки от кожуры, резательную машину, аппарат для сушки и обжарки, дробилку, вальцевой станок и установку для экстрагирования. Аппаратурное оформление технологии йогурта, обогащённого аминокислотами, микроэлементами и витаминами, которые содержатся в молочно-растительном экстракте в основном отличается от изложенного выше тем, что в качестве экстракта используется подсырная сыворотка, а извлечение целевого компонента осуществляется в вибрационном экстракторе. Аппаратурно-технологическая схема составлена в соответствии с отечественной технологией йогурта и дополнена оборудованием для подачи молочно-растительного экстракта в продукт. Это виброэкстрактор, сборник для экстракта, кожухотрубчатый теплообменник и холодильник. Изложены предпосылки при выборе теплообменника. Предложенная схема может быть использована при производстве других кисломолочных продуктов. Таким образом, разработанные авторами аппаратурно-технологические схемы вносят определённый вклад в решение комплексной переработки вторичного сырья растительного происхождения, которая является экономически и экологически целесообразной.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается методика представления трех безразмерных геометрических характеристик пористых материалов в форме статистических функций. Методика позволяет получать формулы для конкретных гистограмм пористых материалов. Исследование относится к аналитической разработке методики определения безразмерных параметров пищевых пористых сред. В качестве примера рассмотрен пористый материал, близкий по геометрическим характеристикам типовому пищевому продукту с однородной и изотропной пористой средой, подобной крахмалу, мелкодисперсным пищевым добавкам, муке. Исследование основано на статистическом логнормальном распределении случайных величин и аналитической взаимосвязи между тремя безразмерными интегральными параметрами пористых систем. Аналитически получены формулы трех безразмерных геометрических параметров пористой среды: прерывистости, просветности и пористости. Ими учитывается статистика случайного распределения пор по размерам. Формулы включают экспериментальный интегральный параметр пористости, определяемый стандартными методиками...
Бесплатно
Статья научная
Ранее была предпринята попытка создания математической модели непрерывной кристаллизации лактозы в водных растворах при различных пересыщениях. Расчетный способ базировался на основе нового критерия метастабильности пересыщенных растворов. Критерий метастабильности раствора в данном случае представляет собой безразмерную величину от 0 до 1 и отражает роль зародышеобразования в любой момент времени. Другими словами, эта безразмерная величина, показывающая соотношение скоростей зародышеобразования и роста кристаллов. Нами эта величина определена путем математического моделирования с использованием модифицированной модели Гюнтера–Маца. Практическая значимость критерия заключается в установлении области кристаллизации (смешанная, нуклеации и роста) с учетом поверхности внесенной кристаллической фазы. Установлено, что при малой поверхности процесс кристаллизации протекает преимущественно в смешанной области, при отсутствии затравки (F=0), при превышении границы метастабильности идет в бласт нуклеации (Pg=0,1), при больших поверхностях кристаллов F. процесс протекает в области роста даже при высоких пересыщениях (Pg=0,9), т.е. он позволяет быстро определить необходимое количество затравки с целью интенсификации процесса кристаллизации. Он может быть применен для любого кристаллизуемого вещества, если имеются кинетические параметры процесса (константы скорости и кинетические порядки зародышеобразования и роста, растворимость и д.р.). Однако присутствие несахаров и соответствующей приборной базы вызывают большие осложнения по нахождению вышеуказанных параметров процесса рабочих растворов, поэтому остановились на упрощенном инженерном методе расчета.
Бесплатно
Статья научная
Оптимизация термохимических и биологических превращений, происходящих при тепловой обработке пищевых продуктов, может быть осуществлена только с учетом динамики формирования температурных полей внутри обрабатываемых изделий. Разработана математическая модель процесса Sous-Vide обработки, обеспечивающая определение динамики изменения температурного поля Sous-Vide обработанных функциональных пищевых продуктов на основе животного и растительного сырья. Для расчета процесса Sous-Vide обработки функциональных продуктов применяли дифференциальное уравнение нестационарной теплопроводности с учетом критерия Био. При решении системы дифференциальных уравнений в частных производных использован математический пакет flexPDE. В расчетах использована пространственная сетка с числом узлов 20000, принята точность вычислений 10E-4. При расчетах применяются экспериментально определенные значения теплопроводности, удельной теплоемкости, плотности и температуропроводности каждого из компонентов пищевой системы...
Бесплатно
Применение редкоземельных магнитов для извлечения магнитных примесей из минеральных премиксов
Статья научная
Проведен анализ вещественного состава металломагнитной примеси из минерального премикса. Показано, что выделенная металломагнитная примесь включает слабомагнитные частицы с низкой магнитной восприимчивостью. Извлечение таких частиц из потока продукта в процессе магнитной сепарации с применением высокоэнергетических редкоземельных магнитов представляет собой сложную задачу.
Бесплатно
Применение ультразвука при сушке макаронных изделий с белковыми добавками
Статья научная
С целью научного и экономического обоснования процесса ускоренного производства макаронных изделий с повышенным содержанием животного белка и жизненно важных нутриентов для работников Заполярья, проведено исследование по модернизации технологического оборудования для их производства и разработан способ производства макаронных изделий повышенной пищевой ценности. В процессе исследования был выявлен ряд противоречий при реализации технологического процесса сушки высокобелковых макаронных изделий в известных конструкциях сушильных шкафов. Повышенное количество измельченного мяса и печени говядины (до 30%) в составе таких изделий, потребовало проведения сушки при высоких температурах в целях исключения повышения кислотности и микробиологической порчи, что неизбежно приводило к потере формы, прочности и растрескиванию. Нами разработано компактное техническое устройство на базе пароконвектомата Angelo Po со встроенным электронным ультразвуковым излучателем УЗАГС-0,3/22-О с интенсивностью около 140 дБ для ускоренной сушки макаронных изделий с высокобелковыми добавками. Предложенная технология позволяет ускорить процесс производства готовой продукции на 24-26%, при снижении энергетических затрат на 8-11%.
Бесплатно
Статья научная
С целью получения печенья для детского питания заданного состава, в том числе в условиях кавитационных воздействий, разработаны принципы стабилизации стадий предварительной подготовки сырья и основных технологических операций. Для получения двухфазных систем при предварительной подготовке сырья разработан комплекс технологических приемов: дезагрегирование муки в условиях аэрации со снижением вязкости на 47% и плотности до 340 кг/м3, перевод твердых жировых компонентов в пластицированное состояние со снижением плотности на 20%, набухание яичного порошка с восстановлением до состояния меланжа, получение 50%-ного раствора солодового экстракта со снижением вязкости. Создание комплекса технологических приемов позволило повысить стабилизацию приготовления суспензии, выделенной в отдельную технологическую стадию, и эмульсии, которые обеспечивают снижение плотности и вязкости, увеличение дисперсности и равномерности распределения компонентов в них. Предложенный прием подачи сахара-песка в суспензию 40-60% и оставшегося количества в эмульсию в условиях применения кавитационных воздействий позволяет снизить средний размер частиц твердой фазы с 25 до 6 мкм и увеличить их количество в 65 раз при сохранении массы...
Бесплатно
Прочностные характеристики семян сафлора
Статья научная
Данная статья посвящена изучению прочностных характеристик семян сафлора. Сафлор – теплолюбивое и засухоустойчивое растение, средняя урожайность составляет 6-12 ц/га, возделывают для получения масла пищевого, а также для технических целей.
Бесплатно
Разгонная колонна для выделения этилового спирта из фракций промежуточных и головных примесей
Статья научная
В настоящее время для очистки этилового спирта от головных и промежуточных примесей производится отбор фракций сивушного спирта и сивушного масла из ректификационной колонны и фракции головных и промежуточных примесей из конденсатора эпюрационной колонны, работающей по методу гидроселекции. При этом указанные фракции содержат не менее 13 % этилового спирта, что приводит к снижению выхода конечного продукта. Разгонка данных фракций в известных разгонных колоннах требует увеличения расхода греющего пара на 6-8 кг/дал и повышения металлоёмкости установки. В настоящей работе исследован процесс разгонки фракции из конденсатора эпюрационной колонны, сивушного спирта из ректификационной колонны и подсивушного слоя жидкости из декантатора, которые подают на тарелку питания новой разгонной колонны (РзК), которая работает по технологии эпюрации с подачей гидроселекционной воды на верхнюю тарелку и имеет в своём составе концентрационную, выварную и отгонную части, дефлегматор, конденсатор, кипятильник. Были получены уравнения материального баланса колонны и по ним определены концентрации этилового спирта на её тарелках. Преобразовав уравнения материального баланса, получили зависимости для определения соотношения количества примеси, отводимой из разгонной колонны с потоками лютера и фракции этилового спирта. Далее были получены уравнения для определения доли примеси, отбираемой с фракцией из конденсатора колонны. Проведенные расчеты показали, что изученные примеси практически полностью отбираются с данной фракцией. При этом содержание в ней этилового спирта составляет 0,14 % от часовой выработки.
Бесплатно
Разработка SCADA-проекта процесса выпаривания молока в двухкорпусной вакуум-выпарной установке
Статья научная
Одним из компонентов систем автоматизации производства остаются средства человеко-машинного интерфейса. Внешний вид и функциональные способности не могут стоять на месте так же, как и автоматизация, в связи с этим в данной работе освещена одна из важных сторон автоматизации пищевого производства - человеко-машинный интерфейс, направленный на совершенствование рабочего места оператора. На диспетчерском уровне автоматизации необходимо предусмотреть решение всего спектра поставленных задач, поставленных в ходе выполнения данного проекта. Целями создания проекта являются сокращение времени на принятия решения персоналом, поскольку, результативность предприятия частично зависит от скорости выполнения задачи, оповещение об опасности и нарушениях, а также предотвращение аварийных и нештатных ситуаций процессе выпаривания молока, хранение и архивация данных о протекании процесса, необходимые для составления отчетов, применяемых для расследований причин возникновения любой аварийной ситуации при выпаривании молока. Представлен проект человеко-машинного интерфейса процесса выпаривания молока, разработанный в среде TRACE MODE. Особенностью TRACE MODE является технология единой линии программирования, то есть возможность разработки всех модулей АСУ при помощи одного инструмента. В разработанном проекте человеко-машинного интерфейса процесса выпаривания молока предполагается использование двух основных операторских станций и одной резервной. Два из них для рабочих мест операторов и - резервный, используемый в аварийных ситуациях. Разработанный проект в среде TRACE MODE позволяет усовершенствовать рабочее место оператора вакуум-выпарной установки, сократить время необходимое на реагирование и принятие решений персоналом. Кроме того, система сигнализации автоматической сигнализации позволяет снизить количество брака продукции, и, соответственно, повысить выпуск и снизить себестоимость продукции на единицу сырья. Разработанный проект полностью удовлетворяет техническому заданию и внедрен на производство.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены различные типы мембранных установок, включающие типовые аппараты с отводом пермеата, которые используются в настоящее время для переработки различных жидких сред. Оцениваются их достоинства и недостатки, условия работы и особенности эксплуатации. Анализируется принцип работы мембранных аппаратов с отводом поляризационного слоя. Отличительной особенностью таких аппаратов является разделение потока исходного сырья на три части: примыкающую к мембране и включающую в себя поляризационный слой с повышенной концентрацией высокомолекулярных веществ (концентрат), обедненное ядро потока, подлежащее повторной обработке (ретентат), и практически не содержащий высокомолекулярных веществ пермеат. Приводится аппаратурная схема и принцип работы установки, укомплектованной этим оборудованием. Особенностью этой установки является параллельное расположение мембранных аппаратов. При такой конфигурации установки предусматривается наличие двух контуров циркуляции потока и двух емкостей, в одной из которых будет находится обедненный поток, в другой ретентат. В процессе работы предусматривается циркуляция обедненного потока. При этом, образующийся поляризационный слой (концентрат), будет отводиться во вторую емкость. Работа продолжается до полной выработки обедненного раствора в емкости. В том случае, когда раствор в этой емкости выработан, а необходимая концентрация продукта не достигнута, в работу включается вторая емкость с концентратом и процесс продолжается. Принцип работы в этом случаю аналогичен. Чередование емкостей продолжается до получения необходимой степени концентрирование продукта. Предлагается алгоритм расчета, блок-схема и программа расчета продолжительности работы мембранной установки, на которую получено свидетельство о государственной регистрации программы на ЭВМ. Приведен алгоритм расчета и интерфейс программы. Данная программа позволяет прогнозировать работу таких установок и предусматривает возможность оптимизации их работы.
Бесплатно
Разработка вакуум-сублимационных сушилок с использованием термоэлектрических модулей
Статья научная
Выявлены основные направления использования сублимированных продуктов и ингредиентов. Приведен анализ рынков сбыта сублимированных продуктов. Показано, что внедрение инновационных технологий производства позволит динамично развиваться не только крупным компаниям, но и мелким фирмам, что создаст предпосылки для роста российского рынка сублимированных продуктов. Проанализированы тенденции развития сублимационного сушильного оборудования. Обоснована актуальность разработки энергосберегающих вакуум-сублимационных сушилок. Комплексный подход к созданию конкурентоспособных отечественных технологий и оборудования для сублимационного обезвоживания термолабильных продуктов заключается в использовании эффективных комбинированных средств энергоподвода, интенсификации процесса, уменьшении удельных энергозатрат и, как следствие, снижении себестоимости продукции при достижении высоких качественных показателей. Приведены преимущества термоэлектрических модулей как альтернативного направления существующему парокомпрессионному и абсорбционному холодильному оборудованию. Проведены исследования процесса вакуум-сублимационного обезвоживания с использованием термоэлектрических модулей. Научно подтверждено, что термоэлектрический модуль, работающий на эффекте Пельтье, способствует увеличению холодопроизводительности за счет использования принципа теплового насоса. Предложены варианты использования термоэлектрических модулей в конструкциях сушилок. Определены оптимальные режимы работы и количество модулей в секции. Указаны пути повышения энергетической эффективности вакуум-сублимационных сушилок с использованием термоэлектрических модулей. Полученные результаты позволят производить инженерные расчеты и проектирование прогрессивных вакуум-сублимационных установок с различными способами энергоподвода.
Бесплатно
