МЕХАНИЗМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ В СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ДИАПАЗОНЕ

АННОТАЦИЯ

Одним из необходимых условий достижения экономической эффективности является снижение энергозатрат на сушку. Новая технология достигает наибольшей экономической эффективности, когда стоимость продукта также низка и при небольшом объеме капитала. В случае, когда удешевление продукции достигается только за счет увеличения капитала, вопрос решается путем сравнения добавочных капитальных средств,  сравнения условий расходования добавочных капитальных средств, с экономией, основанной на текущие затраты.

ABSTRACT

One of the necessary conditions for achieving economic efficiency is to reduce energy consumption for drying. The new technology achieves the greatest economic efficiency when the cost of the product is also low in the case of a small amount of capital. In the case where the low cost of the product is achieved only due to the increase of the capital, the issue is solved by comparing the additional capital funds, comparing the terms of the additional capital funds expenditure, with an economy based on the current costs.

Ключевые слова: витамины, овощной, сублимационная сушка, тепломассообменные процессы, сушильные сооружения.

Keywords: vitamins, vegetables, freeze drying, heat and mass transfer processes, drying facilities.

Разработка механизмов кратковременной обработки с целью сокращения сроков сушки сельскохозяйственной продукции имеет сегодня большое значение в получении высококачественной продукции.

В результате исследований видно, что использование волн сверхвысокой частоты в качестве кратковременной обработки в процессе сушки высокоэффективно. В проведенных результатах изучена целесообразность кратковременной обработки после мытья продукта и перед процессом замораживания. При этом, как правило, предметы, сушащиеся по технологии сублимационной сушки, перед процессом замораживания проходят предварительную обработку. Особенно если эта ситуация связана с термической обработкой продукта. Это связано с тем, что обращение с продуктом после процесса замораживания приводит к переходу влаги в замороженном продукте в водное состояние. Этот процесс показан на рисунке 1, где изображена предлагаемая линия сублимационной сушки овощей[1,2].

Рисунок 1. Линия сублимационной сушки овощей:

1-прием сырья; 2- сортировочное устройство, 3- очистительное оборудование (овощи); 4-мойная ванна, 5-режущее, измельчающее устройство (кубовые, стандартных размеров), 6-устройство предварительной обработки сырья при сверхвысокой частоте; 7- холодильник; 8-сублимационная сушильная установка (15-16 часов); 9-упаковочное устройство

Эксперименты по процессу предварительной обработки электромагнитными волнами сверхвысокочастотного диапазона проводились с использованием волновых токов 3-х различных (5000 Вт/м²; 10000 Вт/м2; 15000 Вт/м²) мощности (рис. 2). Полученные для опытного процесса образцы нарезали кубиками свеклу и лук.

Рисунок 2. Влияние предварительной обработки на влажность продукта в течение 2 минут электромагнитными волнами сверхвысокочастотного диапазона с плотностью теплового потока 5000, 10 000, 15 000 Вт/м²

Проведенные экспериментальные процедуры показали, что влажность свеклы и лука из выбранных для эксперимента объектов снизилась на 13% и 17% соответственно при продолжительности обработки 2 минуты в диапазоне волн сверхвысокой частоты с плотностью теплового потока 5000 Вт/м². При этом замечено, что время сушки сокращается на 1-2 часа по сравнению с традиционным методом. Для снижения влажности изделия на 25% и 28% при первичной обработке необходимо провести его обработку в течение 11-12 минут в диапазоне волн сверхвысокой частоты с плотностью теплового потока 5000 Вт/м² [3,4,5].

На втором этапе эксперимента использовались электромагнитные волны сверхвысокочастотного диапазона с плотностью теплового потока 10 000 Вт/м². При этом начальный период обработки составил 2 минуты, а влажность опытных образцов – свеклы и лука – снизилась на 25% и 28% соответственно. После этого видно, что процесс сублимационной сушки образцов сокращается до 5–6 часов (рис. 3–4).

Рисунок 3. Изменение влажности при сублимационной сушке первично обработанной и необработанной свеклы

Рисунок 4. Изменение влажности при сублимационной сушке первично обработанного и необработанного лука

На следующем этапе эксперимента образцы подвергались предварительной обработке в течение 2 минут электромагнитными волнами сверхвысокочастотного диапазона с плотностью теплового потока 15000Вт/м². При этом наблюдалось, что влажность отобранных для исследования образцов лука и свеклы снизилась до 34-37%. В то же время при обработке образцов свеклы и лука кратковременными электромагнитными волнами в высокочастотном диапазоне 15000Вт/м² произошли негативные изменения органолептических показателей (цвета и запаха) всех образцов, в том числе потемнение внешнего вида. продукта, сжигание некоторых образцов. Эти изменения кардинально сказались на качестве продукта, и для дальнейших экспериментов в качестве оптимального теплового потока были использованы электромагнитные волны сверхвысокого диапазона частот 10 000 Вт/м².

В ходе исследований был сделан вывод, что можно использовать электромагнитные волны более точных размеров или определять конкретные величины в зависимости от характеристик каждого объекта[6].

В результате наших исследований мы установили, что использование электромагнитных волн сверхвысокочастотного диапазона с выбранной плотностью теплового потока 10 000 Вт/м² сокращает общее время сублимационной сушки до 5-6 часов (в зависимости от типа продукта). Это очень высокий результат для процесса сублимационной сушки.

Рисунок 5. Устройство предварительной обработки в сверхвысокочастотном электромагнитном диапазоне:

1 – магнетрон сверхвысокочастотных волн; 2– корпус с теплосберегающей крышкой и алюминиевой фольгой (светоотражающей); 3- транспортировочный конвейер; 4-термометр; 5-панель управления

В результате наших исследований был создан проект устройства предварительной обработки в сверхвысокочастотном электромагнитном диапазоне (рис. 5). Это устройство имеет очень простую конструкцию по принципу работы. Он состоит из устройства транспортировки продукции, состоящего из автоматического конвейера, магнетронов, обеспечивающих сверхвысокочастотный электромагнитный диапазон, термометра, панели управления и, конечно же, крышки, сохраняющей тепло в устройстве, и корпуса с алюминиевой фольгой (отражатель)[7,8,9,10].

Проведение сублимационной сушки с предварительной обработкой в сверхвысокочастотном электромагнитном диапазоне позволяет снизить энергозатраты на 22-25%, а при сушке лука на 20-22% за счет снижения энергозатрат по свекле на 5 часов и в случае с луком на 6 часов.

Предварительная обработка в высокочастотном электромагнитном диапазоне снижает риск карамелизации углеводов химического состава проб при сублимационной сушке и обеспечивает высокое качество продукции.

Список литературы:

1. Папин А. А., Юст Е. С. Разрешимость модельной задачи сублимации льда в снежном покрове //Известия Алтайского государственного университета. – 2017. – №. 1. – С. 119–122.
2. Кумицкий, А.С. Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркаде в поле СВЧ с комплексным использованием азота: дис. канд тех наук. – Воронеж: ВГТА. – 2007. – 176 с.
3. Zhang M , Mamatov S, Yaping Sh, Jia A, Liu C. The new drying technology of sea cucumber. Journal of Physics: Conference Series, 2021; 2131(5), 052071.
4. Анисимова К. В., Поробова О. Б., Анисимов А. Б. Интенсификация безвакуумной сублимационной сушки плодов за счет звукового поля //Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2013. – №. 2. – С. 103–106.
5. Kadirov U, Mannanov U, Aripov M, Meliboyev M, and Mamatov S. Improvement of dill freeze-drying technology. In: E3S. Web of Conferences; 2020
6. Сыроватка В. И. Сублимационная установка для сушки продукта СВЧ-энергией //Вестник российской сельскохозяйственной науки. – 2015. – №. 3. – С. 64–65.
7. Aripov M, Mamatov S, Turobjonov S. Studying the application of dielectric pretreatment before drying. In: E3S. Web of Conferences; 2020
8. Поспелова И.Г. Разработка технологии сублимационной сушки фруктов и овощей с использованием СВЧ- и УЗ- излучателей. Автореф. дисс. канд. техн. наук. – Ижевск, 2009. - 19 с.
9. Семенов Г.В., Шейн Н.В., Троянова Т.Л. Выбор режимов замораживания и сублимационной сушки термолабильных объектов // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. – 2002. – №. 5-6. – С. 38-41
10. Арипов. М.М., Маматов Ш.М., Мелибоев М.Ф., Кадиров У.Р. Обработка плодов черешен с антиокислителями // Научный вестник НамГУ – Наманган, 2020. - №6. - С.20–24