УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО ИНФРАКРАСНО-КОНВЕКТИВНОГО СУШИЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены сведения о совершенствовании комбинированной вибрационно-инфракрасно-конвективной сушильной установки. Разработана методика сушки плодов шиповника и красного боярышника на экспериментальной установке. Для моделирования процесса сушки в предложенной установке была разработана математическая модель. Выполнены конструктивные расчёты установки, по результатам которых определены необходимые размеры. Экспериментальная установка была усовершенствована за счёт добавления вибрации и инфракрасного излучения. При этом оптимальными параметрами были: длина волны инфракрасного излучения - 2,5 мкм, частота вибрации - 9,05 Гц, а амплитуда вибрации - 0,0014 м.

ABSTRACT

This article provides information on the improvement of a combined vibrational infrared-convective drying unit. A drying methodology for rosehip and red hawthorn fruits was developed using the experimental setup. To model the drying process in the proposed unit, a mathematical model was created. Structural calculations of the unit were carried out, and the required dimensions were determined accordingly. The experimental setup was enhanced by incorporating vibration and infrared radiation. The optimal parameters were found to be: infrared radiation wavelength - 2.5 µm, vibration frequency - 9.05 Hz, and vibration amplitude - 0.0014 m.

Ключевые слова: комбинированная сушка, вибрация, инфракрасное излучение, конвективная сушка, шиповник, красный боярышник, технология сушки, математическое моделирование, влажность.

Keywords: combined drying, vibration, infrared radiation, convective drying, rosehip, red hawthorn, drying technology, mathematical modeling, humidity.

Введение

Сушка-это процесс, который выполняется для снижения или уменьшения количества воды в продукте до очень низкого уровня, предотвращения возможного микробиологического и химического обезвоживания, а также для длительного хранения различных фруктов и овощей и их употребления вне производственного сезона. В процессе сушки используется несколько методов в зависимости от типа продукта [1,2].

В настоящее время существует множество методов и приспособлений для сушки пищевых продуктов, в том числе клубней, фруктов и овощей, а также растительного сырья. Все они имеют преимущества и недостатки в зависимости от их применения в отдельных отраслях АПК [2,3,4].

По способу тепло обеспечения сушильного изделия сушильные камеры подразделяются на: контактные, конвективные, сублимационные, радиационные и высокочастотные сушильные установки. В процессе сушки в качестве теплоносителей могут использоваться газ, пар и воздух.

Конвективный метод сушки является наиболее распространенным методом сушки сельскохозяйственных продуктов. Существует множество конструкций конвективных сушилок, которые отличаются расположением продукта внутри сушильной камеры и созданием вибрационных режимов работы. В качестве осушителя часто можно использовать как воздух, так и другие газы [5].

Материалы и методы исследования

Вибрационная сушка продуктов считается одним из традиционных методов и увеличивает скорость производства сухой продукции. Например, при сушке ферментов в вибрационном поле скорость сушки продуктов увеличивается в 3-4 раза по сравнению с вакуумным методом.

Правильный выбор режима процесса сушки положительно скажется на питательной ценности и качестве продукта. Эффективная сушка лекарственных растений требует изучения связывания влаги сырья на полях, а также изменения связывания влаги при повышении температуры.

При сушке с повышением температуры вязкость жидкости в материале увеличивается, а скорость диффузии от внутренних деталей к поверхностям увеличивается, и вместе с этим сокращается время сушки. Однако нельзя превышать температуру сушки. Потому что у каждого продукта есть максимальный уровень температуры, которого он может достичь. При превышении этой температуры в сушильном изделии наблюдаются дефекты сушки, такие как растрескивание и обесцвечивание. Если применяется более низкая температура, качество сушки увеличивается, но время сушки увеличивается. Поэтому при сушке особое внимание уделяется применению максимально возможной температуры, при которой должно быть достигнуто как время, так и качество сушки, чтобы достичь оптимального значения.

Процесс сушки исследуемого растительного сырья в конвективных условиях в сочетании с вибрацией и нагретым воздухом в паровоздушной смеси изучался на экспериментальной установке (рис.1). Экспериментальное устройство состоит из основного корпуса, вибрирующего корпуса, поддонов, инфракрасных (ИК) трубок, вибрирующей пружины, вибратора, генерирующего колебательное движение, балансировочных Резин, а также блока управления.

Рисунок 1. Строение экспериментального прибора:

1-основной корпус; 2-вибрационный корпус; 3-поддон; 4-ИК трубки; 5-пружина; 6-опора устройства; 7-вибратор; 8-балансирная резина; 9-блок управления.

Когда по принципу работы устройства создается вибрационное движение, основной корпус находится в состоянии равновесия. Поддоны для размещения продуктов состоят из шести штук и изготовлены из нержавеющей стали, чтобы предотвратить негативное влияние на качество продукта во время сушки.

Предлагаемая нами комбинированная сушилка не только ускоряет технологический процесс сушки сельскохозяйственных продуктов, лекарственных растений и клубней, но и снижает потери перерабатываемого сырья до 12% и сохраняет биологически активные вещества до 80-90%.

Осушительное устройство работает в режимах работы, указанных в таблице 1, и сохраняет рабочее состояние до высоты 1450 м над уровнем моря.

Таблица 1.

Режим работы устройства

Изученная технология и обоснованные данные предназначены для создания высокоэффективной энергосберегающей конвективной вибрационной сушильной установки для первичной переработки плодов шиповника и боярышника.

Основным фактором при оценке эффективности инновационного проекта является сопоставление ожидаемых результатов и затрат с учетом достижения требуемого уровня доходности от инвестированных средств.

Путем добавления инфракрасных лучей в экспериментальное устройство можно достичь ряда преимуществ. В частности: сокращается продолжительность сушки, снижается энергопотребление, в сырье, особенно в витаминах, сохраняется пищевая ценность на должном уровне, продукт подвергается тепловому воздействию лишь на очень короткое время, а также обеспечивается равномерность сушки продукции.

Для измерения параметров инфракрасного излучения в комбинированной сушильной установке использовался прибор «ТКА-Люкс». Этот измерительный прибор предназначен для измерения светового потока и скорости распространения излучения. Прибор оснащён светочувствительным сенсором, который принимает излучение от различных источников света и измеряет его интенсивность.

Обычно определяется годовая производительность сушилки для готовой продукции. Затем рассчитывается почасовая производительность сушилки  [6]:

здесь: -годовой объём производства готовой продукции, кг; -количество рабочих часов в сутки для сушилки; b-количество рабочих дней в году; значения a и b обычно зависят от производственных особенностей при непрерывном производстве.

Для конвективной вибрационной установки принимаем: a=8 часов, b=260 дней.

Если в процессе сушки возникают безвозвратные потери материала, то часовая производительность рассчитывается с учетом этой поправки [6-8]:

здесь:  коэффициент, учитывающий выход готовой продукции. Он должен находиться в пределах 0,95...0,99. Количество удалённой влаги  (кг/час) определяется с помощью уравнения материального баланса:

здесь:  и  — начальная и конечная влажность материала, %

Данные проектные расчеты являются важным фактором снижения потребления энергии и материалов. На основании этих расчетов было установлено, что время нахождения сырья в сушилке пропорционально вибрации. Это позволило нам контролировать потребление тепла путем построения уравнения материального баланса.

Заключение

Таким образом, внедрение данной технологии экономически оправдано и может быть рекомендовано для использования в других аналогичных хозяйствующих субъектах, в малом бизнесе, сельском и лесном хозяйстве, а также в пищевой и фармацевтической промышленности, соответствующих проводимой в нашей стране инновационной политике.

Список литературы:

1. Паньковский, Г. А. Инфракрасная сушка в переработке растительного сырья [Сушка зелени эстрагона и корнеплодов топинамбура] // Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. – 2001. – №. 3. – С. 1050-1050.
2. Тепляшин, В.Н. Технологии и оборудование для сушки растительного сырья [Электронный ресурс]: учеб. Пособие / В.Н. Тепляшин, Л.И.Ченцова, В.Н. Невзоров; Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2019. – 173 с. 34-37.
3. Попов, В.М. Исследование и согласование оптических свойств ИК- излучателей и спектральных характеристик яичного сырья / В.М. Попов, В.А. Афонькина, В.Н. Левинский // АПК России, 2019. – Т. 26. № 4. – С. 558-562.
4. Samandarov D.I. совершенствование вибрационной инфракрасной установки для первичной переработки коконов тутового шелкопряда. Диссертация на соискание ученой степени доктора философии (PhD) по техническим наукам. Ташкент – 2021. С.159. 41-44
5. Effect of Ultrasonic Vibration on Pineapple Drying, Patipat Thanompongchart, Pakamon Pintana, Tanapong Tangoon, Nakorn Tippayawong.  3rd International Conference on Energy and Power, ICEP2021 AIP Conf. Proc. 2681, 020058-1–020058-5; https://doi.org/10.1063/5.0117920 Published by AIP Publishing. 978-0-7354-4257-3.
6. Грачeв Ю.П., Плакcин Ю.М. Матeматичecкиe мeтoды планирoвания экcпeримeнтoв. Учeбнoe пocoбиe. - М.: ДeЛи Принт, 2005. - 296 c.
7. Gamboa-Santos, J., Soria, A., Perez-Mateos, M., Carrasco, J. A., Montilla, A., & Villamiel, M. (2013a). Vitamin C content and sensorial properties of dehydrated carrots blanched conventyionally or by ultrasound. 136(782-788).
8. Ciurzyńska, A., Falacińska, J., Kowalska, H., Kowalska, J., Galus, S., Marzec, A. and Domian, E. 2021. The effect of pre-treatment (blanching, ultrasound and freezing) on quality of freeze-dried red beets. Foods, 10:132. 1-15.
9. Kuyu, C.G., Tola, Y.B., Mohammed, A. and Ramaswamy, H.S. 2018. Determination of citric acid pretreatment effect on nutrient content, bioactive components, and total antioxidant capacity of dried sweet potato flour. Food Science Nutrition, 2018: 1-10.
10. Koca, İ., N. S. Üstün and T. Koyuncu, 2009. Effect of Drying Conditions on Antioxidant Properties of Rose hip Fruit (Rosa canina spp.). Asian Journal of Chemistry. 21:1061– 1068.