« B A D H L ? F I ? J : L M J I B S L ? O G H E H = B B XXI...продуктов, сублимационная сушка получила широкое применение в разных

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОМИТЕТ ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

МЕЖДУНАРОДНАЯ АКАДЕМИЯ ХОЛОДА

VII Международная научно-техническая конференция

«НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ И ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В XXI ВЕКЕ»

(Санкт-Петербург, 17–20 ноября 2015 г.)

ЧАСТЬ II

Материалы конференции

Санкт-Петербург

2015

УДК 664; 621; 304; 338

ББК 31.392; 31.31; 36; 65; 74.58 Н61

VII Международная научно-техническая конференция «Низко-

температурные и пищевые технологии в XXI веке» (Cанкт-Петербург,

17–20 ноября 2015 г.). Ч. II: Материалы конференции. – СПб.: Университет

ИТМО, 2015. – 536 с.

ISBN 978-5-7577-0512-5 (2)

ISBN 978-5-7577-0510-1

В сборнике представлены материалы конференции по следующим направлениям:

низкотемпературная техника и системы низкопотенциальной энергетики, надёжность

материалов низкотемпературной техники, автоматизация процессов и устройств,

криогенная техника и технологии, системы кондиционирования и жизнеобеспечения,

теоретические основы тепло- и хладотехники, техника и процессы пищевых производств,

пищевые технологии, биотехнологии пищевых продуктов, промышленная экология,

экономика и управление производством в отрасли, высшая школа и социально-

культурные практики XXI века.

Сборник подготовлен при участии Комитета по науке и высшей школе

Администрации Санкт-Петербурга и Международной академии холода.

Редакционная коллегия: А.В. Бараненко, И.В. Баранов, А.А. Малышев,

Е.И. Борзенко, М.В. Яковлева, А.В. Цыганков, О.Б. Цветков,

Л.А. Забодалова, В.С. Колодязная, А.Л. Ишевский, Е.И. Верболоз,

Т.В. Меледина, О.И. Сергиенко, В.Л. Василенок, И.Г. Сергеева

Университет ИТМО – ведущий вуз России в области информационных

и фотонных технологий, один из немногих российских вузов, получивших в

2009 году статус национального исследовательского университета.

С 2013 года Университет ИТМО – участник программы повышения

конкурентоспособности российских университетов среди ведущих мировых

научно-образовательных центров, известной как проект «5 – 100».

Цель Университета ИТМО – становление исследовательского университета

мирового уровня, предпринимательского по типу, ориентированного на

интернационализацию всех направлений деятельности.

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет

информационных технологий, механики и оптики, 2015

АВТОРЫ, 2015

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ И ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В XXI ВЕКЕ

3

ТЕХНИКА И ПРОЦЕССЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

УДК 664.8.9

АТМОСФЕРНАЯ СУБЛИМАЦИОННАЯ СУШКА

А.В. Антипов, Г.П. Власенко, А.Н. Григорьева

Национальный исследовательский университет Московский Энергетический Институт,

г. Москва, Россия

[email protected]

Сублимационная сушка — один из наиболее совершенных и универсальных

способов удаления влаги из объекта сушки. Благодаря высокому качеству получаемых

продуктов, сублимационная сушка получила широкое применение в разных отраслях:

пищевая промышленность, фарминдустрия, прикладная биотехника. Данный метод

имеет ряд преимуществ:

– позволяет сохранить до 90 – 95% основных витаминов, питательных веществ,

белковых комплексов, вкуса, цвета, запаха, формы и размеров;

– обладает длительным сроком хранения до 3 – 5 лет в соответствующей

упаковке;

– появляется возможность хранения в нерегулируемых температурных

условиях;

– сублимированные продукты быстро восстанавливаются или растворяются

при обводнении;

– незначительный вес готового продукта позволит сократить затраты на

транспортные расходы и расширить его использование в других сферах;

– возможно создание нового детского или диетического питания, питания для

больных, а так же для людей, работающих в труднодоступных условиях (геологи,

альпинисты и т.д.);

На сегодняшний день достаточно изученным и широко применяемым остается

метод вакуумной сублимационной сушки.(ВСС). Однако огромные расходы

электроэнергии на работу холодильных агрегатов, вакуумных насосов, систем нагрева

и вентиляторов, использование большого количества стали для изготовления

оборудования, необходимость в высококвалифицированных специалистов по

обслуживанию технологической линии ВСС существенно влияют на конечную

стоимость продуктов, полученных методом ВВС.Поэтому несмотря на очевидные

преимущества данного метода обезвоживания, сублимированные продукты остаются в

группе престижного и специального потребления, переход их в категорию продуктов

массового потребления пока невозможен.

Существует альтернативный метод сублимационной сушки – это

сублимационная сушка продуктов при атмосферном давлении. Еще в середине

прошлого века в СССР производились исследования данного метода, однако

недостаточность исследований и отсутствие математического аппарата, не позволила

создать промышленное оборудование, которое могло дать реальную экономическую

оценку процесса.

В настоящее время ведется изучение процесса атмосферной сублимационной

сушки (АСС). В 2011 году в ВСГТУ, г. Улан-Удэ, были разработаны технологии


4

сублимационной сушки при атмосферном давлении мясных продуктов «Борсо» и

«Бурдуун». Установлено, что понижение содержания витаминов В1 и В2 составляет в

среднем 7,6 и 6,2% ниже по сравнению с сырой говядиной, а биологическая ценность

белков составила для «Борсо» -79,6%, для «Бурдуун» - 73,5% [4]. Подобные

положительные результаты дают основание для дальнейших исследований

сублимационной сушки при атмосферном давлении. Изучение процесса АСС так же

происходит в НИУ МЭИ на кафедре ТМПУ, где разработан лабораторный комплекс,

предназначенный для обезвоживания замороженных продуктов. На рисунке 1

представлена принципиальная схема лабораторного стенда.

Рис.1 Принципиальная схема сублимационной сушки при атмосферном давлении.

Технология сублимационной сушки при атмосферном давлении включает в себя

замораживание, гранулирование, сублимационную сушку при отрицательных

температурах и тепловое досушивание до конечной влажности в 4 - 5%. Влага из

продукта сублимирует за счет подвода теплоты воздухом и поглощением влаги сухим

воздухом. По мере взаимодействия продукта с воздухом, температура воздуха

стремится сравняться с температурой продукта и его относительная влажность

увеличивается. Увлажненный воздух поднимается к испарителю низкотемпературной

камеры, где влага вымерзает на его поверхности в виде инея, а температура воздуха

снижается. Холодный насыщенный воздух опускается к нагревателю, в области

которого температура воздуха повышается, а относительная влажность понижается —

цикл повторяется. После удаления вымороженной влаги, продукт поступает на стадию

тепловой досушки (4), где влагосодержание продукта снижается до заданного. При

низкой конечной влажности продукта возможно длительное хранение в условиях

нерегулируемых температур.

На сегодняшний день неоднократно успешно проводились эксперименты

сублимационной сушки при атмосферном давлении продуктов растительного

происхождения, конечная влажность которых достигала 20%, а после этапа

досушивания в инфракрасной тепловой камере конечноевлагосожержание продукта

составляла 5%. Сублимационной сушке подвергались: имбирь, белокочанная капуста,

яблоки, болгарский перец и морковь. В качестве оценки получаемого сублимационного

продукта были использованы органолептические показатели — это внешний вид,

форма, изменение цвета, вкус, запах. Полученные продукты в ходе работы

экспериментальной АСС по органолептическим показателям сопоставимы с

продуктами, обезвоженными методом ВСС.

Для совершенствования процесса АСС и проведения дальнейших исследований,

была разработана математическую модель АСС, позволяющая определять

интенсивность сублимации, толщину высохшего слоя частицы продукта и слоя инея, а

также значение теплового потока к испарителю через слой инея.Математическая

модель отображает основные тепломассообменные процессы с учетом влияния

конструктивных параметров установки, охлаждение воздуха у испарителя,


5

тепломассообмен между воздухом и замороженным продуктом, зависимость

продолжительности процесса сублимации от температуры поверхности инея,

температуры нагревателя, площади поверхности испарителя, скорости воздуха,

циркулирующего в камере, массы загружаемого продукта, его теплофизические и

массообменные характеристики. На рисунке 2 представлена упрощенная блок-схема

математической модели процесса АтСС.

Рис. 2 Упрощенная блок-схема математической модели процесса АтСС

Глубокое изучение процесса АСС и исключение из технологического процесса

вакуума открывает большие возможности развития новых сублимационных установок,


6

работающих при атмосферном давлении, которые позволят на порядок сократить

капитальные затраты, эксплуатационные расходы и энергопотребление. Возможно

вскоре продукты АСС станут продуктами будущего, продуктами массового,

ежедневного потребления и плотно войдут в нашу жизнь.

Список литературы:

1. Сублимационная сушка продуктов http://www.sushka.com.ua/drying_3

2. Семенов Г.В., Касьянов Г.И. Сушка сырья: мясо, рыба, овощи, фрукты, молоко

Учебное пособие Ростов-на-Дону Издательский центр «МарТ» 2002. — 57 с.

3. Атмосферная сублимационная сушка пищевых продуктов / [Б. П. Камовников, А. В.

Антипов, Г. В. Семенов, И. А. Бабаев; Редактор Г. А. Гусева]. - М.: Колос, 1994. - 253 с.

4. Разработка технологии мясных продуктов с использование сублимационной сушки

при атмосферном давлении Дондокова С.А. Автореферат кандидатской диссертации. Улан-

Удэ: ВСГТУ, 2011. - 17 с.


7

УДК 637.234 : 66.083.2

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОГО ЦИКЛИЧЕСКОГО

ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА СЛИВОЧНОГО МАСЛА

С.В. Громов, В.А. Кириченко

Институт пищевых производств Донецкого национального университета экономики и

торговли имени Михаила Туган-Барановского, г. Донецк, Украина

[email protected], [email protected]

Сливочное масло (СМ) представляет собой полидисперсную, многофазную и

многокомпонентную систему переменного состава.

Физические свойства СМ определяются преимущественно его структурой и

степенью дисперсности его компонентов. С последней тесным образом связаны

консистенция, вкус, цвет, стойкость масла при хранении и другие потребительские

свойства. Чем лучше диспергированы компоненты масла (жир, влага, пузырьки

воздуха), тем выраженнее вкус масла.

Многие свойства СМ в значительной степени определяются его физической

структурой. Наиболее важным свойством является стойкость масла при хранении.

Указанная способность масла особенно тесно связана с водной фазой, а именно со

степенью ее дисперсности и относительным количеством капсулированной влаги.

Установлено наличие тесной зависимости между стойкостью масла при хранении при

минусовых температурах и повышением степени дисперсности водной фазы (r =

+0,75), а также увеличением содержания капсулированной влаги (r = +0,79). Степень

дисперсности водной фазы показала выраженную корреляцию (r = +0,72) также с

органолептической оценкой после двух недель хранения масла при 140С. Появление

прогорклости в выдержанном при 21…25 0С масле было ускорено в 6…7 раз в

результате незначительного увеличения количества некапсулированной влаги, т.е.

повышения степени непрерывности водной фазы. Между двумя названными

показателями водной фазы существует тесная корреляционная связь (r = +0,84).

Таким образом, знание структуры СМ, которая описывается рядом дисперсных

характеристик систем и их зависимости от действия различных факторов имеет очень

важное научное и практическое значение в современных пищевых технологиях.

Для получения полной картины распределения частиц в дисперсных системах по

размерам был использован метод оптической микроскопии, который основан на

непосредственном визуальном изучении отдельных частиц исследуемой фазы –

определении их числа, формы и размеров.

При производстве СМ с использованием высокого циклического давления

(ВЦД) технологические параметры этого процесса (количество циклов нагружения – n;

максимальное значение давления в каждом цикле – Рmax, МПа; скорость подъема и

сброса давления – υи↑, υи↓, МПа/с; температура процесса – t,0C) во многом определяют

структуру масла и качество получаемого продукта.

Обработка СМ ВЦД производилась на исследовательском комплексе для

обработки и исследования влияния высокого давления на пищевые продукты в

проблемной лаборатории «Использование высокого давления в пищевых технологиях»

ДонНУЭТ.

Процедура компьютерного анализа дисперсных систем, в виде

микрофотографий образцов продуктов, включает обнаружение, распознавание,

фильтрацию, выделение и распознавание бинарных изображений, содержащих

mailto:[email protected]:[email protected]


8

достаточно большое число частиц малого размера, выполненных с применением

микроскопа.

В соответствии с принятой в анализе бинарных систем изображений, СМ было

отнесено к системам с контурным изображением, содержащим изображение границ

силуэтного изображения в виде замкнутой несамопересекающейся линии с точками

одинаковой яркости, цвета и интенсивности окрашивания. Для обработки полученных

изображений в программе использованы дискретные цепи Маркова – наиболее

удобные и эффективные математические модели бинарных изображений.

На первом этапе анализ фотографий микроструктуры анализируемых образцов

была использована селекция объектов по принадлежности к одному из структурных

элементов, составляющих сливочного масла: жировые шарики, частицы влаги и

пузырьки воздуха. Для визуальной идентификации жировых шариков был использован

краситель «судан 4». Частицы влаги и пузырьки воздуха различались между собой по

преобладанию серых и желтоватых оттенков на микрофотографиях. Использование

соответствующих цветовых фильтров позволило разделить анализируемые частицы

СМ с высокой степенью достоверности.

На втором этапе была осуществлена селекция объектов по площади, при

которой отбираются только те объекты, которые выделены в соответствии с принятым

делением объектов и площадь которых находится в пределах от Smin до Smax..

Аналогичным образом производится анализ выделенных объектов по всем принятым

показателям.

Пространственная площадь была определена по формуле:

N

i

iS

1

, (1)

где N – количество единичных площадей; i – текущий номер единичной площади.

Пространственный периметр:

N

i

iP

1

, (2)

где N – количество единичных длин по периметру; i – текущий номер единицы длины

по периметру.

Закругленность:

2

4

P

S (3)

Удлиненность:

min

max

d

d , (4)

где dmax – наибольший размер; dmax – наименьший размер.

Диаметр Фере частиц, под которым понимали диаметр условной сферической

частицы, имеющей одинаковый объем с частицей сложной формы:

SDF

4 , (5)

где S – площадь проекций частиц в поле зрения микроскопа.


9

Компактность:

max

4

d

S . (6)

Эквивалентный диаметр:

minmax ddDEq (7)

В качестве объектов исследования были приняты образцы сливочного масла

жирностью 72,5%, обработанные ВЦД при температуре 12±0,5 0С. Была изучена

микроструктура масла, обработанного при следующих параметрах процесса:

- образец 1 – Рmax = 320 МПа, п = 5; υи↑ = 1 МПа/с, υи↓ = 5 МПа/с;

- образец 2 – Рmax = 320 МПа, п = 4; υи↑ = 10 МПа/с, υи↓ = 5 МПа/с.

Продолжительность участков циклограммы в крайних нижней и верхней точках

– по 30 с.

Контрольный образец масла произведен согласно действующим на Марьинском

молокозаводе ОАО «Лактис» техническим условиям.

В результате исследований были получены следующие характеристики

дисперсности СМ: гистограммы, сглаживающие функции распределения и среднее

значение параметра площади, периметра, диаметра Фере, удлиненности и округлости,

округлости жировых шариков, частиц влаги и пузырьков воздуха в исследуемых

образцах.

Анализ полученных результатов позволил констатировать следующие

изменения в дисперсных характеристиках жировых шариков. Количество жировых

шариков в обработанных ВЦД образцах СМ несколько увеличилось (на 0,9 и 1,0%

соответственно для образца 1 и 2 по сравнению с контрольным образцом), что

свидетельствует о диспергировании (дроблении) жировых шариков под действием

ВЦД. Средняя площадь жировых шариков в образцах 1 и 2 уменьшилась на 4,6 и 8,7%,

что свидетельствует об уменьшении объема жировых шариков под действием ВЦД.

Однако периметр жировых шариков у образцов 1 и 2 уменьшился на 18 и 21,9%.

Приведенные цифры могут быть объяснены тем, что ВЦД приводи к изменению формы

жировых шариков, при которых они приобретают более правильную округлую форму.

Это подтверждает параметр округлости жировых шариков, который в образцах 1 и 2

вырос соответственно на 5,3 и 9%. Вырос параметр компактности на 4,7 и 7,1% и

снизился параметр удлиненности на 13,0 и 10,1%.

Таким образом, обработка СМ ВЦД приводит к дроблению его жировых

шариков, повышению их компактности, они приобретают более правильную округлую

форму.

Среднее количество частиц влаги после обработки ВЦД образцов 1 и 2

уменьшилось на 1%, однако их средняя площадь уменьшилась на 16,8 и 15,%

соответственно. При этом среднее значение их периметра уменьшилось на 14,8 и

21,5%, а диаметр Фере уменьшился на 21,4 и 25,7% соответственно. В контрольных

образцах СМ среднее значение диаметра Фере (эквивалентный диаметр) равен 3,98

мкм. Параметр удлиненности снизился на 10,3 и 14,1%; параметр округлости вырос на

28,3 и 27% соответственно и компактность частиц влаги выросла на 1,2 и 8,3%.

Таким образом, ВЦД приводит к повышению дисперсности СМ, что

способствует повышению его потребительских свойств и снижению скорости

окислительных процессов и снижению скорости развития патогенной микрофлоры в

СМ.

Обработка ВЦД приводит к существенному уменьшению количества пузырьков

воздуха: на 36,9 и 34,5% для образцов 1 и 2. При этом их средняя площадь

уменьшилась на 7,8 и 12,6%. Среднее значение их периметра уменьшилось на 10,3 и


10

20,2%. Сравнительный анализ приведенных значений показывает, что объем пузырьков

газовой фазы уменьшился, и пузырьки воздуха стремятся приобрести форму

правильной сферы. Это подтверждает и увеличение параметра округлости на 2,4 и 3,4%

и увеличение компактности пузырьков газовой фазы на 12,9 и 15,3%.

Исследования динамики показателей СМ, обработанного ВЦД в процессе его

длительного хранения показали, что обработка СМ ВЦД приводит к повышению

стойкости масла при хранении, снижению его прогорклости и улучшению других

физических и органолептических показателей.


1. Горбатова К.К., Гунькова П.И. Химия и физика молока и молочных продуктов: Учеб.

для вузов. – СПб.: ГИОРД, 2012. – 329 с.

2. Вышемирский Ф.А. Масло из коровьего молока и комбинированное. – СПб.: ГИОРД,

2004. – 719 с.

3. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур. – М.: Наука, 1966.

С. 3-16.

4. Степанова Л.И. Справочник технолога молочного производства. – СПб.: ГИОРД,

2003. - 270 с.

5. Крусь Г.Н., Храмцов А.Г. и др. Технология молока и молочных продуктов. – М.:

Колос, 2000. – 455 с.

6. Молоко, молочные продукты и консервы молочные. Сборник стандартов. – М.:

Колос, 2004. – 200 с.

7. ГОСТ Р 52253-2004. Масло и масляные пасты из коровьего молока. Издательство

стандартов. – М.: 2004. – 15 с.

8. ГОСТ Р 52969–2008. Масло сливочное. Издательство стандартов. – М.: 2008. – 12 с.


11

УДК 664.8.022.1:66.047.3.085.1

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ

ПЛОДОВЫХ КОСТОЧЕК

А.Н. Поперечный, Н.А. Миронова, В.Г. Корнийчук



[email protected]

Постоянно возрастающие потребности в пищевом, кормовом белке и

интенсивный расход сырьевых ресурсов ставит человечество перед проблемой

организации малоотходных энергосберегающих технологий промышленной

переработки продуктов питания с учетом качества, назначения и продолжительности

сроков их хранения, разработки процессов, обеспечивающих полное комплексное

использование природных ресурсов и материалов с учетом сохранения окружающей

среды от загрязнения отходами перерабатывающей промышленности. В настоящее

время более остро стала проблема использования отходов переработки продуктов

сельского хозяйства и ряда отраслей перерабатывающей промышленности.

Назрела необходимость решения двух народнохозяйственных задач. Во-первых,

вовлечение в производство дополнительных сырьевых ресурсов, т.е. получение

вторичного сырья, используемого в дальнейшем в различных отраслях народного

хозяйства. Во-вторых, решение вопросов экологии путем уменьшения загрязненности

окружающей среды отходами перерабатывающей промышленности. Информационный

поиск показывает, что ресурсы в виде отходов основного производства, побочных и

попутных продуктов могут быть готовыми продуктами для непосредственного

использования, а также сырьем для дальнейшей переработки и использования их в

различных отраслях народного хозяйства.

В консервной промышленности при производстве джемов, компотов, варенья,

пюре соков из фруктового сырья образуется около 20 тыс. тонн в год плодовых

косточек. Утилизации косточек отводится особая роль, поскольку они являются

ценным сырьем для масложировой промышленности, на предприятиях которой

проводится комплексная переработка косточек: из ядер получают масло, из скорлупы

- крошку и шлифовальный порошок [1-3]. Косточковые масла, благодаря высокому

содержанию в них триглицеридов жирных кислот, преимущественно ненасыщенных,

используются в фармакопее, медицине, парфюмерной и пищевой промышленности.

Крошка из скорлупы применяется для полировки и очистки деталей в космической

технике, авиационной, судостроительной, автомобильной и других отраслях

промышленности. Косточковый порошок служит для очистки изделий из пластмасс и

резины, а также для производства активированного угля и в качестве наполнителя при

производстве специальных клеев.

Прежде чем поставить косточки на масложировые предприятия, их необходимо

очистить от примесей и высушить, т.к. выделенные из плодов косточки имеют

повышенную влажность 25-60% и содержат значительное количество примесей в виде

мякоти и выжимок. Все эти факторы способствуют быстрой порче косточек и

содержащегося в их ядрах масла.

Однако из-за отсутствия специализированного оборудования для сушки

плодовых косточек на консервных заводах, их поставка заводам косточковых масел,

несмотря на ежегодное увеличение объемов выпуска продукции из плодов с каждым


12

годом идет на убыль и составляет не более 50-60% от планируемых, довольно

заниженных объемов поставок. При этом тонны косточек просто уничтожаются.

Попытки применить уже существующие промышленные сушилки оказались

неэффективными т.к. их технологические и конструктивные параметры не позволяют

учитывать структурные особенности плодовых косточек, а также мало приспособлены

к значительным колебаниям влажности сырых косточек и неравномерности их

поступления на сушку.

Проведенный информационный поиск современных способов сушки плодовых

косточек, теоретических и экспериментальных работ в этой области позволил сделать

выводы, что наиболее целесообразным способом сушки косточек является

использование комбинированного процесса инфракрасного излучения и

виброкипящего (ВКС) слоя [4-7].

Целью данной работы является исследование кинетики сушки плодовых

косточек инфракрасным излучением в виброкипящем слое для определения

рациональных параметров процесса.

При использовании сушилок с виброкипящим слоем, силы инерции,

возникающие при вибрации, в отличие от гидродинамических сил среды,

пропорциональны не поверхности, а массе частиц, то есть действуют одинаково

эффективно как на маленькие, так и на крупные частицы. Кроме этого, характер

движения частиц в виброкипящем слое совсем другой, чем в обычном аэрокипящем

слое. Это движение носит локальный характер с преобладанием колебательного

движения над поступательным. Как следствие в виброкипящем слое частицы движутся

значительно интенсивнее друг относительно друга, порозность вибрирующего слоя

больше порозности неподвижного слоя, но меньше порозности кипящего; в то же

время продольный движение вибрирующего слоя возможно осуществить по принципу

полного вытеснения.

Поскольку при движении частиц в ВКС преобладает колебательное движение

над поступательным, частицы интенсивно движутся друг относительно друга вдоль

вертикали. В таких аппаратах достигается режим полного вытеснения, что гарантирует

равномерность обработки материала.

Создание различных конструкций вибрационного оборудования, в том числе и

сушильного, требует учета механики сыпучих материалов. Поскольку точного

математического определения оптимальных параметров работы вибрационных рабочих

органов из-за большого количества важных факторов пока нет, то возникает

необходимость проведения экспериментальных исследований.

Проведенные нами экспериментальные исследования ВКС позволяют сделать

следующие выводы:

- рациональная величина ускорения вибрации, при которой будет происходить

интенсивное перемешивание слоя плодовых косточек, лежит в пределах 20 ... 25 м / с2;

- при создании аппаратов с ВКС стоит отдавать предпочтение малым по высоте слоям

материала и низким частотам вибрации (10 ... 25 Гц).

Особенностью процесса сушки ИК нагревом, является лишь то, что с воздуха

снимается функция основного теплоносителя и большая часть энергии передается

продукту излучением. При этом плотность теплового потока у поверхности продукта

может достигать больших величин. Ограничением служит только опасность

подгорания продукта. Для использования больших плотностей теплового потока без

опасности подгорания ИК-излучение должно проводиться импульсами в сочетании с

периодами «отдыха» и конвективного действия потока воздуха. В этом плане

использование вибрационных воздействий на слой продукта позволяет обеспечить

интенсивное перемешивание и постоянное обновление частиц, находящихся в поле ИК-

излучения. При этом следует отметить, что ИК-излучение распространяется не только


13

на первый ряд частиц продукта, но и на все «видимые» ИК-излучателем частицы

других рядов.

В конечном итоге интенсификация процессов сушки и термической обработки

продуктов при ИК-нагреве в ВКС происходит путем передачи продукту большого

количества энергии в единицу времени, создание больших перепадов температуры и

влажности и применения переменных воздействий - чередование интенсивного

внешнего тепло-, массообмена с «отдыхом» продукта , во время которого искусственно

созданный градиент влагосодержания, а иногда и температурный градиент, действуют

внутри продукта в направлении перемещения влаги к наружной поверхности.

Особенности процесса тепловой обработки зернистых пищевых продуктов в

ВКС ИК-нагревом заключаются в обеспечении равномерного повышение температуры

в полном объеме продукта и значительной интенсификации удаления из него влаги.

Рассмотрим влияние плотности теплового потока инфракрасного излучения на

показатели, которые определяют эффективность процесса сушки, а именно удельные

энергозатраты на испарение 1 кг влаги, производительность по выпаренной влаге (эти

показатели приведены к максимальному значению для всех исследованных видов

плодовых косточек), продолжительность сушки до равновесного влагосодержания.

Экспериментальные данные представлены на рисунке 1.

Плотность теплового потока , Вт/м

2

а б в

Рис. 1 Изменение равновесного влагосодержания косточек абрикоса (а), вишни (б) и черешни (в) в

зависимости от плотности теплового потока инфракрасного облучения: 1 - косточка; 2 - ядро;

3 - оболочка

Общей тенденцией для всех видов плодовых косточек является снижение

энергозатрат, повышение производительности и сокращение продолжительности

сушки до равновесного влагосодержания при увеличении плотности теплового потока

инфракрасного облучения.

Данные экспериментов позволили рассчитать тепловой поток, поглощаемый

косточками абрикоса при сушке. На рисунке 2 приведены графики изменения этой

величины в зависимости от влагосодержания продукта при различных значениях

плотности теплового потока инфракрасного облучения.

Все кривые имеют похожую форму - участок резкого уменьшения теплового

потока в начале процесса, соответствует интенсивному прогреву продукта, заменяется

участком плавного уменьшения теплового потока до равновесного влагосодержания.

Для плотности теплового потока 1480 Вт / м2 имеет место промежуточный

горизонтальная участок, который отвечает периоду постоянной скорости сушки.


14

Рис. 2. Изменение теплового потока поглощается косточками абрикоса во время сушки, в зависимости от

плотности теплового потока инфракрасного облучения: 1 - 1480 Вт / м2; 2 - 890 Вт / м

2; 2 - 570 Вт / м

2

Снижение величины теплового потока, поглощаемого продуктом, во время

сушки, можно объяснить повышением температуры продукта и, как следствие,

уменьшением температурного напора между ним и излучателями, а также снижение

влагосодержания продукта, уменьшает коэффициент поглощения теплоты.

Приведенные в работе данные экспериментальных исследований позволили

определить рациональные параметры процесса сушки плодовых косточек в сушилке

виброкипящего слоя с ИК нагревом.


1. Алейникова А.В. Разработка метода и сушилки для сушки плодовых косточек: Дис.

канд. техн. наук. - Киев, 1988. -134 с.

2.Лебедев Е.И.Комплексное использование сырья в пищевой промышленности.- М.:

Легкая и пищевая промышленность,1982.- 239с.

3. Гаджиев А.К. Исследование технологии комплексной переработки плодовых

косточек: автореф. дис. канд. техн. наук.-Ташкент, 1974. – 24 с.

4. Улумиев A.A.К обоснованию предпочтительного метода сушки отходов переработки

продуктов растительного происхождения для кормопроизводства. Известия вузов.-М.:

Кормопроизводство, №11,1998,24- 27 с.

5. Камилов Р.К.Обоснование методов и режимов сушки отходов и технология

переработки плодов и овощей: дис. канд. техн. наук.– Махачкала, 2003.-156с.

6. Гафуров К.Х. Системный анализ процесса термообработки ядер плодовых косточек.

Техника и технология пищевых производств. - Бухара, 2011. С. 62-63.

7. Поперечний А.М. Сушіння харчової сировини у псевдо зрідженому шарі / А.М.

Поперечний, Н.М. Варваріна, І,В. Жданов – Донецьк: ДонНУЕТ, 2012.-303с.


15

УДК 514.18 (076.6)

МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

МАШИН ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ В СРЕДЕ AUTOCAD

В.Г. Стеблянко



[email protected]

Постановка проблемы. Дальнейшее развитие агропромышленного комплекса

требует создания нового оборудования для пищевых и перерабатывающих производств

с высокими экономическими показателями. Одним из направлений повышения

качества оборудования является оптимизация создания конструкторской

документации, связанная с разработкой деталей, имеющих сложные кривые

поверхности. Однако конструктора, как правило, в разработках обычно используют

простые по форме поверхности. Отчасти причина этому в трудности их

проектирования, наглядного представления и инженерного расчета.

Наиболее эффективным и доступным способом моделирования поверхностей

сегодня является компьютерное моделирование. Но пакеты общего назначения в их

базовом виде, в том числе AutoCAD, не обладают достаточными возможностями для

построения сложных поверхностей, а специализированные приложения и программные

продукты являются дорогостоящими и по этой причине не получили распространения.

Любая поверхностная модель в AutoCАD создается путем комбинирования

различных поверхностных форм, создание которых осуществляется при помощи

набора стандартных команд. Построение компонентов сети при помощи стандартных

команд, а затем редактирование их при помощи ручек дает возможность добиться

необходимого результата. Но как быть в том случае, когда модель слишком сложна и

нет возможности обойтись двумя или тремя простыми поверхностями? Одним из путей

решения этой задачи есть обеспечения пользователей наиболее оптимальным

инструментом, созданного при помощи встроенного языка программирования AutoLisp

и редактора для создания и отладки программ VisualLisp.

Анализ исследований и публикаций. В литературе вопросы использования

языка программирования AutoLisp для получения изображений рассматриваются в [1 -

3]. В [1] рассматривается программы для создания чертежа комплексной детали.

Чертеж комплексной детали в системе автоматизированного проектирования является

параметризованным чертежом, и его можно рассматривать как графическую модель, с

помощью которой создаются чертежи конкретных деталей, принадлежащих

определенной группе. Автор [2] наряду с приведенными понятиями и определениями

языка AutoLisp, особое внимание уделяет вопросам разработки программ на этом языке

и их отладке в среде VisualLisp. Здесь же приводятся многочисленные примеры

использования языка AutoLisp с целью создания прототипов различных систем и

подсистем для решения самых разнообразных задач (изображения и расчета

электрических и механических подсистем, подсистем для выполнения инженерных

расчетов: динамических характеристик силового агрегата, линий влияния, различных

способов организации производственных процессов и др.). В отличии от выше

приведенных способов программирования в работе [3] геометрические компоненты

поверхности, ее образующая и направляющая задаются не в виде аналитических

зависимостей, а как графические примитивы, предварительно построенные на экране.

Алгоритмическая составляющая поверхности, определяющая закон перемещения

mailto:[email protected]


16

образующей по направляющей, также задается в виде кривых – графических объектов.

Задание компонентов определителя поверхности в виде графических объектов, а не

аналитических выражений позволят повысить наглядность работы с поверхностью.

Постановка задачи. С помощью геометрического программирования

разработать программные продукты для конструирования некоторых кинематических

поверхностей.

Основная часть. Рассмотрим общий порядок и последовательность работы с

программами.

Для создания, тестирования, наладки, запуска программ, написанных на языке

AutoLisp, используется редактор Visual Lisp, разработанный специально для этих

целей.

Программы в AutoLisp строятся из отдельных функций, позволяющих

выполнять различные действия, вычисления и т.д. в процессе работы программы.

Каждая функция имеет свое имя, и обращение к ней происходит непосредственно через

ее имя. То же самое распространяется и на главную функцию: программа запускается

на выполнение путем обращения к главной функции по ее имени. Для упрощения

работы со всеми рассмотренными программами было принято решение использовать

для главных функций данных программ одинаковое имя. При загрузке программы

необходимо указать имя в скобках в командной строке консоли редактора, что

выглядит примерно так: (surf).

Перед тем, как дело дойдет до консоли редактора, надо будет выполнить ряд

действий.

Первое, что необходимо сделать, это определится с тем, какие данные

необходимо будет вводить во время работы с конкретной программой.

Т.е. это определители будущей поверхности (направляющая или направляющие

поверхности, образующая), ось, плоскость (параллелизма) и графики. Наборы этих

данных рассматриваются в описании отдельных программ.

Вторым действием те графические данные, которые потребуются, следует

изобразить на экране, что тоже рассматривается в описании программ.

Далее, закончив построения и оставив данный файл текущим, необходимо

перейти в редактор Visual Lisp. Если он еще не загружен, то загружаем его одним из

двух способов:

1. В строке главного меню AutoCAD выбираем Tools→AutoLisp →Visual Lisp Editor.

2. В командной строке AutoCAD вводим команду vlide и нажимаем кнопку Enter.

В окне редактора, если файл, в котором содержится соответствующая программа

(файл самой программы), еще не открыт, то открываем его.

После открытия файла программы появляется окно в редакторе, в котором

можно увидеть текст программы, написанный на языке AutoLisp. Текст написан разным

цветом, который устанавливается автоматически. Так, синим обозначены функции

(команды языка), зеленым – числовые данные, розовым – текстовые, черным – имена

переменных и функций программы и т.д.

Теперь, перейдя в данное окно с текстом (сделав его активным), следует

загрузить программу в оперативную память компьютера. Это достигается нажатием

кнопки на панели инструментов Tools. На кнопке изображен белый параллелограмм

(четырехугольник или лист), а рядом с ним стрелка, направленная вниз (рисунок 1).

После нажатия на кнопку появится окно консоли, в котором будет написано: "Для

запуска наберите (surf)"

Рядом со знаком «_$» будет мигать курсор. В этой строке следует ввести: (surf),

а затем нажать Enter. После этого программа загрузится, и произойдет автоматический

переход в окно AutoCAD с текущим графическим файлом, в котором была произведена


17

подготовка перед запуском программы, а в строке состояния будет выведен запрос о

введении соответствующих данных. В процессе ввода данных следует внимательно

следить за тем, какие запросы появляются в строке состояния, с тем, чтобы не

допустить ошибок.

Рис. 1. Окно с текстом программы

Рассмотрим примеры построения поверхностей.

Пример 1. Пусть заданы одна направляющая, образующая и плоскость,

параллельно которой движется образующая (рис. 2а).

Рис. 2а. Геометрический определитель, задаваемый на

экране монитора

Рис. 2б. Результат работы

программы

Программа позволяет построить кинематическую поверхность как результат

движения образующей вдоль одной направляющей (рисунок 2б). При движении вдоль

направляющей сохраняется параллельность образующей заданной плоскости.

Плоскость задается пользователем путем указания трех точек, принадлежащих этой

плоскости.

Для выполнения программы необходимо задать (указать) направляющую,

образующую кривые и плоскость. Также возможен вариант задания графиков

преобразования и вращения образующей.

Направляющую, образующую кривые, графики и ось строятся предварительно,

т.е. до запуска программы на выполнение.

Пример 2. Пусть заданы две направляющие, образующая и ось вращения

(задается пользователем) (рис.3).


18

Программа позволяет построить кинематическую поверхность как результат

движения образующей вдоль двух направляющих.

Направляющие, образующая кривые, ось строятся предварительно, т.е. до

запуска программы на выполнение. Построения будем производить, используя видовые

окна и разные слои.

Рис.3. Графический определитель и созданная поверхность

Для построений направляющих переходим в видовое окно (рис. 3),

соответствующее направляющим (две направляющие будем строить в одном видовом

окне), текущим делаем слой направляющей.

Для построений образующей переходим в видовое окно образующей, делаем

текущим слой образующей (рис. 3). Устанавливаем мировую систему координат,

выбираем вид сверху, спереди или любой другой. В качестве образующей выбираем

дугу окружности.

Для правильного выбора положения оси вращения ее построение можно

осуществлять в видовом окне направляющей. Переходим в данное видовое окно.

Создаем новый слой или же воспользуемся слоем направляющей. При создании нового

слоя необходимо обеспечить его видимость в видовом окне направляющей. Делаем

данный слой текущим. Строим отрезок прямой линии.

Нами разработано семь программ для различных типов кинематических

поверхностей.

Выводы. Предложенная методология компьютерного геометрического

моделирования кинематических поверхностей расширяет возможности использования

вычислительной техники при выборе оптимальных способов конструирования

поверхностей и использовании их на практике.

Рассмотренная методика требует проведения дальнейших углубленных научных

исследований.


1. Бугрименко Г.А., Лямке В.Н., Шейбокене Э.-К.С., Автоматизация конструирования

на ПЭВМ с использованием системы АutoCАD. – М.: Машиностроение. – 1993. – 336 с.

2. Кудрявцев Е.М., AutoLisp. Основы программирования в АutoCАD. – М.: ДМК Пресс

2000. – 416 с.

3. Хейфец А.Л., Инженерная компьютерная графика. АutoCAD. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002. –

432 с.


19

УДК 532.5:681

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЦЕПТУР

ЭКСТРУДИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

О.И. Аксенова, Г.В. Алексеев

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных

технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия

[email protected]

Экструдированные пищевые продукты все прочнее входят в наш повседневный

рацион питания благодаря целому ряду своих уникальных качеств: высокой пищевой

ценности, технологичности и возможности широкого варьирования органолептических

показателей [1].

Достаточно известными на сегодняшний день являются экструдированные про-

дукты типа «подушечки», корпус которых изготавливают из мучной основы, а начинка

варьируется по желанию потребителя. Производителям такого типа продуктов

приходится решать ряд проблем, связанных с варьированием качественных показателей

исходного сырья и неполным использованием производственных мощностей.

Большинство предприятий, решают данные проблемы при помощи проведения ряда

производственных экспериментов, однако данное решение требует больших временных

и материальных затрат.

Так же эти проблемы могут быть решены при помощи такого средства, как

математическое моделирование. Математическое моделирование может базироваться

на минимальном количестве эмпирических опытов, что ведет к снижению указанных

выше затрат. Достоинством математического моделирования является возможность

получения более точных результаттов, по сравнению с эмпирическими методами

моделирования, что позволяет повысить качество продукции, усовершенствовать

процессы производства и контроля на различных этапах.

Нестабильные качественные показатели сырья затрудняют построение полной

математической модели. Поэтому предпочтительно строить математическую модель,

основанную на нечетких логических множествах [2].

Использование нечетких логических множеств при моделировании процессов в

пищевой промышленности является новым активно развивающимся направлением.

Данный метод моделирования позволяет проводить анализ, в условиях

субъективной оценки эмпирических данных и отсутствии явной числовой формы

результата, что характерно при разработке новых видов пищевых продуктов. Особенно

ярко преимущества этих систем проявляются при проектировании многокомпонентных

пищевых продуктов, где велика неопределенность входных и выходных параметров, а

качество оценивается по результатам сенсорного анализа [4].

Применение аппарата нечетких логических множеств позволяет улучшить

качество управления объектами, определить оптимальное соотношение рецептурных

компонентов при проектировании новых многокомпонентных видов продуктов и

сократить количество производственных опытов. Дополнительно он дает возможность

повысить качество управления производством и контролем готового продукта в

условиях информационной неопределенности, которая характерна для реального

производства в отраслях пищевой промышленности [5].

Корма изготовленные экструзиооным способом могут быть в виде однородных

гранул или продуктов коэструзии. Коэкструзионные корма прпредставляют собой

пищевую систему, состоящую из начинки и оболочки. В большинстве случаев данные

изделия содержат в своем составе сухое молоко. В зависимости от соотношения


20

корпус:начинка, и количества сухого молока в составе начинки животные отдают

предпочтение определенным маркам изделий.

Содержание сухого молока в продуктах колеблется в пределах от 10 до 40%,

начинки – 10-70%.

В ходе эксперимента поедаемость корма животными была оценена экспертами

по шкале: 1 - высокая, 0,8 – достаточно высокая, 0,3 –недостаточно высокая, 0 – низкая.

Обработка эксперимента проводилась в программе МаtCAD.

После статистической обработки выборки, были получены матрицы оценок: m1

(1) и m2 (2). Процентное содержание, исследуемых параметров приведено в первой

строке, органолептическая оценка образцов – во второй.

),...

(034067016703400

40353025201510m1 (1)

)..

(11116203100

70605040302010m2 (2)

Для определения оптимальных соотношений, необходимо совместное

рассмотрение характеристик обеих матриц. Так как данные эксперимента были

получены, на основании сенсорного анализа, то результат представлен в виде нечетких

множеств, для которых необходимо определить функции принадлежности.

При рассмотрении первой матрицы заметно, что она аппроксимируется

нормальным законом распределения.

egB1A

2q

11 B,A mg(g,)(

)

(3)

где: mg(g,A1,B1) – искомая функция; g – значение случайной величины; А1 – величина

обратная дисперсии; В1 – математическое ожидание.

Вычисленные в пакете MatCAD значения статистической дисперсии А1=0,01,

математического ожидания В1=25

Хорошая аппроксимация функцией принадлежности экспериментальных точек

подтверждается ее графиком (рис.1.)

Рассмотрение второй матрицы, показывает, что правая ее часть является

константой, а левая подчиняется нормальному закону распределения.

Для определения нормального закона распределения зададимся симметричной

вспомогательной матрицей m20 (3).

Произведем вычисления для вспомогательной матрицы, аналогичные

проделанным ранее. Вычисленные в пакете MatCAD значения статистической

дисперсии А2=0,0025, математического ожидания В1=40

)....

(032062016203100

70605040302010m20 (3)

Аналитическое выражение для матрицы содержания сухого молока, будет иметь

вид (5) и (6):

])(exp[),,( 22222 bBABAbmb (5)


21

40bBAbmb

40b1BAbmb

2222

),,,(

,),,( (6)

График полученной функции принадлежности представлен на рисунке 1 внизу.

20 30 40 500.2

0.4

0.6

0.8

1

mg g A1 B1 ( )

g m10 i

0 10 20 30 40 500

0.5

1

mb b A2 B2 ( )

b

Рис.1. Графики аналитического выражения функций принадлежности начинки и сухого молока

Оптимальное соотношение начинки и сухого молока в коэкструдированном

корме, будет достигнуто при пересечении функций принадлежности (7).

),,(),,,(min(),( 2211 BAbmbBAgmggbmgb (7)

Функция mgb(g,b) показывает зависимость сенсорной оценки

коэструдированных кормов для непродуктивных животных от содержания начинки и

сухого молока. Наибольшая поедаемость кормов будет обеспечена, при максимуме

функц

Documents

« B A D H L ? F I ? J : L M J I B S L ? O G H E H = B B XXI...продуктов, сублимационная сушка получила широкое применение в разных