Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

27.10.2023

Размер:

25.18 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 4142 / 5942 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 > Следующая >>>

В установках непрерывного действия применяются рабочие камеры проходного типа. Эти установки обладают следующими преимуществами перед СВЧ-шкафами: обеспечивают большую производительность; генератор работает непрерывно в номиналь ном режиме, что удлиняет срок службы магнетрона, который не подвергается частым включениям и выключениям; перемещение продукта способствует равномерному нагреву; секционность компоновки (разное количество секций — разная производи тельность) позволяет устанавливать их в поточных линиях раз личной производительности. '.-aw

Рабочие камеры проходного типа применяются трех видов: в форме объемного резонатора; волновода или полости, связан ной с параболическими излучателями, щелевыми волноводами.

В установках (рис. 180, а) продукт нагревается стоячими вол нами при его передвижении в резонаторной камере. Энергия в

Рис. 180. Типы СВЧ-установок:


а — с прямоугольной нагревательной камерой:						1 — штырь		возбуждения		волновода;
2 — короткозамыкающнй поршень; 3 — рабочая						камера;	4 — фильтр подавления; 5 —
фильтр поглощения;			6 — конвейерная лента; 7 — продукт;							2 — корот-
б — установка		для	нагрева в	волноводе:	/ — заграждающий ВЧ*фнльтр;
козамыкающий		поршень; 3 — устройство возбуждения волновода;							4 — магнетрон; 5 —
подвижная	гильза для сосиски			из диэлектрического материала; б — волновод							прямо
угольного	сечения;		7 — фланец,	соединяемый		с оконечной		поглощающей		нагрузкой;
в — с параболическими излучателями: / — магнетрон; 2 — антенна;									3 — вторичный из
лучатель;	4 — параболический			рефлектор;	5 — водяная		нагрузка;		6 — фильтр		подав
ления; 7 — СВЧ-секция нагревательного устройства; 8 — продукт; 9 — лента										конвейера.

410

резонатор вводится через волновод. Для предотвращения выхо да СВЧ-энергии в открытое пространство у отверстия на входе и выходе продукта устроены фильтры. Существенный недостаток камер такой конструкции заключается в том, что в объеме резо натора устанавливаются стоячие электромагнитные волны, ко торые приводят к неравномерному по площади нагреву про дукта.

Вволноводных рабочих камерах продукт можно нагревать

вполе бегущей волны, что способствует более равномерному на греву (рис. 180, б). Изделия, подлежащие нагреву, пропускают ся по пластмассовой трубке через область максимальной элек трической напряженности электромагнитного поля, распростра няющегося перпендикулярно к оси волновода.

На рис. 180, в представлена схема СВЧ-установки непрерыв ного действия с параболическими излучателями, в которых воз буждается бегущая волна. Из излучателя она падает на кон вейерную ленту, перемещающую в рабочей камере нагреваемый продукт. Если под излучателем нет продукта, энергия погло щается оконечной водяной нагрузкой. На входе в установку и выходе из нее предусмотрены фильтры, препятствующие рас пространение СВЧ-энергии в открытое пространство. В рассмат риваемой установке смонтированы пять параболических излу чателей, каждый из которых питается от отдельного магнетрона. При передвижении продукта от одного излучателя к другому температурное поле в продукте выравнивается в результате теп лопроводности. К недостаткам установок такого типа следует отнести снижение к. п. д. в результате поглощения части энергии водяной нагрузкой в случае, если продукт располагается диск ретно на транспортерной ленте. Попытки устранить этот недоста ток путем отключения магнетрона на период, когда продукт не находится под излучателем, приводят к усложнению схемы и сокращению срока службы магнетронов вследствие частых вклю чений и выключений.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОИ ЭНЕРГИИ В РАЗЛИЧНЫХ ПРОЦЕССАХ

Сушка

Для сушильных установок непрерывного дей ствия наиболее подходящим является нагрев в поле бегущей волны. Резонаторный способ наиболее подходит для аппаратов периодического действия. В сушилках с бегущей волной изме нение величины затухания прямо связано с температурой и влаж ностью продукта. В свою очередь поглощаемая материалом мощ ность пропорциональна содержанию влаги в материале. Для

411

СВЧ-сушилок с нагревом в поле бегущей волны очень важна определить мощность, длину и к. п. д. процесса.

Н. Хннэн [113] приводит следующую методику ориентировочного! расчета СВЧ-сушилок.

Исходные параметры: поглощенная мощность D (Вт/м3), скорость из-

менения температуры сП* (град/с) и глубина проникновения А электро- dt

контактной энергии в материал с комплексной диэлектрической проницаемостью'е, на которой мощность при частоте \ уменьшится в 2 раза.

Эти параметры	описываются уравнением
		D =	/(/£2	е"	(III—131)-
		D =	/(/£2	----- ;	(III—131)-
				Ео
		dT _		D	(III—132>
		dt	4,186ср ’		(III—132>
		dt	4,186ср ’
					(III—133),
		8,68т; ^		j 1 tg 8
где Е — напряженность		поля,	В/м;
К = 5,561КГ11;
с — удельная теплоемкость;
р — плотность,	кг/м3;
Я-о— длина волны в		свободном пространстве.
Для расчета предполагают,			что материал движется со скоростью и
и направление его движения совпадает с направлением					потока энергии

(прямоток), ами„ =0 (амни — минимально достижимая постоянная затуха ния,т. е. постоянная затухания линии с полностью высушенным продук том).

При перемещении материала на расстояние dz — vdt мощность dp, рассеянная в материале, привела к испарению некоторого количества влаги и соответственно к некоторому уменьшению постоянной затухания как.

величину da. Очевидно,		что процессы будут связаны соотношением:
			dP		di		(111—134}
			Р вл	амакс			(111—134}
			Р вл	амакс
где Рвл— мощность,	необходимая			для	испарения воды;
“ макс— постоянная	максимального				затухания.
Это выражение интегрируют в пределах
			P ( z ) < P < P BX,
			а (z) ^	а ^	амакс >
где Р(г) — мощность	при		z — Z;
Рвх— входная мощность, Вт;
a(z) — постоянная		затухания.
После интегрирования
а	( г )	=	амакс {■	Рвх-Р(г)		}•	(III—135)
а	( г )	=	амакс {■		Рвл	}•	(III—135)

412

где Рвх—P(z) — мощность, поглощаемая в линии на длине первых z метров.

Исходя из теории передающих линий

					dP {г)		2а (z) Р (г).			(III—136).
						=	2а (z) Р (г).			(III—136).
					dz
Решая совместно оба уравнения и интегрируя										результат в пределах
						О< г < / ,
					амакс > a (z) >			аI,
где I — длина линии;							г =	/,
ctj — постоянная			затухания при				г =	/,
получают	1
I =	1				In					(III—137)
I =					In					(III—137)
2®ма								а1
								а1
Для Р(г) уравнение имеет вид:
	Р(г)									(III—138)
										(III—138)
						ехр	■ 2а.		P„v
						ехр	■ 2а.
Для прямоточных сушилок в случае амакс ф 0 величины I и Р(г) опре
деляются исходя из			условий
	а (г)		ашш — амак,						±	т
	а (г)		ашш — амак,							J ’
										J ’
что приводит к уравнениям вида:
	i	... •			: +	ак				In X
					: +	ак
	X		ч					1—-		(III—139);
					а 1 —	“мин ■		1—-
Р(2)							Рвх
Р(2)							Рвл			(III—140)
ЯМИМ	Рвх	,		Г	„	I	/Рвх	, \		(III—140)
ЯМИМ	Рвх	,	eXP	Г	„	I	/Рвх	, \		1
------- — ТГ- +			eXP		— 2z	амакс	—	— 1	— амин [
“мак-с	Рвл			L		{	\Рвл	/		J.

Для.сушилок, работающих в режиме противотока, исходное уравне ние имеет вид:

dP da

413

откуда

Г Р т - Р ( г )

а (г) — а1+ “макс I

Рил

1 .

(III—141)

с учетом затухания в линии и высушенном материале

,	, Р В* -Р (г)	(III—142)
“ (г) — “мин = <4 + “м		(III—142)

На входе линии поглощенная мощность равна нулю, так как

Р(z) — Рвх И “о = “мин 4” “/•

Втом случае, когда

Р (г)

0 н

(со)

-> “ мин + а1+ “ м:

Рп

, .

если

Рпх

при

“ (со) -+аМакс.

—— > 1

г = /,

* ил

а (/) — “мни 4" “/ 4“ “макс

(III —143)

Эта

величина

равна

амакс, когда поглощенная мощность

Роъ

Pi —

где г)с — к. п. д.

связи,

т. е.

сушилках

противоточного типа уровень

мощности выше Рш.

и Р{г)

можно воспользоваться уравнениями:

Для

определения

РиX

1п X

“( + “и

1 4-

^мин^тр

; (III—144)

вл / \(1

ric) “макс^вх

1—

P(z)

Щ { \

Рп*

Рпл

1 +

(Н +-

ехр 22.|як*г2

^вх

РВЛ/

«М

(111—145)

К. п. д. связи определяет

связь поглощенной мощности Рах — Р (/) с

входной мощностью, т. е.

РПОГЛ — РВХ

Р (0 — т\сРвх•

(HI 146)

Сушка в СВЧ-поле протекает значительно интенсивнее, чем при любом другом методе (рис. 181). Возможно различное соче-

414

тание этих методов, что определяется как соображениями эко номики, так и технологическими факторами.

Одним из примеров использования СВЧ-энергии является сушка хрустящего картофеля на конечном этапе технологичес кого процесса [162]. По традиционной технологии получить не обходимый цвет продукта довольно трудно, иногда невозможно.

"§ Sq \ Обычный процесс

5; Б0\- \	СВЧ-сушка
	Включается в этой точке
	\бмес/ло обычного процесса В с%

Обычнаяпродолжительность' обработка

Рис. 181. Зависимость продолжительности сушки при конвективном теплоподводе и СВЧ-нагреве:

а — СВЧ-сушка и сушка воздухом; б — конвективный метод.

Очень часто продукт получается темноокрашенный. Для предо твращения развития темного цвета температуру масла поддержи вают на более низком уровне, скорость сушки замедляют. Исполь

зование	СВЧ-энергии
для сушки продукта на
конечной стадии процес
са приводят к успешно
му решению		вопроса о
необходимом цвете. Су
шка в поле СВЧ начи
нается	при	влажности
продукта 5—8% в зави
симости от качества ка
ртофеля	и	влажность
снижается до 2%. Каче			Рис. 182. СВЧ-установкн для сушки
ство готового		продукта	хрустящего	картофеля;
в этом случае улучша			1 — щелевой	волновод;	2 — ловушка; 3 — сис
ется.			тема подачи	горячего	воздуха; 4 — конвейер.
На рис. 182 приведе			сушки хрустящего картофеля в поле
на схема установки для			сушки хрустящего картофеля в поле
СВЧ на конечной стадии технологического					процесса. Сушилка

мощностью 50 кВт состоит из двух параллельных туннелей, из готовленных из нержавеющей стали (на рисунке показан один туннель), с общей системой горячего воздухоонабжения. Каждый

415

туннель питается от магнетрона мощностью 25 кВт на частоте 915 МГц. На конце туннеля устанавливается ловушка, в кото рой затухает энергия, не поглотившаяся продуктом.

Выбор частоты 915 МГц объясняется следующим. Диэлектрические свойства картофеля и растительных масел, применяемых при производ стве хрустящего картофеля, мало отличаются на частотах 915 и 2450 МГц. На частоте 2450 МГц можно получить более высокую скорость нагрева. На практике целесообразнее выбрать частоту 915 МГц, при которой обес печиваетсябольшая глубина проникновения электромагнитной энергии в продукт и получается рабочая камера большего размера.

Плотность потока энергии, попадающей в открытое простран ство, благодаря затуханию в ловушке оказывается ниже допус тимой. Мощность и скорость конвейера регулируются независимо в каждом туннеле. Производительность установки колеблется в

Рис. 183. Вертикальная СВЧ-сушилка:

/ — штуцер выхода паровоздушной смеси; 2 — штуцер входа продукта; 3 — генератор

•СВЧ-энергии; 4 — щелевые волноводы круглого сечения; 5 — щели; б — штуцер вы хода продукта; 7 — линия подачи горячего сухого воздуха; 8 — калорифер.

416

зависимости от влажности картофеля, поступающего на суш ку, от 636 до 980 кг/ч. Благодаря тому что при сушке в поле СВЧ хрустящий картофель извлекается из масла с более высокой влажностью, производительность всей линии возрастает на 5— 10%. Толщина слоя картофеля на конвейерной ленте составляет


76—152 мм.		Температура				воздуха 88—104° С.				Длительность
обработки в туннеле 2,5—4 мин.
Длина туннеля 6,4 м, ширина—
2,3 м. Блок генератора СВЧ-
энергии длиной				1,8 м и шири
ной 1,2 м можно размещать на
расстоянии		до	15 мот туннеля.
На рис.		183 показана верти
кальная установка					для сушки
гранулированных					небольшого
размера твердых				или жидких
продуктов [91 ]. В сушилке осу
ществляется		комбинированный
нагрев с помощью СВЧ-энергии
и теплого сухого газа. Она пред
назначена для сушки лука, че
снока, древесных опилок, хру									I l I H l f l l l l T l
стящего картофеля,					цитрусовой			____ ТТеплый
пудры, яблок,			химических ве					1		воздух
ществ и пр.		СВЧ-энергия созда						k
ет в	материале			градиент		тем
ператур от центра к периферии,
влага мигрирует на поверхность							Рис. 184.	Вертикальная СВЧ-
и испаряется			в	сухой газовой
атмосфере. Три волновода могут							сушилка	гранулированных ма
							териалов в «кипящем слое»:
питаться от одного					генератора.		1 — волновод;		2 — металлический
Энергия, излучаемая через щели							кран.
волноводов,		концентрируется к								что в ней осу
оси.	Преимущество сушилки заключается в том,
ществлен ввод энергии, при котором создается									более равномер
ное распределение энергии						по объему сушилки с менее высокой
напряженностью электрического							поля.
Установка			для		сушки	материалов в виде гранул (рис. 184)

[143] представляет собой агрегат, в котором используется как СВЧ-энергия, так и энергия теплого воздуха. Теплый воздух в данной установке выполняет две функции: сушильного агента и среды, в которой материал поддерживается во взвешенном сос тоянии.

Устройство для вакуумной сушки в поле СВЧ пищевых про дуктов представляет собой резонаторную камеру, в которую по мещается стеклянный контейнер, соединенный с вакуумной сис

14-381 417

темой [92]. Продукт загружается в контейнер. Длина волны электромагнитных колебаний СВЧ 10—35 см. В сушилке су шат фрукты, овощи, мясо.

Куриное мясо, содержащее 70% воды к массе, нарезают ку биками с ребром 6,3—12,7 мм. Нагрев в поле СВЧ длится 4,5 мин. В начале нагрева удельное поглощение мощности сос тавляет 4 Вт на 1 г мяса. После нагрева энергию отключают и мясо вынимают из контейнера. Влажность образцов снижается до 40%. Затем кусочки мяса высушивают при воздушной сушке (температура 40° С) до содержания влаги 5%. Мясо получается хрустящим с открытой структурой. В течение 15 мин оно пол ностью обводняется при погружении в воду. По вкусу и аромату мясо превосходит контрольные образцы, полученные при варке мяса, высушенного только воздушной сушкой.

Общепризнано, что исходные свойства продуктов (внешний вид, размеры, цвет, запах, вкус, содержание витаминов, фермен тов, экстрактивных веществ и т. п.), высушенных сублимацией, сохраняются в максимальной мере и быстро (за 5—15 мин) вос станавливаются. Сублимационная сушка с СВЧ-энергоподводом аналогична другим процессам СВЧ-нагрева в том отношении, что тепло возбуждается в объеме материала благодаря диэлек трическим свойствам пищевых продуктов. При сублимационной сушке продукт остается в замороженном состоянии. Фактор по терь для замороженных пищевых продуктов по сравнению с влаж ными имеет меньшее значение, а для высушенных продуктов он еще ниже. Сублимационную сушку можно проводить в атмосфере, где парциальное давление водяных паров ниже давления на сыщенных паров замороженного продукта, в противном случае сублимация не будет иметь места и продукт не будет оставаться в замороженном состоянии.

Аналитическое описание процесса сублимационной сушки материа лов в период развития зоны сублимации в поле СВЧ связано с большими трудностями. Однако для частных случаев такие решения есть. Так, для образца в виде цилиндра, радиус которого много меньше, чем длина, при наличии внутренних источников тепла задача будет одномерной и

симметричной	[45, 46].
Дифференциальное уравнение теплопроводности для стационарного
режима будет	иметь вид:
	д.4	+ —		dt_ +	Чу_	= 0.	(III—147)
	dr2		г	dr	X
Граничные условия:				di	=о
	при			di	=о
	при		г — 0 —		;
				dr	г=0
	при	г =	R	t = t„ = const,

где tH— температура поверхности образца.

418

В поле СВЧ мощность внутренних источников

Яу = 0,555£2/ е".

(III—148)

Зависимость е" замороженных продуктов в области отрицательных 1 от температуры можно описать экспоненциальным уравнением

			е" = A1eKi,				(111—149)
где Ai	и К — постоянные коэффициенты, определяемые эксперимен
Для	тально.			напряженности поля и частоты
Для	постоянных	значений		напряженности поля и частоты
			qv =	0,555At E*feKt
или			4v = A,eKi.
			4v = A,eKi.				(Ill—150)
Обозначив A2 =		— , получают дифференциальное уравнение тепло-
проводности:		а
проводности:
		dH	1	dt	+ Ае	Kt	(III—151)
		----- +	----- • —		+ Ае	= 0 .	(III—151)
		dr2	г	dr
Граничные условия дают возможность для определения уравнений
температурной кривой:
	*1,2 — —'К ■In				AR2		+
	*1,2 — —'К ■In			— Kt			+
				_ 2	S±/	- K t n_ A R *
				_ 2	S±/	;
	+			2R*			(III—152)
				2R*
Анализ уравнений показывает,					что при достаточно высоких давле-
ниях в камере, когда выполняется условие е						Kf	Л
ниях в камере, когда выполняется условие е						п < — —, стационарное со
стояние невозможно, а при более низких давлениях							возможны два стацио
нарных	состояния: первое		t^r)	— неустойчивое,			t2(r) — устойчивое.

Напряженность электрического поля в сублимационной ка мере, работающей под вакуумом, ограничивается величиной на пряженности пробоя, которая принимает малые значения при снижении давления. Так, на частоте 915 МГц для воздушного зазора в 10 см напряженность пробоя снижается от 30 000 В/см при атмосферном давлении до 100 В/см и менее в вакууме [154, 159]. Когда электрическое поле достигает пробойной напряжен ности, имеет место разряд, который поглощает СВЧ-энергию и может вызвать ожог продукта. Для ускорения процесса суб лимационной сушки мощность, подводимая к замороженному

1 4*

419

<<< < Предыдущая 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 4142 / 5942 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ