Исследование тепломассообменных и гидромеханических процессов при распылительной сушке пектинового экстракта тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

ПЕТРОВИЧЕВ Олег Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ И ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ ПЕКТИНОВОГО ЭКСТРАКТА

Специальность 01 04 14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□03 160318

Астрахань - 2007

003160318

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» на кафедре «Технологические машины и оборудование»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Алексанян Игорь Юрьевич

Официальные оппоненты-

доктор технических наук, профессор Селиванов Николай Васильевич

доктор технических наук, профессор Филин Виктор Андреевич

Ведущая организация.

ЗАО «Астраханский пектин»

Защита состоится «£221.» ноября 2007 г. в 12-50 ч на заседании диссертационного совета Д 307 001.03 в ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» (АГТУ) по адресу 414025, г Астрахань, ул Татищева 16, АГТУ, корпус 5, ауд 5.308 Факс 8-(8512)-257-368 Тел 8-(8512)-546-243

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «АГТУ»

Автореферат разослан «. .» октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

С В Виноградов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы Вследствие загрязнения окружающей среды проблема функционального питания по значимости занимает ведущее место в мире

Пектиновые вещества, обладающие протекторными свойствами по отношению к радионуклидам и тяжелым металлам, могут быть востребованы для лечебно-профилактического питания населения зон экологического неблагополучия

Анализ тенденций развития технологий пектина показывает важность разработки технологических процессов, обеспечивающих экологическую безопасность производства при высоком качестве конечного продукта.

Сложность получения пектина с прогнозируемыми структурой, химическим составом и свойствами объясняется многообразием пектиносодержащего сырья, требующего индивидуального подхода при его переработке, где наиболее энергоемким, определяющим качество конечного продукта процессом является сушка пектиновых экстрактов, связанная с кинетикой внутренних и внешних тепло- и массообменных процессов, зависящих от гигроскопических и термодинамических характеристик продукта и сушильного агента. Учитывая то, что термическое воздействие на пектины, являющиеся высокомолекулярными соединениями, приводит к частичной деструкции, что обусловливает снижение их студнеобразующей и лечебно-профилактической способности, выбор рационального способа «бережной» сушки при интенсификации тепломассообмена и гидродинамики процесса актуален и представляет научный и практический интерес

Настоящая диссертационная работа выполнена в рамках «Перечня критических технологий Российской Федерации», национального приоритетного проекта «Развитие агропромышленного комплекса», а также в соответствии с координационным планом НИР АГТУ и региональной программой «Создание в Астраханской области комплекса по производству сухих плодоовощных продуктов, переработке и утилизации отходов и производство на их основе кормов, кормовых добавок и других продуктов и товаров» на кафедре «Технологические машины и оборудование» АГТУ

Целью работы является разработка рационального режима тепломассообмена при конвективной распылительной сушке пектинового экстракта и конструктивных особенностей сушильных установок Задачи работы:

- Анализ способов сушки и конструкций установок для обезвоживания пектинового экстракта с учетом энергозатрат, интенсивности процесса и требований экологической безопасности,

- Расчет и аппроксимация теплофизических и структурно-механических характеристик пектиновых концентратов в температурных и влажностных диапазонах обезвоживания для анализа механизма и моделирования распылительной сушки Термодинамический анализ процесса сушки пектинового экстракта на основе изучения статических закономерностей влагоудаления,

- Экспериментальное изучение и анализ кинетики сушки пектинового экстракта,

- Экспериментальное исследование процесса распыления пектинового экстракта, обобщение результатов и получение основных расчетных зависимостей для рационального проектирования сушилок,

- Выбор рационального режима и конструктивных параметров устройства для распыливания пектинового экстракта; вида и размеров сушильной камеры для интенсификации процесса сушки при уменьшении габаритов установки и очистного оборудования, исключения загрязнения стенок сушильной камеры

- Разработка рационального способа конвективной распылительной сушки пектинового экстракта путем получения зависимостей удельного съема сухого продукта от влияющих факторов,

-Численная реализация математической модели сушки пектинового экстракта для расчета температурных полей и распространения полученных данных на подобные продукты,

-Разработка практических рекомендаций по выбору рациональных вариантов организации процесса сушки и конструктивных особенностей сушильной установки для пектинового экстракта и продуктов ему подобных

Объект исследования Гидромеханические и тепло-массообменные процессы при распылительной сушке низкоконцентрированного пектинового экстракта.

Методика исследований Исследования по интенсификации тепломассоопере-носа базировались на изучении гидродинамики распыления пектиновых экстрактов, термодинамическом анализе теоретических и экспериментальных данных по кинетике обезвоживания тонкодисперсных частиц с учетом энергетики взаимодействия воды с пектином и температурных режимов, определяемых при численном моделировании процесса распылительной сушки на основе динамики изменения характеристик пектинового концентрата

Достоверность результатов исследования Теоретической и методологической основой настоящего исследования стали анализ и обобщение известных отечественных и зарубежных работ по тепло и массообмену, особенно в технологии пектинов, проведение экспериментальных исследований с использованием оригинальных аналитических и эмпирических методов Адекватность опытным данным полученных автором уравнений подтверждена статистической обработкой результатов измерений Предложенные варианты модернизации сушилки реализуются по апробированным методам рационального проектирования и конструирования аппаратов. Получение, анализ и обработка теоретических и экспериментальных данных проводились с использованием современных приборов и опытно-промышленных установок с привлечением математического аппарата и программного обеспечения

Научная новизна Рассчитаны и обобщены теплофизические (ТФХ) и структурно-механические (CMC) характеристики пектиновых концентратов в зависимости от температуры и влажности продукта, аппроксимированные эмпирическими уравнениями для диапазонов обезвоживания с использованием литературных данных и формул аддитивности

При термодинамическом анализе и выборе интенсивного способа обезвоживания выявлено отрицательное значение термоградиентного коэффициента при низком содержании сухих пектина веществ

Определены влияющие на параметры факела распыла факторы, их рациональные значения и технологические ограничения при тонкодисперсном распыле пектинового экстракта акустическими форсунками и рациональные режимные параметры процесса сушки Получено уравнение процесса распыления в обобщенных переменных

Проведен анализ температурных режимов, разработанных на основе численной реализации математической модели сушки пектинового экстракта

Получены эмпирическое уравнение зависимости удельного сьема сухого продукта и кинетические коэффициенты в зональных полиноминальных зависимостях скорости сушки от влияющих факторов

Практическая значимость работы Рекомендованы пути усовершенствования традиционных способов сушки пектинового экстракта и модернизация конструкции сушилки для осуществления рационального варианта процесса обезвоживания

Разработан рациональный способ конвективной распылительной сушки пектинового экстракта

Выбран режим распиливания, конструктивные параметры распылительного устройства, вид и размеры сушильной камеры для процесса сушки

Предложены и реализованы рациональные режимы и модернизация конструкции сушильной камеры для пектинового экстракта и ему подобных продуктов

Внедрение результатов работы позволяет

- повысить эффективность распыления пектинового экстракта и улавливания готовой продукции, скорость процесса сушки и качество пектина,

- сократить энергозатраты при сушке и распылении пектинового экстракта

Работы «Оригинальные технологии сухих пектиносодержапщх продуктов и

кормовых дрожжей на основе сырьевой базы и утилизации промышленных отходов Астраханской области» и «Оригинальная безотходная технология глубокой переработки плодов и овощей и производства пектина» проводимые в соответствии с региональной программой и отмечены дипломами, серебряной и золотой медалями на VI и VII Московских международных салонах инноваций и инвестиций

На защиту выносится

1 Пути усовершенствования традиционных способов сушки пектинового экстракта и модернизация конструкции сушилки для осуществления рационального варианта процесса обезвоживания

2 Рациональный режим распыливания, конструктивные параметры распылительного устройства, вид и размеры сушильной камеры

3 Уравнение процесса распыления в обобщенных переменных

4 Технологические ограничения и рациональные значения факторов, влияющих на параметры факела распыла и рациональные режимные параметры процесса сушки, уравнения зависимостей ТФХ, ФХС и гигроскопических характеристик от влияющих факторов Отрицательное значение термоградиентного коэффициента в диапазоне высоких влажно стей

5 Уравнение зависимости удельного съема сухого продукта и кинетические коэффициенты в зональных полиноминальных зависимостях скорости сушки от варьируемых факторов

6 Температурные режимы, разработанные на основе численной реализации математической модели сушки пектинового экстракта.

7 Рациональные режимы и модернизация конструкции сушильной камеры для пектинового экстракта и ему подобных продуктов

Реализация результатов исследований Реализация мероприятий предложенных в диссертационной работе, позволяет решить проблемы экологической безопасности наряду с интенсификацией процесса сушки пектинового экстракта Основные результаты, выводы и рекомендации приняты к использованию на ЗАО «Астраханский пектин» где в рамках договора с НИиВЦ прикладной биотехнологии АГТУ осуществлены модернизация, пуск и наладка сушильной установки УРС-150, а также реализованы рациональные режимные параметры распыления и сушки пектинового экстракта из кормового арбуза. Проведенный на ЗАО «Астраханский пектин» анализ качественных показателей пектина из кормового арбуза показал их соответствие утвержденным нормативным документам

Апробация работы Основные результаты исследований доложены и обсуждены на Научно-практической конференции «Российский пектин история, настоящее, перспективы» в ВГАУ им К.Д Глинки (г. Воронеж, 2006г )

Публикации По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 в изданиях по перечню ВАК РФ, в том числе 1 патент РФ

Личный вклад автора Автор представил в диссертации только те результаты, которые он получил лично, в том числе постановка цели и задач исследования, методика проведения экспериментов, анализ и обобщение результатов теоретических и проведение экспериментальных исследований, корректировка модели и ее численная реализация, выработка рекомендаций по рациональному способу распыления и сушки, а также конструкциям для их осуществления Предложена модернизация конструкции сушильной камеры и ряд вариантов рационального проведения процесса

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и заключения, списка литературы и приложений Основное содержание работы изложено на 172 страницах машинописного текста, в том числе 5 таблиц, 36 рисунков, 60 страниц приложений, список литературы из 158 наименований работ отечественных и зарубежных авторов

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении охарактеризовано современное состояние вопроса развития производства и сушки пектинопродуктов, обоснована актуальность работы

В первой главе «Инженерные и научные проблемы сушки пектинопродуктов» определены перспективы производства и расширения области использования пектинопродуктов, проведен анализ способов сушки пектинового экстракта и конструкторских решений для его осуществления, сформулированы цель, задачи и структура исследования

Одним из рациональных способов обезвоживания экстрактов и концентратов является распылительная сушка, которая сложна как для изучения, регулирования и контроля выходных параметров готовой продукции Учет достоинств и недостатков существующих способов сушки экстрактов позволил спланировать эксперимент с точки зрения методики и конструктивного оформления, рекомендовать пути усовершенствования традиционного способа распылительной сушки и модернизации конструкции сушилки

Во второй главе «Термодинамический анализ закономерностей взаимодействия пектина с водой на основе изучения физико-химических, гигроскопических и тепло-физических свойств» изложены результаты экспериментально-аналитических исследований статики процесса обезвоживания и свойств пектина как объекта сушки

При определении ТФХ продуктов, к которым относятся коэффициенты теплопроводности А, температуропроводности а и удельная теплоемкость с, следует учитывать реальные условия проведения сушки для научного анализа и изучения кинетики и динамики процессов, их моделирования и оптимизации Для оценки влияния ТФХ на характер и продолжительность обезвоживания были изучены их зависимости от температуры и влажности (концентрации) пектинового экстракта. Получены с использованием литературных данных аппроксимирующие уравнения функций ст,Х,а-/(w,T) (w - влажность, Т - температура) в диапазоне Т и w при сушке. По формуле аддитивности с использованием литературных данных получена линейная зависимость удельной массовой теплоемкости с„ в кДж/(кг К) от влажности w имеет вид cm(w) = (ср„ -Cr fV„) (1 - w)/(l- W„)+ Cv-w, (1)

где Срл = 1410 кДж/(кгК) - удельная теплоемкость пектина при 303 К и влажности Я'„ — 0,05 кг/кг - заданная влажность при которой известка теплоемкость, Щ - 419(1 кДж/(кг-К) - теплоемкость воды. То есть сшЫ) = 2926,32 № + 1263,68

Анализ литературных данных показывает. ЧТО с„, и к пектина практически не зависит: от С! о вида Кроме того в диапазоне I от 293 до 363 К Я сухого и с„, пепина и основных его составляющих - сухих пектиновых веществ и воды практически не зависит от Г.

Имея зависимостьX воды от Г, при 7 = 293 - 363 К и № = 0.1 - 0,985 кг/ кг получим зависимость Я пектина:

Д(н>,Г) - 0,625 ■ № + {- 10 ' (Г - 273}1 +0,0024 ■ (Г - 273))- 0,07 . (2)

На рис. I представлено поле значений Я в процессе илагоутаяения. Зависимость плотности пектина р, в кг/м3 от влажности полученная по формуле аддитивности с использованием литературных данных имеет вид:

^ = (/'„ - А -К)(' - 'О/О - К)+ /V (3)

где р„ - 1420 кг/м — плотность пект ина при 303 К и влажности \У„ = 0.05 кг/кг, ру = 1000 кг/м3 — плотность воды, р пектина практически не зависит от его вида, а в диапазоне Т = 293 - 363 К р сухого пектина практически не зависит ог Г. Имея зависимость р воды от Т получим зависимость р пектина от / и № (7' = 293 - 363 К. и' = 0,1 - 0,985 кг/кг).

р(»■, Т) = ¡449 - 447,3 ■ № + (- 0,0033 ■ (Г - 273)2 - 0,(07! ■ (Т - 213))- (4)

Зависимость а от Т и » (Г = 293 - 363 К, и- = 0,1 - 0,985 кг/кг) (рис, 2):

Ыы,Г) = к(к.Т)1(ст(м,)-р(л*,Т)). (5)

Рис, 1. Поле коэффициента теплопро-

Рис. 2 Значения коэффициента температуропроводности а для реальных темпе-

водности А ДМТ- 293 - 363 К, » - 0,1 - ра1ур и клаж!юсгеП в процессе сушки (Т

0,985 кг/кг)

= 293 -363 К, № = 0,1 - 0,985 кг/кг

Кроме ТФХ существенное влияние на кинетику и динамику сушки оказывают гигроскопические характеристики, лежащие в основе изучения статики процесса {равновесных состояний)

Основной целью выбора режима сушки пектинового экстракта является максимальное исключение необратимых изменений, связанных с нарушением структуры биополимеров, определяющих ценность продукта. 11ри высокой Т происходит расщепление -пектина до сахара и т страт ал вдстуроя овой кислоты. Предлагаемый способ производства пектина, основанный на комбинации кавитационной обработки и кислотно-ферментативного автолиза-экстракции пектиносодержащего сырья за счет пектиновых веществ и собственных ферментов, определяет структуру продукта при сушке. Через боковые непочки пектин соединен е волокнами целлюлозы и рядом других гетеро полисахаридов, которые относятся к соединениям тина те ми целлюлозы. В

пектиновом экстракте и сухом пектине при любой степени промышленной очистки остаются примеси, такие как коллоидные образования, гелеобразные структуры, мельчайшие частички разварившейся матрицы сырья и прочих водонерастворимых компонентов

Исследовались гигроскопические свойства пектина из свежего сырья (кормового арбуза, сорт «Пектиновый»), высушенного методом распылительной сушки Исследования проводились тензометрическим методом Относительная ошибка при измерении активности воды (аналог относительной влажности воздуха <р), зависящая от температуры, диапазона измерений не превышала 6 %

На рис 3 приведены изотермы сорбции пектина при различных температурах, вид которых определяется значительным влиянием на сорбционную активность различных полярных групп Молекулы воды являются диполями, и при взаимодействии с полярными группами электронная пара водорода смещается к электроотрицательным атомам азота и кислорода, вследствие чего образуется электрическое поле у поверхности молекул продукта, благодаря которому молекулы воды ориентируются При этом проходит объемное заполнение сорбционных центров с различными энергетическими потенциалами и образуется условный «мономолекулярный» слой, который «сшивает» молекулярную структуру

На изотермах сорбции пектина, и в особенности на зависимости термоградиентного коэффициента от влажности (рис 5) выделяются 3 характерных участка. Наблюдалась большая сорбционная способность пектина, особенно в области высоких значений Ак Так как весь диапазон влажности находится в гигроскопической области, то механизм влагопереноса определяется формой и энергией связи влаги с материалом Целесообразной для процесса хранения является влажность продукта соответствующая образованию «монослоя», (для пектина £/р =0,08 - 0,1 кг/кг), где влага наиболее сильно связана с материалом и активность микроорганизмов незначительна.

Для математической обработки результатов экспериментов уравнение зависимости А„ от равновесной влажности £/р получили в виде полинома третьей степени при величине достоверности аппроксимации В?=0,99 и при линейной аппроксимации зависимости (коэффициентов полиномов при разных 7) от Г, ввиду незначительного ее влияния в реальном диапазоне при сушке (Г=293 - 363), что оговорено в технических условиях и технологической инструкции

А„ = (аГ + Ьрър + <сТ + с1р2р + (кТ + />У + (тТ + п), (6),

где а = 0,04981, Ь = -12,13253, с = -0,07344, 16,69242, ¿=0,02463,1 = -3,80229, т = 0,00105, п — -0,26455 - полученные эмпирические коэффициенты

Разность химических потенциалов Ар свободной и связанной воды /л является движущей силой сорбции В изохорно- изобарно- изотермическом процессе, если пренебречь работой расширения пара, А// равна дифференциальному изменению свободной энергииГельмогольца АР,те дц = дАР/дир (7)

Величина (д/Г) являющаяся движущей силой переноса массы, в термодинамике необратимых процессов приблизительно пропорциональна 1пАщ Учитывая, что энергия связи влаги с материалом Е равна Е - ~{д&Г/дир)- -Я Т 1пА„,{%) потенциалом влагопереноса

можно принять Е Так как д^ = дАР/дир - Я Т 1пА„ =

= Я Т 1п\аТ+Ьр3р + (сТ+<ф2р + (кТ + 1р+(тТ+и)|, (9)

учитывая аппроксимирующие уравнения изотерм сорбции (2 5) легко получить уравнения для Ац Продифференцировав уравнение Гиббса - Гельмгольца &Р=&Е-Т Д?

(&S.&E соответственно изменения внутренней энергии (энтальпии) и энтропии при Р,Т= const), получим {d&F/dUр)г р = (дАЕ/дир)т(dfiSfdU р)гр, (10)

Если продифференцировать выражение (10) по Т получим выражение для изменения энтропии связанной воды JL(dAF/dUp)T р = -{dAS/dilр)т р, учитывая (6), (9)

~(dAS/dUp)T р = {d(RTlnAw)/dT) ,(11) Таким образом, после дифференцирования

Т [dhS/dUр)тя=-ф 1пА„, + RT (a U3p+c U2p+k Up+m)/A„\ (12)

Выражение {pAE/dUр)т р определяет дифференциальное изменение внутренней

энергии (теплового эффекта) сорбции На рис 4 для пектина представлены соответственно зависимости {d&F/8Up)T р, Г {d&S/dUp)Tp

Отрицательное значение дифференциального изменения свободной энергии {pAFjdUр)< 0 говорит о высокой гигроскопичности исследуемого продукт При удалении влаги, связанной с материалом, теплота испарения г, (Дж/кг) представляется как сумма теплоты парообразования свободной воды г" и гш теплоты смачивания, определяемой дифференциальным изменением свободной энергии изотермического обезвоживания гш, равной работе отрыва моля воды от материала при Т = const Функция г =Л'Г) является линейной в диапазоне Т-293-353 К (диапазон Г в процессе сушки пектина) r'=-2286,66 Т+ 3118,4581 103

/

4L

Г^, кг кт

Рис

4 Зависимость

свободной

=Т933КИ23Т=303КбЦИИ ПеКП,На 1 ~ Т 0^=293 К,2-Г= 303 К)и

связанной (г [d&SjdUp)) (3 -Т= 293 К, 4 -Т= 303 К) энергии от влажности Up rCM = -{dAF¡8Up)T = -A/í = ~RTlnAw Дж/моль (13)

Приведем уравнение (13) к виду, чтобы размерности г" и гш совпадали Учитывая, что молярная масса воды равна 0,018 кг величина гш в (Дж/кг) в виде

гои = (-ЙГ/пЛ.,)/0,018=-55,(5; RTlnAw (14)

Таким образом, количество тепла для испарения 1 кг влаги с учетом энтропийной составляющей зависимость вида г ~ftU,T)

r*=r"+rm +гзят =3118,4581 Ю3 -2286,66 Т-55,(5) RT 1пА„ + 55, (5>Гd(&S)/dUp

Для анализа движущих сил в процессе сорбции (десорбции) и выбора режимов энергоподвода рассчитаны зависимости от С/ и Т термоградиентного коэффициент массопереноса, являющегося термодинамической характеристикой 5р = {д&и/дт)и (ес//аА//)г,(15) Учитывая (9) (д&м/дт)и =д(кГ1пА„)/дТ (16)

Выражение (16) является дифференциальным изменением энтропии сорбции и называется температурным коэффициентом Из (9) [дир/8А^)г = 1/{дАр/дир }т, (17)

Таким образом, учитывая (15, 16,17), после преобразования получим а 1пА„ и\ Т + Ь 1пА„ [/Зр+с 1пА„ Т + <{ 1пА„ 1п А„ ир Т +

+/ 1пАж ир + т 1пА„ Т + п 1пА„+а и\ Т + с Ц2р Т + к ир Тл-т Г (щ

Р а и\ Т2+Ь ир Т-0,04896 1Гр Г2 +11,12828 Цр Т + 0,00821 Г2-1,26743 Т

где Я = 8,314 Дж/(моль град)

Величина др (рис 5) имеет отрицательное значение при {Ур>0,58 кг/кг, что аномально для многих продуктов Влага на этом участке перемещается против потока тепла Движение влаги в этом случае обусловлено взаимодействием ее с молекулами продукта Поток влаги при малой влажности определяется эффузией при уменьшении радиусов и разветвлении сети микрокапилляров и как бы их закупоркой

У большинства органических продуктов энтропийный член весьма мал по сравнению с изменением внутренней энергии Большое значение энтропийного члена говорит о наличии внутриклеточной структурной (осмотической) влаги, ввиду осмоса и набухания, а так же заполнения влагой при микрофильтрации через полупроницаемые оболочки газовых пузырьков и капилляров Рис 5 Зависимость 8р от Vр 1 - Т= 303 К,

2-Г=293К

Термоосмотический эффект определяет целесообразность увеличения поверхности влагообмена путем диспергирования продукта (распыление, кипящий слой) и объемных способов энергоподвода

В третьей главе «Изучение кинетики сушки пектинового экстракта с учетом влияния основных факторов на интенсивность тепломассообмена» изложены результаты экспериментально-аналитического изучения кинетики сушки пектинового экстракта. Определена зависимость удельной производительности распылительной сушилки от влияющих факторов

При использовании непрерывно действующих сушилок учитывается весь сложный комплекс явлений- тепло- и массообмен, гидродинамика, кинетические закономерности при нестационарном процессе Ввиду большого количества факторов, влияющих на процесс сушки, получить аналитическое решение из исходных уравнений тепло- и массообмена практически невозможно, так как время пребывания продукта в агрегате непосредственно связано с заполнением рабочего объема сушильной камеры продуктом, которое зависит от всех режимных параметров К основным факторам, влияющим на интенсивность процесса распылительной сушки, относятся расходы теплоносителя и продукта, температура сушильного агента, начальная влаж-

ность пектинового экстракта, давление распиливающего агента. При этом рациональные значения расходов продукта и теплоносителя и давление распыливакнцего агента определены на основе расчета процесса сушки и экспериментальных данных (гл 4) Для расчета целевой функции в эксперименте на опытно-промышленной установке варьировались начальная влажность пектинового экстракта ¡УяиТ сушильного агента.

Исследования конвективной распылительной сушки пектинового экстракта проводились до, и после модернизации промышленной распылительной сушильной установке УРС-150 представленной на рис 6 - 8,17,18, которая была специально адаптирована для экспериментального изучения кинетики сушки Согласно технологии упаренный до концентрации сухих веществ 5-15% пектиновый экстракт распылялся в сушильную камеру 2, 4 акустическими форсунками 1

Рис б Схема опытно-промышленной установки

1 - акустический распылитель, 2 - цилиндрическая часть сушильной камеры, 3 - штуцер пробоотборника, 4 - коническая часть сушильной камеры, 5 - сборник сухого пек-тиносодержащего порошка, 6 - шибер, 7 -циклон, 8 - калорифер, 9 - штуцер термопары, I - подача пектинового экстракта в сушильную камеру, II —поток отработавшего сушильного агента, III - поток сушильного агента, IV - выход сухого пектиносодержа-щего порошка

Нагрев сушильного агента до 110-150 °С производился в паровом калорифере 8 Г теплоносителя на входе в сушильную камеру отслеживалась по показаниям муль-тиметра, для этого в сушильной камере устанавливалась термопара 9 Для отбора витающих частиц продукта с целью определения степени их обезвоживания, применяли разработанную конструкцию пробоотборников 3 (рис 9), устанавливаемых по высоте сушильной камеры и в циклоне 7 для определения влажности продукта в процессе сушки Массовый расход Мпз = Рпэ блэ (Рю ~ плотность экстракта, кг/м3, Q,i3 -объемный расход, м3/ч экстракта, поступающего на сушку, кг/ч Конечная влажность = 0,1 кг/кг) Производительность по сухому пектину МСП = МПЭ (1 —-WK), кг/ч Исследования проводились по полному многоуровневому многофакторному плану В качестве целевой функции выбрана удельная производительность сушилки, соответствующая съему сухого продукта с единицы объема камеры в единицу времени 1 = МСП/Усушкамеры, кг/(м3 ч), где УсуШ1амеры - рабочий объем сушильной камеры,

Так как эксперименты проводились на опытно-промышленной установке в производственных условиях, для определения удельного съема сухого продукта вместо продолжительности влагоудаления принимается условная длина пробега частицы, определяемая временем нахождения частицы в сушильной камере. При непрерывном процессе длина пробега частицы и продолжительность сушки определяется объемом сушильной камеры и продуктопроводов, т е фактически объем камеры и продукто-проводов является функцией времени сушки Эмпирическая осредненная зависимость

Рис. 7. Опытно- Рис. Я Подача пектипово- Рис. 9. Пробоотборники

промышленная установка го экстракта с частицами продукта

Полученные кривые сушки (рис. 10) использовались для определения удельнйй [ 1роизводительности сушилки и анализа механизма внутреннего тенломассопереноса. Относит ельная погрешность среднего резу льтат! а определения не превышала е= 13%.

объема сушильной камеры и нродуктопроводов от времени где г - экспериментальное врем сушки, с.

Рис, 10. Кривые сушки пектинового экстракта при Т= 383 К (слева) н Г = 423 К: 1 - при Щ '4 0,85 кг/кг, 2 - при №'„ = 0,9 кг/кг, 3 - при 1Г„ = 0,95 кг/кг.

Получена адекватная математическая зависимость удельной производительности от влияющих факторов (19).

/(»"„, Г) = [(0,0945 ■ Т- - 75,547 ■ Т + ¡5113,5905) 11',"]+ + [(-0,175825 + 140,44395 Г-28077,399425).lf'J + (1^)

4 ¡0,0817275- Т- -65,218965 Т + 13028,2793475] Опенка достоверности аппроксимации R2 для всех зависимостей не менее 0,9-На рис. 11 представлены результаты расчета удельного съема пектина.

Рациональные значения варьируемых параметров (Т= 423 К, WH =0.85 кг/кг) Н максимум целевой функции 1 — ¡,432 кг/(м ч) определенны с помощью опций «maximize» в среде Mathcad. Сравнительный анализ показателей качества пектина, высушенного при рациональном режиме, показал соответствие экспериментального образца требованиям стандарта качества лекарственного средства «Пектин» и Фармакопейной статьи ЗАО «Астраханский пектин». Увеличение удельной производительности при уменьшении начальной влажности пектинового экстракта очевидно, т.к. сокращается количество удаляемой влаги и продолжительность сушки, однако

нижний предел начальной влажности ограничен (»■„ = 0,85 кг/кг), ввиду роста энергозатрат на диспергирование и роду (era и pu сушкс. Анализ качественных показателей сухого пектина ПОЗВОЛИЛ рекомендовать верхний предел Г сушильного агента 423 К„ с увеличением которой производительность увеличивается, но при этом увеличивается Г продукта, что не желательно особенно при низкой влажности, так как термовоздействие резко снижает качество термолабильного пектиносодержащего порошка, в частности растворимость, желирующие и лечебно-профилактические свойства, которые определяют потребительский спрос на продукцию, вследствие разложения ценных компонентов пектинового экстракта.

При распылительной сушкс основной целью является создание высокоразвитой поверхности контакта взаимодействующих фаз, поэтому распыление необходимо рассматривать в единстве со всеми явлениями, протекающими в аппарате. При сушке частиц малых размеров (10 - 300 мкм) резко повышается интенсивность сушки при увеличении поверхности контакта частиц и сушильного агента и сокращается продолжительность сушки. Большое значение для теп-Рис. И. Поле значений удельного съема ломассообмена имеет гидродинамика сухого продукта с единипы объема процесса (траектория, скорость движе-

ния частиц).

Распылительная сушка обладает рядом преимуществ, к которым можно отнести кратковременное термовоздействие, малое время сушки и простоту конструкций установок, высокую растворимость готового продукта. При интенсивном прогреве взвешенной высоковлажной частицы, в ней образуются пузырьки пара, расширение которого в замкнутой оболочке ведет к снижению скорости сушки («парниковый» эффект) и далее при разрыве оболочки ее возрастанию, что видно на полученных кривых скорости сушки (рис. 12).

Характерные участки на кривых сушки и температурных полях объясняются процессами прогрева, удалением свободной влаги при постоянной скорости сушки, образованием «сухой» корки на поверхности кал.ти, сопровождаемым снижением скорости сушки и прогревом капли до температуры кипения раствора, что ведет к образованию пузырьков пара внутри капли и выбросу их через разрывы корки.

В связи со сложностью гидродинамической обстановки при сушке большого количества капель в условиях переменного режима рабочей каморы, закономерности механизма процесса устанавливаются для сушки отдельных частиц.

На рис, 12 представлены кривые скорости сушки пектинового экстракта, полученные дифференцированием уравнений кривых обезвоживания многозонным методом, на базе которых можно найти время сушки. Для удобства расчсга и анализа желательно. чтобы оба аргумента, по которым ведется дифференцирование, возрастали п процессе обезвоживания, а функция з»/3г не была отрицательной ввиду уменьшения влажности продукта в процессе сушки. Поэтому заменим влажность концентрацией сухих веществ с (и- = 1 -с; -dw/дт = дс/дг)-

Ниже приведены подученные зависимости для скорости, кинетических коэффициентов и границ характерных участков fia кривых скорости:

{дм>/д г), = (А, + В1 и')0,5, (20), где А, и В, - кинетические коэффициенты сушки, I -порядковый номер зоны сушки,

4=(я1, Т2 + Ь1, Т + с\,) Шнг + {а21 т2 + ъг, Т + с2,) №„+(аЗ, 7"2 + 63, Г + сЗ,),(21) В, = (¿1, Т2 + е\, Г + /1,) 1¥„2 + (ы2, Т2+е2, Т + /2,) №„ + (¿3, Т2 + еЗ, Г + /3,), (22) где а 1„ Ъ\,, с 1„ а2„ Ь2„ с2„ аЗ„ 63„ сЗ„ сЛ,, е1„/1„ <й„ е2„/2„ <#„ е3„/3„ - эмпирические коэффициенты

2-ЙГ„ = 0,9 кг/кг, 3 - = 0,85 кг/кг 2 - Г= 423 К

Рис 12 Кривые скорости распылительной сушки пектинового экстракта Границы характерных зон по влажности №;=(:[, T2+xlj T + vlj) W„2 + {z2j T2 + x2j T+ v2}) W„+\z3j T2+x3} T + vi], (23) где zlp xlj, vlj, zip xlj, v2p zlp x3p v3,, - эмпирические коэффициенты,/ - порядковый номер границы зоны сушки (граница 1-ой и 2-ой зон-j - 1, граница 2-ой и 3-ейj - 2)

Движение влаги через пленки структуры к поверхности частицы происходит в основном в виде пара, где скорость диффузии усиливается градиентом давления пара При уменьшении размера частицы меньше критического, происходит «разворот» частицы, и паровая пленка оказывается не внутри частицы, а окружает ее, что высвобождает структурную внутриячейковую влагу, но при этом ухудшает тепломассообмен, т к окружающая пленка является «изолятором» Диффузия пара происходит в виде последовательных процессов конденсации пара и испарения влаги на жидких пленках с различной интенсивностью, а количества испарившейся и сконденсировавшейся жидкости равны Такой перенос пара внутри «закрытой поры» термодинамически равнозначен переносу жидкости При низкой влажности наблюдается переход пленочной структуры в капиллярно-пористое тело ввиду высыхания пленок и их растрескивания, в результате чего образуется сеть микрокапилляров, движение пара через которые осуществляется путем эффузии

Точки перегиба на кривых скорости сушки (рис 12) обусловлены структурными изменениями, связанными с начальным тепловым импульсом, инерционностью системы, разрушением полупроницаемых оболочек клеток и ячеек (парниковый эффект), повышением внутреннего давления и образованием молярных потоков пара процесса сушки, что согласуется с результатами исследования статики процесса.

На кривых скорости сушки пектинового экстракта наблюдаются пики с участками постоянной скорости, что объясняется разрушением полупроницаемых оболочек клеток и ячеек при снижении энергии связи влаги с материалом, т к структурная влага является по своим свойствам «свободной» влагой, удерживаемой механически стенками полупроницаемых оболочек и осмотическими силами, 1фи разрушении которых и наблюдается рост и участки постоянной скорости сушки Осмотический и структурный характер связи в отличие от энергетического связывания воды химиче-

скими и молекулярными силами определяется величиной энтропии, т е. такую влагу можно считать энтропийно связанной, что подтверждает значительное влияние энтропийной составляющей свободной энергии т 3(Д5)/9£/р

В четвертой главе «Исследование и совершенствование процесса акустического распиливания пектинового экстракта» изложены результаты экспериментально исследований акустического распыливания пектинового экстракта, для обоснованного выбора рациональных режимных и конструктивных параметров распылительного устройства; вида и размеров сушильной камеры

Для повышения удельной производительности и уменьшения габаритов сушилок (при ограничении производственных объемов и площадей) одним из рациональных распылительных устройств являются акустические форсунки (рис 13), работу которых, ввиду сложности конструкции и многообразия влияющих факторов, высокого гидродинамического сопротивления, резко зависящего от конструкции распылителя и расходных характеристик, корректно оптимизировать можно только экспериментально К факторам, влияющим на параметры распыла относятся расход продукта <2, л/мин, давление и расход распиливающего агента, расстояние от сопловых отверстий до резонатора А, мм Оптимальное соотношение параметров позволяет совершенствовать процесс распыливания За целевые функции приняты корневой угол и дальнобойность распыла/((), И), м, которые геометрически определяют радиус факела распыла и поверхностно-объемный диаметр капель и габариты сушилок Диапазоны варьирования факторов выбраны из технологических ограничений осуществления распыливания и сушки к - 3,6-6 мм, Q = 0,3-5 л/мин

Математическая обработка экспериментов позволила получить адекватную аппроксимирующую зависимость целевой функции от варьируемых факторов.

Яй= {-0,80245 Л2+ 6,30545 А-8,3231) О3 +^3695 й2 - 28,88215 А+51,2584) £?2 + (24) + (-4,6017 Л2 + 42,3946 й-86,7375) 0-1,09175 й2-9 83825 /¡+21,9904 Относительная погрешность среднего результата определения дальнобойности не превышалае—6% Относительная погрешность аппроксимации ± 0,05 %

При анализе зависимости целевой функции от влияющих факторов (рис 14) выделена область максимальной дальнобойности (А = 4,5-5,5 мм, = 0,8-1,2 л/мин), в которой корневой угол минимален, что важно при расположении форсунки внутри сушильной камеры относительно стенок сушилки, т.к при росте дальнобойности увеличивается длина свободного пробега капель продукта при уменьшении времени нахождения частиц в сушилке и контакта с сушильным агентом, что лимитируется ограниченной высотой установки, даже при улучшении параметров факела. Для исключения налипания продукта на поверхность сушилки дальнобойность факела не должна превышать длину траектории каши, которая определяется диаметром сушилки (в нашем случае 1,8 м) и расположением форсунки

Такая дальнобойность возможна при А = 3,5 мм и 2 = 0,3-1,5 л/мин Расход продукта (2 зависит от температуры сушильного агента и начальной влажности пектинового экстракта. Эксперименты и литературный анализ показали, что корневой угол мало зависит от варьируемых параметров и колеблется в пределах 120-140°, а рациональным давлением распиливающего агента является 2,5-3 атм, превышение которого не приводит к улучшению параметров факела, при росте энергозатрат

Для обобщения экспериментальных данных методом анализа размерностей получено уравнение процесса распыления в обобщенных переменных, с помощью кото-

poro можно рационально проектировать геометрические характеристики сушилки и распылительного устройства в зависимости от влияющих факторов

!'ие. 13. Акустическая форсунка с газ о- Рис. 14. Зависимость нелепой функции от струйным излучателем Гартмана влияющих факторов

f¡d = a.{hidf ■ ((е- p)!{d■ И)У.|р■ d1 ■ р)ц2). (25)

где/- дальнобойность факела, м; h -расстояние до резонирующей поверхности, м: Q — расход продукта. м5/с; Р — давление распыливаюшс! о агента; Па; d - диаметр сопел прохода продуктов, ы. ¿j вязкости продукта, Па-с; р— плотность продукта, кг/ м\ Давление распыли ваюшего are ¡па можно принять фиксированным (2,5 105 Па) для данного вида форсунок, т е. исключить из влияющих факторов. После математической обработки получены коэффициенты уравнения распыления для акустических форсунок: fJ4=2976.1 (h¡dfmz • ((£> • p)/(d ■ ц)) W52, (26), где f¡d и h/d являются параметрическими критериями геометрического подобия акустических форсунок, а остальные критерии характеризуют гидродинамику распиливания.

В пятой главе «Расчет температурных полей путем реализации модели тепло-масшпереноса при рвевылнтельной сушке пектинового экстракта» рассчитаны частные поля температур при конвективной распылительной сушке пектина.

Уравнение переноса тепла при одномерной задаче в случае объемного энергоподвода имеет вид:

eJx.T.w)— = + irUx,T). <27)

и Вт 8х\ дх) дг

В нашем случае внутренний источник тепла (объемный эпергоподвод при ИК и СВЧ сушке) отсутствует w(w,xt г) = 0. кроме того, можно подставить вмесго Bw/dr дифференциальное изменение средней по слою влажности д w jo г , а также с достаточной точностью принять коэффициент фазовых превращений 5=1, т.к. перенос влаги в процессе высоко интенсив ной сушки происходит в основном в виде пара при изотропности {равномерности w и Т по слою) структуры, учитывая которую, тепло-физические характеристики практически не зависят от х, и если вынести Я (w. Т ) за знак дифференциала разделить уравнение на с - p{w, Г) получим:

ВТ , ,д2Г r(wj)p(w,T)8w , и X(w,T)

~-a\w,T)—- +——; . -—, (28), где a{w.T)=———Ч - коэффициент тем-

дт 0Х2 c-o(w,I) дт cp(w,T)

пературопроводности. Имея функции Sw/дт - /{«') и. соответственно w = /(г), после преобразования (далее знак среднего и варьируемые параметры будем опус-

îï 5 ^ I"4 f /У

кать) получим: — =--——+——, (29). Начальные условия лля первой зоны за-

дн' dw/ôг Sx ср

ладим, учитывая равномерное распределение температуры при WH, в виде: при w = Wн Т - Т0, т.е. Г (дг r vf „ )= Т0 -Конечные условия (распределение температур по радиусу частицы) предыдущего участка являются начальными для последующего. Так как фактически отражателем является поверхность продукта на соседних частицах, имеющего такую же Г , то лучистым теплообменом между поверхностями частиц можно пренебречь. Теплообмен на границе задается граничными условиями 2 рода:- à(w)8T/Ôx = a{T,„v cptitl - Г,.,,^ )), (30), где и - коэффициент теплоотдачи, Вт/(мгК). х - координата глубины частицы по радиусу, м; ТокрсрсОЫ, Tx^nm-pi) ~ чемпературы окружающей среды и на поверхности частицы, К.

Решением уравнения (29) нри краевых условиях является функция ( = подставив в которую f (г. И'н , Г ), получим искомую функцию

t = f (х. Г, tV„ ,7"). Расчеты проводились по зонам сушки. Чтобы оба аргумента, по которым ведется дифференцирование, возрастали п процессе обезвоживания, заменим влажность w концентрацией сухих веществ с.

Лля численного решения дифференциального уравнения параболического типа в частных производных при разнородных граничных условиях, удобен метод конечных разностей. На рис. 15 в качестве примера приведены результаты расчетов полей температур для распылительной сушки пектина.

Рис. 15. Температурное поле при К = 0,15 кг/кг: 7'=423 К: с,х -номера шагов (Дс, Ах) по осям с (концентрация) ил (глубина частицы). Размер шага - отношение диапазона варьирования (ло с 0,150,9 кг/кг, по*: прис = 0,15+0,3,х = 0,000015 м: с = 0,3т-0.45,1 = 0,000012 и; с - 0,45+0,6,л = 0,000009 м; с = 0,6+0,75, х = 0,000006 м; с = 0,75+0,9, д' jr = 0,000003 м)

Анализ температурных нолей свидетельствует о наличии малых температурных градиентов, что предопределяет равномерность прогрева и обезвоживания частиц, «мягкие» режимы сушки, т.к. температура продукта в течение сушки не превышает 363 К. Отмечены периодические скачки температуры, которые соответствуют пикам скорости сушки. На участках с неизменной температурой удаляется свободная влага. Рост температуры наблюдается при расширении структурной влаги в замкнутых объемах (закрытых жидкостными менисками капиллярах и клегках) - парниковый эффект при снижении скорости сушки,

В шестой главе «Рекомендации по практическому использованию результатов исследований для совершенствования процесса сушки пепинового экстракта» представлены модернизация конструкции сушильной камеры и ряд вариантов рационального проведения процесса т.е. направление сушильного агента и распределение его в сушильной камере, а чвкже конструктивные особенности расположения акустических форсунок по отношению к обечайке и рассекателю теплоносителя и параметры распыления (рис. 16, 17, обозначения позиций см. рис, 6),

Разработка вариантов сушильного процесса (рис. 18) проводилась па промышленной установке ЗАО «Астраханский пектин» в рамках договора с ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» но разработке режимных карт технологических процессов и пуску-наладке распылительной сушильной установке при использовании различных видов сырь и (кормовой арбуз, кабачек, яблочные и цитрусовые выжимки, тыква) с целью рационального использования энергии и и зависимости от продолжительности сушки.

Рис. 16 Расположение форсунок по отношению к обечайке и Рис. 17 Базовый парн-рассекателю теплоносителя ант

В базовом варианте (рис. 17) нерационально использование объема сушильной камеры (на цели сушки используется = 1/2 объема камеры) и как следствие снижение удельной производительности и сокращение возможной продолжительности сушки.

(г^Щ'

Рис. 18. Варианты рационалыюго проведения процесса При выборе рационального расположения форсунок (рис, !6) учитывались следующие параметры: угол наклона а (от 30° до 55° для исключения загрязнения обечайки, рассекателя и ограждении) оси форсунки к вертикальной образующей обечайки. расстояние от выходного отверстия форсунки до рассекателя сушильного агента Н1 и вертикальной образующей обечайки Н2,

Усовершенствованная методика инженерного расчета распылительной сушилки адаптирована к различным условиям проведения процесса обезвоживания и свой-стаам объекта обработки.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ I. Проведенный анализ способов сушки и конструкций установок для обезвоживания пектинового экстракта с учетом энергозатрат, интенсивности процесса и требований экологической безопасности позволил рекомендовать пути усовершенствования способа распылительной сушки и модернизации конструкции сушилки.

2 Для анализа механизма и моделирования распылительной сушки рассчитаны зависимости ТФХ и CMC пектиновых концентратов от Т и w, аппроксимированные эмпирическими уравнениями для диапазонов обезвоживания с использованием литературных данных и формул аддитивности

3 При термодинамическом анализе изотерм сорбции выявлено отрицательное значение sp при низких концентрациях пектина, что свидетельствует о

встречных потоках влаги и тепла, вследствие термоосмотического эффекта взаимодействия молекул пара и продукта, эффекта «защемленного» воздуха, расширяющегося при росте температуры и вытесняющего пар, наличия осмотически с&язаиной влаги Такие продукты для ускорения процесса сушки и увеличения поверхности вла-гообмена целесообразно распылять Отрицательное значение свободной энергии при сорбции свидетельствует о сильном набухании и частичном растворении при больших значениях активности воды Значительная роль энтропийной составляющей свободной энергии для пектинопродуктов говорит об испарении внутри мембранных (клеточных) оболочек и парогазовых ячеек, переходе продукта в капиллярно-пористое тело при обезвоживании

4 В результате экспериментально-аналитических исследований акустического распыливания пектинового экстракта выбраны рациональный режим, конструктивные параметры распылительного устройства, вид и размеры сушильной камеры для интенсификации процесса сушки, уменьшения габаритов установки, исключения загрязнения стенок сушильной камеры и вспомогательного очистного оборудования Определены влияющие на параметры факела распыла факторы, их рациональные значения и технологические ограничения, с целью улучшению параметров факела и уменьшении энергозатрат при тонкодисперсном распыле

Для обобщения экспериментальных данных методом анализа размерностей получено уравнение процесса распыления в обобщенных переменных, с помощью которого можно рационально проектировать геометрические характеристики сушилки и распылительного устройства в зависимости от влияющих факторов

5 Разработан рациональный способ конвективной распылительной сушки пектинового экстракта на базе полученных эмпирических уравнений зависимостей удельного съема сухого продукта от влияющих факторов

6 Анализ кинетики процесса позволил получить кинетические коэффициенты сушки в полиноминальных зональных зависимостях ее скорости

7 Численный расчет температурных полей на основе реализации математической модели сушки пектинового экстракта, подтвердил «мягкие» режимы при малых температурных градиентах и конечной температуре продукту (Т< 363 К)

8 Так как в базовом варианте нерационально использован объем сушильной камеры (используется ~ 1/2 объема камеры), что снижает удельную производительность и сокращает длину траектории частицы и время сушки, предложена и реализована модернизация конструкции сушильной камеры, позволяющая осуществлять ряд вариантов рационального проведения процесса

Реализация предложенных мероприятий позволяет решить проблемы экологической безопасности, интенсификации сушки пектинового экстракта Основные результаты, выводы и рекомендации приняты к использованию на ЗАО «Астраханский пектин» где в рамках договора с НйиВЦ прикладной биотехнологии осуществлены модернизация, пуск и наладка сушильной установки УРС-150, реализованы рациональные режимные параметры распыления и сушки пектинового экстракта из кормового арбуза. Анализ качественных показателей пектина из кормового арбуза показал их

соответствие утвержденным нормативным документам Работа отмечена серебряной и золотой медалями на VI и VII Московских международных салонах инноваций иг инвестиций

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Петровичев О А, Алексанян И Ю Исследование кинетики распылительной сушки пектинового экстракта // Вестник АГТУ 2006 № 6 С 154-158 По списку ВАК РФ

2 Хайбулов Р А, Петровичев О А, Максименко Ю А, Кромский Е Д Теп-лофизические характеристики пектина // Вестник АГТУ 2006 № 6 С 150-153. По списку ВАК РФ

3 Петровичев О А, Максименко Ю А., Максименко Р А Гигроскопические характеристики и термодинамика взаимодействия пектина и воды // Вестник АГТУ 2007 №2 С 185-188 По списку ВАК РФ.

4 Тюганов А В, Алексанян й Ю, Петровичев О А Интенсификация процессов вакуумной пеносушки продукта «Оволакт» для энтерального зондового питания // Вестник Астраханского техн института рыбной промышленности и хозяйства. № 1/93 Москва, 1993 С 157-160

5 Алексанян И Ю, Давидюк В В, Тюганов А В, Петровичев О А Оптимизация получения сухого томатного продукта способом радиационной вакуумной пеносушки // Вестник Астраханского техн института рыбной промышленности и хозяйства. № 1/93. Москва, 1993 С 166-169

6 Алексанян И Ю, Петровичев О А, Максименко Ю А, Головизина JIM Зависимость теплофизических свойств пектиновых концентратов от влияющих факторов / Научно-практическая конференция «Российский пектин история, настоящее, перспективы» Воронеж ВГАУ им К Д. Глинки, 2006 С. 56-59

7 Петровичев О А, Алексанян И Ю, Хайбулов Р А Выбор рациональных режимных параметров сушки пектинового экстракта / Научно-практическая конференция «Российский пектин история, настоящее, перспективы» Воронеж ВГАУ им К Д Глинки, 2006 С. 61-64

8 Алексанян И Ю, Максименко Ю А, Петровичев О А. Интенсификация тепломассообмена при сушке пектинового экстракта / Сборник научных трудов СНЦ РАН «Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса» Вып. 4 Саратов Изд-во Сарат ун-та, 2006 С 169-173

9 Патент РФ №2134524 БИ №23, 20 08 99, МПК F26B Способ получения сухих белковых концентратов Алексанян И Ю , Токаев Э С , Петровичев О А, Тюганов А В

Типография ФГОУ ВПО «АГТУ» 414025 г Астрахань, ул Татищева, 16 Тираж 100 экземпляров Заказ № 6S3 Подписано в печать «2G » Q9 2007

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

1. ИНЖЕНЕРНЫЕ И НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

ПРОИЗВОДСТВА ПЕКТИНОПРОДУКТОВ

1.1 Перспективы производства и области использования пектипосодержащих продуктов

1.2 Анализ перспективных способов сушки пектинового экстракта и конструкторских решений для его осуществления

1.3. Цели, задачи и структура исследования

2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕКТИНА С ВОДОЙ НА

ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ,

ГИГРОСКОПИЧЕСКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

2.1 Теплофизические и структурно-механические характеристики пектиновых концентратов

2.2 Гигроскопические характеристики и термодинамика взаимодействия пектина и воды

3. ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ СУШКИ ПЕКТИНОВОГО ЭКСТРАКТА С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ТЕПЛОМАССОБМЕНА

3.1 Экспериментальное исследование механизма и кинетики сушки пектинового экстракта

Методика проведения экспериментов по изучению кинетики сушки пектинового экстракта на опытно-промышленной установке

Планирование, погрешность и результаты экспериментов

3.2 Зависимость удельной производительности сушильной установки от влияющих факторов

3.3 Совершенствование тепломассообменных процессов и влияние основных факторов при сушке пектинового экстракта

Влияние начальной влажности пектинового экстракта на удельный съем сухого продукта

Влияние температуры сушильного агента на удельный съем сухого продукта

3.4 Тепломассообмен при распылительной сушке пектинового экстракта

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА АКУСТИЧЕСКОГО РАСПИЛИВАНИЯ ПЕКТИНОВОГО ЭКСТРАКТА

4.1 Анализ способов распыливания жидких продуктов и конструкций распылительных устройств

4.2 Исследование влияния основных факторов на газожидкостный факел при распыливании пектинового экстракта

4.3 Критериальное уравнение акустического распыливания

5. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПУТЕМ РЕАЛИЗАЦИИ МОДЕЛИ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ ПЕКТИНОВОГО ЭКСТРАКТА

6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ ПЕКТИНОВОГО ЭКСТРАКТА

Актуальность работы. Вследствие загрязнения окружающей среды проблема функционального питания по значимости занимает одно из ведущих мест в мире.

Пектиновые вещества, обладающие протекторными свойствами по отношению к радионуклеидам и тяжелым металлам, могут быть востребованы для лечебно-профилактического питания населения зон экологического неблагополучия.

Анализ тенденций развития технологий пектина показывает важность разработки технологических процессов, обеспечивающих экологическую безопасность производства при высоком качестве конечного продукта.

Сложность получения пектина с прогнозируемыми структурой, химическим составом и свойствами объясняется многообразием пектиносодержащего сырья, требующего индивидуального подхода при его переработке, где наиболее энергоемким, определяющим качество конечного продукта процессом является сушка пектиновых экстрактов, связанная с кинетикой внутренних и внешних тепло-и массообменных процессов, зависящих от гигроскопических и термодинамических характеристик продукта и сушильного агента. Учитывая то, что термическое воздействие на пектины, являющиеся высокомолекулярными соединениями, приводит к частичной деструкции, что обусловливает снижение их студнеобразующей и лечебно-профилактической способности, выбор рационального способа «бережной» сушки при интенсификации тепломассообмена и гидродинамики процесса актуален и представляет научный и практический интерес.

Настоящая диссертационная работа выполнена в рамках «Перечня критических технологий Российской Федерации», национального приоритетного проекта «Развитие агропромышленного комплекса», а также в соответствии с координационным планом НИР АГТУ и региональной программой «Создание в Астраханской области комплекса по производству сухих плодоовощных продуктов, переработке и утилизации отходов и производство на их основе кормов, кормовых добавок и других продуктов и товаров» на кафедре «Технологические машины и оборудование» АГТУ.

Объект исследования. Гидромеханические и тепло-массообменные процессы при распылительной сушке низкоконцентрированного пектинового экстракта.

Методика исследований. Исследования по интенсификации тепломассоопереноса базировались на изучении гидродинамики распыления пектиновых экстрактов, термодинамическом анализе теоретических и I экспериментальных данных по кинетике обезвоживания тонкодисперсных частиц с учетом энергетики взаимодействия воды с пектином и температурных режимов, определяемых при численном моделировании процесса распылительной сушки на основе динамики изменения характеристик пектинового концентрата.

Достоверность результатов исследования. Теоретической и методологической основой настоящего исследования стали анализ и обобщение известных отечественных и зарубежных работ по тепло и массообмену, особенно в технологии пектинов, проведение экспериментальных исследований с использованием оригинальных аналитических и эмпирических методов. Адекватность опытным данным полученных автором уравнений подтверждена статистической обработкой результатов измерений. Предложенные варианты модернизации сушилки реализуются по апробированным методам рационального проектирования и конструирования аппаратов. Получение, анализ и обработка теоретических и экспериментальных данных проводились с использованием современных приборов и опытно-промышленных установок с привлечением математического аппарата и программного обеспечения.

Научная новизна. Рассчитаны и обобщены теплофизические (ТФХ) и структурно-механические (CMC) характеристики пектиновых концентратов в зависимости от температуры и влажности продукта, аппроксимированные эмпирическими уравнениями для диапазонов обезвоживания с использованием литературных данных и формул аддитивности.

При термодинамическом анализе и выборе интенсивного способа обезвоживания выявлено отрицательное значение термоградиентного коэффициента при низком содержании сухих пектина веществ.

Определены влияющие на параметры факела распыла факторы, их рациональные значения и технологические ограничения при тонкодисперсном распыле пектинового экстракта акустическими форсунками и рациональные режимные параметры процесса сушки. Получено уравнение процесса распыления в обобщенных переменных.

Проведен анализ температурных режимов, разработанных на основе численной реализации математической модели сушки пектинового экстракта.

Получены эмпирическое уравнение зависимости удельного съема сухого продукта и кинетические коэффициенты в зональных полиноминальных зависимостях скорости сушки от влияющих факторов.

Практическая значимость работы. Рекомендованы пути усовершенствования традиционных способов сушки пектинового экстракта и модернизация конструкции сушилки для осуществления рационального варианта процесса обезвоживания.

Разработан рациональный способ конвективной распылительной сушки пектинового экстракта.

Выбран режим распыливания, конструктивные параметры распылительного устройства; вид и размеры сушильной камеры для процесса сушки.

Предложены и реализованы рациональные режимы и модернизация конструкции сушильной камеры для пектинового экстракта и ему подобных продуктов.

Использование результатов работы позволяет: повысить качество пектина, скорость процесса сушки и эффективность распыления пектинового экстракта и улавливания готовой продукции; сократить энергозатраты при сушке и распылении пектинового экстракта.

Работа, проводимая в соответствии с региональной программой отмечена дипломами, серебряной и золотой медалями на VI и VII Московских международных салонах инноваций и инвестиций.

Реализация результатов исследовании. Реализация мероприятий предложенных в диссертационной работе позволяет решить проблемы экологической безопасности наряду с интенсификацией процесса сушки пектинового экстракта. Основные результаты, выводы и рекомендации приняты к использованию на ЗАО «Астраханский пектин» где в рамках договора с НИиВЦ прикладной биотехнологии осуществлены модернизация, пуск и наладка сушильной установки УРС-150, а также реализованы рациональные режимные параметры распыления и сушки пектинового экстракта из кормового арбуза. Проведенный на ЗАО «Астраханский пектин» анализ качественных показателей пектина из кормового арбуза показал их соответствие утвержденным нормативным документам.

Личный вклад автора. Автор представил в диссертации только те результаты, которые он получил лично, в том числе: постановка цели и задач исследования, методика проведения экспериментов, анализ и обобщение результатов теоретических и проведение экспериментальных исследований, корректировка модели и ее численная реализация, выработка рекомендаций по рациональному способу распыления и сушки, а также конструкциям для их осуществления. Предложена модернизация конструкции сушильной камеры и ряд вариантов рационального проведения процесса.

ВВЕДЕНИЕ

В связи с подъемом производства в отечественной промышленности при недостаточном материально-техническом обеспечении, разрыве связей в различных сферах, продовольственная независимость России требует развития агропромышленного комплекса на основе совершенствования и создания новых безотходных технологий и оборудования.

Одной из стратегических задач, стоящих перед промышленностью и подтвержденных многолетним анализом Нижне-Волжского региона является использование местных ресурсов Астраханской области для получения пищевых и кормовых продуктов имеющих «потребительский спрос» и конкурентную способность на рынке РФ. Причем упор делался не на традиционно используемые, а на «бросовые» и не утилизированные виды сырья, а также экологически вредные и не рентабельные.

Исходя из современной федеральной и региональной концепции развития промышленности в Астраханском регионе, в настоящее время развиваются пищевая, кормовая и химико-фармацевтическая отрасли. В связи с этим возникает ряд сложных научно-производственных, требующих скорейшего решения.

В настоящее время уделяется большое внимание нетрадиционным способам переработки пищевого сырья, утилизации производственных отходов и малоценного сырья животного и растительного происхождения, производству белковых концентратов, сухих пищевых и кормовых продуктов. Однако надежное экономичное функционирование данных технологий сдерживается отсутствием надежных способов и аппаратов для сушки и предварительной обработки материалов с точки зрения повышения интенсивности технологических процессов, качества и товарного вида готовой продукции. Для нетрадиционных продуктов затруднено использование традиционных способов обработки и сушки, одного из самых энергоемких процессов, поэтому задача поиска и оптимизации новых методов получения продуктов высокого качества и разработки сушильных установок, которые позволят улучшить условия хранения, сократить продолжительность процесса, сберечь материальные и энергоресурсы; решить проблемы экологической безопасности актуальна.

Кроме того, сегодня актуальны разработки, направленные на создание продуктов питания лечебно-профилактического назначения, так как экологическая обстановка в мире диктует необходимость использования в питании населения продуктов с защитными свойствами, в частности для Астраханской области, в связи с наличием в ООО «Астраханьгазпром», крупнейшего в России нефте- и газоперерабатывающего и добывающего производственного комплекса, большого числа строительных и химических предприятий резко ухудшилась экологическая обстановка в регионе и г. Астрахани. Поэтому проведение и внедрение исследований, направленных на охрану и укрепление здоровья населения и рациональное использование природных ресурсов представляет научный и практический интерес. Перспективным направлением развития агропромышленного комплекса Астраханской области является производство пектина и пектиносодержащих продуктов из местного сырья.

Основные результаты, выводы и рекомендации приняты к использованию на ЗАО «Астраханский пектин», где в рамках договора с НИиВЦ прикладной биотехнологии осуществлены модернизация, пуск и наладка сушильной установки УРС-150, а также реализованы рациональные режимные параметры распыления и сушки пектинового экстракта из кормового арбуза (см. приложение 4).

Проведенный на ЗАО «Астраханский пектин» анализ качественных показателей пектина из кормового арбуза показал их соответствие утвержденным нормативным документам: «Пектин. - Регистрационное удостоверение № Р№001079/01-2002 от 06.02.2002г. ЗАО «Астраханский пектин». Министерство здравоохранения РФ», «Стандарт качества лекарственного средства «Пектин». Фармакопейная статья ЗАО «Астраханский пектин» № ФСП 42-0349-1928-01. Департамент государственного контроля качества, эффективности, безопасности лекарственных средств и медицинской техники. 2001 г.» (см. приложение 4).

Работы «Оригинальные технологии сухих пектиносодержащих продуктов и кормовых дрожжей на основе сырьевой базы и утилизации промышленных отходов Астраханской области» и «Оригинальная безотходная технология глубокой переработки плодов и овощей и производства пектина» проводимые в соответствии с региональной программой и отмечены дипломами, серебряной и золотой медалями на VI и VII Московских международных салонах инноваций и инвестиций.

1. Проведенный анализ способов сушки и конструкций установок для обезвоживания пектинового экстракта с учетом энергозатрат, интенсивности процесса и требований экологической безопасности позволил рекомендовать пути усовершенствования традиционного способа распылительной сушки и модернизации конструкции сушилки для осуществления рационального варианта процесса обезвоживания.

2. Для создания гибких оптимизационных модулей, анализа механизма и моделирования распылительной сушки рассчитаны теплофизические и структурно-механические характеристики пектиновых концентратов, аппроксимированные эмпирическими уравнениями зависимостей ТФХ и CMC от температуры и влажности продукта для реальных диапазонов обезвоживания с использованием литературных данных и формул аддитивности.

3. При термодинамическом анализе и выборе интенсивного способа обезвоживания выявлено отрицательное значение термоградиентного коэффициента при высоких влажностях пектина, что свидетельствует о встречных потоках влаги и тепла, вследствие термоосмотического движения, обусловленного взаимодействием молекул пара и продукта, эффектом «защемленного» воздуха, расширяющегося при росте температуры и вытесняющего пар, наличием осмотически связанной влаги. Такие продукты для ускорения процесса сушки и увеличения поверхности влагообмена целесообразно распылять. Отрицательное значение свободной энергии при сорбции свидетельствует о сильном набухании и частичном растворении при больших значениях активности воды.

Значительная роль энтропийной составляющей свободной энергии для пектинопродуктов свидетельствует о присутствии в их структуре мембранных (клеточных) оболочек, парогазовых ячеек, вследствие внутреннего испарения и в результате обезвоживания переходе продукта в капиллярно-пористое тело

4. В результате экспериментально-аналитических исследований акустического распыливания пектинового экстракта выбраны рациональный режим, конструктивные параметры распылительного устройства; вид и размеры сушильной камеры для интенсификации процесса сушки, уменьшения габаритов установки, исключения загрязнения стенок сушильной камеры и вспомогательного очистного оборудования. Определены влияющие на параметры факела распыла факторы, их рациональные значения и технологические ограничения, с целью улучшению параметров факела и уменьшении энергозатрат при тонкодисперсном распыле.

Для обобщения экспериментальных данных методом анализа размерностей получено уравнение процесса распыления в обобщенных переменных, с помощью которого можно рационально проектировать геометрические характеристики сушилки и распылительного устройства в зависимости от влияющих факторов.

5. Разработан рациональный способ конвективной распылительной сушки пектинового экстракта на базе полученных эмпирических уравнений зависимостей удельного съема сухого продукта от влияющих факторов.

6. На основе термодинамического анализа кинетики обезвоживания получены кинетические коэффициенты в зональных полиноминальных зависимостях скорости сушки.

7. Анализ температурных полей, рассчитанных на основе численной реализации математической модели сушки пектинового экстракта, подтвердил равномерность прогрева и «мягкие» режимы сушки при наличии малых температурных градиентов и конечной температуры продукта (Г не превышает 363 К).

8. Так как в базовом варианте нерационально использован объем сушильной камеры (на цели сушки используется ~ 1/2 объема камеры) что снижает удельную производительность и сокращает возможную продолжительность сушки, предложена и реализована модернизация конструкции сушильной камеры, позволяющая осуществлять ряд вариантов рационального проведения процесса.

Реализация мероприятий предложенных в диссертационной работе позволяет решить проблемы экологической безопасности наряду с интенсификацией процесса сушки пектинового экстракта. Основные результаты, выводы и рекомендации приняты к использованию на ЗАО «Астраханский пектин» где в рамках договора с НИиВЦ прикладной биотехнологии осуществлены модернизация, пуск и наладка сушильной установки УРС-150, а также реализованы рациональные режимные параметры распыления и сушки пектинового экстракта из кормового арбуза. Проведенный на ЗАО «Астраханский пектин» анализ качественных показателей пектина из кормового арбуза показал их соответствие утвержденным нормативным документам.

Работа, проводимая в соответствии с региональной программой «Создание в Астраханской области комплекса по производству сухих плодоовощных продуктов, переработке и утилизации отходов и производство на их основе кормов, кормовых добавок и других продуктов и товаров» отмечена дипломом и серебряной медалью на VI Московском международном салоне инноваций и инвестиций.

1. А.с. 664967 (СССР). Способ получения пектина / Аймухамедова Г.Б., Цель Ш.В., Шелухина Н.П., Родионова Н.А., Мартинович А.И., Тиунова Н.А. // Опубл. в Б.И.- 1985.-№15.

2. А.с. № 1839086 (СССР). Способ получения пектина из растительного сырья и установка для его осуществления / Р.Ю Нехай, З.М. Бжемухов, Б.И. Гонтарь, Л.В. Донченко, В.В. Нелина. -1993.

3. А.с. № 861354 СССР. Способ получения пектина / Аймухамедова Г.Б., Серкебаева P.O. // Опубл. в Б.И.-1982.- № 33.

4. Абаева Р.Ш. , Аймухамедова Г.Б., Шелухина Н.П. Получение пектиновых веществ из природного сырья // Труды ФПИ. -1976. №93.-с. 119-125.

5. Алексанян И.Ю. Развитие научных основ процессов высокоинтенсивной сушки продуктов животного и растительного происхождения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. -М.:МГУПБ, 2001 г.-52 с.

6. Алексанян И.Ю., Буйнов А.А. Высокоинтенсивная сушка пищевых продуктов. Пеносушка. Теория. Практика. Моделирование, Монография. /Изд-во АГТУ. Астрахань.2005 г.

7. Алексанян И.Ю., Синяк С.В., Максименко Ю.А. Моделирование осциллирующих рациональных режимов сушки // Материалы Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях». ММТТ-18. Казань, 2005. т. 9. С. 143-145.

8. Арифходжаев Х.А. Особенности подготовки сырья для производства пектина из отходов хлопководства // Тез. докл. Ш-го н.-т. сем. «Электротехнология пектиновых веществ». Киев, 1992.-С. 63.

9. Ашубаева З.Д. Химические реакции пектиновых веществ. Фрунзе: Илим. 1984. с. 57.

10. Вельская E.JL, Зайко Г.М. Применение пектина в рационах спецпитания на предприятиях с вредными условиями труда // Сборник тезисов научных работ студентов, отмеченных наградами и поощрениями на конкурсах / КГТУ. 1996. -Выпуск 1.-е. 8-10.

11. Боровский А.Б. Процессы переноса тепла и влаги и изменения качества в хранящейся массе семян подсолнечника. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. 1990. - 23 с.

12. Бородин В.А. и др. Распиливание жидкостей. М., Машиностроение, 1967. 208 с.

13. Буйнов А.А. и др. Гигроскопические свойства рыбных белковых гидролизатов, высушенных во вспененном состоянии / Буйнов А.А., Гинзбург А.С., Сыроедов В.И.// Известия вузов СССР. Пищевая технология. 1977. - № 5. - С.87-90.

14. Витман J1.A. и др. Распыливание жидкости форсунками. М., Госэнергоиздат, 1962. 264 с.

15. Влияние температуры на экстрагирование пектина / J1.B. Донченко, В.В. Нелина, Н.С. Карпович, В.М. Лысянский // Пищевая промышленность. -1988. -№6.-с. 31.

16. Влияние температуры на экстрагирование пектина / Л.В. Донченко, В.В. Нелина, Н.С. Карпович и др. // Пищевая промышленность, 1988, № 6. С. 31.

17. Вода в пищевых продуктах / Под ред. Р.Б.Дакуорта: пер. с англ. М.: Пищевая промышленность - 1980 - 575 с.

18. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии . М: Химия, 1976. - 512 с.

19. Гал С. Последние достижения в области методов определения изотерм сорбции / Дакуорт Р.Б., Гал С. Вода в пищевых продуктах .- пер. с англ. М; Пищевая промышленность, 1980. С. 110-125.

20. Галустов B.C. и др. А. с. 531549. Бюл. изобр., 1976, № 38. С. 73.

21. Галустов B.C. и др. А. с. 611683. Бюл. изобр., 1978, № 23. С. 27.

22. Галустов B.C. и др. А. с. 673318. Бюл. изобр., 1979, № 26. С. 41.

23. Галустов B.C. и др. А. с. 784933. Бюл. изобр., 1980, № 45.

24. Гапоненко Т.А., Проценко З.И. Комплексные соединения галактуроновой кислоты с катионами железа. ЖНХ. 1978. т. 13.-Вып. 1.-е. 173-177.

25. Гинзбург А.С. и др. Теплофизические характеристики пищевых продуктов /А.С. Гинзбург, М.А. Громов, Г.И. Красовская. М.: Пищевая промышленность, 1985, - 336 с.

26. Гинзбург А.С., Громов М.А. Теплофизические характеристики картофеля, овощей и плодов. М.: Агропромиздат, 1987, 272 с.

27. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. -М.: Пищевая промышленность, 1975 527 с.

28. Гинзбург А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. М.: Агропромиздат, 1985.-336 с.

29. Гинзбург А.С. Савина И.М. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 280 с.

30. Глинка Н, Робинзон А. Влажность и её определение / Хранение зерна и зерновых продуктов, М.: Изд-во ин. лит-ры, 1956.

31. Голубев В.Н. и др. Роторно-кавитационный аппарат для обработки пектиносодержащего сырья // Пищевая промышленность. -1990. -№ 9.

32. Голубев В.Н., Гаджиев В.Н., Кавтарадзе П.С. и др. Мембранное концентрирование жидких пищевых сред // Пищевая промышленность. 1992. - № 2. с. 12.

33. Данилов O.JL, Леончик Б.И. Экономия энергии при тепловой сушке. М.: Энергоатомиздат, 1986,134 с.

34. Дерягин Б. В. Теория устойчивых коллоидов и тонких пленок. М.: Наука, 1986.

35. Дитякин Ю.Ф. и др. Распыливание жидкостей. М., Машиностроение, 1977. 208 с.

36. Долинский А.А., Малецкая К.Д., Шморгуи В.В. Кинетика и технология сушки распылением. Киев: Наукова думка, 1987.220 с.

37. Донченко JI.B., Карпович Н.С., Симхович Е.Г. Производство пектина.-Кишинев, 1994.-182 с.

38. Заварин Н.Д. и др. А. с. 567505. Бюл. изобр., 1977, № 29. С. 56.

39. Заварин Н.Д. и др. А. с. 584897. Бюл. изобр., 1977, № 47. С. 54.

40. Заварин Н.Д. и др. А. с. 706132. Бюл. изобр., 1979, № 48. С. 76.

41. Заварин Н.Д., Галустов B.C. А. с. 680766. Бюл. изобр., 1979, № 31. С.69.

42. Зайко Г.М., Довбня М.В. Пектин против радиации // Общественное питание. -1990. №11. - с.43-44.

43. Зайко Г.М., Иволина О.А., Вельская Е.А. Замораживание продуктов питания профилактического назначения // Изв. ВУЗов. Пищевая технология. -1994. -№5-6. с.35-37.

44. Зайко Г.М., Падалка О.В., Гайворонская И.А. Использование пектина в профилактическом питании // Изв. ВУЗов. Пищевая технология. 1989. №1. - с.77-80.

45. Зайко Г.М. Получение и применение пектина для лечебных и профилактических целей. Краснодар: Изд-во КубГТУ, 1997. -138с.

46. Зайко Г.М. Технология пектина и пектиносодержащих продуктов // Труды Кубанского государственного технологического университета. Том 1. -Краснодар, 1998. с. 84-92.

47. Ильина И.А. Научные основы технологии модифицированных пектинов. Краснодар, 2001. - 312 с.

48. Каминская Ф.И., Бирюкова С.Н., Фан-Юнг А.Ф. Новая схема получения яблочного пектина для профилактических консервов // Консервная и овощесушильная промышленность.-1980.-№ 3.-С.22-23.

49. Каратаев И.Г., Кузубов В.М. Изотермы сорбции и десорбции сырья для получения свекловичного пектина // Изв. вузов. Пищ. технология 1982. - № 2. - с. 109-111.

50. Каргин В.А. Структура и механические свойства полимеров. М.: Наука, 1979. - 449 с.

51. Карпович Н.С., Донченко J1.B., Нелина В.В. Пектин. Производство и применение. Киев: Урожай.-1980,- 88с.

52. Карпович Н.С., Лисянский В.А., Донченко Л.В. Определение коэффициента диффузии пектиновых веществ в растительной ткани // Пищевая промышленность. 1982. - № 3. - с. 35-37.

53. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники.- М.: Химия, 1976.-511с.

54. Киселев А.В., Древина В.П. Экспериментальные методы в адсорбции молекулярной хромотографии. М.: МГУ, 1979. - 447 с.

55. Корнюхин И.П. Условия сорбционного равновесия и их анализ / Инженерно-физический журнал 1979. - т.37. - № 3. - С.456-464.

56. Крапивницкая И.А. Разработка технологии свекловичного пектинового экстракта и пектинопродуктов на его основе // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. К., 1992.-184 с.

57. Лебедев П.Д. Высокотемпературная сушка материалов под действием внутреннего градиента давлений пара./ Труды МЭИ. вып.30. - 1958. - С. 169-178.

58. Лебедев П.Д., Перельман Т.Л. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме. М.: Энергия, 1973.

59. Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок. М.-Л. Госэнергоиздат, 1963. 320 с.

60. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. Тепломассообменные и холодильные установки. М.: Энергия, 1972. 320 с.

61. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Промышленная теплотехника. М.-Л. Госэнергоиздат, 1956.384 с.

62. Леончик Б.И., Кадыкова Н.С. и др. Камера для проведения тепломассообмена. Авт. свид. СССР №840629, Бюлл.№23,1981.

63. Леончик Б.И., Маякин В.П. Измерения в дисперсных потоках. М.: Энергия, 1971.248 с.

64. Ломтев В.Л. и др. А. с. 718172. Бюл. изобр., 1980, №8. С. 46.

65. Луцик П.П. Физико-механические основы процессов сушки деформируемых твердых пористых тел. Дисс. докт. техн. наук. Киев. 1991.342 с.

66. Лыков А.В. Теория сушки.-М.: Энергия, 1968. 471 с.

67. Лыков А.В. Тепломассобмен. М.:Энергия, 1978 478 с.

68. Лыков А.В., Шейман В.А., Куц П.С., Слободкин Л.С. Приближенный метод расчета кинетики процесса сушки // Инж.-физ. журнал. 1967. Т. 13. № 5. С.725 734.

69. Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970. -428 с.

70. Лыков М.В., Леончик Б.И. Распылительные сушилки М:, Машиностроение. 1966 - 330 с.

71. Максименко Ю.А. Совершенствование тепломассообменных процессов при сушке кормовых дрожжей в диспергированном состоянии. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Астрахань: АГТУ, 2005 г. 20 с.

72. Моисеева В.Г., Зайко Г.М., Тихенко Т.М. Влияние многократного переосаждения на свойства яблочного пектина // Изв. ВУЗов. Пищевая технология. 1974. №4. - с.78-81.

73. Мохначев И.Г., Гранатова В.П., Давиденко Л.И., Зайко Г.М. Комплексное использование яблочных выжимок // Изв. ВУЗов. Пищевая технология. 1998. - № 2-3. - с.49-51.

74. Нелина В.В. Физико-химические свойства пектиновых веществ. Разработка и совершенствование технологий пектина и пектинопродуктов. -Краснодар, 1996. 90 с.

75. Нелина В.В., Донченко Л.В., Карпович Н.С. Экотехнология пектина и пектинопродуктов из вторичных сырьевых ресурсов // Хранение и переработка сельхозсырья. 1994. - №3. - с. 15-16.

76. Нелина В.В., Донченко JI.B., Лысянский В.М. Кинетика экстрагирования пектиновых веществ // Интенсификация процессов пищевых производств, управление, машины и аппараты. Межвуз. сб. научн, тр. ЛТИХП, 1987.-с. 111-116.

77. Нелина В.В., Чечеткина Л.В., Донченко Л.В. Получение пектиновых веществ с применением разрежения // Хранение и переработка сельхозсырья. -1994. -№3. с. 18-19.

78. Нехай Р.Ю. Донченко Л.В., Нелина В.В. Исследование процесса сушки пектинового коагулята // Тез. докл. всесоюзн. на-учн. конф. молодых ученых и специалистов «Повышение эффективности отраслей деятельности потребительской кооперации».-М., 1990. с. 153.

79. Никитенко Н.И. Теория тепломассопереноса. Киев: Наукова думка. 1983. 352 с.

80. О влиянии размера частиц сырья на выход пектиновых веществ в производстве / Л.В. Донченко, В.В. Нелина, Н.С. Карпович и др. // Пищевая промышленность. 1987. - № 2. - с. 21-22.

81. Оно С., Кандо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. М.: Иностранная литература, 1963. - 205 с.

82. Оптимизация процессов получения пектинопродуктов из дикорастущих яблок / В.В. Нелина, Л.Я. Родионова, И.В. Соболь к др. // Материалы Перв. конф. Северо-Кавказского региона «Современные достижения биотехнологии». Ставрополь, 1995. с. 18-19.

83. Очистка пектинового экстракта основа повышения качества пектина / В.В. Нелина, Л.Я. Родионова, Л.В. Донченко и др. // Материалы Перв. конф. СевероКавказского региона «Современные достижения биотехнологии». - Ставрополь, 1995.-е. 19-10.

84. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Подред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. 10-е изд., перераб. и доп. - JL: Химия, 1987.-576 е., ил.

85. Пажи Д.Г. и др. Распиливающие устройства в химической промышленности. М., Химия, 1975. 200 с.

86. Пажи Д.Г. и др. Форсунки в химической промышленности. М., Химия, 1971.224 с.

87. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распиливания жидкостей. -М.: Химия, 1984.254 с.

88. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Распылители жидкости. М., Химия, 1979. 216с.

89. Парфененко В.В. Рациональная схема обработки сырого пектино-алюминиевого коагулянта // Хлебопекарная и кондитерская промышленности -1978. -№9.-С. 21-23.

90. Парфененко В.В., Бузина Г.В., Лученко O.K. Получение студнеобразующего свекловичного пектина в условиях 1,1% соляной кислоты // Хлебопекарная и кондитерская промышленности.-1984.-№10.-с. 20-22.

91. Патент РФ 1811649. Способ получения пектина из выжимок растительного сырья / Л.В. Донченко, В.В. Нелина, И.С. Гулый. -1992.

92. Патент РФ 2035165. Способ получения пектина из растительного сырья / Н.С. Карпович, Л.В. Донченко, И.С. Гулый и др. -1995.

93. Патент РФ 2035516. Способ получения пектиносодержащего продукта / И.С. Гулый, Н.С. Карпович, В.В. Нелина и др. -1995.

94. Патент РФ 2055485. Способ получения низкометоксилированного пектина / Л.В. Донченко, Г.М. Сычева, В.Д. Бакирь и др. 1996.

95. Патент РФ № 20582953, МПК А 23 L 1/0524, опубл. 27. 01. 1996 г.

96. Патент РФ № 2066962, МПК A23L1/0524, С08В37/06, опубл. 09. 27.1996 г.

97. Патент РФ № 2261868, МПК С08В37/06, опубл. 10.10.2005 г.

98. Патент РФ №2262865, МПК A23L1/0524, опубл. 10.27.2005 г.

99. Пектин и сырьевые ресурсы / Н.С. Карпович, Л.К. Теличук, Л.В. Донченко и др. // Пищевая промышленность. 1981. - № 3. - С. 36-39.

100. Пектин. Применение пектина / Т.Н. Костенко, В.В. Нелина, Л.В. Донченко, Н.С. Карпович. Киев, 1992. 51 с.

101. Пектин. Производство и применение Н.С. Карпович, Л.В. Донченко, В.В. Нежина и др. К.: Урожай, 1989. - 88 с.

102. Пектин. Производство пектина и пектиновых экстрактов / И.С. Гулый, Л.В. Донченко, В.В. Нелина, Н.С. Карпович. Киев, 1992.-С. 55.

103. Пектин: его свойства и производство /И.С. Гулый, Л.В. Донченко, Н.С. Карпович, В.В. Нелина, Т.И. Костенко // Обзор, инф. АгроНШИЭИПП, сер. 14. Обзоры по информационному обеспечению общесоюзных научно-технических программ. М., 1992- Вып. 6. - 55 с.

104. Сажин Б. С. Основы техники сушки. М.: Химия, 1984.

105. Совершенствование экстрагирования пектиновых веществ / Е.Н. Клореску, Н.С. Карпович, В.В. Нелина, Л.В. Донченко // Пищевая и перерабатывающая промышленность. 1985. - № 4.- С. 44-45.

106. Тагер А.А. Физико-химия полимеров 3-е изд., перераб. и доп. - М: Химия, 1978. - 544 с.

107. Тамова М.Ю., Бухтоярова З.Т., Зайко Г.М. Влияние некоторых факторов на качество пастилы с пектином и p-каротином // Изв. ЗУЗов. Пищевая технология. 1993. №3-4. - С.57-58.

108. Установка для исследования термодинамических характеристик пищевых продуктов. / Рогов И.А., Буйнов А.А., Кабанец Н.Н., Кулагин В.Н., Фатьянов С.В. Рациональное использование белка в мясной и молочной промышленности. М., 1985. - С.5-14.

109. Фан-Юнг А.Ф., Ширин Н.И., Леченько О.С. Влияние механической и термической обработки на молекулярную массу и студнеобразующую способность пектина//Изв. Вузов. Пищ. технология. -1980. № 1.-е. 90-92.

110. Фролов В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов. Л.: Химия. 1987. 207 с.

111. Хургин Н.К.и др. Адсорбция паров воды химотринсином и лизоцином. / Хургин Н.К., Росликов В.Л., Клячко - Гурвич А.А. Биохимия. - М., 1972, - т 57, с -485-492.

112. Чижевский А.Ф. Сушка керамических материалов и изделий. М.: Изд-во литературы по строительству. 1971. 169с.

113. Шамкова Н.Т., Зайко Г.М., Тамова М.Ю. Влияние замораживания на некоторые свойства пектинов // Изв. ВУЗов. Пищевая технология. -1999. №5-6. -С.45-46.

114. Шубин Г.С. Сушка и тепловая обработка древесины (вопросы теории, методы расчета и совершенствования технологии) // Дисс. докт. техн. наук. М.: 1985. 400 с.

115. Anhydro Closed Circuit Spray Drying Systems, Bulletin. Denmark: 1986

116. Bock W. Isolation and utilization of apple pectin // Ernahrungs-forschung. -1981. Vol. 16. - N 1. - P. 245-255. (199)

117. Datta R.K. Pectin extraction from fruits and vegetables // Ind. J. Hortic. -1987.-Vol. 11.-№2.-P. 15-16.

118. Black S.A., Smit C.J.B. The effect demelhyiation procedures on the quality of low-ester pectins used in dessert gels //J. Food Sci. -1982.-Vol. 37.-730-732.

119. Dowell C.L., Harris N.D., Development of method to measure dietary fiber in oranges // J. Sci. Food and Agric. 1982. - Vol. 39. -№2.-P. 185-193.

120. Elias A.N., Foda M.S., Attia Lottfia. Production of pectin and pigments from orange peels by using microbial enzymes // Egyp. Food Sci. -1984. Vol. 12. - № 1-2. -P. 159-162.

121. Gentschev L.N., Wladimirov G.H. Teclmische und technologische Probleme bei der kontinuierliehen Extrakzia von Pectin // Lebensmittel-Industrie. 1979. Bd. 26. -№ 11. - s. 488-500.

122. Kooiman P. Gold water-extractable pectin in cell walls of plant leaves // J. Sci. Food Agric. -1989. Vol. 20. - № 1. - P. 18-20.

123. Medina R.C. Characterization of pectins from papaya (Carica papaya) and Castillian blackberries (Rubus glaucus) // Technolo-gie. -1988. Vol. 10. - № 54. - P. 1652.

124. Ocsnaskova J., Friml M. Determination of pectins in sugar beets and in diffusion juice by colorimetry // Listy Cukrovarn. -1981. -Vol. 87.-№4.-s. 87-91.

125. Padival Rajni A., Ranganna S., Manjrekar S.P. Cloud stabilization in citrus beverages by low methoxyl pectin // J. Food Technol. 1980. - Vol. 15. - № 1. - P. 25-34.

126. Pallman H., Deuel H. Review of the chemistry and physics of pectin substances and discussion of the more recent literature // Chimia. 1987. - Vol. 1. -P. 2733/

127. Me. Laren A.D., Rowen J.W. Sorption of Water vapor by proteins and polymers: A. Review. Polymer Science, 1951 - No.7. - P. 2 89-291.

128. Simpson B.K., Egyanker K.B. Extraction, purification and determination of pectin in tropical fruits // J. Food Process. Preserv. 1984. - Vol. 8. - № 2. - P. 63-72.

129. Takuo Sakai, Minoru Okushimo. Microbial production of pectin from citrus peel // Applied and Environmental Microbiology. -1980. Vol. 39. - № 4. - P. 908-912.

130. Tavakoli M., Wiley R.C. Relation of trimethylsilyl derivatives of fruit tissue polysaccharides to apple texture // Proc. Amer. Soc. Hortic. Sci. 1988. - Vol. 92. - P. 780787.

131. Taylor A.J., Pritchard S. The potential of peapods of food thickeners // J. Sci. Food Agric. 1982. - Vol. 33. - № 4. -P. 384-388.

132. Wetsier D.G.F., Frigiotti M.C.Z. Fernandes H. Estudio sorbe cascaras de limon deshidratadas en la provincia de Tucuman destindas a la obtencion de pectinas // Essenze deriv. argum. -1983.-Vol. 53.-№L-P. 35-46.

133. Опубликованные работы автора:

134. Патент РФ №2134524. БИ №23, 20.08.99., МПК F26B. Способ получения сухих белковых концентратов. Алексанян И.Ю., Токаев Э.С., Петровичев О. А., Тюганов А.В.

135. Петровичев О.А., Алексанян И.Ю. Исследование кинетики распылительной сушки пектинового экстракта // Вестник АГТУ. 2006. № 6. С. 154158.

136. Петровичев О.А., Алексанян И.Ю., Хайбулов Р.А. Выбор рациональных режимных параметров сушки пектинового экстракта / Научно-практическая конференция «Российский пектин: история, настоящее, перспективы». Воронеж: ВГАУ им. К.Д. Глинки, 2006. С. 61-64.

137. Петровичев О. А., Максименко Ю.А., Максименко Р. А. Гигроскопические характеристики и термодинамика взаимодействия пектина и воды // Вестник АГТУ. 2007. № 2. С. 185-188.

138. Тюганов А.В, Алексанян И.Ю., Петровичев О.А. Интенсификация процессов вакуумной пеносушки продукта "Оволакт" для энтерального зондового питания // Вестник Астраханского техн. института рыбной промышленности и хозяйства 1/93. Москва, 1993. С. 157-160

139. Хайбулов Р.А., Петровичев О.А., Максименко Ю.А., Кромский Е.Д. Теплофизические характеристики пектина // Вестник АГТУ. 2006. № 6. С. 150-153.