РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ, ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ УСТАНОВКИ ТА МАТЕМАТИЧНА ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ
2.1. Організація експериментальних досліджень
Експериментальні дослідження проводилися в Центрі сушіння Харківського державного університету харчування та торгівлі. При цьому були проведені наступні дослідження:
* визначення раціональних режимів та технологій одержання капілярно-пористих тіл;
* дослідження процесу утворення та стійкості піни;
* дослідження кінетики ЗТП-сушіння плодово-ягідної сировини залежно від масової частки КПТ і піноутворювача у вихідній сировині;
* вплив температури сушильного агенту на кінетику ЗТП-сушіння плодово-ягідної сировини з піноутворенням і на КПТ;
* вивчення температури матеріалу в процесі ЗТП-сушіння плодово-ягідної сировини;
* вивчення теплообмінних і масообмінних процесів під час ЗТП-сушіння досліджуваних об'єктів;
* дослідження форм та структури вологи в процесі сушіння;
* радіоспектроскопічні дослідження стану й властивостей вологи в процесі сушіння;
* визначення органолептичних та фізико-хімічних показників якості сушеної продукції, таких як: колір, запах, вміст вітаміну С, сорбційні характеристики, розчинність, відновлюваність;
* вивчення значення питомих енергетичних витрат на процес ЗТП-сушіння плодово-ягідної сировини.
2.2. Матеріали, техніка та апаратурне забезпечення досліджень
Сушіння подрібненої плодово-ягідної сировини проводилось двома способами: за першим у подрібнену сировину перед сушінням додаються ПАР та суміш спінюється; за другим - у подрібнену сировину додається КПТ.
У якості ПАР під час сушіння з піноутворенням використовувались МЦ та NaКМЦ. Марка МЦ - МЦ 100; марка NaКМЦ - 7MF. В якості КПТ використовувалась губка з немодифікованого кукурудзяного крохмалю.
Для дослідження процесу ЗТП-сушіння використовувались сушильні установки, конструкція яких розроблена на кафедрі енергетики та фізики ХДУХТ.
Принцип роботи установки (рис. 2.1.) полягає в наступному. Сушильний агент (повітря) подається відцентровим вентилятором 2 у блок калориферів 3, де нагрівається до заданої температури. Після чого сушильний агент надходить у сушильну камеру 5. Усередині камери встановлюється ФЄ 4 з матеріалом, що зневоднюється. Тривалість сушіння визначалася за допомогою електронного секундоміра або по довжині стрічки самопису типу ЕПП-09М.
Вентилятор забезпечував швидкість сушильного агенту в робочому об'ємі сушильної камери до 15 м/c, а блок калориферів - температуру сушильного агенту від кімнатної до 130°С.
Під час сушіння подрібненої плодово-ягідної сировини з додаванням КПТ використовувалися ромбовидна (рис. 2.2 а) та циліндрична (рис. 2.2 б) ФЄ, під час сушіння піни із подрібненої плодово-ягідної сировини - ФЄ із плаваючою верхньою кришкою (рис. 2.2 в) і двостороння ФЄ (рис. 2.2 г).
Всі ФЄ виготовляли з паронепроникного матеріалу. Ромбовидна й циліндрична ФЄ складаються з теплообмінної поверхні 1 з масообмінними зазорами 2. У ФЄ із плаваючою кришкою: 1 - теплообмінна поверхня, 2 - кришка, що може опускатися під дією сили тяжіння, 3 - масообмінні зазори; в двосторонній ФЄ: 1 - стінка сушильної камери, 2 - теплообмінна поверхня, 3 - напрямна ФЄ, 4 - сировина, що зневоднюється, 5 - масообмінна поверхня. Необхідно відзначити, що теплообмінна поверхня ФЄ не менш, ніж на порядок більше масообмінної, що є необхідною умовою ЗТП-сушіння.
Сировина під час ЗТП-процесу визначає лише внутрішні процеси тепло та масообміну, а об'єктом сушіння є ФЄ з розміщеною в ній сировиною. Роботами з досліджень ЗТП-процесу встановлено, що необхідною вимогою до сировини під час ЗТП-сушіння є те, що характерний розмір частинок сировини повинен бути як мінімум на порядок менше розмірів ФЄ. Таким чином, оскільки характерні розміри ФЄ, які використовувались в роботі, були не менше 30 мм, то подрібнення плодово-ягідної сировини в дослідженнях проводилось до розмірів не більше 3 мм.
Для визначення поведінки та структури вологи в процесі сушіння використовувався низькотемпературний калориметр, схема якого представлена на рис. 2.3. Калориметрична камера 4, що є вимірювальною камерою, поміщається в оболонку 1. Як калориметрична камера, так і оболонка виконані із матеріалу з низькою теплопровідністю. Усередину вимірювальної камери поміщається досліджуваний об'єкт 5 - джерело явної та прихованої теплоти. Пара азоту потрапляє в камеру через отвір 2, а виходить через отвір 7, її подача здійснюється за допомогою вентилятора 9. Витрата пари азоту залежить від положення заслінки 18, яка знаходиться на виході з вимірювальної камери, та потужності нагрівача 12. Визначення різниці температур на вході і виході здійснюється за допомогою диференціальної термопари, один спай якої 3 знаходиться у вхідному отворі, а інший спай 8 - у вихідному. Температура об'єкта вимірюється за допомогою термопари 6. Сигнал від диференціальної термопари фіксується самописом безперервної дії 15, а сигнали від термопар 6 та 17 - самописом 14. Через отвір 16 із посудини Дьюара 11 в оболонку надходить пара азоту. Витрата азоту регулюється за допомогою електричного нагрівача 12, потужність якого регулюється автотрансформатором 13. Вхідна температура у вимірювальній камері реєструється термопарою 17. В оболонці 1 під вимірювальною камерою розміщується вентилятор 10.
Радіоспектроскопічні дослідження стану й властивостей вологи проводилися на ЕПР-спектрометрі РЕ-1301. Функціональна схема ЕПР-спектрометра представлена на рис.2.4.
Дослідження гігроскопічних властивостей сушеної продукції здійснювали тензометричним методом при температурі 20±2°С і відносній вологості повітря ?=10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90%. Вимір маси проводили з певною періодичністю до досягнення зразками постійної маси.
Під час визначення коефіцієнту поверхневого натягу використовувався модифікований метод відриву кільця. Вимірювальна установка для цього методу схематично зображена на рис. 2.5. Вона складається із пружини 1, до якої підвішене кільце 2