На правах рукописи Косова Наталья Викторовна

На правах рукописи
Косова Наталья Викторовна
РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА КРИОГЕННОЙ ПОДГОТОВКИ
ПРЯНОСТЕЙ К ИЗМЕЛЬЧЕНИЮ
Специальность 05.18.12 - процессы и аппараты пищевых производств
АВТОРЕФЕРЕТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Майкоп-2014
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Майкопский государственный
технологический университет»
Научный руководитель:
доктор технических наук, доцент
кафедры
технологий,
машин
и
оборудования пищевых производств
ФГБОУ
ВПО
«Майкопский
государственный
технологический
университет»,
Меретуков Заур Айдамирович
Официальные оппоненты:
Шляпников Владимир Александрович
доктор технических наук, профессор,
заведующий
отделом
технологии
переработки
Института
сельского
хозяйства Крыма
Вороненко Борух Авсеевич
доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский
национальный
исследовательский
университет
информационных
технологий, механики и оптики (НИУ
ИТМО)» профессор кафедры техники
мясных и молочных производств
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный
университет инженерных технологий»
Защита состоится " 8 " июля 2014 года в 1300 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.100.03 ФГБОУ ВПО «Кубанский
государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар,
ул. Московская, 2, ауд. Г-248
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО
«Кубанский государственный технологический университет»
Автореферат диссертации разослан « 6 » июня 2014 года
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд. техн. наук, доцент
Филенкова М.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность работы. Актуальной задачей на современном этапе
развития страны, характеризуемом наличием в стране значительной части
населения с отклонениями в здоровье и снижением продолжительности
жизни, является обеспечение здоровья населения за счет питания пищевыми
продуктами высокого качества. Решение этой задачи возможно путем
разработки новой техники и технологии производства высококачественных
пищевых продуктов.
Применение пряностей в пищевых продуктах - давняя традиция и
обязательное условие обеспечения их высокого качества. Основной целью
измельчения пряностей является достижение уменьшения размеров частиц
при хорошем качестве продукта в плане сохранения вкусовых качеств и
цвета. Пряности находят применение как непосредственно в измельченном
виде, так и виде экстрактов, для получения которых операция измельчения
является обязательной.
Предварительное охлаждение пряностей и постоянно поддерживаемая
в измельчителе низкая температура снижает уровень потерь летучих масел и
влаги, тем самым, сохраняя большую часть ароматических веществ,
приходящихся на единицу массы продукта. Потери летучих масел могут
быть
заметно
снижены
методом
низкотемпературного
(криогенного)
измельчения пряностей предварительно обработанных жидким азотом. При
этом возможно получение твердо-хрупкого состояния материала, а также
поддержание требуемого низкотемпературного уровня за счёт поглощения
вырабатываемого в процессе измельчения тепла, что благоприятно для
энергосбережения
при
измельчении.
Испарение
жидкого
азота
до
газообразного состояния фактически создаёт инертную и сухую атмосферу
для дополнительной защиты качества продукта.
В данной работе предпринят комплексный анализ системы процессов
криогенной обработки пряностей и последующего их измельчения. На этой
основе
разрабатывается
процесс
и
конструируется
устройство
для
низкотемпературного (криогенного) измельчения. Основными элементами
такого устройства являются предварительный охладитель и измельчитель.
Диссертационная работа выполнена в Майкопском государственном
технологическом
университете
в
рамках
инициативной
научно-
исследовательской темы Майкопского государственного технологического
университета «Совершенствование технологических приемов производства
продуктов переработки сельскохозяйственного сырья» (№ гос. регистрации
01201062580).
Цель работы – разработать процесс криогенной подготовки пряностей
к измельчению и на этой основе предложить конструкцию установки для
измельчения пряностей.
Основные задачи исследования. В соответствии с поставленной целью
определены следующие основные задачи:
- в связи с отсутствием оборудования для низкотемпературного
(криогенного) измельчения с поддержанием низкой температуры в рабочей
зоне, целесообразно разработать процесс и сконструировать устройство для
осуществления данного процесса;
- определить теоретическую основу и методику экспериментального
исследования свойств частиц пряностей как объекта измельчения;
-
определить
характеристики
деформационного
поведения
и
прочностные свойства частиц пряностей и сравнить результаты без и с
криообработкой;
- поставить и решить задачи теплопереноса в твердой фазе и
разработать методику идентификации теплофизических свойств частиц
пряностей при криогенной обработке;
- экспериментально исследовать процесс криогенной обработки
пряностей и определить теплофизические свойства частиц пряностей при
криогенной обработке;
- обосновать конструкцию аппарата для криогенной подготовки
пряностей к измельчению;
- разработать и предложить конструкцию измельчителя для пряностей
прошедших криогенную подготовку.
Научная новизна диссертации заключается в следующем: дано
математическое описание процесса замораживания частиц пряностей при
криогенной обработке жидким азотом; разработана методика и проведена
идентификация
параметров
теплофизических
свойств
пряностей
при
замораживании; представлено кинетическое уравнением передачи тепла с
подвижной границей с использованием функции Хевисайда от координаты и
времени; получен комплекс данных по коэффициенту пропорциональности,
характеризующему
скорость
движения
границы
и
коэффициентам
температуропроводности плодов перца черного горького обеих зон при
криобработке; установлены прочностные свойства плодов перца черного и
отмечено существенное снижение характеристик прочности перца в
результате криобработки.
Практическая значимость работы заключается в результатах
теоретических и экспериментальных исследований, которые позволили
разработать
научно
обоснованный
процесс
криогенной
подготовки
пряностей к измельчению.
Результаты практической разработки и создание экспериментальной
установки для криогенной подготовки и измельчения пряностей (заявка на
патент РФ на полезную модель «Установка криогенного измельчения
пряностей»,
приоритет
высокоэффективными
от
и
07.02.2014
приняты
№
2014104418)
признаны
Межрегиональным
научно-
производственным центром «Экстракт-Продукт» для совместной работы по
практической реализации на предприятии ООО ”Компания Караван” и
предприятиях-заказчиках.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на
следующих научных и научно-практических конференциях: XV международной научно-практической конференции «Современные проблемы
техники
и
технологии
пищевых
производств»,
Барнаул,
2014;
Международной
научно-практической
конференции
«Инновационное
развитие современной науки». Уфа,2014; Международной заочной научнопрактической конференции «Наука, образование, общество: тенденции и
перспективы», Москва, 2014; Международной заочной научно-практической
конференции «Перспективы развития науки и образования», Тамбов, 2014.
Публикация результатов исследования. По материалам диссертации
опубликовано 10 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах
рекомендованных ВАК при Минобрнауки России. Подана заявка на патент
РФ на полезную модель «Установка криогенного измельчения пряностей»,
приоритет от 07.02.2014 № 2014104418.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа
изложена на 114 страницах, содержит 27 рисунков и 8 таблиц. Список
использованных источников включает 127 наименований на русском и
иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 5
страницах.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
Введение
Во введении обоснована актуальность темы и сформулировано
направление исследований.
Глава 1. Литературный обзор.
В главе проанализировано состояние и развитие основных способов
измельчения твердых материалов, процесса измельчения твердых материалов
и машин для измельчения. Рассмотрены состояние науки и техники
криогенной обработки растительных материалов. Среди рассматриваемых
вопросов: теория и моделирование процесса криогенной обработки;
теплофизические свойства пищевых материалов; способы криогенной
обработки.
На основании обзора и анализа работ сделаны следующие выводы:
- Применение в пищевых продуктах пряностей в измельченном виде
широко распространено как в промышленном масштабе (например, в мясной
и
рыбной
промышленности),
так
и
в
общественном
питании,
и
непосредственно в домашних условиях. Характерной пряностью является
перец черный, который в измельченном виде находит широкое применение.
- Потери летучего масла могут быть заметно снижены методом
низкотемпературного (криогенного) измельчения.
-
Математическое
материалов
представляет
одновременными
переменными
описание
сложную
фазовыми
тепловыми
процесса
ситуацию
изменениями
свойствами,
криогенной
и
обработки
теплопередачи
(проблема
иногда,
с
Стефана)
с
и
необходимостью
учитывать проблемы анизотропии из-за состава материала.
- Аналитический подход при получении математического описания
процесса криогенной обработки может быть подразделен на три категории:
точные решения замкнутой формы, приблизительные решения замкнутой
формы, и численные решения.
- Измельчение является одной из основных операций переработки
твердофазных
материалов
в
пищевой
технологии,
создавая
высококачественные пищевые продукты, обеспечивая высокие скорости
процессов их обработки за счет увеличения удельной площади поверхности
частиц или обеспечения доступа к содержащимся внутри частиц ценным
веществам.
- Оборудование для измельчения является одним из наиболее
энергоемких и металлоемких, что предопределяет большое разнообразие
конструкций
измельчителей, которые постоянно
совершенствуются
и
создаются для перерабатываемых материалов, отличающихся по своим
свойствам.
- Механизм процесса измельчения сложный и в настоящее время
отсутствует общая теория, учитывающая свойства измельчаемого продукта,
способы ведения процесса и конструкцию оборудования.
Вышеупомянутые выводы послужили основой для определения цели
работы, а также постановки задач.
По результатам анализа научно-технической литературы и патентной
информации определены цель и задачи исследования, а также обоснована
структурная схема исследования (рисунок 1).
Рисунок – 1 Структурная схема исследования
Глава 2. Исследование свойств плодов перца черного горького
как объекта измельчения.
Теоретической основой изучения прочностных свойств плодов перца
явилась модель Герца для сжатия сферической частицы между плоскими
поверхностями – пуансоном и основанием.
Установка для снятия диаграммы сжатия состояла из разрушающего
устройства, которое представляет собой подвижный пуансон и неподвижную
матрицу, установленные на подвижной каретке, которая перемещалась с
постоянной скоростью при помощи винта от электродвигателя через
редуктор и ременную передачу. Величина нагружаемого груза (сила веса) и
соответствующая деформация единичных плодов перца фиксировались.
На рисунке 2 представлены экспериментальные
средние результаты
диаграммы нагружения сводные для плодов перца черного не подвергшихся
замораживанию и для криообработанных. Отмечается наличие двух участков
на диаграммах – начальный участок - участок упругих деформаций и второй
– участок упруго-пластичных деформаций вплоть до разрушения.
Рисунок 2 - Диаграммы нагружения для плодов перца черного не
подвергшихся замораживанию и для криообработанных
Область пластичной деформации не наступает. Участок упругой
деформации может быть описан степенной зависимостью вида:
F1  A1  s 3/ 2
где
F
- усилие нагружения, Н;
(1)
s
- абсолютная деформация, м;
A1 - коэффициент пропорциональности.
Участок упруго-пластичной деформации может быть описан линейной
зависимостью вида:
F2  A2  s  B
(2)
где A2 и B коэффициенты данной зависимости.
Из рисунка 2 видно, что криогенная обработка существенно изменяет
прочностные
свойства
перца
черного
и
сравнительные
результаты
представлены в таблице 1.
Работа разрушения криообработанных плодов перца черного горького
меньше на 93 % относительно работы разрушения плодов перца черного
горького не подвергавшихся обработке.
При измельчении пряного растительного сырья уменьшается размер
частиц и увеличивается их площадь поверхности, что обеспечивает
доступность
ценных
компонентов
таких
как
эфирное
масло
с
ароматическими веществами, которые содержатся в клеточной структуре
материала.
Таблица 1–Показатели прочностных характеристик плодов перца черного горького
Криобработанные Обычные плоды
Единицы
Параметр
плоды перца
перца черного
измерения
черного горького
горького
Эффективный
модуль
Па
3.693  107
2.242 109
упругости, E *
Модуля упругости, E1
Па
1.702  107
1.033  109
Нормальная
жесткость
Па*м
2.03  104
7.293  105
контакта, k N ,el
Модуль сдвига, G 1
Па
4.036  108
6.647 106
Напряжение, pF
Па*м
3.454  103
7.338  104
Жесткость
упругопластичной деформации
Н
7.516
94.458
в точке перехода, k N el  pl
Средняя
разрушения
работа
Энергоемкий
Дж
процесс
0,005957
измельчения
0,08789
сопровождается
нагревом
измельчаемого материала, что в случае вскрытых клеток пряного материала
ведет к потере ценных летучих компонентов. Необходимо оценить влияние
преобразования энергии при измельчении в температурные эффекты.
Температурный
преобразованием
эффект
кинетической
в
процессе
энергии
и
измельчения
работой
трения
вызван
в
зоне
измельчения. Часть эффекта связана с преобразованием энергии в процессе
размола частиц, который зависит от их начального размера, формы и
прочности.
Приводимые экспериментальные данные относятся к измельчению на
лабораторной молотковой мельнице перца черного, которое проводилось при
температуре окружающей среды с различной подачей материала в мельницу.
На рисунке 3
представлены данные по изменению температуры при
измельчении перца черного в молотковой дробилке при различной подаче
материала.
Обработка экспериментальных данных позволила получить уравнения
для измельчения с различной подачей материала
t3.5    75.95  49.43  exp  0.00317  
t5    50.39  19.45  exp  0.0035  
(3)
(4)
t7.25    41.49  12.20  exp  0.0046  
(5)
t9.5    34.17  7.65  exp  0.00608  
(6)
Для описания кинетики нагрева измельчаемого материала рассмотрим
процесс как нестационарный безградиентный нагрев. Соответственно
зависимость измельчаемого материала  к моменту времени  составит:

  t  t   0   exp  
F 

 Gт ст 
(7)
Где t – температура среды в зоне измельчения; 0 – начальная температура
материала; F – пропускная способность конвективному поверхностному
переносу
теплоты;
Gт
–
масса
материала
в
зоне
измельчения;
ст – приведенная теплоемкость материала и деталей измельчителя.
Рисунок 3 - Кривые нагрева при измельчении перца черного в молотковой
дробилке при различной подаче материала
(1 - q=3,5 кг/ч; 2 - q=5 кг/ч; 3 - q=7,25 кг/ч 4 - q=9,5 кг/ч)
Результаты
идентификации
параметров
модели
безградиентного
нагрева по экспериментальным данным представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты идентификации параметров модели безградиентного
нагрева по экспериментальным данным
Наименование
параметров
t, С
0, С
F, Вт /С
Gт, кг
ст, Дж/кг С
3,5
75,95
26,52
21,62
1,455
4702
Подача материала q, кг/час
5
7,25
50,41
41,49
30,94
29,30
22,74
24,70
1,420
1,420
4589
4422
9,5
34,37
26,52
26,83
1,420
4261
Механизм изменения температуры измельчаемого материала включает
преобразование кинетической энергии и выделение тепла при трении частиц
в зоне измельчения. Так как измельчение проводилось на молотковой
мельнице с одним и тем же объемом измельчения в зависимости от подачи
материала изменялось время измельчения. При этом с увеличением подачи
время
измельчения
уменьшалось,
и
соответственно
уменьшалась
температура.
На рисунке 4 представлены зависимости изменения температуры в зоне
измельчения и размера измельченных частиц от времени измельчения.
Видно, что температура в зоне измельчения растет линейно со временем
пребывания, а размер частиц уменьшается.
РР
Рисунок 4 - Зависимости изменения температуры в зоне измельчения и
размера измельченных частиц от времени измельчения
На рисунке 5 представлена зависимость содержания эфирных масел в
измельченном перце.
Рисунок 5 - Зависимость содержания эфирных масел в измельченном перце.
Снижение содержания летучих эфирных масел в измельченном
материале естественно объясняется ростом температуры в зоне измельчения.
Анализ зависимости (7) нестационарного безградиентного нагрева
показывает, что основным путем снижения потерь эфирного масла является
снижение начальной температуры измельчаемого материала, что возможно
за счет криогенной обработки.
Снижение потерь высокоценного эфирного масла в предлагаемой
перспективной технологии криогенного измельчения пряностей является
одним из основных факторов обуславливающих экономический эффект от
внедрения данного способа обработки продукта. Так снижение температуры
в исследуемом диапазоне при обработке материала на каждые 50С
увеличивает содержание эфирного масла пропорционально на 10%.
Эксперименты по криогенному измельчению были выполнены на той
же лабораторной молотковой мельнице и при тех же параметрах процесса,
которые использовались в опытах при температуре окружающей среды.
Криогенное охлаждение материала проводилось непосредственным
погружением в жидкий азот перед измельчением. Температура перед
криогенным измельчением составила -195оС, а после измельчения -55оС (для
безкрогенного эксперимента данные температуры были 28оС и 36оС,
соответственно). Содержание эфирного масла в продукте после данной
криогенной обработки составило 3,18 мл/100г, что на 12% больше чем при
соответствующей безкриогенной обработке (2,85 мл/100г).
После измельчения на лабораторной молотковой мельнице продукт
просеивали на сите с размером отверстий 0,4 мм. Для продукта полученного
при использовании безкриогенного способа измельчения при начальной
температуре продукта 36оС проход составил 50-55% материала, в то время
как для криообработанного сырья проход составил 70-75% , что
обуславливает возможность сокращения времени обработки при снижении
затрат энергии на измельчение.
Глава 3. Разработка процесса криогенной обработки растительных
материалов.
В связи с разработкой процесса криогенной обработки растительных
материалов
движения
необходимо
фронта
обосновать
замораживания
методику
и
определения
теплофизических
скорости
свойств
по
экспериментальным данным процесса заморозки и разморозки на основе
решения задачи теплопроводности с подвижной границей.
Данная задача решается путем введения температурных полей для
каждой отдельной фазы на основе независимого решения задачи для
полуограниченных
тел,
представленного
Лыковым
А.В.,
которые
в
преобразованном виде будут иметь вид:


x

T1 x,    A1  B1  erf 
 2  a  
1


(8)


x

T2 x,    A2  B2  erf 
 2  a  
2


(9)
На границе раздела фаз в этом случае выполняется условие сопряжения
фаз, учитывающее поглощение тепла при фазовом переходе.
1 
T1   , 
T   , 
d
 2  2
   Y0   2    
x
x
d
(10)
В результате преобразования с использованием граничных условий и
введения соотношения для описания движения границы раздела фаз /  =,
инварианты тепловых полей примут вид:


x

erf 
 2 a  
1


T1  x,   Tc  Tz  Tc  
  

erf 
2 a 
1 

(11)


x
erfс 
 2 a  
2


T2  x,   T0  T0  Tz  
  
erfс 
 2 a 
2 

Дифференцируя
(12)
полученные
инварианты
тепловых
полей
по
координате и учитывая, что координата может быть выражена   
получаем возможность, использовать эти производные для определения
неизвестного параметра  из преобразованного после подстановки условия
сопряжения (10).
Методики определения скорости движения границы фазового перехода
проверена на экспериментальных данных замораживания клубники, для
которой имеется весь набор теплофизических свойств.
Представлено кинетическое уравнение передачи тепла с подвижной
границей с использованием функции Хевисайда от координаты и времени.



T _ Ф  x,   T2  x,   Ф x      T1  x,   Ф     x

(13)
При проведении опытов по криогенной обработке черного перца
(горошек)
в
сосуде
Дьюара,
наполненном
жидким
азотом,
и
его
последующего нагрева в атмосфере воздуха при комнатной температуре,
было использована термоизолированная термопара, помещенная в центр
горошины перца и подсоединенная к универсальному преобразователю,
который, в свою очередь, подсоединен к персональному компьютеру.
Процесс замерзания перца происходил быстро. Последующий процесс
нагрева замороженного перца, в среднем, занимал около 15 минут. Запись
температуры нагрева в центре горошины перца представлена на рисунке 6.
Идентификация параметров теплового процесса горошин перца
проводилась с использованием полученных зависимостей и исходные и
полученные в результате идентификации данные следующие: dp = 4·10-3, м;
T0 = 285 К; Tc = 80 К; а1 = 1,347·10-5 м2/с; а2 = 6·10-6 м2/с; β = 1,347·10-3 м/с0,5.
Рисунок 6 - Экспериментальные (точки) и расчетные (линия) данные по
температуре при передаче тепла с подвижной границей замороженного
перца.
Глава
4.
Обоснование
технического
предложения
по
установке
измельчения пряностей с предварительной криогенной обработкой
В
работе
предлагается
использовать
двухступенчатую
схему
криогенной обработки – на первой стадии материал обдувается газообразным
азотом, который образовался при испарении жидкого азота при орошении
материала на второй стадии. Таким образом, материал и азот идут
противотоком в двухъярусном аппарате со спиральными шнеками.
Расчет удельного количества подаваемого азота к количеству сыпучего
материала определен как суммарный расход из теплового баланса для
каждого яруса установки:

M1  M 2
G
(14)
М1,М2 - расход азота кг/ч на 1 и 2 ярусе.
M2 
G  c   t ``t ` 
I  Ik
(15)
M1 
G   c`t `c  t ``
(16)
I ` I
Обоснованием преимущества двухъярусной схемы, по сравнению с
одноярусной, может служить сравнение удельных затрат жидкого азота, как
самого дорогого компонента процесса.
Для этого найдем удельное количество азота для одноярусной схемы
установки
M  c`t `c  t ```

G
I ` I k
(17)
Таким образом установлено, что двухъярусная схема криогенной
подготовки пряностей к измельчению позволяет существенно снизить
относительные затраты жидкого азота на проведение данного процесса. При
этом отмечено, что относительные затраты жидкого азота уменьшаются с
увеличением глубины замораживания.
На основании проведенных исследований разработана установка
криогенного измельчения пряностей, которая работает по предлагаемому
непрерывному способу обработки растительного материала (заявка на патент
РФ на полезную модель «Установка криогенного измельчения пряностей»,
приоритет от 07.02.2014 № 2014104418).
Устройство криогенного измельчения пряностей, включающая в себя
последовательно
соединенные
дозатор-питатель,
камера
криогенной
обработки и измельчитель, а также устройство подачи жидкого криоагента,
отличающаяся тем, что дозатор-питатель, камера криогенной обработки и
измельчитель соединены путем использования патрубков, в качестве
устройства подачи криоагента содержит резервуар в виде сосуда Дьюара с
компрессором,
а
термоизолированной
камера
и
криогенной
снабжена
обработки
спиральными
выполнена
транспортерами
с
возможностью вращения, установленными в два яруса, при этом днище
корпуса верхнего яруса перфорированное с отверстиями диаметра меньшим
размеров исходных частиц пряностей, а по оси нижнего яруса расположена
неподвижная перфорированная трубка, соединенная с резервуаром для
жидкого криоагента.
Проведенная разработка составила основу технического задания на
опытно – промышленную установку, принятую для реализации на
ООО«Компания Караван».
На рисунке 7 представлена схема устройства криогенного измельчения
пряностей. На рисунке 8 представлена конструкция камеры криогенной
обработки.
Устройство криогенного измельчения пряностей (рис. 7) состоит из
камеры криогенной обработки 1, дозатор-питателя 2, привода транспортеров
3, сосуда Дьюара 4, компрессора 5, измельчителя 6 с приводом 7. Все это
закреплено на раме 8.
Камера криогенной обработки (рис. 8) состоит из корпуса 1, шнека 2,
крышки резервного сброса паров азота 3, трубки подачи жидкого азота 4,
звездочки 5 и втулки 6.
Рисунок 7 - Схема установки для криообработки измельчения пряностей.
1 – охладитель; 2 – питатель; 3 – привод охладителя; 4 – сосуд Дьюара;
5 – компрессор; 6 – измельчитель; 7 – привод измельчителя; 8 – рама
Рисунок 8 - Схема 2-х ярусной криогенной установки со спиральными
транспортными шнеками. 1 – корпус; 2 – шнек; 3 – крышка резервного
сброса паров жидкого азота; 4 – трубка подачи жидкого азота; 5 – звездочка;
6 – втулка.
ВЫВОДЫ:
1. Криогенная обработка пряностей с жидким азотом обеспечивает
эффективное измельчение за счет изменения прочностных свойств материала
и сохранения летучих компонентов.
2. Для определения прочностных свойств плодов перца черного
(сферических частиц сжимаемых между плоскими поверхностями) при
упругой и упруго-пластичной деформации применимы соотношения между
силой контакта и деформацией полученных Герцем.
3. Эксперименты по сжатию единичных плодов перца черного горького
вплоть до разрушения проведены на установке, обеспечивающей нагружение
с постоянной скоростью, позволили установить на деформационной
диаграмме нагружения два участка: первый – участок упругих деформаций и
второй – участок упруго-пластичных деформаций.
4. Разрушение плодов перца черного горького происходит в области
упруго-пластичной деформации и область пластичной деформации не
наступает. Прочностные характеристики носят распределенный случайный
характер, так как возможны отличия по микро структуре и ориентации, а
также возможных дефектов плодов.
5. Криобработка жидким азотом плодов перца черного существенно
изменяет прочностные характеристики и при ее применении модуль
9
7
упругости уменьщается с 1.033  10 Па до 1.702  10 Па; модуль сдвига с
4.036  108 Па до 6.647 106 Па; нормальная жесткость контакта с 7.293  105
4
Па*м до 2.03  10 Па*м; работа разрушения криообработанных плодов перца
черного горького меньше на 93 %..
6. Процесс замораживания при криогенной обработке адекватно
описывается решением задачи теплопроводности с подвижной границей,
скорость которой представлена кинетическим уравнением с использованием
функции Хевисайда от координаты и времени.
7.
Комплекс
данных
по
коэффициенту
пропорциональности,
характеризующему скорость движения границы зон промерзания (β =
1,347·10-3 м/с0,5), и коэффициентам температуропроводности плодов перца
черного горького (для замороженной зоны а = 1,347·10-5 м2/с, а для талой
зоны а = 6·10-6 м2/с) получен идентификацией экспериментальных данных
процесса теплообмена криогенной обработки.
8. В результате научного исследования влияния преобразования
энергии при измельчении в температурные эффекты, то есть для описания
кинетики нагрева измельчаемого материала получена адекватная модель
процесса нестационарного безградиентного нагрева. Установлено, что
температура в зоне измельчения растет линейно со временем пребывания, а
размер частиц уменьшается.
9. Результат практической разработки процесса и техники криогенной
подготовки пряноароматического сырья к измельчению: установка для
криогенного измельчения пряностей (заявка на патент РФ на полезную
модель «Установка криогенного измельчения пряностей», приоритет от
07.02.2014 № 2014104418) признана высокоэффективным и принята
Межрегиональным научно-производственным центром «Экстракт-Продукт»
для совместной работы по практической реализации разработки.
Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:
Научные статьи в журналах, рекомендуемых ВАК при
Минобрнауки России:
1. Косова Н.В. Перспективный способ эффективной технологии переработки
пряного растительного сырья криогенным измельчением / Н.В. Косова, З.А.
Меретуков,
Е.П.
Кошевой
//
Новые
технологии.
Майкопский
государственный технологический университет. 2013 № 3.-с.23-25.
2. Косова Н.В. Теоретические основы определения прочностных свойств
растительного сырья и методика их экспериментального исследования / Н.В.
Косова, З.А. Меретуков, Е.П. Кошевой // Новые технологии. Майкопский
государственный технологический университет. 2013 № 3.-с.26-31.
3. Косова Н.В. Исследование разрушения плодов пряно-ароматического
растительного сырья сжатием. / Н.В. Косова, З.А. Меретуков, Е.П. Кошевой,
В.С.
Косачев//
Новые
технологии.
Майкопский
государственный
технологический университет. 2013 № 3.-с.31-35.
4. Косова Н.В. Влияние криогенной обработки на прочностные свойства
плодов перца черного горького. / Н.В. Косова, З.А. Меретуков, Е.П. Кошевой
// Известия ВУЗов Пищевая технология», КубГТУ, 2014 №1 –с.85-88.
Научные статьи и Материалы конференций:
5. Косова Н.В. Основные параметры теплообмена при обработке пряностей
замораживанием / Н.В. Косова, З.А. Меретуков, Е.П. Кошевой, // Материалы
XV
международной
научно-практической
конференции
«Современные
проблемы техники и технологии пищевых производств». АлтГТУ, Барнаул,
2014.- с. 38-41.
6. Косова Н.В. Эффективная технология переработки пряного растительного
сырья криогенным измельчением./ Н.В. Косова, З.А. Меретуков, Е.П.
Кошевой// Материалы международной научно-практической конференции
«Инновационное развитие современной науки», РИЦ БашГУ, Уфа, 2014. –
с.174-176.
7. Косова Н.В. Разрушение плодов перца
сжатием./ Н.В. Косова, З.А.
Меретуков, Е.П. Кошевой// Материалы международной заочной научнопрактической конференции «Наука, образование, общество: тенденции и
перспективы». Москва, 2014. –с.147-150, www.сo2b.ru
8.
Косова
Н.В. Основы
теории
определения
прочностных
свойств
растительного сырья./ Н.В. Косова, З.А. Меретуков, Е.П. Кошевой//
Материалы международной заочной научно-практической конференции
«Перспективы развития науки и образования», Тамбов, 2014. с.-87-90,
www.ucom.ru
9. Косова Н.В. Методика практического исследования прочностных свойств
растительного сырья./ Н.В. Косова, З.А. Меретуков, Е.П. Кошевой//
Материалы международной заочной научно-практической конференции
«Перспективы развития науки и образования», Тамбов, 2014. с.-85-87,
www.ucom.ru
10. Косова Н.В. Температурные зависимости процесса измельчения
пряностей. / Н.В. Косова, З.А. Меретуков, Е.П. Кошевой, В.С. Косачев//
Электронный сетевой политематический журнал «Научные труды КубГТУ»,
2014 №1, www.ntk.kubstu.ru
Условные обозначения.
Tc,
Tz,
To,
Т1
и
Т2
-
соответственно
температуры
криогенной
среды, замораживания, первой и второй фаз; Yo – влагосодержание; reff эффективный радиус частицы, определяемый как отношение объема частицы
к её площади; x – координата;  - время; а1 и а2; 1 и 2; 1 и 2; с1 и с2 –
соответственно
для
первой
и
второй
фаз
температуропроводность;
теплопроводность; плотность и удельная теплоемкость;  - теплота фазового
перехода; erf(u) - функция Гаусса.