Физико-химические и теплофизические свойства кормовых продуктов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Пищевая промышленность


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 664. 144
Ю. А. Максименко, С. В. Синяк Астраханский государственный технический университет
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ
Одной из стратегических задач исследований является использование местных ресурсов Астраханской области для получения пищевых и кормовых продуктов, имеющих спрос и конкурентоспособность на рынке РФ. Исследовались в основном не традиционно используемые, а «бросовые» и неутилизируемые виды сырья, а также экологически вредные и нерентабельные, например камыш, рогоз, осока, водные обрастания (речные водоросли), рисовая солома и шелуха, помет с. -х. животных, спиртовая барда, пивная дробина.
В разработках использовались и традиционные виды сырья, что было продиктовано целью — получить новые, более перспективные, обладающие улучшенными качествами и с более низкой себестоимостью пищевые и кормовые продукты.
Основной упор был сделан на кормопроизводство из местного сырья с использованием современных методов обработки и биосинтеза, а также на нетрадиционные продукты питания с новыми органолептическими свойствами.
Статика процессов сушки является одним из первых этапов при разработке и исследовании различных способов обезвоживания, базой для научно обоснованного анализа кинетики процессов влагоудаления.
Исследования термодинамических закономерностей взаимодействия кормовых продуктов на основе риса, кукурузы, гречки, спиртовой барды проводились тензометрическим методом.
На рис. 1 приведены изотермы сорбции экспандированной кукурузы при различных температурах. Учитывая, что растительные продукты являются сложными биополимерными системами, к ним можно применить основные положения физической химии полимерных и белковых веществ. Изотермы экспандированной кукурузы можно отнести к типу изотерм со значительным влиянием на сорбционную активность различных полярных групп.
Анализ изотерм сорбции позволил установить и количественно оценить характер изменения термодинамических составляющих уравнения Гиббса — Гельмгольца
AF = AE — T-AS, (1)
где AS, AE — соответственно изменения энтропии и внутренней энергии по влагосодержанию Up при Р, T = const.
На изотерме сорбции экспандированной кукурузы (рис. 1) можно выделить пять характерных участков (зон), разделенных точками перегиба.

1
l
/
h V
/ 1 — 7=29 3 К, 2 — 7=30 3 К

Рис. 1. Изотермы сорбции экспандированной кукурузы
Характерные участки, которые, как и точки перегиба, особенно наглядно видны при построении зависимости А" = А (ир) в полулогарифмических координатах. В этом случае изотерма 1пЛ№ = АЩ) предстает в виде ломаной линии.
Продифференцировав (1), имеем
(_ЭДР Л dUp j
т, р
(ЭДЕ ^
ЭUP j
— т ¦
T, P
r дДБ ^ Эир j
(2)
т, P
На основании (2) получены полуэмпирические зависимости свободной d (AF)fdUp), внутренней (d (AE)/dUp), связанной T-(d (AS)/dUp) энергии и термоградиентного коэффициента dp от влагосодержания (рис. 2) (концентрации сухих веществ с) и температуры T, позволившие сделать ряд обобщений и технологических рекомендаций для пищевых продуктов. Так, для экспандированной кукурузы влажность границы первой зоны Ulk = 0,099- второй — U2k = 0,119- третьей — U3k = 0,14- четвертой — U4k = 0,187. Тогда при U & lt- U1k:
0 °F _ (-0,3 930 464-T2 + 35,49 209 282-T)-U +
dUr
= Дц = RTinAw = R
T ¦
= -T ¦ R ¦
(- 0,3 930 464- T2 + 35,49 209 282- T)¦ U + (0,1 285 262-T2 -7,5 571 516-T)
(- 0,3 930 464- T — 2 + 35,49 209 282) — U +
+ (0,12 825 262- T — 2 — 7,5 571 516)
g = (- 0,3 930 464 -T — 2 + 35,49 209 282)-U + p = (- 0,3 930 464 — T2 + 35,49 209 282 — T)
+
(0,12 825 262 — T — 2 — 7,5 571 516) — (- 0,3 930 464 — T2 + 35,49 209 282 — T) '
при U1k & lt- U & lt- U2k
ЭF
ЭUr
_ Дц _ RTlnAw _ R
T •
ЭU
_ -T • R •
p j
(0,77 531 695 • T2 — 216,1 086 635 • T)• U + (- 0,6 957 051-T2 +18,36 332 643 • T) (0,77 531 695 • T • 2 — 216,1 086 635) • U +
+ (- 0,6 957 051 • T • 2 +18,36 332 643)
+
g _ (0,77 531 695 • T • 2 — 216,1 086 635) U + p _ (0,77 531 695 • T2 — 216,1 086 635 • T)
(- 0,6 957 051 • T • 2 +18,36 332 643) — (0,77 531 695• T2 -216,1 086 635• T)'
при U2k & lt- U & lt- U3k: BF
Эи
• _ _ RTlnAw _ R
T •
ЭU
_ -T • R •
pj
5
і
+
(- 0,51 686 636 • T2 +167,46 470 058 • T)• U + (0,7 453 213 • T2 — 24,43 778 409 • T)
(- 0,51 686 636 • T • 2 +167,46 470 058) U +
+ (0,7 453 213 • T • 2 — 24,43 778 409)
_ (- 0,51 686 636 • T • 2 +167,46 470 058) U '- _ (- 0,51 686 636• T2 +167,46 470 058• T) (0,7 453 213 • T • 2 — 24,43 778 409) —
(- 0,51 686 636 • T2 +167,46 470 058 • T) '
+
+
при U3k & lt- U & lt- U4k: ЭF
ЭUp
_ _ RTlnAw _ R
+
T •
ЭU
_ -T • R •
+
(0,6 365 501^T2 -13,30 389 663• T) u + (- 7,71 499 • 10−3 • T2 +1,15 523 907 • T) (0,6 365 501 • T • 2- 13,30 389 663)U +
+ (- 7,71 499 • 10−3 • T • 2 +1,15 523 907) (0,6 365 501 • T • 2 -13,30 389 663) U & quot- _ (0,6 365 501 • T2 -13,30 389 663 • T)
(- 7,71 499 • 10−3 • T • 2 +1,15 523 907) —
(0,6 365 501 • T2 -13,30 389 663 • T) '
+
при U4k & lt- U: ЭF
Эи.
_ _ RTln^ _ R •
T •
Эи
_ -T • R •
p j
(0,817 448 276 • T2 — 22,1 346 827 628 • T)• U + (- 0,134 424 828 • T2 + 3,4 935 922 884 • T) (0,817 448 276 • T • 2 — 22,1 346 827 628) U +
+ (- 0,134 424 828 • T • 2 + 3,4 935 922 884)
+
5 _ (0,817 448 276• Т • 2 — 22,1 346 827 628)-и + р _ (0,817 448 276• Т2 — 22,1 346 827 628-Т)
(- 0,134 424 828 • Т • 2 + 3,4 935 922 884) (0,817 448 276 • Т2 — 22,1 346 827 628 • Т)'-
Рис. 2. Зависимость термоградиентного коэффициента 5р от влажности для продукта «Экспандированная кукуруза»
Полученная зависимость энтропийной составляющей внутренней энергии для кукурузы, как и для ряда других продуктов, свидетельствует
о значительной гибкости макромолекул и наличии полупроницаемых мембранных оболочек (клеточных оболочек, стенок мицелл) и структурном и осмотическом механизме их взаимодействия с водой. Установлено, что для интенсификации процесса сушки подобных продуктов целесообразно диспергирование (измельчение, кипящий слой, увеличение пористости путем экспандирования и т. п.), применение поверхностных (со стороны отвода влаги) или объемных способов энергоподвода.
Результаты исследований и полученные зависимости позволяют точно реализовать математические модели тепломассопереноса при расчетах и оптимизации процесса сушки.
Для решения дифференциального уравнения переноса тепла и научного анализа процесса сушки необходимы изучение и расчет теплофизических характеристик (ТФХ) — коэффициентов температуропроводности а, теплопроводности 1 и теплоемкости с в зависимости от температуры и влажности продукта.
Определение теплофизических параметров объектов проводилось методом регулярного режима. Расчет полной удельной теплоемкости выполнялся по закону аддитивности при изменении температуры и влажности продукта.
В результате получены аппроксимирующие уравнения функций ст, X, а _ /(Ж, Т) (Ж- влажность (1 — Ж = с — массовая концентрация сухих веществ) — Т — температура) в интервале Т = 283353 К и влажности Ж = 0−1 кг/кг.
Например:
— коэффициент удельной массовой теплоемкости кормовых дрожжей
ст (Ж, Т) = (-12,502 • Т + 2035,196) • Ж2 + -
+ (8,663 • Т +1954,876) • Ж + (3,83 • Т +199,06) '
— коэффициент теплопроводности
ЦЖ, Т) = 0,44 • Ж + 0,0007 • Т — 0,14-
— коэффициент температуропроводности
а (Ж, Т) =-----, Т)---------.
'- 7 Ст (Ж, Т) • р (Ж, Т)
Для определения плотности продукта при различной влажности поР • Р
лучено уравнение по формуле аддитивности: р = м в
Рв • (1 -W) + рм •W
гдерм — истинная плотность вещества (материала) — рв — плотность воды.
Процесс сушки протекает практически без изменения объема структуры из-за высокой интенсивности. При постоянном объеме это приводит к снижению её плотности.
Для получения зависимости р от W в реальном процессе сушки необходимо определиться в значении исходной плотности продукта. Для определения текущей р" при V = const воспользуемся формулой аддитивности р" = Р" (|- W).
1 — W
Определить плотность кормовых дрожжей по формуле аддитивности (используя долю массы) не представляется возможным, так как объем раствора при данных концентрации (влажности) и температуре не равен сумме объемов его компонентов. Поэтому зависимость р = f (w, T) обычно представляется в виде таблиц, графиков и функциональных зависимостей (формулами) на основе экспериментальных данных.
Плотность определялась в зависимости от агрегатного состояния, влажности и структуры продукта с помощью набора вискозиметров и методом взвешивания — вытеснения. Результаты обработки экспериментальных данных представлены в таблице.
Определение насыпной плотности кормовых дрожжей (товарная продукция)
Величина Единица измерения Номер эксперимента
1 2 3 4 5
Объем, V м3 0,2 0,5 0,7 0,8 0,9
Масса, т кг 0,8 134 0,20 734 0,28 751 0,32 726 0,37 780
Плотность, р кг/м3 406,7 414,68 410,729 409,075 419,778
Среднее значение плотности кг/м3 412,1924
Функциональная зависимость плотности кормовых дрожжей от влажности и температуры (на основе экспериментальных данных) следующая:
p (W, T) = (3,12 816 073−10−4 • T4 -0,418 838 442• T3 +
+ 210,89 788 • T2 — 46 786,185 • T + 3 902 703,72) • W2 —
— (2,930 802 531 • 10−4 • T4 — 0,3 927 111 688 • T3 +197,1 317 671- T2 —
— 43 932,3805 • T + 3 667 595,612) • W +1380.
Данные о теплофизических и физико-химических свойствах кормовых продуктов, полученные в результате исследований, позволяют реализовать математическую модель и оптимизировать процесс сушки.
Получено 21. 02. 05 PHYSICAL-CHEMICAL PROPERTIS OF FEEDSTUFF
Yu. A. Maksimenko, S. V. Sinyak
Experimental data on physical-chemical and thermal properties are presented for expandered, pelleted and powdered feedstuff as well as for products of microbiological synthesis for optimization of preliminary treatment and drying.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой