ВАКУУМНАЯ СВЧ-УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ СРЕД

Изобретение относится к технике лабораторных исследований процесса вакуумного обезвоживания пищевых сред с использованием СВЧ энергии и может быть использовано в безалкогольной, кондитерской и других отраслях промышленности.
Известно экспериментальное устройство контроля влажности материала в вакууме [А.С. №1359606 Кл. F26В 5/06, 25/22 15.12.87. Бюл. №46], включающее сушильную камеру с размещенной внутри нее кассетой с материалом, взаимодействующей с весами и установленной на подставке, которая выполнена в виде винтовой пружины, сила упругости которой компенсирует массу кассеты.
Известны лабораторные вакуумные установки для исследования процесса сублимации во вращающемся барабане [Бляхман Д.А. Исследование процесса вакуум-сублимационной сушки хлебопекарных дрожжей на инертных носителях: Автореф. дис. ... канд. техн. наук /Воронежская государственная технологическая академия. - Воронеж, 2001. - 17 с.], [Кретов И.Т., Антипов С.Т., Шахов С.В., Эйхаб Хасан Исследование процесса сублимационной сушки молочных заквасок // Хранение и переработка сельхозсырья. - 1996. - №4. - С.15-16], включающие вакуумную камеру, внутри которой для регистрации потери массы в процессе сушки установлены весы фирмы «Sartorius», на чаше которых размещена лабораторная установка, представляющая собой каркас из алюминиевых уголков, на котором крепятся опорные ролики, удерживающие перфорированный барабан, при этом установки снабжены измерительными и контролирующими приборами: амперметром, вольтметром, блоком управления ИК-нагревателем - ЛАТР, блоком управления приводом перфорированного барабана.
Недостатком известных экспериментальных и лабораторных вакуумных установок для сушки пищевых сред являются большие погрешности результатов экспериментов применяемых в них весового способа определения убыли массы, вызванные размещением на чаше весов лабораторной установки, имеющей привод, являющийся источником вибрации и электрических проводов, влияющих на показания весов, а также невозможность использовать в данных установках СВЧ-энергоподвод.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к предполагаемому являются вакуумные установки для исследования процесса сублимационного обезвоживания в поле СВЧ [Моисеева И.С. Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки зародышей зерна пшеницы: Автореф. дис. ... канд. техн. наук /Воронежская государственная технологическая академия. - Воронеж, 2005. - 20 с.], [Белозерцев А.С. Разработка способа сублимационной сушки в поле СВЧ продукта на основе форменных элементов крови убойных животных: Автореф. дис. ... канд. техн. наук / Воронежская государственная технологическая академия. - Воронеж, 2004. - 20 с.], содержащие вакуумную камеру сублимационной установки, весы с установленной на их чаше СВЧ-камерой с волноводом для изучения кинетики сушки, блок манометров, потенциометр КСП-4 и блок управления магнетронами.
Недостатком известных вакуумных установок для исследования процесса сублимационного обезвоживания в поле СВЧ являются большие погрешности измерений, связанные с вибрацией весов, вызванной работой вакуум-насоса и привода сушильной установки, что существенно влияет на характер кривых сушки, а также трудностью снятия показаний аналитических весов, расположенных в вакуумной камере.
Технической задачей изобретения является повышение точности измерений показаний убыли массы, путем устранения погрешностей измерений, вызванных работой вакуум-насоса и привода сушильной установки и упрощение
процедуры снятия показаний в процессе вакуумного обезвоживания пищевых сред.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в вакуумной СВЧ-установке для лабораторных исследований процесса обезвоживания пищевых сред, содержащей вакуумный корпус сушильной установки, внутри которой размещена СВЧ-камера с ячейкой для продукта, подключенной к системе вакуумирования, телообменник с охлаждающим устройством и систему измерения убыли массы в процессе обезвоживания продукта, новым является то, что теплообменник последовательно соединен со сборником для конденсата в виде бюретки с градировочной шкалой, а ячейка для продукта выполнена из радиопрозрачного материала для СВЧ-поля и имеет перфорированное двойное дно, при этом поддонная часть ячейки соединена с системой подачи инертного газа.
Технический результат заключается в повышении точности измерений показаний убыли массы путем устранения погрешностей измерений, вызванных работой вакуум-насоса и привода сушильной установки, и упрощении процедуры снятия показаний в процессе вакуумного обезвоживания пищевых сред.
На фиг.1 представлена схема вакуумной СВЧ-установки для лабораторных исследований процесса обезвоживания пищевых сред, на фиг.2 - ячейка для продукта, на фиг.3 - фото вакуумной СВЧ-установки для лабораторных исследований процесса обезвоживания пищевых сред, на фиг.4 - пример кинетических зависимостей, полученных на вакуумной СВЧ-установке для лабораторных исследований.
Вакуумная СВЧ-установка для лабораторных исследований процесса обезвоживания пищевых сред (фиг.1-3) включает СВЧ-камеру, в качестве которой используется микроволновая печь 9 периодического действия (например, мощностью 900 Вт), внутри которой размещена ячейка 12 с продуктом, которая с помощью системы гибких вакуумных шлангов подключена к системе вакуумирования и системе подачи инертного газа.
В систему вакуумирования входит роторный вакуум-насос 1 (например, Р5-1), работающий от электродвигателя 2 (например, мощностью
0,4 кВт), шаровой кран 3 для регулирования и перекрытия вакуума, вакуумметр 4 (например, марки МВТП-160) для измерения остаточного давления, воздушный фильтр 5 (например, марки БВ 41-14 (ЧЭГ)) для отделения капель жидкости от паро-воздушной смеси, конденсатор 7 в виде теплообменника для охлаждения паро-воздушной смеси с целью ее полной конденсации и накопления в сборнике, выполненном в виде бюретки 6, а также охлаждающее устройство в виде ультратермостата 8 (например, марки UTU-2/77), работающее в диапазоне температур -30°С...200°С для охлаждения межвиткового пространства конденсатора 7.
При этом воздушный фильтр 5 для отделения капель жидкости от паро-воздушной смеси и сборник, выполненный в виде бюретки 6 с градировочной шкалой, образуют систему измерения убыли массы в процессе обезвоживания.
В систему подачи инертного газа входит баллон 10 с инертным газом (например, диоксидом углерода или азотом) и манометр 11 (например, марки МТ - УХЛ3) для измерения давления газа.
Вакуумная СВЧ-установка для лабораторных исследований процесса обезвоживания пищевых сред (фиг.1-3) работает следующим образом.
В качестве объектов исследований пищевых сред в данной установке могут быть как жидкие, так и высоковязкие продукты.
В поддонную часть ячейки 12 (фиг.2) подают инертный газ, который вытесняет воздух, что исключает окисление липидных составляющих продукта в результате взаимодействия кислорода воздуха при его последующем вспенивании.
Затем исследуемый продукт помещают на носитель ячейки 12 и открывают шаровой кран 3. Одновременно включают ультратермостат 8 электродвигатель 2, передающий вращение на ротор вакуум-насоса 7 с помощью клиноременной передачи. При этом наблюдают за процессом снижения давления по вакуумметру 4 и при достижении требуемого давления включают печь 9 на заданный промежуток времени. При этом продукт
вспенивается под действием разряжения и прохождения инертного газа через него, а его поры заполняются инертным газом, молекулы которого образуют с испарившимися из продукта молекулами воды ассоциированные группы молекул, суммарно обладающие большей энергией, чем отдельно, входящие в их состав молекулы воды и газа, что препятствует обратной конденсации молекул воды на более холодных слоях продукта.
При этом молекулы газа выступают в качестве дополнительной конвективной составляющей энергоподвода.
кoнд
В процессе сушки через равные промежутки времени снимаются показания количества конденсата g по градуированной шкале бюретки 6.
Косвенный способ определения удаления влаги из продукта по количеству конденсата в бюретке 6 вызван тем, что в вакуумных аппаратах затруднена возможность отбора проб исследуемого продукта, для определения текущей влажности.
i
Для анализа процесса вакуум-сублимационного обезвоживания необходимо построение кривых кинетики сушки (фиг.4), поэтому для их построения находят текущие значения массы G по формуле:
i
конд
нач
G=G-g
Полученные таким образом текущие значения массы, при известной начальной и конечной влажности продукта, пересчитывают в значения текущей влажности по убыли массы.
Для обеспечения точности проведения эксперимента использована методика построения кривой сушки, в основу расчета которой приняты оба значения измерения влажности - начальное и конечное. Это позволяет распределить погрешность эксперимента на всю длину кривой сушки, снижая ошибку при дальнейшей ее обработке.
Текущую влажность материала  вычисляют по отношению массы влаги в продукте по отношению к массе абсолютно сухого вещества:
i
c
где G - текущая масса продукта, кг; g - масса сухих веществ, кг.
i
C
Данная формула позволяет получать значения текущей влажности  по экспериментальным данным текущего показания весов G, по которым строится кривая сушки в координатах W-τ.
При этом массу абсолютно сухого вещества находили по формуле:
нач
кон
где G, G - показания весов соответственно в начале и конце сушки;
нач
кон
W, W - относительная влажность продукта до и после сушки.
Преимущества вакуумной СВЧ-установки для лабораторных исследований процесса обезвоживания пищевых сред по сравнению с существующими заключаются в том, что:
- соединение теплообменника последовательно со сборником в виде бюретки с градировочной шкалой позволяет повысить точность измерений показаний убыли массы путем устранения погрешности измерений, вызванных работой вакуум-насоса и привода сушильной установки и упростить процедуру снятия показаний в процессе вакуумного обезвоживания пищевых сред;
- выполнение ячейки для продукта из радиопрозрачного материала для СВЧ-поля с двойным перфорированным дном, поддонная часть которой соединена с системой подачи инертного газа, позволяет исследовать процесс вакуумной сушки пищевых сред во вспененном состоянии в СВЧ-поле, что расширяет диапазон исследований.