Скорость нагрева свеклы при ИК-энергоподводе

Библиографический список

1. Чудаков Е.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. — М.: Колос, 1972. — С. 260-280.

2. Гуревич Л.В., Меламуд Р.А. Тормозное управление автомобиля. — М.: Транспорт, 1978. — 152 с.

3. Горшков Ю.Г. Повышение эффективности функционирования системы «дифференциал — пневматический колесный движитель — несущая поверхность» мобильных машин сельскохозяйственного назначения: дис. ... докт. техн. наук. — Челябинск, 1999. — 311 с.

4. Кульпин Э.Ю. Повышение эффективности эксплуатации грузовых автомобилей в сельском хозяйстве автоматическим подтор-маживанием буксующего колеса: дис. ... канд. техн. наук. — Челябинск, 2012.

5. Гребенщикова О.А. Улучшение условий и охраны труда операторов мобильных колесных машин в условиях сельского хозяйства: дис. ... канд. техн. наук. — Челябинск, 2012.

6. Gartman N. Entscheidet beim Landwirt-sohftstor der Reifen uber Zugrft // Schweiz Landechn. — 1975. — № 3. — 156 р.

7. Крестовников Г.А. Исследование механизма блокировки и самоблокирующихся дифференциалов // Проблемы повышения проходимости колесных машин: сб. ст. — М.: АН СССР, 1959.

References

1. Chudakov E.A. Osnovy teorii i rascheta traktora i avtomobilya. — M.: Kolos, 1972. — S. 260-280.

2. Gurevich L.V., Melamud R.A. Tormoznoe upravlenie avtomobilya. — M., Transport, 1978. — 152 s.

3. Gorshkov Yu.G. Povyshenie effektivnosti funktsionirovaniya sistemy «differentsial-pnevmaticheskii kolesnyi dvizhitel' — nesush-chaya poverkhnost'» mobil'nykh mashin sel'skokhozyaistvennogo naznacheniya: Diss. ... dokt. tekhn. nauk. — Chelyabinsk, 1999. — 311 s.

4. Kul'pin E.Yu. Povyshenie effektivnosti ekspluatatsii gruzovykh avtomobilei v sel'skom khozyaistve avtomaticheskim podtormazhiva-niem buksuyushchego kolesa: Diss. ... kand. tekhn. nauk. — Chelyabinsk, 2012.

5. Grebenshchikova O.A. Uluchshenie uslovii i okhrany truda operatorov mobil'nykh koles-nykh mashin v usloviyakh sel'skogo khozyaistva: Diss. ... kand. tekhn. nauk. — Chelyabinsk, 2012.

6. Gartman N. Entscheidet beim Landwirt-sohftstor der Reifen uber Zugrft // Schweiz Landechn. — 1975. — No. 3. — 156 p.

7. Krestovnikov G.A. Issledovanie mekha-nizma blokirovki i samoblokiruyushchikhsya diffe-rentsialov // Problemy povysheniya prokhodi-mosti kolesnykh mashin: sb. st. / AN SSSR. — M., 1959.

УДК 621.365.46.014.144:664.8.039.5:635.11

И.В. Алтухов, В.Д. Очиров

I.V. Altukhov, V.D. Ochirov

СКОРОСТЬ НАГРЕВА СВЕКЛЫ ПРИ ИК-ЭНЕРГОПОДВОДЕ HEATING RATE BEET WHEN DRIED WITH INFRARED ENERGY SUPPLY

Ключевые слова: скорость нагрева, свекла, сушка, температура нагрева, ИК-энергоподвод, постоянная времени нагрева, геометрические и теплофизические свойства, питательные вещества, средневолновое излучение, влагосодер-жание.

Представлены теоретически определенные данные по скорости нагрева измельченных корнеплодов свеклы в зависимости от геометрических и теплофизических свойств при удалении влаги из корнеплодов инфракрасным излучением. Размеры измельченных корнеплодов свеклы варьируются в интервале от 25x3*3 до 40*6*6 мм. Содержание влаги в продукте изменяется в пределах от 80 до 10%. Расчеты проведены для диапазона температур от 40 до 600С. Приведено условие оптимальной обработки свеклы: скорость нагрева материала до предельно допустимой температуры в процессе обработки их инфракрасным излучением не должна превышать значений,

получаемых в результате деления предельно допустимой температуры для данного материала и процесса на постоянную времени нагрева материала. Также приведено выражение для постоянной времени нагрева: постоянная времени нагрева определяется как такое время, в течение которого превышение температуры материала достигло бы установившегося значения, если бы не было отдачи теплоты в окружающую среду. Полученные данные представлены в табличном и графическом вариантах. Анализ кривых показывает, что скорость нагрева увеличивается при снижении влагосодержания и уменьшения размеров измельченных корнеплодов. Для свеклы скорость нагрева варьируется в мягких режимах — от 0,1 до 1,20С/с. В связи с чем можно сделать вывод, что в начале процесса сушки свеклы для быстроты процесса необходимо подводить высокую температуру, а с постепенным удалением влаги температуру нагрева необходимо снижать в зависимости от влагосодержания.

Keywords: heating rate, beet, drying, heating temperature, infrared (IR) energy supply, heating time constant, geometric and thermophysical properties, nutrients, medium wave radiation, moisture content.

Theoretically determined data on heating rate of chipped beet roots depending on their geometrical and thermophysical properties at moisture removal by infrared radiation is discussed. The dimensions of chipped beet roots range from 25 * 3 * 3 to 40 * 6 * 6 mm. The moisture content of the product ranges from 80% to 10%. The calculations are performed for the temperature range from 40 to 60°C. The following optimal condition of beet treatment is presented: the material heating rate to the maximum allowable temperature when dried by infrared radiation should not exceed the values obtained by divid-

ing the maximum allowable temperature for that material and the process by the constant of material heating time. The following expression for the heating time constant is presented: the heating time constant is defined as the time during which the temperature rise of the material would reach a steady-state value provided there is no return of heat to the environment. The obtained data are presented in tabular and graphical form. The analysis of the curves shows that the heating rate increases with lower moisture content and decreased size of the chipped roots. The rate of beet heating varies within moderate ranges: from 0.1 to 1.2°C s. Therefore, it may be concluded that in the beginning of beet drying high temperature should be applied to accelerate the process, and with gradual moisture removal the heating temperature should be reduced depending on moisture content.

Алтухов Игорь Вячеславович, к.т.н., доцент, каф.

энергообеспечения и теплотехники, Иркутская

государственная сельскохозяйственная академия. E-mail: altukhigor@yandex.ru.

Очиров Вадим Дансарунович, к.т.н., зав. каф.

энергообеспечения и теплотехники, Иркутская

государственная сельскохозяйственная академия. E-mail: ochirov@igsha.ru.

Altukhov Igor Vyacheslavovich, Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Chair of Power Supply and Heat Egi-neering, Irkutsk State Agricultural Academy. E-mail: altukhigor@yandex.ru.

Ochirov Vadim Dansarunovich, Cand. Tech. Sci., Head, Chair of Power Supply and Heat Egineering, Irkutsk State Agricultural Academy. E-mail: ochi-rov@igsha.ru.

Введение

На сегодняшний день применение ИК-из-лучения для сушки сырья — это один из самых распространенных технологических процессов, используемых в химической, фармацевтической, пищевой промышленности и АПК [1-3].

Цель исследования — определение скорости нагрева корнеплодов свеклы при ИК-об-работке в зависимости от геометрических и теплофизических характеристик.

Объекты и методы

Как известно, чем быстрее производится сушка, тем выше качество полуфабриката. Скорость сушки во многом зависит от температуры теплоносителя [4]. Поэтому в процессе сушки должен быть задан такой температурный режим ИК-нагрева для сырья, который будет оптимальный, в зависимости от его биохимических, геометрических и теп-лофизических свойств.

Режим сушки характеризуется температурным уровнем процесса, т.е. начальной и конечной температурами сушки. Этот параметр влияет не только на продолжительность сушки, но и на качество высушенного материала.

Для круглогодичного сохранения корнеплодов свеклы с высокой концентрацией питательных веществ ее необходимо хранить при влагосодержании 10%. Начальное влаго-содержание свеклы после уборки составляет 75-80%. Оптимальный диапазон температур сушки измельченных корнеплодов свеклы при ИК-энергоподводе находится в пределах от 40 до 600С.

Условие оптимальной обработки свеклы сформулируем следующим образом:

t

Т

где Упред.д8п. — предельно допустимая скорость нагрева, С/с;

/преддоп. — предельно допустимая температура нагрева, С;

Т — постоянная времени нагрева, с.

Выражение для определения постоянной времени нагрева [5, 6]:

Т=oP. L,

а F

где с — удельная теплоемкость продукта, Дж/кг-°С;

р — плотность продукта, кг/м3; V — объем продукта, м3; а — коэффициент теплообмена продукта, Дж/(м2-°С-с);

F — площадь внешней поверхности продукта, м2.

Отношение К. представляет собой обоб-

р

щенный показатель геометрической характеристики продукта. Этот показатель можно определить при наличии геометрических размеров продукта. Размеры измельченных корнеплодов свеклы варьируются в интервале от 25x3*3 до 40x6x6 мм.

Результаты исследований

Нами по формулам (1) и (2) определены данные по скорости сушки свеклы при облучении средневолновым ИК-излучением [7, 8] в зависимости от геометрической характеристики и содержания влаги (табл., рис.).

v

Таблица

Значения скорости нагрева свеклы в зависимости от геометрических характеристик и содержания влаги

Содержание влаги, % Температура нагрева, 0С

40 45 50 55 60

10 0,769-0,210 0,865-0,236 0,961-0,263 1,057-0,289 1,153-0,315

20 0,655-0,180 0,737-0,202 0,819-0,225 0,901-0,247 0,983-0,270

30 0,579-0,157 0,652-0,177 0,724-0,196 0,797-0,216 0,869-0,263

40 0,512-0,139 0,576-0,157 0,641-0,174 0,705-0,192 0,769-0,209

50 0,465-0,125 0,523-0,141 0,581-0,157 0,639-0,172 0,697-0,188

60 0,416-0,114 0,468-0,128 0,520-0,142 0,572-0,157 0,625-0,171

70 0,384-0,104 0,432-0,117 0,480-0,130 0,528-0,143 0,576-0,157

80 0,353-0,096 0,398-0,108 0,442-0,120 0,486-0,132 0,530-0,144

д

Рис. Скорость нагрева корнеплодов свеклы при температуре нагрева: а - \ = 40°С; б - \ = 450С; в - \ = 50°С; г - \ = 550С; д - \ = 600С

Анализ кривых показывает, что скорость нагрева увеличивается при снижении влагосо-держания и уменьшения размеров измельченных корнеплодов. Для свеклы скорость нагрева варьируются в мягких режимах — от 0,1 до 1,20С/с.

Заключение

Можно сделать вывод, что в начале процесса сушки свеклы для быстроты процесса необходимо подводить высокую температуру, а с постепенным удалением влаги температуру нагрева необходимо снижать в зависимости от влагосодержания.

Библиографический список

1. Алтухов И.В., Очиров В.Д. Анализ способов сушки пищевых продуктов // Вестник Иркутской государственной сельскохозяйственной академии. — 2009. — № 36. — С. 16-21.

2. Попов В.М., Афонькина В.А., Шукшина Е.И. Сушка термолабильных культур в ИК-диапазоне с учетом оптических свойств продукта // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. — 2012. — № 37. — С. 90-92.

3. Худоногов И.А., Очиров В.Д. Влияние режимов ИК-энергоподвода на качественные и количественные показатели сушеных корнеплодов моркови // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2010. — № 8. — С. 73-77.

4. Пиляева О.В., Книга Ю.А. Основные направления энергосбережения при эксплуатации зерноочистительно-сушильных комплексов сельскохозяйственного назначения // Технические науки — от теории к практике. — 2013. — № 19. — С. 86-90.

5. Алтухов И.В., Очиров В.Д. Теплофизи-ческие характеристики как основа расчета постоянной времени нагрева сахаросодер-жащих корнеплодов в процессах тепловой обработки // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. — 2010. — № 4. — С. 134-139.

6. Алтухов И.В., Очиров В.Д., Федотов В.А. Определение скорости нагрева топинамбура в процессе сушки инфракрасным излучением // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2013. — № 1. — С. 14-15.

7. Алтухов И.В., Очиров В.Д. Оптические свойства сельскохозяйственных продуктов растительного и животного происхождения // Вестник Иркутской государственной сельскохозяйственной академии. — 2009. — № 37. — С. 43-49.

8. Худоногов И.А., Очиров В.Д. Сравнительные исследования спектральных терморадиационных характеристик корнеплодов моркови с использованием аналогового и цифрового приборов / / Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2010. — № 11. — С. 74-78.

References

1. Altukhov I.V., Ochirov V.D. Analiz spo-sobov sushki pishchevykh produktov // Vest-nik Irkutskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaist-vennoi akademii. — 2009. — № 36. — S. 16-21.

2. Popov V.M., Afon'kina V.A., Shukshi-na E.I. Sushka termolabil'nykh kul'tur v IK-diapazone s uchetom opticheskikh svoistv pro-dukta // Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosu-darstvennogo universiteta. Seriya: Energetika. —

2012. — № 37. — S. 90-92.

3. Khudonogov I.A., Ochirov V.D. Vliya-nie rezhimov IK-energopodvoda na kachestven-nye i kolichestvennye pokazateli sushenykh kor-neplodov morkovi // Vestnik Altaiskogo gosu-darstvennogo agrarnogo universiteta. — 2010. — № 8. — S. 73-77.

4. Pilyaeva O.V., Kniga Yu.A. Osnovnye napravleniya energosberezheniya pri ekspluatat-sii zernoochistitel'no-sushil'nykh kompleksov sel'skokhozyaistvennogo naznacheniya // Tekhnicheskie nauki — ot teorii k praktike. —

2013. — № 19. — S. 86-90.

5. Altukhov I.V., Ochirov V.D. Teplofizi-cheskie kharakteristiki kak osnova rascheta postoyannoi vremeni nagreva sakharosoderz-hashchikh korneplodov v protsessakh teplovoi obrabotki // Vestnik Krasnoyarskogo gosu-darstvennogo agrarnogo universiteta. — 2010. — № 4. — C. 134-139.

6. Altukhov I.V., Ochirov V.D., Fedo-tov V.A. Opredelenie skorosti nagreva topi-nambura v protsesse sushki infrakrasnym izlu-cheniem // Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaistva. — 2013. — № 1. — S. 14-15.

7. Altukhov I.V., Ochirov V.D. Opticheskie svoistva sel'skokhozyaistvennykh produktov ras-titel'nogo i zhivotnogo proiskhozhdeniya // Vestnik Irkutskoi gosudarstvennoi sel'skokho-zyaistvennoi akademii. — 2009. — № 37. — S. 43-49.

8. Khudonogov I.A., Ochirov V.D. Sravni-tel'nye issledovaniya spektral'nykh termoradiat-sionnykh kharakteristik korneplodov morkovi s ispol'zovaniem analogovogo i tsifrovogo pribo-rov // Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. — 2010. — № 11. — S. 74-78.

^ + +