Файл: Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 279

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

В поле СВЧ мощность внутренних источников

Яу = 0,555£2/ е".

(III—148)

Зависимость е" замороженных продуктов в области отрицательных 1 от температуры можно описать экспоненциальным уравнением

 

 

 

е" = A1eKi,

 

(111—149)

где Ai

и К — постоянные коэффициенты, определяемые эксперимен­

Для

тально.

 

напряженности поля и частоты

постоянных

значений

 

 

 

qv =

0,555At E*feKt

 

или

 

 

4v = A,eKi.

 

 

 

 

 

 

(Ill—150)

Обозначив A2 =

— , получают дифференциальное уравнение тепло-

проводности:

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dH

1

dt

+ Ае

Kt

(III—151)

 

 

----- +

----- • —

= 0 .

 

 

dr2

г

dr

 

 

 

Граничные условия дают возможность для определения уравнений

температурной кривой:

 

 

 

 

 

 

*1,2 — —'К ■In

 

 

AR2

+

 

 

— Kt

 

 

 

 

 

_ 2

S±/

- K t n_ A R *

 

 

 

 

;

 

 

+

 

 

2R*

 

 

(III—152)

 

 

 

 

 

 

 

Анализ уравнений показывает,

что при достаточно высоких давле-

ниях в камере, когда выполняется условие е

Kf

Л

п < — —, стационарное со­

стояние невозможно, а при более низких давлениях

возможны два стацио­

нарных

состояния: первое

t^r)

— неустойчивое,

t2(r) — устойчивое.

Напряженность электрического поля в сублимационной ка­ мере, работающей под вакуумом, ограничивается величиной на­ пряженности пробоя, которая принимает малые значения при снижении давления. Так, на частоте 915 МГц для воздушного зазора в 10 см напряженность пробоя снижается от 30 000 В/см при атмосферном давлении до 100 В/см и менее в вакууме [154, 159]. Когда электрическое поле достигает пробойной напряжен­ ности, имеет место разряд, который поглощает СВЧ-энергию и может вызвать ожог продукта. Для ускорения процесса суб­ лимационной сушки мощность, подводимая к замороженному

1 4*

419

продукту, должна

быть по меньшей мере равной 0,2 Вт/см3,

а напряженность

поля— ниже точки пробоя [154]. Достичь

этого можно, используя очень высокие частоты (сотни мегагерц и выше). Наиболее употребительны при сублимационной сушке частоты от 400 до 10 000 МГц.

Рабочие СВЧ-камеры должны быть сконструированы так, чтобы электрическое поле в продукте было как можно большим от максимума напряженности поля в окружающем вакууме. Отношение напряженности электрического поля в продукте к напряженности поля пробоя в вакууме зависит от многих фак­ торов: размеров вакуумного пространства, направления поля

идиэлектрических свойств продуктов.

Внастоящее время исследует эффективность использования СВЧ-энергоподвода при сублимационной сушке на установках периодического и непрерывного действия. В установках перио­ дического действия используют главным образом резонаторные камеры прямоугольного и круглого сечения. Недостатком этих установок, помимо периодичности процесса, является неравно­ мерность нагрева продукта в разных точках камеры.

Многочисленные экспериментальные работы [155,156] по­ казывают, что длительность сублимационной сушки при СВЧэнергоподводе можно сократить на порядок по сравнению с сушкой при радиационном энергоподводе. Так, при сублима­ ционной сушке измельченной говядины (толщина слоя 25,4 мм) до влажности 0,5 и 10% при радиационном и СВЧ-энергоподводе на частоте 915 МГц при начальной влажности 60%, установлено, что сушка до постоянной массы длится соответственно 22 и 2,5 ч (отношение времени сушки 9 : 1). До 5%-ного содержания влаги продолжительность сушки соответственно 15,5 и 2,25 ч (7 : 1).

Особенно эффективно использование СВЧ-сушки на конечной стадии процесса. Например, снижение содержания влаги в образ­

це с

10 до 5% при радиационном энергоподводе достигается за

2 ч,

а при СВЧ-сушке — за 8 мин (15 : 1). Характеристика не­

которых продуктов с конечным содержанием влаги 2%, высушен­ ных в поле СВЧ и при радиационном энергоподводе, приведена в табл. 110.

Сублимационные установки непрерывного действия более при­ годны для использования в них СВЧ-энергии. При непрерывном продвижении через рабочую камеру продукт нагревается в поле СВЧ. В этом случае можно использовать электромагнитные поля одного типа волн, нагрузка на СВЧ-генератор остается практи­ чески постоянной.

При использовании волновода постоянного сечения в качест­ ве рабочей камеры нагрев продукта по длине конвейерной ленты будет не одинаковым. Для больших СВЧ-систем сублимационной сушки очень важно использовать устройства, которые дают рав-

420

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

110

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У д е л ь н а я

м ощ -

1 Э ф ф екти вн о сть

 

 

Д л и т е л ь н о с т ь

суш ки

М акси м ал ьн ая

ск о р о сть

с у б ­

кость

С В Ч -эн ер -

п р о ц е с с а , к г

с у ­

 

 

ли м ац и и ,

к г

во д ы

на

к г

гн и .

к В т

на к г

хого

п р о д у к та

 

 

до 2% -н ой в л аж н о сти , мин

су х о го

о с т ат к а в

час

 

зам о р о ж ен н о го

на

к В т -ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п р о д у к т а

С В Ч -зн ер гн к

П р о д у к т

Т олщ и н а

С В Ч -н агр ев

 

С В Ч -н агр ев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с л о я , см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

радиационны й

 

915

р ад и ац и о н ­

632

915

632

915

 

 

632

915

н аг р е в

632

ны й н аг р ев

М Г ц

М Г ц

М ГЦ

М Г ц

 

 

М Г ц

М Г ц

 

М ГЦ

М Г ц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Измельченная говядина

0,63

145

142

—

0,687

0,749

 

—

0,23

 

0,23

0,685

0,815

 

1,27

145

130

455

0,985

0,875

0,478

0,344

0,258

0,603

0,675

 

1,90

160

138

—

0,728

1,030

 

—

0,250

0,234

0,615

0,75

 

2,54

170

145

1090

0,738

0,735

0,261

0,250

0,254

0,657

0,73

 

3,81

189

—

—

0,778

 

—

 

—

0,272

—

0,675

 

—

Целые вареные креветки

1,27

153

155

420

1,480

1,41

0,562

0,332

0,316

0,417

0,395

Лущеный горох

1,90

—

155

480

—

1,70

 

—

—

 

0,292

—

0,277

 

3,17

—

145

—

—

1,75

 

—

—

0,283

—

0,284

 

6,34

—

145

—

—

 

—

 

—

—

 

—

—

 

—

Картофельное пюре

1,27

 

253

630

 

1,38

0,695

 

 

 

 

 

 

номерный нагрев. Нагрев в поле стоячей волны крайне нежела­ телен, так как в этом случае напряженность поля в пучностях увеличивается. Следовательно, во избежание пробоя приходится снижать допустимую мощность. При этом уменьшается произ­ водительность установки. Если же необходимо сохранить про­ изводительность установки неизменной, нужно увеличивать дли­ ну волновода. Опасность возникновения стоячих волн можно свести к минимуму путем изготовления волновода и конвейерной ленты длиной, достаточной для практически полного поглоще­

 

 

 

ния СВЧ-энергин. Так

 

 

 

как энергия в

продукте

 

 

 

в этом

случае затухает

 

 

 

экспоненциально

с рас­

 

 

 

стоянием

от источника,

 

 

 

то большая часть длины

 

 

 

конвейерной

ленты по­

 

 

 

чти бесполезна для про­

 

 

 

цесса.

Избежать

этого

 

 

 

можно

путем

ограниче­

 

 

 

ния

отдаленного

конца

Рис. 185.

Суживающееся волноводное

волновода

балластной

устройство

для непрерывной

СВЧ суб­

нагрузкой,

используя

лимационной сушки:

 

для

нагрева

продукта

/ — с у ж и в а ю щ и й с я во л н о в о д : 2— к о н в е й е р н а я

только бегущую волну.

л е н т а и з д и э л е к т р и ч е с к о г о м а т е р и а л а ; 3 — з а ­

п р е д е л ь н о е

о тв е р с ти е в о л н о в о д а ;

4— а н т е н ­

Интересный тип СВЧ-

н ы е ш ты р и ;

5 —к о а к с и а л ь н ы е к а б е л и ; 6—д е ­

волноводного устройства

л и т е л ь м о щ н о сти .

 

 

 

 

показан

 

на

рис.

185.

Волновод сужается так, что продукт равномерно нагревается почти по всей длине уст­ ройства, которая может достигать порядка 1 м и более. Так как мощность, распространяющаяся вдоль волновода, уменьшается вследствие затухания в продукте, равномерное электрическое поле сохраняется путем пропорционального уменьшения ха­ рактеристической проводимости волновода, достигающей значе­ ния, соответствующего отсечке.

При отсечке энергия не распространяется, а характеристи­ ческая проводимость практически равна нулю. Излучение энер­ гии из концов волновода предотвращается путем устройства за­ предельных волноводов длиной 10—12 см после места отсечки. Электрическое поле в суживающемся волноводном устройстве направлено поперек волновода и проходит через продукт парал­ лельно поверхности конвейерной ленты. На частоте 915 МГц толщина продукта на конвейерной ленте, при которой сохра­ няется достаточно равномерный нагрев по сечению, может быть по меньшей мере 5 см. СВЧ-энергия вводится двумя антенными штырями, размещенными в центре устройства. Равные амплитуды

422

Смотрите также файлы