Поперечний Анатолій Микитович. Наукове обґрунтування впливу механічних коливань на інтенсифікацію процесів переробки харчової сировини : Дис... д-ра наук: 05.18.12 - 2004.
Анотація до роботи:
Поперечний А.М. Наукове обґрунтування впливу механічних коливань на інтенсифікацію процесів переробки харчової сировини. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.18.12 – процеси й обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв. – Харківський державний університет харчування та торгівлі Міністерства освіти і науки України, Харків, 2004.
Дисертацію присвячено розробці та впровадженню в переробні галузі АПК України наукових основ та апаратурного оформлення високоінтенсивних процесів з застосуванням механічних коливань, які забезпечують зниження питомих витрат енергії, капітальних та експлуатаційних затрат, а також підвищення якості продуктів.
Теоретично обґрунтований і експериментально підтверджений вплив низькочастотних механічних коливань (вібрацій) на інтенсифікацію таких процесів: миття харчової сировини (на прикладі субпродуктів), ультрафільтраційного концентрування біологічних рідин (на прикладі м’ясокісткових бульйонів, соєвого молока, сколотин), конвективного сушіння рослинних матеріалів в аеровіброкиплячому шарі (на прикладі топінамбура, хріна, гліду) та сушіння і термічної обробки різноманітної харчової сировини ІЧ-нагріванням в віброкіплячому шарі (на прикладі соєвих бобів, крохмалю, зерен пшениці, окари та інш.). Встановлені раціональні параметри досліджених процесів.
Запропоновано ряд прогресивних технологічних схем і вдосконаленого обладнання для безвідходної переробки харчової сировини з застосуванням механічних коливань. Результати досліджень упроваджені на харчових виробництвах та підприємствах харчового машинобудування.
1. На основі результатів проведеного огляду науково-технічної і патентної літератури по проблемі інтенсифікації технологічних процесів обробки харчової сировини зроблений висновок, що перспективним напрямком рішення цієї проблеми є застосування механічних коливань (вібрацій), що дозволяють значно інтенсифікувати різноманітні механічні, гідромеханічні, тепло- і масообмінні процеси, скоротити енергоспоживання, і підвищити якість кінцевої продукції внаслідок забезпечення рівномірності обробки у всьому обсязі продукту. Крім того, застосування вібраційних пристроїв не веде до істотного ускладнення апаратів для переробки сировини. Однак, незважаючи на значну кількість експериментальних досліджень по інтенсифікації процесів харчової технології за допомогою механічних коливань, розробку і впровадження в практику різноманітної вібраційної апаратури, наукове обґрунтування впливу механічних коливань на процеси переробки харчової сировини дуже обмежене. Запропоновано наукову концепцію про вплив механічних коливань (вібрацій) на інтенсифікацію гідромеханічних, тепло-масообмінних процесів і транспортування харчової сировини. Для реалізації концепції визначені наступні найменш вивчені напрямки - миття, ультрафільтрації, сушіння і термообробки харчової сировини.
2. Теоретично обґрунтовано вплив механічних коливань на інтенсифікацію процесу миття харчової сировини, який полягає в дії змінних тисків на межі "рідина-плівка забруднень", збільшенні контактів і поверхні дотику плівки забруднень з рідиною і вібруючим робочим органом та збільшенні дифузії рідини в плівку забруднень. Теоретично і експериментально досліджено вплив параметрів вібрації на швидкість транспортування продуктів у мийній машині, продуктивність, потужність приводу, а також якість миття та питомі витрати потужності і води. Запропоновано устрій для миття субпродуктів, який забезпечує підвищення якості миття, зниження питомих витрат енергії та води (наприклад, питома витрата води складає 1 кг/кг, що в 2,0...2,5 рази нижче показників для існуючих машин).
3. Теоретично обґрунтований вплив низькочастотних механічних коливань на процес ультрафільтраційного концентрування біологічних рідин, який полягає в зменшенні величини опору та збільшенні рушійної сили процесу. Теоретично і експериментально (на прикладі ультрафільтраційного концентрування м'ясокісткових бульйонів, соєвого молока та сколотин) доведено, що при цьому продуктивність мембранної установки або проникність мембрани може бути збільшена в 1,5...2,0 рази. Встановлені раціональні вібраційні параметри ультрафільтрації: амплітуда – 3,0 мм, частота – 150 рад/с, швидкість пульсуючих потоків – 1,2...1,5 м/с.
4. Теоретичне обґрунтування впливу механічних коливань на тепло-, масообмін в процесах конвективного сушіння базується на створенні активних гідродинамічних режимів та взаємодії гідродинамічних ефектів: кавітації, виникненні кумулятивної струминки і зміні надлишкового тиску рідини в каналах, що вібрують. Експериментально доведені переваги процесів конвективного сушіння корнеклубнів і плодів, на прикладі топінамбура, глоду, хрону в АВКШ в порівнянні з АКШ (зниження швидкості теплоносія в 1,5...2 рази, наприклад). Встановлені параметри раціональних режимів сушіння в АКВШ, зокрема, температури сушильного агента – 90 С, його швидкості -1,0...1,2 м/с, параметрів вібрації: амплітуди коливань газорозподільної решітки – 3...5 мм, частоти – 15 Гц. Розроблено відповідне устаткування для реалізації цього процесу. Створено теоретичні основи розрахунку процесу сушіння в псевдозрідженому шарі, отримані формули, зручні для інженерних розрахунків і оцінок у технологічній практиці.
5. Теоретично обґрунтована інтенсифікація термічної обробки та сушіння харчової сировини ІЧ-випромінюванням у ВКШ за рахунок забезпечення інтенсивного перемішування і постійного оновлення частинок, які знаходяться в полі ІЧ-випромінювання, що дозволяє передавати їм імпульсами більшої кількості енергії в одиницю часу. Експериментально встановлені параметри раціональних режимів сушіння і термічної обробки макаронних виробів, крохмалю, зерен пшениці, окари і соєвих бобів ІЧ-випромінюванням у ВКШ. На прикладі цих продуктів підтверджено, що комбінований спосіб сушіння дає можливість істотно скоротити тривалість процесу, збільшити його продуктивність, підвищити якість кінцевого продукту за рахунок кращого збереження в ньому цінних поживних речовин та знизити витрати енергетичних і матеріальних ресурсів. Розроблено 2 конструкції апаратів для реалізації цього прогресивного способу сушіння.
6. Розроблено конструкторську документацію на такі види нового обладнання: апарат жарильний вібраційний АЖВ-1, сушарка з АВКШ, апарат для вібропросіювання і радіаційного сушіння крохмалю, вібраційна машина для миття субпродуктів, 3-х апаратів для ультрафільтраційного концентрування біологічних рідин. Складені також практичні рекомендації з використання нових розроблених апаратів на конкретних переробних і харчових підприємствах з метою забезпечення тривалої, надійної і безпечної роботи нового обладнання.
7. Здійснено комплекс заходів щодо впровадження нових процесів переробки сировини і відповідного устаткування на харчових і переробних підприємствах України, зокрема, на ТОВ "Донецький м'ясопереробний комбінат", АТ "Кондитерська фабрика "АВК" (м. Донецьк), НПП "УКРПРОМСОЯ", ТОВ "Фірма ВІ-ВА-ЛТД" (м. Донецьк), ЗАТ "Геркулес", ВАТ "Донецький булочно-кондитерський комбінат". Новизна запропонованих технічних рішень підтверджена одержанням 3 авторських посвідчень СРСР, також отримано 2 деклараційні патенти України на винаходи.
8. Економічний ефект від впровадження результатів роботи визначається економією електроенергії в зв'язку з підвищенням продуктивності апаратів і інтенсифікації процесів переробки сировини, а також за рахунок економії дорогої і дефіцитної сировини завдяки використанню нетрадиційної вітчизняної сировини. Соціальний ефект впровадження роботи визначається підвищенням якості кінцевої продукції, а також значним розширенням асортименту. Річний економічний ефект від впровадження технологічної схеми безвідходного виробництва соєвих продуктів (НПП “УкрПромСоя”, м. Донецьк) складає 45 тис. грн, кісткових бульйонів (ТОВ “Донецький м’ясопереробний комбінат”) – 37 тис. грн. Річний економічний ефект від впровадження апарата для просіювання та радіаційного сушіння крохмалю на АТ “Кондитерська фабрика АВК” (м. Донецьк) складає 120 тис. грн., від впровадження устрою для миття субпродуктів на ЗАТ “Геркулес” (м. Донецьк) – 28 тис. грн.
Публікації автора:
Підручники та навчальні посібники
Черевко О. І., Поперечний А. М. Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник. – Харків: ХДАТОХ, 2002. – 420с.
Курсове проектування устаткування підприємств харчування: Навч. посібник / О.І. Черевко, Г.В. Дейниченко, Н.О. Афукова, А.М. Поперечний та ін./ За ред. О.І. Черевка, Г.В. Дейниченка. – Харків: ХДАТОХ, 1998. – 155с.
Статті
Поперечный А.Н., Заремба П.А. Концентрирование бульонов с применением мембранной технологии // Индустриальные методы производства кулинарной продукции на крупных промышленных предприятиях: Сб. науч. тр. – Харьков:ХИОП, 1987. – С. 215 – 217.
Характеристики бульонов, получаемых на мясокомбинатах, и перспективы их использования / Г.М. Постнов, А.Н. Поперечный, А.Ф. Коршунова, П.А. Заремба // Индустриальные методы производства кулинарной продукции на крупных промышленных предприятиях: Сб. науч. тр. – Харьков: ХИОП, 1987. – С.165 – 167.
Заремба П.А., Поперечный А.Н. Исследование процесса ультрафильтрации с использованием виброперемешивающего устройства // Торговля и общественное питание в новых условиях хозяйствования: Сб. науч. тр. - Вып.1. – Донецк: ДИСТ, 1990.- С. 142 – 144.
Использование бульонов мясоперерабатывающей промышленности в общественном питании / М.И.Беляев, А.Н.Поперечный, А.Ф.Коршунова, П.А. Заремба // Известия вузов: Пищевая технология. – 1990. – № 2–3. – С.21 – 23.
Поперечний А.М. Дослідження терморадіаційної обробки деяких сипких продуктів //Торгівля і ринок України: Темат. зб. наук. пр. з проблем торгівлі і громадського харчування. – Донецьк: ДКІ, 1992. – С. 181 – 182.
Поперечний А.М., Гуськов Л.М. Дослідження динаміки температури зернистих харчових продуктів при обсмажуванні ІЧ – випромінюванням // Торгівля і ринок України: Темат. зб. наук. пр. з проблем торгівлі і громадського харчування. – Донецьк: ДКІ, 1993. – С. 179 – 180.
Поперечний А.М., Гуськов Л.М., Заремба П.О. Застосування методу теплової діаграми для розрахунку нагріву зернистих матеріалів при ІЧ – енергопідводі // Торгівля і ринок України: Темат. зб. наук. пр. з проблем торгівлі і громадського харчування. – Донецьк: ДДКІ, 1994. – С. 158 – 159.
Поперечний А.М. Термічна обробка нетрадиційної харчової сировини// Торгівля і ринок України: Темат. зб. наук. пр. з проблем торгівлі і громадського харчування. – Донецьк: ДДКІ, 1995. – С. 168 – 170.
Поперечний А.М., Гаврилов В. Я., Заремба П.О. Інтенсифікація процесу ультрафільтрації вібруючими пристроями // Торгівля і ринок України: Темат. зб. наук. праць з проблем торгівлі і громадського харчування. – Донецьк: ДДКІ, 1996. – С. 236 – 237.
Гаврилов В. Я., Гуськов Л.М., Поперечний А.М. Вплив температури теплоносія на кінетику сушіння насіння соняшника // Торгівля і ринок України: Темат. зб. наук. пр. з проблем торгівлі і громадського харчування. – Донецьк: ДДКІ, 1996. – С.245.
Поперечний А.М., Гаврилов В. Я. Термообробка рослинних матеріалів у псевдозрідженому шарі // Торгівля і ринок України: Темат. зб. наук. пр. з проблем торгівлі і громадського харчування. – Донецьк: ТОВ “Лебідь”, 1997. – С. 194 – 195.
Поперечний А.М., Заремба П.О. Зміна в’язкості м’ясо – кісткових бульйонів при ультрафільтраційному концентруванні // Торгівля і ринок України: Темат. зб. наук. пр. з проблем торгівлі і громадського харчування. – Донецьк: ТОВ “Лебідь”, 1998. – С. 280 – 281.
Поперечный А.Н., Юрченко О.А. Кинетика тепломассообмена при термической обработке нетрадиционного пищевого сырья // Прогресивні ресурсозберігаючі технології та їх економічна обґрунтованість у підприємствах харчування. Економічні проблеми торгівлі: Зб. наук. пр. – Ч. II.-Харків: ХДАТОХ, 1998. – С. 23 – 26.
Поперечний А.М., Кожевніков В.В., Серафімов Д.С. Сушіння макаронних виробів в віброкиплячому шарі ІЧ – випромінюванням // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. – Донецьк: ТОВ “Кітіс”, 1999. – С. 81 – 87.
Заремба П.О., Поперечний А.М. Визначення раціональних режимів вібромиття субпродуктів // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр . - Вип. 3. – Донецьк, 1999. – С. 154 – 161.
Поперечний А.М., Майдіков В.І. Дослідження гідродинамічних та температурних режимів сушіння плодів глоду в псевдозрідженому шарі // Вісник Дон ДУЕТ. Серія “Технічні науки”. - № 6. – Донецьк: ДонДУЕТ, 2000. – С. 121 – 125.
Поперечний А.Н., Локтев Ю.И. Кинетика термообработки соевых бобов в виброкипящем слое ИК – нагревом // Прогресивні технології та удосконалення процесів харчових виробництв: Зб. наук. пр. – Ч. 2. – Харків: ХДАТОХ, 2000. – С. 113 – 117.
Поперечный А.М. Дослідження вібротранспортування тістових заготовок та розробка вібраційної тістоокруглюючої машини // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Вип. 4. – Донецьк: ДонДУЕТ, 2000. – С.92-96.
Поперечний А.М., Гаврилов В.Я., Дрібан В.М. Дослідження нагрівання плодів глоду при сушінні в псевдозрідженому шарі // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Вип. 5. – Донецьк: ДонДУЕТ, 2001. – С. 137 – 142.
Гаврилов В.Я., Поперечний А.М., Гаврилов С.В. Розрахунок температури тіла в процесі конвективного сушіння матеріалу // Вісник ДонДУЕТ. Серія ”Технічні науки”. - № 1 (9). – Донецьк: ДонДУЕТ, 2001. – С. 146 – 152.
Коршунова Г.Ф., Поперечний А.М. Вивчення технологічних властивостей топінамбура // Вісник Дон ДУЕТ: Серія “Технічні науки”. - № 1 (9). – Донецьк: ДонДУЕТ, 2001. – С. 105 – 113.
Поперечный А.Н., Заремба П.А. Интенсификация ультрафильтрационного концентрирования мясокостных бульонов // Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико – химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств: Сб. научн. тр. – М.: МГУПБ, 2002. – С. 319 – 322.
Поперечный А.Н., Карнаух В.В., Василенюк А.Н. Ультрафильтрационное концентрирование соевого молока // Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств: Сб. научн. тр. –М.: МГУПБ, 2002. – С. 323 – 326.
Поперечний А.М. Конвективне сушіння топінамбура і плодів глоду у віброкиплячому шарі // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Вип. 8. – Донецьк: ДонДУЕТ, 2003. – С.164-172.
Поперечний А.М. Визначення параметрів роботи вібраційної машини для миття субпродуктів // Вісник ДонДУЕТ. Серія “Технічні науки”. - №1(17). – Донецьк: ДонДУЕТ, 2003. – С.144-150.
Поперечний А.М. Дослідження ультрафільтраційного концентрування соєвого молока // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Вип. 9. – Донецьк: ДонДУЕТ, 2003. – С.118-123.
Дейниченко Г.В., Поперечний А.М., Мазняк З.О. Спосіб концентрування білка із вторинної молочної сировини (сколотин) // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Вип. 9. – Донецьк: ДонДУЕТ, 2003. – С.92-96.
Поперечный А.Н. К оценке адгезионной связи загрязнений с продуктами // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства “Сучасні напрямки технології та механізації процесів переробних і харчових виробництв”. - Вип.22. - Харків, 2003. –С.99-105.
Поперечний А.М. Аналітичні дослідження ІЧ-нагрівання соєвих бобів у віброкіплячому шарі // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Вип. 10. –Донецьк: ДонДУЕТ, 2004. -С.294-300.
Авторські свідоцтва, патенти
32. Устройство для тепловой обработки сипучих пищевых продуктов: А.с. № 1248589 СССР, МКИ А 47 37/04 / М.И. Беляев, А.И. Черевко, А.Н.Поперечный (СССР). – № 3872909/28-13; Заявлено 28.03.85; Опубл. 07.08.86, Бюл. №29. –3с.
33. Способ получения бульона из соленых языков убойных животных: А.с. № 1472046 СССР, МКИ А 23 L 1/00 / М.И. Беляев, П.А. Заремба, Г.М. Постнов, А.Н. Поперечный, А.И. Луценко, В.И. Мищенко, В.Я. Гайлите (СССР). – № 4239901/28-13; Заявлено 04.05.87; Опубл. 15.04.89, Бюл. №14. –3с.
34. Устройство для мойки субпродуктов: А.с. №1521425 СССР, МКИ А 22 В 5/08 / М.И.Беляев, А.Н.Поперечный, П.А.Заремба (СССР). -№4195699/28-13; Заявлено 17.02.87; Опубл. 15.11.89, Бюл. №42. –3с.
36. Деклараційний патент 55902А Україна, МКВ В 01 D 61/00. Ультрафіль-траційний модуль з пульсуючою подачею вихідної рідини / Г.В. Дейниченко, З.О. Мазняк, А.М.Поперечний, А.С. Михайлова (Україна). - № 2002075997; Заявл. 19.07.2002; Опубл. 15.04.2003, Бюл. № 4. –3с.
Тези доповідей
37. Комбинированный аппарат для вибропросеивания и радиационной сушки крахмала / А.Н. Поперечный, В.В. Мизрахин, В.А. Ищик, В.М. Тишаев // Тезисы докл. 6-ой Всесоюз. науч.-техн. конф. “Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья”. – М.: МТИММП. - 1989. – С. 388 – 389.
38. Поперечный А.Н., Заремба П.А. Аппарат для мойки пищевых продуктов // Тезисы докл. 2-ой Всесоюз. науч. конф. “Проблемы индустриализации общественного питания страны”. – Харьков: ХИОП. - 1989. – С. 395 – 396.
39. Поперечный А.Н. Применение радиационного энергопровода и вибрации при жарке кулинарных изделий // Тезисы докл. 2-ой Всесоюз. науч. конф. “Проблемы индустриализации общественного питания страны”. – Харьков: ХИОП. - 1989. – С. 413.
40. Поперечный А.Н., Соколов С.А. Кинетика сушки гренков при терморадиационном нагреве // Тезисы докл. Всесоюз. науч. конф. “Проблемы влияния тепловой обработки на пищевую ценность продуктов питания”. – Харьков: ХИОП. - 1990. – С. 210 – 211.
41. Поперечный А.Н., Заремба П.А. Влияние температуры мясо-костных бульонов на проницаемость мембраны УПМ–П при ультрафильтрационной обработке // Тезисы докл. Всесоюз. науч. конф. “Проблемы влияния тепловой обработки на пищевую ценность продуктов питания”. – Харьков: ХИОП. - 1990. – С. 242.
42. Поперечный А.Н. Устранение адгезионных и когезионных сил при комбинированном процессе пассерования муки // Тезисы докл. Всесоюз. науч. конф. “Механика сыпучих материалов”. – Одесса: ОТИПП. - 1991. – С. 220.
43. Поперечный А.Н., Гаврилов В.Я. Сушка хлебопекарных дрожжей в вихревом слое // Тезисы докл. Междунар. конф. “Перспективы развития массового питания и торговли в условиях перехода к рыночной экономике”. – Харьков: ХДАТОХ. - 1994. – С. 268 – 269.
44. Поперечный А.Н., Заремба П.А. Ультрафильтрационное концентрирование мясокостных бульонов с использованием вибрационной мешалки // Тези доп. 9 Міжнар. конф. “Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв”. – Одеса: ОТИПП. - 1996. – С. 26.
45. Поперечний А.М., Заремба П.О. До визначення оптимальних режимів ультрафільтрації м’ясо–кісткових бульйонів // Тези доп. наук – практ. конф. “Стан і проблеми розвитку торгівлі й харчування в Україні”. – Харків: ХДАТОХ. - 1997. – С. 43 – 44.
46. Поперечный А.Н., Процессы переработки плодов боярышника // Материалы 3-й Междунар. науч.–практ. конф. “Продовольственный рынок и проблемы здорового питания”. – Орел: ОПТУ. - 2000. – С. 128 – 129.
47. Гаврилов В.Я., Поперечний А.М., Гаврилов С.В. Розрахунок температури тіла в процесі конвективного сушіння матеріалу // Тези доп. ІІ Міжнар. наук.–техн. конф. “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка”. – Донецьк: ДонДУЕТ. - 2001. – С. 99.
48. Поперечний А.М., Дейниченко Г.В., Мазняк З.А. Удосконалена ультрафільтраційна установка для мембранної обробки біологічних рідин // Тези доп. ІІ Міжнар. наук.–техн. конф. “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка”. – Донецьк: ДонДУЕТ. - 2001. – С. 88 – 89.
49. Поперечный А.Н. Исследование распределения локальных температур воздуха в псевдоожиженном слое материала // Тези доп. ІІ Міжнар. наук.–техн. конф. “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка”. – Донецьк: ДонДУЕТ. - 2003. – С. 115-117.
50. Поперечный А.Н. Исследование закономерностей сушки окары ИК – нагревом // Тези доп. Міжнар. наук.–техн. конф. “Управлінські та технологічні аспекти розвитку підприємств харчування і торгівлі”.– Харків: ХДУХТ. - 2003. – С. 246-247.
51. Поперечный А.Н. Определение амплитуды колебаний и мощности инерционного привода виброконвейера //Труды междунар. науч.-техн. конф. “Горная энергомеханика и автоматика”. - Донецк: ДонНТУ. - 2003. – Т. 1.– С. 220-227.
