Наши журналы
Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОАГУЛЯЦИИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КОПТИЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ «ANTONIOSILVER»

Научная статья
Иваней А.А.
Никонова А.С.
Выпуск: № 9 (40), 2015
Опубликована:
2015/10/15
PDF

Иваней А.А.1, Никонова А.С.2

1Кандидат технических наук, 2соискатель, ФГБОУ ВПО «Мурманский Государственный Технический Университет»

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОАГУЛЯЦИИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КОПТИЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ «ANTONIOSILVER»

Аннотация

В данной работе  рассматриваются вопросы получения высококачественной коптильной жидкости  с применением ультразвука. Представлены данные о влиянии ультразвуковых колебании различного уровня звукового давления на интенсивность протекания  коагуляционных процессов в аэродисперсной системе «дымовые газы и акустически генерируемый водный аэрозоль». 

Ключевые слова:  жидкость для копчения, ультразвук, коагуляционные процессы, аэродисперсная система.

Ivaney A.A.1, Nikonova A.S.2

1Candidate of Technical Sciences, 2Postgraduate student, FGBOU VPO "Murmansk State Technical University"

INVESTIGATION OF COAGULATION PROCESSES UNDER RECEPTION OF LIQUID FOR SMOKING «ANTONIOSILVER»

Abstract

In the given report questions of reception of a high-quality liquid for smoking with ultrasound application are considered.  Data on influence ultrasonic oscillations of different sound pressure level on intensity of course of coagulation processes in aerodisperse system «smoke gases and acoustically generated water aerosol are provided».

Keywords: liquid for smoking, ultrasound, coagulation processes,  aerodisperse system.

Исследования, направленные на разработку способов получения безопасных и эффективных в технологическом отношении бездымных коптильных сред (БКС), могут быть отнесены к ряду приоритетных направлений развития отечественной пищевой промышленности [1].

На российском рынке ощущается дефицит  бездымных агентов, важна популяризация среди потребителей продукции, изготовленной с применением БКС. В свете этого особое значение приобретают исследования, направленные на разработку способов получения бездымных агентов, способных  сообщать пищевому продукту аромат, вкус копчености,  увеличивать срок его хранения, но при этом не содержащих веществ, вызывающих гигиеническую тревогу. Перспективным научно-техническим направлением в настоящее время является применение физических способов воздействия на аэродисперсные системы, в частности, с целью интенсификации коагуляционных процессов.

При экспериментальном исследовании процесса получения коптильной жидкости «AntonioSilver» (КЖ «AS») производилась генерация специфической аэродисперсной системы за счет смешения в абсорбере дымовых газов, получаемых в дымогенераторе с инфракрасным энергоподводом, и акустически генерируемого водного аэрозоля [2, 3]. Для обеспечения эффективного взаимодействия аэрозольных частиц указанной системы, приводящего к бысторому их слиянию, во внутреннее пространство камеры смешения производилось направленное распространение ультразвуковых (УЗ) колебаний различного уровня звукового давления [3, 4]. Также для интенсификации процессов каплеобразования при получении КЖ «AS» (в целях запуска процессов конденсации) применялся отвод тепла от аэродисперсной системы «дымовые газы и акустически генерируемый аэрозоль» [3]. На рисунке 1 представлены изображения i-d-диаграммы с нанесенными на них процессами смешения акустически генерируемого водного аэрозоля (т. А) и дымовой среды (т. D) при совместном или разрозненном воздействии указанных выше методов интенсификации каплеобразования в рассматриваемой аэродисперсной системе.

25-09-2015 12-42-21

Рис. 1 - Процессы смешения водного аэрозоля (т. А) и дымовых газов (т. D): а) отсутствие озвучивания, температура ХН минус 26 оС (влагосодержание в т. С 25,5 г/кг); б) отсутствие озвучивания, температура ХН плюс 4 оС (влагосодержание в т. С 28,5 г/кг); в) применение УЗ-колебаний, отвод тепла отсутствует (влагосодержание в т. С 20 г/кг); г) применение УЗ-колебаний, температура ХН минус 26 оС (влагосодержание в т. С 16,5 г/кг)

Применение обоих предложенных методов воздействия на аэродисперсную систему целесообразно, т. к. дает импульс к началу процесса каплеобразования. При понижении температуры хладоносителя (ХН), циркулирующего в системе охлаждения установки, процесс каплеобразования начинается при меньшем влагосодержании аэродисперсной системы в камере смешения (см. рисунок 1 a), б). Распространение УЗ-колебаний значительно уменьшает уровень влагосодержания аэродисперсной системы, при котором возможно каплеобразование (см. рисунки 1 а) и г). По результатам анализа процессов, изображенных на рисунке 1, делаем вывод, что УЗ-воздействие на аэродисперсную систему «дымовые газы и акустически генерируемый аэрозоль» является более эффективным инструментом, чем отвод тепла от указанной системы.

Степень интенсификации коагуляционных процессов при внешнем озвучивании изучаемой аэродисперсной системы иллюстрируется также зависимостью между производительностью экспериментальной установки по КЖ и уровнем звукового давления колебаний, распространяемых во внутреннее пространство камеры смешения (площадь теплообменной поверхности 2,00 м2, количество сжигаемого топлива 3 кг/ч, температура ХН минус 26 оС), представленной на рисунке 2.

25-09-2015 12-42-43

Рис. 2 – Зависимость производительности установки по КЖ от уровня звукового давления колебаний при варьировании производительности генератора аэрозоля

С увеличением уровня звукового давления колебаний в диапазоне от 120 до 155 дБ производительность установки по КЖ значительно возрастает - количество получаемой жидкости увеличивается по сравнению с ситуацией получения КЖ при отсутствии озвучивания более чем в 20 раз. Чем выше уровень звукового давления колебаний, распространяемых во внутреннее пространство камеры смешения, тем эффективнее действует данный инструмент.

Экспериментальное исследование макропроцесса акустической коагуляции проводилось по оценке величины отношения текущей счетной концентрации к начальной N/N0 в функции от параметров звукового поля. В связи с тем, что величина N/N0 характеризует эффективность процесса коагуляции, в дальнейшем для ее обозначения  будем применять термин «степень акустической коагуляции».

Для получения микрофотографий использовали оптический микроскоп МИКРОМЕД С-12 и общепринятые методы отбора проб. В процессе исследования кинетики процесса акустической коагуляции отбор проб производили на чистое неподвижное предметное стекло, помещенное в камеру смешения перпендикулярно потоку аэродисперсной системы с выдержкой в 10, 20, 35 и 45 сек при озвучивании системы на варьируемых уровнях звукового давления колебаний (120, 130, 135, 140 и 155 дБ). Съемку вели при увеличении 100x. По микрофотографиям производился подсчет частиц аэрозоля, приходящихся на единицу площади предметного стекла, данный параметр пропорционален счетной концентрации аэрозоля.

Микрофотографии приведены на рисунке 3. Применялся дымогенератор с инфракрасным энергоподводом ДГ ИК [5], количество древесного сырья влажностью 70,0±5,0 %, сжигаемого в процессе дымогенерации в данной серии экспериментов, – 3 кг/ч, производительность генератора водного аэрозоля была зафиксирована на уровне 2550 г/ч.

25-09-2015 12-42-58

Рис. 3 – а) Микрофотографии частиц аэрозольной системы при варьировании времени озвучивания и уровня звукового давления УЗ-колебаний в камере; б) зависимость степени акустической коагуляции от времени озвучивания при изменении уровня звукового давления УЗ-колебаний в камере

Графические зависимости, представленные на рисунке 3 (б),  иллюстрируют изменение степени акустической коагуляции при варьировании времени выдержки при разных уровнях звукового давления колебаний в камере смешения: при повышении уровня звукового давления колебаний, распространяемых во внутреннее пространство камеры смешения, скорость коагуляции растет. Увеличение уровня звукового давления от 120 до 155 дБ позволяет сократить время коагуляции изучаемой аэродисперсной системы «дымовые газы и акустически генерируемый аэрозоль» более чем в 4 раза.

Микрофотографии частиц исследуемой аэродисперсной системы позволяют сделать вывод о том, что повышение уровня озвучивания аэродисперсной системы в рассматриваемых пределах (от 120 до 155 дБ при частоте колебаний от 20 до 70 кГц) способствует более интенсивному протеканию коагуляционных процессов.

Литература

  1. Распоряжение Правительства РФ от 17 апреля 2012 г. N 559-р «О стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 г.» [Электронный ресурс] URL: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70067828/#ixzz3mf4le7ng (дата обращения 24.09.2015).
  2. Пат. 101617 Российская Федерация, МПК А23В 4/044. Устройство получения коптильной жидкости [Текст] / Иваней А. А., Никонова А. С., Голубева О. А.; заявитель и патентообладатель ФГОУВПО «Мурм. гос. техн. ун-т». - № 2010135229/13 ; заявл. 23.08.10 ; опубл. 27.01.11, Бюл. № 3. – 3 с. : ил.
  3. Никонова, А. С. Совершенствование процесса получения коптильной жидкости с применением ультразвука в целях интенсификации абсорбционных и коагуляционных процессов [Текст] / А. С. Никонова // Науч. журн. НИУ ИТМО. Сер. «Холодил. техника и кондиционирование». – 2015. - № 2. – С. 90–97.
  4. Пат. 142505 Российская Федерация, МПК А23В4/044. Устройство для получения коптильного препарата с использованием ультразвука [Текст] / Иваней А. А., Никонова А. С.; заявитель и патентообладатель ФГБОУВПО «Мурм. гос. техн. ун-т» - № 2013151555/13; заявл. 19.11.2013 ;  опубл. 27.06.2014, Бюл. № 18. – 3 с. : ил.
  5. Пат. 2280367 Российская Федерация, МПК А23В4/052. Устройство для получения коптильного дыма с использованием энергии ИК-излучения [Текст] / Ершов А. М., Шокина Ю. В., Обухов А. Ю. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Мурм. гос. техн. ун-т». - № 2004118474/13 ; заявл. 18.06.04 ; опубл. 27.07.06, Бюл. № 13. – 3 с. : ил.

References

  1.  Rasporjazhenie Pravitel'stva RF ot 17 aprelja 2012 g. N 559-r «O strategii razvitija pishhevoj i pererabatyvajushhej promyshlennosti RF na period do 2020 g.» [Jelektronnyj resurs] URL: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70067828/#ixzz3mf4le7ng (data obrashhenija 24.09.2015).
  2.  Pat. 101617 Rossijskaja Federacija, MPK A23V 4/044. Ustrojstvo poluchenija koptil'noj zhidkosti [Tekst] / Ivanej A. A., Nikonova A. S., Golubeva O. A.; zajavitel' i patentoobladatel' FGOUVPO «Murm. gos. tehn. un-t». - № 2010135229/13 ; zajavl. 23.08.10 ; opubl. 27.01.11, Bjul. № 3. – 3 s. : il.
  3. Nikonova, A. S. Sovershenstvovanie processa poluchenija koptil'noj zhidkosti s primeneniem ul'trazvuka v celjah intensifikacii absorbcionnyh i koaguljacionnyh processov [Tekst] / A. S. Nikonova // Nauch. zhurn. NIU ITMO. Ser. «Holodil. tehnika i kondicionirovanie». – 2015. - № 2. – S. 90–97.
  4. Pat. 142505 Rossijskaja Federacija, MPK A23V4/044. Ustrojstvo dlja poluchenija koptil'nogo preparata s ispol'zovaniem ul'trazvuka [Tekst] / Ivanej A. A., Nikonova A. S.; zajavitel' i patentoobladatel' FGBOUVPO «Murm. gos. tehn. un-t»  -  № 2013151555/13; zajavl. 19.11.2013 ;  opubl. 27.06.2014, Bjul. № 18. – 3 s. : il.
  5. Pat. 2280367 Rossijskaja Federacija, MPK A23V4/052. Ustrojstvo dlja poluchenija koptil'nogo dyma s ispol'zovaniem jenergii IK-izluchenija [Tekst] / Ershov A. M., Shokina Ju. V., Obuhov A. Ju. ; zajavitel' i patentoobladatel' FGOU VPO «Murm. gos. tehn. un-t». - № 2004118474/13 ; zajavl. 18.06.04 ; opubl. 27.07.06, Bjul. № 13. – 3 s. : il.