Электростатического копчения

Технологическая задача:сокращение времени холодного копчения.

Цель работы: Оценить технический уровень (состояние) установки для копчения в электростатическом поле и дать предложения по развитию его конструкции для повышения эффективности процесса электрокопчения.

Задачи работы:

1. Изучить устройство и принцип работы установки для копчения в электростатическом поле и высоковольтного генератора.

2. Рассмотреть особенности процесса электрокопчения.

3. Определить теоретическую и экспериментальную производительности, а также мощности привода установки для копчения в электростатическом поле при различных режимах её работы и обработать результаты испытаний.

4. Дать предложения по техническому обслуживанию установки для копчения в электростатическом поле.

5. Усвоить правила безопасной эксплуатации и наладки установки для копчения в электростатическом поле.

Оборудование, инструменты и инвентарь: установка для копчения в электростатическом поле, весы настольные, штангенциркуль, линейка, секундомер, персональный компьютер, планшетный сканер.

Продукты: куриные яйца 4 шт.

Изучение устройства и принципа работы

Электрофоретическое осаждение компонентов коптильного дыма на различных пищевых продуктах представ­ляет собой процесс электрокопчения. Этот способ также основан на явлении самостоятельной ионизации.

В результате осаждения дыма на поверхности продукта и проникновения его компонентов внутрь происходит окрашива­ние поверхности изделия в коричнево-золотистые тона, продукт приобретает специфический аромат и вкус копчения, а также до­стигаются бактериальный и антиокислительный эффекты [33].

Процесс электрокопчения при средней плотности дыма проте­кает очень быстро (20-30 мин). Однако при этом не происходит сушки продукта, в связи с чем весьма затруднительна его срав­нительная оценка с обычным тепловым копчением.

Устройство экспериментальной установки для электростатического копчения показано на рис 5.15.1.

Рис 5.15.1 Общий вид установки для копчения в электростатическом поле

1 - камера коптильная; 2 – дымосос; 3 – дверца для загрузки продукта; 4, 13 – смотровое окно; 5 – уголок; 6 – опора; 7, 15 – поворотная заслонка; 8 – трубопровод подачи дыма; 9 – лабиринтный искрогаситель; 10 – дверца для выгрузки золы; 11 – бункер для опилок; 12 – роторный питатель; 14 – ТЭН,.

Установка предназначена для ускоренного копчения пищевых продуктов в электростатическом поле высокого напряжения. Она состоит из дымогенератора, камеры электрокопчения и дымососа и позволяет при проведении исследований варьировать технологические параметры процесса электрокопчения в широких пределах, численные значения которых указаны в таблице 5.15.1:

Таблица 5.15.1. Диапазоны параметров

Наименование параметра	Диапазон	Ед. изм.
Напряжение на коронирующих электродах	5…45	кВ
Скорость дымовоздушной смеси	0..0,5	м/с
Температура дымовоздушной смеси	291…310	К
Относительная влажность дыма	40…90	%
Расстояние между электродами и продуктом	5…200	мм
Температура пиролиза опилок в дымогенераторе	473…700	К
Удельная поверхность используемых опилок	9,0…12,0	м2/кг

Движение дымовоздушной смеси во всей установке обеспечивается дымососом 1, представляющий собой осевой вентилятор, установленный в выходном трубопроводе для отвода отработанного дыма из коптильной камеры 2. Камера 2 снабжена герметичной дверью 3, через которую осуществляется загрузка-выгрузка продукта, а также очистка, обслуживание и ремонт различного внутреннего оборудования. Дверь 3 оборудована окном 4 для осуществления визуального контроля за процессом копчения в электростатическом поле. На боковых стенках камеры предусмотрены уголки 5 предназначенные для крепления коронирующих электродов, дымораспределительных жалюзей и необходимой контрольно-измерительной аппаратуры. Коптильная камера установлена на стойках 6, изготовленных из металлического профиля. Поворотная задвижка 7 размещённая на трубопроводе 8 позволяет изменять расход дымовоздушной смеси в камеру 2. Данный трубопровод присоединён к лабиринтному искрогасителю 9, предназначенному для улавливания частиц золы и пепла, которые имеют малые размеры и потому могут уносится потоком из дымогенератора. Более крупные частицы скапливаются в нижней его части (зольнике) и удаляются через дверцу 10 после окончания процесса копчения.

Опилки в дымогенератор подаются из бункера 11 снабженного роторным питателем с шаговым электродвигателем 12. Данная конструкция обеспечивает равномерность подачи опилок в зону дымогенерации, при этом достигается постоянство концентрации дымовоздушной смеси на протяжении всего процесса копчения. Для визуального контроля за процессом дымообразования в боковой стенке корпуса дымогенератора предусмотрено смотровое окно 13, выполненное из термостойкого стекла. Нагрев опилок осуществляется посредством электронагревательных элементов 14 (ТЭН). Заслонка 15 служит для регулирования расхода свежего воздуха, поступающего в дымогенератор.

Более подробно внутренне устройство камеры электрокопчения представлено на рис 5.15.2.

Рис 5.15.2 Камера коптильная

1 – корпус камеры; 2– направляющие; 3– подвесы для коронирующих электродов; 4– высоковольтный изолятор; 5– защитный корпус; 6– продукт;

7– выходной трубопровод; 8– металлические иглы; 9– токопроводящая пластина; 10– подвес; 11– дымораспределительные жалюзи; 12– нижняя часть камеры; 13– входной трубопровод.

Камера электрокопчения представляет собой герметичный корпус 1, сваренный из листовой стали. В верхней его части размещены направляющие 2, по которым могут свободно перемещаться подвесы 3 для коронирующих электродов. Такая конструкция даёт возможность при проведении экспериментов варьировать расстояние между электродами и продуктом. Посередине расположен высоковольтный изолятор 4, заключённый в защитный корпус 5, также выполненный из изоляционного материала. Во внутреннем объёме защитного корпуса поддерживается избыточное давление, за счёт подачи в него чистого воздуха с малым расходом. Выходя через кольцевой зазор, образованный отверстием в защитном корпусе и изолятором воздух препятствует проникновению внутрь дымовоздушной смеси, что предотвращает загрязнение изолятора оседающими на нём коптильными веществами. К изолятору подвешивается продукт 6.

Камера снабжена выходным трубопроводом 7 для отвода отработанной дымовоздушной смеси. Для формирования устойчивого коронного разряда служат металлические иглы 8, укреплённые на токопроводящей пластине 9 и образующие вместе с ней коронирующие электроды. Роль пассивного электрода выполняет продукт к которому прикладывается высокое напряжение через подвес 10. Дымовоздушная смесь поступает через распределительные жалюзи 11, из нижней части камеры 12, в которую она, в свою очередь, подаётся по входному трубопроводу 13.

Дымораспределительные жалюзи представляют собой набор перекрывающихся подвижных металлических пластин, лежащих на уголках. При проведении экспериментов, перемещая эти пластины, можно создавая щелевые зазоры, направлять потоки дымовоздушной смеси в различные зоны коптильной камеры.

Техническая характеристика

Производительность 10,0 кг/ч;

Мощность ТЭН 1,0 кВт;

Мощность дымососа 150 Вт;

Напряжение на коронирующих электродах 10…35 кВ;

Габаритные размеры коптильной камеры 1200х700х500 мм

Масса 240,0 кг

Подготовка к пуску

В Н И М А Н И Е ! В установке имеется источник высокого напряжения (порядка нескольких десятков тысяч вольт!). Категорически запрещается включать высоковольтный генератор в отсутствие преподавателя..

Перед пуском необходимо очистить все неокрашенные поверхности и изоляторы от загрязнений, очистить зольник от золы, проверить отсутствие посторонних предметов в коптильной камере.

Засыпать опилки на пластину дымогенератора, предварительно увлажнив их небольшим количеством воды. Убедится, что они распределены ровным слоем.

Запустите дымосос кратковременным включением тумблера ПУСК-СТОП. Удостоверьтесь в правильном направлении тяги в установке.

Правила эксплуатации

Перед запуском установки в работу проверьте то, что коронирующие электроды не касаются каких- либо металлических предметов или корпуса камеры. Проверьте плотность закрытия верхней крышки дымогенератора, дверцы зольника и коптильной камеры.

Не менее одного раза в смену проверяйте исправность вентилятора дымососа. Периодически удаляйте золу из зольника и искрогасителя во избежание его переполнения и снижения тяги. Следите за равномерностью расположения продукта в камере между коронирующими электродами. При появлении признаков нарушения нормального режима работы (как то сильный треск или свист, свидетельствующий о возникновении пробоя изоляторов) установку немедленно остановите.

Методика выполнения работы

1. Предварительно удостоверившись, что установка отключена от сети, откройте дверцу коптильной камеры и произведите следующие замеры:

- размеры коронирующих электродов (мм)

- высота иголок (м);

- расстояние между соседними иглами (м);

- число игл (шт.)

2. Загрузите продукт в камеру и закройте дверцу.

3. Включите ТЭН дымогенератора (при этом должна загореться сигнальная лампочка).

4. Включите дымосос.

5. После того как коптильная камера заполнилась дымом необходимо включить высоковольтный генератор и записать время начала копчения.

6. Проведите копчение в течение 20 минут.

7. По истечении данного интервала времени необходимо :

– выключить высоковольтный генератор,

– отключить ТЭН дымогенератора.

– визуально удостоверится, что дымообразование прекратилось и из коптильной камеры удалёны все остатки коптильного дыма,

– открыть дверцу и извлечь продукт из камеры.

8. Аккуратно при помощи ножа выполните поперечные срезы каждого из яиц и расположите полученные образцы на поверхности планшетного сканера.

9. Рядом разместите линейку, положив её стороной с делениями вниз.

10. Выполните сканирование и сохраните полученное изображение.

11. Повторяйте сканирование через каждые 20 мин.

12. Пронаблюдайте за продвижением границы градиента концентрации коптильных веществ в толще яичного белка.

13. Определите положение границы, сопоставляя на получаемых при сканировании изображениях шкалу линейки с положением видимой границы изменения цвета белка на срезе.

14. Результаты измерений занесите в таблицу протокола наблюдений (табл. 5.15.1).

Таблица 5.15.1 Протокол наблюдений

№ опыта

Время t, с

Положение границы х, мм

Расчетная часть

Диффузия коптильных веществ в толщу продукта описывается законом Фика:

(5.15.1)

где D – коэффициент диффузии м/с² , S – площадь поверхности, м² , с – концентрация, кг/м³

Определите среднюю скорость диффузии коптильных веществ в толщу продукта как отношение глубины (м) проникновения к времени (с).

(5.15.2)

Рассчитайте время, необходимое для завершение процесса диффузии на всю толщину яичного белка, т.е. время в течение которого необходимо выдерживать продукт перед его употреблением.

Графическая часть

Постройте графики следующих зависимостейx=f(t) и G=f(t).

Проанализируйте полученные графические зависимости и сделайте статистическую обработку результатов.

Выполните рабочий чертеж коронирующих электродов и сделаете к нему спецификацию в соответствии с требованиями ЕСКД.

Проверь себя

1. Какое основное преимущество даёт использование электростатического поля при копчении?

а) улучшает вкус и запах продукта;

б) улучшает цвет продукта;

в) ускоряет процесс осаждения коптильных веществ на
поверхность продукта;

г) увеличивает срок хранения готового продукта.

2. Укажите диапазон рабочих напряжений для электрокопчения:

а) 20…30 кВ;

б) 220…380 В;

в) 12…24 В;

г) 100…110 кВ;

3. Что является источником отрицательных ионов в установке?

а) источником ионов является процесс пиролиза опилок;

б) изначально в воздухе присутствует достаточно ионов;

в) источник ионов – коронный разряд на электродах;

г) источником ионов является сам продукт.

4. Какова типичная продолжительность процесса электрокопчения?

а) 5…6 ч.

б) 20…30 мин.

в) 2…3 мин.

д) 1…2 ч.

5. За счёт чего приобретают заряд частицы коптильных веществ в домовоздушной смеси?

а) за счёт осаждения (сорбции) на них ионов;

б) за счёт соприкосновения с электродами;

в) за счёт нахождения в электрическом поле;

г) за счёт трения друг о друга.