Устройство управления процессом сушки сырокопченых и сыровяленых мясных и рыбных изделий в конвективной установке камерного типа
Полезная модель относится к технологии продовольственных продуктов, более конкретно - ресурсосберегающим технологиям производства высококачественных биологически безопасных пищевых продуктов и экологически безопасным пищевым производствам; а также к технологическому оборудованию мясной и рыбной отрасли, более конкретно - машинам и аппаратам, процессам холодильной и криогенной техники, системам кондиционирования, и может использоваться в пищевой промышленности.
Устройство включает в себя блок управления, сенсор потери массы объектом сушки, систему обработки сигнала, систему регулирования относительной влажности воздуха, в котором согласно полезной модели в качестве сенсора потери массы во время 1 -ой стадии сушки продукта используют чувствительный термоэлектрический датчик, измеряющий температуру испарения влаги с поверхности объекта сушки, а в качестве системы обработки сигнала используют измеритель-регулятор температуры испарения влаги с поверхности продукта со встроенным в его схему электронным дифференцирующим устройством с оперативной памятью, с помощью которого определяется минимальное значение температуры испарения влаги с поверхности объекта сушки, соответствующее максимально возможной интенсивности испарения влаги из обрабатываемого изделия в начале определенного временного отрезка процесса сушки продукта, и выявляется момент завершения 1-ой стадии и начала 2-ой стадии сушки продукта. Фиг.2
Полезная модель относится к технологии продовольственных продуктов, более конкретно - ресурсосберегающим технологиям производства высококачественных биологически безопасных пищевых продуктов и экологически безопасным пищевым производствам; а также к технологическому оборудованию мясной и рыбной отрасли, более конкретно - машинам и аппаратам, процессам холодильной и криогенной техники, системам кондиционирования, и может использоваться в пищевой промышленности.
Известно устройство на основе микропроцессорного блока управления для регулирования (управления) процесса сушки сырокопченых и сыровяленых колбасных изделий. В памяти блока управления записана специальная программа, которая задает переменный температурно-влажностной режим сушки (созревания) колбас. С ее помощью реализуется алгоритм управления процессом сушки колбас, которая производится при температуре 10-12°С и снижающейся относительной влажности воздуха (90-70%), [Некоторые особенности производства сырокопченых колбас в условиях колбасных цехов малой мощности. Фатьянов Е.В., Алейников А.К., Богачев Б.В., Каменецкий М.Л., Пыхтин В.В. // «Пища. Экология. Человек»: Материалы третьей международной научно-технической конференции. М.: МГУПБ, 1999, с.110], [Фатьянов Е.В., Алейников А.К. Температурно-влажностные режимы обработки мясных продуктов. // «Пища. Экология. Человек»: Материалы международной научно-технической конференции. М.: МГУПБ, 1995, с.108].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство управления процессом сушки сырокопченых и сыровяленых колбасных изделий на основе пружинных или электронных весов, дополнительно оснащенных разгрузочным механизмом для исследуемой выборки объекта сушки, с помощью которых процесс сушки колбас контролируется методом периодического взвешивания. Производится оценка потерь влаги или массы продукта во время обезвоживания в режиме реального времени, по значению которых весы посредством блока управления регулируют процесс сушки колбас, [Шаззо Р. И. Исследование процессов сушки сырокопченых колбас с целью разработки технических средств для создания оптимальных условий. Автореф. дис. канд. техн. наук -М.: МТИММП, 1981].
Недостатками известных вышеприведенных аналогов является:
1 -ое устройство: не учитывает различий в мясном сырье по химическому составу, состоянию влаги, и направленности и продолжительности автолиза;
2-ое устройство: обладает запоздалой реакцией на изменение физико-химических свойств мясной системы продукта во время сушки-созревания.
В результате возникновения этих недостатков повышается вероятность снижения качества выпускаемой продукции, увеличения затрат времени и энергии на проведение процесса сушки, и увеличивается трудоемкость в разработке режима сушки для новых нестандартных видов мясных и рыбных изделий.
Предлагаемой полезной моделью решается задача создания нового средства контроля и управления процессом сушки сырокопченых и сыровяленых мясных и рыбных изделий, в том числе колбас, на основе чувствительного термоэлектрического датчика для оценки температуры испарения воды с поверхности продукта.
Поставленная задача решается в устройстве управления процессом сушки сырокопченых и сыровяленых мясных и рыбных изделий в конвективной установке камерного типа, включающем в себя блок управления, сенсор потери массы объектом сушки, систему обработки сигнала, систему регулирования относительной влажности воздуха, в котором согласно полезной модели в качестве сенсора потери массы во время 1-ой стадии сушки продукта используют чувствительный термоэлектрический датчик, измеряющий температуру испарения влаги с поверхности объекта сушки, а в качестве системы обработки сигнала используют измеритель-регулятор температуры испарения влаги с поверхности продукта со встроенным в его схему электронным дифференцирующим устройством с оперативной памятью, с помощью которого определяется минимальное значение температуры испарения влаги с поверхности объекта сушки, соответствующее максимально возможной интенсивности испарения влаги из обрабатываемого изделия в начале определенного временного отрезка процесса сушки продукта, и выявляется момент завершения 1-ой стадии и начала 2-ой стадии сушки продукта.
В основу предлагаемой полезной модели заложен принцип 1-ой стадии сушки высоковлажных пищевых продуктов, которая осуществляется при постоянной скорости выделения (испарения) влаги с поверхности продукта, при этом температура испарения влаги с поверхности продукта остается на постоянном уровне, но при условии, что значение ОВВ в рабочей камере снижается во время сушки, [Гинзбург А. С.Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. - М.: Пищевая промышленность, 1973. - с.179 - 184]. В качестве чувствительного термоэлектрического датчика следует применять термометр электрического сопротивления на основе платиновой обмотки игольчатой или другой компактной конструкции, либо игольчатую термопару.
Предлагаемое устройство управления процессом сушки сырокопченых и сыровяленых мясных и рыбных изделий в конвективной установке камерного типа отличает от существующих устройств, применяемых в промышленном оборудовании для сушки пищевых продуктов, наличие следующих признаков:
1. Дополнительно установленный чувствительный термоэлектрический датчик, измеряющий температуру испарения влаги с поверхности объекта сушки, со значением которой и интенсивностью испарения влаги с поверхности объекта сушки существует обратная корреляция. С помощью датчика осуществляется контроль процесса сушки и регулирование относительной влажности воздуха (ОВВ) по ступенчатому или плавно снижающемуся алгоритму в зависимости от текущего времени обработки в сушильной конвективной установке камерного типа. Сигнал от термоэлектрического датчика передается на измеритель-регулятор температуры, блок управления, а затем на исполнительные механизмы системы кондиционирования воздуха в рабочей камере сушильной установки. В зависимости от разности температуры заданной и текущей испарения воды с поверхности продукта посредством перечисленных элементов системы управления осуществляется регулирование интенсивности обезвоживания воздуха (значения ОВВ) в рабочей камере сушилки с помощью различных способов. Например, способ регулирования подачи хладагента в испаритель охладителя воздуха, или изменение температуры хладагента или регулирование интенсивности теплообмена и массообмена (влагообмена) между охладителем воздуха и циркулирующим воздухом внутри рабочей камеры сушильной установки. В результате возможно более точное управление процессом обезвоживания мясных и рыбных продуктов, чем при использовании программного блока управления режимом сушки продукта (то есть значением ОВВ), с помощью обычного измерителя-регулятора температуры.
2. Дополнительное оснащение измерителя-регулятора температуры испарения влаги с поверхности объекта сушки электронным устройством дифференцирования сигнала от чувствительного термоэлектрического датчика с оперативной памятью. Устройство определяет минимальное значение температуры испарения влаги с поверхности продукта, соответствующее максимально возможной интенсивности испарения влаги, во время запуска сушильной установки и ее выхода в рабочий режим. С его помощью также определяется момент завершения (продолжительность) 1-ой стадии сушки (фаза постоянной скорости сушки) и момент начала 2-ой стадии сушки (фаза падающей скорости сушки) продукта. При этом происходит повышение температуры испарения влаги с поверхности объекта сушки независимо от интенсивности обезвоживания воздуха в рабочей камере системой кондиционирования. Значение ОВВ на 2-ой стадии сушки продукта регулируется известным способом: либо задается ОВВ на одном уровне, либо по снижающемуся ступенчатому алгоритму.
Эти технические решения являются особенно важными для сушки сырокопченых и сыровяленых колбас.
Таким образом, режим саморегулирования текущего значения ОВВ при сушке сырокопченых и сыровяленых мясных и рыбных изделий по температуре испарения влаги с поверхности обрабатываемого продукта позволяет более качественно проводить процесс сушки с меньшими затратами времени и энергии. Также он освобождает от необходимости составления индивидуальной программы сушки при разработке новых рецептур пищевых продуктов. Дополнительно, эта полезная модель позволяет упростить процедуру управления сушильной установкой, как в промышленном производстве, так и при лабораторных работах. Это является очень удобным при проведении научных и технологических исследований.
Полезная модель поясняется диаграммой и рисунком.
На фиг.1 представлена диаграмма зависимости интенсивности сушки и температуры испарения воды с поверхности продукта от значения относительной влажности воздуха; на фиг.2 - конструкция сушильной конвективной установки камерного типа.
Алгоритм определения оптимального значения ОВВ в текущем интервале времени процесса сушки электронным дифференцирующим устройством поясняется с помощью диаграммы (фигура 1).
На диаграмме приняты следующие условные обозначения:
а - кривая скорости сушки, то есть интенсивности испарения влаги с поверхности продукта;
б - кривая температуры испарения влаги с поверхности продукта;
i - текущее значение относительной влажности воздуха в рабочей камере сушильной установки, %;
равн - равновесное значение относительной влажности воздуха над поверхностью продукта в начале процесса сушки, %;
оптим - оптимальное значение относительной влажности воздуха в рабочей камере сушильной установки по обеспечению максимальной интенсивности испарения влаги с поверхности продукта, %;
закал - значение относительной влажности воздуха, при котором происходит «закал» поверхности продукта и прекращение сушки, %;
- скорость сушки продукта (интенсивность испарения влаги с поверхности объекта сушки), кг воды/ час на 1 кг сухого вещества;
- максимальная скорость сушки продукта (интенсивность испарения влаги с поверхности объекта сушки) в текущем интервале времени процесса сушки, кг воды/ час на 1 кг сухого вещества;
ti
исп - текущая температура испарения влаги с поверхности продукта, °С;
tвозд - температура воздуха в рабочей камере сушильной установки, °С;
tmin - минимальная температура испарения влаги с поверхности продукта в текущем интервале времени процесса сушки, °С;
Для осуществления функции предлагаемого устройства управления процессом сушки мясных и рыбных изделий сушильная камера дополнительно оснащается вышеуказанными техническими средствами. А именно чувствительным термоэлектрическим датчиком игольчатой конструкции, закрепляемым на поверхности объекта сушки с помощью эластичных держателей, измерителя-регулятора температуры, который электрически связан с блоком управления (со встроенным реле времени, в зависимости от конструкции сушильной камеры). В схему измерителя-регулятора температуры включено устройство электронного дифференцирования сигнала (аналогового или цифрового) с оперативной памятью от термоэлектрического датчика. При необходимости, сушильную камеру снабжают вспомогательным исполнительным механизмом для управления интенсивностью охлаждения-осушения воздуха в рабочей камере сушильной установки (в климатической камере).
В качестве примера можно предложить сушильную конвективную установку камерного типа упрощенной конструкции, прототипом которой является сушилка для мясных и колбасных изделий, описанная в авторском свидетельстве СССР 
741626, и с добавлением воздухораспределительной решетки от устройства для сушки сырокопченых колбас, описанного в авторском свидетельстве СССР (SU) 1514307 А1. Выбранная сушильная установка модернизируется согласно вышеуказанным предписаниям, то есть путем оснащения технологического оборудования предлагаемым устройством управления процессом сушки сырокопченых и сыровяленых мясных и рыбных изделий. Ее схема приведена на чертеже (фигура 2).
Установка состоит из теплоизолированного корпуса 1 с дверью, рабочей камеры 2, охладителя воздуха 3 ребристо-пластинчатой конструкции, поддона с отводным патрубком 4 для водного конденсата, двух реверсивных вентиляторов 5 внутренней циркуляции воздуха, воздухораспределительной решетки 6, холодильной установки 7, терморегулятора 8 холодильной установки, двух калориферов 9, сухого и мокрого термоэлектрических датчиков 10 и 11, и кюветы 12 для мокрого датчика с дистиллированной водой. Контроль и управление работой сушильной установки осуществляется блоком управления 13, состоящего из электрощита, пульта управления, электронного регулятора (на схеме не показаны) и дополнительно установленного реле времени 14, обеспечивающего циклический реверсивный режим работы вентиляторов. Электронный регулятор в свою очередь состоит из систем управления работой холодильной установки и калориферов. Объект сушки представлен колбасными батонами 15, которые развешиваются на металлических сетках (вешала) 16.
Температура испарения влаги с поверхности объекта сушки контролируется дополнительно установленным чувствительным термоэлектрическим датчиком 17 игольчатой конструкции. Сигнал от него передается на измеритель-регулятор температуры 18 с электронным дифференцирующим устройством и оперативной памятью. Тот в свою очередь связан электрической (электронной) коммуникацией с блоком управления.
Сушильная установка для мясных и рыбных продуктов работает следующим образом.
Открывается дверь корпуса 1, в рабочую камеру 2 помещается на металлических сетках (вешала) 16 объект сушки 15, на поверхности которого закрепляется с помощью эластичных держателей (на схеме не показаны) чувствительный термоэлектрический датчик 17 измерителя-регулятора температуры 18. Кювета 12 заполняется дистиллированной водой, в блоке управления 13 выставляются требуемые значения температуры процесса сушки. С помощью терморегулятора 8 устанавливается необходимая интенсивность конденсации влаги из воздуха рабочей камеры 2. Герметично закрывается дверь корпуса 1, подключается к электросети сначала холодильная установка 7, и, через полчаса, блок управления 13 и измеритель-регулятор температуры 18, контролирующие работу всех остальных узлов сушильной установки.
Далее в процессе сушки продукта холодильная установка 7 понижает температуру охладителя воздуха 3 минимум до +0,1°С, которая в процессе работы сушильной установки может регулироваться терморегулятором 8. За счет конденсации воды из воздуха на поверхности пластин охладителя воздуха 3 производится его осушение, водный конденсат стекает в поддон с отводным патрубком 4. В рабочей камере 2 сушильной установки автоматически поддерживается заданное значение температуры воздуха (например, на уровне 10-12°С) с помощью двух калориферов 9, При необходимости в процессе сушки можно задавать другие значения температуры воздуха в рабочей камере от 1 до 25°С.
Заданное значение ОВВ (на уровне 73-77%, например на 2-ой стадии сушки - фаза падающей скорости сушки) автоматически поддерживается регулированием интенсивности осушения воздуха из рабочей камеры 2 с помощью холодильной установки 7 и охладителя воздуха 3, а также регулируется вручную терморегулятором 8. Измерение температуры и ОВВ осуществляется сухим и мокрым термоэлектрическими датчиками 10 и 11. Мокрый термоэлектрический датчик смачивается дистиллированной водой из кюветы 12. Контроль и регулирование температуры и относительной влажности воздуха осуществляется блоком управления 13, оснащенным электронным регулятором (на схеме не показан).
В режиме саморегулирования во время 1-ой стадии сушки продукта (фаза постоянной скорости сушки) ОВВ задается необходимой (максимально возможной) интенсивностью обезвоживания объекта сушки. Это осуществляется путем установления скорости осушения воздуха в рабочей камере 2 с помощью охладителя воздуха 3, в зависимости от температуры испарения влаги с поверхности объекта сушки 15, которая измеряется чувствительным термоэлектрическим датчиком 17. На основании сравнения текущего значения температуры с выявленной минимальной температурой испарения влаги с поверхности обрабатываемого изделия в начале данного временного отрезка процесса сушки продукта (начиная со времени запуска сушильной установки и ее выхода в основной рабочий режим) осуществляется управление процессом сушки. Сигнал передается на измеритель-регулятор температуры 18, который посредством блока управления 13 контролирует работу холодильной установки 7 таким образом, чтобы температура испарения влаги с поверхности объекта сушки достигла минимального значения, соответствующего максимальной скорости испарения влаги с поверхности объекта сушки. Измеритель-регулятор температуры 18 поверхности объекта сушки 15 оснащен устройством, дифференцирующим сигнал от чувствительного термоэлектрического датчика 17, и каналом управления работой холодильной установки 7. Необходимая скорость движения воздуха (до 1,0 м/с) в рабочей камере 2 обеспечивается работой двух реверсивных вентиляторов 5, каждый из которых продвигает воздух в противоположных направлениях, причем направление вращения вентиляторов меняется через каждые 15-60 минут, в зависимости от средней массы образца обрабатываемого изделия, с паузой такой же продолжительности. Управление работой реверсивных вентиляторов 5 осуществляется с помощью реле времени 14, связанного электронной коммуникацией с блоком управления 13. В начале каждого активного цикла работы вентиляторов 5 с помощью реле времени 14 активируется работа холодильной установки 7 и тем самым снижается температура охладителя воздуха с целью выявления в данный временной отрезок процесса сушки продукта минимальной температуры при испарении влаги с поверхности обрабатываемого изделия. Ее значение записывается в оперативной памяти измерителя-регулятора температуры 18.
С помощью чувствительного термоэлектрического датчика 17 и измерителя-регулятора температуры 18, оснащенного электронным дифференцирующим устройством, определяется момент завершения 1-ой стадии сушки продукта (фаза постоянной скорости сушки), а регулирование значения ОВВ во время 2-ой стадии сушки продукта (фаза падающей скорости сушки) осуществляется электронным регулятором блока управления 13 традиционным способом. По окончании процесса сушки выключается блок управления 13 и измеритель-регулятор температуры 18, объект сушки 15 выгружается из рабочей камеры 2 через дверь корпуса 1 (предварительно с объекта сушки снимается чувствительный термоэлектрический датчик 17).
Предлагаемое устройство управления процессом сушки продуктов в конвективной установке камерного типа разработано в Проблемной научно-исследовательской лаборатории электрофизических методов обработки пищевых продуктов (ПНИЛЭФМОПП) МГУ Прикладной биотехнологии применительно к ферментированным мясным изделиям с целью проведения опытных выработок экспериментальной продукции. Получены образцы мясных изделий хорошего качества, равномерно высушенные, без признаков «закала» поверхности продукта, без наличия и роста плесени при сокращении продолжительности сушки. Предлагаемое устройство управления процессом сушки сырокопченых и сыровяленых мясных и рыбных изделий может быть использовано как в типовых промышленных и лабораторных климатических камерах или сушильных конвективных установках, так и с помощью специально сконструированного технологического оборудования. В перспективе является возможным создание технологического оборудования при значительном упрощении схемы и конструктивных элементов, и тем самым существенное снижение его себестоимости. Данное устройство управления процессом сушки особенно эффективно для сырокопченых и сыровяленых колбасных изделий.
Устройство управления процессом сушки сырокопченых и сыровяленых мясных и рыбных изделий в конвективной установке камерного типа, включающее в себя блок управления, сенсор потери массы объектом сушки, систему обработки сигнала, систему регулирования относительной влажности воздуха, отличающееся тем, что в качестве сенсора потери массы во время 1-й стадии сушки продукта используют чувствительный термоэлектрический датчик, измеряющий температуру испарения влаги с поверхности объекта сушки, а в качестве системы обработки сигнала используют измеритель-регулятор температуры испарения влаги с поверхности продукта со встроенным в его схему электронным дифференцирующим устройством с оперативной памятью, с помощью которого определяется минимальное значение температуры испарения влаги с поверхности объекта сушки, соответствующее максимально возможной интенсивности испарения влаги из обрабатываемого изделия в начале определенного временного отрезка процесса сушки продукта, и выявляется момент завершения 1-й стадии и начала 2-й стадии сушки продукта.
