连续式果蔬高压渗透膨化设备设计及研究

发布时间：2017-07-03 05:02

  本文关键词：连续式果蔬高压渗透膨化设备设计及研究

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【摘要】：水果和蔬菜营养价值高,其成分中包含的各种维生素、植物纤维和生物酶等对人体健康十分有利。我国是农产品生产与消费大国,果蔬资源在世界范围内位居首位。近年来果蔬产业发展迅猛,2011年蔬菜总产量已经超过粮食,成为我国第一大农产品,果蔬产业成为我国农业中的支柱型产业。但果蔬品在储藏和运输环节由于方法不当损耗较大,造成果蔬资源大量浪费。因此开展和研发果蔬深加工技术,对提高果蔬资源利用率,增加果蔬产业利润,促进产业良性发展具有重要的意义。低温高压气流膨化干燥技术是近年来新兴的一种果蔬加工技术,由于果蔬膨化产品无油脂无添加剂,口感酥脆,较好地保存了果蔬原有的营养物质,这项深加工技术也越来越受到大家的关注。本文以低温高压膨化干燥技术为研究对象,总结分析了近几十年来国内外关于该技术的研究进展。针对现有的膨化工艺和设备中存在的不足,从改善产品质量,提高生产效率和能量利用率等角度出发,提出改进方案。对生产工艺进行改进,提出了氮气高压渗透膨化工艺方案。即由气爆脱壳技术联想到利用氮气分子在高压的作用下,通过果蔬毛细孔缓缓渗入到组织内部,保持高压一定时间,迅速泄压后由于果蔬内外压差和毛细孔的阻滞作用,使得果蔬发生膨化。为验证新工艺的可行性,采用苹果片为膨化原料,搭建起相应的试验平台,试验结果表明采用氮气渗透膨化技术可以实现苹果片膨化过程。通过单因素试验,初步确立了工艺操作参数。之后进行二次正交旋转组合试验,建立了膨化压差、膨化温度和抽空时间对含水量,复水比,膨化度的二次回归方程模型,分析结果表明该数学模型可靠。通过响应面分析得出了操作参数的交互作用对产品品质的影响规律,最后进行参数优化得到氮气渗透膨化的最佳工艺参数值。对膨化设备进行改进,针对现有间歇式设备存在的生产周期长,生产产量低等问题,提出一种连续式渗透膨化设备方案。简要地阐述了新型连续式膨化设备的工作原理,设计确定连续设备的总产量。结合前期试验确定的操作参数值,对连续式设备进行设计,包括对膨化壳体、旋转料框、端面和径向密封件、真空罐和支座等部件的设计计算,以及对传动机构的选型设计等。采用ANSYS软件对连续式高压膨化设备的膨化壳体、旋转料框及支座进行了有限元分析。根据分析结果,壳体的最大等效应力发生在出料口位置,其值小于材料的许用应力值,最大变形量较小;在对不同厚度挡板的旋转料框逐一进行应力应变分析后得出,当厚度选择20mm和30mm时,最大等效应力值超过材料需用应力值且最大变形量过大,而当厚度为40mm,50mm时,结构强度满足要求,为减轻设备重量考虑,优先选择了40mm厚度的料框结构;对改型设计的支座进行受力分析,支座最大应力值和变形量均较小,结构强度满足要求。
【关键词】：渗透膨化 旋转料框 连续式旋转膨化 结构设计 有限元分析
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TS255.35
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 引言12-13
• 1.2 果蔬干燥技术种类及特点13-14
• 1.3 低温高压膨化干燥14-17
• 1.3.1 低温高压膨化干燥原理14-15
• 1.3.2 低温高压国内外研究现状15-16
• 1.3.3 低温高压膨化干燥技术与装备存在的问题16-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-18
• 2 氮气高压渗透膨化干燥的试验研究18-34
• 2.1 高压渗透膨化干燥18-20
• 2.1.1 气体介质18-19
• 2.1.2 膨化原料19-20
• 2.1.3 工作原理及工艺流程20
• 2.2 试验研究20-33
• 2.2.1 试验平台及装置20-21
• 2.2.2 试验材料、方法21-22
• 2.2.3 试验步骤22-23
• 2.2.4 预干燥试验23
• 2.2.5 单因素试验设计及结果23-26
• 2.2.6 二次回归正交组合试验设计与结果26-33
• 2.3 本章小结33-34
• 3 新型旋转式连续膨化设备结构设计34-60
• 3.1 连续式膨化设备的工作原理34-36
• 3.2 设计产量的确定36-37
• 3.3 旋转膨化器的壳体结构设计37-42
• 3.4 旋转部件设计42-48
• 3.4.1 旋转料框设计42
• 3.4.2 密封结构设计42-48
• 3.5 传动装置选型计算48-53
• 3.6 端盖设计及其安装件的选型53-56
• 3.7 夹套的设计56-57
• 3.8 支座设计57-59
• 3.9 本章小结59-60
• 4 连续式真空干燥设备选型设计60-72
• 4.1 真空罐筒体设计60-61
• 4.2 真空罐封头的选取61-62
• 4.3 真空罐法兰及视镜的选取62-63
• 4.4 真空罐夹套设计63-64
• 4.5 真空罐支座选型64-65
• 4.6 真空干燥罐的设备接口设计65-66
• 4.7 抽真空设备选型66
• 4.8 物料输送装置选型66-68
• 4.9 真空阀及加热装置选型68-69
• 4.10 连续性膨化设备整体结构布局设计69-70
• 4.11 本章小结70-72
• 5 连续式膨化设备的结构有限元分析72-86
• 5.1 壳体的有限元分析72-75
• 5.2 旋转料框有限元分析75-81
• 5.3 支座结构的限元分析81-84
• 5.4 本章小结84-86
• 6 结论与展望86-88
• 6.1 全文总结86-87
• 6.2 展望87-88
• 致谢88-90
• 参考文献90-94
• 攻读学位期间发表的学术论文及专利目录94-95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：512377