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虾类真空干燥机器设备的设计探究

时间:2020-11-21 15:53作者:姜磊赟
本文导读:这是一篇关于虾类真空干燥机器设备的设计探究的文章,以舟山红虾为研究对象,研究虾干燥工艺最佳温度和最佳真空度。分别研究实验样品在10℃、20℃、30℃、40℃和50℃温度和10 Pa、20 Pa、30 Pa、40 Pa和50 Pa真空度下的含水率曲线和干燥速率曲线,并且分析了不同温度

  摘  要

  
  虾类产品因含有丰富的蛋白质、无机盐等营养成分,且味道鲜美,非常受消费者喜爱。然而由于虾类产品的含水率高、保质期短、存储温度要求严格等原因,使得新鲜的虾类容易变质腐烂,严重影响了市场的供应。为了解决市场供应量不足的问题,通常采用传统的日光暴晒、自然风干等方式进行干燥,但传统的虾类产品干燥工艺存在干燥速率较慢、营养成分损失严重、干燥环境恶劣等缺点,其产品质量无法得到保证。因此需要寻找一种在保证营养成分前提下增加虾类产品保质期的干燥技术。真空干燥技术对干燥温度要求较低,能够较大程度的保留物料营养成分,非常适合对温度敏感的物料进行干燥。因此,在分析各种干燥技术的基础上,本文自行设计了一种虾类真空干燥机。主要内容包括:


虾类真空干燥机器设备的设计探究

  
  首先,本文分析了不同的干燥工艺,结合虾类产品的特点,利用真空干燥工艺制作虾干,并且制定了虾类产品的真空干燥流程。
  
  其次,根据真空干燥技术特点和虾类干燥特性,提出了虾类真空干燥设备的设计方案,并且对真空干燥设备的干燥仓、输送装置、加热装置和真空系统等主要结构进行了设计;计算了箱体壁厚,分析了加热系统的能量需求;根据虾类干燥工艺参数确定了控制系统的要求,基于 MATLAB 的 Simulink 环境对比分析了PID 控制和模糊自适应 PID 控制效果,采用模糊自适应 PID 算法控制干燥温度。
  
  最后以舟山红虾为研究对象,研究了舟山红虾在 10、20、30、40、50℃和10、20、30、40、50Pa 下的干燥特性,从而确定真空干燥技术下舟山红虾的最佳干燥温度和最佳真空度。试验结果表明,舟山红虾真空干燥的最佳温度为40-50 ℃,最佳真空度为 10Pa。
  
  关键词:    虾;真空干燥设备;干燥控制;温度;真空度 。
  

  ABSTRACT

  
  Shrimp  products  are  very  popular  with  consumers  because  they  are  rich  in protein, inorganic salt and other nutrients, meanwhile, taste deliciously. However, dueto  the  requirements  of  shrimp  products  of high  moisture  content,  short  shelf  life  and strict storage temperature, fresh shrimp is easy to deteriorate and rot, which seriously affects the market supply. In order to solve the problem of insufficient market supply, traditional methods of drying are usually used, such as sunlight exposure, natural air drying,  etc.  However,  the  traditional  drying  process  of  shrimp  products  has  some disadvantages,  such  as  slow  drying  rate,  serious  loss  of  nutrients,  hostile  drying environment,  etc.,  so  its  product  quality  cannot  be  guaranteed.  Therefore,  it  is necessary to find a drying technology to increase the shelf life of shrimp products on the  premise  of  ensuring  the  nutritional  composition.  Vacuum  drying  technology  has low requirement for drying temperature, which can retain the nutrition of products to a  large  extent,  so  it  is  very  suitable  for  drying  temperature  sensitive  materials. Therefore,  based  on  the  analysis  of  various  drying  technologies,  a  kind  of  shrimp vacuum dryer was designed. The main contents of this paper include: First  of  all,  this  paper  analyzes  different  drying  process,  combined  with  the characteristics of shrimp products, using vacuum drying process to make dried shrimp, and develops vacuum drying process for shrimp products.
  
  Secondly,  according  to  the  characteristics  of  vacuum  and  shrimp  drying technology, the design scheme of shrimp vacuum drying equipment is proposed, and the main structure of vacuum drying equipment, such as drying bin, conveying device, heating  device  and  vacuum  system  are  designed;  the  wall  thickness  of  the  box  is calculated, the energy demand of the heating system is analyzed; the control system is determined  according  to  the  parameters  of  drying  process  of  shrimp  Requirements,based  on  Simulink  environment  comparative  analysis  of  PID  control  and  fuzzy adaptive  PID  control  effect  on  MATLAB,  using  fuzzy  adaptive  PID  algorithm  tocontrol the drying temperature.
  
  Finally,  taking  Zhoushan  red  shrimp  as  the  research  object,  the  drying characteristics  of  Zhoushan  red  shrimp  at  the  temperature  and  vacuum  degree  of  10,20,  30,  40  and  50  were  studied  respectively,  so  as  to  determine  the  best  drying temperature  and  vacuum  degree  for  Zhoushan  red  shrimp  with  vacuum  dryingtechnology.  The  results  showed  that  the  best  vacuum  drying  temperature  was 40-50 ℃, and the best vacuum degree was 10 Pa.
  
  Key  words:     Shrimp  products;  Vacuum  drying  equipment;  Drying  control; Temperature; Vacuum Degree 。
  

  第一章   绪 论
 

  
  1.1、课题研究背景 。

  
  据国家统计局公布的数据显示,我国水产养殖量超过5000万吨,占我国水产平产量的78%以上,是世界上唯一养殖量超过总捕捞量的国家[1]。我国海洋虾类资源非常丰富,并且虾类养殖已经成为各地沿海城市的渔业经济发展支柱产业和增加渔民收入的富民产业。随着人们生活水平的提高和养殖业的飞速发展,人们对虾类产品的营养价值、食品安全和食品的质量要求也越来越高。虾类等水产品有着丰富的营养成分。以南极磷虾为例[2, 3],不仅南极磷虾粉中的虾青素含量大于100 ug/g,而且其含有丰富的磷(P)、砷(As)、硒(Se)、锌(Zn)、钙(Ca)等矿物质。虾青素是类胡萝卜素的一种,具有抗氧化性、抗糖尿病、预防心血管疾病、辅助抗癌、增强机体免疫力等功效。然而游离态的虾青素极不稳定,对紫外光极其敏感。因此,保证虾类的营养成分不流失对人体的健康有着积极的作用。
  
  舟山渔场位于我国东部海岸线,是我国重要的水产品基地。其中舟山渔场每年产出大量的舟山红虾(又称管鞭虾、赤虾)。舟山红虾体内水分含量高、肉质柔软,其体内富含多种氨基酸、不饱和脂肪酸和微量元素等营养物质,具有保护心血管系统、降低胆固醇、防止动脉硬化等功效[4]。
  

  

  
  然而舟山红虾在常温下易腐败变质,其体内蛋白质与空气中的氧气反应形成黑变,导致红虾头部变黑[5]。为了最大限度保证舟山红虾品质,需要寻求一种合适的方法增加其保质期。研究发现,不仅养殖模式能够影响水产动物的生长、肉质和营养成分[6-8],而且存储方式对水产品的肉质、口感和营养成分含量也有重要的影响。然而虾的生产季节性强、冷藏保鲜后易使虾体破碎、解冻后易腐败变质,并且冷藏保存后养分易流失。因此在保证虾的营养基础上,急需寻求一种有效的保存方式,以满足市场对虾产品日益增长的需求。
  
  干制处理是传统的肉类加工方法。例如牛肉干、腊肉干、鱼肉干等干制产品均是经过脱水处理后的肉类产品。经过干制后的肉类其含水率低、存储时间长、营养成分丰富、携带方便、食用简单、口感独特,越来越受到市场的青睐[9]。
  
  虾干是虾类经过脱水处理后所得的干制品,营养价值很高,具有蛋白质丰富、组织蛋白质结构松软、含多种维生素、肌纤维较细等特点[10]。据分析,虾干中含有丰富的钙、铁、磷等元素,非常适合病人、老年人和儿童食用。近年来,因虾类具有生长迅速、易养殖、不易生病、肉质好、含肉率高等特点[11],市场需求逐渐旺盛,故而虾类水产品逐渐成为我国渔业重要的养殖物种,市场对虾干的需求量日益旺盛[12]。
  
  虾类产品的加工方法有很多种,目前对虾类产品的加工方式主要有鲜活、冷冻、干制等。鲜活的虾类水产品保质期较短,运输过程复杂,不适合长途运输;经过冷冻处理的虾类产品虽然存储时间得以延长,然而其只能保存在低温环境,对远距离运输和存储均带来一定程度的困扰。干制后的虾类产品运输简便、经真空包装后保质期较长、存储环境要求较低,很适合长途运输。然而经传统干燥方法加工的干制品,例如自然风干、阳光下晾晒等方式,存在干燥速率较慢、复水品质较差、成品色泽较差、养分易流失、成品卫生条件较差等缺点,无法满足市场对虾干高质量的要求,严重阻碍了我国虾干制品的发展,因此迫切需要寻求一种干燥速率较快、成品品质优良的虾干制作方法。
  

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  1.2、干燥技术简介
  1.3、国内外研究现状.
  1.4、课题主要研究内容
  
  第二章  虾的真空干燥工艺及其设备.
  
  2.1 、干燥目的及对象.
  2.2、真空干燥设备介绍
  2.3、真空干燥原理及特.
  2.4、虾干真空干燥流程.
  2.5、本章小结
  
  第三章  虾的真空干燥机系统设计
  
  3.1、真空干燥机设计流程.
  3.2、干燥仓设计
  3.2.1、真空干燥仓系统设计.
  3.2.2、箱体的壁厚计算.
  3.3、加热系统设计
  3.3.1、输送带结构设计.
  3.3.2、加热系统能耗计算.
  3.4、真空系统设计
  3.5、本章小结
  
  第四章  虾的干燥机控制系统设计
  
  4.1、控制系统总体设计
  4.1.1、真空度控制模块
  4.1.2、时间调节模块
  4.2、干燥设备温控系统模糊PID控制器设计及仿
  4.2.1、PID控制基本原理
  4.2.2、模糊自适应PID控制基本原理
  4.2.3、模糊自适应PID控制的基本组成
  4.2.4、模糊自适应PID控制仿真实现
  4.2.5、模糊自适应PID控制仿真结果分析
  4.3、本章小结
  
  第五章  虾的真空干燥工艺实验研究
  
  5.1、实验材料.
  5.2、实验设备.
  5.3、工艺流程.
  5.4、检测方法.
  5.4.1、水分含量的测定.
  5.4.2、收缩率的测定.
  5.5、温度对虾干燥效果的影响.
  5.5.1、温度对含水率的影响.
  5.5.2、温度对干燥速率的影响.
  5.5.3、温度对虾体收缩率和复水率的影响.
  5.6、真空度对虾干燥效果的影响.
  5.6.1、真空度对含水率的影响
  5.6.2、真空度对干燥速率的影响
  5.7、本章小结

  结  论

  本文根据虾类本身具有热敏性的特点,提出利用真空干燥工艺制作虾干。首先,分析了不同真空干燥设备的性能特点,并根据真空干燥原理及特性制定了虾的真空干燥流程。其次,对加热系统的结构进行设计,并计算了干燥单份物料所需能量值。分别计算了箱体壁厚,并通过理论计算选择罗茨泵为抽真空装置的主泵。随后提出利用模糊PID控制对加热系统的温度进行控制。最后以舟山红虾为研究对象,探究虾真空干燥工艺最佳温度和真空度。基于上述工作,对上述工作总结如下:

  第一,分析了不同干燥工艺的优缺点,结合虾类产品的对温度敏感的特点,最终选择利用真空干燥技术制作虾干。此外,通过理论分析确定了虾类产品的真空干燥流程并选择确定了干燥仓为圆形干燥仓,随后根据公式计算出干燥仓的壁厚应不小于9.14mm。此外,原料虾由传送带送入干燥仓,热量通过传送带平面传递至虾体,并通过理论计算得出干燥单份虾所需热量约为0.369KJ。

  第二,在Simulink环境下分析了传统PID和模糊自适应PID控制系统对温度的控制效果。通过对比分析发现模糊自适应PID控制系统的超调量较小,稳态响应时间较小。最终以模糊自适应PID控制算法作为真空干燥设备的温度控制算法。

  第三,以舟山红虾为研究对象,研究虾干燥工艺最佳温度和最佳真空度。分别研究实验样品在10℃、20℃、30℃、40℃和50℃温度和10 Pa、20 Pa、30 Pa、40  Pa和50  Pa真空度下的含水率曲线和干燥速率曲线,并且分析了不同温度下试样样品的复水率。综合考虑干燥时间和干燥速率、复水率等因素,最终确定舟山红虾的最佳干燥条件为40-50℃,10 Pa。

  参考文献

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