Визначення ефективності тепломасообміну скребкового теплообмінника для нагрівання харчових напівфабрикатів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.335509

Ключові слова:

скребковий теплообмінник, плівкова течія, тепловіддача, шарнірна лопать, енергоефективність, плодово-ягідне пюре

Анотація

Об’єктом дослідження є процес нагрівання плодово-ягідних пюре виготовленого з яблука, абрикос та жимолості.

У роботі представлено вдосконалену конструкцію скребкового теплообмінника для нагрівання в’язких рідких харчових продуктів на основі плодово-ягідної сировини (пюре, пасти). Одним з основних елементів модернізації є нагрівання гнучким плівковим резистивним електронагрівачем випромінювального типу замість традиційної парової системи, що дало змогу усунути парову арматуру та знизити енерговитрати. Додаткове оснащення теплообмінника шарнірною лопаттю з виносною пластиною забезпечує турбулізацію потоку продукту в зоні теплообміну, сприяючи формуванню стабільної плівкової течії на поверхні нагріву, що істотно підвищує ефективність теплопередачі.

Проведені експериментально-розрахункові дослідження виявили залежність коефіцієнта тепловіддачі від витрати сировини та частоти обертання вала апарата. Встановлено, що коефіцієнт тепловіддачі залежить від витрати продукту та після досягнення максимуму (13…15) 10–3 кг/с він зменшується. Вплив частоти обертання ротора менш значний і проявляється переважно під час переходу від 1,0 до 1,5 с⁻¹. Порівняльний аналіз засвідчив, що використання вдосконаленої лопаті з виносною пластиною дозволяє підвищити коефіцієнт тепловіддачі у 1,2 рази в порівнянні з традиційною конструкцією. Розрахунки питомих витрат теплоти показали їх зменшення з 250 до 222 кДж/кг, що становить економію 12,5%.

Запропоновані конструктивні рішення дозволяють забезпечити стабільність температурних режимів, зменшити енерговитрати, покращити якість теплової обробки та автоматизацію процесів. Це особливо важливо для обробки термочутливих та густих продуктів у харчовому виробництві.

Біографії авторів

Олексій Євгенович Загорулько, Державний біотехнологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра обладнання та інжинірингу переробних і харчових виробництв

Катерина Рубенівна Касабова, Державний біотехнологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології хлібопродуктів і кондитерських виробів

Анастасія Олександрівна Шевченко, Національний університет харчових технологій

Доктор технічних наук

Кафедра технології хлібопекарських і кондитерських виробів

Дмитро В’ячеславович Дмитревський, Державний біотехнологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра обладнання та інжинірингу переробних і харчових виробництв

Юлія Вікторівна Левченко, Полтавський державний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра механічної та електричної інженерії

Олена Володимирівна Калашник, Полтавський державний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра харчових технологій

Віталій Сергійович Кошулько, Дніпровський державний аграрно-економічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра харчових технологій

Олексій Євгенович Громов, Державний біотехнологічний університет

ФОП Громов Олексій Євгенович, аспірант

Кафедра обладнання та інжинірингу переробних і харчових виробництв

Посилання

  1. Kasabova, K., Samokhvalova, O., Zagorulko, A., Zahorulko, A., Babaiev, S., Bereza, O. et al. (2022). Improvement of Turkish delight production technology using a developed multi-component fruit and vegetable paste. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (11 (120)), 51–59. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.269393
  2. Samokhvalova, O., Kasabova, K., Shmatchenko, N., Zagorulko, A., Zahorulko, A. (2021). Improving the marmalade technology by adding a multicomponent fruit-and-berry paste. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (11 (114)), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.245986
  3. Zagorulko, A., Shydakova-Kameniuka, O., Kasabova, K., Zahorulko, A., Budnyk, N., Kholobtseva, I. et al. (2023). Substantiating the technology of cream-whipped candy masses with the addition of berry and fruit paste. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (11 (123)), 50–59. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.279287
  4. Samokhvalova, O. V., Kasabova, K. R., Oliinyk, S. H. (2014). The influence of the enriching additives on the dough structure formation and baked muffins. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (67), 32–36. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.20024
  5. Kasabova, K., Sabadash, S., Mohutova, V., Volokh, V., Poliakov, A., Lazarieva, T. et al. (2020). Improvement of a scraper heat exchanger for pre-heating plant-based raw materials before concentration. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (11 (105)), 6–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.202501
  6. Zahorulko, A., Zagorulko, A., Kasabova, K., Liashenko, B., Postadzhiev, A., Sashnova, M. (2022). Improving a tempering machine for confectionery masses. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (11 (116)), 6–11. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254873
  7. Li, F., Chen, G., Zhang, B., Fu, X. (2017). Current applications and new opportunities for the thermal and non-thermal processing technologies to generate berry product or extracts with high nutraceutical contents. Food Research International, 100, 19–30. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.08.035
  8. Qiu, J., Kloosterboer, K., Guo, Y., Boom, R. M., Schutyser, M. A. I. (2019). Conductive thin film drying kinetics relevant to drum drying. Journal of Food Engineering, 242, 68–75. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2018.08.021
  9. Fayolle, F., Belhamri, R., Flick, D. (2013). Residence time distribution measurements and simulation of the flow pattern in a scraped surface heat exchanger during crystallisation of ice cream. Journal of Food Engineering, 116 (2), 390–397. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2012.12.009
  10. Błasiak, P., Pietrowicz, S. (2017). An experimental study on the heat transfer performance in a batch scraped surface heat exchanger under a turbulent flow regime. International Journal of Heat and Mass Transfer, 107, 379–390. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.11.049
  11. Crespí-Llorens, D., Vicente, P., Viedma, A. (2018). Experimental study of heat transfer to non-Newtonian fluids inside a scraped surface heat exchanger using a generalization method. International Journal of Heat and Mass Transfer, 118, 75–87. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.10.115
  12. Imran, A., Rana, M. A., Siddiqui, A. M. (2018). Study of a Eyring – Powell Fluid in a Scraped Surface Heat Exchanger. International Journal of Applied and Computational Mathematics, 4 (1). https://doi.org/10.1007/s40819-017-0436-z
  13. Martínez, D. S., Solano, J. P., Vicente, P. G., Viedma, A. (2019). Flow pattern analysis in a rotating scraped surface plate heat exchanger. Applied Thermal Engineering, 160, 113795. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.113795
  14. Błasiak, P., Pietrowicz, S. (2019). A numerical study on heat transfer enhancement via mechanical aids. International Journal of Heat and Mass Transfer, 140, 203–215. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.05.116
  15. Acosta, C. A., Yanes, D., Bhalla, A., Guo, R., Finol, E. A., Frank, J. I. (2020). Numerical and experimental study of the glass-transition temperature of a non-Newtonian fluid in a dynamic scraped surface heat exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer, 152, 119525. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119525
  16. Hernández-Parra, O. D., Plana-Fattori, A., Alvarez, G., Ndoye, F.-T., Benkhelifa, H., Flick, D. (2018). Modeling flow and heat transfer in a scraped surface heat exchanger during the production of sorbet. Journal of Food Engineering, 221, 54–69. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2017.09.027
  17. Kowalski, K., Błasiak, P., Pietrowicz, S. (2025). A review of scraped surface heat exchangers: Parameters describing thermal-fluid processes, influence of their internal geometric parameters and energy consumption. International Journal of Heat and Mass Transfer, 236, 126336. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.126336
  18. Dongellini, M., Martino, G., Naldi, C., Lorente, S., Morini, G. L. (2025). Experimental study on the heat transfer performance of finned-tube heat exchangers in latent thermal energy storages: Effects of PCM types and operating conditions. Applied Thermal Engineering, 271, 126273. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.126273
  19. Soni, M., Saurabh, Raha, A., Rao, A. S., Adak, A. K. (2025). Experimental & modeling studies on novel scraped surface falling film crystallizer for freeze desalination. Desalination and Water Treatment, 321, 100927. https://doi.org/10.1016/j.dwt.2024.100927
  20. Cao, Z., Luo, L., Yang, X., Yan, H., Du, W. (2025). Effects of turning vane on flow control and heat transfer in ribbed two-pass channel with varied rib patterns. International Journal of Thermal Sciences, 207, 109342. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2024.109342
  21. Faure, E., Shcherba, A., Stupka, B., Voronenko, I., Baikenov, A.; Faure, E., Danchenko, O., Bondarenko, M., Tryus, Y., Bazilo, C., Zaspa, G. (Eds.) (2023). A Method for Reliable Permutation Transmission in Short-Packet Communication Systems. Information Technology for Education, Science, and Technics. Cham: Springer, 177–195. https://doi.org/10.1007/978-3-031-35467-0_12
  22. Kolosok, S., Lyeonov, S., Voronenko, I., Goncharenko, O., Maksymova, J., Chumak, O. (2022). Sustainable business models and IT innovation: The case of the REMIT. Journal of Information Technology Management, 14, 147–156. https://doi.org/10.22059/JITM.2022.88894
  23. Vakuum-aparat MZS-320, MZS-241 Vakuum-aparaty dlia kharchovoi promyslovosti. All-Biz. Available at: https://ua.all.biz/uk/vakuum-aparat-mzs-320-mzs-241-vakuum-aparaty-dlya-g2258596
Визначення ефективності тепломасообміну скребкового теплообмінника для нагрівання харчових напівфабрикатів

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-08-26

Як цитувати

Загорулько, О. Є., Касабова, К. Р., Шевченко, А. О., Дмитревський, Д. В., Левченко, Ю. В., Калашник, О. В., Кошулько, В. С., & Громов, О. Є. . (2025). Визначення ефективності тепломасообміну скребкового теплообмінника для нагрівання харчових напівфабрикатів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(11 (136), 25–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.335509

Номер

Том 4 № 11 (136) (2025): Технології та обладнання харчових виробництв

Розділ

Технології та обладнання харчових виробництв

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Aleksey Zagorulko, Kateryna Kasabova, Anastasiia Shevchenko, Dmytro Dmytrevskyi, Yuliia Levchenko, Olena Kalashnyk, Vitalii Koshulko, Aleksey Gromov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.