Підвищення ефективності випарних установок для виробництва згущеного молока шляхом застосування рідинно-парових струминних апаратів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.339764

Ключові слова:

випарна установка, рідинно-паровий струминний апарат, згущене молоко, рекомпресія, ефективність, термоекономіка

Анотація

Об’єктом дослідження була випарна установка для виробництва згущеного молока. Вирішувалась проблема низької ефективності випарних установок для виробництва згущеного молока шляхом заміни пароструминних ежекторів на принципово нові двофазні струминні апарати, якими є рідинно-парові струминні апарати. Вони працюють за принципом струминної термокомпресії, що дає змогу знизити споживання котельної пари, яка використовується в пароструминних ежекторах у якості робочого струменя активного потоку. В рідинно-парових струминних апаратах котельна пара використовується лише для підігрівання робочої рідини активного потоку в теплообміннику-підігрівачі. Завдяки цьому вдається зменшити її споживання у 2,95 рази та одержати економічний ефект, який в середньому становить 1337 у. о. Наступною перевагою рідинно-парових струминних апаратів є те, що генерація робочої пари відбувається в надзвуковій частині сопла активного потоку. В результаті цього можна збільшити ступінь підвищення тиску пасивного потоку і відмовитися від багатоступеневого його стиснення, як це реалізується в пароструминних ежекторах. Це додатково підвищує ефективність установок на базі таких агрегатів на 25–30 % порівняно з пароструминними ежекторами. І, головне, застосування рідинно-парових струминних апаратів дає змогу спростити конструкцію випарної установки і перейти від двокорпусної до однокорпусної схеми. Це дає змогу знизити вартість одиниці продукту в середньому на 450 у. о./т. Виконано термодинамічний, ексергетичний та термоекономічний аналізи. В результаті проведеного дослідження було з’ясовано, що модернізація випарних установок для виробництва згущеного молока шляхом застосування рідинно-парових струминних апаратів дає змогу підвищити ефективність таких систем в середньому у 2,1 рази

Біографії авторів

Сергій Олегович Шарапов, Сумський державний університет

Кандидат технічних наук

Кафедра технічної теплофізики

Святослав Олександрович Євтушенко, Сумський державний університет

PhD Student

Department of Technical Thermal Physics

Антон Романович Вербицький, Сумський державний університет

Аспірант

Кафедра технічної теплофізики

Максим Сергійович Скиданенко, Сумський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра хімічної інженерії

Сергій Олександрович Хованський, Сумський державний університет

Кандидат технічних наук

Кафедра прикладної гідроаеромеханіки

Посилання

  1. Deeth, H. C., Lewis, M. J. (2017). High Temperature Processing of Milk and Milk Products. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9781118460467
  2. Hamzaoui, M., Nesreddine, H., Aidoun, Z., Balistrou, M. (2018). Experimental study of a low grade heat driven ejector cooling system using the working fluid R245fa. International Journal of Refrigeration, 86, 388–400. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.11.018
  3. Śmierciew, K., Pawluczuk, A., Gagan, J., Butrymowicz, D. (2019). Thermodynamic analysis of two-phase injector for various working fluids. Applied Thermal Engineering, 157, 113713. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.113713
  4. Prestes, A. A., Helm, C. V., Esmerino, E. A., Silva, R., Prudencio, E. S. (2022). Conventional and alternative concentration processes in milk manufacturing: a comparative study on dairy properties. Food Science and Technology, 42. https://doi.org/10.1590/fst.08822
  5. Yang, D., Leng, B., Li, T., Li, M. (2020). Energy Saving Research on Multi-effect Evaporation Crystallization Process of Bittern Based on MVR and TVR Heat Pump Technology. American Journal of Chemical Engineering, 8 (3), 54. https://doi.org/10.11648/j.ajche.20200803.11
  6. Croguennec, T., Jeantet, R., Schuck, P. (2016). From Milk to Dairy Products. Handbook of Food Science and Technology 3, 1–63. https://doi.org/10.1002/9781119296225.ch1
  7. Besagni, G., Mereu, R., Inzoli, F. (2016). Ejector refrigeration: A comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 53, 373–407. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.08.059
  8. Liang, L., Qi, C., Wang, X., Jin, Q., McClements, D. J. (2017). Influence of Homogenization and Thermal Processing on the Gastrointestinal Fate of Bovine Milk Fat: In Vitro Digestion Study. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 65 (50), 11109–11117. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.7b04721
  9. Dos Santos Morais, R., Louvet, N., Borges, F., Dumas, D., Cvetkovska-Ben Mohamed, L., Barrau, S. et al. (2021). Impact of Lacticaseibacillus rhamnosus GG on the Emulsion Stability of Raw Milk. Foods, 10 (5), 991. https://doi.org/10.3390/foods10050991
  10. Besagni, G., Cristiani, N., Croci, L., Guédon, G. R., Inzoli, F. (2021). Multi-scale evaluation of ejector performances: The influence of refrigerants and ejector design. Applied Thermal Engineering, 186, 116502. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116502
  11. Riaz, F., Yam, F. Z., Qyyum, M. A., Shahzad, M. W., Farooq, M., Lee, P. S., Lee, M. (2021). Direct Analytical Modeling for Optimal, On-Design Performance of Ejector for Simulating Heat-Driven Systems. Energies, 14 (10), 2819. https://doi.org/10.3390/en14102819
  12. Mahmoudian, J., Mazzelli, F., Milazzo, A., Malpress, R., Buttsworth, D. R. (2021). Experiments on water vapour condensation within supersonic nozzle flow generated by an impulse tunnel. International Journal of Multiphase Flow, 134, 103473. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2020.103473
  13. Grazzini, G., Milazzo, A., Mazzelli, F. (2018). Ejectors for Efficient Refrigeration. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-75244-0
  14. Milazzo, A., Rocchetti, A. (2015). Modelling of ejector chillers with steam and other working fluids. International Journal of Refrigeration, 57, 277–287. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.05.015
  15. Sarevski, V. N., Sarevski, M. N. (2012). Characteristics Of R718 Thermocompression Refrigerating / Heat Pump Systems With Two-Phase Ejectors. International Refrigeration and Air Conditioning Conference. Available at: https://docs.lib.purdue.edu/iracc/1214/
  16. Assari, M. R., Tabrizi, H. B., Beik, A. J. G., Shamesri, K. (2022). Numerical Study of Water-air Ejector using Mixture and Two-phase Models. International Journal of Engineering, 35 (2), 307–318. https://doi.org/10.5829/ije.2022.35.02b.06
  17. Topal, H. İ., Tol, H. İ., Kopaç, M., Arabkoohsar, A. (2022). Energy, exergy and economic investigation of operating temperature impacts on district heating systems: Transition from high to low-temperature networks. Energy, 251, 123845. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123845
  18. Khoshgoftar Manesh, M. H., Onishi, V. C. (2021). Energy, Exergy, and Thermo-Economic Analysis of Renewable Energy-Driven Polygeneration Systems for Sustainable Desalination. Processes, 9 (2), 210. https://doi.org/10.3390/pr9020210
  19. Sharapov, S., Yevtushenko, S., Panchenko, V., Kozin, V., Ivchenko, O. (2022). Improving the efficiency of condensation installations of steam turbines by applying liquid-vapor ejector. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (118)), 44–51. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263331
  20. Sharapov, S., Krmela, J., Husiev, D., Verbytskiy, A., Bocko, J. (2024). Heat Utilization in Boiler Plants by Using Liquid-Vapor Jet Apparatus. Journal of Engineering Sciences, 11 (2), G1–G8. https://doi.org/10.21272/jes.2024.11(2).g1
  21. Sharapov, S., Mižáková, J., Husiev, D., Panchenko, V., Ivanov, V., Pavlenko, I., Židek, K. (2022). Vapor Overproduction Condition Monitoring in a Liquid–Vapor Ejector. Processes, 10 (11), 2383. https://doi.org/10.3390/pr10112383
  22. Bergantini Botamede, B., Oliveira Salviano, L. (2023). Thermodynamic analysis of concentrated solar energy layouts integrated with combined power system. Applied Thermal Engineering, 229, 120618. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120618
  23. Szablowski, L., Morosuk, T. (2022). Advanced Exergy Analysis of Adiabatic Underwater Compressed Air Energy Storage System. Entropy, 25 (1), 77. https://doi.org/10.3390/e25010077
  24. Szablowski, L., Krawczyk, P., Wolowicz, M. (2021). Exergy Analysis of Adiabatic Liquid Air Energy Storage (A-LAES) System Based on Linde–Hampson Cycle. Energies, 14 (4), 945. https://doi.org/10.3390/en14040945
  25. Tashtoush, B., Songa, I., Morosuk, T. (2022). Exergoeconomic Analysis of a Variable Area Solar Ejector Refrigeration System under Hot Climatic Conditions. Energies, 15 (24), 9540. https://doi.org/10.3390/en15249540
  26. Elmorsy, L., Morosuk, T., Tsatsaronis, G. (2022). Comparative exergoeconomic evaluation of integrated solar combined-cycle (ISCC) configurations. Renewable Energy, 185, 680–691. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.12.108
  27. Tashtoush, B., Morosuk, T., Chudasama, J. (2020). Exergy and Exergoeconomic Analysis of a Cogeneration Hybrid Solar Organic Rankine Cycle with Ejector. Entropy, 22 (6), 702. https://doi.org/10.3390/e22060702
  28. Elmorsy, L., Morosuk, T., Tsatsaronis, G. (2020). Exergy-Based Analysis and Optimization of an Integrated Solar Combined-Cycle Power Plant. Entropy, 22 (6), 655. https://doi.org/10.3390/e22060655
Підвищення ефективності випарних установок для виробництва згущеного молока шляхом застосування рідинно-парових струминних апаратів

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-10-23

Як цитувати

Шарапов, С. О., Євтушенко, С. О., Вербицький, А. Р., Скиданенко, М. С., & Хованський, С. О. (2025). Підвищення ефективності випарних установок для виробництва згущеного молока шляхом застосування рідинно-парових струминних апаратів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(11 (137), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.339764

Номер

Том 5 № 11 (137) (2025): Технології та обладнання харчових виробництв

Розділ

Технології та обладнання харчових виробництв

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Serhii Sharapov, Sviatoslav Yevtushenko, Anton Verbytskiy, Maksym Skydanenko, Serhii Khovanskyi

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.