Визначення механізмів теплообміну при вакуумному сушінні твердо-вологих та рідко-в'язких матеріалів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.268241

Ключові слова:

вакуумне сушіння, механізм теплообміну, частки теплообміну, бульби топінамбуру, верблюже молоко, кобиляче молоко

Анотація

Більшість способів сушіння поєднують процеси конвективного, кондуктивного та радіаційного теплообміну. Частка кожного виду теплообміну може варіюватися в залежності від типу і режиму сушіння, виду продукту тощо. У даному дослідженні вирішується проблема визначення механізму теплообміну вакуумного сушіння твердо-вологих та рідко-в'язких матеріалів. Об'єктами дослідження є бульби топінамбуру, верблюже та кобиляче молоко. Експериментально визначені чисельні значення складових теплообміну та визначені їхні частки у загальному тепловому потоці. При вакуумному сушінні топінамбура за тиску середовища 4 кПа і температури 55 °С (при висоті шару 0,01 і 0,02 м) відзначається переважання конвективної складової (58,55 і 67,65 %). Значно нижча частка теплопровідності (18,96 і 29,39 %) та випромінювання (13,39 і 12,05 %). Механізм теплопровідності починає переважати зі збільшенням висоти шару матеріалу (0,03 і 0,04 м). Конвективна складова також є домінантною для вакуумного сушіння молока: при тисках середовища (6÷10) кПа і температурі 40 °С її значення для кобилячого молока досягає 78,21 %, для верблюжого – 73,33 %. Другою за значенням є частка випромінювання (19,45 і 22,58 %). Мінімальні показники має кондуктивний теплообмін (5,66 і 6,17 %). Великі значення частки теплопровідності при сушінні топінамбуру в порівнянні з молоком пояснюються тим, що всередині бульб теплообмін відбувається за рахунок кондукції, а всередині молока за рахунок конвекції. Незначні частки випромінювання пояснюються низькими та середніми значеннями вакууму в камері. У досліджуваному діапазоні тепломасоперенос зумовлений молекулярною дифузією та конвекцією. Отримані результати можна використовувати для складання критеріальних рівнянь теплообміну, при інженерних розрахунках та оптимізації роботи вакуумних сушарок.

Біографії авторів

Abdizhapparova Abdizhapparova, Mukhtar Auezov South Kazakhstan University

Candidate of Technical Sciences, Associated Professor

Department of Food Engineering

Володимир Олексійович Потапов, Державний біотехнологічний університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра інтегрованих електротехнологій та енергетичного машинобудування

Nurlan Khanzharov, Mukhtar Auezov South Kazakhstan University

Candidate of Technical Sciences, Associated Professor

Department of Technology and Food Safety

Azret Shingissov, Mukhtar Auezov South Kazakhstan University

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department

Department of Technology and Food Safety

Bayan Khanzharova, Kazakh National Women’s Teacher Training University

Candidate of Pedagogical Sciences, Professor

Department of Mathematics

Посилання

  1. Demarchi, S. M., Torrez Irigoyen, R. M., Giner, S. A. (2018). Vacuum drying of rosehip leathers: Modelling of coupled moisture content and temperature curves as a function of time with simultaneous time-varying ascorbic acid retention. Journal of Food Engineering, 233, 9–16. doi: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2018.03.027
  2. Ustinova, M. E., Yashonkov, A. A. (2021). Experimental studies into the kinetics of the process of vacuum drying of carrot chips. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 640 (2), 022011. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/640/2/022011
  3. Lima, M. M. de, Tribuzi, G., Souza, J. A. R. de, Souza, I. G. de, Laurindo, J. B., Carciofi, B. A. M. (2016). Vacuum impregnation and drying of calcium-fortified pineapple snacks. LWT - Food Science and Technology, 72, 501–509. doi: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.05.016
  4. Sun, D.-W. (Ed.) (2005). Thermal Food Processing: New Technologies and Quality Issues. CRC Press, 664. doi: https://doi.org/10.1201/9781420027372
  5. Rambhatla, S., Pikal, M. J. (2003). Heat and mass transfer scale-up issues during freeze-drying, I: Atypical radiation and the edge vial effect. AAPS PharmSciTech, 4 (2), 22–31. doi: https://doi.org/10.1208/pt040214
  6. Ratti, С.; Chen, X. D., Mujumdar, A. S. (Eds.) (2008). Freeze and vacuum drying of foods. Drying Technologies in Food Processing. Wiley-Blackwell, 225–251. Availavble at: https://www.wiley.com/en-us/Drying+Technologies+in+Food+Processing-p-9781405157636
  7. Delgado, J. M. P. Q., Barbosa de Lima, A. G. (Eds.) (2014). Transport Phenomena and Drying of Solids and Particulate Materials. Advanced Structured Materials. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-04054-7
  8. Ganguly, A., Nail, S. L., Alexeenko, A. (2013). Experimental Determination of the Key Heat Transfer Mechanisms in Pharmaceutical Freeze-Drying. Journal of Pharmaceutical Sciences, 102 (5), 1610–1625. doi: https://doi.org/10.1002/jps.23514
  9. Ermolaev, V. A. (2021). The development of mathematical modelof low-temperature vacuum drying of cheeses. Bulletin of KSAU, 1 (166), 134–142. doi: https://doi.org/10.36718/1819-4036-2021-1-134-142
  10. Novikov, P. A. (1962). Vliyanie luchistoy sostavlyayuschey na kharakter teploobmena pri sublimatsii v vakuume. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal, 12 (5), 80–83.
  11. Smol'skiy, B. M., Novikov, P. A. (1961). O mekhanizme teplo- i massoobmena pri sublimatsii tel v razrezhennoy srede. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal, 11 (5), 41–47.
  12. Abdizhapparova, B. T., Khanzharov, N. S., Ospanov, B. O., Pankina, I. A., Orymbetova, G. E. (2019). A way of vacuum-atmospheric drying of jerusalem artichoke tubers. NEWS of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, 6 (438), 165–176. doi: https://doi.org/10.32014/2019.2518-170x.167
  13. Abdizhapparova, B. T., Khanzharov, N. S., Ospanov, B. O., Pankina, I. A., Kamalbek, D. K., Akhmetov, Zh. M. (2019). Investigation of vacuum-atmospheric drying of camel and mare's milk. News of the national academy of sciences of the Republic of Kazakhstan. Series chemistry and technology, 6 (438), 55–60.doi: https://doi.org/10.32014/2019.2518-1491.74
  14. Barinov, I. N., Volkov, V. S. (2013). Chuvstvitel'nye elementy mikromekhanicheskikh datchikov davleniy. Osnovy proektirovaniya i razrabotki. Penza, 79.
  15. Latyshenko, K. P. (2016). Tekhnicheskie izmereniya i pribory. Moscow: Izdatel'stvo Yurayt.
  16. Radovanovic, A., Stojceska, V., Plunkett, A., Jankovic, S., Milovanovic, D., Cupara, S. (2015). The use of dry Jerusalem artichoke as a functional nutrient in developing extruded food with low glycaemic index. Food Chemistry, 177, 81–88. doi: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.12.096
  17. Dubkova, N., Kharkov, V., Vakhitov, M. (2021). Using Jerusalem artichoke powder in functional food production. Foods and Raw Materials, 9 (1), 69–78. doi: https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-1-69-78
  18. Yang, L., He, Q. S., Corscadden, K., Udenigwe, C. C. (2015). The prospects of Jerusalem artichoke in functional food ingredients and bioenergy production. Biotechnology Reports, 5, 77–88. doi: https://doi.org/10.1016/j.btre.2014.12.004
  19. Al-Juboori, A. T., Mohammed, M., Rashid, J., Kurian, J., El Refaey, S. (2013). Nutritional and medicinal value of camel (Camelus dromedarius) milk. Food and Environment II. doi: https://doi.org/10.2495/fenv130201
  20. Hussain, H., Wattoo, F. H., Wattoo, M. H. S., Gulfraz, M., Masud, T., Shah, I., Ali, S., Alavi, S. E. (2021). Camel milk as an alternative treatment regimen for diabetes therapy. Food Science & Nutrition, 9 (3), 1347–1356. doi: https://doi.org/10.1002/fsn3.2078
  21. Karpenya, M. M., Shlyakhtunov, V. I., Podrez, V. N. (2015). Tekhnologiya proizvodstva moloka i molochnykh produktov. Moscow: INFRA-M, 410.
  22. Pieszka, M., Łuszczyński, J., Zamachowska, M., Augustyn, R., Długosz, B., Hędrzak, M. (2016). Is mare milk an appropriate food for people? – a review. Annals of Animal Science, 16 (1), 33–51. doi: https://doi.org/10.1515/aoas-2015-0041
  23. Guo, L., Xu, W., Li, C., Ya, M., Guo, Y., Qian, J., Zhu, J. (2019). Production technology, nutritional, and microbiological investigation of traditionally fermented mare milk (Chigee) from Xilin Gol in China. Food Science & Nutrition, 8 (1), 257–264. doi: https://doi.org/10.1002/fsn3.1298
  24. Dmitriev, S. M., Khrobostov, A. E. (2012). Kratkiy kurs teplomassoobmena. Noviy Novgorod: NGTU, 144. Availavble at: https://obuchalka.org/20200823124019/kratkii-kurs-teplomassoobmena-dmitriev-s-m-hrobostov-a-e-2012.html
  25. Ginzburg, A. S., Gromov, M. A., Krasovskaya, G. I. (1980). Teplofizicheskie kharakteristiki pischevykh produktov. Moscow: Pischevaya promyshlennost', 288.
  26. Emissivity Values for Metals. Availavble at: https://www.flukeprocessinstruments.com/en-us/service-and-support/knowledge-center/infrared-technology/emissivity-metals
  27. Altukhov, I. V. Ochirov, V. D. (2010). Analiz metodov i sredstv opredeleniya opticheskikh i termoradiatsionnykh kharakteristik sakharosoderzhaschikh korneplodov. Vestnik AltGAU, 3, 68–72.
Визначення механізмів теплообміну при вакуумному сушінні твердо-вологих та рідко-в'язких матеріалів

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-30

Як цитувати

Abdizhapparova, A., Потапов, В. О., Khanzharov, N., Shingissov, A., & Khanzharova, B. (2022). Визначення механізмів теплообміну при вакуумному сушінні твердо-вологих та рідко-в’язких матеріалів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(11 (120), 6–15. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.268241

Номер

Том 6 № 11 (120) (2022): Технології та обладнання харчових виробництв

Розділ

Технології та обладнання харчових виробництв

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Bakhytkul Abdizhapparova, Volodymyr Potapov, Nurlan Khanzharov, Azret Shingissov, Bayan Khanzharova

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.