Розробка та випробування теплонасосної установки для сушіння, низькотемпературної обробки та зберігання харчових продуктів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313339

Ключові слова:

сушарка, тепловий насос, зберігання харчових продуктів, низькотемпературна обробка, холодильна машина

Анотація

Застосування теплових насосів дозволяє знизити енергоспоживання у процесах сушіння. У дослідженні вирішується проблема ефективного використання теплового насоса для сушіння, низькотемпературної обробки та зберігання харчових продуктів. Об’єктом дослідження є теплонасосна установка, здатна працювати в режимі сушіння або в режимі холодильного оброблення і зберігання. Проведено дослідження з розробки експериментальної установки, а також із підвищення енергоефективності системи охолодження. Установка включає одноступеневий фреоновий компресор, два повітряні конденсатори, змійовиковий теплообмінник-форконденсатор із водяним охолодженням, повітряний випарник, терморегулюючий вентиль, осьові вентилятори та систему керування роботою установки. Експериментально встановлено, що залежно від температурного рівня конденсації холодоагенту (від +20 °С до +50 °С) підвищення питомої холодопродуктивності при вимкненому теплообміннику-форконденсаторі становить від 82 кДж/кг до 135 кДж/кг, а при ввімкненому – від 98 кДж/кг до 143 кДж/кг. При цьому питома робота стискання парів холодоагенту в компресорі при вимкненому теплообміннику-форконденсаторі змінюється від 36 кДж/кг до 18 кДж/кг, а при його ввімкненні – від 32 кДж/кг до 10 кДж/кг. Таким чином, зниження питомих енергозатрат становить від 4 кДж/кг до 8 кДж/кг, що свідчить про доцільність увімкнення форконденсатора у схему установки. Установку можна використовувати для холодильного оброблення та зберігання продуктів у температурному діапазоні від –20 °С до +20 °С, а сушіння – від +10 °С до +40 °С. За таких режимів можна отримати якісні продукти з тривалими строками зберігання. Отримані результати можна використовувати для вдосконалення конструкцій та оптимізації роботи теплонасосних сушильних установок і їх інженерних розрахунків

Біографії авторів

Zhanserik Zhuman, South Kazakhstan University named after M. Auezov

Doctoral Student

Department of Technology and Food Safety

Nurlan Khanzharov, South Kazakhstan University named after M. Auezov

Candidate of Technical Sciences, Associated Professor

Department of Technology and Food Safety

Bakhytkul Abdizhapparova, South Kazakhstan University named after M. Auezov

Candidate of Technical Sciences, Associated Professor

Department of Food Engineering

Посилання

  1. Okos, M., Campanella, O., Narsimhan, G., Singh, R., Weitnauer, A. (2006). Food Dehydration. Handbook of Food Engineering, Second Edition, 601–744. https://doi.org/10.1201/9781420014372.ch10
  2. Kohli, D., Sharma, M., Champawat, P. S., Mudgal, V. D., Soni, N. (2022). Heat Pump drying of Food Product: A Review. Octa J. Biosci., 10 (2), 124–133. Available at: http://sciencebeingjournal.com/sites/default/files/Octa%20J.%20Biosci.%20Vol.%2010%20(2)124-133_0.pdf
  3. Lazzarin, R. M. (1994). Heat pumps in industry – I. Equipment. Heat Recovery Systems and CHP, 14 (6), 581–597. https://doi.org/10.1016/0890-4332(94)90029-9
  4. Lazzarin, R. M. (1995). Heat pumps in industry II: Applications. Heat Recovery Systems and CHP, 15 (3), 305–317. https://doi.org/10.1016/0890-4332(95)90014-4
  5. Patel, K. K., Kar, A. (2011). Heat pump assisted drying of agricultural produce – an overview. Journal of Food Science and Technology, 49 (2), 142–160. https://doi.org/10.1007/s13197-011-0334-z
  6. Salehi, F. (2021). Recent Applications of Heat Pump Dryer for Drying of Fruit Crops: A Review. International Journal of Fruit Science, 21 (1), 546–555. https://doi.org/10.1080/15538362.2021.1911746
  7. Goh, L. J., Othman, M. Y., Mat, S., Ruslan, H., Sopian, K. (2011). Review of heat pump systems for drying application. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15 (9), 4788–4796. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.07.072
  8. Loemba, A. B. T., Kichonge, B., Kivevele, T. (2022). Comprehensive assessment of heat pump dryers for drying agricultural products. Energy Science & Engineering, 11 (8), 2985–3014. https://doi.org/10.1002/ese3.1326
  9. Uthpala, T. G. G., Navaratne, S. B., Thibbotuwawa, A. (2020). Review on low‐temperature heat pump drying applications in food industry: Cooling with dehumidification drying method. Journal of Food Process Engineering, 43 (10). https://doi.org/10.1111/jfpe.13502
  10. Su, W., Ma, D., Lu, Z., Jiang, W., Wang, F., Xiaosong, Z. (2022). A novel absorption-based enclosed heat pump dryer with combining liquid desiccant dehumidification and mechanical vapor recompression: Case study and performance evaluation. Case Studies in Thermal Engineering, 35, 102091. https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.102091
  11. Fayose, F., Huan, Z. (2016). Heat Pump Drying of Fruits and Vegetables: Principles and Potentials for Sub-Saharan Africa. International Journal of Food Science, 2016, 1–8. https://doi.org/10.1155/2016/9673029
  12. Hu, Z., Li, Y., El-Mesery, H. S., Yin, D., Qin, H., Ge, F. (2022). Design of new heat pump dryer system: A case study in drying characteristics of kelp knots. Case Studies in Thermal Engineering, 32, 101912. https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.101912
  13. Koruga, N., Dobrnjac, M., Golubović, D., Dobrnjac, N. (2021). Analysis of the influence of condensation temperature and compressor efficiency on heat pump system efficiency. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1208 (1), 012015. https://doi.org/10.1088/1757-899x/1208/1/012015
  14. Teeboonma, U., Tiansuwan, J., Soponronnarit, S. (2003). Optimization of heat pump fruit dryers. Journal of Food Engineering, 59 (4), 369–377. https://doi.org/10.1016/s0260-8774(02)00496-x
  15. White, S. D., Cleland, D. J., Cotter, S. D., Stephenson, R. A., Kallu, R. D. S., Fleming, A. K. (1997). A heat pump for simultaneous refrigeration and water heating. IPENZ Transactions, 24 (1), 36–43. Available at: https://www.researchgate.net/publication/242453802_A_heat_pump_for_simultaneous_refrigeration_andater_heating
  16. Khanzharov, N. S., Abdizhapparova, B. T., Ospanov, B. O., Dosmakanbetova, A. A., Baranenko, A. V., Kumisbekov, S. A., Serikuly, Zh. (2018). Designs of dryers based on combination of vacuum and atmospheric drying of food products. NEWS of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, 431 (5), 141–149. https://doi.org/10.32014/2018.2518-170x.20
  17. Zhuman, Zh. B. (2022). Perspektivy primeneniya teplovyh nasosov dlya sushki myasnyh ruletov iz koniny. Sb. nauch. tr. Mezhd. nauchno-prakt. konf. Perspektivnye napravleniya razvitiya agrarnoy i pischevoy promyshlennosti, 83–87.
  18. Abdizhapparova, B., Potapov, V., Khanzharov, N., Shingissov, A., Khanzharova, B. (2022). Determination of heat transfer mechanisms during vacuum drying of solid-moist and liquid-viscous materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (11 (120)), 6–15. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.268241
  19. EN 327:2014. Heat exchangers - Forced convection air cooled refrigerant condensers - Test procedures for establishing performance. Available at: https://i2.saiglobal.com/mpc2v/preview/98704138272.pdf?sku=883373_SAIG_NSAI_NSAI_2098366&nsai_sku=i-s-en-327-2014-883373_saig_nsai_nsai_2098366#:~:text=This%20European%20Standard%20applies%20to%20nonducted%20forced%20convection
Розробка та випробування теплонасосної установки для сушіння, низькотемпературної обробки та зберігання харчових продуктів

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-10-31

Як цитувати

Zhuman, Z., Khanzharov, N., & Abdizhapparova, B. (2024). Розробка та випробування теплонасосної установки для сушіння, низькотемпературної обробки та зберігання харчових продуктів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(8 (131), 33–41. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313339

Номер

Том 5 № 8 (131) (2024): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Zhanserik Zhuman, Nurlan Khanzharov, Bakhytkul Abdizhapparova

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.