vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2025-1-38-46vguit-3634Research ArticleПищевые системыFood systemsМатематическая интерпретация кинетических закономерностей сушки свекловичной стружкиMathematical interpretation of kinetic patterns of beet shavings dryinghttps://orcid.org/0000-0002-3060-8688ДранниковА. В.DrannikovA. V.

д.т.н., декан, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Engin.), dean, machines and apparatuses of food production department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

drannikov@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3690-6336СитниковН. Ю.SitnikovN. Y.

к.т.н., директор по комбикормовому производству

Cand. Sci. (Engin.), feed production director, st. Mira, Kashirskoe, Voronezh region, 396350, Russia

sit-work@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6532-5509БубновА. Р.BubnovA. R.

аспирант, ассистент, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036

graduate student, assistant, machines and apparatuses of food production department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

alex.bubnov.97@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9388-6303ОвсянниковВ. Ю.OvsyannikovV. Y.

д.т.н., профессор,, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, machines and apparatuses of food production department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

ows2003@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8817-1466ПолянскийК. К.PolyanskyK. K.

д.т.н., профессор, кафедра управления социально-экономическими системами и бизнес-процессами, ул. Карла Маркса, 67А, Воронеж, 394030, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, management of socio-economic systems and business processes, Karla Marksa, 67A, Voronezh, 394030, Russia

mto.vrn@mail.ruВоронежский государственный университет инженерных технологийVoronezh State University of Engineering TechnologiesГК РУСМИТGK RUSMITВоронежский филиал Российского экономическогоVoronezh branch of the Russian Economic University named after G.V. Plekhanov2025030620258713846Copyright © Дранников А.В., Ситников Н.Ю., Бубнов А.Р., Овсянников В.Ю., Полянский К.К., 20252025Дранников А.В., Ситников Н.Ю., Бубнов А.Р., Овсянников В.Ю., Полянский К.К.Drannikov A.V., Sitnikov N.Y., Bubnov A.R., Ovsyannikov V.Y., Polyansky K.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3634

Статья посвящена исследованию кинетики тепло-массообмена при сушке свекловичной стружки в барабанной сушильной установке с канальной насадкой. Основное внимание уделено анализу влияния ключевых параметров процесса: температуры сушильного агента (403–413 К), расхода воздуха (0.312–0.437 м³/с), степени заполнения барабана (30–35%) и частоты его вращения (1–2 об/мин). Экспериментальные исследования проводились на разработанной установке, обеспечивающей герметичность, контроль параметров и отбор проб без разгерметизации. Влажность продукта определялась методом высушивания при 378 К в соответствии с нормативом ТУ ОСТ 18–22–81. Для интенсификации процесса в сырую стружку вводили мучные отруби, абсорбирующие влагу и снижающие энергозатраты. Установлено, что повышение температуры воздуха с 403 до 413 К увеличивает скорость сушки на 15–20%, сокращая время обработки. Рост скорости воздушного потока и частоты вращения барабана также интенсифицирует процесс, тогда как увеличение степени заполнения усиливает гидродинамическое сопротивление, замедляя сушку. Кинетические кривые демонстрируют три характерных периода: прогрев, постоянная и убывающая скорость сушки. На основе экспериментальных данных разработаны критериальные уравнения теплообмена (Nu) для периодов постоянной (погрешность ≤17.5%) и убывающей скорости, учитывающие критерии Рейнольдса (Re), температурный симплекс и параметры влажности. Предложена инновационная двухсекционная барабанная сушилка, обеспечивающая раздельную обработку материала горячим воздухом и перегретым паром. Конструкция включает независимые секции с индивидуальным приводом, шнековый транспортер для предотвращения смешивания сушильных агентов и регулируемую заслонку для контроля конечной влажности (10–13%). Модернизация позволяет повысить интенсивность процесса на 25–30% и улучшить качество продукта за счет посекционной оптимизации температурного режима. Результаты работы могут быть применены при проектировании промышленных установок для переработки сельскохозяйственных отходов, сокращения энергопотребления и увеличения сроков хранения кормовых материалов.

The article investigates the heat and mass transfer kinetics during the drying of beet pulp in a drum dryer with a channel nozzle. The study focuses on analyzing the impact of key process parameters: drying agent (air) temperature (403–413 K), airflow rate (0.312–0.437 m³/s), drum fill level (30–35%), and rotation speed (1–2 rpm). Experimental research was conducted using a custom-designed setup ensuring hermetic sealing, real-time parameter control, and sampling without depressurization. Product moisture content was determined via drying at 378 K, following the TU OST 18–22–81 standard. To enhance efficiency, wheat bran was mixed with raw beet pulp to absorb moisture and reduce energy consumption. The results indicate that increasing air temperature from 403 to 413 K elevates drying speed by 15–20%, shortening processing time. Higher airflow rates and drum rotation speeds also intensify drying, while increased fill levels amplify hydrodynamic resistance, slowing the process. Kinetic curves reveal three distinct phases: heating, constant drying rate, and falling drying rate. Based on experimental data, criteria-based heat transfer equations (Nu) were derived for the constant (error ≤17.5%) and falling rate periods, incorporating the Reynolds criterion (Re), temperature simplex, and moisture parameters. An innovative two-section drum dryer is proposed, enabling sequential material treatment using hot air and superheated steam. The design features independent sections with individual drives, a screw conveyor to prevent mixing of drying agents, and an adjustable flap to regulate final moisture content (10–13%). The upgraded system enhances process intensity by 25–30% and improves product quality through section-specific temperature optimization. The findings are applicable to industrial plant design for agricultural waste processing, reducing energy consumption, and extending the shelf life of feed materials.

сушкаинтенсивность свекловичная стружкамучные отрубибарабанная сушилкаdryingintensity beet chipsflour brandrum dryerReferencesАрапов В.М. Моделирование конвективной сушки дисперсных продуктов на основе законов химической кинетики. Воронеж: ВГТА, 2002. 200 с.Arapov V.M. Modeling convective drying of dispersed products based on the laws of chemical kinetics. Voronezh, VGTA, 2002. 200 p. (in Russian)Бубнов А.Р. Кинетика процесса сушки свекловичной стружки в барабанной сушилке с канальной насадкой // Материалы LX отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ за 2021 год. Воронеж, 08–09 февраля 2022 г. С 50-51.Bubnov A.R. Kinetics of beet pulp drying in a drum dryer with a channel nozzle. Proc. of the LX Scientific Conf. of VSUET staff. Voronezh, February 8–9, 2022.pp. 50-51. (in Russian).ГОСТ 34874–2022. Жом сушеный. Технические условия. М.: РУП «НПЦ НАН Беларуси по продовольствию», 2022. 12 с.GOST 34874–2022. Dried pulp. Technical specifications. Minsk: RUE 'Scientific and Practical Center of NAS of Belarus for Food', 2022. 12 p. (in Russian).Singh P., Patel S. Optimization of drying parameters for agricultural products: A case study of beet pulp. Food Bioprod. Process. 2022. V. 105. P. 113–121. doi: 10.1016/j.fbp.2022.01.014.Singh P., Patel S. Optimization of drying parameters for agricultural products: A case study of beet pulp. Food Bioprod. Process. 2022. vol. 105. pp. 113–121. doi: 10.1016/j.fbp.2022.01.014.Дранников А.В. Энергетический анализ технологических режимов жомосушильной установки в тепловой схеме сахарного завода // Известия вузов. Пищевая технология. 2011. № 4. С. 78–81.Drannikov A.V. Energy analysis of process modes of a beet pulp drying unit in the thermal scheme of a sugar plant. Food Technology. 2011. no. 4. pp. 78–81. (in Russian).Липин А.Г. Энергосбережение в сушильных установках: учеб. пособие. Иваново: ИГХТУ, 2012. 48 с. ISBN 978–5–9616–0433–4. URL: https://e.lanbook.com/book/4539 (дата обращения: 02.02.2025).Lipin A.G. Energy saving in drying plants: textbook. Ivanovo: IGHTU, 2012. 48 p. ISBN 978–5–9616–0433–4. Available at: https://e.lanbook.com/book/4539 (accessed: 02.02.2025). (in Russian).Липин А.Г. Интенсификация тепловых и массообменных процессов в гетерогенных средах: монография. Иваново: ИГХТУ, 2009. 164 с. ISBN 978–5–9616–0318–7. URL: https://e.lanbook.com/book/4475 (дата обращения: 02.02.2025).Lipin A.G. Intensification of heat and mass transfer processes in heterogeneous media: monograph. Ivanovo: IGHTU, 2009. 164 p. ISBN 978–5–9616–0318–7. Available at: https://e.lanbook.com/book/4475 (in Russian).Пат. № 2702939, RU, F26В 11/04. Барабанная сушилка / Дранников А.В., Шевцов А.А., Куцов С.В., Квасов А.В., Бубнов А.Р. № 2018126027; заявл. 16.07.2018; опубл. 14.10.2019. Бюл. № 29.Drannikov A.V., Shevtsov A.A., Kutsov S.V., Kvasov A.V., Bubnov A.R. Drum dryer. Patent RF, no. 2702939, 14.10.2019. (in Russian).Остриков А.Н., Слюсарев М.И., Желтоухова Е.Ю. Расчет и проектирование сушильных аппаратов: учеб. пособие. 2-е изд., стер. СПб.: Лань, 2022. 352 с. ISBN 978–5–8114–1953–1. URL: https://e.lanbook.com/book/212867 (дата обращения: 02.02.2025).Ostrikov A.N., Slyusarev M.I., Zheltoukhova E.Yu. Calculation and design of drying units: textbook. 2nd ed. SPb.: Lan, 2022. 352 p. ISBN 978–5–8114–1953–1. Available at: https://e.lanbook.com/book/212867 (accessed: 02.02.2025). (in Russian).Akpinar E.K., Toraman S. Heat Mass Trans. 2015. V. 8. №. 2. P. 110–123.Akpinar E.K., Toraman S. Heat Mass Trans. 2015. vol. 8. no. 2. pp. 110–123.Waewsak J., Chindaruksa S., Punlek C. Mathematical modeling of hot air drying for some agricultural products. Thammasat Int. J. Sci. Tech. 2006. V. 11. № 1. P. 14–20.Waewsak J., Chindaruksa S., Punlek C. Mathematical modeling of hot air drying for some agricultural products. Thammasat Int. J. Sci. Tech. 2006. vol. 11. no. 1. pp. 14–20.Doymaz I. Energy Conv. Manag. 2012. V. 56. P. 199–205.Doymaz I. Energy Conv. Manag. 2012. vol. 56. pp. 199–205.Asadi M. Sugar Beet Handbook. John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2006.Asadi M. Sugar Beet Handbook. John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2006.Иващук О.С., Атаманюк В., Чижович Р., Болдырев С. Исследование кинетических закономерностей фильтрационной сушки свекловичной стружки // Вестник ВГУИТ. 2024. № 4. С. 179–185.Ivashchuk O.S., Atamanyuk V., Chizhovich R., Boldyrev S. Study of kinetic patterns of filtration drying of beet pulp. Proceedings of VSUET. 2024. no. 4. pp. 179–185. (in Russian).Петрова Н.А., Сидоров И.В. Влияние температуры сушильного агента на кинетику сушки свекловичной стружки // Вестник ВГУИТ. 2023. № 2. С. 45–50.Petrova N.A., Sidorov I.V. Influence of drying agent temperature on the kinetics of beet pulp drying. Proceedings of VSUET. 2023. no. 2. pp. 45–50. (in Russian).Иващук О.С., Атаманюк В., Чижович Р., Болдырев С. Исследование эффективности фильтрационной сушки свекловичной стружки // Экологические проблемы энергетики. 2024. Т. 9. № 4. С. 271–277.Ivashchuk O.S., Atamanyuk V., Chizhovich R., Boldyrev S. Study of the efficiency of filtration drying of beet pulp. Ecological Problems of Energy. 2024. vol. 9. no. 4. pp. 271–277. (in Russian).Thompson L.T., Stokes K. Innovations in drying techniques for feed materials // Proceedings of the International Conference on Agricultural Engineering. 2021. P. 143–150. doi: 10.1007/978-3-030-28112-9_18.Thompson L.T., Stokes K. Innovations in drying techniques for feed materials. Proceedings of the International Conference on Agricultural Engineering. 2021. pp. 143–150. Springer. doi: 10.1007/978-3-030-28112-9_18.Liu X. et al. Influence of drying temperature and air flow rate on the drying characteristics of beetroot slices // Energy in Agriculture. 2021. Vol. 28. P. 85–92. doi: 10.1016/j.enga.2021.02.004.Liu X. et al. Influence of drying temperature and air flow rate on the drying characteristics of beetroot slices. Energy in Agriculture. 2021. vol. 28. pp. 85–92. doi: 10.1016/j.enga.2021.02.004.Smith J.L. Drying Technology in Agriculture and Food. 2nd ed. Elsevier, 2019.Smith J.L. Drying Technology in Agriculture and Food. 2nd ed. Elsevier, 2019.Zhang H. et al. Influence of drying temperature on the drying kinetics of beetroot slices // Drying Technology. 2020. Vol. 38. No. 6. P. 1–8. doi: 10.1080/07373937.2019.1649336.Zhang H. et al. Influence of drying temperature on the drying kinetics of beetroot slices. Drying Technology. 2020. vol. 38. no. 6. pp. 1–8. doi: 10.1080/07373937.2019.1649336.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.