vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2025-2-126-133vguit-3667Research ArticleПищевые системыFood systemsКинетика сушки яблочных выжимок в псевдоожиженном слоеKinetics of apple pomace drying in fluidised bedhttps://orcid.org/0009-0007-5931-3545ПоперечныйА. Н.PoperechnyA. N.

д.т.н., профессор, кафедра оборудования пищевых производств, пр-т Театральный, 28, г. Донецк, 283001, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, food production equipment department, Teatralny Ave, Donetsk, 283001, Russia

oborud@kaf.donnuet.ruhttps://orcid.org/0009-0007-4157-3269БайдаБ. Ю.BaidaB. Y.

старший преподаватель, кафедра холо-дильной и торговой техники имени Осокина В.В., пр-т Театральный, 28, г. Донецк, 283001, Россия

Senior Lecturer, Osokin V.V. refrigeration and trade technolog department, Teatralny Ave, Donetsk, 283001, Russia

bayda.boris@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0003-5527-4252ПлетминцевИ. А.PletmintsevI. A.

магистрант, кафедра оборудования пищевых производств, пр-т Театральный, 28, г. Донецк, 283001, Россия

graduate student, food production equipment department, Teatralny Ave, Donetsk, 283001, Russia

gatbaida@ya.ruДонецкий национальный университет экономики и торговли им. Михаила Туган-БарановскогоРоссияDonetsk National University of Economics and Trade named after Mikhail Tugan-Baranovsky, 28Russian FederationДонецкий национальный университет экономики и торговли им. Михаила Туган-БарановскогоRussian FederationDonetsk National University of Economics and Trade named after Mikhail Tugan-Baranovsky, 28Russian FederationДонецкий национальный университет экономики и торговли им.Михаила Туган-БарановскогоRussian FederationDonetsk National University of Economics and Trade named after Mikhail Tugan-Baranovsky, 28Russian Federation202530052025872126133Copyright © Поперечный А.Н., Байда Б.Ю., Плетминцев И.А., 20252025Поперечный А.Н., Байда Б.Ю., Плетминцев И.А.Poperechny A.N., Baida B.Y., Pletmintsev I.A.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/3667

Цель исследования – обоснование режимов сушки гранулированных яблочных выжимок в псевдоожиженном слое и оценка кинетики процесса. Эксперимент выполнен на лабораторной установке с прозрачной сушильной камерой, диафрагмой для измерения расхода воздуха, U-образным микроманометром, хромель-копелевыми термопарами и потенциометром. Контролировались температуры на входе и выходе, в толще слоя и в частицах; скорость потока измерялась анемометром. Исходные образцы имели влагосодержание около 250%, конечная влажность доводилась до 8–10%. Съём кривых выполнялся по результатам периодического взвешивания с шагом 2 мин. Получены кривые влагосодержания и скорости сушки при температурах 70–100 °C и при разных тепловых нагрузках. Процесс протекает в два периода: постоянной и падающей скорости. Переходная «критическая точка» фиксируется при влагосодержании около 100%. Продолжительность периода постоянной скорости составляет около 70% общей длительности. Установлены гидродинамические параметры псевдоожижения: устойчивый режим слоя наблюдается при скорости воздуха более 2,5 м/с; характерные скорости для гранул диаметром 5 мм составляют: начало кипения 2,0 м/с, витание 3,5 м/с, вынос из слоя 3,7 м/с. При влагосодержании выше 260% устойчивое псевдоожижение не формируется. Сушка в псевдоожиженном слое обеспечивает существенную интенсификацию: максимальная скорость в первом периоде выше в 3–10 раз по сравнению с неподвижным слоем; длительность процесса меньше в 4–8 раз; удельный расход воздуха ниже примерно в 1,5 раза. Применение виброкипящего слоя повышает однородность псевдоожижения и допускает работу при повышенных скоростях воздуха. Рекомендованы режимы: температура сушильного агента 70–100 °C; скорость воздуха свыше 2,5 м/с; доведение конечной влажности до 8–10%; хранение готового продукта при относительной влажности воздуха не выше 75%.

The aim of the study is the substantiation of drying regimes for granulated apple pomace in a fluidized bed and the assessment of the kinetics of the process. The experiment was performed on a laboratory setup with a transparent drying chamber, a diaphragm for measuring air flow rate, a U-tube micro-manometer, chromel–copel thermocouples, and a potentiometer. Temperatures at the inlet and outlet, within the bed and in the particles, were monitored; the flow velocity was measured by an anemometer. The initial samples had a moisture content of about 250%, the final moisture was reduced to 8–10%. The recording of the curves was carried out based on periodic weighing at 2-min intervals. Curves of moisture content and drying rate were obtained at temperatures 70–100 °C and at different heat loads. The process proceeds in two periods: a constant-rate period and a falling-rate period. The transitional “critical point” is fixed at a moisture content of about 100%. The duration of the constant-rate period is about 70% of the total duration. Hydrodynamic parameters of fluidization were established: a stable bed regime is observed at an air velocity greater than 2.5 m/s; the characteristic velocities for granules with a diameter of 5 mm are: onset of bubbling 2.0 m/s, free floating 3.5 m/s, carryover from the bed 3.7 m/s. At a moisture content above 260% stable fluidization is not formed. Drying in a fluidized bed provides substantial intensification: the maximum rate in the first period is 3–10 times higher compared with a fixed bed; the process duration is lower by 4–8 times; the specific air consumption is lower by approximately 1.5 times. The use of a vibro-fluidized bed increases the uniformity of fluidization and allows operation at elevated air velocities. The recommended regimes are: drying-agent temperature 70–100 °C; air velocity above 2.5 m/s; achievement of final moisture 8–10%; storage of the finished product at a relative air humidity not higher than 75%.

яблочные выжимкипсевдоожиженный слойкинетика сушкикривые сушкискорость сушкикритическая точка сушкигидродинамическое сопротивлениескорость псевдоожижениятепловая нагрузкавлагосодержаниеapple pomacefluidized beddrying kineticsdrying curvesdrying ratecritical point of dryinghydrodynamic resistancefluidization velocityheat loadmoisture contentReferencesШишацкий Ю.И., Толстов С.А., Дерканосова А.А. и др. О равновесии и устойчивости псевдоожиженного слоя, как термодинамической системы // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2021. Т. 83. № 2. С. 56–60. doi: 10.20914/2310-1202-2021-2-56-60Shishatsky Yu.I., Tolstov S.A., Derkanosova A.A. et al. On the equilibrium and stability of a fluidized bed as a thermodynamic system. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2021. vol. 83. no. 2. pp. 56–60. doi:10.20914/2310-1202-2021-2-56-60 (in Russian)Косачев В.С., Остриков А.Н., Яшонков А.А. Математическое моделирование процесса сушки снеков из фарша бычка азовского в псевдоожиженном слое // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2022. Т. 84. № 2. С. 68–77. doi: 10.20914/2310-1202-2022-2-68-77Kosachev V.S., Ostrikov A.N., Yashonkov A.A. Mathematical modeling of the drying process of snacks from Azov bullhead mince in a fluidized bed. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2022. vol. 84. no. 2. pp. 68–77. doi:10.20914/2310-1202-2022-2-68-77 (in Russian)Ковалева А.Е., Науменко Н.В., Потороко И.Ю. и др. Совершенствование рецептуры и технологии хлеба пшеничного с использованием яблочных выжимок // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82. № 2. С. 61–66. doi: 10.20914/2310-1202-2020-2-61-66Kovaleva A.E., Naumenko N.V., Potoroko I.Yu. et al. Improvement of the formulation and technology of wheat bread using apple pomace. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2020. vol. 82. no. 2. pp. 61–66. doi:10.20914/2310-1202-2020-2-61-66 (in Russian)Науменко Н.В., Потороко И.Ю., Калинина И.В. и др. Оценка показателей качества хлеба пшеничного, обогащенного вторичным яблочным сырьем // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82. № 3. С. 200–207. doi: 10.20914/2310-1202-2020-3-200-207Naumenko N.V., Potoroko I.Yu., Kalinina I.V. et al. Evaluation of quality indicators of wheat bread enriched with secondary apple raw materials. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2020. vol. 82. no. 3. pp. 200–207. doi:10.20914/2310-1202-2020-3-200-207 (in Russian)Тертычная Т.Н., Шевцов А.А., Дранников А.В. Экспериментально-статистическое исследование процесса сушки зерна тритикале в барабанной сушилке при противоточно-прямоточном режиме // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82. № 4. С. 256–264. doi: 10.20914/2310-1202-2020-4-256-264Tertychnaya T.N., Shevtsov A.A., Drannikov A.V. Experimental-statistical study of the process of drying triticale grain in a drum dryer under counter-current co-current mode. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2020. vol. 82. no. 4. pp. 256–264. doi:10.20914/2310-1202-2020-4-256-264 (in Russian)Желтоухова Е.Ю., Колесник М.С., Терёхина А.В. Применение ускоренной сушки для изучения форм связи влаги в плодах смородины черной // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2023. Т. 85. № 1. С. 17–23. doi: 10.20914/2310-1202-2023-1-17-23Zheltoukhova E.Yu., Kolesnik M.S., Teryokhina A.V. Application of accelerated drying to study the forms of moisture binding in blackcurrant fruits. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2023. vol. 85. no. 1. pp. 17–23. doi:10.20914/2310-1202-2023-1-17-23 (in Russian)Majumder P., Deb B., Gupta R. et al. A comprehensive review of fluidized bed drying: Sustainable design approaches, hydrodynamic and thermodynamic performance characteristics, and product quality // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022. Vol. 52. 102643. doi: 10.1016/j.seta.2022.102643Majumder P., Deb B., Gupta R. et al. A comprehensive review of fluidized bed drying: Sustainable design approaches, hydrodynamic and thermodynamic performance characteristics, and product quality. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022. vol. 52. p. 102643. doi:10.1016/j.seta.2022.102643Antonic B., Jancikova S., Dordevic D. et al. Apple pomace as food fortification ingredient: A systematic review and meta-analysis // Journal of Food Science. 2020. Vol. 85. № 10. P. 2977–2985. doi: 10.1111/1750-3841.15449Antonic B., Jancikova S., Dordevic D. et al. Apple pomace as food fortification ingredient: A systematic review and meta-analysis. Journal of Food Science. 2020. vol. 85. no. 10. pp. 2977–2985. doi:10.1111/1750-3841.15449Tulej W., Głowacki S. Modeling of the Drying Process of Apple Pomace // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. № 3. 1434. doi: 10.3390/app12031434Tulej W., Głowacki S. Modeling of the Drying Process of Apple Pomace. Applied Sciences. 2022. vol. 12. no. 3. p. 1434. doi:10.3390/app12031434de Munck M.J.A., Peters E.A.J.F., Kuipers J.A.M. Experimental study on vibrating fluidized bed solids drying // Chemical Engineering Journal. 2023. Vol. 472. 144809. doi: 10.1016/j.cej.2023.144809de Munck M.J.A., Peters E.A.J.F., Kuipers J.A.M. Experimental study on vibrating fluidized bed solids drying. Chemical Engineering Journal. 2023. vol. 472. p. 144809. doi:10.1016/j.cej.2023.144809Поперечный А.Н., Корнийчук В.Г., Парамонова В.А. Интенсификация процессов сушки пищевых продуктов: монография / под ред. А.Н. Поперечного. Донецк: ДОННУЭТ, 2023. 244 с.Poperechny A.N., Korniychuk V.G., Paramonova V.A. Intensification of food drying processes: monograph. Ed. by A.N. Poperechny. Donetsk: DONNUET, 2023. 244 p. (in Russian)Galvão A.M.M.T., Rodrigues S., Fernandes F.A.N. Kinetics of ultrasound pretreated apple cubes dried in fluidized bed dryer // Drying Technology. 2020. Vol. 38. № 10. P. 1367–1377. doi: 10.1080/07373937.2019.1641511Galvão A.M.M.T., Rodrigues S., Fernandes F.A.N. Kinetics of ultrasound pretreated apple cubes dried in fluidized bed dryer. Drying Technology. 2020. vol. 38. no. 10. pp. 1367–1377. doi:10.1080/07373937.2019.1641511Araujo B.Z., Martins V.F., Pintado M.E. et al. A comparative study of drying technologies for apple and ginger pomace: kinetic modeling and antioxidant properties // Processes. 2024. Vol. 12. № 10. 2096. doi: 10.3390/pr12102096Araujo B.Z., Martins V.F., Pintado M.E. et al. A comparative study of drying technologies for apple and ginger pomace: kinetic modeling and antioxidant properties. Processes. 2024. vol. 12. no. 10. p. 2096. doi:10.3390/pr12102096Shirsat V.R., Vaidya P.D., Dalvi V.H. et al. Kinetics of cashew apple drying through mechanistic models and analysis of the effects of drying conditions on the retention of bioactive compounds // The Canadian Journal of Chemical Engineering. 2024. Vol. 102. № 11. P. 3817–3831. doi: 10.1002/cjce.25395Shirsat V.R., Vaidya P.D., Dalvi V.H. et al. Kinetics of cashew apple drying through mechanistic models and analysis of the effects of drying conditions on the retention of bioactive compounds. The Canadian Journal of Chemical Engineering. 2024. vol. 102. no. 11. pp. 3817–3831. doi:10.1002/cjce.25395Shekarau B.L., Zakka R., Tsokwa T. et al. Mathematical modelling of thin layer drying kinetics of cashew apple pomace in hot air oven dryer // Acta Periodica Technologica. 2020. № 51. P. 119–136. doi: 10.2298/APT2051119SShekarau B.L., Zakka R., Tsokwa T. et al. Mathematical modelling of thin layer drying kinetics of cashew apple pomace in hot air oven dryer. Acta Periodica Technologica. 2020. no. 51. pp. 119–136. doi:10.2298/APT2051119SChakraborty R., Kashyap P., Gadhave R.K. et al. Fluidized bed drying of wheatgrass: effect of temperature on drying kinetics, proximate composition, functional properties, and antioxidant activity // Foods. 2023. Vol. 12. № 8. 1576. doi: 10.3390/foods12081576Chakraborty R., Kashyap P., Gadhave R.K. et al. Fluidized bed drying of wheatgrass: effect of temperature on drying kinetics, proximate composition, functional properties, and antioxidant activity. Foods. 2023. vol. 12. no. 8. p. 1576. doi: 10.3390/foods12081576Frikha S., Baccar M. Investigations into the drying kinetics of alumina particles in a fluidised bed dryer // Indian Chemical Engineer. 2025. P. 1–14. doi: 10.1080/00194506.2025.2480141Frikha S., Baccar M. Investigations into the drying kinetics of alumina particles in a fluidised bed dryer. Indian Chemical Engineer. 2025. pp. 1–14. doi: 10.1080/00194506.2025.2480141de Cassia Santos Y., Freitas M.D.M., Freire F.B. et al. Heat and mass transfer in fluidized bed drying of acai agricultural biomass waste // Fuel. 2025. Vol. 399. 135547. doi: 10.1016/j.fuel.2025.135547de Cassia Santos Y., Freitas M.D.M., Freire F.B. et al. Heat and mass transfer in fluidized bed drying of acai agricultural biomass waste. Fuel. 2025. vol. 399. p. 135547. doi: 10.1016/j.fuel.2025.135547Milanovic M., Komatina M., Scherzinger M. et al. Influence of heat supply method on drying kinetics of apple and nectarine pomace // Biomass Conversion and Biorefinery. 2025. Vol. 15. № 1. P. 1155–1167. doi: 10.1007/s13399-024-05633-yMilanovic M., Komatina M., Scherzinger M. et al. Influence of heat supply method on drying kinetics of apple and nectarine pomace. Biomass Conversion and Biorefinery. 2025. vol. 15. no. 1. pp. 1155–1167. doi: 10.1007/s13399-024-05633-yAlibas I., Yilmaz A., Asik B.B. et al. Drying kinetics and quality characteristics of green apple peel (Mallus communis L. var."Granny Smith") used in herbal tea production // Journal of Food Processing and Preservation. 2020. Vol. 44. № 2. e14332. doi: 10.1111/jfpp.14332Alibas I., Yilmaz A., Asik B.B. et al. Drying kinetics and quality characteristics of green apple peel (Mallus communis L. var."Granny Smith") used in herbal tea production. Journal of Food Processing and Preservation. 2020. vol. 44. no. 2. p. e14332. doi:10.1111/jfpp.14332

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