Распределение полей температур и влагосодержаний в частице свекловичного жома прямоугольной формы при конвективной сушке

Приведена математическая модель, описывающая распределение полей температур и влагосодержаний в частице свекловичного жома прямоугольной формы при конвективной сушке. В качестве исходных уравнений были приняты дифференциальные уравнения материального и теплового балансов, в которой перенос теплоты и массы обусловлен фазовыми превращениями. Для решения математической модели разработан алгоритм численного решения нестационарной краевой задачи теплопроводности с переменными тепломассообменными коэффициентами высушиваемого продукта, граничными и начальными условиями, а также фазовым переходом с подвижной границей раздела фаз. При этом исходная система уравнений приведена к безразмерному виду. Для решения задачи нестационарной теплопроводности использован зональный метод расчета температурных полей при сушке свекловичного жома. Процесс сушки разбивался на некоторые временные интервалы. В пределах каждого интервала геометрическая форма частицы, ее плотность, теплофизические и массообменные характеристики; начальное распределение температуры и влагосодержания по объему частицы, а также плотность массового и теплового потока с испарившейся влагой постоянны. Зональный метод решения задачи нестационарного трехмерного уравнения теплопроводности для параллелепипеда с учетом внутренних источников теплоты был проверен по экспериментальным данным стационарной сушки свекловичного жома с использованием исходных данных. Для реализации зонального метода получены зависимости изменения линейного размера частицы свекловичного жома по пространственной координате х и ее влагосодержания в процессе сушки. При постоянных значениях влагосодержания и размеров стороны высушиваемой частицы на каждом шаге методом машинного эксперимента найдены текущие значения коэффициента фазового превращения при условии максимального сближения расчетных и экспериментальных данных. Предлагаемый метод расчета распределения температурных полей и полей влагосодержащий при конвективной сушке свекловичного жома в переменных режимах с использованием трехмерного уравнения теплопроводности показал соответствие расчетных и экспериментальных данных с погрешностью моделирования 8–10 %. Полученные результаты были использованы при разработке двухступенчатого способа сушки свекловичного жома. Предлагаемый метод расчета двухступенчатой сушки свекловичного жома позволил обеспечить максимальное кинетическое соответствие при практической реализации температурных режимов в области допустимых технологических свойств высушиваемого продукта.

mathematical model, drying, beet pulp, zone method, way of drying, temperature, humidity,

1. Шевцов С.А., Остриков А.Н. Техника и технология сушки пищевого растительного сырья. Воронеж: ВГУИТ, 2014. 289 с.

2. Шевцов А.А., Дранников А.В., Лыткина Л.И., Шенцова Е.С. и др. Научно-практические ос-новы энерго- и ресурсосберегающих процессов для получения кормовых добавок из растительного сырья. Воронеж: ВГУИТ, 2015. 268 с.

3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Спра-вочник по математике. М.: Наука, 1986. 544 с.

4. Малахов Н.Н., Горбачев Н.Б., Меркушев С.И., Галаган Т. В. Математическая модель кон-вективной сушки овощей // Известия вузов. Пище-вая технология. 2002. № 5–6. С. 81–81.

5. Алексанян И.Ю. Развитие научных основ процессов высокоинтенсивной сушки продуктов животного и растительного происхождения: дисс. докт. техн. наук: 05.18.12. Астрахань, 2001. 266 с.

6. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: Справочник. М.: Агропромиздат, 1990. 287 с.

7. Лыков А.В. Тепломассообмен. М.: Энер-гия, 1978. 479 с.

8. Шевцов А. А., Дранников А. В., Ткач В. В., Сердюкова Н. А. Резервы энергоэффективности конвективной сушки дисперсных материалов при переменных режимах // Вестник ВГУИТ. 2017. № 2. С. 17 – 23.

9. Дранников А. В., Костина Е. В., Деркано-сова А. А., Бородовицын А. М. Управление процес-сом сушки высоковлажных дисперсных материа-лов при пониженном давлении сушильного агента // Авто-матизация. Современные технологии. 2017. № 6. С. 248 – 253.

10. Дранников А. В., Костина Е. В., Бородо-вицын А. М., Полухин М. В. и др. Кинетика влаго-удаления и определение продолжительности про-цесса сушки

11. высоковлажных дисперсных материалов // Изве-стия вузов. Пищевая технология. 2017. № 2-3. С. 78 – 82.

12. Shevtsov A.A., Drannikov A.V., Derkanosova A.A., Borodovicyn A.M. et al. Preparation and application of fodder vitamin additive choline chloride B4 on the basis of dried beet pulp in premix composition // International Journal of Pharmaceutical Research & Allied Sciences. 2017. № 6(1). P. 217-226.

13. Shevtsov A., Drannikov A., Derkanosova A., Korotaeva A. et al. Study of the basic modes of drying of high-moisture disperse materials of vegetable origin // The 1st International Academic Conference «Science and Education in Australia, America and Eurasuia: Fundamental and Applied Science». Austral-ia, Melbourne. 2014. P. 173-176.

14. Zhu A., Shen X. The model and mass transfer characteristics of convection drying of peach slices // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. V. 72. P. 345-351.

15. Nachaisin M., Jamradloedluk J., Niamnuy C. Application of Combined Far‐Infrared Radiation and Air Convection for Drying of Instant Germinated Brown Rice // Journal of Food Process Engineering. 2016. V. 39. №. 3. P. 306-318.