Preview

Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий

Расширенный поиск

Математическая модель процесса экструзии зерновых культур при неизотермическом течении их расплава до температуры начала реакции Майяра

https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-1-23-29

Полный текст:

Аннотация

Для описания неизотермического течения расплава зерновых культур в экструдере в качестве исходных уравнений были выбраны уравнения движения, уравнение неразрывности, уравнение энергии (теплового баланса), реологическое уравнение. Для решения модели приняты следующие допущения: течение движущейся вязкой среды принимается ламинарным и установившимся; силы инерции и гравитации по сравнению с силами трения и давления настолько малы, что ими можно пренебречь; вязкая среда (расплав) представляет собой несжимаемую жидкость, характеризующуюся постоянными теплопроводностью и температуропроводностью; изменением теплопроводности в продольном направлении пренебрегали в связи с тем, что конвективный перенос теплоты в направлении течения выше, чем перенос теплоты теплопроводностью; теплопередача в направлению перпендикулярном течению расплава происходит только за счет теплопроводности. Для решения системы уравнений с учетом конвективной теплопередачи был использован численный метод конечных разностей, сущность использования которого заключалась в том, что рассматриваемая область (канал экструдера) разбивается на расчетные ячейки с помощью сетки. Сетка состояла из прямоугольных ячеек с постоянным шагом между узлами, которые точно лежат на границах области интегрирования. При этом дифференциальные уравнения преобразовывались в разностные уравнения путем замены производных в точке конечными разностями по границам ячейки. В результате решения получена математическая модель неизотермического течения расплава в канале экструдера. Для решения математической модели процесса экструзии зерновых культур при неизотермическом течении их расплавов составлена программа на алгоритмическом языке C++. Получена неизотермическая математическая модель процесса экструзии зерновых культур при температурах начала реакции Майяра, т. е. до 120–125 ?, которая позволяет выявить характер изменения температуры по длине экструдера. Сравнительный анализ результатов численного решения и экспериментальных данных показал хорошую сходимость: среднеквадратичное отклонение не превышало 12,7%.

Об авторах

В. А. Афанасьев
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Россия

д.т.н., профессор, кафедра технологии хлебопекарного, кондитерского, макаронного и зерноперерабатывающего производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия



Л. Н. Фролова
Воронежский государственный университет инженерных технологий

д.т.н., профессор, кафедра технологии жиров, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия



К. А. Сизиков
Воронежский государственный университет инженерных технологий

экстерн, кафедра технологии жиров, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия



А. Н. Остриков
Воронежский государственный университет инженерных технологий

д.т.н., заведующий, кафедра технологии жиров, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия



С. Н. Зобова
Воронежский государственный университет инженерных технологий

экстерн, кафедра технологии жиров, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия



Список литературы

1. Kamau E.H., Nkhata S.G., Ayua E.O. Extrusion and nixtamalization conditions influence the magnitude of change in the nutrients and bioactive components of cereals and legumes // Food science & nutrition. 2020. V. 8. № 4. P. 1753-1765. doi: 10.1002/fsn3.1473

2. Золотарёв А., Седюк И., Золотарёва С. Продуктивность дойных коров при использовании новейшей технологии кормления // Научно-технический бюллетень Института животноводства Национальной академии аграрных наук Украины. 2020. № 124. С. 79–88.

3. Moreno C.R., Fern?ndez P.C.R., Rodr?guez E.O.C., Carrillo J.M. et al. Changes in nutritional properties and bioactive compounds in cereals during extrusion cooking // Extrusion of Metals, Polymers and Food Products. 2018. P. 104-124. doi: 10.5772/intechopen.68753

4. Микаэли В. Экструзионные головки для пластмасс и резины: Конструкции и технические расчеты; пер. с англ. яз.; под ред. В.П. Володина. СПб: Профессия, 2007. 472 с.

5. Чуприна Е.Г., Власов А.Б., Юрин Д.А., Юрина Н.А. Кормовой продукт в рационах новотельных коров, состоящий из защищенного соевого и подсолнечного белка // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. 2020. № 10 (183). С. 24–32. doi: 10.33920/sel-05-2010-03

6. Василенко В.Н., Фролова Л.Н., Дерканосова А.А., Михайлова Н.А. и др. Математическое обеспечение процесса экструдирования аномально-вязкиx сред методами планирования эксперимента // Вестник ВГУИТ. 2018. № 3. С. 37–42. doi: 10.20914/2310-1202-2018-3-37-42

7. Nikmaram N., Leong S.Y., Koubaa M., Zhu Z. et al. Effect of extrusion on the anti-nutritional factors of food products: An overview // Food control. 2017. V. 79. P. 62-73. doi: 10.1016/j.foodcont.2017.03.027

8. Николаев В. Н., Яворский В.И. Анализ процесса экструзии кормов и совершенствование экструдера // Вестник ЧГАА. 2015. Т. 71. С. 61-66.

9. Мартынова Д.В. и др. Разработка математической модели экструзии зернового белково-клетчатко-крахмалосодержащего сырья на шнековом пресс-экструдере // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. №. 1 (63).

10. Янова М. А. Влияние технологических параметров на изменение содержания белка при производстве муки методом экструдирования // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2015. № 4. С. 25-28.

11. Bordoloi R., Ganguly S. Extrusion technique in food processing and a review on its various technological parameters // Indian Journal of Scientific Research and Technology. 2014. V. 2. № 1. P. 1-3.

12. Bader Ul Ain H., Saeed F., Khan M.A., Niaz B. et al. Comparative study of chemical treatments in combination with extrusion for the partial conversion of wheat and sorghum insoluble fiber into soluble // Food science & nutrition. 2019. V. 7. № 6. P. 2059-2067. doi: 10.1002/fsn3.1041

13. Peng W.X., Marchal J.L.M., Van der Poel A.F.B. Strategies to prevent and reduce mycotoxins for compound feed manufacturing // Animal Feed Science and Technology. 2018. V. 237. P. 129-153. doi: 10.1016/j.anifeedsci.2018.01.017

14. Kaur G.J. et al. Development of multigrain breakfast cereal using extrusion technology // Asian Journal of Dairy and Food Research. 2015. V. 34. № 3. P. 219. doi: 10.5958/0976-0563.2015.00043.3

15. Meza S.L.R. et al. Production of innovative gluten-free breakfast cereals based on red and black rice by extrusion processing technology // Journal of food science and technology. 2019. V. 56. № 11. P. 4855-4866. doi: 10.1007/s13197-019-03951-y

16. Alqaisi O., Moraes L.E., Ndambi O.A., Williams R.B. Optimal dairy feed input selection under alternative feeds availability and relative prices // Information Processing in Agriculture. 2019. V. 6. № 4. P. 438-453. doi: 10.1016/j.inpa.2019.03.004

17. Amid S., Gundoshmian T.M., Shahgoli G., Rafiee S. Energy use pattern and optimization of energy required for broiler production using data envelopment analysis // Information Processing in Agriculture. 2016. V. 3. № 2. P. 83-91. doi: 10.1016/j.inpa.2016.03.003

18. Fu Q., Shen W., Wei X., Zheng P. et al. Prediction of the diet nutrients digestibility of dairy cows using Gaussian process regression // Information Processing in Agriculture. 2019. V. 6. № 3. P. 396-406. doi: 10.1016/j.inpa.2018.11.005

19. Zeyner A., Kirchhof S., Susenbeth A., S?dekum K.H. et al. A new protein evaluation system for horse feed from literature data // Journal of nutritional science. 2015. V. 4. doi: 10.1017/jns.2014.66

20. Chakraborty P., Shivhare U. S., Basu S. Effect of milk composition on sensory attributes and instrumental properties of Indian Cottage Cheese (chhana) // NFS Journal. 2021. V. 23. P. 8-16. doi: 10.1016/j.nfs.2021.02.002


Для цитирования:


Афанасьев В.А., Фролова Л.Н., Сизиков К.А., Остриков А.Н., Зобова С.Н. Математическая модель процесса экструзии зерновых культур при неизотермическом течении их расплава до температуры начала реакции Майяра. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2021;83(1):23-29. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-1-23-29

For citation:


Afanasiev V.A., Frolova L.N., Sizikov K.A., Ostrikov A.N., Zobova S.N. Grain crops extrusion process mathematical model at a non-isothermal flow of their melt up to the temperature of the Maillard reaction start. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2021;83(1):23-29. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-1-23-29

Просмотров: 217


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2226-910X (Print)
ISSN 2310-1202 (Online)