Preview

Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий

Расширенный поиск

Математическая интерпретация кинетических закономерностей сушки свекловичной стружки

https://doi.org/10.20914/2310-1202-2025-1-38-46

Аннотация

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.

Об авторах

А. В. Дранников
Воронежский государственный университет инженерных технологий

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



Н. Ю. Ситников
ГК РУСМИТ

к.т.н., директор по комбикормовому производству



А. Р. Бубнов
Воронежский государственный университет инженерных технологий

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



В. Ю. Овсянников
Воронежский государственный университет инженерных технологий

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



К. К. Полянский
Воронежский филиал Российского экономического

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



Список литературы

1. Арапов В.М. Моделирование конвективной сушки дисперсных продуктов на основе законов химической кинетики. Воронеж: ВГТА, 2002. 200 с.

2. 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.

3. ГОСТ 34874–2022. Жом сушеный. Технические условия. М.: РУП «НПЦ НАН Беларуси по продовольствию», 2022. 12 с.

4. 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.

5. Дранников А.В. Энергетический анализ технологических режимов жомосушильной установки в тепловой схеме сахарного завода // Известия вузов. Пищевая технология. 2011. № 4. С. 78–81.

6. 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).

7. 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).

8. 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.

9. 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).

10. Akpinar E.K., Toraman S. Heat Mass Trans. 2015. V. 8. №. 2. P. 110–123.

11. 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.

12. Doymaz I. Energy Conv. Manag. 2012. V. 56. P. 199–205.

13. Asadi M. Sugar Beet Handbook. John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2006.

14. Иващук О.С., Атаманюк В., Чижович Р., Болдырев С. Исследование кинетических закономерностей фильтрационной сушки свекловичной стружки // Вестник ВГУИТ. 2024. № 4. С. 179–185.

15. Петрова Н.А., Сидоров И.В. Влияние температуры сушильного агента на кинетику сушки свекловичной стружки // Вестник ВГУИТ. 2023. № 2. С. 45–50.

16. 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.

17. 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.

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.

19. Smith J.L. Drying Technology in Agriculture and Food. 2nd ed. Elsevier, 2019.

20. 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.


Рецензия

Для цитирования:


Дранников А.В., Ситников Н.Ю., Бубнов А.Р., Овсянников В.Ю., Полянский К.К. Математическая интерпретация кинетических закономерностей сушки свекловичной стружки. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2025;87(1):38-46. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2025-1-38-46

For citation:


Drannikov A.V., Sitnikov N.Y., Bubnov A.R., Ovsyannikov V.Y., Polyansky K.K. Mathematical interpretation of kinetic patterns of beet shavings drying. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2025;87(1):38-46. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2025-1-38-46

Просмотров: 69


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


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