Дослідження теплообміну в процесі уварювання овочевого соку

Oleksandr Cherevko; Olga Mayak; Stanislav Kostenko; Aziz Sardarov

doi:10.31866/2616-7468.2.2.2019.188206

Автор(и)

Oleksandr Cherevko Харківський державний університет харчування та торгівлі, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-6047-8186
Olga Mayak Харківський державний університет харчування та торгівлі, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-3059-4589
Stanislav Kostenko Харківський державний університет харчування та торгівлі, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-0268-8008
Aziz Sardarov Харківський державний університет харчування та торгівлі, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-0973-8197

DOI:

https://doi.org/10.31866/2616-7468.2.2.2019.188206

Ключові слова:

концентрований сік, вакуум-випарний апарат, кінетика температури, мішалка, теплообмін, імітаційне моделювання, системний аналіз

Анотація

Метою дослідження є вдосконалення теплообмінного обладнання для виробництва концентратів з овочевої сировини, а саме вакуум-випарного апарату з перемішуючим пристроєм Інструментом для визначення переваг запропонованих технічних рішень обрано системний аналіз, а саме імітаційне моделювання.

Методи дослідження. Запропоновано новий спосіб концентрування овочевої сировини, а саме розділення на фракції – сік та вичавки, та їх окрема переробка з подальшим поєднанням в різному співвідношенні. Уварювання соку в випарному апараті з мішалкою під вакуумом є основним процесом теплообміну в запропонованому способі переробки. Мішалка являє собою спіральний порожнистий вал з можливістю підведення в порожнину теплоносія, в данному випадку – пари. У результаті проведених експериментів було досліджено залежність коефіцієнта тепловіддачі від числа обертів розробленої мішалки. Аналіз отриманих залежностей дозволив визначити ефективність запропонованих технічних рішень. Експериментальні дослідження стали підґрунтям для системного аналізу процесу, а саме імітаційного моделювання зміни температурного поля в процесі уварювання овочевого соку.

Результати. Запропоновано новий спосіб переробки овочевої сировини. Для його реалізації розроблений вакуум-випарний апарат з удосконаленим перемішуючим пристроєм. Проведені експериментальні дослідження з визначення коефіцієнту тепловіддачі під час концентрування соку. Здійснено імітаційне моделювання змін температурного поля в апараті та загального робочого циклу випарного аппарату періодичної дії. Системно-динамічне моделювання виконувалося в середовищі програмного комплексу Vensim. Кінетика температури в процесі нагрівання контролювалася в експериментальному вакуум-випарному апараті.

Висновки та обговорення. Визначено залежність коефіцієнта тепловіддачі від числа обертів мішалки під час уварювання овочевого соку в розробленому вакуум-випарному апараті. Створена системно-динамічна модель процесу тепловіддачі, а саме визначено кінетику температури в апараті, що робить можливим подальше комп’ютерне експериментування на підґрунті визначених практичним дослідженням зв’язків складної системи теплообміну.

Біографії авторів

Oleksandr Cherevko, Харківський державний університет харчування та торгівлі

Доктор технічних наук, професор

Olga Mayak, Харківський державний університет харчування та торгівлі

Кандидат технічних наук, доцент

Stanislav Kostenko, Харківський державний університет харчування та торгівлі

Старший викладач

Aziz Sardarov, Харківський державний університет харчування та торгівлі

Аспірант

Посилання

Mamontov, M.V. (2009). Razrabotka i issledovanie sushki tonko izmelchennoi morkovi pri kompleksnoi ee pererabotke [Development and research of drying finely chopped carrots in its complex processing]. (Candidate’s thesis). Voronezhskaia gosudarstvennaia tekhnologicheskaia akademiia, Voronezh [in Russian].

Merkulova, T.V., Bitkova, T.V., & Kononova, E.Iu. (2011). Ekonomiko-matematicheskoe modelirovanie [Economic and mathematical modeling: a training manual] (2nd ed.) Kharkov: Kharkovskii natcionalnyi universitet imeni V. N. Karazina [in Russian].

Osetskyi, A.I., Holtsev, A.M., & Sevastianov, S.S. (2019). Sushinnia biolohichnoi syrovyny v rezhymi kriosublimatsiinoho fraktsionuvannia [Drying of biological raw materials in the mode of cryo sublimation fractionation]. In Problemy enerhoefektyvnosti ta yakosti v protsesakh sushinnia kharchovoi syrovyny [Problems of energy efficiency and quality in the drying of food raw materials], Proceedings of the VI All-Ukrainian Conference (pp. 29–31). Kharkiv [in Ukrainian].

Panfilov, V.A. (Red.). (2001). Mashiny i apparaty pishchevykh proizvodstv [Machines and equipment for food production]. Moscow: Vysshaia shkola [in Russian].

Petrova, Zh.A. (2010). Sokhrannost karotinoidov v zavisimosti ot metodov i rezhimov sushki [Preservation of carotenoids depending on drying methods and modes]. In Zbirnyk naukovykh prats Vinnytskoho derzhavnoho ahrarnoho universytetu (Issue 42, Vol. 2: Materialy Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii "Zemlia Ukrainy – potentsial enerhetychnoi ta ekolohichnoi bezpeky derzhavy", pp. 70–77). Vinnytsia [in Russian].

Potapov, V., & Kostenko, S. (2016). "System-dynamic Modeling of Complex Assessment of ARJM-0.07-1 Apparatus". Prohresyvni tekhnika ta tekhnolohii kharchovykh vyrobnytstv restorannoho hospodarstva i torhivli, 2(24), 218–225. Retrieved from: elib.hduht.edu.ua/bitstream/123456789/1175/1/2.3.pdf [in English].

Potapov, V.O., Kostenko, S.M, & Pedorych, I.P (2018). Imitatsiine modeliuvannia protsesiv ta aparativ infrachervonoho zharennia m’iasnykh napivfabrykativ [Simulation modeling of processes and devices of infrared frying of meat products]. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu "KhPI", 35, 71–77. Retrieved from: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/39364/1/vestnik_KhPI_2018_35_Potapov_Imitatsiine_modeliuvannia.pdf [in Ukrainian].

Promtov, M.A. (2004). Mashiny i apparaty s impulsnymi energeticheskimi vozdeistviiami na obrabatyvaemye veshchestva [Machines and apparatus with pulsed energy effects on processed substances]. Moscow: Mashinostroenie-1 [in Russian].

Safonova, O.N., Pertcevoi, F.V., Grinchenko, O.A., Foshchan, A.L., Pivovarov, P.P., Bogomolov, A.V.…Garntcarek, B.Ch. (2000). Sistemnye issledovaniia tekhnologii pererabotki produktov pitaniia [System studies of food processing technologies]. Kharkov [in Russian].

Zagorulko, А., Zahorulko, A., Kasabova, K., Chervonyi, V., Omelchenko, O., Sabadash, S. … Peniov, O. (2018). Universal multifunctional device for heat and mass exchange processes during organic raw material processing. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 6, 1 (96), 47–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.148443 [in English].