с 01.01.2015 по настоящее время
Астраханский государственный технический университет
Россия
аспирант с 01.01.2021 по 01.01.2025
ВАК 4.1.1 Общее земледелие и растениеводство
ВАК 4.1.2 Селекция, семеноводство и биотехнология растений
ВАК 4.1.3 Агрохимия, агропочвоведение
ВАК 4.1.4 Садоводство, овощеводство, виноградарство и лекарственные культуры
ВАК 4.1.5 Мелиорация, водное хозяйство и агрофизика
ВАК 4.2.1 Патология животных, морфология, физиология, фармакология и токсикология
ВАК 4.2.2 Санитария, гигиена, экология, ветеринарно-санитарная экспертиза и биобезопасность
ВАК 4.2.3 Инфекционные болезни и иммунология животных
ВАК 4.2.4 Частная зоотехния, кормление, технологии приготовления кормов и производства продукции животноводства
ВАК 4.2.5 Разведение, селекция, генетика и биотехнология животных
ВАК 4.3.3 Пищевые системы
ВАК 4.3.5 Биотехнология продуктов питания и биологически активных веществ
УДК 66.047.38 Сушка посредством подвода тепла, теплового излучения и конвекции, применяемых одновременно
Цель исследования – экспериментальное исследование и математическое моделирование работы тепловых насосов различных масштабов и разной производительности в системах пищевых аппаратов. Представлены результаты экспериментального и теоретического исследования работы тепловых насосов в системах сушки пищевых продуктов. Для исследований было разработано два стенда – малой (1,465 кВт) и повышенной (2,4 кВт) производительности, изучены температурные, влажностные и энергетические параметры, а также проведен промышленный эксперимент на промышленной установке для сушки рыбы. Установки использовали замкнутый цикл рециркуляции воздуха с рекуперацией тепла, микроканальные теплообменники и автоматизированное управление микропроцессорными контроллерами. Эксперименты показали, что применение тепловых насосов снижает энергопотребление на 50–70 % по сравнению с традиционными электрическими методами за счет повторного использования тепла конденсации влаги и оптимизации режимов работы компрессора. Математические модели, разработанные на основе уравнений тепломассообмена, связывают зависимости температур конденсации, степени осушения воздуха и потребляемую мощность. Снижение температуры конденсации на 10 °C уменьшает энергозатраты на 15 %, но требует увеличения расхода воздуха для компенсации снижения сушильного эффекта. На промышленной установке внедрение рециркуляции и периодической подачи холодного наружного воздуха сократило энергопотребление на 25 %. Особое внимание уделено начальному этапу сушки, где нагрузка на тепловой насос максимальна из-за интенсивного влаговыделения. Анализ кинетики процесса подтвердил экспоненциальный характер снижения влагосодержания, описанный моделью первого порядка. Практическая значимость работы подкреплена данными промышленных испытаний. Результаты исследования демонстрируют потенциал тепловых насосов для создания экологичных и экономичных сушильных систем. Предложенные решения могут быть масштабированы для предприятий пищевой промышленности.
тепловой насос, энергопотребление, пищевая сушка, кинематика пищевой сушки, сушка и вяленье рыбы, энергоэффективность пищевой сушки
1. Неверов Е.Н., Короткий И.А., Горелкина А.К., и др. Исследование параметров работы дегидратора для реализации конвективной сушки влагосодержащих пищевых продуктов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2023. Т. 2, № 70. С. 466–479.
2. Алексеев Г.В., Егорова О.А., Леу А.Г., и др. Особенности сушки порошковых пищевых продуктов в псевдоожиженном режиме // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2017. Т. 5, № 4. С. 34–40.
3. Бурак Л.Ч., Завалей А.П. Эффективность комбинированного воздействия ультразвука и микроволн при обработке пищевых продуктов. Обзор // Техника и технология пищевых производств. 2024. Т. 54, № 1. С. 342–357.
4. Aly A.M., Hafez H.H. Production of safe and healthy pretzels // Egyptian Journal of Agricultural Sciences. 2020. Vol. 71, № 4. P. 307–315.
5. Abdi R., Sharma M., Cao W., et al. Sprouted wheat wholemeal as a techno-functional ingredient in hard pretzels // Food Research International. 2024. Vol. 194. P. 114878.
6. Лакомов И.В., Помогаев Ю.М. Принципы энергосберегающей технологии сушки // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2016. № 1. С. 70–74.
7. Лакомов И.В., Помогаев Ю.М. Энергетическая эффективность применения тепловых насосов при сушке сельскохозяйственного сырья // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2017. № 1. С. 109–113.
8. Онучин Е.М., Анисимов П.Н., Медяков А.А. Оценка энергетической эффективности применения абсорбционного бромисто-литиевого теплового насоса в конденсационной сушилке // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2012. № 32. С. 92–95.
9. Hossain M.A., Gottschalk K., Hassan M.S. Mathematical model for a heat pump dryer for aromatic plant // Procedia Engineering. 2013. Vol. 56. P. 510–520.
10. Semenov A.E., Andreev A.I., Tsyplakov A.A. Simulation of operating modes of the refrigerating machine and the heat pump when drying fish. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science № 3, St. Petersburg, 19–24 Apr 2021. St. Petersburg; 2021. P. 012031. DOI:https://doi.org/10.1088/1755-1315/866/1/012031.
11. Carlucci S., Bai L., Yang L., et al. Review of adaptive thermal comfort models in built environmental regulatory documents // Building and Environment. 2018. Vol. 137. P. 73–89.
12. Serhiy K., Mykhailo B., Roman K., et al. Research into technological process of convective fruit drying in a solar dryer // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2017. Т. 3, № 8 (87). С. 55–63.
13. Delfiya D.S.A., Prashob K., Murali S., et al. Drying kinetics of food materials in infrared radiation drying: A review // Journal of Food Process Engineering. 2022. Vol. 45, № 6. P. e13810. DOI:https://doi.org/10.1111/jfpe.13810.
14. Adeyeye S.A.O. An overview of fish drying kinetics // Nutrition & Food Science. 2019. Vol. 49, № 5. P. 886–902.
15. Onwude D.I., Hashim N., Janius R.B., et al. Modeling the thin‐layer drying of fruits and vegetables: A review // Comprehensive reviews in food science and food safety. 2016. Vol. 15, № 3. P. 599–618. DOI:https://doi.org/10.1111/1541-4337.12196.
