АНАЛІЗ ВПЛИВУ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА ПРОЦЕС СУШІННЯ УТФЕЛЮ
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9981-2026-1(56)-136-144Ключові слова:
утфель, сушіння, математичне моделювання, тепломасообмін, барабанна сушарка, автоматичне керування, вологість, температура, енергоефективність, мікроструктура сировини.Анотація
У статті представлено комплексне теоретико-прикладне дослідження процесу сушіння утфелю — побічного продукту переробки цукрових буряків, який характеризується високим вмістом вологи та складною мікроструктурою. Процес сушіння розглянуто як багатофакторну теплофізичну систему, у якій одночасно відбуваються процеси теплопередачі, масообміну та внутрішньої дифузії вологи в матеріалі. Для опису процесу сушіння розроблено математичну модель тепломасообміну, що базується на рівняннях теплового балансу та кінетики зміни вологості матеріалу в часі. Модель дозволяє оцінювати температурні поля
в сушильній камері, прогнозувати швидкість випаровування вологи та визначати оптимальні режими роботи установки. На основі отриманих залежностей побудовано графічні характеристики зміни температури та вологості утфелю в процесі сушіння, а також визначено залежність швидкості переміщення сировини від кута нахилу барабана. Проведене моделювання дало змогу встановити області найбільш ефективного теплового режиму, за яких досягається мінімізація енергетичних витрат при забезпеченні необхідної кінцевої вологості продукту. Запропоновано підхід до інтелектуального керування сушаркою на основі безперервного контролю вологості утфелю та адаптивного регулювання теплового потоку. Розроблений алгоритм автоматичного керування враховує зміну фізико-механічних та мікроструктурних характеристик матеріалу під час сушіння, що дозволяє підвищити точність підтримання технологічних режимів і зменшити перевитрати енергії. Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості використання запропонованих математичних моделей та алгоритмів керування для модернізації існуючих сушильних установок і розробки нових енергоефективних систем сушіння.
Завантаження
Посилання
1. Barabanna susharka [Drum dryer] (Ukraine Patent No. 127513 C2). (2023). State Intellectual Property Service of Ukraine. (in Ukrainian)
2. Sydorenko, O. M., & Honcharenko, V. I. (2017). Teplomasoobmin u protsesakh sushinnia [Heat and mass transfer in drying processes]. Naukova Dumka. (in Ukrainian)
3. Lebediev, A. T. (2020). Teoriia i praktyka sushinnia kharchovykh produktiv [Theory and practice of food drying]. UkrFTI. (in Ukrainian)
4. Kreith, F., Manglik, R. M., & Bohn, M. S. (2011). Principles of heat transfer. Cengage Learning.
5. Mujumdar, A. S. (2014). Handbook of industrial drying. CRC Press.
6. Petryk, M. R., Boyko, I. V., Petryk, O. Ju., & Fraissard, J. (2020). Mathematical modeling of competitive adsorption and desorption of gases in nanoporous media using Langmuir’s equilibriums. Bulletin of the NTUU KPI, Applied Mathematics. https://doi.org/10.31861/bmj2023.02.06
7. Deineka, V. S., Petryk, M. R., & Fraissard, J. (2011). Identifying kinetic parameters of mass transfer in components of multicomponent heterogeneous nanoporous media of a competitive diffusion system. Journal of Engineering Physics and Thermophysics.
8. Goyanyuk, I. V., Petryk, M. R., & Mudryk, I. Y. (2022). Modeling of filtration mass transfer in the medium of microporous particles. Automation, Computer Science and Engineering Journal.
9. Mujumdar, A. S. (2022). Recent developments in drying and dewatering of food products: advances and challenges. Drying Technology. https://doi.org/10.1080/07373937.2022.2028724
10. Cubero, F., Barreiro, A. P., & Blasco, M. R. (2020). Smart sensors for food drying process control. Sensors, 20(1), Article 45. https://doi.org/10.3390/s20010045
11. Shah, S. A., & et al. (2021). Application of machine learning in the optimization of drying processes. Processes, 9(11), Article 2038. https://doi.org/10.3390/pr9112038
12. Shakeri, M., & et al. (2021). Industry 4.0 applications in drying processes: a review. Journal of Food Engineering, Article 110512. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110512
13. Silva, M. A., & et al. (2019). Adaptive control strategies for drum dryers in food processing. Food Control, Article 106301. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2019.03.019
.png)
