ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОВОГО ВОЗДУХА НА ПРОЦЕСС СУШКИ

АННОТАЦИЯ

В результатах данной статьи определена температура сушильного воздуха, кажущаяся наиболее влиятельным параметром на кинетику сушки. Действительно, кинетика сушки сильно зависит от температуры для продуктов с высоким внутренним сопротивлением миграции воды, что характерно для органических продуктов. Изменение обнаружено в том, что температура внутри продукта изменяет активность воды в нем, а также оказывает влияние на другие факторы, такие как теплота испарения жидкой влаги, которая меняется в зависимости от температуры. В этом случае обосновано, что измерение температуры продукта во время сушки может предоставить информацию, позволяющую понять изменения в кинетике сушки или учесть изменения качества продукта. Определены и сопоставлены характеристические кривые сушки при постоянной и переменной температурах, а также их выражения.

ABSTRACT

These results determined that the temperature of the drying air appears to be the most influential parameter on drying kinetics. Indeed, drying kinetics are highly dependent on temperature for products with high internal resistance to water migration, which is typical for organic products. A change in the temperature inside the product has been found to change the activity of the water in it, and also affects other factors, such as the heat of evaporation of liquid moisture, which changes depending on the temperature. In this case, measuring the temperature of the product during drying can provide information to understand changes in drying kinetics or account for changes in product quality. The characteristic drying curves at constant and variable temperatures, as well as their expressions, are determined and compared.

Ключевые слова: теплообмен, массообмен, сушка, тепловой эффект, твердое тело.

Keywords: heat transfer, mass transfer, drying, thermal effect, solid body.

Процесс сушки – весьма сложный комплекс тепловых, диффузионных, часто биологических и химических явлений (особенно когда дело касается интенсивной сушки). Фармацевтическая продукция обычно представляюет собой сложные объекты сушки, характеризующиеся рядом показателей, важнейшими из которых являются начальная, конечная и равновесная влажность, термические, электрофизические, структурно-механические и массообменные характеристики. Несмотря на специфические свойства отдельных фармацевтических продуктов, можно отметить и некоторые общие характеристики их как объектов сушки. Одним из основных факторов, определяющих их свойства, является влага, энергия связи которой с твердым скелетом материала позволяет классифицировать материалы как объекты сушки [1; 2; 5-10].

Энергия считается основным агентом в создании богатства и важным фактором экономического развития. Важность энергии в экономическом развитии общепризнанна, а исторические данные подтверждают, что существует тесная связь между доступностью энергии и экономической деятельностью. Достижение решений экологических проблем, стоящих сегодня перед человечеством, требует долгосрочных потенциальных действий для устойчивого развития. В этом отношении возобновляемые источники энергии являются одним из наиболее эффективных и действенных решений [5-10].

Для изучения влияния температуры сушильного воздуха на кинетику сушки базилика обыкновенного были проведены экспериментальные испытания путем изменения температуры сушильного воздуха от 45 °С до 75 °С при сохранении постоянного его массового расхода (0,5 м/с и 0,75 м/с) [3; 4].

Целью данной статьи является обобщение результатов, полученных экспериментально путем определения на основе проведенных испытаний характеристической кривой сушки. Рисунки 1-5 описывают соответственно процесс во времени, содержание влаги, а также скорость сушки при различных температурах и различных скоростях теплового потока. Эти кривые ясно показывают, что для наших экспериментальных условий фаза сушки с постоянной скоростью отсутствует.

В приведенных авторами данного исследования результатах температура сушильного воздуха кажется наиболее влиятельным параметром на кинетику сушки. Действительно, кинетика сушки сильно зависит от температуры для продуктов с высоким внутренним сопротивлением миграции воды, что характерно для органических продуктов. Изменение температуры внутри продукта влияет на активность воды в нем, а также оказывает определенное воздействие на другие факторы, такие как теплота испарения жидкой влаги, которая меняется в зависимости от температуры. В этом случае измерение температуры продукта во время сушки может предоставить информацию, позволяющую понять изменения в кинетике сушки или учесть изменения качества продукта.

Рисунок 1. Кривая сушка базилик обыкновенный, скорость теплового потока 0,50 м/с

Рисунок 2. Кривая сушка базилик обыкновенный, скорость теплового потока 0,75 м/с

Рисунок 3. Изменение скорости сушка базилик обыкновенный с течением времени, скорость теплового потока 0,5 м/с

Рисунок 4. Изменение скорости сушка базилик обыкновенный с течением времени, скорость теплового потока 0,75 м/с

Рисунок 5. Изменение скорости сушка базилик обыкновенный с течением времени

Рисунок 4-6 показывает, что влияние воздушного потока менее важно, чем влияние температуры сушки. Полученный результат можно объяснить тем, что когда кривая сушки не представляет собой начальную фазу, поток сушильного воздуха оказывает слабое влияние на процесс сушки, что приводит к увеличению скорости сушки. Таким образом, конвективный перенос на границе раздела воздух-продукт больше не является ограничивающим фактором и, следовательно, является внутренним, который контролирует скорость переноса влаги из внутренней части продукта на поверхность.

Характеристическая кривая сушки. Принятый метод заключается в изучении изменения стандартизированной скорости сушки f в зависимости от приведенного содержания влага W. Это приводит к группировке различных полученных значений вокруг одной средней кривой, которая представляет собой характеристическую кривую сушки. Тогда записывается уравнение, выражающее кинетику сушки продукта: f*=f(W). Равновесное содержание влаги W_рав. можно определить из изотермы сорбции. На рисунке 6 представлена ​​полученная таким образом характеристическая кривая сушки. Сглаживание характеристической кривой сушки базилик обыкновенный позволяет определить уравнение скорости сушки в виде многочлена 5-й степени:

f=2,7574-10,1434+22,315-22,7176+8,7548

=0,9515 и средняя систематика=0,0506

Где, f-cтандартизированная скорость сушки; f*-безразмерной скорости сушки.

Рисунок 6. Характеристическая кривая сушки базилик обыкновенный, полученная для различных параметров сушки

Эта кривая представляет большой интерес для научного сообщества. Действительно, по двум параметрам, а именно исходному и равновесному содержанию влаги, можно описать кинетику сушки при любом состоянии теплового воздуха. С точки зрения определения размеров солнечных сушилок и моделирования сушки очень интересно знать это уравнение, специфичное для каждого продукта.

Определены и сопоставлены характеристические кривые сушки при постоянной и переменной температурах, а также их выражения. Установлено, что начальная влажность оказывает очень большое влияние на сдвиг этих характеристических кривых сушки. Был сделан вывод, что лучше определить характеристическую кривую сушки на основе одного испытания с возрастающим изменением температуры, чем по классическому методу с четырьмя испытаниями для четырех постоянных температур и, следовательно, четырех различных начальных значений влажности.

Список литературы:

1. Голубев Л.Г., Сажин Б.С., Валашек Е.Р. Сушка в химико-фармацевтической промышленности. – М.: «Медицина», 1978. – 272 с.
2. Султанова Ш.А. Исследование профилей температурного поля процесса конвективной сушки растительного сырья // Научно-теоретический журнал, «Хранение и переработка сельхозсырья». – Москва. – № 8. – 2017. – С. 47–50.
3. Султанова Ш.А., Мамбетшерипова А.А., Сафаров Ж.Э. Исследование теплообмена процесса сушки // Universum: технические науки. – Москва. –  2023. – №12 (117). – Ч. 5. – С. 28–31.
4. Султанова Ш.А., Мамбетшерипова А.А., Сафаров Ж.Э. Энергоэффективный метод сушки // III Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы системы электроснабжения». – Ташкент, 2023. – С. 54–55.
5. El-Sabaii A.A., Aboul-Enein S., Ramadan M.R.I., El-Gohary H.G. Empirical correlations for drying kinetics of some fruits and vegetables // Energy. – № 27 (9). – 2002. – P. 845–859.
6. Kalogirou S. Solar water heating in Cyprus. Current status of technology and problems // Renewable Energy. – 1997. – Vol. 10. – P. 107–112.
7. Kalogirou S. The potential of solar industrial process heat applications // Applied Energy. – № 76. – 2003. – P. 337–361.
8. Kalogirou S.A. Solar thermal collectors and applications // Progress in Energy and Combustion Science. – № 30. – 2004. – P. 231–295.
9. Kreith F., Kreider J.F. Principles of solar engineering.  – New York: McGraw-Hill, 1978. – P. 25–31.
10. Schweiger H., Mendes J.F., Benz N., Hennecke K., Prieto G., Gusi M., Goncalves H. The potential of solar heat in industrial processes. a state of the art review for Spain and Portugal // Proceedings of Eurosun’2000 Copenhagen, Denmark on CDROM; 2000.