Разработка общих видов математических моделей сушки пищевых продуктов с СВЧ-энергоподводом на основе законов химической кинетики гетрогенных процессов
Автор: Дмитрий А. Казарцев
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Процессы и аппараты пищевых производств
Статья в выпуске: 3 (89), 2021 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматриваются вопросы, касающиеся моделирования сушки семян кориандра, расторопши, яблок и плодов смородины черной с СВЧ-энергоподводом на основе законов химической кинетики гетрогенных процессов. Предложено рассматривать сушку с СВЧ-энергоподводом с позиции физической химии как квазитопохимическую гетерогенную реакцию и выполнять математическое моделирование данного процесса на основе законов химической кинетики гетерогенных процессов. Показана практическая реализация методологии моделирования сушки на основе законов химической кинетики гетрогенных процессов при моделировании СВЧ-сушки семян кориандра, расторопши, яблок и плодов смородины черной. Рекомендовано при разработке таких моделей установить аналогию между рассматриваемым процессом сушки и видом гетерогенного химического процесса, т. е. из существующей классификации химических реакций и процессов определить адекватно-аналогичную процессу сушки химическую реакцию или процесс. Установлено, что наиболее значимыми параметрами, влияющими на скорость реакции, как и на скорость сушки являются: температура, концентрация и давление. Показано как при моделировании сушки с СВЧ-энергоподводом на основе законов химической кинетики конкретных пищевых продуктов учитывать форму продукта, скорость и температуру сушильного агента, СВЧ-мощность, относительную влажность воздуха. Разработаны общие виды математических моделей на основе законов кинетики гетерогенных химических процессов сушки с СВЧ-энергоподводом для семян кориандра, семян расторопши, яблок и плодов смородины черной. Рассматриваемый в статье методологический подход и его практическое применение к моделированию сушки с СВЧ-энергоподводом для конкретных пищевых продуктов позволит в дальнейшем разрабатывать надежные математические модели кинетики сушки для различных продуктов и избежать ошибок, которые авторы отмечают в ранее опубликованных работах.
Моделирование, СВЧ-сушка, комбинированный энергоподвод, химическая кинетика, кориандр, расторопша, яблоки, смородина черная
Короткий адрес: https://sciup.org/140259855
IDR: 140259855 | УДК: 66.011 | DOI: 10.20914/2310-1202-2021-3-17-22
Development of general types of mathematical models for drying food products with microwave energy supply based on the laws of chemical kinetics of heterogeneous processes
The article discusses issues related to the modeling of drying seeds of coriander, milk thistle, apples and black currant fruits with microwave energy supply based on the laws of chemical kinetics of heterogeneous processes. It is proposed to consider drying with a microwave energy supply from the standpoint of physical chemistry as a quasi-chemical heterogeneous reaction and to perform mathematical modeling of this process based on the laws of chemical kinetics of heterogeneous processes. The practical implementation of the drying modeling methodology based on the laws of chemical kinetics of heterogeneous processes for modeling microwave drying of coriander, milk thistle, apples and black currant seeds is shown. When developing such models, it was recommended to establish an analogy between the considered drying process and the type of a heterogeneous chemical process, i.e. from the existing classification of chemical reactions and processes, determine a chemical reaction or process that is adequately analogous to the drying process. It is shown how, when modeling drying with a microwave energy supply, based on the laws of chemical kinetics of specific food products, take into account the shape of the product, the speed and temperature of the drying agent, the microwave power, and the relative humidity of the air. General types of mathematical models have been developed based on the laws of kinetics of heterogeneous chemical drying processes with microwave energy supply for coriander seeds, milk thistle seeds, apples and black currant fruits. The methodological approach considered in the article and its practical application to modeling drying with a microwave energy supply for specific food products will allow in the future to develop reliable mathematical models of the drying kinetics for various products and to avoid mistakes that the authors note in previously published works.)
Список литературы Разработка общих видов математических моделей сушки пищевых продуктов с СВЧ-энергоподводом на основе законов химической кинетики гетрогенных процессов
- Цугленок Н.В., Манасян С.К., Демский Н.В. Техника и технология сушки зерна // Международный журнал экспериментального образования. 2012. №. 11. С. 46-47.
- Потапов В.А., Якушенко Е.Н., Жеребкин М.В. Анализ способов сушки и оценка качества сушеной виноградной выжимки // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2013. №. 6 (11). С. 38-41.
- Калашников Г.В., Литвинов Е.В. Кинетика СВЧ-сушки яблок // Вестник ВГУИТ. 2015. №. 2. С. 40-42.
- Иночкина Е.В. Совершенствование технологии конвективной СВЧ-сушки плодов // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2014. №. 5-6. С. 62-65.
- Антипов С.Т., Казарцев Д.А., Давыдов А.М., Емельянов А.Б. Изучение форм связи влаги в семенах кориандра на основе анализа кинетики сушки // Вестник ВГУИТ. 2020. Т. 82. №. 3 (85). doi: 10.20914/2310-1202-2020-3-24-31
- Кухарев О.Н., Сѐмов И.Н., Тимергазин Н.К., Оськин В.С. Результаты исследований устройства для сушки сельскохозяйственных культур // Нива Поволжья. 2020. №. 2 (55). doi: 10.3646ШР.2020.2.55.016
- Ермоченков М.Г. Кинетические параметры процесса сушки древесины // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2017. №. 6 (360). С. 114–125. doi: 10.17238/issn0536-1036.2017.6.114
- Wray D., Ramaswamy H.S. Novel concepts in microwave drying of foods // Drying Technology. 2015. V. 33. №. 7. P. 769-783. doi: 10.1080/07373937.2014.985793
- Antipov S., Klyuchnikov A., Kazartsev D. Mathematical description of super-high frequencies drying process of free-running food media in device with combined energy input // E3S Web of Conferences. EDP Sciences, 2020. V. 175. P. 05021. doi: 10.1051/e3sconf/202017505021
- Юрова И.С., Кретов И.Т., Журавлев А.В., Казарцев Д.А. Тепло- и массообмен при сушке семян расторопши в вихревой камере с СВЧ-энергоподводом. Воронеж: ВГУИТ, 2012. 192 с.
- Антипов С.Т., Казарцев Д.А., Журавлев А.В. Тепло- и массообмен при сушке яблок в аппарате с комбинированным энергоподводом. Воронеж: ВГТА, 2009. 154 с.
- Антипов С.Т., Виниченко С.А., Казарцев Д.А. Тепло- и массообмен при сушке плодов смородины черной в вакуум аппарате с СВЧ-энергоподводом. Воронеж: ВГУИТ, 2016. 168 с.
- Antipov S.T., Arapov V.M., Kazartsev D.A. Kinetics laws as the base for mathematical simulation of microwave vacuum drying process // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2020. V. 1560. №. 1. P. 012017.
- Arapov V.M., Kazartsev D.A., Nikitin I.A., Babaeva M.V. et al. Drying process simulation methodology based on chemical kinetics laws // International Journal of Advanced Computer Science and Applications. 2020. V. 11. №. 2. P. 17-22.
- Орвос М., Сзыбо В., Пус Т.Скорость испарения со свободной поверхности жидкости // Прикладная механика и техническая физика. 2016. Т. 57. № 6. С. 168–179.
- Pickles C.A., Gao F., Kelebek S. Microwave drying of a low-rank sub-bituminous coal // Minerals Engineering. 2014. V. 62. P. 31-42. doi: 10.1016/j.mineng.2013.10.011
- Feng H., Yin Y., Tang J. Microwave drying of food and agricultural materials: basics and heat and mass transfer modeling // Food Engineering Reviews. 2012. V. 4. №. 2. P. 89-106. doi: 10.1007/s12393-012-9048-x
- Demiray E., Seker A., Tulek Y. Drying kinetics of onion (Allium cepa L.) slices with convective and microwave 18drying // Heat and Mass Transfer. 2017. V. 53. №. 5. P. 1817-1827. doi: 10.1007/s00231-016-1943-x
- Wojdyło A., Figiel A., Lech K., Nowicka P., Oszmiański J. Effect of convective and vacuum–microwave drying on 19the bioactive compounds, color, and antioxidant capacity of sour cherries // Food and Bioprocess Technology. 2014. V. 7. №. 3. P. 829-841. doi: 10.1007/s11947-013-1130-8
- Chahbani A., Fakhfakh N., Balti M.A., Mabrouk M. et al. Microwave drying effects on drying kinetics, bioactive compounds 20and antioxidant activity of green peas (Pisum sativum L.) // Food Bioscience. 2018. V. 25. P. 32-38. doi: 10.1016/j.fbio.2018.07.004
