CC BY
0ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-СТАТИСТИЧЕСКАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА КОМБИНИРОВАННОЙ СУШКИ ДЫНИ
1Самадов О. Б., 2Чориев А.Ж.
1 Ташкентский химико-технологический институт 2Ташкентский государственный аграрный университет https://doi.org/10.5281/zenodo.13951001
Аннотация. Получена экспериментально-статическая модель процесса комбинированной сушки дыни. Определены рациональные режимы сушки дыни с выдержкой в сахарном сиропе, с последующим ИК- конвективным энергоподводом при
длине волн ИК- излучения Я = 2,8 мкм и плотности теплового потока Q = 1 - 1,5 кВт/м2, сушильного агента до температуры 60 0С конечной влажности 20 - 24 %.
Ключевые слова: сушка, дыня, сахарный сироп, температура, скорость сушки, бланшировка, предварительная обработка, длина волны.
Abstract. An experimental-static model of the process of combined drying of melon has been obtained. Rational modes of drying melon with aging in sugar syrup, followed by IR convective energy supply at the wavelength of IR radiation = 2.8 цm and heat flux density Q = 1 - 1.5 kW/m2, drying agent up to a temperature of 60 0C with a final humidity of 20 - 24 % were determined.
Keywords. drying, melon, sugar syrup, temperature, drying rate, blanching, pre-treatment, wavelength.
Актуальность работы
Сушка сельскохозяйственного сырья - наиболее распространенный теплообменный процесс - относится к энергоемким процессам. Анализ показывает, что существующие установки дорогостоящи, энергоемки и малоэффективны для сушки сельхозпродуктов. Существуют резервы, разумное изыскание которых позволит раскрыть дополнительные механизмы по повышению эффективности технологии переработки сельхозпродуктов и по снижению энергоемкости установок.
Производство сухофруктов основано, наряду с естественной, воздушно-солнечной, еще и на промышленной сушке. Перед сушкой овощи и в особенности фрукты предварительно подвергаются различным видам обработки: окуриванию сернистым газом с целью приостановления биохимических процессов, приводящих к изменению цвета, консистенции мякиша, вкуса плодов; бланшировке с целью интенсивного и более полного удаления влаги, уменьшения затрат энергии; обработке в сахарном сиропе, рассоле и т.д.
Степень изученности проблемы. Вопросы теории и практики различных физических методов обработки и сушки пищевых продуктов рассматривались в работах А.В. Лыкова, П.Д. Лебедева, А.С. Гинзбурга, В.В. Красникова, Б.И. Леончика, В.В Кафарова, З.А. Каци, И.А. Рогова, В.А. Панфилова, Г.К. Филоненко, Б.С. Сажина, З.С. Салимова, А.А. Артикова, Г.Я. Умарова и других.
Методология исследования: физико-химические методы.
Анализ и результаты. При исследовании процесса ИК- конвективной сушки дыни
факторами, влияющими на продолжительность обработки и качество продукта, являются: предварительная выдержка дыни в сиропе с различной концентрацией и температурой, плотность теплового потока, длина волны излучения, температура и скорость воздуха, а также нагрузка на единицу площади сушильной установки. На основе анализа терморадиационных характеристик дыни для ИК- конвективной сушки выбран ИК-генератор с максимальной длиной волн излучения, равной 2,8 мкм.
Наиболее эффективная пропускательная и поглощательная способность дыни наблюдается при воздействии длины волны излучения 2,8 мкм и скорости воздуха 2,5 м/с [1,2]. При меньшей скорости воздуха продолжительность сушки увеличивается.
Математическая модель процесса сушки абрикоса комбинированным методом, полученная на основе метода планирования полного факторного эксперимента. Она представляет собой регрессионное уравнение вида [3]:
n n
У = b0 +Zbixi + Zbijxixj .
(1)
i-1
i, j-1
Планы полного факторного эксперимента при натуральной размерности факторов (ас, q, н) и в безразмерном их выражении (х1, Х2, хз, х4) при хз = +1 представлены в табл. 1 и табл. 2
Таблица 1
План полного факторного эксперимента с натуральным значением факторов и в
безразмерном их выражении
№ Х1 ac ,% Х2 в 0С Хз q, кВт/м2 Х4 Wri, %
1 -1 50 -1 40 1 1,5 -1 78
2 -1 50 -1 40 1 1,5 1 82
3 -1 50 1 60 1 1,5 -1 78
4 -1 50 1 60 1 1,5 1 82
5 1 70 -1 40 1 1,5 -1 78
6 1 70 -1 40 1 1,5 1 82
7 1 70 1 60 1 1,5 -1 78
8 1 70 1 60 1 1,5 1 82
Таблица 2
Натуральные значения факторов в безразмерном выражении
Показатели ac, % X1 в 0С X2 q, кВт/м2 Хз Wri, % Х4
Max 70 +1 60 + 1 1,5 +1 82 + 1
Min 50 -1 40 -1 0 -1 78 -1
Ср. знач. 60 0 50 0 1 0 80 0
В результате реализации составленного плана полного факторного эксперимента получены данные, представленные в виде кривых кинетики сушки (рис.1 - рис. 2).
2
Рис. 1. Кривые сушки дыни при 8 = 5мм и и = 8 ^ 10кг / м , q=1,5 кВт/м2: ряд 1 - дыня, без обработки в сахарном сиропе; ряд 2 - дыня, выдержанный в сахарном сиропе (ас = 15 %).
0.5
0.45
0.4
0,35
0.3
0.25
0,2
0.15
0.1
0.05
0
20
40
60
с Б
с-
|в'
д / / '
/ду
А Е --л N I Т Е' - 1* А ► -
•РЧД2
80
100
и; %
Рис. 2. Кривая скорости сушки дыни: ряд 1 - дыня без обработки в сахарном сиропе; ряд 2 - дыня, выдержанный в сахарном сиропе (ас = 15 %). (АВ) - участок подогрева, (ВС) - постоянной скоростью, (СД) - убывающей скоростью сушки.
Анализ кривых сушки дыни после выдержки в сиропе показал, что сушка отличается от традиционного способа уменьшением периода постоянной скорости, вызванный проникновением сахара в капилляры. В связи с этим кривые кинетики сушки начинаются с периода падающей скорости сушки:
Ж/ = Жк\ехр(-Кт2) , (3)
а выпрямление в полулогарифмической анаморфозе позволяет определить:
KJn(Wkl - W ) - ln(W - WP)
(4)
Из кривых кинетики сушки комбинированным методом по формуле (4) определяем средние значения К, Ж, Т (табл. 3).
Таблица 3
Средние экспериментальные и расчетные значения К, Т
№ Xi Х2 Хз Х4 Wk.cp, * ср, Ксрх, Wk.p, * P, Кр,
[%] [мин] [%/мин] % [мин] [%/мин]
Экспериментальные Расчетные
1 -1 -1 1 -1 18,2 390 0,245 15,23 400 0,245
2 -1 -1 1 1 18,8 400 0,215 16,90 440 0,215
3 -1 1 1 -1 18,3 250 0,335 14,60 300 0,336
4 -1 1 1 1 18,2 260 0,324 14,50 320 0,325
5 1 -1 1 -1 21,5 340 0,162 24,40 360 0,163
6 1 -1 1 1 23,2 385 0,146 27,40 340 0,146
7 1 1 1 -1 23,5 280 0,218 23,40 280 0,217
8 1 1 1 1 24,1 300 0,180 23,90 320 0,179
Для расчета коэффициента сушки К необходимо по уравнению (4) рассчитать количество удаленной влаги в период обработки в сахарном сиропе Жм и равновесное
влагосодержание ЖС по формуле (3). При температуре окружающей среды 25 0С и
относительной влажности воздуха ф = 70 % равновесная влажность Ж в процессе сушки
в камере при Т = 60 0С составляет ф = 70 %.
Анализ экспериментальных данных показал, что рациональным является режим сушки дыни с выдержкой в сахарном сиропе, с последующим ИК-
конвективным энергоподводом при длине волн ИК- излучения Я = 2,8 мкм и плотности теплового потока Q = 1 - 1,5 кВт/м2, сушильного агента до температуры 60 0С конечной влажности 20 - 24 %. Высушенный продукт имеет правильную объемную форму и естественный цвет. Конечная влажность высушиваемой дыни составляет 20 - 24 %.
ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хикматов Д.Н. Математическая модель процесса комбинированной сушки абрикоса // Журнал «Киме ва киме технологияси» -Тошкент, 2009. № 3. -Б. 60 - 62.
2. Джураев Х.Ф. Сушка плодов сельскохозяйственных культур. моделирование, оптимизация, разработка высокоэффективных аппаратов: Дисс... докт. техн. наук. ТХТИ. -Ташкент.: 2005. - 289 с.
3. Гуломов С.С., Перегудов Л.В. Основы системного подхода в науке и технике. -Ташкент.: Молия. 2002. - 120 с.
