Наукові праці (Scientific works)

В роботі розглянуто низку питань, пов’язаних з теплообмінними процесами, які відбуваються у промислових вуглевипалювальних установках. Дослідження спрямоване на пошук розрахункового алгоритму, який здатен еквівалентно врахувати вплив структури композитно-пористого тіла на коефіцієнт теплопровідності масиву, сформованого деревними полінцями у просторі вагонетки. Показано, що відома феноменологічна модель процесу теплопровідності, яка базується на концепції суцільності твердих тіл, не придатна до використання у контексті розрахунку внеску ступеню пористості матеріалу до його теплопровідної здатності. Вказано, що подібна модель ігнорує не тільки структурну будову реальних матеріалів, але й можливість формування анізотропних кластерних утворень в їх товщі. Виявлено, що для масиву деревини, який приймає участь у виробництві деревного вугілля піролізним способом, спрощення мікроскопічної структури не припускається. Проаналізовано кілька способів завантаження деревної сировини у вагонетку та відсоток об’єму, що може бути корисно використаний у кожному з них. Обрано найбільш технологічно та експлуатаційно доцільний спосіб завантаження деревної сировини. Розглянуто відому розрахункову модель, що базується на рівномірному розподілі твердої фази уздовж меж структурного елементу. Встановлено, що при межових значеннях подібна модель демонструє результати, що не відповідають фізичній дійсності. Виявлено причини неадекватності моделі реальним об’єктам на прикладі масиву деревних полін. Представлено вдосконалену розрахункову модель, що передбачає заміну лінійного контакту між елементами на поверхневий. Розглянуто штучні умови розрахункового припущення про те, що безкінечно тонкий прошарок матеріалу розташований уздовж меж структурного елементу, а уся маса матеріалу зосереджена у центрі в вигляді об’єкту квадратного перетину. Наведено детальний алгоритм розрахунку еквівалентного значення коефіцієнту теплопровідності деревного масиву. На основі зазначених досліджень підтверджено доцільність застосування нового підходу, який дозволяє врахувати величину впливу радіаційної складової на сукупне значення ефективної теплопровідності композитно-пористого матеріалу.

The paper deals with a number of issues related to the heat exchange processes which occur in industrial charring plants. The research is aimed to finding a calculation algorithm that can equivalently take into account the influence of the composite-porous body structure on the thermal conductivity coefficient of a bundle formed by wood logs in a trolley’ space. It is shown that the phenomenological model of the heat conductivity process, which is based on the concept of solids continuity, is not suitable for use in the context of calculating the degree of material porosity contribution to its thermal conductivity. It is specified that such a model ignores not only the structural content of real materials, but also the possibility of forming anisotropic cluster formations in their thickness. It is found that simplification of the microscopic structure is not allowed for a wooden bundle that takes part in the charcoal production using pyrolysis method. There are analyzed several methods of wooden raw materials loading into a trolley and a percentage of volume that can be usefully used in each of them. The most technologically and operationally expedient way of wooden raw materials loading is chosen. A well-known calculation model, which is based on the equable solid phase distribution along the boundaries of structural element, is considered. It is established that this model demonstrates results that do not correspond to physical reality for the boundary values. The reasons of model inadequacy to real objects are revealed on the example of a wooden log bundle. An improved calculation model, which involves replacing the linear contact between the elements to the surface one, is presented. There are considered the artificial conditions of the calculated assumption that an infinitely thin material layer is located along the boundaries of a structural element, and the entire material mass is centered in the form of a square-section object. There is given a detailed algorithm for calculating the equivalent value of the wooden bundle thermal conductivity coefficient. The appropriateness of applying a new approach is confirmed based on these studies, which allows taking into account the magnitude of the radiation component effect on the total value of the effective thermal conductivity of composite-porous material.

Целью данной работы является раскрыть механизмы воздействия кавитации на биологические клетки для создания новых технологий и оборудования, а также усовершенствования уже существующих. Анализ современной литературы показал, что процесс кавитации широко используется в пищевой, химической, фармацевтической, биологической промышленности и является эффективным с экологической, энергетической точки зрения. При этом, стоит отметить, что использования кавитации в технологиях существенно сокращает время ведения процесса обработки, а также минимизирует температурное воздействие, по сравнению с традиционными технологиями, что особенно актуально при работе с биологически-активными веществами. Кавитационные процессы используются в технологиях экстракции растительного сырья, стерилизации жидкостных сред как в пищевой промышленности, так и в технологиях водоподготовки и водоочистки. Не смотря, на то, что кавитацию широко применяют на практике, литературный анализ показал, что механизмы воздействия на клетки изучены не в полной мере. В статье предложены механизмы и их теоретическое обоснование для процесса экстракции и стерилизации, определены теплофизические параметры необходимые для ведения того или иного процесса. В зависимости от сферы применения кавитации ее интенсивность и механизм воздействия должны определяться свойствами целевого продукта. Соответственно, для отдельных целей параметры ведения процесса должны обеспечить полное разрушение клетки, а для других необходимо и достаточно повысить проницаемость мембраны клетки для выхода целевого компонента. В связи с этим, существует необходимость тонкого подбора теплофизических параметров процесса, а также технологического оборудования, соответственно.

The purpose of this work is to found the mechanisms of the effect of cavitation on biological cells for the creation of new technologies and equipment, as well as the improvement of existing ones. Analysis of present literature has shown that the process of cavitation is widely used in the food, chemical, pharmaceutical, and biological industries and is effective from an ecological, energy point of view. At the same time, it should be noted that the use of cavitation in technologies significantly reduces the processing time, as well as minimizes the temperature effect, in comparison with traditional technologies, which is especially important for biologically active substances. Cavitation processes are used in technologies of extraction of plant raw materials, sterilization of liquid media both in the food industry, and in technologies of water treatment and water purification. Despite the fact that cavitation is widely used in practice, literary analysis has shown that mechanisms of action on cells have not been fully studied. Novel studies presents mechanisms, which ascertain fact of cell wall full or partially distruction, but not explain reasons of this. There is not explaining of the decrease in internal massexchange resistances. The article proposes mechanisms and their theoretical justification for the extraction and sterilization process, and the thermophysical parameters necessary for conducting a particular process are determined. 

Cavitation intensity and mechanism of action should be determined by the properties of the target product and should be depend on the scope of application. So, for some purposes, the process parameters must ensure complete destruction of the cell, while for others it is necessary and sufficient to increase the permeability of the cell membrane to yield the target component. In this regard, there is a need for a thin adjustment of thermophysical process parameters, as well as technological equipment, respectively..

Постійний попит на сою і соєві продукти як на внутрішньому, так і зовнішньому ринках України зумовив розширення площі посівів під цією рослиною і вона стала одною з найприбутковіших культур, які вирощуються у сільськогосподарських підприємствах. Полінасичені жирні кислоти, які входять до складу  клітинних мембран сої та інших структурних елементів рослинних тканин, виконують в організмі низку важливих функцій, зокрема забезпечують нормальний ріст та обмін речовин, еластичність судин. У зв'язку з існуючою проблемою дефіциту білка в харчуванні людей все більшої актуальності набувають для України дослідження шляхів підвищення економічної ефективності виробництва сої, формування та функціонування ринку сої та продуктів її переробки.

Тепловий вплив – одна з найбільш широко розповсюджених теплотехнологічних операцій в процесах обробки рослинної сировини, а тепловий нагрів з метою зменшення початкового вологовмісту сировини, що обробляється (сушіння) – один із найбільш розповсюджених способів консервування, підготовки і полуфабрикування харчових продуктів. На ряду з перевагами процесу сушіння виникає ряд недоліків процесу, найважливішим з яких, в сучасних умовах, є енерговитрати на виконання процесу. Процес сушіння - один з найбільш енергоємних операції, він використовує до 25% всієї промислової енергії. Через проблеми в екологічній і енергетичній галузях, включаючи викиди парникових газів, виснаження викопного палива тощо стає надзвичайно важливим  зменшення споживання енергії у всіх галузях промисловості.

Створення рослинних композицій, поєднання двох сумісних за біохімічним складом матеріалів (сої та батату), дає можливість знизити енерговитрати на процес сушіння та зберегти біологічно активні речовини в процесі зберігання висушеної сировини. За своїм біохімічним складом батат містить каротиноїди, що є природніми стабілізаторами для білків сої і які перешкоджають окисленню її ліпідів. Отже, поєднання цих двох компонентів дозволяє природнім шляхом збільшити термін зберігання сировини. Через відсутність інформації в наукових інформаційних джерелах про вплив режимних параметрів сушіння (t, φ, υ) на кінетику сушіння соєво – бататної суміші, ця робота спрямована на дослідження процесу сушіння соєво - овочевих композицій з метою інтенсифікації процесу.  

The constant demand for soy and soya products on both the domestic and foreign markets of Ukraine led to the expansion of the area under this plant and became one of the most profitable crops grown in agricultural enterprises. Polyunsaturated fatty acids, which are part of cellular soybean membranes and other structural elements of plant tissues, perform in the body a number of important functions, in particular, provide normal growth and metabolism, elasticity of blood vessels. Due to the existing problem of protein deficiency in people's nutrition, Ukraine is increasingly studying ways to increase the economic efficiency of soybean production, the formation and functioning of the soy market and its processing products.

Thermal effect is one of the most widely used heat engineering operations in the process of processing of plant raw materials, and heat heating in order to reduce the initial moisture content of processed material (drying) - one of the most common methods of preservation, preparation and semi-preparation of food products. Along with the advantages of the drying process, there are a number of flaws in the process, the most important of which, in modern conditions, is energy costs for the process. The drying process is one of the most energy-intensive operations, it uses up to 25% of all industrial energy. Due to problems in the environmental and energy sectors, including greenhouse gas emissions, fossil fuel depletion, etc., it is becoming increasingly important to reduce energy consumption in all industries.

The creation of plant compositions, a combination of two biochemical compositions (soybeans and sweet potatoes) compatible, makes it possible to reduce energy costs for the drying process and preserve biologically active substances during the storage of dried raw materials. In its biochemical composition, sweet potato contains carotenoids, which are natural stabilizers for soy proteins and prevent the oxidation of its lipids. Consequently, the combination of these two components can naturally increase the shelf life of raw materials. Due to the lack of information in scientific information sources on the influence of regime drying parameters (t, φ, υ) on the drying kinetics of soybean - vegetable mixture, this work is aimed at studying the process of drying soy and vegetable compositions in order to intensify the process.