Том 82 № 1

Постійне посилання зібрання

https://card-file.ontu.edu.ua/handle/123456789/5974

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 29

PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF ADSORPTIVE REGENERATOR OF LOW-POTENTIAL HEAT AND MOISTURE BASED ON COMPOSITE ADSORBENTS ‘SILICA GEL – SODIUM SULPHATE’ SYNTHESIZED BY SOL – GEL METHOD
(2018) Олена Анатолівна Бєляновська, Роман Дмитрович Литовченко, Костянтин Михайлович Сухий, Михайло Порфирович Сухий, Михайло Володимирович Губинський
Досліджені експлуатаційні характеристики адсорбційного регенератора низько-потенційного тепла та вологи на основі композитних сорбентів «силікагель – натрій сульфат», синтезованих золь – гель методом. Розроблені математична модель та алгоритм визначення базових параметрів процесів експлуатації адсорбційного регенератора в умовах сектора житлово-комунального господарства. Запропонований алгоритм включає розрахунок об’єму повітря, який пройшов через шар теплоакумулюючого матеріалу, концентрації води в повiтрi на виході з теплового акумулятора, адсорбції, теплоти адсорбції, кінцевої температури холодного повітря, температури повітря після змішування холодного повітря з вулиці та теплого повітря в приміщенні при подачi, розрахунок концентрації води в повiтрi на виході з теплового акумулятора, об’єму повітря, який пройшов через шар теплоакумулюючого матеріалу, адсорбції та теплоти адсорбції, кінцевої температури теплого повітря, температури повітря після змішування холодного повітря з вулиці та теплого повітря з приміщення при викиді, визначення температурного коефіцієнта корисної дії, сумарної адсорбції та часу досягнення максимальної адсорбції. Підтверджена кореляція температур повітря біля теплого та холодного кінці регенератора, а також теплових коефіцієнтів корисної дії, встановлених за результатами розрахунків згідно запропонованого алгоритму та дослідним шляхом. Проведено математичне моделювання процесів експлуатації адсорбційних регенераторів на основі композитів «силікагель – натрій сульфат» в умовах типової системи вентиляції житлових приміщень. Показана залежність теплового коефіцієнта корисної дії від часу перемикання потоків повітря, швидкості руху потоків повітря, а також температур зовнішнього та внутрішнього повітря в стаціонарних умовах. Максимальні значення теплових коефіцієнтів корисної дії встановлені при швидкості вологого повітря близько 0,22 – 0,32 м/с та часу перемикання потоків 5 – 10 хв.. Виявлено вплив швидкості руху потоків вологого повітря на час досягнення максимальної адсорбції. Результати проведеного дослідження можуть бути використані при розробці енергоефективних вентиляційних систем та пристроїв для житлових та складських приміщень. The performance characteristics of the adsorptive regenerator of the low-potential heat and moisture on basis of the composite sorbents ‘silica gel - sodium sulfate’ synthesized by sol-gel method are studied. The mathematical model and algorithm for determining the basic parameters of adsorptive regenerator exploitive processes in the housing and communal services sector are developed. The proposed algorithm includes calculating the volume of air passed through the layer of heat-accumulating material, the concentration of water in the flow at the exit from the regenerator, the adsorption, the heat of adsorption, the final temperature of the cold air, the air temperature after mixing the cold air from the street and the warm air in the room at the warm end of the regenerator during inflow, calculation of the final concentration of water in the flow at the cold end of the regenerator, the volume of air passing through the layer of heat-accumulating material, adsorption and heat of adsorption, the final temperature of the air at the cold end of the regenerator, the air temperature after mixing of the cold air from the street and the warm air from the room at the cold end of regenerator during outflow, determining the temperature efficiency coefficient, summarized adsorption and maximal adsorption time. The correlation of air temperatures near the warm and cold end of the regenerator, as well as the thermal efficiency coefficients stated by the results of calculations according to the proposed algorithm and experimental way is confirmed. The mathematical modeling of the processes of operation of adsorption regenerators on the basis of ‘silica gel - sodium sulfate’ composites in the conditions of the typical ventilation system of residential premises is carried out. The dependences of the temperature efficiency coefficient vs. the time of switching air flows and the velocity of air flow, as well as the temperatures of external and internal air under stationary conditions are shown. The results of the research can be used in the development of energy-efficient ventilation systems and devices for residential and warehouse premises
АПАРАТИ ДЛЯ РОЗДІЛЕННЯ ПРОДУКТІВ ВИНОРОБСТВА
(2018) К. А. Ковалевський, М. І. Валько, О. І. Мамай, Т. О. Кузьмина, Т. О. Яковенко
В статті наводяться результати досліджень щодо застосування гідроциклонів для відокремлення твердих частинок з виноградного сусла, виноградного насіння з вичавок, а також для освітлення дифузійного соку після екстракції виноградних вичавок, стічних вод та інших забруднених рідин. В результаті проведених досліджень визначені оптимальні параметри гідроциклонів при відокремленні різних твердих частинок. Запропоновано режими роботи гідроциклонів, при яких досягаються максимальні ефекти розподілу. Для розподілу використовуються різні конструкції гідроциклонів, з регулюванням отвору виходу осадів з обертовим активатором, тощо.The article presents the results of research on the use of hydrocyclones for the separation of solid grapevine particles, grape seeds from squashes, as well as for the diffusion juice illumination after the extraction of grape vinegar, sewage and other contaminated liquids. Studies were conducted on the separation of grape seeds mixed with yeast bard.To achieve the desired effect of separation on the hydrocyclone it is necessary to thoroughly analytically ground and experimentally determine the necessary parameters of the size of its parts. One way to regulate the separation of solid particles from winemaking products is to change the size of the opening of the lower drain fitting or to change the design of the conical part.The construction of a hydrocyclone with a controlled opening of sediments was found to be used to separate solids from grape and fruit berries (juice), separation of lime vine. In addition, with this design, it is possible to determine the structural dimensions of the hydrocyclones for other products, for example, to separate the grape seed from the flow of water with squeegees.As a result of the researches, optimal parameters of the hydrocyclones were determined at separation of various solid particles. The modes of operation of hydrocyclones, in which the maximum distribution effects are achieved, are proposed. Different structures of the hydrocyclones are used for distribution, with adjustment of the opening of sediment release with a rotary activator, and others like that. Due to the improvement of flow distribution at the entrance to the hydrocyclone, increasing the speed of the flow of the activator, the effect of cleaning the suspension from impurities increases by 15-20%.The use of a hydrocyclone for the separation of suspensions of tartaric lime makes it possible to completely separate impurities with minor losses.To study the efficiency of the distribution of each product it is necessary to conduct a test of hydrocyclone with increased height and diameter of the cylindrical part of the body, the conical part with different angles of conicality and the size of the aperture for the lower drain of glass.
ВАКУУМНІ МІКРОХВИЛЬОВІ ТЕХНОГІЇ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ ФІТОПРЕПАРАТІВ З ПЛОДІВ ШИПШИН
(2018) Юлия Олеговна Левтринская, Юсеф Альхурі, Яна Андріївна Голінська, Сергій Георгійович Терзієв
У даній статті представлено результати досліджень процесів екстрагування у мікрохвильовому полі в умовах зниженого тиску. Об’єктом досліджень обрано плоди шипшини – багаті на термолабільний вітамін С. При екстрагуванні у створеному зразку екстрактора температури не перевищують 50 °С. За таких температур зберігається більше вітаміну С, краще зберігається колір та смак. Проведені лабораторні дослідження підтверджують підвищений вміст вітаміну С у екстракті. У порівнянні з технологіями, які зараз застосовуються на фармацевтичних підприємствах при виробництві екстрактів шипшини створені екстрактор та випарна установка мають ряд переваг: проста конструкція, безпечність, знижені робочі температури, енергетична ефективність. Підвищення виходу екстрактивних речовин можна пояснити особливим протіканням процесу за умов впливу мікрохвильового поля та виникненню явища бародифузії, що значно інтенсифікує перехід компонентів, що містяться у капілярах до екстракту.In this paper are presents the results of studies of extraction processes in a microwave field under conditions of reduced pressure. The object of research are the rose hips – rich in thermolabile vitamin C. According to previous studies, under the action of the microwave field possible reach a significant intensification of extraction processes. This is due to barodiffusion – a phenomenon that occurs in the capillaries of plant material. These principles are the base for innovative facilities designed by our scientific group: a microwave vacuum extractor and a microwave vacuum evaporator. During the sample treatment in an extractor, the temperature does not exceed 50 °C. At these conditions saved more of vitamin C, color and taste are better preserved. The laboratory researches confirm that the high content of vitamin C is present in the extract. Compared to the technologies that are applied be pharmaceutical companies in the production of rose hips extracts and evaporators, they have several advantages: simple design, safety, reduced working temperatures, high energy efficiency, shortening of processes. With microwave extraction it is possible to obtain the extracts that contain non-typical components for aqueous extracts precisely due to barodifusion. So, with the use of one solvent, can be obtained a polyextract on the same installation. These technologies are actual in the first place for the pharmaceutical industry and the market of health food products. The comparison of vacuum microwave and cryoconcentration technologies are performed. It is wellknown that the best way to concentrate products with high vitamin C content is cryoconcentration. Obtained in that research results indicate that the quality of the extract produced in the vacuum microwave evaporator is similarly to cryoconcentrate.
ВИВЧЕННЯ ВПЛИВУ РАДІАЦІЙНОЇ СКЛАДОВОЇ НА ВЕЛИЧИНУ ЕФЕКТИВНОЇ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ КОМПОЗИТНО-ПОРИСТОГО МАСИВУ
(2018) Леонід Леонідович Товажнянський, Валерій Євгенович Ведь, Антон Миколайович Миронов
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.
ВИЛУЧЕННЯ БІЛКІВ ЗІ СТІЧНИХ ВОД ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ ШЛЯХОМ ЗАСТОСУВАННЯ НВЧ ВИПРОМІНЮВАННЯ
(2018) Віра Василівна Сабадаш, Ярослав Михайлович Гумницький
В роботі приведено результати досліджень кінетики вилучення білків з модельного середовища, зміни оптичної густини дисперсій білка в результаті дії на досліджувану дисперсію випромінювання надвисокочастотного діапазону. Процес денатурації дисперсій білка, що моделюють стічні води підприємств харчової промисловості, здійснювали під дією НВЧ випромінювання з частотою 2450 Гц. Обробленню піддавали водні дисперсії альбуміну та казеїну з масовою часткою сухих речовин 5% за потужності надвисокочастотного випромінювання 800 Вт. Контроль за процесом денатурації білка здійснювали за зміною оптичної густини досліджуваних дисперсій. Експериментальні дослідження показали, що ступінь вилучення альбуміну без застосування інших методів розділення становила 80%, а казеїну 35%. Виведено теоретичну залежність для розрахунку зміни температури досліджуваного об’єкту від потужності генератора електромагнітних хвиль та часу дії на об’єкт випромінювання надвисокочастотного діапазону. В основу розрахунків кінетики нагрівання електролітів у полі дії електромагнітного випромінювання поставлено зв'язок між напруженістю електромагнітного поля, що генерується в резонаторній НВЧ-камері, та потужністю НВЧ-генератора. Експериментальне дослідження кінетики денатурації водних дисперсій білка показало хорошу збіжність експериментальних та розрахункових даних. За допомого приведеного рівняння можна з достатньою точністю визначати теплофізичні параметри процесу нагрівання вологих об’єктів та дисперсій до 100°С, або для діелектриків з низьким вмістом вологи. Розроблений спосіб обробки стічних вод передбачає введення НВЧ модуля у технологічну схему очищення стічних вод біотехнологічних виробництв. Це дозволить здійснювати знезараження стічних вод та ефективного вилучення білкових сполук шляхом переведення білків у коагульований стан та збільшити ефективність очищення стічних вод. The paper presents the results of investigations of the kinetics of protein extraction from the model dispersions and changes in the optical density of protein solutions as a result of influence of the ultrahigh-frequency radiation on the test dispersion. The process of denaturation of protein solutions that simulate wastewater from food industry enterprises under the influence of microwave radiation at a frequency of 2450 Hz was carried out. The samples of aqueous dispersions of albumin and casein with a mass fraction of dry matter of 5% were treated of ultrahigh-frequency radiation of the power of 800 W. Control of process of the protein denaturation was carried out by changing the optical density of the investigated samples. Experimental studies have shown that the degree of albumin excretion without application of other methods of separation was 80% and casein 35%. The theoretical dependence for calculating the temperature change of the investigated object from the power of the generator of electromagnetic waves and the time of action on the object of radiation of the ultrahigh-frequency range was derived. The basis of calculations of the kinetics of heating of electrolytes in the field of electromagnetic radiation is the relationship between the intensity of the electromagnetic field generated in the chamber of microwave resonator and the power of the microwave generator. An experimental study of the kinetics of denaturation of aqueous dispersion of the protein showed good correlation of experimental and calculated data. Application of the given equation it is possible to determine with sufficient accuracy the thermophysical parameters of the process of heating the wet objects and solutions to 100ºС or for dielectrics with low moisture content. The developed method of treatment of sewage involves the introduction of a microwave module in the technological scheme of sewage treatment of biotechnological industries. This will allow for the disinfection of sewage and the effective removal of protein compounds by converting proteins into a coagulated state and increasing the efficiency of wastewater treatment.

Документ

ВОЗДЕЙСТВИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ. МЕХАНИЗМЫ, ТЕХНОЛОГИИ, ПРИМЕНЕНИЕ

(2018) Любов Петрівна Гоженко, Анна Євгенівна Недбайло, Георгій Костянтинович Іваницький

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..

ВПЛИВ ГІДРОДИНАМІЧНОЇ КАВІТАЦІЇ НА ЗМІНУ ТЕМПЕРАТУРНИХ ПОКАЗНИКІВ ВОДИ
(2018) Леся Юріївна Авдєєва, Е. К. Жукотський, А. А. Макаренко
В статті розглянуті питання, пов’язані із виникненням і розвитком явища гідродинамічної кавітації при обробці рідких середовищ. Показана актуальність і можливості практичного використання ефектів, що супроводжують гідродинамічну кавітацію, для інтенсифікації енергоємних процесів у різних галузях промисловості. Проаналізовано механізм інтенсифікуючого впливу дії ефектів кавітації в тепломасообмінних процесах. Описано переваги використання гідродинамічних кавітаторів статичногго типу на прикладі сопла Вентурі. Наведено результати експериментальних досліджень впливу ефектів гідродинамічної кавітації в соплі Вентурі на зміну температурних показників водопровідної води для визначення раціональних гідродинамічних умов проведення процесу обробки. Представлено дані, що характеризують зміни температурних показніків водопровідної води з різною початковою температурою в залежності від тривалості проведення процесу для сопел з різним діаметром горловини. Показано, що збільшення тривалості обробки посилює вплив кавітаційних ефектів на матеріал. Встановлено, що зменшення діаметру горловини сопла призводить до підвищення температури зразка в результаті його обробки. Найбільші кавітаційні ефекти виникають при діаметрі горловини сопла Вентурі 0,008 м і 0,012 м. Встановлення діафрагми, що перекриває потік на 75% показало додаткове загальне підвищення температури на 3-6 °С, порівняно до отриманих результатів для зразка обробленого в кавітаційному змішувачі без діафрагми. Підвищення температури за рахунок встановлення діафрагми пояснюється посиленням дії кумулятивних ефектів внаслідок гідродинамічної кавітаційної обробки. Аналіз результатів експериментальних досліджень дозволив отримати математичну залежність числа кавітації від швидкості зміни температури за якою можна оцінити ефективність роботи кавітаційного змішувача. The article deals with issues related to the emergence and development of the phenomenon of hydrodynamic cavitation in the processing of liquid media. The actuality and possibilities of practical use of the effects accompanying hydrodynamic cavitation for the intensification of energy-intensive processes in various industries are shown. The mechanism of intensifying influence of cavitation effects in heat and mass transfer processes is analyzed. The advantages of static type hydrodynamic cavitators using the Venturi nozzle example are described. The results of experimental studies of the influence of the effects of hydrodynamic cavitation in the Venturi nozzle on the change of the temperature indices of tap water for the determination of rational hydrodynamic conditions of the processing process are given. The data describing changes in temperature indices of tap water with different initial temperature are presented, depending on the duration of the process for nozzles with different diameter of the neck. It is shown that increasing the duration of processing enhances the effect of cavitation effects on the material. It was established that the decrease of the diameter of the nozzle's neck leads to an increase in the sample temperature as a result of its treatment. The largest cavitation effects arise at a diameter of the neck of the Venturi nozzle 0,008 m and 0,012 m. The installation of an aperture overlapping the flow by 75% showed an additional total temperature increase of 3-6 ° C, as compared to the results obtained for a sample treated in a cavitation mixer without a diaphragm. The increase in temperature due to the installation of the diaphragm is due to an increase in the effect of cumulative effects due to hydrodynamic cavitation treatment. The analysis of the results of experimental studies allowed to obtain mathematical dependence of the number of cavitation on the rate of change in temperature on which it is possible to estimate the efficiency of the cavitation mixer.
ВПЛИВ РОЗЧИННИХ РЕЧОВИН НА СТАН ВОДИ В РОСЛИННИХ ТКАНИНАХ ТА КІНЕТИКУ ЇХ СУШІННЯ
(2018) Наталія В. Дмитренко
В роботі наведено літературні дані щодо впливу розчинних речовин різного типу на процес та механізм зв’язування води. Порівняно результати визначення стану води у вихідній рослинній сировині, які були отримані з розрахунку за межею гігроскопічності, з результатами прямого експерименту за методом диференціальної сканувальної калориметрії. Встановлено, що додаткове зв’язування води, вище ніж отримане з розрахунку, обумовлено наявністю розчинних речовин в рослинному соку. Сумісним аналізом експериментальних кривих зміни стану води, енергограм сушіння, кривих сушіння та кривих швидкості сушіння показано, що критичні точки процесу сушіння знаходяться у відповідності з динамікою зміни стану води в рослинних тканинах та кінетикою зміни питомої теплоти її випаровування. Встановлено значне зростання енерговитрат на випаровування води вже в другому періоді сушіння. Отримані результати дозволяють стверджувати, що воно відбувається через початок видалення води з гідратних оболонок розчинених речовин. На підґрунті проведеного дослідження уточнено механізм і послідовність видалення води зі зрізів рослинних тканин при сушінні. The paper presents literary data on the influence of soluble substances of different types on the process and mechanism of water binding in aqueous solutions. Using the method of differential scanning calorimetry, the state of water in the parenchyma tissues of apples and potatoes, in the root crops carrots and beet, and the woody tissues of annual willow shoots was determined. A change in the state of water in these plant tissues during dehydration has been studied. The results of the determination of the state of water in the initial plant raw material obtained from the calorimetric experiment were compared with the results obtained from the calculation according to the hygroscopicity limit according to the assumptions of the sorption isotherms method. It has been established that the amount of bound water in the tissues of plants obtained from the calorimetric experiment is higher than the amount of bound water obtained on the calculation from the limit hygroscopicity of plant tissues. The additional binding of water is due to the presence of soluble substances in plant juice. Using the method of synchronous measurement of mass loss of tissues during drying and the amount of heat consumed for dehydration, an experimental determination of the specific heat of evaporation of water from plant tissues during drying was performed (the drying energy curves have obtained). Using joint analysis curves of change of the state of water in plant tissues, curves of drying energy, drying curves and drying rate curves, it was established that the critical points of the drying process are in accordance with the dynamics of changes in the state of water in plant tissues and the kinetics of the change in the specific heat of evaporation of water. A significant increase in energy consumption for the evaporation of water was detected already in the second drying period of plant tissues. The results obtained allow us to state that this increase in energy costs is due to the beginning of the removal of water from the hydrated shells of substances dissolved in plant juice. On the basis of the research, the mechanism and sequence of water removal from the cut of plant tissues during drying has been made more accurate.
ВПЛИВ ШВИДКОСТІ РУХУ ПОВІТРЯ НА ПРОЦЕС КОНВЕКТИВНО-ТЕРМОРАДІАЦІЙНОГО СУШІННЯ ЯБЛУЧНИХ СНЕКІВ
(2018) Іван Федорович Малежик, Ігор Володимирович Дубковецький, Л. В. Стрельченко
В процесі розвитку технічного прогресу харчова промисловість вимагає нових технологічних рішень для підвищення якості харчових продуктів. Сегмент ринку снеків в наш час дуже поширений та популярний серед споживачів, проте якість цих снеків бажала б бути вищою, а асортимент різноманітнішим. Саме ця проблема наштовхнула нас на створення нового продукту з відмінними харчовими властивостями та збалансованим хімічним складом. Маючи базу попередніх досліджень оптимальних параметрів сушіння снеків, необхідно визначити вплив швидкісті руху повітря на процес сушіння. Швидкість циркуляції повітря в сушильному пристрої - найважливіший параметр процесу сушіння. Чим вище швидкість циркуляції, тим, за інших рівних умов, менша тривалість процесу, вища продуктивність сушіння, менша нерівномірність сушіння матеріалу, більші витрати електроенергії і в більшості випадків вища собівартість. Нами запропоновано комбінувати два способи підведення теплоти при сушінні – терморадіаційний і конвективний, що дозволило зменшити відносну вологість повітря і збільшити рушійну силу процесу в порівнянні з сушінням інфрачервоними променями. Для цього була спроектована і виготовлена сушильна установка, яка дозволяє сушити терморадіаційним і конвективним способами як окремо, так і їх поєднанням. В роботі викладені результати досліджень впливу швидкості циркуляції сушильного агента на основні параметрів процесу сушіння в радіаційно-конвективній установці періодичної дії. Механізм та інтенсивність перенесення вологи у матеріалі залежать від взаємопов’язаного комплексу процесів порушення зв’язку вологи з матеріалом та дифузії парогазового середовища через капілярно-порову структуру матеріалу. В даній роботі встановлені залежності основних тепломасообмінних характеристик конвективно-терморадіаційного сушіння яблучних снеків від швидкості руху повітря.In the process of developing technical progress, the food industry requires new technological solutions to improve the quality of food products. The snack market segment is nowadays very popular and popular among consumers, but the quality of these snacks would be desirable, and the assortment is more diverse. This problem has led us to create a new product with excellent nutritional properties and a balanced chemical composition. Having a base of preliminary studies of the optimum parameters of drying snakes, it is necessary to determine the effect of the speed of air movement on the drying process. The rate of air circulation in the dryer is the most important parameter of the drying process. The higher the circulation velocity, the more equal conditions, the shorter the duration of the process, the higher the drying performance, the less uneven material drying, the greater the cost of electricity and in most cases the higher cost. We are proposed to combine two methods of supplying heat during drying - thermal radiation and convection, which allowed to reduce the relative humidity of air and increase the motive force of the process compared with the drying of infrared rays. For this purpose, a drying plant was designed and manufactured, which allows drying by thermal radiating and convection methods both individually and in combination. The paper presents the results of studies on the influence of the circulation velocity of a drying agent on the main parameters of the drying process in a radiation-convective installation of periodic action. The mechanism and intensity of the transfer of moisture in the material depend on the interrelated complex of processes of violation of the connection of moisture with the material and the diffusion of the vapor-gas medium through the capillary-pore structure of the material. In this paper, the dependences of the main heat and mass-exchange characteristics of convective thermo-radiation drying of apple snakes on the velocity of air are determined.
ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРОДИНАМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕМЕНТІВ ЗАХИСТУ ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ
(2018) Ірина Борисівна Рябова, Олена Анатоліївна Петухова, Стелла Анатоліївна Горносталь, Сергій Миколайович Щербак
Важливою складовою собівартості продукції харчових виробництв є елементи забезпечення їх безпечного виробництва, одним з яких являється внутрішній протипожежний водопровід, який обов’язковий для встановлення в приміщеннях харчових виробництв з відповідною категорією за вибухопожежною та пожежною небезпекою, ступенем вогнестійкості та об’ємом виробничого корпусу. З введенням в дію ДБН В 2.5-64:2012 «Внутрішній водопровід та каналізація» кожна шафа окрім встановленого в ній пожежного кран-комплекту діаметром 50 або 65 мм, обов’язково комплектується додатковим пожежним кран-комплектом діаметром 25 або 33 мм, який призначений для швидкого введення вогнегасної речовини в початковій стадії розвитку пожежі, а тому забезпечує зниження збитків від неї. Додаткові кран-комплекти комплектуються рукавом (довжина рукава – до 30 м, діаметр рукава – 25 мм або 33 мм, тип рукава – напівжорсткий) та розпорошувачем (діаметр випускного отвору розпорошувача від 4 до 12 мм). До переваг таких пристроїв відносять невеликі габарити, застосування спеціальних насадок розпорошувача дозволяє створювати дрібнодисперсний струмінь води, який не пошкоджує оточуючи речи та обладнання, гнучкий рукав комплекту дозволяє обійти технологічні установки, що зустрічаються на шляху, установка перекривного пристрою дозволяє перервати роботу в будь-який момент і відновити її за необхідності, вартість вогнегасної речовини – води, як і самої установки – невелика. В залежності від умов використання додаткового пожежного кран-комплекту різні характеристики його складових можуть забезпечити підвищення або зниження ефективності його роботи. Тому запропоновано спосіб визначення характеристик складових додаткового пожежного кран-комплекту для конкретних умов його експлуатації. Вірний вибір параметрів складових дозволить з урахуванням гідродинамічних характеристик системи, що забезпечує роботу таких пристроїв, з найменшими економічними втратами забезпечити успішне гасіння пожежі та знизити збитки від неї. An important component of the cost of food products is the elements of ensuring their safe production, one of which is the internal fire water supply, which is obligatory for installation in the premises of food production enterprises with the appropriate category for fire and fire hazard, fire resistance and the volume of the production building. With the introduction of the DBN V 2.5-64:2012 "Internal plumbing and sewage system", each cabinet, except for installed fire faucet with a diameter of 50 or 65 mm, necessarily completes an additional fire faucet with a diameter of 25 or 33 mm, which is designed for the rapid introduction of extinguishing agent in the initial stage of the development of the fire, and therefore provides a reduction of losses from it. Additional fire faucets are completed with a sleeve (length of the sleeve - up to 30 m, diameter of the sleeve - 25 mm or 33 mm, type of sleeve - semi-rigid) and the sprayer (diameter of the outlet of the sprayer from 4 to 12 mm). The advantages of such devices include small dimensions. The use of special spray nozzles allows you to create a fine splash of water that does not damage the surroundings of speech and equipment. The flexible sleeve of the kit allows you to bypass technological installations that are found on the track. The installation of the overlapping device allows you to interrupt the work at any time and restore it as needed. The cost of extinguishing agent and the installation itself is small. Depending on the conditions of the use of an additional fire faucet, the various characteristics of its components can provide an increase or decrease in the efficiency of its operation. Therefore, a method of determining the characteristics of components of an additional fire faucet for the specific conditions of its operation is proposed. The correct choice of parameters of components will allow, taking into account the hydrodynamic characteristics of the system, ensuring the operation of such devices, with the least economic losses, ensure the successful extinguishing of the fire and reduce losses from it.
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ КОМПОСТУВАННЯ ХАРЧОВОЇ СКЛАДОВОЇ ТВЕРДИХ МУНІЦИПАЛЬНИХ ВІДХОДІВ З ВИКОРИСТАННЯМ МІНЕРАЛЬНИХ ДОБАВОК
(2018) Галина Всеволодівна Крусір, О. А. Сагдєєва, Олеся О. Чернишова, Марія Михайлівна Мадані, Олексій Леонтійович Гаркович
Ефективне управління твердими муніципальними відходами є першочерговим завданням у сфері міжнародної та національної екологічної безпеки. В Україні воно фактично вирішується через зберігання сотень тисяч відходів на керованих та некерованих звалищах та полігонах. Оскільки до 40% твердих муніципальних відходів відноситься до органічних, що легко розкладаються (харчові відходи, відходи ринків, домогосподарств, міських зелених господарств, муніципальної мережі харчування), вилучення цієї частини відходів зі звалищ за рахунок компостування суттєво зменшить навантаження на фактично розміщенні та потенційно заплановані звалища. Аеробне компостування є однією з найкращих найбільш доступних технологій для інтегрованої системи управління відходами за рахунок мінімізації антропогенного впливу на довкілля, відповідності новітнім вітчизняним та зарубіжним розробкам, економічної та практичної прийнятності технології.Метою експериментального дослідження було вивчення можливості прискорення процесу компостування харчової складової твердих муніципальних відходів за рахунок внесення мінеральних добавок для впровадження в якості природоохоронної технології на звалищах. У статті представлено результати дослідження впливу мінеральної добавки на перебіг процесів компостування харчової складової твердих муніципальних відходів з метою його прискорення в мезофільному і термофільному температурних режимах з керованими параметрами. Для підвищення ефективності процесу компостування та порівняння особливостей перебігу процесів в якості мікробіологічного інокуляту використовували ґрунт, в якості мінеральної добавки – розчини мінеральних солей.Показано, що мінеральний комплекс прискорює процес компостування харчової складової твердих побутових відходів в 2,2 рази за термофільного режиму і в 1,4 рази за мезофільних умов проведення процесу компостування, що свідчить про ефективність його використання в процесах переробки твердих муніципальних відходів з метою підвищення загального рівня екологічної безпеки. Efficient management of municipal solid waste is a top priority in the field of international and national environmental safety. In Ukraine, it is actually dealt with through the storage of hundreds of thousands of waste at managed and unmanaged landfills. Since up to 40% of municipal solid waste is classified as organic (food waste, market waste, households’ waste, waste of municipal food network and urban green household), removing this part of waste from landfill by composting will substantially reduce the load on the actual placed and potentially planned landfill. Aerobic composting is one of the best available technologies for an integrated waste management system, minimizing anthropogenic environmental impact, complying with the latest domestic and foreign developments, economic and practical acceptance of technology.The purpose of the pilot study was to study the possibility of accelerating the composting process of the municipal solid waste's food component through the using of mineral additives for the introduction as a conservation technology in landfills. The article presents the study results of the mineral additive's influence on the composting process of the solid municipal waste's food component in order to accelerate it in the mesophilic and thermophilic temperature regimes with controlled parameters. To improve the composting process and to compare the peculiarities of the processes the soil was used as microbiological inoculums and the mineral salts’ solutes were used as a mineral additive. It was shown that the mineral complex accelerates the composting process of the municipal solid waste's food component by 2.2 times for the thermophilic regime and by 1.4 times for the mesophilic conditions of composting process, that testifies to the efficiency of its use in the municipal solid waste’ recycling processes in order to improve the overall level of environmental safety.
ДОСЛІДЖЕННЯ СТІЙКОСТІ ТЕЧІЇ ГРАВІТАЦІЙНО СТІКАЮЧОЇ ПЛІВКИ РІДИНИ В ДВОФАЗНИХ СИСТЕМАХ
(2018) В. О. Туз, Н. Л. Лебедь
Використання методів пасивної інтенсифікації у вигляді поверхонь з капілярно-пористим покриттям в контактних апаратах істотно ускладнює гідродинамічну картину взаємодії системи «поверхня – плівка рідини – газовий потік». Інтенсифікуючи процеси тепло- і масообміну, штучна шорсткість зменшує робочий діапазон контактних апаратів, шляхом зниження границі захлинання. Результати рішення математичної моделі системи «плівка рідини – газовий (паровий) потік» у вигляді системи диференціальних рівнянь з відповідними граничними умовами для гладкої вертикальної поверхні не коректно використовувати для визначення параметрів плівки при кризових явищах у випадку застосування каналів з капілярно-пористими структурами. Представлений аналіз результатів експериментального дослідження гідродинаміки двофазного потоку в каналах з капілярно-пористим покриттям, при відповідних граничних умовах, дозволив визначити верхній діапазон навантажень до початку захлинання по рідкій і газовій фазах в контактних тепломасообмінних апаратах. Аналітичне рішення задачі з визначення границь кризових явищ з урахуванням результатів експериментального дослідження гідродинаміки двофазного потоку в каналах з капілярно-пористим покриттям, при відповідних граничних умовах, дозволило визначити верхній діапазон навантажень до початку захлинання по рідкій і газовій фазах в контактних тепломасообмінних апаратах.
The use of passive intensification methods in the form of surfaces with a capillary-porous coating in contact devices greatly complicates the hydrodynamic structure of the interaction of the system "surface - liquid film - gas stream". Intensifying the processes of heat and mass transfer, artificial roughness increases the working range of contact devices, by reducing the break border.
The complexity of the analytical study of the stability of the system "liquid film - gas or steam flow" by solving a mathematical model, which is a system of differential equations with corresponding boundary conditions, consists in the fact that the functional dependence for the boundary phase separation is unknown. By using the equation of the surface separation in the form of a wave function that satisfies this system of differential equations and boundary conditions, it is necessary to determine the parameters of the waves. It is assumed that the tangential and normal components of the gas stress on the surface of the liquid film can be expressed by the dependence due to the deviation of the phase separation surface from the liquid-film-unshaked waves. Under such assumptions, the solution is reduced to considering the motion of a liquid film at given boundary conditions on the channel wall and on a free surface.
The results of the solution of mathematical model of system "liquid film - gas (steam) flow" for a smooth vertical surface are not correctly used to determine the film parameters at crisis phenomena’s in the case of channels with a capillary-porous structure.
The represented analysis of results of the experimental study of the hydrodynamics of two-phase flow in the channels with capillary-porous coating, at the appropriate boundary conditions, allowed to determine the upper range of loads prior to the beginning of break on the liquid and gas phases in contact heat and mass exchange devices. An analytical solution to the task of determining the boundaries of crisis phenomena, taking into account the results of an experimental study of the hydrodynamics of a two-phase flow in channels with capillary-porous coating, at appropriate boundary conditions, allowed to determine the upper range of loads prior to the beginning of break on the liquid and gas phases in contact heat and mass exchange devices.
ДІЄТИЧНА ДОБАВКА ІМУНОТРОПНОЇ ДІЇ НА ОСНОВІ ПРОДУКТІВ ДЕСТРУКЦІЇ ПРОБІОТИЧНИХ БАКТЕРІАЛЬНИХ КУЛЬТУР
(2018) Антоніна Іванівна Капустян, Наталля Кирилівна Черно
У роботі розглянуто можливість отримання імунотропної дієтичної добавки на основі низькомолекулярних продуктів деградації пептидогліканів клітинних стінок пробіотичних бактерій. Встановлено раціональні режими автолізу біомаси як первинного етапу деструкції пептидогліканів бактеріальних клітинних стінок. Показано, що найбільш інтенсивний лізис клітин відбувається при експозиції культуральної рідини при 90°C протягом 15 хв після 8-ї години культивування, про що свідчить максимальне накопичення амінокислот у реакційному середовищі (1,8 мг/см3). Проведено оптимізацію процесу деструкції пептидогліканів бактеріальних клітин, які піддавали лізису, ферментним препаратом панкреатином. Ефективність ферментолізу визначали за накопиченням імунотропних низькомолекулярних пептидів залежно від концентрації ферменту (СЕ), субстрату (СS) в реакційній суміші та тривалості процесу (τ). Встановлено, що раціональний режим ферментолізу, який забезпечує максимальне накопичення низькомолекулярних пептидів (0,569 мг/см3, досягається за наступних значень факторів: СЕ=12,5 мг/см3, СS=70,0 мг/см3, τ=245,6 хв. Зразок низькомолекулярних пептидів, отриманий за раціональних режимів деструкції, досліджено методом ІЧ-спектроскопії. Встановлено, що у його ІЧ-спектрі присутні смуги поглинання, які відповідають коливанням аміногруп, пептидних зв’язків, піранозної форми глюкози, залишки якої входять до складу мурамової кислоти, та N-ацетилглюкозаміну пептидоглікану. Приведено загальну схему, що ілюструє послідовність процесів виробництва імунотропної дієтичної добавки .У дослідах на щурах встановлено ефективну дозу отриманої дієтичної добавки –0,06 мг/кг маси тіла. The possibility of obtaining an immunotropic dietary supplement based on low molecular weight degradation products of cell wals peptidoglycans of lactic and bifidobacteria composition has been considered. Rational regimes of autolysis of biomass as the primary stage of degradation of peptidoglycans of bacterial cell walls have been established. It was shown that the most intensive lysis of cells takes place when the culture liquid is treated at a temperature of 90 °C for the 8th hour of cultivation, as indicated by the maximum accumulation of amino acids in the reaction medium (1.8 mg/cm3). Optimization of the destruction process of bacterial cell peptidoglycans exposed to lysis, by enzyme preparation with pancreatin, was carried out by the mathematical planning method of the multifactorial experiment. The effectiveness of enzymatic hydrolysis was determined by the accumulation of immunotropic low molecular weight peptides, depending on the concentration of the enzyme (CE), the substrate (CS) in the reaction mixture and the duration of the process (τ). The rational value of the factors CE, CS and τ that provide the maximum concentration of low molecular weight peptides (0.569 mg/cm3) in the enzymatic hydroltsate are CE=12.5 mg/cm3, Cs=70.0 mg/cm3, τ=245.6 min. A sample of low molecular weight peptides obtained from rational degradation regimes was investigated using the IR spectroscopy method. It has been established that in its spectrum absorption bands corresponding to fluctuations of amino groups, peptide bonds are presentred, which, in fact, take place in the structure of peptides. Fluctuations of the pyranose glucose form, which is included in the muramic acid and N-acetylglucosamine of peptidoglycan, have also been observed. The general scheme of the sequence of production processes of an immunotropic dietary supplement has been given. In animal experiments, it has been established that this additive, in accordance with the classification of chemicals substances to the degree of danger, belongs to class 4 (low-toxic substances). The effective dose of the obtaned dietary supplement is 0.06 mg/kg body weight.
ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЯХ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ
(2018) Олег Григорьевич Бурдо, Александр Викторович Зыков, Всеволод Петрович Мордынский, Павел Иванович Светличный, Давар Ростамі Пур
Удаление влаги из пищевого сырья является одной из ключевых и наиболее энергозатратных задач пищевых технологий. Наиболее распространенными технологиями обезвоживания являются выпаривание и сушка. При этом енергетический КПД процесса сушки в 2 и более раз меньше КПД процесса выпаривания. Одним из путей совершенствования процесса обезвоживания есть использование технологий адресной доставки энергии, при которых не формируется пограничный слой, и концентрация раствора перестает быть критичной для обезвоживания сырья, что позволяет поднять конечную концентрацию сухих веществ в продукте до 92%. Применение технологии адресной доставки энергии при сушке позволяет вместо слабого диффузионного потенциала использовать мощный механический потенциал, который способен на порядки интенсифицировать процесс массопереноса. Это связано с ростом давления в микрокапиллярной структуре сырья, в результате чего происходит выброс парожидкостной смеси. Проблемы современных вакуумных сушилок решает предложенная инновационная конструкция с двухфазным испарительно-конденсационным контуром для подвода теплоты к сырью и системой конденсации паров воды непосредственно в самой сушильной камере. Такая система энергоподвода позволяет поддерживать стабильную и равномерную температуру продукта, а удаление из камеры не пара, а конденсата значительно снизит гидродинамическое сопротивление линии отвода удаляемой влаги. Разработана модель процессов обезвоживания в вакуумных аппаратах с электромагнитным подводом энергии позволившая разработать и построить инновационные вакуумные сушилки. Испытание разработанных сушилок было проведено на различном виде пищевого сырья. С помощью тепловизионной съемки были получены термограммы процесса свидетельствующие о равномерности прогрева сырья. Специфический способ подвода энергии требует поиск новых методов оценки эффективности таких аппаратов. Предлагается для оценки энергетической эффективности использовать подходы, где учитываются затраты энергии на единицу продукта. Removing moisture from food raw materials is one of the key and most energy-consuming tasks of food technology. The most common technologies of dewatering are evaporation and drying. At the same time, the energy efficiency of the drying process is 2 or more times less than the efficiency of the evaporation process. One of the ways to improve the process of dewatering is the use of technologies for targeted energy delivery, in which the boundary layer is not formed, and the concentration of the solution ceases to be critical for the dehydration of raw materials, which allows raising the final concentration of solids in the product to 92%. The application of the technology of targeted energy delivery during drying allows us to use a powerful mechanical potential instead of a weak diffusion potential, which is capable of intensifying the mass transfer process. This is due to the increase in pressure in the microcapillary structure of the raw materials, as a result of which the vapor-liquid mixture is ejected. The problems of modern vacuum dryers are solved by the proposed innovative design with a two-phase evaporation-condensation circuit for supplying heat to the raw material and condensation system of water vapor directly in the drying chamber. Such an energy supply system allows maintaining a stable and uniform product temperature, and removing from the chamber not steam but condensate will significantly reduce the hydrodynamic resistance of the line of removal of the moisture to be removed. A model of dehydration processes in vacuum devices with an electromagnetic energy supply has been developed, which made it possible to develop and construct innovative vacuum dryers. The test of the developed dryers was carried out on a different kind of food raw material. With the help of thermal imaging, the process thermograms indicating the uniformity of the heating of the raw materials were obtained. A specific way of supplying energy requires the searching for new methods for evaluating the effectiveness of such devices. It is proposed to use approaches, which take into account energy costs per unit of product, for the estimation of energy efficiency.
ИНТЕГРАЦИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА СОЛНЕЧНОЙ УСТАНОВКИ
(2018) Юрий Анатольевич Селихов, Виктор Алексеевич Коцаренко
Европейские страны демонстрируют высокие возможности простого преобразования солнечной энергии в тепловую энергию, которая может успешно использоваться для обеспечения различного рода технологических, отопительных и бытовых потребностей. Кроме того, ввод в эксплуатацию солнечных установок улучшает экологическую ситуацию района потребления тепловой энергии за счет снижения объемов выбросов загрязняющих веществ, к которым относятся продукты сгорания органического топлива, используемого для производства тепловой энергии. В настоящее время в южных районах Украины уже используются солнечные установки для горячего водоснабжения и отопления. Однако, внедрение новых энергетических и экономически выгодных установок идет медленными темпами, что объясняется довольно высокими стоимостными показателями, как отечественных, так и зарубежных установок. Таким образом, на наш взгляд, является актуальной концепция создания новых солнечных установок, наиболее привлекательных для потенциального потребителя. Реализация данной концепции возможна при таком варианте исполнения солнечных установок, когда затраты на выработку тепловой энергии с помощью этих установок будут ниже уровня суммарных затрат на получение тепловой энергии традиционными способами (в частности, в котельных установках). Одновременно с этим, срок окупаемости солнечных установок должен быть соизмерим с гарантийным сроком их эксплуатации. Для выполнения поставленных условий представляется целесообразным разработка таких конструкций солнечных коллекторов, которые позволяли бы минимизировать затраты на их изготовление, монтаж и обслуживание. Это может достигаться за счет использования дешёвых отечественных материалов, выпуск которых гарантирован в достаточных объемах на протяжении длительного срока. Разработка, изготовление и внедрение двухконтурных солнечных установок позволило круглогодично эксплуатировать солнечный коллектор, но капитальные и эксплуатационные затраты при этом были на таком уровне, что для полной окупаемости солнечной установки могло понадобиться более пяти лет, так как солнечные коллектора изготавливались из металла. В рамках сформулированной задачи нами был разработан и изготовлен солнечный коллектор из полиэтиленовой пленки. Предлагается двухконтурная солнечная установка для горячего водоснабжения и отопления, у которой солнечные коллектора изготовлены из полиэтиленовой пленки. Такая установка разработана, изготовлена и запущена в эксплуатацию в одном южном регионе Украины. На установке были получены экспериментальные результаты работы установки в разных режимах в течение года. После обработки этих данных были получены обобщающие зависимости: плотности теплового потока от температуры теплоносителя в коллекторе, времени работы установки в течение светового дня и расхода теплоносителя; коэффициента полезного действия от плотности теплового потока; максимального коэффициента полезного действия от максимальной плотности теплового потока; количества теплоты при конвекции от скорости натекания ветрового потока от 1 до 6 м/с на внешнюю поверхность солнечного коллектора. Зависимости получены при разных объемных расходах V от 0,5 до 3,0 м3/ч теплоносителя. Максимальная погрешность проведенных расчетов не превышает 5 %. European countries demonstrate high opportunities for simple conversion of solar energy into thermal energy, which can be successfully used to provide various types of technological, heating and domestic needs. In addition, the commissioning of salt plants improves the ecological situation in the area of consumption of thermal energy by reducing emissions of polluting substances, which include combustion products of organic fuel used for the production of thermal energy. At present, solar installations for hot water supply and heating are already used in the southern regions of Ukraine. However, the introduction of new energy and economically advantageous plants is proceeding slowly, which is explained by rather high cost indices, both domestic and foreign installations.Thus, in our opinion, the concept of creating new solar installations that are most attractive to a potential consumer is relevant. Implementation of this concept is possible with such an option of solar installations, when the cost of generating thermal energy using these facilities will be lower than the total cost of obtaining thermal energy by traditional methods (in particular, in boiler plants). However, with this, the payback period of solar installations should be commensurate with the warranty period of their operation. To fulfill the set conditions it is advisable to develop such designs of solar collectors that would allow to minimize the costs of their manufacture, installation and maintenance. This can be achieved through the use of cheap domestic materials, the release of which is guaranteed in sufficient quantities over a long period. The development, production and implementation of dual-circuit solar installations allowed the solar collector to be operated year-round, but the capital and operating costs were at such a level that it would take more than five years to fully pay for the solar installation, since the solar collectors were made of metal. Within the framework of the formulated task, we developed and manufactured a solar collector made of polyethylene film. A double-circuit solar installation is proposed for hot water supply and heating, in which the solar collectors are made of polyethylene film. Such an installation is designed, manufactured and commissioned in one southern region of Ukraine. Experimental results of the installation in different modes during the year were obtained at the plant. After processing of these data, generalizing dependencies were obtained: the heat flux density from the coolant temperature in the collector, the operating time of the installation during the daylight and the flow of the coolant; coefficient of efficiency from the density of heat flow; the maximum efficiency from the maximum heat flux density; the amount of heat in convection from the rate of leakage of the wind flow from 1 to 6 m / s on the outer surface of the solar collector. Dependencies were obtained at different volumetric flows V from 0.5 to 3.0 m3 / h of the heat carrier. The maximum error in the calculations does not exceed 5%.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЙ ПРОЦЕССОВ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
(2018) А. В. Гаврилов, Ігор Віталійович Безбах, Всеволод Петрович Мордынский, Олег Григорьевич Бурдо
Рассмотрены мировые тенденции на рынке сушеных продуктов и концентратов. Анализируются энерготехнологии основных процессов обезвоживания – выпарки и сушки. Сравниваются современные технологи обезвоживания и обсуждаются научно-технические противоречия процессов выпарки и сушки. Показаны энергетические преимущества выпарки и ограничения по конечному влагосодержанию готового продукта. Приведены модели материальных балансов при комбинированных технологиях «выпарка - сушка». Представлены инновационные разработки техники обезвоживания – термомеханический агрегат и микроволновой вакуум-выпарной аппарат. Обсуждаются конструктивные варианты агрегата, возможности решать в нем параллельно задачи дробления, плющения, перемешивания и транспортировки продукта. Обоснованы механизмы интенсификации процесса тепломассопереноса в термомеханическом агрегате. Приведены значения коэффициентов теплопередачи в термомеханических агрегатах при обработке сырья в консервных, молочных, пищеконцентратных и винодельческих производствах. Проведено сравнение удельных энергетических затрат в термомеханическом агрегате и в традиционных ленточных и барабанных сушилках. Исследуются инновационные технологии обезвоживания в электромагнитных полях. Показаны перспективы сушилок с электромагнитным подводом энергии микроволнового диапазона. Исследуются процессы выпаривания в традиционных аппаратах и в вакуумных микроволновых. Приведены модели трансформации, транспорта и потерь энергии в традиционной технологии производства томатной пасты и в установке с термомеханическим агрегатом с ротационным термосифоном. Показано, что инновационная технология позволяет на 40% интенсифицировать процесс выпарки и на 35% снизить удельные расходы энергии. Обоснованы перспективы ступенчатых схем обезвоживания «выпарка - сушка». Проведено развитие методов энергетического менеджмента для исследования энергетической эффективности на основе нового числа подобия – числа энергетического действия. The world tendencies in the dried products and concentrates market are considered. The energy technologies of the basic processes of dehydration (evaporation and drying) are analyzed. Modern dehydration technologies are compared and the scientific and technical contradictions of the processes of evaporation and drying are discussed. The energy advantages of the evaporation and the limitations by the final moisture content of the finished product are shown. Models of material balances with combined technologies of "evaporation - drying" are given. Innovative developments in dehydration engineering are presented - a thermomechanical unit and a microwave vacuum evaporator. The constructive variants of the unit are discussed, the possibilities of solving in it the tasks of crushing, flattening, mixing and transporting the product in parallel. The mechanisms of intensification of the process of heat and mass transfer in a thermomechanical aggregate are justified. The values of the heat transfer coefficients in thermomechanical aggregates are given for the processing of raw materials in canning, dairy, food-concentrates and wineries. The specific energy costs in a thermomechanical aggregate and in traditional belt and cylinder dryers are compared. Innovative technologies of dehydration in electromagnetic fields are investigated. The prospects of dryers with electromagnetic energy supply of the microwave range are shown. Evaporation processes are studied in conventional apparatuses and in vacuum microwave ones. Models of transformation, transport and energy losses in the traditional technology of tomato paste production and in a device with a thermomechanical unit with a rotary thermosyphon are presented. It is shown that the innovative technology allows to intensify the process of evaporation by 40% and to reduce the energy consumption by 35%. The prospects of stepwise dehydration schemes of "evaporation - drying" are substantiated. Energy management methods have been developed to study energy efficiency based on a new number of similarity – the number of energy actions.
КІНЕТИКА ЕКСТРАГУВАННЯ КУПРУМУ СУЛЬФАТУ З ОДИНАРНОГО КАПІЛЯРА В УМОВАХ ВАКУУМУВАННЯ СИСТЕМИ
(2018) Дмитро Миколайович Симак, В. І. Склабінський
Досліджувався процес екстрагування твердої речовини з капілярів циліндричної форми з метою визначення кінетики даного процесу. Твердою фазою служив купруму сульфат, який екстрагувався дистильованою водою. Екстрагування твердої фази складається з процесу розчинення цільового компоненту та дифузії розчиненої речовини у капілярі. Лімітуючою стадією даного процесу є дифузія компоненту всередині капіляру, що відбувається за законом молекулярної дифузії Фіка. У промислових умовах інтенсифікація процесу екстрагування відбувається за рахунок подрібнення твердого матеріалу або збільшення температури. У роботі досліджувався процес екстрагування в умовах вакуумування системи, при якому виникає кипіння рідини та утворення парової фази. Зародження, ріст та відрив парових бульбашок всередині капілярів приводить до переміщення рідини, що сприяє її заміні, створенні умов нестаціонарності, достачанні свіжої рідини до поверхні розчинення. Наведено експериментальну установку, методику виконання досліджень та експериментальні результати для капіляра діаметром 0,8 мм. Представлено графічно залежність переміщення зони розчинення у капілярі для трьох випадків за однакової температури 750С: розчинення під час механічного перемішування, постійного вакуумування та періодичного вакуумування. Найвища швидкість екстрагування відповідає періодичному вакуумуванню. Визначено ефективні коефіцієнти дифузії у капілярах та відношення коефіцієнтів за вакуумування до екстрагування в умовах механічного перемішування. Показано, що за постійного вакуумування процесу екстрагування швидкість екстрагування зростає у 2,8 рази; за періодичного вакуумування, при якому відбувається сплескування парової фази і переміщення рідини у капілярі, у 6,3 рази. The process of extracting of solid substance from cylindrical capillaries to determine the kinetics of this process was investigated. As the solid phase served sulfur sulfate, which was extracted with distilled water. Extraction of the solid phase consists of the process of dissolving of the target component and diffusion of the dissolved substance in the capillary. The limiting stage of this process is the diffusion of a component inside the capillary, which occurs under the law of molecular diffusion of Fick. In industrial conditions, the intensification of the extraction process occurs by grinding of a solid material or increasing of the temperature. In this paper, the process of extraction under conditions of vacuuming of the system, in which occurs boiling of the fluid and formation of a vapor phase, is investigated. The origin, growth and separation of the vapor bubbles within the capillaries leads to the displacement of the fluid, which facilitates its replacement, the creation of non-stationary conditions, the supply of fresh liquid to the surface of the dissolution. The experimental apparatus, methodology of research and experimental results for a capillary with a diameter of 0,8 mm are given. Graphically, the dependence of the displacement of the dissolution zone in the capillary is presented for three cases at the same temperature of 750С: dissolution during mechanical mixing, constant vacuuming and periodic vacuuming. The highest rate of extraction corresponds to periodic vacuuming. The effective coefficients of diffusion in the capillaries and the ratio of the coefficients of vacuuming to extraction under conditions of mechanical mixing are determined. It is shown that during the continuous vacuuming of the extraction process, the extraction rate increases in 2,8 times; for periodic vacuuming, at which there is an explosion of the vapor phase and the movement of liquid in the capillary, in 6,3 times.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОД РАСЧЕТА ДИНАМИКИ СУШКИ И ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ БИОМАССЫ
(2018) Наталья Николаевна Сороковая, Дмитрий Николаевич Коринчук
Разработана математическая модель и численный метод расчета динамики тепломассопереноса, фазовых превращений и усадки при сушке коллоидных капиллярно-пористых тел цилиндрической формы в условиях равномерного обдува теплоносителем. Математическая модель строилась на базе дифференциального уравнения переноса субстанции (энергии, массы, импульса) в деформируемых системах. Проведены экспериментальные исследования кинетики обезвоживания частиц энергетической вербы в потоке воздуха с целью верификации математической модели. Обоснована возможность ее использования для расчета совместных процессов сушки и начального этапа термического разложения биомассы. С использованием ранее полученных данных по значениям энергии активации Аэф(Т) для различных видов биомассы проведено математическое моделирование динамики и кинетики высокотемпературной сушки в потоке дымовых газов энергетической вербы, которая сопровождается термодеструкцией гемиоцеллюлозы. Результаты численных экспериментов свидетельствуют об адекватности предложенного подхода, эффективности математической модели и метода ее реализации. На их основе возможно проводить исследование динамики тепломассопереноса при сушке частиц различных видов измельченной биомассы; определение температуры начала и окончания первой стадии термического разложения; момента достижения равновесного влагосодержания в зависимости от свойств материала и сушильного агента. Эти данные позволяют выбирать оптимальные с точки зрения сохранения энергии и качества высушиваемого продукта режимные параметры процесса. A mathematical model and a numerical method for calculating the dynamics of heat and mass transfer, phase transformations and shrinkage during the drying of colloidal capillary-porous cylindrical bodies under conditions of equitable winding by a coolant are developed. The mathematical model was based on the differential equation of substance (energy, mass, impulse) transfer in deformable systems. It includes the equations diffusion-filtration transfer of energy for the system as a whole, and the mass transfer of the liquid, vapor and air phases in the pores of the body. Expressions for the intensity of evaporation of a liquid, capillary pressure, and the diffusion coefficients are presented. The relative volume strain was found by means of an analytical solution of the thermoconcentration deformation equation. Based on the explicit three-layer counting difference scheme and the procedure splitting of algorithm by physical factors, a numerical method for realizing this mathematical model is developed.Experimental studies of the kinetics of dehydration of energy willow particles in the airflow were carried out to verify the mathematical model. Its applicability for calculating combined processes of drying and of the initial stage of thermal decomposition of biomass is substantiated. Using the previously obtained data on the activation energy values for various types of biomass, a mathematical simulation of the dynamics and kinetics of high-temperature drying in the flue gas flow of energy willow was carried out, which is accompanied by thermal destruction of hemiocellulose. The results of numerical experiments indicate the adequacy of the proposed approach, the effectiveness of the mathematical model and the method of its implementation. On their basis, it is possible to study the dynamics of heat and mass transfer when drying particles of different types of ground biomass; determination of the temperature of the beginning and ending of the first stage of thermal decomposition; the moment when the equilibrium moisture content is reached, depending on the properties of the material and the drying agent. These data allow choosing the process parameters that are optimal in terms of energy saving and quality of the dried product.
МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ ПРОЦЕСУ КОНЦЕНТРУВАННЯ ХАРЧОВИХ РОЗЧИНІВ ТА ЕКСТРАКТІВ У МІКРОХВИЛЬОВОМУ ВАКУУМ-ВИПАРНОМУ АПАРАТІ
(2018) Наталя Володимирівна Ружицька, Тетяна Анатолїївна Різниченко, Олександр Кирилович Войтенко
Для інтенсифікації процесу вакуум-випарювання запропоновано забезпечити рівномірність енергопідведення і виключити проміжний теплоносій за рахунок використання мікрохвильових технологій. При мікрохвильовому підведенні енергія надходить безпосередньо до молекул води в продукті, осередки пароутворення виникають у всьому об’ємі і виконують функцію гріючої поверхні. В результаті експериментального моделювання процесу мікрохвильового вакуум-випарювання розчинів цукру одержано коефіцієнти критеріального рівняння процесу.Наведено методику розрахунку процесу вакуум-випарювання в умовах дії мікрохвильового поля. В основі методики розрахунку критеріальне рівняння процесу випарювання в умовах вакууму та мікрохвильового енергопідведення, змінними якого є число енергетичної дії, безрозмірний параметр площі дзеркала продукту та безрозмірний тиск. Алгоритм включає розрахунки теплофізичних властивостей продукту, геометричних характеристик ємності, швидкості видалення вологи, поточну концентрацію сухих речовин у розчині, необхідну тривалість процесу, витрати енергії та економічні характеристики. Цикли розрахунку повторюються поки концентрація розчину в апараті сягне заданого для кінцевого продукту значення. Наведено результати перевірки запропонованої методики для розчинів цукру, кави, стевії. Встановлено, що відносна похибка для визначеної за алгоритмом швидкості видалення вологи відносно експерименту для розчинів цукру, стевії та кави складає 0,2…12 %.На основі розробленого мікрохвильового вакуум-випарного апарату запропоновано технологію одержання рідкого концентрату стевії – природного цукрозамінника. Екстракт стевії, який направляється на концентрування, одержується у мікрохвильовому екстракторі,а концентрація сухих речовин у кінцевому продукті - близько 12 %. For vacuum-vaporization process intensification it is offered to provide energy supply uniformity and exclude intermediate heat medium by using of microwave technologies. While microwave supply energy comes directly to water molecules in product, vaporization centers appear in whole volume and perform function of heating surface.As a result of experimental modeling of sugar solutions microwave vacuum vaporization the constants of criterion equation are received.The method of calculation of vacuum vaporization under microwave action is given. The base of the calculation method is criterion equation of vaporization under vacuum and microwave energy supply conditions, which variables are energy action criterion, dimensionless parameter of product mirror area and dimensionless pressure. The algorithm includes calculations of product thermophysical properties, vessel geometrical characteristics, water removing velocity, current dry matter concentration, necessary process duration, energy consumption and economical characteristics. Calculation cycles repeat until solution concentration in apparatus reaches the value prescribed for the final product. The results of verification of proposed method for sugar solutions, coffe and stevia extracts are given. It is defined, that relative error for calculated water removing velocity relatively to experiment for sugar, coffee and stevia solutions is 0,2…12 %.On the base of elaborated microwave vacuum evaporation apparatus a technology of production liquid stevia concentrate, a natural sugar substitute, is offered. Stevia extract that is being concentrated is received in microwave extractor. Dry matter concentration in final product is about 12 %.
МОДЕЛЮВАННЯ РУХУ БУЛЬБАШОК СТИСНЕНОГО ПОВІТРЯ У АПАРАТІ З ПНЕВМАТИЧНИМ ПЕРЕМІШУВАННЯМ
(2018) Олег Михайлович Данилюк, Володимир Михайлович Атаманюк, Ярослав Михайлович Гумницький
Проведено огляд і аналіз літературних джерел, які відображають основні результати та напрямки досліджень процесу розчинення під час пневматичного перемішування. Вони показують, які проблемні напрями науки потребують детальніших досліджень. Обгрунтовано вибір методу розчинення під час пневматичного перемішування розчину. Розглянуто переваги даного методу. До переваг використання пневматичного перемішування належить рівномірний та інтенсивний масообмін між твердою фазою та рідиною. Використання стисненого повітря для перемішування спрощує внутрішню конструкцію апарату. Завдяки цьому також виключається забруднення розчину продуктами корозії чи ерозії перемішуючих пристроїв. Описано процес утворення окремої бульбашки у рідкому середовищі з певної глибини під час повільного витікання повітря у рідину із отвору з гострими кромками. Експериментально досліджено процес руху бульбашки стисненого повітря у водному розчині бензойної кислоти в апараті для розчинення під час пневматичного перемішування. Описано процес утворення бульбашок в умовах квазістатичного режиму диспергування стисненим повітрям розчину. Визначено відривний розмір бульбашок повітря з отворів барботеру. Розраховані швидкість спливання бульбашок повітря в апараті та частота їх утворення з отворів барботеру. Розраховано фіктивні швидкості руху бульбашок стисненого повітря в апараті за різних витрат повітря. Наведено результати розрахунків дисипації енергії в апараті для розчинення бензойної кислоти. Визначені параметри руху бульбашки стисненого повітря узагальнені у вигляді таблиці та графіка. Визначено оптимальні значення витрати повітря та час, за яких доцільно здійснювати процес розчинення під час пневматичного перемішування. This article reviews and analyzes literary sources, which reflect the main results and directions of research of the dissolution process during pneumatic mixing. They show which problem areas of science require more detailed research. The choice of the method of dissolution during the pneumatic mixing of the solution is substantiated.. The advantages of this method are considered. The advantages of using a pneumatic mixing system include the uniform and intensive mass transfer between the solid phase and the liquid. The use of compressed air for mixing simplifies the internal design of the machine. This also eliminates the pollution of the solution by products of corrosion or erosion of mixing devices. The process of formation of a separate bubble in a liquid medium from a certain depth during the slow flow of air into a liquid from a hole with sharp edges is described. The process of bubble movement of compressed air in an aqueous solution of benzoic acid, in the apparatus for dissolution during pneumatic mixing is experimentally investigated. The process of formation of bubbles is described in the conditions of the quasi-static regime of dispersion with compressed air of a solution. Determined tear-off size of air bubbles from the bubbler apertures. The velocity of air bubbles in the apparatus is calculated and the frequency of their formation from the bubbler apertures. The fictitious velocities of bubbles of compressed air in the apparatus for different air flows are calculated. The calculations results of dissipation of energy in the apparatus for dissolution of benzoic acid are presented. The specified parameters of the bubble movement of compressed air are summarized in the form of a table and a graph. The optimal values of air flow and the time during which it is expedient to carry out the dissolution process during pneumatic mixing are determined.

Переглянути

Перегляд Том 82 № 1 за Назва

Результатів на сторінці

Налаштування сортування