ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫПАРИВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ В УСЛОВИЯХ ВАКУУМА И МИКРОВОЛНОВОГО ПОЛЯ

Приведён сравнительный анализ традиционных методов концентрирования пищевых растворов. Выделена главная проблема классических выпарных установок, связанная с невозможностью получения высоких концентраций готового продукта из-за резкого повышения его вязкости и температуры посредством образования пограничного слоя. Сформулирована научно-техническая гипотеза, представляющая возможное решение данной проблемы путём обеспечения объёмного подвода энергии непосредственно к влаге продукта. Рассмотрены теплофизические и физические схемы процессов выпаривания традиционным и инновационным методами. Выделены их принципиальные отличия и обоснована актуальность развития инновационного метода выпаривания. Представлена схема инновационного выпарного аппарата, позволяющего получить готовый продукт в твёрдой фазе с конечной концентрацией до 90 brix. На примере яблочного сока проведены эксперименты по исследованию влияния давления и мощности электромагнитного поля на паропроизводительность аппарата. Представлены зависимости, которые свидетельствуют о постоянной скорости выпаривания на протяжении всего процесса, вплоть до достижения концентраций 80…85 brix. Температура продукта не превышала 35…40°C, что может свидетельствовать о его высокой пищевой ценности. Результаты эксперимента подтверждают сформулированную гипотезу о возможности перехода в процессе выпаривания от граничных условий 3-го рода к граничным условиям 2-го рода при помощи микроволновой энергии. На основе полученных результатов была получена модель в критериальной форме, позволяющая с высокой точностью рассчитать производительность микроволнового вакуум-выпарного аппарата в определенных диапазонах числа энергетического действия и полученного безразмерного комплекса.

1. Gabor D., Colombo U., King A.S. Beyond the age of waste: a report to the Club of Rome. Elsevier, 2016. 258 p.

2. Clapp J., Newell P., Brent Z.W. The global political economy of climate change, agriculture and food systems. The Journal of Peasant Studies. 2018. vol. 45, no. 1, Рр. 80-88.

3. Govindan K. Sustainable consumption and production in the food supply chain: A conceptual framework. International Journal of Production Economics, 2018. 195, Рр. 419-431.

4. Cai X., Wallington K., Shafiee-Jood M., & Marston L. Understanding and managing the food-energy-water nexus-opportunities for water resources research. Advancesin Water Resources, 2018. 111, Рр. 259-273.

5. Prosekov A.Y., & Ivanova S.A. Food security: The challenge of the present. Geoforum, 2018. vol. 91, Рр. 73-77.

6. Marsden T. Theorising food quality: some key issues in understanding its competitive production and regulation. In Qualities of food. Manchester University Press. 2018. Рр. 129-155.

7. Balin B.E., Akan D.M. EKC hypothesis and the effect of innovation: A panel data analysis. Journal of Business Economics and Finance. 2015. vol. 4. № 1. Рр. 81-91.

8. Gennadii Ryabcev. The Problem Of Informal Impact In The Activities Of Regulatory Authorities And The Ways Of Its Solutions. Strategic Priorities. 2017. vol. 44. №. 3. Рр. 59-66.

9. Кирич Н.Б., Кшаш 1.А. Ресурсоощаднгсть харчових переробних шдприемств вимога дня. Book of abstracts International scientific and technical conference" State and prospects of food science and industry". ТНТУ, 2015. Рр. 196-198.

10. Hosovskyi R. et al. Diffusive mass transfer during drying of grinded sunflower stalks. Chemistry & Chemical technology. 2016. vol. 10, № 4. Рр. 459-464.

11. Sabarez Henry T. Thermal Drying of Foods. Fruit Preservation. Springer, New York, № 2018. Рр. 181-210.

12. Kumar C., and M.A. Karim. Microwave-convective drying of food materials: A critical review. Critical reviews in food science and nutrition 59.3 (2019): Рр. 379-394.

13. Monteiro Ricardo L., et al. Microwave vacuum drying and multi-flash drying of pumpkin slices. Journal of food engineering 232, 2018: Рр. 1-10.

14. Rahman M.M., et al. Multi-scale model of food drying: Current status and challenges. Critical reviews in food science and nutrition 58.5, 2018: Рр. 858-876.

15. Sabarez H.T., S. Keuhbauch, and K. Knoerzer. Ultrasound assisted low temperature drying of food materials. IDS 2018. 21st International Drying Symposium Proceedings. Editorial Universitat Politecnica de Valencia, 2018. Рр. 1245-1250.

16. Zambon A., et al. Supercritical CO2 drying of food matrices. IDS 2018. 21st International Drying Symposium Proceedings. Editorial Universitat Politecnica de Valencia, 2018. Рp. 17-23.

17. Rodriguez Oscar, et al. Application of power ultrasound on the convective drying of fruits and vegetables: effects on quality. Journal of the Science of Food and Agriculture 98.5, 2018: Рр. 1660-1673.

18. Burdo O.G., Bandura V.N., & Levtrinskaya Y.O. Electrotechnologies of targeted energy delivery in the processing of food raw materials. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2018. vol. 54, № 2, Рр. 210-218.

19. Burdo O., Bandura V, Zykov A., Zozulyak I., Levtrinskaya Y., Marenchenko E. Development of wave technologies to intensify heat and mass transfer processes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. vol. 4, J№ 11(88). Рр. 34-42.

20. Khajehei F., Niakousari M., Eskandari M.H., Sarshar M. Production of Pomegranate juice concentrate by complete block cryoconcentration process. Journal of Food Process Engineering. 2015, vol. 38, № 5, Рр. 488-498.

21. Chantasiriwan S. Simulation of quadruple-effect evaporator with vapor bleeding used for juice heating. International Journal of Food Engineering. 2016, vol. 2, № 1, Рр. 36-41.

22. Ul'ev L.M., Vasil'ev M.A. Heat and power integration of processes for the refinement of coking products. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2015. vol. 49. № 5. Рр. 676-687.

23. Левин С.Е., Нагибин С.Я., Шилов В.В. Мониторинг промышленной безопасности топливно-энергетического комплекса. Национальная безопасность России: актуальные аспекты. 2018. С. 30-36.

24. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования: справочник. Т. 1-3. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой. 2001. 988 с.

25. Тришин Ф.А., Трач А.Р., Орловская Ю.В. Управление потоками энергии в низкотемпературных разделительных установках. Проблемы региональной энергетики. 2018. Vol. 1. № 36. С. 72-86.

26. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебное пособие для вузов. Под ред. Ю.И. Дытнерского. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Химия. 1993. 494 с.