МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СУШІННЯ УТФЕЛЮ В БАРАБАННІЙ СУШАРЦІ
DOI:
https://doi.org/10.32689/maup.it.2025.4.6Ключові слова:
сушіння утфелю, математична модель, тепломасообмін, адсорбція, десорбція, рівняння ЛангмюраАнотація
У статті розглянуто питання підвищення ефективності процесу сушіння утфелю в барабанних сушарках за рахунок використання математичного моделювання та сучасних підходів до аналізу тепломасообмінних процесів. Основна увага приділена побудові моделі, яка враховує макропроцеси теплопередачі та мікропроцеси адсорбції і десорбції вологи відповідно до рівняння Лангмюра. Мета роботи полягає в розробці комплексної математичної моделі сушіння утфелю з урахуванням макро- та мікропроцесів тепломасообміну, фазових переходів та адсорбційно-десорбційних явищ для прогнозування температурних полів і оптимізації технологічних параметрів. Методологія. Поєднано макромодель зміни параметрів сушильного агента вздовж барабана з мікромоделлю теплопровідності всередині частинки. Кінетика адсорбції-десорбції вологи описана рівнянням Лангмюра. Запропоновано нову граничну умову для поверхні частинки. Чисельне розв'язання виконано методом скінченних різниць. Наукова новизна. Вперше інтегровано макроскопічний теплообмін з мікрорівневими процесами через адсорбційну кінетику Лангмюра. Уведено оригінальну часозалежну граничну умову для теплового балансу поверхні. Продемонстровано еволюцію температурних градієнтів у частинках діаметром ~1 мм з часом вирівнювання 15–25 хвилин. Модель є основою для створення цифрового двійника. Висновки. Розроблена модель адекватно описує двофазний характер сушіння: швидке видалення вільної вологи та повільне видалення зв'язаної вологи. Встановлено, що поверхнева температура може бути на 20–30 °C нижчою за температуру газу. Практичне застосування дозволяє оптимізувати режими сушіння, підвищити енергоефективність на 10–15%, запобігти карамелізації кристалів. Окреслено перспективи створення цифрового двійника для автоматизованого керування.
Посилання
Boyko I., Petryk M., Lebovka N. Application of the Lewis-Riesenfeld quantum mechanical invariant method for description of electron tunneling transport in nitride multilayer quantum well nanostructures. Physics Letters A. 2023. Vol. 489. Article 129152. DOI: 10.1016/j.physleta.2023.129152.
Chen X. D., Mujumdar A. S. Drying processes: recent advances and future directions. Chemical Engineering Research and Design. 2022. Vol. 178. P. 1–15. DOI: 10.1016/j.cherd.2021.11.023.
Farkas I. Mathematical modeling of moisture transport in drying processes. Drying Technology. 2021. Vol. 39(2). P. 145–158. DOI: 10.1080/07373937.2019.1705847.
Kumar C., Karim M. A. Microwave and convective drying of food materials: modeling and experimental validation. Journal of Food Engineering. 2020. Vol. 281. Article 109985. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2020.109985.
Lebovka N., Petyk M., Tatochenko M., Vygornitskii N. Two-stage random sequential adsorption of discorectangles and disks on a two-dimensional surface. Physical Review E. 2023. Vol. 108. Article 024109. DOI: 10.1103/PhysRevE.108.024109.
Lebovka N. I., Bulavin L. A., Kovalchuk V. I., Petryk M. R., Vygornitskii N. V. Impact of ageing on structure of random sequential adsorption packings of discorectangles. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. 2024. Vol. 57(33). Article 335001. DOI: 10.1088/1751-8121/ad6652.
Li Z., Zhang H. Application of digital twins in drying process optimization. Computers and Chemical Engineering. 2024. Vol. 185. Article 108591. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2024.108591.
Mujumdar A. S. Handbook of Industrial Drying. 4th ed. CRC Press, 2020. 1280 p.
Petryk M., Vorobiev E. Numerical and Analytical Modelling of Solid-Liquid Expression from Soft Plant Materials. AIChE Journal. 2013. Vol. 59(12). P. 4762–4771. DOI: 10.1002/aic.14213.
Shevchenko V. I., Goryachko A. O. Kinetic models of sugar drying: adsorption and desorption aspects. Ukrainian Food Journal. 2020. Vol. 9(4). P. 780–791. DOI: 10.24263/2304-974X-2020-9-4-12.
Wang J., Li Y., Xu J. Coupled heat and mass transfer in drum dryers for granular materials. Applied Thermal Engineering. 2023. Vol. 225. Article 120130. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2023.120130.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
