ISSN 2658-6525 (Online)
ISSN 2658-4123 (Print)
Основан в 1990 году
Реестровая запись
ПИ № ФС 77-74640
от 24 декабря 2018 г.

Вы здесь: Главная Архив статей (2014-2016) 2026 №2 Список статей 07 Багаев А. А., Бобровский С. О. Научно-методические основы расчета параметров электродного термосифонного нагревателя молока при пастеризации

PDF Скачать статью в pdf.

DOI: 10.15507/2658-4123.036.202602.367-391

EDN: https://elibrary.ru/sjigxr

УДК 637.233:637.133.3

 

Научно-методические основы расчета параметров электродного термосифонного нагревателя молока при пастеризации

 

Багаев Андрей Алексеевич
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электрификации и автоматизации сельского хозяйства Алтайского государственного аграрного университета (656049, Российская Федерация, г. Барнаул, пр. Красноармейский, д. 98), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2586-2590, Scopus ID: 57205438220, SPIN-код: 7421-2807, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Бобровский Сергей Олегович
старший преподаватель кафедры электрификации и автоматизации сельского хозяйства Алтайского государственного аграрного университета (656049, Российская Федерация, г. Барнаул, пр. Красноармейский, д. 98), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9243-0179, Scopus ID: 58608530600, SPIN-код: 5222-6537, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

 

Аннотация
Введение. Термическая обработка способствует повышению качества молока и молочных продуктов, снижая количество патогенных микроорганизмов и ферментных систем при условии определенных сочетаний температурных режимов и времени нагрева. Наибольшей эффективностью обладает система «термосифонный пастеризатор с использованием прямого или косвенного электронагрева» с замкнутым циклом парообразования и конденсации. При этом существует необходимость снижения затрат энергии на нагрев молока и разработки методики расчета проточного нагревателя молока при пастеризации, учитывающей расчетные, гидро- и термодинамические характеристики электродного нагревателя.
Цель исследования. Теоретическое и экспериментальное обоснование методики расчета параметров проточного электродного термосифонного нагревателя, позволяющей повысить коэффициент полезного действия нагревателя молока в технологическом процессе пастеризации при заданной конечной температуре и производительности в установившемся равновесном режиме.
Материалы и методы. Использованы основные положения теории технической гидро- и термодинамики, теплообмена и теплопередачи, методы теории подобия, электротермии и электродного нагрева сопротивлением.
Результаты исследования. Описана методика расчета параметров на примере электродного термосифонного нагревателя со змеевиковым теплообменником из пищевой нержавеющей стали. Она предусматривает последовательное определение: составляющих тепловых потоков в термосифонном электродном нагревателе при изохорном термодинамическом режиме; расхода конденсата; площади нагрева змеевикового теплообменника при заданной производительности по молоку; мощности электродного нагревательного устройства; геометрических размеров электродной системы. После этого подразумевается экспериментальная поверка и проверка по допустимым значениям напряженности электрического поля и плотности тока.
Обсуждение и заключение. Представленная методика расчета позволяет в равновесном режиме теплообмена согласовать геометрические и энергетические характеристики электродной системы электротехнологического нагревателя с параметрами змеевикового теплообменника известной производительности по молоку, с результатами экспериментальной проверки предлагаемой технологии с учетом гидро- и термодинамических параметров. Практическая значимость заключается в обоснованной возможности снижения затрат энергии на нагрев молока в термических процессах обработки на 15–16 % по сравнению с известными технологиями, где коэффициент полезного действия составляет 84–88 %. Перспективным направлением является изучение влияния саморегулирования мощности нагревателя при использовании компенсационной емкости и уровня водного раствора электролита в межэлектродном промежутке на результаты нагрева с последующей оптимизацией параметров и режимов.

Ключевые слова: нагрев молока, пастеризация, снижение затрат энергии, электротермия, электродный нагрев, термосифон, змеевиковый теплообменник

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Багаев А.А., Бобровский С.О. Научно-методические основы расчета параметров электродного термосифонного нагревателя молока при пастеризации. Инженерные технологии и системы. 2026;36(2):367–391. https://doi.org/10.15507/2658-4123.26362.367-391

Вклад авторов:
А. А. Багаев – формулирование идеи исследования, целей и задач; разработка методологии исследования; деятельность по аннотированию (созданию метаданных), очистке данных и поддержанию их целостности для первоначального и повторного использования; административное управление планированием и проведением исследования; контроль, лидерство и наставничество в процессе планирования и проведения исследования; проверка воспроизводимости результатов экспериментов и исследования в рамках основных или дополнительных задач работы; создание и подготовка рукописи: критический анализ черновика рукописи, внесение замечаний и исправлений членами исследовательской группы, в том числе на этапах до и после публикации.
С. О. Бобровский – деятельность по аннотированию (созданию метаданных), очистке данных и поддержанию их целостности для первоначального и повторного использования; создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 10.11.2025;
поступила после рецензирования 25.12.2025;
принята к публикации 20.01.2026

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Mahmoud M.Z., Davidson R., Abdelbasset W.K., Fagirya M.A. The New Achievements in Ultrasonic Processing of Milk and Dairy Products. Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 2022;15(1):199–205. https://doi.org/10.1016/j.jrras.2022.03.005
  2. Антипов С.Т., Жучков А.В., Овсянников В.Ю., Бабенко М.С. математическое моделирование процесса инфракрасной пастеризации молока. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2013;(4):67–72. URL: https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/534 (дата обращения: 16.07.2025).
  3. Ansari J.A., Ismail M., Farid M. Extension of Shelf Life of Pasteurized Trim Milk Using Ultraviolet Treatment. Journal of Food Safety. 2020;40(2):e12768. https://doi.org/10.1111/jfs.12768
  4. Рязанцева К.А., Шерстнева Н.Е. Традиционные и инновационные способы применения ультрафиолетового излучения в молочной промышленности. Техника и технология пищевых производств. 2022;52(2):390–406. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-2-2372
  5. Setiawan B., Wakidah R.N., Yulianto Y. Reflective Array Solar Water Heater for Milk Pasteurization. Journal of Environmental Research, Engineering and Management. 2020;76(4):131–137. https://doi.org/10.5755/j01.erem.76.4.24411
  6. Tigabe S., Bekele A., Pandey V. Performance Analysis of the Milk Pasteurization Process Using a Flat Plate Solar Collector. Journal of Engineering. 2022;(1):6214470. https://doi.org/10.1155/2022/6214470
  7. Al-Hilphy A.R.S., Ali H.I. Milk Flash Pasteurization by the Microwave and Study its Chemical, Microbiological and Thermo Physical Characteristics. Journal of Food Processing & Technology. 2013;4(7):1000250. URL: https://www.walshmedicalmedia.com/open-access/milk-flashpasteurization-by-the-microwave-and-study-its-chemical-microbiological-and-thermo-physicalcharacteristics-33229.html (дата обращения: 24.07.2025).
  8. Roy J., Latif U.I., Mujnibeen M.S.A., Kabir M.S., Islam M.I., Alam K.S. Effect of Microwave Heat Treatment on the Quality of Milk. International Journal of Recent Scientific Research. 2017;8(9):19766–19771. URL: https://www.recentscientific.com/effect-microwave-heat-treatmentquality-milk (дата обращения: 24.07.2025).
  9. Al-Hilphy A.R.S. Designing and Manufacturing of a Non Thermal Milk Pasteurizer Using Electrical Field. American Journal of Agricultural and Biological Sciences. 2013;8(3):204–211. https://doi.org/10.3844/ajabssp.2013.204.211
  10. Shabbir M.A., Ahmed H., Maan A.A., Rehman A., Afraz M.T., Iqbal M.W. и др. Effect of Non-Thermal Processing Techniques on Pathogenic and Spoilage Microorganisms of Milk and Milk Products. Food Science and Technology. 2021;41(2):279–294. https://doi.org/10.1590/fst.05820
  11. Tay T.T., Chua Y.L. High Temperature Short Time (HTST) Camel Milk Pasteurization Pilot Plant. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2015;10(15):6241–6245. URL: http://www.arpnjournals.com/jeas/volume_15_2015.htm (дата обращения: 16.07.2025).
  12. Gana I.M. Design, Fabrication and Testing of Soya Milk Production and Pasteurization Mini Plant. Agricultural Engineering International: CIGR Journal. 2017;19(4):45–53. URL: https://cigrjournal.org/index.php/Ejounral/issue/archive (дата обращения: 16.07.2025).
  13. Başaran A., Yilmaz T., Çivi C. Energy and Exergy Analysis of Induction-Assisted Batch Processing in Food Production: a Case Study – Strawberry Jam Production. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2020;(140):1871–1882. https://doi.org/10.1007/s10973-019-08931-0
  14. Başaran A., Yilmaz T., Azgın S.T., Çivi C. Comparison of Drinking Milk Production with Conventional and Novel Inductive Heating in Pasteurization in Terms of Energetic, Exergetic,Economic And Environmental Aspects. Journal of Cleaner Production. 2021;(317):128280. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128280
  15. Razak A.R.A., Ibrahim N.M., Rahman A.S.F., Fayzul M., Azizan M.M., Hashim U. и др. Induction Heating as Cleaner Alternative Approach in Food Processing Industry. Journal of Physics: Conference Series. 2021;(1878):012053. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1878/1/012053
  16. Wu S., Yang N., Jin Y., Li D., Xu Y., Xu X. и др. Development of an Innovative Induction Heating Technique for the Treatment of Liquid Food: Principle, Experimental Validation and Application. Journal of Food Engineering. 2020;(271):109780. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2019.109780
  17. Соловьев С.В., Морозов В.В., Радкевич Е.В., Карташов Л.П., Макаровская З.В. Обоснование параметров конструктивных элементов индукционного нагревателя для пастеризации молока в потоке. Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019;1(75):100–103. URL: https://orensau.ru/ru/nauka/izvestiya-orenburgskogo-gau (дата обращения: 03.08.2025).
  18. Неверов Е.Н., Владимиров А.А., Коротких П.С., Николаева Е.В., Порохнов А.Н. Инженерные технологии и системы. 2024;34(1):128–144. https://doi.org/10.15507/2658-4123.034.202401.128-144
  19. Багаев А.А., Бобровский С.О. Методика расчета, оценка энергетической эффективности и направления совершенствования низкотемпературных индукционных коаксиальных нагревателей молока промышленной частоты. Вестник НГИЭИ. 2023;(7):60–71. https://www.elibrary.ru/ydscvr
  20. Bagaev A.A., Bobrovskiy S.O. Electrotechnological Heat Treatment of Milk: Energy andExergy Efficiency. Food Processing: Techniques and Technology. 2023;53(2):272–278. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-2-2428
  21. Багаев А.А., Бобровский С.О., Левин А.М. Нагреватель жидкости. Патент 2791097 C1 Рос- сийская Федерация. 2 марта 2023. https://elibrary.ru/vlzdfl
  22. Багаев А.А., Багаев А.И. Нагреватель текучей среды. Патент 2156411 C1 Российская Федерация. 20 сентября 2000. https://www.elibrary.ru/fbzvrx

 

Лицензия Creative Commons
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Подробности
Просмотров: 33