Скачать статью в pdf.

УДК 664.8.002.1

DOI: 10.15507/2658-4123.030.202002.200-218

 

Моделирование процесса тепловой обработки жидких продуктов в пластинчатом теплообменнике с использованием комплексной энергозамещающей установки

 

Гербер Юрий Борисович
профессор кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского» (295492, Россия, г. Симферополь, пос. Аграрное), доктор технических наук, Researcher ID: B-6690-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3224-6833, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Гаврилов Александр Викторович
доцент кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского» (295492, Россия, г. Симферополь, пос. Аграрное), кандидат технических наук, Researcher ID: AAH-5137-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3382-0307, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Киян Наталья Сергеевна
магистрант кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского» (295492, Россия, г. Симферополь, пос. Аграрное), Researcher ID: AAH-5147-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7043-8962, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. В настоящее время актуальным является вопрос снижения затрат электроэнергии в технологиях переработки сельскохозяйственной продукции, в частности молока. В значительной мере эти затраты связаны с реализацией процессов тепловой обработки. Снижения затрат можно добиться несколькими способами, например, разработкой и применением установок, использующих солнечную энергию. В этом случае расход традиционной электрической энергии существенно снижается, но у производственников возникает задача согласования параметров установки с реальными условиями предприятия.
Материалы и методы. Анализ потребления энергии в технологиях переработки молока, режимов работы пластинчатого теплообменника, показателей работы гелиоколлекторов. Температура нагрева теплоносителя и продукта определялась с помощью приборного комплекса, позволяющего регистрировать значения температур в восьми различных контрольных точках и передавать полученные сигналы на жесткий диск портативного компьютера. Предложен метод определения параметров установки для подготовки теплоносителя в технологиях переработки молока с использованием комплексной энергозамещающей установки, которая обеспечит снижение затрат электроэнергии от 30 до 70 %.
Результаты исследования. Затраты электрической энергии на тепловые процессы могут быть снижены за счет использования энергии Солнца. Для того чтобы решить задачу оптимизации соотношения расхода теплоносителя, площади нагрева в теплообменнике и площади гелиоколлекторов энергозамещающей установки, рекомендовано использование полученных графических зависимостей, а также формул для определения площади гелиоколлекторов.
Обсуждение и заключение. Определение площади гелиоколлекторов комплексной энергозамещающей установки для реальных производственных условий возможно с помощью полученной аналитической зависимости, учитывающей взаимосвязь указанного параметра от температурного режима нагрева, площади поверхности нагрева в теплообменнике, массы обрабатываемого молока в единицу времени. Полученные графические зависимости дают возможность определить расход теплоносителя и площадь нагрева для заданных значений температуры нагрева.

Ключевые слова: гелиоколлектор, комплексная энергозамещающая установка, теплоноситель, источник энергии, поверхность нагрева, температура пастеризации, молоко, энергосбережение, теплообмен, тепловая мощность, площадь поверхности

Для цитирования: Гербер, Ю. Б. Моделирование процесса тепловой обработки жидких продуктов в пластинчатом теплообменнике с использованием комплексной энергозамещающей установки / Ю. Б. Гербер, А. В. Гаврилов, Н. С. Киян. – DOI 10.15507/2658-4123.030.202002.200-218 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 2. – С. 200–218.

Заявленный вклад соавторов: Ю. Б. Гербер – общая идея, обоснование цели и задач проведения эксперимента, руководство проведением исследований; А. В. Гаврилов – техническое обеспечение проведения экспериментов, обоснование модуля гелиоколлекторов; Н. С. Киян – проведение экспериментов.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 02.10.2019; принята к публикации 16.11.2019;
опубликована онлайн 30.06.2020

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гербер, Ю. Б. Использование комплексного энергозамещающего устройства для переработки молока / Ю. Б. Гербер, А. В. Гаврилов, А. П. Вербицкий [и др.] // Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. – 2016. – № 7 (170). – С. 52–59. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-kompleksnogo-energozameschayuschego-ustroystva-dlya-pererabotki-moloka/viewer (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

2. Гербер, Ю. Б. Определение параметров секции предварительного подогрева пастеризатора с использованием КЭУ / Ю. Б. Гербер, А. В. Гаврилов // Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. – 2016. – № 5 (168). – С. 56–61. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-parametrov-sektsii-predvaritelnogo-podogreva-pasterizatora-s-ispolzovaniem-keu (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

3. Гербер, Ю. Б. Использование комплексного энергозамещающего устройства в технологии производства функционального продукта «Ацидолакт» / Ю. Б. Гербер, А. В. Гаврилов, Н. С. Киян // Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. – 2016. – № 6 (169). – С. 60–66. – URL: https://e.lanbook.com/reader/journalArticle/346730/#1 (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

4. Ботвинникова, В. В. Формирование потребительских свойств кисломолочных напитков на основе эффектов ультразвука / В. В. Ботвинникова, О. Н. Красуля. – DOI 10.14529/food150405 // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: пищевые и биотехнологии. – 2015. – Т. 3, № 4. – С. 30–40. – URL: https://vestnik.susu.ru/food/article/view/4457 (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

5. Доровских, В. И. Обоснование критериев оценки эффективности использования оборудования для первичной обработки молока / В. И. Доровских, Д. В. Доровских, С. Ф. Х. Альлами // Наука в центральной России. – 2016. – № 5 (23). – С. 62–69. – URL: https://clck.ru/MjF8t (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

6. Пасько, О. В. Применение принципов ХАССП при разработке технологии творожного биопродукта / О. В. Пасько, Л. Г. Германская, О. В. Пензина // Аграрный вестник Урала. – 2014. – № 8 (126). – С. 34–37. – URL: http://avu.usaca.ru/ru/issues/67/articles/1700 (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

7. Гербер, Ю. Б. К вопросу проектирования современного молокоперерабатывающего предприятия / Ю. Б. Гербер, А. В. Гаврилов // Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. – 2018. – № 15 (178). – С. 97–106. – Рез. англ.

8. Гербер, Ю. Б. Исследование предварительного подогрева теплоносителя комплексным энергозамещающим устройством в тепловых процессах переработки молока / Ю. Б. Гербер, А. В. Гаврилов, А. П. Вербицкий. – DOI 10.21603/2074-9414-2018-3-124-132 // Техника и технология пищевых производств. – 2018. – Т. 48, № 3. – С. 124–132. – URL: https://www.researchgate.net/publication/330879456_Thermal_Treatment_in_Milk_Processing_Using_a_Complex_Energy-_Substitution_Equipment_during_Preliminary_Water_Heating (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

9. Гербер, Ю. Б. Энергетические показатели работы термосмешивающей системы в линии переработки молока с использованием комплексной энергозамещающей установки / Ю. Б. Гербер, А. В. Гаврилов, Н. С. Киян // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина». – 2018. – № 6 (88). – С. 65–69. – URL: https://clck.ru/MjFzi (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

10. Гербер, Ю. Б. Обоснование параметров механической обработки молока при производстве кисломолочных продуктов / Ю. Б. Гербер, А. В. Гаврилов. – DOI 10.21603/2074-9414-2019-3-375-382 // Техника и технология пищевых производств. – 2019. – Т. 49, № 3. – С. 375–382. – URL: http://fptt.ru/?page=archive&jrn=54&article=4 (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

11. Кригер, О. В. Разработка приемов длительного сохранения свойств молочнокислых микроорганизмов / О. В. Кригер, С. Ю. Носкова. – DOI 10.21603/2074-9414-2018-4-30-38 // Техника и технология пищевых производств. – 2018. – № 4. – С. 30–38. – URL: http://fptt.ru/?page=archive&jrn=51&article=4 (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

12. Карпович, Э. В. Перспективные направления использования солнечных батарей / Э. В. Карпович // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. – 2011. – № 4. – С. 34–36. – URL: http://www.cnshb.ru/cnshb/newpost/arttrn.asp?val=1182693 (дата обращения: 30.03.2020).

13. Бобыль, А. В. Источники развития альтернативной энергетики / А. В. Бобыль, А. Г. Забродский, В. Г. Малышкин [и др.] // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. – 2017. – Вып. 92. – С. 31–35. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/istochniki-razvitiya-alternativnoy-energetiki (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

14. Бровцин, В. Н. Оптимизация параметров солнечной водонагревательной установки методом вычислительного эксперимента / В. Н. Бровцин, А. Ф. Эрк // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. – 2013. – № 84. – С. 112–125. – URL: https://docplayer.ru/42197151-V-n-brovcin-d-r-tehn-nauk-a-f-erk-kandtehn-nauk.html (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

15. Бровцин, В. Н. Обоснование оптимальных параметров преобразователей энергии Солнца и ветра в электрическую / В. Н. Бровцин, А. Ф. Эрк // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. – 2014. – № 85. – С. 72–84. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obosnovanie-optimalnyh-parametrov-preobrazovateley-energii-solntsa-i-vetra-v-elektricheskuyu (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

16. Судаченко, В. Н. Обоснование критерия экономической эффективности совместного использования традиционных и возобновляемых энергоисточников / В. Н. Судаченко, А. Ф. Эрк, Е. В. Тимофеев // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. – 2017. – № 92. – С. 35–43. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obosnovanie-kriteriya-ekonomicheskoy-effektivnosti-sovmestnogo-ispolzovaniya-traditsionnyh-i-vozobnovlyaemyh-energoistochnikov (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

17. Марченко, О. В. Системные исследования эффективности возобновляемых источников энергии / О. В. Марченко, С. В. Соломин // Теплоэнергетика. – 2010. – № 11. – C. 12–17.

18. Пермяков, Э. Н. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: состояние и перспективы освоения / Э. Н. Пермяков // Энергетическое строительство. – 2011. – № 12. – C. 15–21.

19. Караева, Н. С. Развитие альтернативных источников энергии в решении проблем энергетики / Н. С. Караева, М. А. Кариев // Вестник Кыргызского национального аграрного университета им. К. И. Скрябина. – 2014. – № 2 (31). – С. 331–335.

20. Алеексенко, С. В. Нетрадиционная энергетика и энергоресурсосбережение / С. В. Алеексенко // Инновации. Технология. Решения. – 2006. – № 3. – С. 8–41. – URL: http://masters.donntu.org/2011/etf/korovin/library/article3/article3.htm (дата обращения: 30.03.2020).

21. Милованов, И. В. Анализ современного состояния развития энергетики при использовании альтернативных источников энергии / И. В. Милованов // Труды Кубанского государственного аграрного университета. – 2013. – № 44. – С. 278–281. – URL: https://kgau-works.kubsau.ru/issue/2013-44 (дата обращения: 30.03.2020).

22. Свалова, В. Б. Альтернативная энергетика: проблемы и перспективы / В. Б. Свалова // Мониторинг. Наука и технологии. – 2015. – № 3 (24). – С. 82–97. – URL: http://csmos.ru/index.php?page=mnt-issue-2015-3-09 (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

23. Шевцова, С. В. Анализ зарубежного опыта использования альтернативных видов энергии / С. В. Шевцова, Д. С. Жолудь // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2010. – № 6 (76). – С. 49–53. – URL: https://clck.ru/MjNor (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

24. Мучинская, А. В. Солнечная энергия в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей / А. В. Мучинская, А. Н. Синькевич // Сельскохозяйственные науки и агропромышленный комплекс на рубеже веков. – 2014. – № 8. – С. 158–161. – URL: https://studylib.ru/doc/2102839/solnechnaya-e-nergiya-v-sisteme-e-nergosnabzheniya (дата обращения: 30.03.2020).

25. Сафонов, В. А. Тенденции, состояние, возможности, перспективы развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в республике Крым и г. Севастополь / В. А. Сафонов, А. А. Восканян // Энергетические установки и технологии. – 2017. – Т. 3, № 4. – С. 55–64. – Рез. англ.

26. Сабанчин, В. Р. Солнце как альтернатива традиционному топливу / В. Р. Сабанчин, А. Ф. Занина // Вестник УГУЭС. Наука. Образование. Экономика. Серия: Экономика. – 2014. – № 1 (7). – С. 201–204. – URL: http://www.ugues.ru/files/Вестник/Vipusk-7-2014.pdf (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

27. Энговатова, В. В. Перспективные направления в сфере энергосбережения и электроснабжения Крыма / В. В. Энговатова, В. И. Демин, Е. И. Овчинникова [и др.] // Научные труды КубГТУ. – 2015. – № 4. – С. 301–312. – URL: https://ntk.kubstu.ru/data/mc/0011/0392.pdf (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

28. Сухоручкина, Т. Ю. Проблемы развития возобновляемых источников энергетики в России / Т. Ю. Сухоручкина, О. С. Атрашенко // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. – 2016. – № 2 (14). – С. 40–43. – URL: https://clck.ru/MjQ8w (дата обращения: 30.03.2020). – Рез. англ.

29. Tepe, K. Determination of Basic Parameters of Solar Panels / K. Tepe, K. Agbenotowossi, G. Djeteli [ et al.] // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. – 2010. – Issue 2 (82). – С. 22–27. – URL: http://naukarus.com/determination-of-basic-parameters-of-solar-panels (дата обращения: 30.03.2020).

30. Gladyshev, P. P. Thin Film Solar Cells Based on CdTe and Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) Compounds / P. P. Gladyshev, S. V. Filin, A. I. Puzynin [et al.] // Journal of Physics: Conference Series: 3rd Nanotechnology International Forum (1–3 November, 2010). – Moscow, 2010. – Vol. 291.

31. Clapp, J. The Global Political Economy of Climate Change, Agriculture and Food Systems / J. Clapp, P. Newell, Z. W. Brent. – DOI 10.1080/03066150.2017.1381602 // The Journal of Peasant Studies – 2018. – Vol. 45, Issue 1. – Рр. 80–88. – URL: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/03066150.2017.1381602?journalCode=fjps20 (дата обращения: 30.03.2020).

32. Govindan, K. Sustainable Consumption and Production in the Food Supply Chain: A Conceptual Framework / K. Govindan. – DOI 10.1016/j.ijpe.2017.03.003 // International Journal of Production Economics. – 2018. – Vol. 195. – Рр. 419–431. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925527317300610?via%3Dihub (дата обращения: 30.03.2020).

33. Cai, X. Understanding and Managing the Food-Energy-Water Nexus – Opportunities for Water Resources Research / X. Cai, K.Wallington, M. Shafiee-Jood [et al.]. – DOI 10.1016/j.advwatres.2017.11.014 // Advances in Water Resources. – 2018. – Vol. 111. – Рр. 259–273. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0309170817304475?via%3Dihub (дата обращения: 30.03.2020).

34. Prosekov, A. Y. Food Security: The Challenge of the Present / A. Y. Prosekov, S. A. Ivanova. – DOI 10.1016/j.geoforum.2018.02.030 // Geoforum. – 2018. – Vol. 91. – Рр. 73–77. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016718518300666?via%3Dihub (дата обращения: 30.03.2020).

35. Burdo, O. Development of Wave Technologies to Intensify Heat and Mass Transfer Processes / O. Burdo, V. Bandura, A. Zykov [et al.]. – DOI 10.15587/1729-4061.2017.108843 // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2017. – Vol. 4, № 11 (88). – Рр. 34–42. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016718518300666?via%3Dihub (дата обращения: 30.03.2020).

36. Burdo, O. G. Electrotechnologies of Targeted Energy Delivery in the Processing of Food Raw Materials / O. G. Burdo, V. N. Bandura, Y. O. Levtrinskaya. – DOI 10.3103/S1068375518020047 // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. – 2018. – Vol. 54, Issue 2. – Рр. 210–218. – URL: https://link.springer.com/article/10.3103/S1068375518020047 (дата обращения: 30.03.2020).

37. Sabarez, H. T. Ultrasound Assisted Low Temperature Drying of Food Materials / H. T. Sabarez, S. Keuhbauch, K. Knoerzer. – DOI 10.4995/IDS2018.2018.7329 // 21st International Drying Symposium Proceedings. – 2018. – Рр. 1245–1250. – URL: https://www.researchgate.net/publication/330490810_Ultrasound_ assisted_low_temperature_drying_of_food_materials (дата обращения: 30.03.2020).

38. Kumar, C. Microwave-Convective Drying of Food Materials: A Critical Review // C. Kumar, M. A. Karim. – DOI 10.1080/10408398.2017.1373269 // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. – 2019. – Vol. 59, Issue 3. – Рр. 379–394. – URL: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10408398.2017.1373269?journalCode=bfsn20 (дата обращения: 30.03.2020).

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.