Научное обеспечение ресурсосберегающих способов и оборудования для сушки растительного сырья с СВЧ-энергоподводом

Сушка является одним из наиболее энергоемких процессов при переработке продуктов растительного происхождения, который во многом определяет качественные показатели готового продукта. Это обуславливает актуальность научного обеспечения процесса при выборе способов и оборудования для его реализации. В данной статье отражены результаты исследования процесса сушки сырья растительного происхождения, такого как семена кориандра, расторопши, яблок и смородины черной, в установках шахтного, ленточного и вихревого типа с применением конвекции или вакуума и СВЧ-энергоподвода. Приведены кинетические закономерности процесса сушки объектов исследования. Экспериментально установлено, что подводимая СВЧ-мощность является существенным фактором, влияющим на скорость сушки как в первом, так и во втором периоде и практически не оказывает влияния на соотношение периодов постоянной и падающей скорости сушки. Научно обоснован подход на основе законов химической кинетики к созданию ресурсосберегающих способов и оборудования для сушки растительного сырья с СВЧ-энергоподводом. Представлены отдельные математические модели для каждого из продуктов на основе уравнения Аррениуса, учитывающие форму объектов исследования, скорость и температуру сушильного агента, подводимую СВЧ-мощность, а также относительную влажность воздуха. Определены коэффициенты, входящие в данные математические модели, подтверждена их адекватность и надежность использования. Показано, что определение продолжительности сушки на основе эквивалентного влагосодержания значительно упрощает методику расчета и снижает количество предварительных экспериментов. Рекомендовано при моделировании процесса сушки использовать новые параметры: степень сушки и степень поглощенной энергии. Предложена новая обобщенная кинетическая характеристика процесса сушки, представляющая взаимосвязь между степенью сушки и степенью поглощения энергии материалом, которая инвариантна по отношению к режимам сушки, а определяется только свойствами продукта и конструкцией сушильной установки. Полученные результаты могут быть положены в основу разработки ресурсосберегающих систем управления процессом сушки, оптимизации энергозатрат и создания высокоэффективных сушильных установок. Drying is one of the most energy-intensive processes in the processing of plant products, which largely determines the quality indicators of the finished product. This determines the relevance of scientific support for the process when choosing methods and equipment for its implementation. This article reflects the results of a study of the drying process of raw materials of plant origin, such as coriander seeds, milk thistle, apples and black currants in shaft, belt and vortex-type installations using convection or vacuum and microwave energy supply. Kinetic patterns of the drying process of the objects of study are given. It was experimentally established that the supplied microwave power is a significant factor influencing the drying rate in both the first and second periods and has virtually no effect on the ratio of the periods of constant and decreasing drying rates. An approach based on the laws of chemical kinetics to the creation of resource-saving methods and equipment for drying plant materials with microwave energy supply is scientifically substantiated. Separate mathematical models for each product are presented based on the Arrhenius equation, taking into account the shape of the objects of study, the speed and temperature of the drying agent, the supplied microwave power, and the relative humidity of the air. The coefficients included in these mathematical models are determined, their adequacy and reliability are confirmed. It is shown that determining the drying time based on the equivalent moisture content significantly simplifies the calculation method and reduces the number of preliminary experiments. It is recommended to use new parameters when modeling the drying process: the degree of drying and the degree of absorbed energy. A new generalized kinetic characteristic of the drying process is proposed, representing the relationship between the degree of drying and the degree of energy absorption by the material, which is invariant with respect to drying modes, and is determined only by the properties of the product and the design of the drying unit. The results obtained can be used as a basis for developing resource-saving drying process control systems, optimizing energy costs and creating highly efficient drying units.