Тваринництво та технології харчових продуктів

Визначення раціональних параметрів псевдозмішування шляхом комплексного моделювання робочих процесів

Володимир Василів, Ігор Стадник, Володимир Піддубний, Михайло Муштрук, Марія Жеплінська, Світлана Краєвська
Завантажити статтю
Анотація

Напрям підвищення якості утворення сумішей при змішуванні в харчовій промисловості є актуальним, оскільки удосконалення технології й обладнання для здійснення обробки компонентів різними методами, характером та ступенем впливу практично досяжні для їх удосконалення. Мета дослідження – удосконалення конструктивних параметрів та підвищення ефективності роботи змішувача шляхом створення умов, що забезпечить оптимізацію кінетики розчинення дисперсної суміші борошна та рідких компонентів під час їхнього псевдоперемішування у зваженому стані. Розглянуто властивості сировини на методи її визначення якості, запропоновано лабораторні методи та інструменти проведення досліджень при встановленій методиці планування з аналізом отриманих результатів та використано програмний комплекс Flow Vision у побудові графіку на основі законів термодинаміки. Обробку експериментального масиву даних проведено математичним описом процесу формування потоку рідини та дисперсного потоку частинок борошна. Використано неповнофакторну багатовимірну модель апроксимації експериментальних даних функції трьох змінних у вигляді поліномів трирівневим планом Бокса-Бенкіна з 13 дослідами, виконаних у 5-кратній повторності. Проведено аналіз змішувачів періодичної дії, розглянуто перерозподіл і трансформацію деформацій при оптимальних режимах змішування. Встановлено взаємодію компонентів та їх динаміку потоків при мінімізації енерговитрат. Визначено вплив псевдозрідження та вібрації в період дозування компонентів на інтенсифікацію взаємодії дисперсної фази за принципом дискретно-імпульсного введення енергії, що створює швидкі зміни руху компонентів. Отримано функціональну залежність рівномірності утворення бульбашок середовища від трьох факторів υt=f(h, V, υс) з перевіркою однорідності дисперсій, адекватності отриманої функціональної залежності та пошук її оптимуму. Розглянуті матеріали статті становлять практичну цінність ефективного процесу рівномірного розподілу рецептурних складових в робочій камері розглянутої конструкції змішувача із створенням сприятливих умов для утворення структури опари

Ключові слова

змішувач, суміш, псевдозрідження, опара

ЦИТУВАТИ
Vasyliv, V., Stadnyk, I., Piddubnyi, V., Mushtruk, M., Zheplinska, M., & Kraievska, S. (2022). Determination of rational parameters of pseudomixing by complex modelling of work processes. Animal Science and Food Technology, 13(1), 7-15. https://doi.org/10.31548/animal.13(1).2022.7-15
Використані джерела

[1] Gutierrez, T.J. (2018). Biological macromolecule composite films made from sagu starch and flour/poly (ε-caprolactone) blends processed by blending/thermo molding. Journal of Polymers and the Environment, 26(9), 3902-3912. doi: 10.1007/s10924-018-1268-6.

[2] Da Silva, A.O., Cortez-Vega, W.R., Prentice, C., & Fonseca, G.G. (2020). Development and characterization of biopolymer films based on bocaiuva (Acromonia aculeata) flour. International Journal of Biological Macromolecules, 155, 1157-1168. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.11.083.

[3] Byrne, P., & Ghoubali, R. (2019). Exergy analysis of heat pumps for simultaneous heating and cooling. Applied Thermal Engineering, 149, 414-424. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2018.12.069.

[4] Xu, Z.Y., Wang, R.Z., & Yang, C. (2019). Perspectives for low-temperature waste heat recovery. Energy, 176, 1037-1043. doi: 10.1016/j.energy.2019.04.001.

[5] Musale, S.V., Chavan, U.D., & Kotecha, P.M. (2021). Study of addition of defatted moringa seed flour on rheological properties of dough. International Journal of Advances in Engineering and Management, 3(8), 1028-1044. doi: 10.35629/5252-030810281044.

[6] Stadnyk, I., Piddubnuy, V., Eremeeva, O., & Karpyk, H. (2018). Heat transfer features in the environment when sprayed with rotary rollers. Potravinarstvo Slovak Journal of Food Sciences, 12(1), 824-835. doi: 10.5219/977.

[7] Gurska, D., Vargas Jentzsch, I.M., & Panfilio, K.A. (2018). Unexpected mutual regulation underlies paralogue functional diversification and promotes maturation of a protective epithelial tissue. Cold Spring Harbor Laboratory, article number 427245. doi: 10.1101/427245.

[8] Mushtruk, M., Bal-Prylypko, L., Slobodyanyuk, N., Boyko, Y., & Nikolaienko, M. (2022). Design of reactors with mechanical mixers in biodiesel production. In Lecture notes in mechanical engineering (pp. 197-207). Cham: Springer International Publishing. doi: 10.1007/978-3-031-06044-1_19.

[9] Pavelko, V., & Mudrak, B. (2019) Improvement of the heat utilization system of the screw compressor unit RENNER RS-132. Scientific Works of NUFT, 25(2), 177-186. doi: 10.24263/2225-2924-2019-25-2-19

[10] Mondal, B., Mehta, S.K., Patowari, P.K., & Pati, S. (2019). Numerical study of mixing in wavy micromixers: Comparison between raccoon and serpentine mixer. Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 136, 44-61. doi: 10.1016/j.cep.2018.12.011.

[11] Mehdipour, I., & Khayat, K.H. (2018). Understanding the role of particle packing characteristics in rheo-physical properties of cementitious suspensions: A literature review. Construction and Building Materials, 161, 340-353. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.11.147.

[12] Meier, C., Weissbach, R., Weinberg, J., Wall, W.A., & Hart, A.J. (2019). Critical influences of particle size and adhesion on the powder layer uniformity in metal additive manufacturing. Journal of Materials Processing Technology, 266, 484-501. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2018.10.037.

[13] Carocho, M., Morales, P., Ciudad-Mulero, M., Fernández-Ruiz, V., Ferreira, E., Heleno, S., Rodrigues, P., Barros, L., & Ferreira, I. (2020). Comparison of different bread types: Chemical and physical parameters. Food Chemistry, 310, article number 125954. doi: 10.1016/j.foodchem.2019.125954.

[14] Mykolenko, S., & Zakharenko, A. (2020). Research of the influence of amaranth and flax flour on the quality of cookies. Technical Sciences and Technologies, 1(19), 228-240. doi: 10.25140/2411-5363-2020-1(19)-228-240.

[15] Rodolfi, M., Rinaldi, M., Caligiani, A., Paciulli, M., Lolli, V., Chiancone, B., & Ganino, T. (2022). Hop green sprouts preservation and valorisation as semi-finished and finished products: Impact of different treatments on microstructural, physical and chemical traits. European Food Research and Technology, 248(5), 1203-1215. doi: 10.1007/s00217-021-03956-y.

[16] Stadnyk, I., Pankiv, Yu., & Liasota, O. (2019). Mixer of liquid semi-finished products. Patent Ukraine, No. 134226.

[17] Palamarchuk, I., Zozulyak, O., Mushtruk, M., Petrychenko, I., Slobodyanyuk, N., Domin, О., Udodov, S., Semenova, O., Karpovych, I., & Blishch, R. (2022). The intensification of dehydration process of pectin-containing raw materials. Potravinarstvo Slovak Journal of Food Sciences, 16, 15-26. doi: 10.5219/1711.

[18] Mircioiu, C., Voicu, V., Anuta, V., Tudose, A., Celia, C., Paolino, D., & Mircioiu, I. (2019). Mathematical modeling of release kinetics from supramolecular drug delivery systems. Pharmaceutics, 11(3), 140. doi: 10.3390/pharmaceutics11030140.

[19] Ikhlaq, A., Anwar, H.Z., Javed, F., & Gull, S. (2019). Degradation of safranin by heterogeneous Fenton processes using peanut shell ash-based catalyst. Water Science and Technology, 79(7), 1367-1375. doi: 10.2166/wst.2019.132.

[20] Wakui, T., Hashiguchi, M., Sawada, K., & Yokoyama, R. (2019). Two-stage design optimization based on artificial immune system and mixed-integer linear programming for energy supply networks. Energy, 170, 1228-1248. doi: 10.1016/j.energy.2018.12.104.

[21] Sun, Q., Zhang, H., Xue, J., Yu, X., Yuan, Y., & Cao, X. (2018). Flexible phase change materials for thermal storage and temperature control. Chemical Engineering Journal, 353, 920-929. doi: 10.1016/j.cej.2018.07.185.

[22] Jiang, H., Jia, J., Shkurenko, A., Chen, Z., Adil, K., Belmabkhout, Y., & Eddaoudi, M. (2018). Enriching the reticular chemistry repertoire: merged nets approach for the rational design of intricate mixed-linker metal–organic framework platforms. Journal of the American Chemical Society, 140(28), 8858-8867. doi: 10.1021/jacs.8b04745.

[23] Thomas, M.C., Duggan, K.A., Kamarck, T.W., Wright, A.G., Muldoon, M.F., & Manuck, S.B. (2022). Conscientiousness and cardiometabolic risk: A test of the health behavior model of personality using structural equation modeling. Annals of Behavioral Medicine, 56(1), 100-111.

[24] Stadnyk, I.Ya., Piddubnyi, V.A., Chahaida, A.O., & Petrychenko, Ye.A. (2022). Justification of mixer parameters for flour components. Technical Engineering, 1(89), 3-10. doi: 10.26642/ten-2022-1(89)-3-10.

[25] Tomac, M.N., & Gregory, J.W. (2018). Oscillation characteristics of mutually impinging dual jets in a mixing chamber. Physics of Fluids, 30(11), article number 117102. doi: 10.1063/1.5051731

[26] Lan, Y., Ohm, J.B., Chen, B., & Rao, J. (2020). Phase behavior, thermodynamic and microstructure of concentrated pea protein isolate-pectin mixture: Effect of pH, biopolymer ratio and pectin charge density. Food Hydrocolloids, 101, article number 105556. doi: 10.1016/j.foodhyd.2019.105556.

[27] DSTU 7045:2009 “Bakery products. Methods of determining physical-chemical indicators”. (2009). Kyiv: State Standards of Ukraine.

[28] Korzh, T., Suprun-Krestova, O., & Kyrylyuk, V. (2020). Effect of water thermal treatment parameters of flax seeds on the transfer of dry matters into the water. Scientific Works of NUFT, 26(1), 204-212. doi: 10.24263/2225-2924-2020-26-1-24.

[29] FlowVision Software Complex. Retrieved from https://cyclowiki.org/wiki/FlowVision.

[30] Cui, Yu., Zhu, J., Twaha, S., Chu, J., Bai, H., Huang, K., Chen, X., Zoras, S., & Soleimani, Z. (2019). Techno-economic assessment of the horizontal geothermal heat pump systems: A comprehensive review. Energy Conversion and Management, 191, 208-236. doi: 10.1016/j.enconman.2019.04.018.

[31] Vacek, Z., Prokupkova, A., Vacek, S., Bulusek, D., Simunek, V., Hajek, V., & Kralicek, I. (2021). Mixed vs. monospecific mountain forests in response to climate change: Structural and growth perspectives of Norway spruce and European beech. Forest Ecology and Management, 488, article number 119019. doi: 10.1016/j.foreco.2021.119019.

[32] Kolyanovska, L.M., Palamarchuk, I.P., Sukhenko, Y.G., Mushtruk, M.M., Sukhenko, V.Y., Vasuliev, V.P., & Bissarinov, B. (2019). Mathematical modeling of the extraction process of oil-containing raw materials with the pulsed intensification of the heat of mass transfer. Optical Fibers and Their Applications, 11045, 246-259. doi: 10.1117/12.2522354.

[33] Zayets, N., & Shtepa, V. (2019). The concept of using water treatment electrodialysis equipment in emergencies in food production. Scientific Works of NUFT, 25(2), 170-177. doi: 10.24263/2225-2924-2019-25-2-18.

[34] Maslyanko, A., Krivoplyas-Volodina, L., & Gavva, O.M. (2021). Simulation of air-water mixture jet in packaging devices. In Proceedings of the XVII scientific and practical conference of young scientists “Latest packaging technologies” (pp. 60-64). Kyiv: NUFT. doi: 10.24263/res-2019-10.

[35] Cheng, X., Chen, Y., & Luo, L. (2006). Numerical simulation of air-water two-phase flow over stepped spillways. Science in China Series E: Technological Sciences, 49(6), 674-684. doi: 10.1007/s10288-006-2029-2.

[36] Drobot, V.I. (1998). Handbook of bakery technology. Tutorial. Kyiv: Ruslana.

[37] Yang, V. (2000). Modeling of supercritical vaporization, mixing, and combustion processes in liquid-fueled propulsion systems. Proceedings of the Combustion Institute, 28(1), 925-942. doi: 10.1016/s0082-0784(00)80299-4.

[38] Chepelyuk, O., Shpak, M., & Tsvetkova, V. (2012). Modeling the process of mixing liquid vapors. Journal of Engineering, Technology, 1, 13-15.

[39] Zhu, J., Yu, Q., Zhu, H., He, W., Xu, C., Liao, J., & Su, K. (2019). Response to dust particle pollution and construction of a leaf dust deposition prediction model based on leaf reflection spectrum characteristics. Environmental Science and Pollution Research, 26(36), 36764-36775. doi: 10.1007/s11356-019-06635-4.

[40] Danyliuk, O.M, Atamanyuk, V.M, & Gumnytsky, Y.M. (2018). Modeling of movement of compressed air bubbles in the apparatus with pneumatic mixing. Odesa National Academy of Food Technology. Scientific Works, 82(1), 61-65.