Моделирование процесса СВЧ-конвективной сушки зеленой массы люцерны в вертикальной установке

Аннотация

Разработана и валидирована физико-математическая модель процесса СВЧ-конвективной сушки измельченной зеленой массы люцерны в вертикальной установке при пониженном давлении 60-80 кПа. Модель предназначена для прогнозирования динамики влагоудаления, температурных полей и потерь каротина при комбинированном воздействии СВЧ-излучения и вакуума. В отличие от однокомпонентных подходов учитывается морфологическая неоднородность сырья: раздельно описаны листовая (65%) и стеблевая (35%) фракции с различной кинетикой тепломассопереноса и диэлектрическими свойствами. Листья и стебли аппроксимированы, соответственно, пластинами и цилиндрами, что позволило количественно описать асинхронность их сушки и перераспределение СВЧ-энергии. В модель включено уравнение термической деградации каротина, зависящее от температуры листьев и влагосодержания, что обеспечило прогнозирование сохранности питательной ценности продукта. Установлено, что разница температур между фракциями достигает 1,9-5,6°C, а между центральной и периферийной зонами камеры – 2,5-3,5°C. Максимальная температура материала составляет 89°C, при этом температура листьев не превышает 87,1-91,2°C, что ограничивает деградацию каротина. Конечная влажность продукта изменяется в диапазоне 20,5-29,6%, при этом разница влажности листьев и стеблей составляет 2,7-7,9%. Время экспозиции материала в камере варьирует от 220 до 580 с в зависимости от частоты вращения шнека (5-12 об/мин.). Оптимальный диапазон 7-10 об/мин. обеспечивает конечную влажность листьев 20,1-21,8%, стеблей – 23,8-25,9% и потери каротина не более 3,9-5,1%. Валидация модели показала коэффициент детерминации 0,987, относительную погрешность расчета влажности до 1,7% и потерь каротина до 0,5%. Результаты создают основу для инженерного проектирования высокоэффективных СВЧ-конвективных сушильных установок.