Численное моделирование процессов инфракрасной сушки яблок

Аннотация

На основе известных уравнений теплового баланса, кинетики сушки (модель Мидилли) и деградации витамина C (реакция 1-го порядка с температурной зависимостью Аррениуса) адаптирована комплексная математическая модель тепломассопереноса для инфракрасной сушки яблок. Модель реализована численно на языке Python с использованием библиотек NumPy и Matplotlib. Проведен сравнительный анализ 8 режимов сушки: непрерывные (300 и 500 Вт), импульсные с коэффициентами прерывистости α = 0,67; 0,75; 0,80, осциллирующий (40-60°C), ступенчатый (500 → 350 → 200 Вт) и комбинированный (инфракрасный нагрев 400 Вт в сочетании с конвекцией при 40°C). Начальное влагосодержание составило 6,0 кг/кг, конечное – 0,1 кг/кг. Установлено, что время достижения целевой влажности 1,2 кг/кг варьируется от 145 до 252 мин. Максимальная температура продукта находится в интервале от 42 до 68°C. Сохранность витамина C изменяется от 2,1 до 18,2%. Введен комплексный показатель эффективности Q = 60·C/t, характеризующий количество процентов витамина C, сохраняемого за 1 ч сушки. Значения Q находятся в диапазоне от 0,87 до 6,62. Импульсный режим 1:4 (α = 0,80) идентифицирован как оптимальный, обеспечивающий Q = 6,62 при времени сушки 165 мин., сохранности витамина C 18,2% и максимальной температуре продукта 42°C. Установлено, что увеличение коэффициента прерывистости α с 0,67 до 0,80 снижает максимальную температуру продукта на 6°C и повышает сохранность витамина C на 6,7%. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании промышленных сушильных установок.