ТЕОРЕТИЧНІ АСПЕКТИ МОЖЛИВОСТЕЙ УДОСКОНАЛЕННЯ МАШИН ДЛЯ РОЗПИЛЮВАЛЬНОГО СУШІННЯ

Богдан Володимирович Тихтило

doi:10.32782/msnau.2025.1.14

Богдан Володимирович Тихтило Полтавський державний аграрний університет https://orcid.org/0009-0009-6277-0346

DOI: https://doi.org/10.32782/msnau.2025.1.14

Ключові слова: сушіння, сухе молоко, розпилювання, дисковий розпилювач, сушильна камера

Анотація

На сьогодні сушіння є одним із самих поширених способів консервування молока, при якому видаляють вільну вологу, максимально пригнічуючи розмноження мікроорганізмів. Найбільш ефективним способом сушіння молока за енергетичними витратами і виходом готової продукції є розпилювальне сушіння. Актуальність даного дослідження полягає в тому, що сухе молоко користується значним попитом серед споживачів. Метою даної роботи є систематизація та узагальнення сучасних уявлень науковців щодо способів сушіння молочної сировини, аналіз наявного обладнання для їх реалізації та пошук шляхів удосконалення машин для розпилювального сушіння молока. У статті наведено класифікацію способів розпилення сировини; вказано їх переваги та недоліки. На основі наукової літератури встановлено, що найефективнішими є гідравлічні та механічні розпилювачі. Зокрема, гідравлічний спосіб розпилювання є найбільш енергоефективним, але він має недостатню ефективність розпилювання рідин із високою в’язкістю та швидке зношування форсунок. Пневматичне розпилювання базується на використанні енергії, яка передається їй через динамічну взаємодію з потоком газу. Відцентрові дискові розпилювачі дозволяють ефективно диспергувати розчини з підвищеною в’язкістю, зокрема грубодисперсні суспензії та пастоподібні матеріали. У даній роботі було виявлено, що у конструкції відцентрових дискових розпилювачів відсутні невеликі отвори, тому вони не схильні до засмічення, що забезпечує надійну роботу та рівномірне розпилювання. Дослідження показало, що тривалість висушування молочної сировини під час розпилювального сушіння варіюється від 5 до 30 с, як теплоносій використовують гаряче повітря із температурою 140-180 °C. Встановлено, що перспективним напрямом удосконалення процесу сушіння є підвищення рівня монодисперсності частинок під час розпилення та підвищення температури теплоносія. На практиці застосування високотемпературного режиму дозволяє суттєво підвищити продуктивність сушильних установок. Збільшення температури теплоносія на вході до сушильної камери з 200 °C до 250 °C сприяло зростанню продуктивності двостадійної установки на 25 %, водночас теплові витрати зменшилися на 20 %. Але такий підхід призводить до підвищення температури відпрацьованого теплоносія, що негативно впливає на якість кінцевого продукту. Тому питання удосконалення машин для розпилювального сушіння потребує подальшого дослідження.

Посилання

1. Aralbayev, N., Dikhanbayeva, F., Yusof, Y. A. B., Tayeva, A., & Smailova, Z. (2021). Devising optimal technological parameters for spray drying to produce whole camel milk powder. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(11(112), 82–91. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238686.
2. Belinska, K. O., Shutiuk, V.V., & Falendysh, N. O. (2014). Suchasnyi stan naukovykh doslidzhen v sushinni moloka rozpylom ta vykorystannia netradytsiinoi syrovyny [The current state of research in spray milk drying and the use of nontraditional raw materials]. Naukovi pratsi [Research papers], 20(5), 161–169 (in Ukrainian) .
3. Bird, R. B., Stewart, W. E., & Lightfoot, E. N. (2001). Transport Phenomena (2nd ed.). Wiley.
4. Bohni, P., & Disler, A. (1996). Kombinierter sprühbandtrockner im einsatz : Es bliebt nichts haffen [Combined spray belt dryer in use : Nothing is left behind]. Ernahrungsindustrie [Food industry]. 3. 14–15 [in German].
5. Chegini, G., & Ghobadian, B. (2007). Spray dryer parameters for fruit juice drying. World J. Agric. Sci., 3(2), 230–236.
6. Chegini, G.R., Khazaei, J., Ghobadian, B., & Goudarzi, A.M. (2008) Prediction of Process and Product Parameters in an Orange Juice Spray Dryer Using Artificial Neural Networks. Journal of Food Engineering, 84, 534-543. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2007.06.007.
7. Erenturk, K., Erenturk, S., & Tabil, L.G. (2004). A comparative study for the estimation of dynamical drying behavior of Echinacea angustifolia: regression analysis and neural network. Comput. Electron. Agric, 45(1), 71–90.
8. Foster, K. D., Bronlund, J. E., & Paterson, A. (2005). The contribution of milk fat towards the caking of dairy powders. Int. Dairy J., 15(1), 85–91.
9. Gauvin, W.H., & Katta, S. (1976). Basic concepts of spray dryer design. Aiche Journal, 22, 713-724.
10. Huang, L. X., Passos, M., Kumar, K., & Mujumdar, A. S. (2005). A three-dimensional simulation of a spray dryer fitted with a rotary atomizer. Drying Technol, 23(9–11), 1859–1873.
11. Huynh, T. V., Caffin, N., Dykes, G. A., & Bhandari, B. (2008). Optimization of the microencapsulation of lemon myrtle oil using response surface methodology. Drying Technol, 26(3), 357–368.
12. Islam, M. R., Sablani, S., & Mujumdar, A. (2003). An artificial neural network model for prediction of drying rates. Drying Technol, 21(9), 1867–1884.
13. Jayasundera, M., Adhikari, B., Adhikari, R., & Aldred, P. (2010, September 26–29). Effects of a Dairy and a Plant Protein along with Low Molecular Weight Surfactants on Spray-drying of Sugar-rich Foods. Poster session presented at the Chemeca 2010: Engineering at the Edge.
14. Jin, Y., & Chen, X. D. (2009). Numerical study of the drying process of different sized particles in an industrial-scale spray dryer. Drying Technol, 27(3), 371–381.
15. Kharitonov, V. D., Kuznetsov, P. V., Gabrielova, V. T., Tyurina, I. V., Efimov, V. I., Urvantsev, A. D., Mertin, P., & Polonsky, A. (1998). Increasing the productivity of drying plants. Dairy Industry, 6. 21–22.
16. Khramtsov, A. H., Nesterenko, P. H., Khramtsov, A. A., & Belmasova, O. V. (1999). Molochna syrovatka: vykorystannia ta zberihannia [Whey: use and storage]. Syrovarinnia [Cheesemaking], 2, 23–25 (in Ukrainian) .
17. Kim, E. H. J., Dong Chen, X., & Pearce, D. (2003). On the mechanisms of surface formation and the surface compositions of industrial milk powders. Drying Technol. 21(2), 265–278.
18. Lementar, S. Yu., Ponomarenko, V. V., Veresotskyi, Yu. I., & Yakobchuk, R. L. (2017). Modeliuvannia protsesu rozpylennia moloka dyskamy z riznymy konstruktsiiamy sopel [Modeling the process of milk spraying by disks with different nozzle designs]. Naukovi pratsi Natsionalnoho universytetu kharchovykh tekhnolohii [Scientific papers of the National University of Food Technologies], 23(4), 98–104 (in Ukrainian) .
19. Malezhik, I., Dubkovetsky, I., Burlaka, T., & Strelchenko, L. (2014). The drying leurotus mushrooms by different types of energy. Modern technologies, in the food industry, 81–86.
20. Masters, (1994). Spray Drying Handbook (third ed.). New York: G. Godwin.
21. Palash, A. A., & Taran, V. M. (2005). Sushinnia ridkykh kharchovykh produktiv v inertnomu seredovyshchi [Drying liquid food products in an inert environment]. Kharchova promyslovist [Food industry], (4), 119–120 (in Ukrainian) .
22. Tufekchi, V. I., & Veresotskyi, Yu. I. (2021). Doslidzhennia verkhnoho zhaliuziinoho rozpodilennia teplonosiia ta vyznachennia efektyvnykh parametriv sushinnia v kompleksakh rozpyliuvalnoho typu [Investigation of the upper louver distribution of the coolant and determination of effective drying parameters in spray-type complexes]. Kharchova Promyslovist [Food Industry], 30, 96–109 (in Ukrainian) . doi: 10.24263/2225-2916-2021-30-12.
23. Ullum, T. (2006). Simulation of a spray dryer with rotary atomizer: the appearance of vortex breakdown. Poster session presented at the 15th International Drying Symposium.
24. Verdurmen, R. E. M., Straatsma, H., Verschueren, M., Vanharen, J. j., Smit, E., Bargeman, G., & de Jong, P. (2002). Modelling spray drying processes for dairy products. 82(4), 453–463. doi: https://doi.org/10.1051/lait:2002023.
25. Veresotskyi, Yu. I., & Babko, Ye. M. (2012). Vyznachennia kinetychnykh kharakterystyk protsesu sushinnia molochnoi syrovatky rozpyliuvalnym sposobom [Determination of the kinetic characteristics of the process of whey drying by spraying]. Kharchova nauka i tekhnolohiia [Food science and technology], 2, 97–99 (in Ukrainian) .
26. Voitsekhovskyi, D. I., Shutiuk, V. V., & Vasyliv, V. P. (2016). Zmina volohovmistu i kontsentratsii tsukriv v hrushi pid chas sushinnia [Changes in moisture content and sugar concentration in pears during drying]. Naukovyi pohliad u maibutnie [A scientific look into the future], 2(2), 30–32 (in Ukrainian) .
27. Wawrzyniak, P., Podyma, M., Zbicinski, I., Bartczak, Z., & Rabaeva, J., (2012). Modeling of air flow in an industrial countercurrent spray-drying tower. Drying Technol, 30(2), 217–224.