Об'єктом дослідження є процес сушіння кавового шламу. В умовах сучасного виробництва гостро ставляться питання раціонального використання енергії в усіх процесах харчової технології, включаючи сушіння. У багатьох харчових технологіях використовується в 2-3 рази більше енергії, ніж її фізично необхідно на процес. Цим визначається енергоємність виробництва і якість продуктів. Процеси сушіння відносяться до найбільш енергоємних, і в багатьох випадках частка енергії в собівартості продукції складає до 30 %. При сушінні кавового шламу використовують в основному конвективні сушарки, енерговитрати яких становлять 5 МДж/кг видаленої вологи і вище. На випаровування вологи при конвективному сушінні витрачається 40 % підведеної енергії. Також значним недоліком конвективних сушарок є викид відпрацьованого теплоносія в атмосферу, який має тепловміст всього лише на 10-15 % менше, ніж гаряче повітря, що подається в сушильну камеру. В роботі пропонується використання інфрачервоного випромінювання для сушіння кавового шламу в установках періодичної та безперервної дії. Це дозволить в перспективі знизити питомі енерговитрати. В ході дослідження визначено вплив інтенсивності енергетичного підведення, температури, швидкості потоку повітря, товщини шару продукту і питомого навантаження на кінетику періодичної інфрачервоного сушіння кавового шламу. Визначено вплив інтенсивності енергетичного підведення, питомого навантаження, швидкості стрічки, кількості інфрачервоних модулів на кінетику безперервного інфрачервоного сушіння кавового шламу. Проведено порівняння результатів з конвективним сушінням за параметрами питомого енергоспоживання. Особливістю застосування інфрачервоного випромінювання є більша ефективність і висока швидкість видалення вологи з поверхневих шарів кавового шламу, і як наслідок, збільшення продуктивності способу сушіння, зниження питомих енерговитрат. Отримані в ході роботи питомі енерговитрати при інфрачервоному сушінні кавового шламу склали 3,2 МДж/кг. Це нижче існуючих конвективних сушарок. Ключові слова: інфрачервоне сушіння, кавовий шлам, кінетика сушіння, установки періодичної та безперервної дії, питомі енерговитрати.

No abstract

The researchings of raw material dehydration and extraction are analyzed. The energy problems of product dehydration processes are analyzed. It is shown that recent trends in the development of heat and mass transfer technology are associated with the use of electromagnetic energy generators. The aim of the work is reduction of energy consumption during liquid phase removing from solid plant raw material and reduction of product losses from oil-containing food-industry waste. Achievement of this aim lies with a hypothesis that the use of electromagnetic energy sources in the process of removing moisture from food raw material containing a solid phase will allow to form an additional flow of the liquid phase, in addition to the traditional outlet of the vapor phase. The driving force of such a flow is the effect resulting from the local dissipation of electromagnetic energy in the solid phase volume. A mathematical model of the dehydration process is presented and a set of experimental studies was carried out, which confirmed the validity of the hypothesis. The most significant result of the work is proof of the possibility to organize modes when the juice yield is 4 times higher than the steam yield and, accordingly, to reduce energy consumption for product dehydration. The scientific significance of the obtained results is that a new effect was obtained in the work, which the authors called parodynamic. The practical significance of the work consists of proposing of the technological line for processing oilcontaining waste: coffee sludge, coffee beans husk, reagents (clay and perlite).

Проведено критичний аналіз світового досвіду використання електромагнітного випромінювання з метою інтенсифікації тепломасообмінних процесів в ході переробки харчової сировини. Встановлено, що проблеми екстрагування та зневоднення є досить актуальними, вирішення яких призведе до максимально можливого використання енергетичного та сировинного потенціалу. Незважаючи на велике різноманіття проведених досліджень як вітчизняними, так і закордонними науковцями, отримані результати не розкривають реальні можливості мікрохвильових технологій. Відсутність вакууму, високі температури, довготривале термічне навантаження на сировину призводить до значного погіршення якостей кінцевого продукту не дивлячись на інноваційність організації процесу обробки. Для вирішення поставлених задач була запропонована гіпотеза, що використання електромагнітних технологій в процесах зневоднення дозволить організувати видалення вологи із капілярів харчової сировини не лише у вигляді парової фази, а й у вигляді рідини. В такому випадку з’являється можливість суттєво скоротити енерговитрати на процес та отримати абсолютно нові продукти. Результати досліджень показали, що вихід рідкої фази в 4 рази перевищує вихід парової. Даний ефект отримав назву «пародимамічний». Була запропонована технологія комплексної переробки вторинної сировини харчоконцентратних та олієжирових виробництв. В ході проведення експериментальних досліджень була доведена можливість додаткового вилучення цільових компонентів з олієвмісних відходів. Такий принцип утилізації вторинної сировини вирішує цілий ряд проблем харчової промисловості за рахунок різкого зниження втрат продукту, відновлення реагентів та зменшення екологічного навантаження на навколишнє середовище. Лабораторний аналіз отриманих зразків готового продукту свідчить про їх високу якість та безпечність до споживання.

The aim of this work is the energy-efficient equipment creation for production of a highquality dry product from a plant raw material and development of scientific and engineering foundation for the design of such an equipment. The achievement of this aim lies in a deep analysis of tendency in the development of a drying theory and technique. The graph is presented, on the basis of which the development of heat and moisture transfer model of A.V. Lykov is given, taking into account the P. A. Rebinder moisture bond forms specificity. The problems of convective drying modern technologies are determined; the reasons of high-energy consumption during their work are substantiated. The electrodynamic dehydrators classification is given, which considers the combined simple modes (drying) and hybrid dehydration modes. On the basis of the first law of thermodynamics, the possibility of a significant decrease in energy consumption is shown by the organization of a “vapordynamic” effect. The most significant result of the work is the construction of the electrodynamic apparatus module for dehydration of food and medicinal plant raw material. By the combination of electromagnetic field with the filtration process the specific energy consumptions were 1.9 MJ per 1 kg of the removed moisture, at the hybrid processes — juice yield exceeded vapor yield by 3.5 times. The significance of the work consists in the fact that the scientific conception of the authors on the possibilities of the significant decrease in energy consumption during the raw material dehydration at the innovative electrodynamic type apparatuses was practically proven