ISSN 2074-9414 (Print),
ISSN 2313-1748 (Online)

Построение математической модели охлаждения карамели в этиловом спирте

Аннотация
Введение. Основной проблемой охлаждения карамели воздухом является длительность процесса и использование многоярусных охлаждающих агрегатов. Актуальным является разработка инновационного способа охлаждения карамели в «холодном» пищевом этиловом спирте. Это позволит упростить и интенсифицировать технологический процесс, сократить производственные площади за счет исключения отдельных технологических стадий и сложных единиц металлоемкого и энергоемкого оборудования при охлаждении карамели, получить карамель с антисептическими свойствами, с идеально гладкой, блестящей и сухой поверхностью.
Объекты и методы исследования. Для реализации принципиально новой и перспективной технологии карамели, экспериментальные исследования по получению и охлаждению карамельной массы проводились в универсальной смесительно-формующей установке с высокопроизводительной охлаждающей камерой с «холодным» пищевым этиловым спиртом, которая характеризуется высоким уровнем автоматизации измерений и управления основными параметрами процесса охлаждения.
Результаты и их обсуждение. Предложена математическая модель процесса охлаждения карамели в этиловом спирте, включающая в себя процессы теплопередачи в спирте, в объеме карамели, а также на их границе. В основу положены уравнения нестационарной теплопроводности в шаре. Процесс теплообмена с окружающей средой (спиртом) характеризуется коэффициентом теплоотдачи от шара. На основе известных экспериментальных данных проведена аппроксимация параметров модели (динамической вязкости, плотности, коэффициента теплопроводности, удельной теплоемкости) как функции температуры многочленом третьего порядка.
Выводы. Разработанная математическая модель позволяет оценить радиальное распределение температуры карамели в форме шара при ее конвективном охлаждении в этиловом спирте, а также прогнозировать изменение среднеобъемной температуры карамели и энергетических затрат в зависимости от продолжительности охлаждения, скорости движения потока этилового спирта, теплофизических свойств карамели и охлаждающего агента. Предложенные математические соотношения могут быть использованы для расчета потребного расхода этилового спирта для охлаждения, а также расчета и подпора оборудования поточной линии производства карамели.
Ключевые слова
Охлаждение, карамель, спирт, теплообмен, математическое моделирование
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  1. Дейнека, И. Г. Автоматизированная линия производства карамели с переслойными начинками / И. Г. Дейнека, Т. Л. Риполь-Сарагоси, Г. Б. Бушкова // Наукові 14 праці НУХТ. – 2015. – Т. 21, № 1. – С. 7–14.
  2. Минифай, Б. У. Шоколад, конфеты, карамель и другие кондитерские изделия / Б. У. Минифай. – СПб. : Профессия, 2008. – 816 с.
  3. Носенко, С. М. Оборудование кондитерского производства XXI века / С. М. Носенко, С. В.Чувахин. – М. : ДеЛи плюс, 2017. – 332 с.
  4. Hartel, R. W. Confectionery science and technology / R. W. Hartel, J. H. von Elbe, R. Hofberger. – Cham : Springer, 2018. – 536 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-61742-8.
  5. Драгилев, А. И. Основы кондитерского производства / А. И. Драгилев, Г. А. Маршалкин. – СПб. : Лань, 2017. – 532 с.
  6. Jeffery, M. S. The technology of caramel and fudge / M. S. Jeffery. – European Federation of Food Science and Technology, 2001. – 110–113 p.
  7. Physical and chemical properties of caramel systems / M.-S. Chung, R. R. Ruan, P. L. Chen [et al.] // LWT – Food Science and Technology. – 1999. – Vol. 32, № 3. – P. 162–166. DOI: https://doi.org/10.1006/fstl.1998.0521.
  8. Kasapis, S. Separation of the variables of time and temperature in the mechanical properties of high sugar/polysaccharide mixtures / S. Kasapis, G. Sworn // Biopolymers. – 2000. – Vol. 53, № 1. – P. 40–45. DOI: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0282(200001)53:1<40::AID-BIP4>3.0.CO;2-N.
  9. Технология карамели / Г. О. Магомедов, А. Я. Олейникова, И. В. Плотникова [и др.]. – СПб. : ГИОРД, 2008. – 216 с.
  10. Апполонский, С. М. Дифференциальные уравнения математической физике в электротехнике / С. М. Апполонский. – СПб. : Питер, 2012. – 352 с.
  11. Rathore, M. M. Engineering heat transfer / M. M. Rathore, R. R. Kapuno. – Jones and Bartlett, 2011. – 1178 p.
  12. Карташов, Э. М. Аналитические методы теории теплопроводности и ее приложений / Э. М. Карташов, В. А. Кудинов. – М. : ЛЕНАНД, 2018. – 1080 с.
  13. Simakov, N. N. Calculation of the drag and heat transfer from a sphere in the gas flow in a cylindrical channel / N. N. Simakov // Technical Physics. – 2016. – Vol. 61, № 9. – P. 1312–1318. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063784216090231.
  14. Процессы и аппараты. Расчет и проектирование аппаратов для тепловых и тепломассообменных процессов / А. Н. Остриков, В. Н. Василенко, Л. Н. Фролова [и др.]. – СПб. : Лань, 2018. – 440 с.
  15. Стабников, В. Н. Этиловый спирт / В. Н. Стабников, И. М. Ройтер, Т. Б. Процюк. – М. : Пищевая промышленность, 1976. – 272 с.
  16. Safarov, D. T. Investigation of the thermophysical properties of ethyl alcohol + water solutions / D. T. Safarov, A. N. Shakhverdiev // High Temperature. – 2001. – Vol. 39, № 3. – P. 395–400. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1017506524963.
  17. Specific heat capacity at constant pressure of ethanol by flow calorimetry / T. Miyazawa, S. Kondo, T. Suzuki [et al.] // Journal of Chemical and Engineering Data. – 2012. – Vol. 57, № 6. – P. 1700–1707. DOI: https://doi.org/10.1021/je2013473.
  18. Ahmadi, P. Density, speed of sound, and other derived properties of ethanol at pressures up to 65 MPa / P. Ahmadi, B. N. Karim Nobakht, A. Chapoy // Journal of Chemical and Engineering Data. – 2018. – Vol. 63, № 7. – P. 2486–2499. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jced.7b01018.
  19. Schroeder, J. A. A fundamental equation of state for ethanol / J. A. Schroeder, S. G. Penoncello, J. S. Schroeder // Journal of Physical and Chemical Reference Data. – 2014. – Vol. 43, № 4. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4895394.
  20. Dillon, H. E. A fundamental equation for calculation of the thermodynamic properties of ethanol / H. E. Dillon, S. G. Penoncello // International Journal of Thermophysics. – 2004. – Vol. 25, № 2. – P. 321–335. DOI: https://doi.org/10.1023/B:IJOT.0000028470.49774.14.
  21. Недошивин, С. В. Нелинейный регрессионный анализ в статистическом машинном эксперименте / С. В. Недошивин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2014. – № 10–1. – С. 68–81.
  22. Калошин, Ю. А. Физико-механические свойства сырья и готовой продукции / Ю. А. Калошин, Ю. М. Березовский, Л. В. Верняева. – М. : ДеЛи принт, 2011. – 175 с.
  23. Драгилев, А. И. Сборник задач по расчету технологического оборудования кондитерского производства / А. И. Драгилев, М. Д. Руб. – М. : ДеЛи принт, 2005. – 243 с.
  24. Чубик, И. А. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов / И. А. Чубик, А. М. Маслов. – М. : Пищевая промышленность, 1970. – 184 с.
  25. Справочник по сырью, полуфабрикатам и готовым изделиям кондитерского производства / М. Я. Антокольская, И. И. Бронштейн, М. И. Мартынов [и др.]. – М. : Пищевая промышленность, 1964. – 231 с.
  26. Макаров, Е. Г. Инженерные расчеты в Mathcad 15 / Е. Г. Макаров. – СПб. : Питер, 2011. – 400 с.
  27. Linge, S. Solving nonlinear algebraic equations / S. Linge, H. P. Langtangen // Programming for computations – MATLAB/Octave / S. Linge, H. P. Langtangen. – Cham : Springer, 2016. – P. 177–201. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-32452-4_6.
Как цитировать?
Построение математической модели охлаждения карамели в этиловом спирте / А. А. Хвостов, Г. О. Магомедов, В. И. Ряжских [и др.] // Техника и технология пищевых производств. – 2020. – Т. 50, № 3. – С. 425–438. DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-3-425-438.
О журнале