Mathematical Modeling of Heat and Mass Transfer during Moisture–Heat Treatment of Castor Beans to Improve the Quality of Vegetable Oil

У даній роботі представлена математична модель динаміки повного циклу вологої і термічної обробки олійної сировини в багатоступеневому нагрівальному чайнику безперервної дії з урахуванням всіх особливостей технологічного процесу. Модель включає в себе рівняння енергії, записане для системи в цілому, і рівняння масообміну для фаз рідини, пари і повітря в дисперсному шарі пористих стислих частинок насіння. При зволоженні шару парофаза переходить в рідку фазу, а при обсмажуванні шару рідка фаза переходить в парову. Це відбивається в знаку терміна-джерела. Теплофізичні характеристики дисперсного шару визначаються з урахуванням зміни концентрації компонентів зв'язаної речовини і пористості εla шару і Π пористих частинок. Дана математична модель в поєднанні з розробленим чисельним методом її розрахунку є універсальним методом математичного моделювання для дослідження динаміки тепломасообмінних процесів і фазових перетворень, що відбуваються в багатоступеневій циліндричній жаровні при волого–термічній обробці подрібненої касторової та інших олійних культур. Такі дослідження лежать в основі ефективної апаратної організації волого–термічної обробки олійних культур відповідно до необхідної температурою і вологістю спресованих насіння, а також конструктивними особливостями жаровні.An important process in the technology of plant oil production by mechanical pressing is the wet–heat treatment of crushed oilseeds, in which the oilseed (compressed seed) is exposed to saturated vapor and a conductive heat supply. Optimal mode selection of wet–heat treatment based on a detailed study of the physical processes taking place in the compressed seed increases oil release, improves its quality indicators, and decreases energy consumption. Mathematical modeling is an advanced method for studying the dynamics of humidification and frying in the compressed seed. The article introduces a mathematical model and a numerical method for calculating heat-and-mass transformation and phase conversion in the process of the humidification and frying of compressed seeds of the castor plant in a continuous multi-stage heating kettle. This study provides equations for calculating the intensity of phase transformation on the inner and outer surfaces of the wet layer. Data verification indicates the adequacy of the mathematical model, effectiveness of the numerical method, and possibility of their use in optimizing the modes of wet–heat treatment for compressed seed raw material.Department of Chemical and Biochemical Engineering, Faculty of Chemical and Food Technology, Slovak University of Technology in Bratislava, Radlinského 9, 812 37 Bratislava, SlovakiaВажливим процесом в технології виробництва рослинної олії методом механічного пресування є волого–термічна обробка подрібнених олійних культур, при якій олійна культура (спресоване насіння) піддається впливу насиченої пари і провідного теплопостачання. Вибір оптимального режиму волого–термічної обробки заснований на детальному вивченні фізичних процесів, що відбуваються в стислому насінні, збільшує виділення олії, покращує її якісні показники, знижує енергоспоживання. Математичне моделювання є вдосконаленим методом вивчення динаміки зволоження і смаження в спресованому посівному матеріалі. У статті представлено математичну модель та чисельний метод розрахунку тепломасного перетворення та перетворення фаз у процесі зволоження та смаження спресованого насіння касторової установки в чайнику безперервного багатоступеневого нагріву. Дане дослідження дає рівняння для розрахунку інтенсивності фазового перетворення на внутрішній і зовнішній поверхнях вологого шару. Перевірка даних свідчить про адекватність математичної моделі, ефективність чисельного методу та можливість їх використання при оптимізації режимів волого–термічної обробки стисненої насіннєвої сировини

Моделювання процесу жаріння м’ятки в багаточанній жаровні при переробці олійної сировини

A new method for determining design and technological parameters and the number of cooker vats for the moisture-thermal oilseed meat treatment has been proposed. The peculiarity of this technique is that the set values of the mean and mean-square oilseed meat moisture were taken as the criteria for the validity of the calculated data.A mathematical model of hydrodynamics of motion of the oilseed meat particles in the cooker vat was developed as a single process of motion of the oilseed meat fluxes along the horizontal concentric circles and along the vertical (meridian) ones traversing the vat axis. The basis of the model is the differential equation of particle motion along the blade rotating around the axis over the heated bottom of the cooker vat. The equation takes into account the design features of the stirrer, speed of blade rotation, length of the blades and physical characteristics of the oilseed meat expressed in terms of friction coefficients. Solution of the equation makes it possible to determine velocity of the particle in the direction of the blade and the circumferential velocity, the time of motion along the blade. This is the initial data for the axial movement of the oilseed meat. The time of passage of the oilseed meat along the agitator blade makes it possible to justify conditions of conductive heat exchange. The time of passage along the vat axis makes it possible to justify the conditions of convective heat exchange.A discrete model of the moving contact layer of the oilseed meat at the hot surface of the vat bottom was developed. Moisture content of the oilseed meat was described by a matrix in which the number of rows is equal to the number of elementary layers and the number of columns is equal to the number of elementary time intervals. The mass of the dry oilseed meat substance is determined by the row vector of the matter mass in the thick layer.Thermal balance of conductive and convective heat and mass transfer of the oilseed meat drying process has been compiled taking into account the heat spent for removal of the bound moisture from the solid phase which will ensure more accurate calculation of the technological conditions of cooking.Изучены и описаны процессы, происходящие при жарении мятки масличного сырья в каждом чане многочанной жаровни. Разработана математическая модель этих процессов, учитывающая гидродинамику первичной и вторичной циркуляции, а также энергию связи влаги с материалом. Составлен и проанализирован тепловой баланс кондуктивного и конвективного тепло-, массопереноса при сушке мятки. Численные решения модели позволят обосновать технологические режимы жарения и конструктивные параметры жаровниВивчені й проаналізовані процеси, що відбуваються при жарінні м’ятки масличної сировини в кожному чані багаточанної жаровні. Розроблено їх математична модель, що враховує гідродинаміку первинної і вторинної циркуляції, енергію зв'язку вологи з матеріалом. Чисельні рішення моделі дозволять обґрунтувати технологічні режими жаріння і конструктивні параметри жаровні. Складено і проаналізовано тепловий баланс кондуктивного і конвектівного тепло-, масопереносу при сушінні м’ятк

Methodologial priciples of raising reliability of agricultural actuating hydraulic drives by impoving functional parameters and serviceanbility thereo=

Available from VNTIC / VNTIC - Scientific & Technical Information Centre of RussiaSIGLERURussian Federatio

Mathematical Modeling of Heat and Mass Transfer during Moisture–Heat Treatment of Castor Beans to Improve the Quality of Vegetable Oil

An important process in the technology of plant oil production by mechanical pressing is the wet–heat treatment of crushed oilseeds, in which the oilseed (compressed seed) is exposed to saturated vapor and a conductive heat supply. Optimal mode selection of wet–heat treatment based on a detailed study of the physical processes taking place in the compressed seed increases oil release, improves its quality indicators, and decreases energy consumption. Mathematical modeling is an advanced method for studying the dynamics of humidification and frying in the compressed seed. The article introduces a mathematical model and a numerical method for calculating heat-and-mass transformation and phase conversion in the process of the humidification and frying of compressed seeds of the castor plant in a continuous multi-stage heating kettle. This study provides equations for calculating the intensity of phase transformation on the inner and outer surfaces of the wet layer. Data verification indicates the adequacy of the mathematical model, effectiveness of the numerical method, and possibility of their use in optimizing the modes of wet–heat treatment for compressed seed raw material

Modeling of the Process of Oilseed Meat Cooking in a Multi-vat Cooker During Processing of Oil Raw Materials

A new method for determining design and technological parameters and the number of cooker vats for the moisture-thermal oilseed meat treatment has been proposed. The peculiarity of this technique is that the set values of the mean and mean-square oilseed meat moisture were taken as the criteria for the validity of the calculated data.A mathematical model of hydrodynamics of motion of the oilseed meat particles in the cooker vat was developed as a single process of motion of the oilseed meat fluxes along the horizontal concentric circles and along the vertical (meridian) ones traversing the vat axis. The basis of the model is the differential equation of particle motion along the blade rotating around the axis over the heated bottom of the cooker vat. The equation takes into account the design features of the stirrer, speed of blade rotation, length of the blades and physical characteristics of the oilseed meat expressed in terms of friction coefficients. Solution of the equation makes it possible to determine velocity of the particle in the direction of the blade and the circumferential velocity, the time of motion along the blade. This is the initial data for the axial movement of the oilseed meat. The time of passage of the oilseed meat along the agitator blade makes it possible to justify conditions of conductive heat exchange. The time of passage along the vat axis makes it possible to justify the conditions of convective heat exchange.A discrete model of the moving contact layer of the oilseed meat at the hot surface of the vat bottom was developed. Moisture content of the oilseed meat was described by a matrix in which the number of rows is equal to the number of elementary layers and the number of columns is equal to the number of elementary time intervals. The mass of the dry oilseed meat substance is determined by the row vector of the matter mass in the thick layer.Thermal balance of conductive and convective heat and mass transfer of the oilseed meat drying process has been compiled taking into account the heat spent for removal of the bound moisture from the solid phase which will ensure more accurate calculation of the technological conditions of cooking