1. Repository at ChSTU
  2. Випускні кваліфікаційні роботи
  3. Магістр
  4. 133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв)
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7124
Title: Підвищення ресурсозбереження енерготехнологічних процесів сушки рослинної сировини
Authors: Мізнік, Лариса Миколаївна
Артеменко, Микола Васильович
Keywords: тепломасоперенос;енергозбереження;теплоносії;масообмін
Issue Date: 17-Dec-2024
Abstract: Магістерська кваліфікаційна робота виконана на аркушах формату А4, кількість сторінок – 81, формул – 99, рисунки – 30, літературних джерел – 53, плакати виконано на форматі А1 – 10 аркушів. Метою є розвиток практичних основ енергозбереження у процесах сушіння харчової рослинної сировини при активних гідродинамічних режимах та змінному тепло підведенні; розробка рекомендацій щодо проектування та впровадження у виробництво високоефективних сушарок, спрямованих на мінімізацію питомих теплоенергетичних втрат, підвищення якості готового продукту. Методи дослідження базується на системному аналізі, аналітичних та емпіричних методах вивчення тепломасопереносу, на базі відомих наукових досягнень та основних робіт у галузі зневоднення харчових продуктів. Отримані залежності, що апроксимують рівняння та результати моделювання досліджуваних процесів, достеменні експериментальним даним, що підтверджено статистичною обробкою результатів. Новизна отриманих результатів. Розроблено новий підхід у створенні енергоефективних способів сушіння та тепловологої обробки харчової рослинної сировини на основі розвитку принципів енергозбереження з утилізації та рекуперації вторинних ресурсів, спрямованих на раціональне використання матеріальних та енергетичних ресурсів, охорону навколишнього середовища, що досягається моделюванням та оптимізацією перспективних конструкцій сушильних апаратів.
URI: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7124
Appears in Collections:133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
КРМ Артеменко.pdf
  Restricted Access		3.68 MBAdobe PDFView/Open Request a copy
Show full item record


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Extracted text 
 
 
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ РОБОТОТЕХНІКИ ІМАШИНОБУДУВАННЯ  
КАФЕДРА ПРОЕКТУВАННЯ ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ ТА ВЕРСТАТІВ 
НОВОГО ПОКОЛІННЯ 
 
 
 
 
 
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 
до магістерської кваліфікаційної роботи  
 
   другий (магістерський)    
(рівень вищої освіти) 
 
 
на тему «ПІДВИЩЕННЯ РЕСУРСОЗБЕРЕЖЕННЯ 
ЕНЕРГОТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ СУШКИ РОСЛИННОЇ  
СИРОВИНИ» 
 
 
Виконав: студент 2 курсу, групи мПВ-33 
спеціальності 133 – Галузеве машинобудування  
  (шифр і назва, спеціальності, ) 
   Обладнання переробних і харчових виробництв 
    (назва освітньо-професійної програми) 
Микола Артеменко 
 (ім’я та прізвище)    
Керівник к.т.н., доц.Лариса Мізнік  
                       (ім’я та прізвище) 
Рецензент  ___________________ 
                         (ім’я та прізвище) 
 
 
 
 
 
 
 
Черкаси 2025 
 
1 
 
 
 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
Факультет електронних технологій, автотранспорту  та машинобудування  
(повна назва факультету) 
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління  
(повна назва кафедри) 
 
Другий (магістерський)    
(рівень вищої освіти) 
133 – Галузеве машинобудування         
(шифр і назва спеціальності) 
Обладнання переробних і харчових виробництв 
 (назва освітньо-професійної програми) 
 
 
         ЗАТВЕРДЖУЮ 
         завідувач кафедри _________ 
         «____»_____________2025р.  
 
З  А  В  Д  А  Н  Н  Я 
НА МАГІСТЕРСЬКУ КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ 
 
Микола Артеменко 
( ім’я,  прізвище) 
1. Тема магістерської кваліфікаційної роботи «Підвищення ресурсозбереження 
енерготехнологічних процесів сушки рослинної сировини» 
 
Керівник магістерської кваліфікаційної роботи  Лариса Мізнік, к.т.н., доцент 
                                                                                      (ім’я, прізвище, науковий ступінь, вчене звання) 
Затверджені наказом Черкаського державного технологічного університету від 
“___”____________2025 року №_____ 
2. Строк подання студентом магістерської роботи  03.12.2025   
3.Вихідні дані до магістерської кваліфікаційної роботи Технічна документація, 
технологічні та робочі інструкції, наукова та довідкова література. 
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно 
розробити) Реферат. Вступ. РОЗДІЛ 1 Сучасний стан техніки і технології сушки 
харчової рослинної сировини. РОЗДІЛ 2 процеси сушки харчової рослинної 
сировини у киплячому шарі. РОЗДІЛ 3 Розробка комбінованих режимів процесу 
сушки харчової рослинної сировини при змінному теплопідводі. Висновки. 
Перелік посилань. 
 5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень) 
Мета,завдання, установка сушки харчової рослинної сировини, графіки процес 
усадки шару харчової рослинної сировини при сушінні, графіки залежностей 
відносної усадки від вологовмісту  при різній температурі теплоносія, процес 
сушіння культивованих грибів перегрітою парою атмосферного тиску, 
математичне моделювання процесу сушіння харчової рослинної сировини, 
гідродинамічні закономірностей шару продуктів рослинного походження, 
2 
 
 
 
раціональні технологічні режими процесу сушіння культивованих грибів 
«печериці», раціональні технологічні режими процесу    сушіння культивованих 
грибів «вишинки», висновки. 
 
6. Консультанти розділів магістерської кваліфікаційної роботи 
 
Підпис, дата 
Прізвище, ініціали та посада  
Розділ завдання завдання 
консультанта 
видав прийняв 
Розділ 1 Мізнік Л.М., к.т.н., доцент   
Розділ 2 Мізнік Л.М., к.т.н., доцент   
Розділ 3 Мізнік Л.М., к.т.н., доцент   
    
    
 
7. Дата видачі завдання________________________ 
 
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН 
№ Назва етапів магістерської кваліфікаційної  Строк        
з/п роботи виконання         Примітка 
етапів 
проекту 
(роботи) 
1 Розділ 1 18.09.25  
2 Лист 1,2 25.09.25  
3 Лист 3 03.10.25  
4 Лист  4 11.10.25  
5 Розділ 2 16.10.25  
6 Лист 5 24.10.25  
7 Лист 6 02.11.25  
8 Лист 7 08.11.25  
9 Розділ 3 20.11.25  
10 Лист 8 27.11.25  
11 Лист 9 01.12.25  
12 Лист 10 02.12.25  
    
    
    
    
 
 
Студент дипломник  _______________  Микола АРТЕМЕНКО 
                                         ( підпис )                              ( ім’я,  прізвище) 
Керівник магістерської кваліфікаційної роботи _______________    Лариса МІЗНІК  
                                                                                    ( підпис )                              
( ім’я,  прізвище)
3 
 
 
 
Зміст 
  
Реферат  4 
Abstract 5 
Перелік умовних позначень 6 
Вступ 7 
РОЗДІЛ 1 СУЧАСНИЙ СТАН ТЕХНІКИ І ТЕХНОЛОГІЇ СУШКИ 9 
ХАРЧОВОЇ РОСЛИННОЇ СИРОВИНИ 
1.1 Огляд техніки та технології сушіння харчової рослинної 9 
сировини 
1.2 Теоретичне моделювання процесу сушіння харчової рослинної 21 
сировини 
1.3 Використання перегрітої пари атмосферного тиску для сушіння 33 
харчової рослинної сировини 
РОЗДІЛ 2 ПРОЦЕСИ СУШКИ ХАРЧОВОЇ РОСЛИННОЇ 37 
СИРОВИНИ У КИПЛЯЧОМУ ШАРІ 
 
2.1 Установка та методика проведення експериментів 37 
2.2 Дослідження усадки шару харчової рослинної сировини при 42 
сушінні  
2.3 Дослідження кінетики процесу сушіння культивованих грибів 45 
перегрітою парою атмосферного тиску 
2.4 Математичне моделювання процесу сушіння харчової  51 
рослинної сировини 
2.5  Дослідження гідродинамічних закономірностей шару продуктів 57 
рослинного походження 
РОЗДІЛ 3 РОЗРОБКА КОМБІНОВАНИХ РЕЖИМІВ ПРОЦЕСУ 61 
СУШКИ ХАРЧОВОЇ РОСЛИННОЇ СИРОВИНИ ПРИ ЗМІННОМУ 
ТЕПЛОПІДВОДІ 
 
3.1 Раціональні технологічні режими процесу сушіння 61 
культивованих грибів 
3.2 Конструкція роторної сушарки для сушіння харчової рослинної 66 
сировини перегрітою парою 
3.3 Розробка методики інженерного розрахунку сушарки 71 
для культивованих грибів 
  
Висновки 74 
Перелік посилань 75 
 
 
4 
 
 
 
 
 
РЕФЕРАТ 
Магістерська кваліфікаційна робота виконана на аркушах формату А4, 
кількість сторінок – 81,  формул – 99, рисунки – 30, літературних джерел  – 53, 
плакати  виконано на форматі А1 – 10 аркушів. 
Метою є розвиток практичних основ енергозбереження у процесах 
сушіння харчової рослинної сировини при активних гідродинамічних режимах 
та змінному тепло підведенні; розробка рекомендацій щодо проектування та 
впровадження у виробництво високоефективних сушарок, спрямованих на 
мінімізацію питомих теплоенергетичних втрат, підвищення якості готового 
продукту. 
Методи дослідження базується на системному аналізі, аналітичних та 
емпіричних методах вивчення тепломасопереносу, на базі відомих наукових 
досягнень та основних робіт у галузі зневоднення харчових продуктів. Отримані 
залежності, що апроксимують рівняння та результати моделювання 
досліджуваних процесів, достеменні експериментальним даним, що 
підтверджено статистичною обробкою результатів. 
Новизна отриманих результатів.  Розроблено новий підхід у створенні 
енергоефективних способів сушіння та тепловологої обробки харчової рослинної 
сировини на основі розвитку принципів енергозбереження з утилізації та 
рекуперації вторинних ресурсів, спрямованих на раціональне використання 
матеріальних та енергетичних ресурсів, охорону навколишнього середовища, що 
досягається моделюванням та оптимізацією перспективних конструкцій 
сушильних апаратів. 
Ключові слова: тепломасоперенос, сушарки, зневоднення, рекуперація, 
масообмін, рослинна сировина, теплоносії , енергозбереження. 
 
 
 
5 
 
 
 
 
ABSTRACT 
The master's qualification work is made on A4 format sheets, the number of pages 
is 81, formulas are 99, figures are 30, literary sources are 53, posters are made on A1 
format - 10 sheets. 
The goal is to develop the practical foundations of energy saving in the processes 
of drying food plant raw materials with active hydrodynamic regimes and variable heat 
supply; development of recommendations for the design and implementation in the 
production of highly efficient dryers aimed at minimizing specific thermal energy losses 
and improving the quality of the finished product. 
Research methods are based on system analysis, analytical and empirical 
methods of studying heat and mass transfer, on the basis of known scientific 
achievements and major works in the field of dehydration of food products. The 
resulting dependencies approximating the equation and the results of modeling the 
studied processes are verifiable by experimental data, which is confirmed by statistical 
processing of the results. 
The novelty of the obtained results. A new approach has been developed in the 
creation of energy-efficient methods of drying and heat-moisture processing of food 
plant raw materials based on the development of principles of energy saving from the 
utilization and recovery of secondary resources, aimed at the rational use of material 
and energy resources, environmental protection, which is achieved by modeling and 
optimization of promising designs of drying devices. 
Key words: heat and mass transfer, dryers, dehydration, recuperation, mass 
exchange, vegetable raw materials, heat carriers, energy saving. 
 
 
 
 
 
6 
 
 
 
 
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 
a – коефіцієнт температуропровідності, м2/с; 
с – питома теплоємність, Дж/(кг K); 
D, d – діаметр, м; 
F – площа, м2; 
G – маса продукту, кг; продуктивність кг/с; 
g = 9,81 м/с2 – прискорення вільного падіння; 
H, h – висота, м; 
I, i – ентальпія, кДж/кг; 
L - Довжина, м; 
l – геометрична характеристика, м; 
m – маса, кг; 
Рк, p – тиск, Па; 
ΔP – перепад тиску, Па; 
Q – продуктивність, кг/год; масова частка теплоти, кДж/год; 
q –питоме навантаження на газорозподільні ґрати, кг/м2; 
qm – інтенсивність вологовіддачі, кг/(м2с); 
qс – питома швидкість тепловиділень при фазовому перетворенні вологи; 
R, r – радіус, половина сторони частки; м; 
α– коефіцієнт теплообміну, Вт/(м2K); 
β – коефіцієнт вологовіддачі, м/с; 
δ – товщина шару, м; 
ε – відносна порізність шару; 
η – коефіцієнт корисної дії; ефективна в'язкість, Па·с; 
λ – коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м K); 
μ – коефіцієнт динамічної в'язкості, Па с; 
ν – коефіцієнт кінематичної в'язкості, м2/с; 
ρ – щільність, кг/м3; 
τ – час, с; 
φ – кут, град; частка вільного перерізу грат; 
t(τ , r ) – температура частки продукту, K; 
u(τ , r ) – вміст вологи вмісту частинки продукту, кг/кг; 
aт – коефіцієнт дифузії вологи, м2/с; 
C – концентрація розподіленої вологи, кг/кг. 
 
7 
 
 
 
 
ВСТУП 
Формування сучасного типу харчової та переробної промисловості з 
високою інноваційною складовою та новим технологічним укладом вимагатиме 
певного часу та масштабних інвестицій, створення нових технологій та 
обладнання та впровадження нововведень у виробництво. Поряд із цим 
відбуватиметься процес залучення до господарського обігу нових видів 
сировини, допоміжних матеріалів, нових джерел та видів енергії. Новий 
технологічний уклад у галузях харчової та переробної промисловості зі 
створенням сучасної інфраструктури стане джерелом економічного зростання, 
здатним створити конкурентні переваги вітчизняним виробникам харчової 
продукції як на внутрішньому, так і на зовнішньому продовольчому ринку. 
Актуальність теми. Сфера зберігання та переробки сільськогосподарської 
продукції є найбільш розвиненою. Питома вага підприємств, які здійснюють 
технологічні інновації у переробній промисловості, становлять лише 9,5 %. 
Недостатні темпи техніко-технологічної модернізації підприємств не 
забезпечують необхідного рівня конкурентоспроможності виробництв. Досить 
істотною є залежність нашого сільського господарства від зарубіжних країн у 
науково-технологічному відношенні. Основними технологічними стадіями 
виробництва харчових концентратів є сушіння та вологотеплова обробка 
харчової рослинної сировини, в яких все частіше в якості теплоносія 
використовується перегріта пара. Недостатня вивченість процесів сушіння 
харчових продуктів перегрітою парою, невиправдане побоювання за збереження 
харчової цінності та смакових якостей готового продукту перешкоджають 
розробці загальної методики розрахунку процесів, ускладнюють вибір 
оптимальних режимів обробки та стримують впровадження цих процесів у 
харчову промисловість. 
У зв'язку з цим дуже актуально вивчення механізму тепло- та масообміну 
та основних кінетичних закономірностей процесів сушіння харчових продуктів 
8 
 
 
 
перегрітою парою, а також необхідна розробка обладнання, нових способів 
виробництва та управління процесами, в яких можливо було б використання 
перегрітої пари як теплоносій. Один із стримуючих факторів ширшого 
застосування перегрітої пари – відсутність сучасних енергозберігаючих 
технологій та високопродуктивного обладнання. 
У даній роботі наступні задачі дослідження: 
– розробка практичних підходів до енергозбереження у процесах сушіння 
та тепловологої обробки рослинної сировини з можливістю оперативного 
пошуку найкращого компромісу між якістю готового продукту та питомими 
енергетичними витратами; 
– вивчення впливу енергозберігаючих режимів сушіння на показники 
якості висушених продуктів; 
 – розробка математичної моделі динаміки руху, тепло- та масообміну при 
сушінні рослинної сировини в щільному шарі; 
– розробка інженерних методів розрахунку запропонованих 
перспективних конструкцій сушарок та варильно-сушильних апаратів для 
реалізації процесів сушіння та тепловологості при змінному теплопідведенні. 
Об’єкт дослідження: варильно-сушильні апарати для харчової сировини.  
Предмет дослідження:  процеси тепло- та вологопереносу при сушінні та 
зневодненні харчових інгредієнтів. 
Практичне значення одержаних результатів. Комплексні теоретичні та 
експериментальні дослідження, результати математичного моделювання, а 
також аналіз роботи сушильних установок і варильно-сушильних апаратів з 
використанням теплоносія перегрітої пари дозволили розробити методологічні 
підходи до створення високоефективних способів сушіння 
 
 
 
 
 
9 
 
 
 
 
РОЗДІЛ 1  
СУЧАСНИЙ СТАН ТЕХНІКИ 
І ТЕХНОЛОГІЇ СУШКИ ХАРЧОВОЇ РОСЛИННОЇ СИРОВИНИ 
1.1 Огляд техніки та технології сушіння 
харчової рослинної сировини 
Устаткування, що використовується для сушіння харчових інгредієнтів, 
може бути різної конструкції і поділяється за режимом роботи (періодичне, 
безперервне), станом шару (щільний, нерухомий, насичений, киплячий тощо), 
видом використовуваного теплоносія (повітря, газ, пара, відпрацьовані гази 
тощо), способом теплопередачі (конвекція, теплопровідність, випромінювання, 
діелектрик тощо), тиском повітря в сушильній камері (атмосферний, вакуум, 
сублімація, сушіння тощо), тиском повітря в сушильній камері (атмосферний, 
вакуум, сублімація, сушіння тощо). сушіння тощо), та тиску повітря в сушильній 
камері (атмосферний, вакуумний, заморожування, сушіння тощо). Залежить від 
тиску повітря в сушильній камері (атмосферний тиск, вакуум, сублімація тощо). 
Конструкція сушарки повинна, перш за все, забезпечити рівномірне 
нагрівання та сушіння продукту при надійному контролі його температури та 
вологості. Сушарки повинні мати досить високу продуктивність, можливо 
меншу металоємність, але при цьому повинні бути економічними по питомих 
витрат теплоти та електроенергії. 
Конвеєрні сушарки являють собою конвеєрні камери, всередині яких 
розташовані конвеєри та оснащені вентиляційним обладнанням. 
Сушіння продукту в них здійснюється чистим, нагрітим у парових або 
вогневих калориферах повітрям, температура якого залежить від виду продукту, 
що висушується, і вологості [11, 27, 28]. 
Існують двоярусні та багатоярусні конвеєрні сушарки, в яких матеріал 
перемішується, пересипаючись із однієї стрічки на іншу. До конвеєрних сушарок 
10 
 
 
 
відносяться Г4-КСК-90 (для сушіння картоплі та овочів), СКО-90 (для сушіння 
овочів та фруктів), СПК-4Г та інші [28, 101]. 
Для сушіння шматочків окремих видів сировини використовується 
горизонтальна стрічкова сушарка DNTK (рис. 1.1). На сушіння повинні 
надходити шматочки сировини лише одного типу. Продукт надходить на 
сушарку, розкладається за допомогою конвеєра-укладача і рухається 
конвеєрною стрічкою, пересипаючись з однієї стрічки на іншу. 
 
Рисунок 1.1 – Горизонтальна сушарка DNTK 
 
Температура повітря для сушіння 55…650С з метою найбільш повного 
збереження в кінцевому продукті вітаміну С та інших цінних компонентів 
сировини. Вологість  продукту 6 ... 14%. Тривалість сушіння складає 18 годин. 
Конвеєрна стрічкова сушарка Г4-КСК-90 (рис. 1.2) має корпус 3, усередині якого 
розташовані п'ять стрічкових транспортерів один над одним. 
Продукт, що завантажується транспортером 2 на верхню стрічку, 
послідовно переміщається з однієї стрічки на іншу зверху вниз і виходить з 
нижньої стрічки з боку, протилежного до місця завантаження продукту в 
сушарку. 
На транспортері встановлений розкладник 1 скребкового типу, який 
рухаються від автономної приводної станції 12. Для підігріву повітря між 
11 
 
 
 
стрічками транспортерів встановлені підігрівачі, кожен з яких забезпечений 
власним підведенням пари і відведенням конденсату. 
 
Рисунок 1.2 – Конвеєрна стрічкова сушарка Г4-КСК-90: 
1 – розкладач; 2 – транспортер; 3 – металевий корпус; 4 – витяжна камера; 
5 – автономний привід; 6 – осьовий вентилятор; 7 – клапан; 8 – сходи; 9 – 
повітропровід; 10 – станція; 11 - щит управління; 12 - приводна станція 
 
Повітря надходить під нижню стрічку, а потім послідовно проходить через 
підігрівачі   вище розташовані стрічки. Вологе повітря видаляється через витяжні 
камери 4, за допомогою осьових вентиляторів 6 через повітропроводи 9. Витяжні 
камери забезпечені клапанами 7 для регулювання відведення сушильного агенту 
[35]. 
Для перемішування продукту з метою рівномірного сушіння і запобігання 
злипання на початку верхнього стрічкового конвеєра встановлений зворушник-
розрівнювач, що приводиться в рух від автономного приводу 5. Для приводу 
стрічкових конвеєрів сушильної камери служать дві станції 10: одна надає руху 
перший, третій і п'ятий, інша - другий і четвертий конвеєри. Для зручності 
обслуговування сушарка комплектується сходами 8, а також передбачено щит 
управління 11. 
12 
 
 
 
Сушарка СКО-90 (рис. 1.3) з калориферами на рідкому паливі є закритою 
теплоізольованою камерою 4, всередині якої розташовані один над іншим п'ять 
стрічкових конвеєрів. Кожен із конвеєрів зміщений щодо іншого для 
пересипання продукту з однієї стрічки на іншу. Для завантаження продукту в 
сушильну камеру і рівномірного розподілу його по ширині конвеєрної стрічки 
передбачений завантажувальний конвеєр 3, який рухається від приводної станції 
2. Для перемішування продукту над верхніми гілками трьох конвеєрів 
передбачені зворушувачі. 
Для очищення стрічок від продукту, що прилип, під нижніми гілками двох 
верхніх конвеєрів встановлені щітки. Для очищення поверхонь барабанів 
передбачено скребки. Теплогенератори 10 призначені для нагрівання агенту 
сушіння повітря без безпосереднього контакту його з продуктами згоряння 
(нагрів повітря здійснюється через стінку теплообмінника). Теплогенератори 
з'єднані послідовно (попарно у кожному контурі теплоносія). 
 
Рисунок 1.3 – Сушарка СКО-90  
1 - щит управління; 2 – привідна станція; 3 – завантажувальний конвеєр; 
13 
 
 
 
 4 – теплоізольована камера; 5 – колектор; 6 – витяжні короби; 7 – опора; 
8, 9 – відцентрові вентилятори; 10 – теплогенератори; 11 – повітропровід 
 
Система циркуляції агенту сушіння являє собою два замкнутих контури, 
кожен з яких входять відцентрові вентилятори 8 і 9, круглі повітроводи 11, 
колектори 5, витяжні короби 6, конфузори, сушарка і теплогенератори. 
Управління теплогенераторами та сушаркою здійснюється зі щита управління 1. 
Завантажуваний матеріал рівномірно розподіляється по ширині похилого 
конвеєра і надходить перший конвеєр сушильної камери. Аналогічно 
відбувається рух продукту на інших конвеєрах до виходу з сушарки. Під час 
сушіння підігріте повітря проходить через продукт зверху донизу та частково 
викидається в атмосферу. 
Конвеєрна сушильна установка СД-150 (рис. 1.4) є чотири стрічковою 
сушильною камерою. Завантаження та вивантаження продукту виконуються з 
одного торцевого боку. Принцип дії даної конвеєрної сушарки заснований на 
конвективно-радіаційному способі сушіння, тобто сушіння виробляється 
нагрітим повітрям при дії інфрачервоного випромінювання. Здійснюється 
примусова циркуляція сушильного агенту (повітря) усередині сушильної 
камери. 
Підготовлений продукт розкладається на сітчасту стрічку шириною 1,8 м, 
яка безперервно рухається. Сушильна установка дозволяє завантажувати до 2,3 
кг продукту на 1 м2. Сумарна робоча площа поверхні полотна конвеєра складає 
75 м2. Перша стрічка сушарки поєднана із завантажувальним похилим 
транспортером. Для переміщення стрічок використовується привод із 
безступінчастим регулюванням. Стрічки 1 та 2 наводяться рух приводом 1, 
стрічки 3 і 4 - приводом 2. 
14 
 
 
 
 
Рисунок 1.4 – Конвеєрна сушильна установка СД-150 
 
Максимально можлива швидкість руху конвеєра становить 1 м/хв, 
мінімальна – 0,2 м/хв. Як джерело теплоти застосовуються трубчасті 
електронагрівачі (ТЕНі). Установка має електричну потужність 150 кВт. 
Конвеєрна сушарка ЧСП-1М (рис. 1.5) складається з сушильної камери 3 із 
завантажувальним елеватором 4, змішувальної камери 1, вентилятора 2 з 
приводом, розрівнювача 5 та виносних транспортерів. Працює за принципом 
протитечії. Сушильна камера закрита з усіх боків, виготовлена з чавунних плит 
та панелей з листової сталі. У сушильній камері в чотири ряди встановлені 
пластинчасті конвеєри з перекидними пластинами, в результаті обидві гілки 
кожного конвеєра використовуються як робочі поверхні. 
15 
 
 
 
 
Рисунок 1.5 – Сушарка ЧСП-1М 
 
Камера має шлюзовий затвор 6 для вивантаження висушеного продукту. 
Рух конвеєрів та механізмів сушильної камери – від головного приводу. 
Завантажувальний елеватор кріпиться до сушильної камери, на ньому 
змонтовано пристрій, що розрівнює, з індивідуальним електроприводом. 
Теплообмінник 7 є камерою, зібраною з чавунних плит. У передній та 
задній плитах співвісно розташовані гнізда, в які вмонтовано калориферні труби. 
Сушильна установка (рис. 1.6) включає корпус 1 бункер завантаження 2 з 
ротаційним живильником 3, що має регульований привід, секціоновані патрубки 
4 для підведення теплоносія, патрубок 5 для відведення відпрацьованого 
теплоносія, вивантажувальний лоток 6 для вивантаження висушеного продукту 
з установки. 
16 
 
 
 
 
Рисунок 1.6 – Сушарка: 1 – корпус, 2 – бункер завантаження, 
3 – ротаційний живильник, 4 – секціонуванні патрубки, 5 – патрубок для 
відведення відпрацьованого теплоносія, 6 – вивантажувальний лоток, 
7 – перфорована стрічка, 8, 9, 10, 11 – барабани, 12 – напрямні, 
13, 14 – пази, 15 – перфоровані напрямні, 16 – пневмоциліндри, 
17 – ролики, 19 – напрямні 
 
Усередині корпусу 1 установки встановлений транспортер, що складається 
з гнучкої перфорованої стрічки 7 і чотирьох барабанів 8, 9, 10 і 11. Три барабани 
8, 9, 10 виконані нерухомими, а четвертий барабан 11 виконаний з можливістю 
горизонтального переміщення вздовж напрямних 12. Секціонуванні патрубки 4 
для підведення теплоносія встановлені між верхньою робочою та нижньою 
холостою гілками транспортера. Вони виконані з можливістю переміщення в 
горизонтальній площині по напрямних 19. 
Гнучка перфорована стрічка 7 рухається приводом, який встановлений на 
приводному барабані 9. Робоча верхня гілка стрічки 7 виконана горизонтальною 
і під нею встановлені з певним кроком ролики 17, причому вони мають 
можливість переміщатися в горизонтальній площині по пазах 13. Стрічка 7 
огинає натяжний 11 та приводний барабан 9, який у свою чергу з'єднаний з 
приводом. 
Натяжний барабан 11 має можливість переміщення горизонтальної 
площини для компенсації зміни довжини стрічки 7 при переміщенні роликів 17 
17 
 
 
 
вертикальної площини. Робоча верхня гілка стрічки 7, контактуючи з роликами 
17, що переміщаються у вертикальній площині за допомогою пневмоциліндрів 
16, утворює хвилю. 
Секційна сушарка (рис. 1.7) включає корпус 1, завантажувальний бункер 2 
з ротаційним живильником 17, патрубок 3 для відведення відпрацьованого 
сушильного агенту, два ланцюгових транспортера 4, бункер вивантажувальний 
5 для вивантаження висушеного продукту з сушарки, патрубок 3 сушильного 
агенту, гравітаційні зворушувачі 7, сітчасті пластини 8, верхню 9 і нижню 14 
напрямні, регульований привід 10. 
 
Рисунок 1.7 – Сушарка: 1 - корпус; 2 – завантажувальний бункер;  
3 – патрубок для відведення відпрацьованого сушильного агенту;  
4 – ланцюгові транспортери; 5 – вивантажувальний бункер; 6 - патрубки 
для підведення сушильного агенту; 7 – гравітаційні зворушувачі; 8 – сітчасті 
пластини; 9 – верхня напрямна; 10 - регульований привід; 11 – пази; 12 – осі; 
13 - ланцюгові зірочки; 14 - нижня напрямна; 15 – похилі лопатки;  
16 – вирівнювач висоти; 17-живильник 
У бічних стінках корпусу 1 розташовані паралельні горизонтальні пази 11 
з ланцюговими транспортерами 4, що знаходяться в них, на яких з певним 
кроком розташовані сітчасті пластини 8 (рис. 1.8). Паралельні горизонтальні 
18 
 
 
 
пази 11 закінчуються в зоні вивантаження висушеного продукту. Сітчасті 
пластини 8 закріплені шарнірно за допомогою осей 12 на ланках ланцюгових 
транспортерів 4. Два ланцюгових транспортера 4 натягнуті між чотирма парами 
ланцюгових зірочок 13. 
 
 
Рисунок 1.8 – Схема переміщення Рисунок 1.9 – Механізм 
сітчастих пластин із вертикального вивантаження висушеного продукту з 
положення у горизонтальне поверхні сітчастої пластини у 
вивантажувальний бункер 
 
На верхній робочій частині ланцюгових транспортерів 4 над сітчастими 
пластинами 8 розміщені гравітаційні зворушувачі 7, що є похилими лопатками 
15 клиноподібної форми (рис. 1.9). За лопатками 15 встановлений вирівнювач 
висоти шару продукту, що обробляється 16, який встановлює задану висоту шару 
продукту. 
Ланцюгові транспортери 4, з розташованими на них з певним кроком 
сітчастими пластинами 8, наводяться в рух регульованим приводом 
10,контактують з горизонтальним пазом 11, забезпечують переміщення 
сітчастих пластин 8 з вертикального положення горизонтальне. 
Режим роботи регульованого приводу 10 може змінюватись в залежності 
від необхідного режиму сушіння: він може здійснювати безперервний рух; і 
періодичний рух. 
19 
 
 
 
Гідродинамічний режим переміщення продукту, що висушується в 
поєднанні із заданими параметрами сушильного агенту дозволяє вибрати 
оптимальний режим сушіння з урахуванням зміни вмісту вологи продукту. 
Вченими які займалися даними питаннями була запропонована установка 
для сушіння сипких термолабільних матеріалів в киплячому шарі при 
осцилюючих режимах [40]. Відмінною особливістю сушарки (рис. 1.10) є те, що 
ротор забезпечений приводом, що забезпечує через задані інтервали часу 
поворот його на кут, що відповідає розмірам секторного відсіку, і в кожному 
положенні відбувається зворотно-поступальне переміщення ротора щодо своєї 
осі за заданою програмою залежно від властивостей матеріалу. 
Газорозподільні грати, розділені за допомогою газонепроникних 
теплоізольованих стінок на секторні відсіки з підключеними в шаховому порядку 
трубопроводами агенту сушіння та охолоджуючого повітря утворюють «гарячі» 
та «холодні» зони. 
Така конструкція установки дозволяє здійснити глибоке зневоднення  
матеріалів які довго сохнуть, що містять важко видалену вологу, в режимі 
високочастотного осцилюючого процесу сушіння. 
 
Рисунок 1.10 – Установка для сушіння сипких термолабільних матеріалів:  
1 – корпус сушарки; 2, 3 – газорозподільні грати; 4 – відсіки сушильної камери; 
5, 6, 7 – повітроводи;8, 9 – зони сушіння; 10 – ротор; 11 - лопаті ротора;  
12 - завантажувальний бункер;13, 14 – лотки; 15 - грати для навантаження 
продукту; 16 – вентилятор 
20 
 
 
 
Для теплової обробки термолабільних продуктів цікавить безперервно 
діюча установка з осцилюючим режимом сушіння [25], в якій поєднується 
сушіння та охолодження окремих порцій матеріалу з безперервною роботою 
(рис. 1.11). 
Осцилюючий режим сушіння забезпечується подачею нагрітого та 
холодного повітря у відповідні зони сушарки. Кожна секція обслуговується 
самостійним вентилятором, причому забезпечується можливість роботи 
сушарки на ступінчастих режимах сушіння з подачею в окремі зони сушильного 
агенту та повітря, що охолоджує. 
Перспективним напрямом підвищення ефективності використання 
теплоти сушильного агенту є вдосконалення технологічних режимів, оскільки на 
проведення теплових процесів витрачається приблизно 55 % теплоти [9, 36-41]. 
Останнім часом під час проведення сушіння дедалі ширше застосування 
знаходять теплові насоси. Вони дозволяють досягти високої енергетичної 
досконалості сушарок за рахунок рекуперації, використання та утилізації 
теплоти відпрацьованого теплоносія [4, 16, 35]. 
У тепловому насосі теплота відпрацьованого сушильного агенту в 
результаті витрати механічної енергії в компресорі переходить від 
низькотемпературного потенціалу більш високий температурний рівень 
робочого сушильного агенту. Це дозволить суттєво зменшити витрати енергії (до 
30%). У цьому відношенні значний інтерес представляє дослідження, пов'язане з 
розробкою ресурсозберігаючих процесів сушіння зерна злакових та насіння 
олійних культур з використанням теплових насосних технологій [16]. 
 
21 
 
 
 
 
Рисунок 1.11 –  Схема роторної сушарки  в киплячому шарі 
 
Сушіння продукту проводиться в гравітаційному шарі, причому 
сушильний агент, що подається на сушіння, попередньо нагрівається в 
конденсаторі і осушується у випарнику теплового насоса ТН. Застосування 
теплового насосу дозволяє керувати відносною вологістю та температурою 
сушильного агенту. 
 
1.2 Теоретичне моделювання процесу сушіння харчової 
рослинної сировини 
 
Використовуючи закони збереження енергії, речовини та закони 
перенесення, А.В. Ликов та Ю.А. Михайлов отримали систему диференціальних 
рівнянь, що описує волого- та теплоперенесення у вологих продуктах, у будь-
яких умовах. 
22 
 
 
 
                                         (1.1) 
Коефіцієнти k11, k22 , k33 або в загальному вигляді kii характеризують прямі 
ефекти перенесення відповідних потоків теплоти, що виникають за рахунок Т, 
молекулярного перенесення вологи, обумовленого θm, та молярного перенесення 
пару, викликаного p; коефіцієнти kik характеризують ефекти накладання на 
основний потік супутніх потоків, наприклад k12 – характеризує вплив на 
перенесення теплоти потоку маси (вологи) рахунок θm тощо. 
Кінетичні коефіцієнти визначаються за такими формулами: 
 
. 
де am – коефіцієнт дифузії вологи; ap – коефіцієнт молярного перенесення 
пари;  δ – відносний коефіцієнт термодифузії; cm – питома ізотермічна масо 
місткість вологого тіла; спр – наведена питома теплоємність вологого тіла; λm – 
коефіцієнт молекулярної волого провідності; λp – еквівалентний коефіцієнт 
молярного перенесення вологи; сmp – питома масо місткість вологого тіла по 
відношенню до речовини при його молярному перенесенні; δp – відносний 
коефіцієнт молярного потоку вологи. 
При виведенні системи рівнянь (1.1) передбачалося, що пара в порах і 
капілярах продукту знаходиться в термодинамічній рівновазі з рідиною, тому 
температура вологи дорівнює температурі сухої речовини. 
Система рівнянь (1.1) є найбільш загальною, вона справедлива для будь-
якого виду вологотеплопереносу, але за умови сталості коефіцієнтів. Однак її 
вирішення є досить проблематичним через непостійність коефіцієнтів k11 – k33 та 
відсутність знання законів зміни T, θ і P у просторі. 
23 
 
 
 
При нагріванні вологого капілярно-пористого тіла, коли молекулярне 
перенесення вологи всередині відбувається під дією градієнтів потенціалів θ , t і 
p, граничні умови тепломасообміну мають вигляд: 
                                         (1.2) 
                                                   (1.3) 
                                                                                        (1.4) 
Процес сушіння капілярно - пористих зернових продуктів розглядається як 
пов'язаний тепломасообмін, при якому градієнт тиску p = 0. Тоді згідно [10] поле 
температури і вмісту вологи в кулі діаметром 2R розглядається в сферичних 
координатах ( r, τ), тобто θ=θ(r, t), u =u(r, t). Тоді пов'язаний тепломасоперенос 
у кулі описується системою диференціальних рівнянь у приватних похідних 
другого порядку: 
                                            (1.5)   
                                           (1.6)  
з граничною умовою третього роду для рівняння теплопровідності: 
                                                           (1.7) 
та для рівняння перенесення вологи: 
                                                   (1.8) 
початковими умовами у загальному вигляді: 
                                                        (1.9) 
В даний час робляться лише перші спроби отримати рівняння механіки 
однокомпонентної двофазної дисперсної суміші з фазовим перетворенням [16]. 
24 
 
 
 
У цьому плані представляє практичний інтерес математична модель тепло- і 
масопереносу в рухомому шарі дисперсного матеріалу, розроблена А.С. Бомко: 
          (1.10) 
При цьому було використано рівняння перенесення внутрішньої енергії, 
рівняння безперервності, питомі потужності джерел тепла та вираз дифузійного 
потоку вологи у формі, представленій А.В. Ликовим та Ю.А. Михайловим [17, 
18]. 
Пропозиції, висунуті А.С. Бомко, значною мірою виправдані при розгляді 
конвективного сушіння солоду. О.М. Кашурін та В.А. Домарецький 
запропонували математичну модель процесу конвективного сушіння солоду у 
щільному шарі, викладеному в [16]. У модель входять: 
- диференціальні рівняння балансу вологи та теплоти 
                   (1.11) 
         (1.12) 
- рівняння для розрахунку усадки шару: 
            (1.13) 
- співвідношення між відносним і абсолютним вмістом вологи солоду: 
 
- лінійна залежність порізаності шару від його вмісту вологи: 
25 
 
 
 
                                                                           (1.14) 
де a1 та a2 – постійні величини; 
- відносна вологість сушильного агенту, яка визначалася за формулою: 
                                                                              (1.15) 
де uн – вміст вологи  насиченого сушильного агенту при атмосферному 
тиску залежно від температури визначено з виразу: 
                                                                 (1.16) 
разом із граничними умовами: 
                                                    (1.17) 
а також:          
                              (1.18) 
В роботі  Рідко В.І.  стаціонарний режим конвективного сушіння зерна в 
рухомому шарі описується наступною системою рівнянь: 
                            (1.19) 
Обмеження по вмісту вологи, температурі зерна і температурі сушильного 
агенту були представлені у вигляді: 
                       (1.20) 
26 
 
 
 
Більш складними є моделі, засновані на математичному описі полів вмісту 
вологи і температур продукту і сушильного агенту. Як приклад розглянемо 
модель, яка спільно з початковими та граничними умовами має вигляд: 
                    (1.21) 
 
З початковими умовами:   
                                                             (1.22) 
І граничними умовами           : 
                     (1.23) 
де R – радіус частки; А, В – емпіричні коефіцієнти; x, r – координати по 
довжині сушильної камери та радіусу зернівки. 
Наведена система двох рівнянь описує процес сушіння зерна в щільному 
та киплячому шарах за умови перехресного руху матеріалу та агенту сушіння. 
До основних математичних моделей тепло- і масопереносу в щільному 
шарі дисперсного матеріалу, безумовно, відноситься модель, розроблена А.С. 
Гінзбург [35]: 
                  (1.24) 
27 
 
 
 
де а – коефіцієнт температуропровідності, м2/с;  
r – теплота фазового переходу, кДж/кг;  
ε – критерій фазового перетворення;  
u - питомий вміст вологи, кг/кг. 
У зв'язку з обмеженими можливостями постановки та проведення 
експериментів для вивчення кінетики сушіння зернопродуктів у шарі В. Ф. 
Фроловим [168] було розроблено методику розрахунку, що дозволяє визначити 
режимні параметри процесу. Методика заснована на ряді припущень: 
сферичність і дисперсність частинок, лінійність залежності швидкості сушіння 
від поточного вмісту вологи матеріалу, можливість знехтувати внутрішнім  
тепломасопереносом. 
Це дозволило отримати такі аналітичні формули: 
                  (1.25) 
        .                 (1.26) 
У зв'язку з необхідністю розрахунку α згідно з рекомендаціями М. Е. 
Аерова, О. М. Тодеса та Д. А. Наринського [11] прийнято розрахункове 
співвідношення для критерію Нуссельта: 
                                                                (1.27) 
Для розрахунку нестаціонарних полів вологовмісту використано формулу: 
                        (1.28) 
Середнє за шаром значення вмісту вологи продукту визначається за 
формулою:  
(1.29) 
28 
 
 
 
Для розрахунку нестаціонарних полів температури матеріалу прийнято 
апроксимуюче співвідношення, отримане за умови: 
     (1.30) 
Науковий інтерес представляють математичні моделі здійснення сушіння 
у зваженому шарі [1, 5 - 7, 8, ]. 
Велике значення мають кінетичні моделі, що дозволяють описати процес 
сушіння харчових продуктів при різних методах енергопідведення [2, 3, 9, 15]. 
Зазначимо обмеженість застосування відомих емпіричних рівнянь кривих 
сушіння для шару продукту, коли має місце період прогріву, що 
супроводжується конденсацією вологи з теплоносія. У цьому випадку коефіцієнт 
сушіння не можна прийняти постійним, а поширення рівняння А.В.Ликова, 
отриманого для другого періоду, весь процес сушіння призводить до істотних 
помилок. 
В. В. Красніковим виявлено можливість узагальнення експериментальних 
кривих сушіння, отриманих при різних режимах, у вигляді однієї кривої. Однак, 
на думку А. С. Гінзбурга [35], узагальнення кривих сушіння в одну криву не 
розкриває механізм процесу і не враховує вплив режиму на протікання процесу, 
що необхідно для обґрунтування оптимального режиму сушіння. 
Авторами  розроблено математичну модель процесу сушіння зерна в 
гравітаційному шарі при наступних припущеннях: не враховувалися 
температурні градієнти, термодифузія, розподіл джерел теплоти в одиничному 
зерні; нехтувалося потоками теплоти в зерновому шарі за рахунок 
теплопровідності порівняно з конвективними потоками; не враховувалася усадка 
та градієнт тиску; розподіл полів температур і вмісту вологи розглядалося в 
циліндричній системі координат; одиничне зерно представлялося у вигляді 
циліндра. 
Рівняння розподілу полів вологовмісту: 
29 
 
 
 
                                                       (1.31) 
Рівняння розподілу температурних полів: 
                          (1.32) 
                                .                                  (1.33) 
Граничні умови: 
                                      (1.34) 
Початкові умови: 
                                                     (1.35) 
Умови симетрії:  
                                                  (1.36) 
Система рівнянь (1.31) – (1.36) наведена до безрозмірного виду та 
представлена системою узагальнених диференціальних рівнянь: 
                                    (1.37) 
                                              (1.38) 
                         (1.39) 
                                  (1.40) 
30 
 
 
 
                                                            (1.41) 
З граничними умовами:  
                                                                 (1.42)  
З початковими умовами: 
                                                                     (1.43) 
та умовами сполучення: 
                                                                                         (1.44) 
Отриману систему диференціальних рівнянь (1.37) – (1.44) вирішено 
методом Рунге-Кутта. 
Для зерна сферичної форми отримано чисельно аналітичне рішення 
системи рівнянь А.В. Ликова для нестаціонарного процесу сушіння методом 
розкладання модифіковані ряди Фур'є при наступних спрощують припущеннях: 
градієнт тиску дорівнює нулю; коефіцієнти теплопровідності, дифузії вологи, 
відносний коефіцієнт термодифузії усереднені та набували постійних значень; 
одиничне зерно представлялося у формі кулі з радіусом Rекв. Система рівнянь 
А.В. Ликова представлена рівняннями у сферичній системі координат: 
                                (1.45) 
                               (1.46) 
З граничними умовами: 
        (1.47) 
31 
 
 
 
І початковими умовами: 
                     .                                  (1.48) 
Після заміни змінних r – просторова координата, віднесена до 
еквівалентного радіусу кулі;  – безрозмірна температура 
тіла, віднесена до температури середовища θc ; U=u/u0 – безрозмірний вміст 
вологи тіла, віднесений до початкового вмісту вологи u0, отримали безрозмірну 
форму цих рівнянь: 
               (1.49) 
з граничними умовами третього роду на кульовій поверхні зерна: 
               (1.50) 
З початковими умовами: 
                                                                              (1.51) 
При використанні сферичної системи координат, де r=0 є особливою 
точкою, до співвідношень (1.50), (1.51) необхідно додати умову обмеженості 
рішення:                                                        
                                                      .                                              (1.52) 
  Для вирішення задачі (1.49)-(1.52) використано метод розкладання 
невідомих функцій за модифікованими рядами Фур'є. Подібні ряди Фур'є мають 
властивість підвищеної збіжності і допускають можливість диференціювання. 
Застосовуваний метод розкладання невідомих функцій у модифіковані ряди 
32 
 
 
 
Фур'є дозволив спростити граничні умови та отримати рішення системи (1.49) – 
(1.52) у вигляді:        
                                                                (1.53) 
Диференціальні рівняння А.В. Ликова авторами [24] представлені із 
співвідношень балансу тепла та маси у матеріалі та теплоносії у вигляді: 
                             (1.54) 
Використовуючи асимптотичне розкладання задачі Коші для підсистеми 
температурних рівнянь (1.54) та метод прикордонних функцій отримано рішення 
у такому вигляді: 
 
       (1.55) 
33 
 
 
 
Використання даної моделі для визначення температурних полів у 
частинці вимагатиме дуже трудомісткої ідентифікації її параметрів за 
експериментальними даними. Тим більше, модель не враховує геометрію частки, 
а її можливості розраховані тільки для періоду скорочення сушіння. 
Істотним внеском у розвитку наукових основ сушіння та теплової обробки 
харчової рослинної сировини з використанням перегрітої пари слід визнати 
дослідження, виконані А. Н. Остриковим [18]. Їм сформульована та 
експериментально підтверджена модель процесу сушіння круп перегрітою 
парою, що дозволяє розраховувати не тільки середньо об'ємні значення 
температури та вмісту вологи продукту, але і тривалість процесу з урахуванням 
зволоження продукту в періоді прогріву за рахунок конденсації пари: 
          (1.56) 
B отриманої математичної моделі (1.56) невідомими були щільність 
крупинок на межі zo, коефіцієнт винесення a коефіцієнт перемішування D. Дана 
модель може бути для оптимізації та управління процесом сушіння круп в 
псевдозрідженому шарі перегрітою парою атмосферного тиску. 
 
 
1.3 Використання перегрітої пари 
атмосферного тиску для сушіння харчової рослинної сировини 
 
Широке поширення останнім часом набуло використання 
високотемпературних інертних теплоносіїв (перегрітої пари) як сушильний 
34 
 
 
 
агент. Дослідження у сфері сушіння дисперсних матеріалів перегрітою парою 
знайшли свій відбиток у роботах ряду вчених [50-52]. 
Як зазначають багато вчених, через інертність перегрітої пари внаслідок 
відсутності в ній кисню термолабільних харчові продукти можна сушити при 
підвищених температурах. Підвищення середньої температури сприяє 
збільшенню коефіцієнтів термо- та волого провідності. Якісно змінюється 
механізм перенесення вологи та на поверхні продукту. Це зумовлює якісну зміну 
механізму перенесення всередині та на поверхні матеріалу: домінуючу роль у 
перенесенні вологи починає грати не дифузійний (молекулярний), а 
макроскопічний (молярний) механізм перенесення. Випаровування вологи 
переходить у її випарку, що значно інтенсифікує фазове перетворення. Це 
пов'язано з усуненням опору в прикордонному шарі на межі розділу фаз 
зважаючи на змішування двох однакових за природою речовин і відсутності 
повітряної плівки на поверхні матеріалу при його сушінні перегрітою парою. 
Підвищення температури матеріалу збільшує плинність вологи, отже, при 
сушінні перегрітою парою утворюються менші градієнти вмісту вологи, ніж при 
сушінні повітрям тієї ж температури. Тому в середовищі перегрітої пари 
матеріал відчуває меншу деформацію, має меншу усадку та більш розвинену 
мікропористу структуру. Крім того, більш висока температура матеріалу 
обумовлює зміну його структури, що дозволяє йому порівняно легко перенести 
усадку. Водопоглинаюча здатність матеріалу при сушінні перегрітою парою 
знижується і не повертається до початкової величини при подальшій тривалій 
витримці. 
Перехід на високотемпературні режими вимагає розробки методів, 
апаратів та способів керування та автоматичного регулювання процесом. Це 
сприятиме вдосконаленню конструкції камер та створенню нових типів 
ефективних та економічних сушарок. 
Багатостадійність сучасних технологічних процесів накладає на сушку 
великі вимоги щодо підтримки необхідної кондиції одержуваного продукту, 
продуктивності сушарок і можливості їх роботи у комплексі з іншими агрегатами 
35 
 
 
 
схеми. У умовах доцільність застосування методу сушіння визначається техніко-
економічними показниками як власне сушіння, і технологічного процесу 
загалом. Останнє дуже важливо, оскільки при задовільних техніко-економічних 
показниках сушіння вона все ж таки може виявитися вузьким місцем 
виробництва через малу продуктивність сушильного обладнання та інших 
причин. 
Тому актуальним завданням сушильної техніки є розробка методів та 
обладнання, що дозволяють забезпечити високопродуктивну, економічну, 
безперервну та якісну сушіння матеріалу. Сушіння вологих матеріалів 
перегрітою водяною парою дозволяє в ряді випадків суттєво змінити й 
інтенсифікувати як сушку, а й технологічний процес у цілому. 
Вищевикладений аналіз свідчить про доцільність використання перегрітої 
пари у створенні ресурсозберігаючих технологій сушіння. 
Підвищення коефіцієнта використання енергії в середовищі перегрітої 
пари обумовлено зниженням незворотних втрат при теплообміні завдяки 
зменшенню різниці температур між матеріалом та агентом сушіння, незворотних 
втрат при дифузії зважаючи на змішування двох однакових за природою 
речовин, а також гідравлічного опору і втрат з витоком агенту сушіння. 
З зростанням температури агенту сушіння теплова перевага використання 
перегрітої пари стає очевиднішою. Незважаючи на велику зміну температури 
перегрітої пари, витрата теплоти на сушіння змінюється незначно, тоді як при 
адіабатичній сушці повітрям він збільшується майже в 2 рази. Пар, що утворився 
з вологи висушуваного матеріалу вільний від повітря, тому його можна 
використовувати для різних енергетичних і технологічних цілей. У умовах є 
реальна можливість як подальшого підвищення теплової ефективності процесу, 
але, головне, організації нових економічних комплексних технологій. 
Використання перегрітої пари дозволяє значно підвищити температуру 
матеріалу при її сушінні. 
36 
 
 
 
Значення коефіцієнтів теплообміну та масообміну між парою та вологим 
матеріалом вищі, ніж у випадку, коли агент сушіння – повітря. Це все призводить 
до інтенсифікації процесу сушіння в середовищі перегрітої пари. 
Переваги пари перед повітрям більшою мірою позначаються у сфері 
високих температур. У цілому нині технологічні властивості матеріалів, 
висушених у середовищі пари, лежать у допустимих практики межах, а деяких 
випадках навіть вище, ніж за м'яких режимах сушіння повітрям. 
При використанні агенту сушіння повітря або топкових газів навіть 
незначна зміна температури призводить до помітної зміни водяної поглинаючої 
здатності середовища. Тому, крім температури, доводиться підтримувати 
заданий вміст вологи агенту сушіння і змінювати його в ході сушіння за певною 
програмою. У середовищі перегрітої пари необхідність регулювання вмістом 
вологи відпадає, оскільки температура мокрого термометра залишається 
постійною. Управління процесом сушіння зводиться у разі лише до регулювання 
температури перегріву пари. 
При сушінні повітрям або топковими газами відпрацьований сушильний 
агент викидається в атмосферу, тоді як при сушінні перегрітою парою основна 
його частина зберігається в контурі рециркуляції. Тому особливо економічними 
є схеми, в яких перегріта пара виходить за рахунок випаровування вологи з 
вологого матеріалу з перегрівом у контурі циркуляції. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
 
 
 
РОЗДІЛ 2 
ПРОЦЕСИ СУШКИ ХАРЧОВОЇ РОСЛИННОЇ СИРОВИНИ 
У КИПЛЯЧОМУ ШАРІ 
2.1 Установка та методика проведення експериментів 
 
Процес сушіння харчової рослинної сировини перегрітою парою 
атмосферного тиску та пароповітряною сумішшю при комбінованих 
гідродинамічних режимах вивчався на експериментальній установці (рис. 2.1 та 
рис. 2.2). Установка включає в себе робочу камеру 7 з газорозподільною 
решіткою, ротаційні дозатори 3 і 6 секторного типу для завантаження та 
вивантаження продукту, 1 привід ротаційних дозаторів, парогенератор 2, 
витяжний дифузор 4, паророзподільник 8, шафа управління установкою 9, 
трубчасті електричні нагрівачі (ТЕН) 10, перехідник 11 та вентилятор 12 з 
циркуляційним трубопроводом 5, а також сполучну арматуру комунікацій. У 
шафі управління 9 змонтовані автоматизовані системи регулювання температури 
теплоносія, засоби вимірювання та регулювання режимних параметрів для 
контролю та управління процесом сушіння зразків продукту. 
Робоча камера 7 має форму паралелепіпеда з розмірами 400х160х600 мм, у 
її нижній частині розташовується газорозподільна решітка. Газорозподільні 
грати мають живий переріз 57,7%. 
До верхньої частини робочої камери прикріплений витяжний дифузор 4 з 
сіткою, що перешкоджає попаданню частинок оброблюваного продукту в 
циркуляційний трубопровід 5. Зверху і знизу робочої камери встановлені 
ротаційні дозатори 3 і 7. Усередині циліндричних корпусів дозаторів 
розташовані вали з приварними пластинами до робочої камери. 
Завантажувальний дозатор має бункер для вихідного продукту, 
вивантажувальний дозатор має розподільний лоток. Регульований привід 
дозаторів забезпечує подачу регульованого вихідного продукту в робочу камеру 
і відведення з неї висушеного продукту. 
 
38 
 
 
 
 
Рисунок 2.1 – Схема експериментальної установки: 
1 – привід ротаційних дозаторів; 2 – парогенератор; 3, 6 – ротаційні 
дозатори;4 – витяжний дифузор; 5 – циркуляційний трубопровід; 7 – робоча 
камера; 8 – паророзподільник; 9 – шафа управління; 10 - трубчасті електричні 
нагрівачі; 11 – перехідник; 12 – вентилятор 
 
У задніх стінках робочої камери та паророзподільника встановлені 
штуцери для введення хромово краплинних термопар (ХКТ), а також для 
з'єднання просторів над та під газорозподільними гратами з U-подібними 
манометрів. У циркуляційному трубопроводі 5 є патрубок з вентилем видалення 
надлишку пари. 
Всередині паророзподільника 8 і перехідника 11 встановлені трубчасті 
електричні нагрівачі (ТЕНи) типу «C», що забезпечують прогрівання установки 
та нагрівання теплоносія до заданої температури. У паророзподільнику 
39 
 
 
 
встановлено дев'ять трубчастих електричні нагрівачів потужністю по 0,5 кВт, а 
в перехіднику – сім трубчастих електричні нагрівачів потужністю по 0,32 кВт. 
 
Рисунок 2.2 – Загальний вигляд експериментальної установки 
 
Робоча камера нижньою частиною кріпиться до паророзподільника 8, який 
з'єднаний за допомогою фланців через перехідник 11 з вентилятором 12. На 
всмоктувальній стороні вентилятора встановлений дифузор, з'єднаний за 
допомогою фланців з циркуляційним трубопроводом 5. У циркуляційному 
трубопроводі 5 є шиберна заслінка. Дифузор забезпечений патрубком, через 
який подається пара парогенератора 2. У нижній частині вентилятора 
встановлений вентиль для видалення конденсату, що утворюється в 
паропроводах і установці. 
Комп'ютерна система контролю над процесом сушіння призначена для 
автоматичного вимірювання, реєстрації температури в робочій камері установки, 
40 
 
 
 
а також управління нагрівальним елементом в залежності від встановленої 
температури теплоносія, що подається. Автоматизована система керування 
температурою теплоносія включає: програмно-апаратний модуль (вимірювач) із 
програмою реєстрації значень температури; хромово краплинних термопар 
(діаметр електродів 0,1 мм) та систему світлової індикації роботи ТЕНів. 
Необхідна температура теплоносія на вході до робочої камери підтримувалася 
роботою ТЕНів за допомогою системи автоматичного регулювання температури. 
За допомогою датчиків – термопар ХКТ, введених у штуцери знизу 
газорозподільних ґрат, знімається електричний сигнал, пропорційний 
температурі теплоносія на вході в шар продукту. До блоку вимірювання 
підключаються термопари, кабель керування силовим блоком, а також кабель 
з'єднання з ПЕОМ. Вимірювач має вбудований блок живлення та підключається 
до мережі 220 В. На його корпусі розташовані кнопка включення та світлодіод, 
що індукує коректність роботи вимірювача. Силовий блок розташовується в 
ланцюзі живлення нагрівального елемента від 220 мережі. 
При досягненні заданого значення температури мікро- ЕОМ подає в 
силовий блок, сигнал на вимкнення навантаження, і аналогічно її включення. З 
метою безпеки в силовому блоці встановлена оптопара, що забезпечує 
гальванічну розв'язку силової мережі з блоком вимірювача і відповідно до 
ПЕОМ. 
Система комп'ютерного контролю та регулювання дозволяє вимірювати 
температуру в діапазоні 15…300 0С у трьох точках робочої камери установки, 
використовуючи як датчики хромово краплинних термоелектричними 
перетворювачами ХКТ-539М, забезпечуючи точність вимірювання в діапазоні 
15…300 0С. Вона дозволяє також задавати та відображати на дисплеї ПЕОМ 
поточні значення температур на стрілочних індикаторах та цифровому вигляді 
та реєструвати виміряні значення температур шляхом запису в текстовий файл з 
табличним форматуванням для позначення певного моменту часу при зміні 
параметрів процесу сушіння. 
41 
 
 
 
За температуру продукту приймалася температура, виміряна термопари, 
введеної в центр частки. Для вимірювання температури теплоносія та продукту 
застосовувалися термопари ізольовані азбестовим шнуром. Точність 
вимірювання температур + _ 1 K. Швидкість теплоносія вимірювалася цифровим 
анемометром АП1. 
Гідравлічний опір шару продукту під час сушіння вимірювали U-
подібними манометрами. Контроль та регулювання режимних параметрів 
процесу сушіння грибів, приводів дозаторів завантаження та вивантаження 
продукту та вентилятори здійснювалися з шафи керування роботою установки. 
Для оцінки енергетичних витрат використовували трифазний лічильник 
активної енергії марки СА3-І670М (на рис. 2.1 не показано). Для проведення 
досвіду встановлення виводиться на заданий режим роботи прогріванням до 
досягнення заданої температури. Включенням електроприводу дозатора 
завантаження здійснювалася подача вихідного продукту на газорозподільні 
ґрати. Потім здійснювалася подача пари з парових підвідних комунікацій в 
дифузор, і далі вентилятором через дифузор, перехідник, паророзподільник у 
робочу камеру і починався досвід. 
Активні гідродинамічні режими шару продукту створювалися імпульсною 
подачею потоку теплоносія. Імпульсний псевдозріджений шар продукту 
забезпечувався відкриттям заслінки дифузора на потрібну величину та 
включенням електроприводу вентилятора. Конструкція передньої стінки робочої 
камери забезпечувала швидке введення пробовідбірника камеру через певні 
проміжки часу. Відбір проб проводився у трьох точках по довжині 
газорозподільних ґрат. Зважування грибів проводилося на аналітичних вагах 
WА-31 з точністю 0,1 мг. 
Процес сушіння харчової рослинної сировини парою атмосферного тиску 
та пароповітряною сумішшю при комбінованих гідродинамічних режимах 
досліджували в наступних діапазонах зміни технологічних параметрів: 
температура пари 393…443 K; температура пароповітряної суміші 323...363; 
42 
 
 
 
швидкість потоку теплоносія на вході до шару - 0,5...8,0 м/с; питоме 
навантаження продукту на ґрати – 15…30 кг/м2. 
Отримані експериментальні дані дозволяють досить повно 
охарактеризувати процеси, що відбуваються при сушінні харчової сировини при 
комбінованих гідродинамічних режимах. 
 
2.2 Дослідження усадки шару харчової 
рослинної сировини при сушінні  
 
Одним з факторів, що погіршують якість рослинних продуктів при сушінні 
високотемпературним теплоносієм, є розтріскування. Воно відбувається 
внаслідок розвитку об'ємно-напруженого стану понад гранично допустимого. 
Цей напружений стан обумовлено неприпустимою усадкою, яка виникає в 
результаті нерівномірного розподілу полів вмісту вологи і температури 
всередині продукту [11]. Після сушіння частинки продукту повинні зберегти свій 
об'єм та пористу структуру, яка сприятиме швидшому відновленню харчової 
сировини при його приготуванні. У зв'язку з цим необхідно кількісно оцінити 
величину усадки досліджуваних видів рослинних зразків. 
В результаті проведених досліджень виявлено значну зміну висоти шару 
рослинних продуктів протягом процесу сушіння за рахунок їх усадки. Так, 
наприклад, для грибів «Вишинки» висота на початку процесу становила 60 мм і 
5…13 мм наприкінці сушіння (рис. 2.3), для грибів «Печериці» – на початку 
процесу 70 мм та 5…7 мм наприкінці (рис. 2.4) 
43 
 
 
 
 
 
Рисунок 2.3 – Залежність зміни Рисунок 2.4 – Залежність зміни 
висоти шару грибів «Вишинки» від висоти шару грибів «Печериці» від 
часу при різних температурах часу при різних температурах 
перегрітої пари Т, K:1 - 403; 2 – 413;  перегрітого пару Т,K: 1 - 423; 2 – 413; 
3 – 423; 4 – 433 3 – 403 
 
 
 
Рисунок 2.5 – Залежність усадки Рисунок 2.6 – Залежність усадки 
грибів «Вишинки» δ від вологовмісту грибів «Печериці» δ від вмісту вологи 
при температурі перегрітої пари при температурі перегрітої пари Т, К: 
Т, К: 1 - 423, 2 - 413, 3 - 403 1 - 423, 2 - 413, 3 - 403 
 
44 
 
 
 
Зі зростанням температури теплоносія відносна усадка збільшується (рис. 
2.5 – 2.6), що пояснюється збільшенням градієнта вмісту вологи всередині 
матеріалу, яке обумовлено досягненням продуктом вищої температури при 
сушінні. На прикладі культивованих грибів побудовані в логарифмічній 
анаморфозі графіки залежностей відносної усадки від вологовмісту u при різній 
температурі теплоносія, на яких виділено дві ділянки (рис. 2.7 – 2.8). 
 
 
Рисунок 2.7 – Залежність усадки δ грибів «Вишинки»  
від їх вмісту вологи u при температурі перегрітої пари, K: 1- 403, 2 – 413, 
3 – 423; 4 – 433 
 
 
 
Рисунок 2.8 – Залежність усадки δ грибів «Печериці» від їх вмісту вологи 
u при температурі  
перегрітої пари, K: 1 - 423, 2 - 413, 3 – 403 
 
Так, на першій ділянці в діапазоні для грибів «Вишинки» – u =11,0…1,8 
кг/кг, для грибів «Печериці» - u = 10,8…3,8 кг/кг, збільшення усадки δ дуже 
значно від 0,42 до 0,87 для грибів «Вишинки», від 0,45 до 0,85 для грибів 
45 
 
 
 
«Печериці» - та від 0,12 до 0,8 для топінамбуру. На другій ділянці в діапазоні u 
= 1,8…0,1кг/кг та u = 3,8…0,1 кг/кг зміна усадки δ незначно від 0,87 до 0,93, від 
0,85 до 0,96 та від 0,70 до 0,78 відповідно для грибів «Вишинки», та грибів 
«Печериці». Очевидно, це пояснюється сповільненням процесу порушення 
капілярів продукту, що суттєво зменшує швидкість сушіння та розвиток 
об'ємного напруженого стану. 
При статистичній обробці експериментальних даних було отримано 
емпіричні рівняння, що виражає залежність величини усадки δ від поточного 
вмісту вологи U і температури теплоносія tп :  
1) для грибів «Вишинки»: 
                     (2.1) 
 2) для грибів «Печериці»: 
                                         (2.2) 
Відхилення розрахункових даних за формулами (2.1–2.2) від 
експериментальних не перевищувало  28 %. 
 
 
2.3 Дослідження кінетики процесу сушіння культивованих грибів 
перегрітою парою атмосферного тиску 
 
За результатами сушіння кубиків культивованих грибів «Вишинки» та 
«Печериці» було отримано криві сушіння, криві швидкості сушіння, термограми 
та температурні криві процесу (рис. 2.9  – 2.12).  
З аналізу кривих сушіння та швидкості сушіння культивованих грибів 
«Вишинки» (рис. 2.9) і «Печериці» (рис. 2.10) випливає, що процес протікає в 
періодах прогріву, постійної та падаючої швидкості сушіння. 
Однією з основних причин інтенсифікації процесу сушіння культивованих 
грибів при комбінованих гідродинамічних режимах перегрітою парою 
46 
 
 
 
атмосферного тиску є швидке прогрівання продукту до температури насичення 
T = 373о K, який обумовлений конденсацією пари на поверхні частинок внаслідок 
їх відносно низької початкової температури. Однак це не означає, що перегріта 
пара відразу стає насиченою у всьому обсязі шару продукту. Насиченим він стає 
лише біля поверхні частинок у міру охолодження, а на деякій відстані від 
поверхні пар залишатиметься перегрітим. 
При цьому в об’ємі пари відбувається конвективний теплообмін 
однофазного середовища, ускладнений поперечним потоком маси пари, що 
конденсується, тобто  має місце як би відсмоктування пари в плівку конденсату. 
Аналіз кривих сушіння культивованих грибів (рис. 2.9, 2.10) показує, що 
тривалість періоду прогріву дуже значна і становить: для грибів «Вишинки»: 15 
хв при температурі перегрітої пари 403 K, 8 хв при температурі перегрітої пари 
413 K,  7 хв при температурі перегрітої пари 433 K; для грибів «Печериці»: 12 хв 
при температурі перегрітої пари 403 K та 9 хв при температурі перегрітої пари 
413 K та 423 K. Цей період може бути використаний для проведення процесу 
варіння грибів. 
При варінні змінюються не тільки фізико-хімічні та структурно-механічні 
показники вихідної сировини, але й створюється новий в якісному відношенні 
продукт із властивостями, сформованими під впливом теплоти та вологи. При 
цьому більшість вологи, як сконденсованої з пари, так і власного продукту, 
активно поглинається грибами. 
У процесі варіння грибів відбуваються якісні зміни речовин. Так, 
наприклад, в результаті денатурації білки згортаються, що тягне за собою 
ущільнення обводнених гелів і випресовування значної частини вологи, що 
міститься в них, яка поглинається вуглеводами. Вуглеводи культивованих грибів 
є високомолекулярні вуглеводні сполуки, що відрізняються структурними 
характеристиками та розмірами молекулярних ланцюгів. Набухання грибів 
обумовлено також набуханням білків, що містяться в них, які поглинають воду і 
пов'язують її адсорбційно і осмотично. 
47 
 
 
 
Процес варіння культивованих грибів є складною фізико-хімічною та 
структурно-механічною зміною речовин продукту, що зумовлює якісне його 
перетворення та супроводжується нестаціонарним перенесенням теплоти та 
вологи. 
Внаслідок високих коефіцієнтів теплообміну при конденсації пари на 
поверхні кубиків  у періоді прогріву дуже швидко підвищується температура 
(рис. 2.9, 2.9) і волога видаляється з продукту в подальшому у вигляді пари. 
Величина надмірного зволоження  визначається 
параметрами перегрітої пари. Так, при сушінні грибів «Печериці» (рис. 2.9) 
збільшення температури від 403 до 423 K зменшує величину  з 7 кг/кг до 4,3 
кг/кг. 
Тривалість періоду прогріву визначається в основному температурою і 
швидкістю перегрітої пари, меншою мірою - початковим вмістом вологи uн, і 
питомим навантаженням продукту на решітку q, що підтверджується 
експериментально. При швидкостях пари більше 0,7 м/с його динамічний вплив 
перевищує силу тяжкості конденсатної плівки на поверхні продукту так, що вона 
частково зривається з поверхні теплообміну підіймається вгору. 
 
 
48 
 
 
 
 
Рисунок 2.9 – Криві сушіння та криві швидкості 
сушіння грибів «Вишинки» при різних температурах перегрітої пари Т, K: 
1 - 433; 2 – 423; 3 – 413; 4 – 403; hсл = 6 .10-2 м; 
qн = 17,5 кг/м2 
 
Рисунок 2.10 – Криві сушіння та криві швидкості сушіння грибів 
«Печериці» прирізних температурах перегрітого 
пара Т, K: 1 - 423; 2 – 413; 3 – 403; 
hсл = 7.10-2 м; q 2
н = 17,5 кг/м  
49 
 
 
 
 
Рисунок 2.11 – Температурні криві та термограми процесу сушіння грибів 
«Вишинки» при різних температурах перегрітого  
пару Т, K: 1 - 433; 2 – 423; 3 – 413; 4 – 403; 
hсл = 6.10-2 м; qн = 17,5 кг/м2 
 
Рисунок 2.12 – Температурні криві та термограми процесу сушіння грибів 
 «Печериці» при різних температурах перегрітої пари Т,K: 1 - 423; 
 2 – 413; 3 – 403; hсл = 7.10-2 м; qн = 17,5 кг/м2 
50 
 
 
 
Так, наприклад, при сушінні грибів «Вишинки» з питомим навантаженням 
на ґрати q = 17,5 кг/м2 підвищення температури перегрітої пари з 403 до 433K 
(рис. 2.11) зменшує τо про більш ніж у 2 рази. Ще більше впливає тривалість 
періоду прогріву швидкість перегрітої пари: збільшення v з 0,8 до 8,0 м/с 
зменшує τо 2 разу. Це пояснюється характером взаємодії із плівкою конденсату 
на поверхні частинок продукту. При швидкостях пари більше 0,7 м/с його 
динамічний вплив перевищує силу тяжкості конденсатної плівки на поверхні 
продукту так, що вона частково зривається з поверхні теплообміну та 
підіймається вгору. 
Конденсат, що утворюється на поверхні частинок продукту, не надає 
істотного впливу на перерозподіл вологи всередині них, так як гриби, що 
культивуються, мають високий початковий вологовміст і їх капіляри заповнені 
вологою. 
Як показує аналіз кривих сушіння та швидкості сушіння (рис. 2.9, 2.10) 
тривалість періоду постійної швидкості сушіння значно скорочується за рахунок 
швидкого прогріву грибів до високих температур (рис. 2.11, 2.12). При цьому для 
грибів «Печериці» (рис 2.12) період постійної швидкості сушіння настає раніше 
моменту досягнення продуктом початкового вмісту вологи. Тривалість періоду 
постійної швидкості сушіння становить для грибів «Вишинки»: 20 хв при 
температурі перегрітої пари 403 K, 10 хв при температурі перегрітої пари 413 K, 
8 хв при температурі перегрітої пари 423 K, 6 хв при температурі перегрітої пари 
433 K; для грибів «Печериці»: 9 хв при температурі перегрітої пари 403 K, 8 хв 
при температурі перегрітої пари 413 K, 8 хв при температурі перегрітої пари 423 
K. 
Швидке висушування культивованих грибів пояснюється тим, що, по-
перше, при використанні в якості теплоносія перегрітої пари між ним і 
продуктом, що висушується, не утворюється, як при сушінні повітрям, газового 
шару, що перешкоджає виходу вологи з продукту, а по-друге, пар, що 
випаровується, турбулізує граничний шар, підвищуючи інтенсивність тепло- і 
51 
 
 
 
масообміну. Отже, дифузія вологи до поверхні продукту та передача теплоти від 
пари до продукту здійснюються відносно легко. 
 
2.4 Математичне моделювання процесу сушіння харчової  
рослинної сировини 
 
Частинки продукту представлені у формі прямого паралепіпеда зі 
сторонами a, b і висотою h, відношення яких один до одного близькі до одиниці, 
що дозволяло розглядати одиничну частинку у вигляді кулі з еквівалентним 
радіусом Rекв. У цьому фізична модель сушіння частки було представлено 
вигляді схеми (рис. 2.13). 
 
Рисунок 2.13 – Модель сушіння частинок продукту 
перегрітою парою 
 
У умовах процес сушіння описується системою диференціальних рівнянь 
у приватних похідних у сферичних координатах, що складається з 
диференціальних рівнянь тепло- та масопереносу для частки продукту. 
                                    (2.3) 
 
52 
 
 
 
                      (2.4) 
 
З початковими умовами: 
                                                       (2.5) 
Граничними умовами третього роду, що відображають теплообмін: 
 
               (2.6) 
та масообмін між поверхнею тіла та навколишнім середовищем 
                        (2.7) 
та умовами симетрії: 
                                                        (2.8) 
Завдання (2.3) - (2.8) вирішується за умови, що межа рухома і переміщення 
її задається функцією R(τ): 
                                                   (2.9) 
Завдання (2.3 – 2.9) являє собою крайове завдання тепло-і масопровідності 
з кордоном, що рухається [1]. Внаслідок залежності характеристичного розміру 
області перенесення теплоти і маси від часу до цього типу завдань у загальному 
випадку не застосовні класичні методи поділу змінних та інтегральних 
перетворень Фур'є, тому що в рамках математичної фізики не вдається узгодити 
рішення рівнянь тепло-і масопровідності з кордоном області, що рухається. 
53 
 
 
 
Одним з методів, які застосовуються до такому класу завдань є метод 
функціональних перетворень або, як його називають, метод переведення 
крайової задачі узагальненого типу в класичну задачу [1, 2]. 
У випадку всі коефіцієнти тепло- і вологопереносу, як і термодинамічні 
характеристики залежить від вологовмісту і температури. Для спрощення 
приймаємо, що протягом часу τк до коефіцієнтів am, δ, τ, cm, r, ε можна вважати 
постійними. Тоді рівняння (2.3-2.4) після підстановки (2.4) до рівняння (2.3) 
набувають вигляду: 
     (2.10) 
                                  (2.11) 
Отримана система рівнянь (2.10), (2.11), (2.3–2.9) є математичною 
моделлю процесу сушіння харчової рослинної сировини. Зважаючи на те, що 
коефіцієнти тепло- і вологоперенесення, як і термодинамічні характеристики 
прийняті постійними, можливі варіанти застосування моделі: 
1.Зональний метод розрахунку полів вологовмісту та температури. У 
цьому випадку нестаціонарний тепло- та масообмін розбивається на зони. Для 
кожної зони коефіцієнти можна прийняти незмінними [5]. Для проведення 
зонального розрахунку, в загальному випадку, під зоною розуміється деякий 
тимчасовий інтервал , τк час сушіння), 
протягом якого протікає тепло-масобмінний процес. У цьому приймаються 
кожної зони такі припущення: процес описується диференціальними рівняннями 
в приватних похідних (2.10), (2.11), (2.5 – 2.9); геометрична форма продукту, що 
висушується, його щільність, теплофізичні і масообмінні параметри постійні; 
початковий розподіл температури і вмісту вологи за обсягом висушуваного 
продукту постійні; щільність потоку теплоти та маси постійні; розбиття на зони 
54 
 
 
 
дозволяє досягати необхідної точності розрахунку температури та вологості 
продукту. 
2.Застосування ефективних коефіцієнтів тепло- і вологоперенесення 
. За наявності молярного перенесення пари при сушінні 
(сушіння в області низьких і середніх місцях вологи) капілярно-пористих і 
колоїдних, капілярно-пористих матеріалів, що містять макропори (при 
температурі продукту вище 100 ° С), в цьому випадку враховується вплив 
концентраційної та температурної складових молярного перенесення пари [5]. 
Розрахунок проводили за усередненими характеристиками. Однак такий 
шлях може бути застосований тільки в окремих випадках, так як питання 
усереднення параметрів зазвичай виявляється надзвичайно складним. Введемо 
безрозмірні змінні, тоді система рівнянь (2.10-2.11), початкові (2.5) та граничні 
умови (2.3-2.44), а також умови симетрії (3.35) і матиме вигляд: 
                                                        (2.12) 
                           (2.13) 
                                                (2.14) 
                 (2.15) 
                          (2.16) 
                                          (2.17) 
Розв'язання задачі отримано  у такому вигляді: 
55 
 
 
 
                                  (2.18) 
                (2.19) 
                                                     (2.20) 
                                               (2.21) 
                                     (2.22) 
                       (2.23) 
(2.24) 
                     (2.25) 
               (2.26) 
                                                                                 (2.27) 
Усереднені потенціали тепломасоперенесення розраховуються за такими 
залежностями: 
                                                (2.28) 
                    (2.29) 
56 
 
 
 
                                           (2.30) 
Результати експериментальних даних стосовно сушіння грибів «Печериці»  
представлено на рис. 2.14  Порівняльний аналіз розрахункових та 
експериментальних даних (рис.2.14) показує схожість: відхилення 
розрахункових даних від експериментальних даних не перевищувало 12,3 %. 
 
Рисунок 2.14 – Залежність зміни вмісту вологи та температури нагрівання 
грибів «Печериці» від часу сушіння при T = 362 K, v = 1,6 м/с 
 
Таким чином, отримані результати моделювання підтверджують характер 
протікання процесу сушіння харчової рослинної сировини  перегрітою парою і 
можуть бути використані для аналізу фізико-хімічних змін, що протікають. 
 
 
 
 
 
 
57 
 
 
 
2.5  Дослідження гідродинамічних закономірностей шару продуктів 
рослинного походження 
 
Стаціонарний шар подрібнених, кубики  розміром  6х6х6 мм, рослинних 
продуктів є системою з дуже складними та різноманітними геометричними 
характеристиками. 
Вивчено зміну гідравлічного опору шару частинок рослинних продуктів 
від часу при різних значеннях температури перегрітої пари та пароповітряної 
суміші (рис. 2.15 – 2.17). 
Аналіз зміни гідравлічного опору шару харчової рослинної сировини у 
процесі сушіння вказує на  зменшення ΔР, яке зумовлене зниженням вологості 
продукту. На завершення процесу зазначено наявність ділянки з незначною 
зміною гідравлічного опору шару продукту. 
Визначаючи коефіцієнт гідравлічного опору: 
                                                                         (2.31) 
встановили, що для інженерних розрахунків зручна найпростіша функція 
                                                          .                                               (2.32)  
  При русі теплоносія крізь шар частинок, що висушуються, їх температура 
і насичення вологою знижуються.                                
58 
 
 
 
 
Рисунок 2.15 – Зміна гідравлічного опору шару грибів 
«Печериці» при різних значеннях температури перегрітої пари, K: 
а - 403; б - 413; в - 423; qн = 17,5 кг/м2 
59 
 
 
 
 
Рисунок 2.16 – Зміна гідравлічного опору шару грибів «Вишинки» 
при різних значеннях температури 
перегрітої пари, K: 
а - 403; б - 413; в -423; г -433; qн = 17,5 кг/м2 
60 
 
 
 
Це змінює в'язкість теплоносія. Значення критерію Reе, обчислені з 
урахуванням варіювання всіх величин, що входять до нього в процесі сушіння, 
змінювалися в діапазоні від 150 до 1000. 
В області руху теплоносія з переважанням сил інерції (Reе < 2000) 
коефіцієнт гідравлічного опору залежить від швидкості теплоносія, питомої 
поверхні шару продукту, яка є функцією вмісту вологи. Таким чином, отримані 
дані дозволяють правильно підійти до організації процесу сушіння харчової 
сировини при комбінованих гідродинамічних режимах. 
 
Рисунок 2.17 – Залежність коефіцієнта 
гідравлічного опору шару 
культивованих грибів (1 - вишинки; 2 – печериці) від критерію 
Рейнольдса Rе: 
Тп = 403 ... 433 К; vп = 0,8 ... 8,0 м/с 
 
 
 
 
61 
 
 
 
Розділ 3 
РОЗРОБКА КОМБІНОВАНИХ РЕЖИМІВ ПРОЦЕСУ СУШКИ 
ХАРЧОВОЇ РОСЛИННОЇ СИРОВИНИ ПРИ ЗМІННОМУ 
ТЕПЛОПІДВОДІ 
3.1 Раціональні технологічні режими процесу сушіння 
культивованих грибів  
На основі кінетичних закономірностей процесу сушіння грибів, що 
культивуються, запропоновані наступні раціональні змінні режими: для грибів 
«Печериці» (рис. 3.1); температура перегрітої пари протягом перших 17 хв 
становила 413 K, з 17 хв до кінця процесу сушіння – 423 K; швидкість перегрітої 
пари при сушінні в щільному шарі становила протягом перших 11 хв 1,85 м/с, з 
11 хв до 21 хв - 1,3 м/с і з 21 хв до кінця процесу сушіння - 1,0 м/с; 
- частота пульсацій потоку пари становила протягом перших 11 хв 0,0127 
Гц, а з 11 хв до кінця процесу сушіння - 0,0063 Гц, тривалість пульсацій 
становила 3,5 ... 4,5 с протягом усього процесу сушіння; швидкість перегрітої 
пари при сушінні в імпульсному псевдозрідженому шарі становила протягом 
перших 11 хв 8,0 м/с, з 11 хв по 21 хв - 6,18 м/с і з 21 хв до кінця процесу сушіння 
- 4,8 м/с; 
- температура перегрітої пари протягом перших 5 хв становила 423 K, з 5 
хв по 17 хв 418 K, з 17 хв до кінця процесу сушіння – 413 K; швидкість перегрітої 
пари при сушінні в щільному шарі становила протягом перших 5хв 1,85 м/с, з 5 
хв по 117 хв - 1,3 м/с і з 17 хв до кінця процесу сушіння - 1,0 м/с; 
- частота пульсацій потоку пари становила протягом перших 18 хв 0,0126 
Гц (1 пульсація в 1,5 хвилини), а з 18 хв до 30 хв - 0,0063 Гц (1 пульсація в 3 
хвилини), тривалість пульсацій становила 7,5 …8,5  протягом перших 12 хв, і з 
12 хв до 30 хв - 3,5…4,5 ;  
- для грибів «Вишинки» (рис. 3.2), швидкість перегрітої пари при сушінні 
в імпульсному псевдозрідженому шарі становила протягом перших 5 хв 8 м/с, з 
6 хв по 17 хв - 6,17 м/с, і з 16 хв до 30 хв - 4,8 м/с. 
 
62 
 
 
 
 
 
Рисунок 3.1 – Кінетичні залежності процесу сушіння кубиків грибів 
«Печериці» при раціональних режимних параметрах: qн = 17,5 кг/м2 
63 
 
 
 
 
Рисунок 3.2 – Кінетичні залежності процесу сушіння кубиків грибів 
«Вишинки» при раціональних режимних параметрах: 
qн = 17,5 кг/м2  
64 
 
 
 
Оцінку ефективності запропонованих способів сушіння культивованих 
грибів проводили за величиною питомих енерговитрат, що припадають на 1 кг 
готової продукції. Таким чином, наведений аналіз показує високу теплову 
ефективність пропонованої технології виробництва сушених культивованих 
грибів порівняно із заводською технологією. 
Дослідження показників якості грибів, висушених за пропонованими 
змінними режимами проводили у відповідність до нормативного акту «Гриби 
сушені, що культивуються». Вони були досліджені за органолептичними, 
фізико-хімічними та хімічними показниками, на вміст вітамінів B1 та B2, 
мінеральних речовин та амінокислот. Визначення зазначених показників 
дозволяє виявити структурні зміни в грибах, що відбуваються в процесі їхнього 
сушіння та оцінити якість отриманого продукту.  
Вміст мінеральних речовин визначали за допомогою атомно-
абсорбційного спектрофотометра. 
Вивчення амінокислотного складу грибах проводяться за методом 
капілярного електрофорезу на приладі «Крапель-105». 
Органолептичні та фізико-хімічні показники грибів, приготованих по 
заводській нормам: сушіння гарячим повітрям з температурою 330...350 K 
протягом 5 - 6 годин та пропонованими технологіями. 
Представлені дані свідчать про те, що гриби, висушені за пропонованою 
технологією за зовнішнім виглядом, консистенцією, запахом, смаком, кольором 
відповідають вимогам і встановленим нормам. 
Хімічний склад грибів «Вишинки» та «Печериці», висушених за 
заводською та пропонованою технологіями, наведено на рис. 3.3. та рис. 3.4.  
 
 
65 
 
 
 
 
Процес Бідок Жир Зола Клітчатка Вуглеводи 
висушування 
Висушені по 23,16 1,55 7,3 6,8 12,9 
заводській 
технології 
Висушені по 23,32 1,7 7,8 7.55 13,97 
запропонованій 
технології 
Рисунок 3.3 – Хімічний склад грибів «Вишинки», 
висушених за заводською та пропонованою технологіями 
 
Процес Бідок Жир Зола Клітчатка Вуглеводи 
висушування 
Висушені по 25,1 2,48 8,2 5,6 12,8 
заводській 
технології 
Висушені по 23,9 2,19 8,3 5,2 13,3 
запропонованій 
технології 
 
Рисунок 3.4 – Хімічний склад грибів «Печериці», висушених за 
заводською та пропонованою технологіями 
 
66 
 
 
 
3.2 Конструкція роторної сушарки 
для сушіння харчової рослинної сировини перегрітою парою 
 
Роторна сушарка може бути використана в лініях виробництва сушених 
продуктів у харчовій промисловості. 
Роторна сушарка (рис.3.3) включає робочу камеру 5, трапецеїдальні 
формочки 1, дві напрямні 2, приводний вал 3, завантажувальний бункер 4, 
патрубки 6 для подачі теплоносія, витяжна парасолька 7 для відведення 
відпрацьованого теплоносія, розвантажувальний бункер 8. Вивантажувальний 
бункер 8 розташований із внутрішньої сторони зони вивантаження. Під кожною 
зоною сушіння знизу розташований патрубок 6 для підведення теплоносія з 
різними швидкостями і температурами, а над ними – парасолька 7 для видалення 
відпрацьованого теплоносія. 
Всередині робочої камери 5 по колу розташовані дві паралельні 2 
напрямні, виконані з куточків. На деяких ділянках внутрішньої горизонтальної 
поверхні напрямних 2 виконані виступи 15, для того, щоб при переміщенні форм 
1 продукт, що знаходиться в них, піддавався вібраціям. На приводному валу 3 
розташовані радіальні хрестовини 12, на кінцях яких встановлені вертикальні 
штирі 10. Відстань між сусідніми вертикальними штирями 10 дорівнює ширині 
форм 1. 
Вертикальні штирі 10 контактують з пазами 11, виконаними в бічних 
стінках форм 1. Дно форм 1 виконано з перфорованої сітки. Форми 1 мають 
трапецеїдальну форму (рис. 3.3, г). До верхньої частини внутрішньої стінки форм 
1 приварена кільцеподібна втулка 13, всередині якої проходить кільцеподібна 
направляюча 14. Внутрішня стінка форм 1 виконана рухомий з можливістю 
обертання навколо кільцеподібної напрямної 14 для вивантаження продукту при 
підйомі форми з горизонтального в похило положення. Форми 1 циклічно з 
періодичними вистоями переміщаються по двох паралельних напрямних 2 за 
допомогою приводного валу 3. 
67 
 
 
 
Під зоною вивантаження розташований пневмоциліндр 9, за допомогою 
якого здійснюється підйом форм 1 горизонтального в похило положення. 
Привідний вал 3 працює циклічно з періодичними вистоями. Для цього він 
забезпечений електродвигуном, який, обертаючи вал 3, призводить за 
допомогою хрестовин 12 рух формочки 1. 
Форми 1 встановлені з таким кроком і розташовані таким чином, щоб 
кожна з форм 1 знаходилася в одній із зон: перша форма - в зоні завантаження, а 
друга - в першій зоні сушіння, третя - в другій зоні сушіння і т. д. а остання - у 
зоні вивантаження. Таким чином, при циклічному русі приводного валу 3 з 
періодичними вистоями кожна з форм 1 послідовно переміщається через всі 
зони. 
Вібраційний вплив на частинки продукту, що висушується при 
переміщенні форм 1 по напрямних 2 сприяє розрівнюванню висоти шару і 
запобігає комкуванню. 
Сушарка працює наступним чином. Вихідний вологий сипкий продукт 
подають у завантажувальний бункер 4 і певна порція вихідного продукту 
засипається у форму 1 (рис. 3.5, а). 
Після цього завантаження продукту припиняється. Включається 
електродвигун (на рис. 3.5, а не показаний), який обертає приводний вал 3. 
Привідний вал 3 призводить за допомогою хрестовин 12 рух формочки 1, 
які переміщаються по напрямних 2. Причому, після того як кожна з форм 1 
переміститься в наступну зону, електродвигун вимикається і приводний вал 3 
зупиняється. При цьому остання форма 1 із зони вивантаження переміститься в 
зону завантаження, перша форма - в першу зону сушіння, друга - в другу зону 
сушіння і т. д. 
Коли перша форма 1 з продуктом повністю увійшла в першу зону сушіння 
через патрубок 6 подають теплоносій із заданими параметрами. Теплоносій, 
маючи швидкість псевдозрідження, проходить через перфороване днище форми 
1 з продуктом, пронизуючи шар продукту. Він приводить його в 
псевдозріджений стан, забезпечуючи рівномірне сушіння всіх частинок 
68 
 
 
 
продукту, що висушується. Відпрацьований теплоносій видаляється з першої 
зони сушіння через витяжну парасольку 7. Залежно від виду продукту, що 
обробляється, може змінюватися гідродинамічний режим його обробки. 
У першій зоні сушіння відбувається поступове збільшення температури 
частинок продукту, що висушується без пересушування їх поверхневих шарів. 
Застосування псевдозрідженого шару при сушінні частинок продукту дозволить 
досягти рівномірної обробки, а його обмежене застосування веде до зниження 
подрібнення та стирання частинок. Після завершення сушіння частинок подача 
теплоносія у першу зону сушіння припиняється. 
Після цього приводний вал 3 приводиться в обертання і за допомогою 
хрестовин 13 переміщає кожну форму 1 по напрямних 2 в наступну зону. Коли 
перша форма 1 з продуктом повністю увійшла в другу зону сушіння 
електродвигун вимикається і приводний вал 3 знову зупиняється і через патрубок 
6 в другу зону сушіння подають теплоносій із заданими параметрами. При цьому 
продукт піддається подальшому сушінню. Відпрацьований теплоносій 
видаляється з другої зони сушіння через витяжну парасольку 7. Після 
завершення сушіння частинок продукту подача теплоносія в другу зону 
припиняється. 
Виступи 15, наявні на деяких ділянках внутрішньої горизонтальної 
поверхні напрямних 2, забезпечують при переміщенні форм 1 вібрування 
продукту, що знаходиться в них. 
Після цього включається приводний вал 3, який переміщає формочки 1 
наступні зони. Зокрема, перша форма 1 з продуктом перемістилася в третю зону 
сушіння. Коли формочка 1 з продуктом повністю увійшла до третьої зони 
сушіння, приводний вал 3 знову зупиняється і через патрубок 6 в третю зону 
сушіння подають теплоносій із заданими параметрами. Таким чином, цикл 
сушіння в кожній з наступних зон повторюється аналогічно. 
 
69 
 
 
 
 
 
Рисунок 3.5 – Роторна сушарка: а – об'ємний вид роторної сушарки,  
б – трапецеїдальна формочка в зоні вивантаження, в – переріз сушарки, г 
– вид зверху трапецеїдальної формочки, 1 – трапецеїдальна формочка,  
2 – напрямна, 3 – приводний вал, 4 – завантажувальний бункер, 5 - робоча 
камера, 6 – патрубки для подачі теплоносія, 7 – витяжна парасолька, 
 8 – розвантажувальний бункер, 9 – пневмоциліндр, 10 – вертикальні 
штирі, 11 – пази, 12 – радіальні хрестовини, 13 - кільцеподібна втулка,  
14 - напрямні, 15 – виступи 
70 
 
 
 
У зв'язку з тим, що кожна форма 1 послідовно проходить через зони 
сушіння з різним гідродинамічним режимом (в псевлозрідженому, щільному 
нерухомому і щільному вібруючому шарі), то в кожну зону сушіння подається 
теплоносій з оптимальними параметрами в залежності від виду сировини, що 
обробляється (топінамбура, білих коріння, каштанів та інших продуктів). Після 
цього приводний вал 3 знову приводиться в обертання та за допомогою 
хрестовин 13 переміщає форму 1 з висушеним продуктом в зону вивантаження. 
При цьому електродвигун вимикається і приводний вал 3 знову зупиняється. 
Потім за допомогою пневмоциліндра 9, розташованого під зоною вивантаження, 
здійснюється підйом форм 1 горизонтального в похило положення. У похилому 
положенні внутрішня стінка формочок 1, обертаючись навколо кільцеподібної 
напрямної 14, утворює зазор, який зсипається висушений продукт у 
вивантажувальний бункер 8 (рис. 3.5, в). Завдяки тому, що кут нахилу 
перфорованої сітки форм 1 при перекиданні більше кута природного укосу 
готового продукту, то цим забезпечується повне та ефективне висипання 
частинок продукту з форми 1 у бункер вивантажувальний 8. Робота всіх форм 1 
повністю синхронізована. Це означає, коли остання форма 1 розвантажується, в 
цей час перша форма завантажується продуктом, друга форма з продуктом 
піддається сушінню в першій зоні і т. д. (рис. 3.5, в). 
Таким чином, переміщаючись роторною сушаркою, продукт послідовно 
піддається всім етапам технологічної обробки. Застосування запропонованої 
конструкції форм 1 і багатоступінчастої сушіння забезпечує стабілізацію тепло 
вологого режиму та покращує якість висушених частинок за рахунок більш 
швидкого та рівномірного зволоження зерен. Дана роторна сушарка 
універсальна, тому що вона може бути використана для сушіння топінамбуру, 
білих коренів, каштанів та інших продуктів. 
 
 
 
 
71 
 
 
 
3.3 Розробка методики інженерного розрахунку сушарки 
для культивованих грибів 
 
Розрахунок сушарки для культивованих грибів полягав у виконанні 
теплового розрахунку та визначенні масової частки пари, що використовується 
для сушіння грибів [12, 55]. З урахуванням вихідних даних та результатів 
моделювання запропоновано наступну методику розрахунку. 
Продуктивність готового продукту, кг/год: 
,кг/год. 
де кінцевий вміст вологи грибів визначали за формулою: 
                       (3.1) 
Масова частка вологи, що випаровується при сушінні, кг/год, 
                                                                   (3.2) 
, кг/год. 
Питома витрата теплоти, що витрачається на випаровування 1 кг вологи, 
Дж/кг, 
      (3.3) 
де r – прихована теплота пароутворення, кДж/кг;  
iпн та іпк – ентальпії перегрітої пари, відповідно, до та після калориферу, 
кДж/кг; 
 γ1 та γ2 – питомі частки вмісту в грибах, відповідно, сухих речовин та 
вологи, частки одиниць; 
 c1 – середня теплоємність сухих речовин грибів між їх початковим (Tн) та 
кінцевим (Tк) станами,  кДж/(кг·К); 
72 
 
 
 
c2 – середня теплоємність води між її початковим (T2н) і кінцевим (T2к) 
станами, кДж/(кгК); 
c3 – середня теплоємність перегрітої пари між її початковим і кінцевим 
станом. 
                                                  (3.4) 
 
Загальна масова частка теплоти, що витрачається на випаровування 
вологи, кДж, 
                                                                                (3.5) 
 
Витрата перегрітої пари з урахуванням 5% втрат, кг/год, 
                                                                          (3.6) 
 
Розрахунок робочої камери. Масова частка грибів, що знаходяться в 
робочій камері: 
                                                                                 (3.7) 
 
З метою кращого переміщення продукту по сітчастій поверхні робочої 
камери з урахуванням отриманого sc конструктивно задаємося шириною B, м, і 
довжиною L = (sc / B), м, камери; B = 1,0 м; L = 4,0 м. 
Відомо, що в процесі сушіння гриби значно зменшується в обсязі 
(коефіцієнт об'ємної усадки для грибів «Печериці» βv = 3,18). Разом з тим при 
73 
 
 
 
створенні імпульсного псевдозрідженого шару відбувається розширення шару 
грибів. З огляду на цю обставину та максимальне розширення шару грибів 
необхідно збільшити обсяг робочої камери на 130%. 
Повний об'єм робочої камери дорівнює м3, 
                                                                                (3.8) 
де gгр - маса продукту в робочій камері, кг. 
 
Робочий об'єм апарату, м3, 
                                                                           (3.9) 
де Vп - обсяг пари в робочому обсязі, м3;  
ΔVп – зміна обсягу пари, м3. 
Розрахунок витрати електроенергії. Потужність електродвигуна 
вентилятора контуру рециркуляції: 
                                                         (3.10) 
де Vп = Gп / ρп – об'ємна витрата теплоносія в контурі рециркуляції, м3/год; 
Hр – перепад тиску теплоносія, Па; ηв та ηдв – ККД, відповідно, вентилятора 
та електродвигуна. 
Перепад тиску теплоносія HP визначали з урахуванням гідравлічного 
опору λ:                                               
                                                                                 (3.11) 
 
Потужність електродвигуна дозаторів, кВт, дорівнює: 
 
Сумарна потужність встановлених електродвигунів складає 1,4 кВт. 
Загальна потужність парогенератора та пароперегрівача – 3,5 кВт. 
 
74 
 
 
 
ВИСНОВКИ 
 
1.Сформульовані концептуальні принципи створення високоефективних 
способів сушіння та тепловологої обробки харчової рослинної сировини 
перегрітою парою атмосферного тиску, спрямовані на інтенсифікацію процесів 
та раціональне використання матеріальних та енергетичних ресурсів, що 
досягається моделюванням та оптимізацією перспективних конструкцій 
варильно сушильних установок. 
2.Математично описано гідродинамічні, кінетичні та тепломасообмінні 
закономірності процесу сушіння харчової рослинної сировини (грибів) при 
змінному теплопідведенні; отримано нові дані щодо теплофізичних та 
структурно механічних властивостей; визначено чисельні значення та діапазон 
зміни основних кінетичних та гідро-динамічних характеристик при змінному 
теплопідводу. 
3.Запропоновано рішення нестаціонарної крайової задачі теплопровідності 
зі змінними тепломасообмінними коефіцієнтами висушеного продукту,  
граничними і початковими умовами, а також фазовим переходом з рухомою 
границею розділу фаз.  
4.Рішення зональним методом тривимірного рівняння нестаціонарної 
теплопровідності з урахуванням внутрішніх джерел теплоти при змінному 
теплопідведенні в процесі сушіння харчової рослинної сировини перегрітою 
парою дозволило отримати адекватні результати моделювання з похибкою 
10...12%. 
5.Створено метод  інженерного розрахунку запропонованих 
перспективних конструкцій сушильних установок для реалізації процесів 
сушіння рослинної сировини та збалансованих матеріальних і енергетичних 
потоках при змінному теплопідведенні. 
 
 
 
75 
 
 
 
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 
 
1.Гайвась Б. Математичне моделювання конвективного сушіння 
матеріалів з  урахуванням механотермодифузійних процесів /  Б. Гайвась // 
Фізико-математичне  моделювання  та  інформаційні  технології.  –   2010.  – 
Вип. 12. – С. 9–37. 
2.До вивчення впливу зовнішнього електричного поля на сушіння 
пористих тіл / В.Ф. Кондрат, Б І. Гайвась, Ю.М. Губер, Б.М. Гнідець // Наук. 
вісник. — Львів: УкрДЛТУ, 2006. — Bип. 16.2. — С. 97–107. 
3.Дендюк М.В. Аналіз напружено-деформівного стану та 
диференціальної  усадки  в  період  регулярного  режиму  сушіння 
пиломатеріалів    /    М.В. Дендюк,    Б.П. Поберейко,    Я.І. Соколовський    // 
Науковий вісник УДЛТУ. — 2002. — Bип. 12.8. — С. 140-146. 
4.Дементьєва  Т.Ю.  Інтенсифікація  процесів  тепловологопереносу при 
сушінні зернового матеріалу із застосуванням мікрохвильового 
електромагнітного поля: автореф. дис.  канд. техн. наук / Т.Ю. Дементьєва. 
– О.: ОДАХ, 2012. – 22 с. 
5.Дубковецький І.В. Дослідження біологічно активних речовин при 
конвективному, кондуктивному і мікрохвильовому зневодненні сортів глоду 
/ І.В. Дубковецький, І.Ф. Малежик, Я.В. Євчук // Наукові праці ОНАХТ. – 
 
2012. – Вип. 41., Т. 1 – С. 87–92. 
6.Майстренко Н.Ю. Резерви використання вторинних теплових 
енергетичних ресурсів у харчовій промисловості України / Н.Ю. Майстренко 
// Проблеми загальної енергетики. – 2013. – № 2 (33).– С. 43-48. 
7.Праховник, А.В. Контроль ефективності енерговикористання – 
ключова   проблема   управління   енергозбереженням   /    А.В. Праховник, 
В.Ф. Находов,      О.В. Борисенко      //      Энергосбережение.      Энергетика. 
Энергоаудит. – 2009. – № 8. – С. 41–55. 
8.ДСТУ  4714:2007.  Паливно-енергетичні  баланси  промислових 
підприємств. – Введ. 2007–07–01. – К.: Держспоживстандарт України, 2007. – 
76 
 
 
 
25 с. 
9.Шот А. Світові тенденції та перспективи розвитку нетрадиційних та 
відновлювальних джерел енергії в Україні. / А. Шот // Наукові записки 
Львівського університету бізнесу та права. – 2011.– Вип. 6.– С. 220–226. 
10.Гелетуха Г.Г.  Енергозабезпечення  Україні:  погляд  у  2050  р.  / 
 
Г.Г. Гелетуха, Т.А. Желєзна, М.М. Жовмір та ін // Зелена енергетика. – 2003. 
 
– № 4 (12). – С. 4-6. 
 
11.Словник законодавчих термінів: Біомаса [Електронний ресурс] / NAU-
Online.    –     Режим     доступу:     http:     //www.zakon.nau.ua/doc/?uid= 
1078.25635.0/ – 28.08.2007 р. 
12.Гелетуха Г.Г. Перспективи використання відходів сільського 
господарства  для  виробництва  енергії  в  Україні.  [Електронний  ресурс]  / 
Г.Г. Гелетуха,   Т.А. Желєзна//   Аналітична   записка   БАУ    № 7.–    2014. 
www.uabio.org/activity/uabio-analytics. 
13.Гелетуха Г.Г. Оцінка енергетичного потенціалу біомаси в Україні./ Г.Г. 
Гелетуха,  Т.А. Желєзна,  М.М. Жовмір,  Ю.Б. Матвєєв,  О.І. Дроздова  
//Ч.1.Відходи сільського господарства та деревна біомаса 
Пром.теплотехніка. – 2010, Т. 32, № 6, С. 58-65. 
14.Заєць О.С. Безвідхідна переробка цукрових буряків / О.С. Заєць, 
 
В.О. Штангеєв, Ю.О. Заєць та ін. – К.: Урожай, 1992. –184 с. 
15.Касіянчук В.Д. Економічні перспективи використання топінамбура,  
як  нетрадиційної  сировини/  Науково-інформаційний  вісник І. Франківського 
університету права ім. Короля Данила Галицького. – Івано- Франківськ: РВВ 
Івано-Франків. ун-ту права ім. Короля Данила Галицького, 2007. - C. 266–271. 
16.Галінська О.С. Удосконалення способів отримання екстракту з 
топінамбуру / О.С. Галінська, І.О. Баклан, О.С. Бессараб // Veda a technologie: 
krok  do  budoucnosti  –  2015:  ХІ  Mezinarodni  vedecko-prakticka  conference, 
27.02.2015 – 05.03.2015. - Praha : Publishing Houso, 2015. – Dil. 17. – С. 42-44. 
17.Руденко В.М. Математична статистика. Навч. посібн.– К: Центр 
учбової літератори, 2012.– 304 с. 
18. Іващенко Н.В. Узагальнення кінетики сушіння зв’язкодисперсних 
структурованих   харчових    продуктів    /    Н.В. Іващенко,    О.Ф. Буляндра, 
77 
 
 
 
В.В. Шутюк // Цукор України. 2012.—№ 6—7 (78–79).—С. 38—41 
19. Кулинич О.І. Теорія статистики: Підручник. 2-ге доп. і  допр. 
 
Видання / О.І. Кулинич.—Кіровоград: ДЦУВ, 1996.—С. 97—157. 
20.Снєжкін Ю.Ф. Харчові порошки з рослинної сировини. Класифікація,    
методи     отримання,    аналіз     ринку     /     Ю.Ф. Снєжкін, Ж.О. Петрова. — 
К.:Біотехнологія. — 2010. — № 5. — Т. 3. — С. 31—42. 
21.Бессараб О.С. Технологія сушіння плодів та овочів : конспект лекцій  
для   студ.   спец.  7.091706  ден.   та   заоч.  форм  навч.  /   Уклад.: О.С. 
Бессараб, В.В. Шутюк. — К.: НУХТ, 2002. — 84 с. 
22.Самійленко С.М.   Методологічні   засади   оптимізації   тепло- 
технологічного комплексу цукрового виробництва : автореф. дис. ... канд. тенх. 
наук : 05.14.06 «Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика» 
/ С.М. Самійленко; НУХТ. - К., 2012. – 23 с. 
23.Самійленко С.М.    Методологічні    засади    термодинамічного 
аналізу   теплообмінних   систем   цукрового   виробництва.   Частина   1   / 
С.М. Самійленко, С. М. Василенко, О. Ф. Буляндра та ін. // Наукові праці 
 
НУХТ. – 2012. – № 44. – С. 61-70. 
24.Самійленко С.М.    Методологічні    засади    термодинамічного 
аналізу   теплообмінних   систем   цукрового   виробництва.   Частина   2   / 
С.М. Самійленко, С.М.  Василенко, О.Ф.  Буляндра та  ін.  //  Наукові праці 
НУХТ. – 2012. – № 45.– С. 43–52. 
25.Термодинамічний аналіз підігрівників і теплообмінників цукрового 
виробництва / С.М. Самійленко, С.М. Василенко, О.Ф. Буляндра та ін. // Цукор 
України. – 2012. – № 3 (75). – С. 39-45. 
26.Василенко, С.М. Аналіз ефективності теплообмінників та 
підігрівників в структурі теплотехнічного комплексу цукрового виробництва 
/ С.М. Василенко, С.М. Самійленко та ін. // Цукор України. – 2011. – № 2. – 
C. 27 – 32. 
27.Бурдо, О.Г. Дослідження процесу сушіння в рекуперативній 
зерносушарці  /  О.Г. Бурдо,  І.В. Безбах,  О.В. Зиков  //  Зернові  продукти  і 
78 
 
 
 
комбікорми .– 2014.– № 3.– С. 47-50. [Електронний ресурс]– Режим доступу: 
http://nbuv.gov.ua/j-pdf/Zpik_2014_3_12.pdf 
28. Використання   теплових    насосів    у    процесах    сушіння    / Ю.Ф. 
Снєжкін,     Д.М. Чалаєв,     В.С. Шаврін,     Р.О. Шапар,     О.О. Хавін, Н.О. 
Дабіжа //  Промышленная теплотехника. —  2006.  —  Т.  28,  №  2.  — С. 106-
110. 
29.ГулийІ.С., ОрловЛ.О.. Обладнання підприємств переробної і харчової 
промисловості /За ред. академіка Гулого І.С./ – Вінниця – Нова книга, 2001, - 
575с 
30.Булгаков В. М., Калетнік Г. М., Кравченко І. Є. Теоретична механіка. : 
навч. посіб. К. : Хай-ТекПpес, 2011. 608 с. 
31.Паламарчук І. П., Янович В. П., Михальова Ю. О. Розробка 
вібровідцентрового змішувача для виробництва сипких субстанцій. 
Всеукраїнський науково-технічний журнал Техніка, енергетика, транспорт АПК. 
№1 (96) 2017. С. 104–107.  
32.Цуркан О. В., Полєвода Ю. А., Волинець Є. О. Особливості конструкції 
комбінованого змішувача для переробних і харчових виробництв. 
Всеукраїнський науково-технічний журнал, «Вібрації в техніці та технологіях». 
2016. No 1(81). С. 149–154.  
33.Севостьянов І. В., Поліщук О. В., Слабкий А. В. Розробка та 
дослідження установки для двокомпонентного віброударного зневоднення 
відходів харчових виробництв. Восточно-европейский журнал передовых 
технологий. 2015. №5/7(77). С. 40-46.  
34.Гунько І. В., Севостьянов І. В., Орлюк Ю. Т. Дослідження напрямків 
удосконалення пластинчастих теплообмінників. Техніка, енергетика, транспорт 
АПК. 2019. №2 (105). С. 59–65.  
35.Дейнеко Л. Екологічна ефективність розвитку харчової промисловості. 
Вісн. аграр. Науки, 1999. № 9. C. 66-68.  
79 
 
 
 
36.Берник І.М. Аспекти кавітаційної технології водопідготовки харчової 
галузі. Всеукраїн. наук.-практ. конф. «Інновації у розвитку харчових технологій 
та економіки країни», 4-5 черв. 2020 р. Могилів-Подільський, 2020. 6 с.  
37.Омельянов О. М. Особливості використання механічних коливань в 
технологічних процессах Вібрації в техніці та технологіях. 2017. No4(87) С. 129–
134. 
38.Берник П. С., Стоцько З. А., Паламарчук І. П. Механічні процеси і 
обладнання переробного та харчового виробництва. Київ : Видавництво 
Національного університету «Львівська політехніка», 2008. 336 с.  
39.Гвоздєв О. В., Спірін А. В. Системний підхід у підвищенні ефективності 
використання технічних засобів комбікормового виробництва. Збірник наукових 
праць ВНАУ. Серія: Технічні науки. 2015. No1(89) Т1. С.43–47.  
40.Солона О. В., Котов Б. І., Спірін А. В., Калініченко Р. А Обґрунтування 
параметрів поєднаних процесів мікронізації і подрібнення із застосуванням 
вібраційних технологій при переробці зерна на корм. Вібрації в техніці та 
технологіях. 2016. No 3(83). С. 213–217. 
41.Кондратюк Д. Г., Дмитренко В. П. Комплексні експериментальні 
дослідження виготовлення кормової суміші для тваринництва. Збірник наукових 
праць ЛНТУ. Перспективні технології та прилади. 2016. No 9 (2) С. 237–244.  
42.Цуркан О. В. Розробка та дослідження енергоощадного вібраційного 
змішувача для внесення преміксів в комбікорми : дис. кандидата техн. наук : 
05.05.11. Вінниця, 2004. - 145 с.  
43.Цуркан О. В., Полєвода Ю. А., Волинець Є. О. Особливості конструкції 
комбінованого змішувача для переробних і харчових виробництв. 
Всеукраїнський науково-технічний журнал, «Вібрації в техніці та технологіях». 
2016. No 1(81). С. 149–154.  
44.Нович В. П., Купчук І. М., Полєвода Ю. А., Михайловська М. А. 
Створення фото аналітичного методу експрес-оцінки вихідної однорідності 
сипких матеріалів. Збірник наукових праць ВНАУ. Серія Технічні науки. 1(84). 
2014. С. 182–187.  
80 
 
 
 
45.Янович В. П., Калетнік Г. М. Обґрунтування режимних та 
конструктивних параметрів гіраційного млина для виробництва високоактивних 
преміксів. Всеукраїнський науково-технічний журнал Вібрації в техніці та 
технологіях. No1 (84) 2017. С. 15–21. 
46.Цуркан О. В. Розробка та дослідження енергоощадного вібраційного 
змішувача для внесення преміксів в комбікорми : дис. кандидата техн. наук : 
05.05.11. Вінниця, 2004. 145 с.  
47.Пазюк В.М., Токарчук О.А., Токарчук Д.М. Сучасний стан проблеми 
енергоефективності в світі та в Україні. Техніка, енергетика, транспорт АПК. 
2021. No1(112). C. 88 –99.  
48.Дубчак В.М., Новицька Л.І., Теорія ймовірностей та математична 
статистика: методичні вказівки для самостійної підготовки здобувачів вищої 
освіти першого (бакалаврського) рівня освіти галузі знань галузі знань 12 – 
«Інформаційні технології», спеціальності 122 – «Комп’ютерні науки та 
інформаційні технології» денної та заочної форми навчання.; Вінн. нац. аграр. 
ун-т. Вінниця: ВНАУ, 2020. 134 с. 
49.Середа Л.П, Швець Л.В, Гунько І.В, Пришляк В.М. Методичні 
рекомендації написання та оформлення дипломних робіт для студентів денної та 
заочної форм навчання факультету механізації сільського господарства освітньо-
кваліфікаційного рівня «Магістр». Вінниця.: 2015. 23 С.  
50. Калетнік Г.М., Чаусов М.Г., Швайко В.М., Пришляк В.М. Основи 
інженерних методів розрахунків на міцність і жорсткість. Ч.III: 
Підручник.Київ.:«Хай-Тек-Прес», 2013. 528 с. 
51.Калетнік Г.М., Войтюк В.Д., Бондар С.М. та ін. Управління інженерною 
діяльністю виробничих і сервісних підприємств АПК. Київ, 2010. 448 с.  
52.Спірнін А. В., Цуркан О. В. Оцінка на конкурентоздатність вібраційного 
змішувача. Вібрації в техніці та технологіях. 2004. №2. С. 70–72.  
53.Кукта Р. М., Колесник А.Л., Кукта С.Г. Механізація і автоматизація 
тваринництва: Навчальний посібник. К.: Віща школа, 1990. 335 с. 
 
81