hfbHealth, Food & BiotechnologyHealth, Food & Biotechnology2712-7648РОСБИОТЕХ10.36107/hfb.2019.i3.s264hfb-23Research ArticleПИТАНИЕFOODОбоснование энергетической эффективности технологии термохимической подготовки свекловичной стружки к экстрагированию сахарозы с помощью эксергетических методов анализаJustification of the Energy Efficiency of the Technology for the Thermochemical Preparation of Beet Chips for the Extraction of Sucrose Using Exergy Analysis MethodsРубанН. В.RubanN. V.

Рубан Наталья Викторовна

125080, Москва, Волоколамское шоссе, дом 11

Natalya V. Ruban

11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080 

nataligato@mail.ruКульневаН. Г.KulnevaN. G.

Кульнева Надежда Григорьевна

394036, город Воронеж, пр-т Революции, дом 19

Nadezhda G. Kulneva

19, Revolution Ave., Voronezh, 394036 

ngkulneva@yandex.ruЖуравлевМ. В.ZhuravlevM. V.

Журавлев Михаил Валентинович

125080, Москва, Волоколамское шоссе, дом 11

Mikhail V. Zhuravlev

11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080 

zyrav2014@yandex.ruФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств»РоссияMoscow State University of Food ProductionRussian FederationФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»РоссияVoronezh State University of Engineering TechnologiesRussian Federation201904052021136983Copyright © Рубан Н.В., Кульнева Н.Г., Журавлев М.В., 20212021Рубан Н.В., Кульнева Н.Г., Журавлев М.В.Ruban N.V., Kulneva N.G., Zhuravlev M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.hfb-journal.ru/jour/article/view/23

Статистические исследования последних пяти лет свидетельствуют об устойчивом росте потребления высокоуглеводных продуктов питания, важное место среди которых занимает белый сахар. Данный продукт составляет значительную часть рациона питания современного человека, ввиду своих высоких вкусовых качеств и возможности быстрого насыщения организма энергией.

Сахарное производство является важной частью пищевого промышленного аграрного комплекса России, продукция которого пользуется высоким потребительским спросом, как среди населения страны, так и среди различных отраслей пищевой промышленности. Значительные объемы перерабатываемой сахарной свеклы, множественное количество технологических операций и энергетическая емкость данного пищевого производства требуют своевременного внедрения прогрессивных технологий, позволяющих сохранить энергетическую и ресурсную эффективность, в условиях роста цен на энергоносители.

В технологическом потоке свеклосахарного производства, значительное количество тепловой и электрической энергии сосредоточено на участке экстрагирования сахарозы из свеклы, необходимой для поддержания оптимальных параметров диффузионного процесса. Значительное количество действующих предприятий сахарной отрасли России осуществляет экстрагирование сахарозы с помощью традиционных технологических решений в аппаратах наклонного типа. Традиционные технологические приемы не позволяют обеспечить нормативную величину ее извлечения и нуждаются в технологическом совершенствовании.

Разработано технологическое решение по совершенствованию традиционной технологии диффузионного извлечения сахарозы из свеклы с помощью термохимической обработки свекловичной стружки перед ее поступлением в диффузионный аппарат осуществлен эксергетический анализ предлагаемой разработки. Расчетным путем подтверждены результаты экспериментальных исследований по эффективности применения термохимической обработки свекловичной стружки показана целесообразность использования эксергетического расчета для оценки термодинамического состояния тепло-технологических процессов свеклосахарного производства.

Statistical studies of the last five years indicate a steady increase in the consumption of high-carb foods, an important place among which is confectionery and white sugar. These products make up a significant part of the diet of a modern person, due to their high taste and the ability to quickly saturate the human body with energy.

Sugar production is an important part of the food industry of the agricultural complex of Russia, the products of which are in high consumer demand, both among the population of the country and among various sectors of the food industry. Significant volumes of processed sugar beets, a plurality of technological operations and the energy capacity of this food production require the timely introduction of advanced technologies that can save energy and resource-saving efficiency in the face of rising energy prices.

In the technological flow of sugar beet production, a significant amount of heat and electric energy is concentrated on the site of extraction of sucrose from beets, necessary to maintain optimal parameters of the diffusion process. A significant number of operating enterprises in the Russian sugar industry carry out the extraction of sucrose using traditional technological solutions into an inclined type apparatus. Traditional technological methods do not allow to provide the standard value of its extraction and need technological improvement.

A technological solution has been developed to improve the traditional technology for the diffusion extraction of sucrose from beets using the thermochemical processing of beet chips before it enters the diffusion apparatus, and an exergy analysis of the proposed development has been carried out. By calculation, the results of experimental studies on the effectiveness of the thermochemical processing of beet chips are confirmed, and the feasibility of using an exergy calculation to assess the thermodynamic state of the heat-technological processes of beet sugar production.

сахарное производствоэнергосберегающие технологиистепень термодинамического совершенстваошпаривание стружкиэксергетический коэффициент полезного действияconfectionerywhite sugarsugar productionsucrose extractionelectrochemical activationscalding of chipsexergy analysisReferencesВасиленко, В. Н. (2018). Эксергетический анализ технологии осциллирующей сушки семян масличных культур. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 1, 81-84.Vasilenko, V. N. (2018). Exergetic analysis of oscillating drying technology for oilseeds. Vestnik Vorone-zhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij [Bulletin of the Voronezh state University of engineering technologies], 1, 81-84.Валовой, Б. Н., Тужилкин, В. И., & Петров, С. М. (2016). Комплексная оценка основных типов диффузионных установок свеклосахарного производства. Сахар, 11, 34-38.Valovoy, B. N., Tuzhilkin, V. I., Petrov, S. M. (2016). Comprehensive assessment of the main types of diffusion plants of sugar beet production. Sahar [Sugar], 11, 34-38.Верхола, Л. А. (2018). Проектирование теплотехнологического комплекса с оптимизацией отбора диффузионного сока. Сахар, 4, 36-39.Verkhola, L. A. (2018). Design of a heat-technological complex with optimization of diffusion juice selection. Sahar [Sugar], 4, 36-39.Игнатьев, Б. Ю. (2018). Возможности снижения рисков микробиологического заражения при поставках свекловичного жома с применением органических кислот. Сахар, 2, 35-38.Ignatiev, B. Yu. (2018). Opportunities to reduce the risks of microbiological contamination in the supply of beet pulp with the use of organic acids. Sahar [Sugar], 2, 35-38.Колесников, В. А. (2009). Экономия топливно-энергетических ресурсов на сахарных заводах Краснодарского края. Сахар, 9, 48-53.Kolesnikov, V. A. (2009). Saving fuel and energy resources at sugar factories in the Krasnodar region. Sahar [Sugar], 9, 48-53.Кульнева, Н. Г., Журавлёв, А. А., & Журавлев, М. В. (2019). Моделирование процесса диффузионного извлечения сахарозы с применением термической обработки свекловичной стружки. Сахар, 2, 43-47.Kulneva, N. G., Zhuravlev A. A., & Zhuravlev M. V. (2019). Simulation of the process of diffusion extraction of sucrose using heat treatment of beet chips. Sahar [Sugar], 2, 43-47.Кульнева, Н. Г., Журавлёв, М. В., & Беляева, Л. И. (2015). Повышение качества питательной воды как способ интенсификации экстрагирования сахарозы из свекловичной стружки. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 11, 337-341.Kulneva, N. G., Zhuravlev, M. V., & Belyaeva, L. I. (2015). Improving the quality of feed water as a way to intensify sucrose from beet chips. Mezh-dunarodnyj zhurnal prikladnyh i fundamental’nyh issledovanij [International journal of applied and fundamental research], 11, 337-341.Кульнева, Н. Г., & Журавлёв, М. В. (2016). Эффективность тепловой обработки свекловичной стружки перед экстрагированием сахарозы на Бала-шовском сахарном комбинате. Сахар, 3, 44-46.Kulneva, N. G., & Zhuravlev, M. V. (2016). Efficiency of heat treatment of beet chips before extracting sucrose at the Balashovsky sugar mill. Sahar [Sugar], 3, 44-46.Кульнева, Н. Г., Губин, А. С., & Бираро, Г. Э. (2018). Разработка и обоснование способа получения сахара с биологически активными добавками. Сахар, 5, 46-48.Kulneva, N. G., Gubin, A. S., & Biraro, G. E. (2018). Development and justification of a method for obtaining sugar with biologically active additives. Sa-har [Sugar], 5, 46-48.Кульнева, Н. Г., Журавлёв, М. В., & Шматова, А. И. (2015). Усовершенствованная технология подготовки питающей воды для диффузионного процесса как способ интенсификации экстрагирования сахарозы из свеклы. Современные концепции научных исследований, 5, 123-125.Kulneva, N. G., Zhuravlev, M. V., & Shmatova, A. I. (2015). Improved technology for preparing feed water for the diffusion process as a way to intensify the extraction of sucrose from beets. Sovremennye koncepcii nauchnyh issledovanij [Modern concepts of scientific research], 5, 123-125.Кухар, В. Н., Саповский, В. Д., Табурчак, В. Г., Глушко, С. А. (2015). Оптимизация работы диффузионной установки колонного типа методом усовершенствования конструкции ошпаривателя. Сахар, 4, 40-45.Kuhar, V. N., Sapovsky, V. D., Taburchak, V. G., & Glushko, S. A. (2015). Optimization of the operation of a column-type diffusion unit by improving the design of the scalder. Sahar [Sugar], 4, 40-45.Мойсеяк, М. Б. (2017). Технология производства высокосахаристого продукта, отвечающего требованиям здорового питания. Сахар, 9, 47-49.Moyseyak, M. B. (2017). Production technology of a high-sugar product that meets the requirements of a healthy diet. Sahar [Sugar], 9, 47-49.Радченко, Р. В., & Тюльпа, В. В. (2017). Преимущества эксергетического метода термодинамического анализа накопителей энергии. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 8, 20-27. Сажин, Б. С., Булеков, А. П., & Устинова, М. А. (2011). Эксергетическая оценка эффективности установок с активными гидродинамическими режимами. Успехи в химии и химической технологии, 3, 108-110.Radchenko, R. V., & Tulpa, V. V. (2017). Advantages of the exergetic method of thermodynamic analysis of energy storage. Elektrooborudovanie: ekspluata-ciya i remont [Electrical equipment: operation and repair], 8, 20-27.Шевцов, А. А., & Дранников, А. В. (2016). Эксерге-тический анализ технологии комплексной переработки протеинсодержащих зеленых растений. Вестник Воронежского государственного аграрного университета, 4, 147-154.Sazhin, B. S., Bulekov, A. P., & Ustinova, M. A. (2011). Exergetic assessment of the efficiency of installations with active hydrodynamic modes. Uspekhi v himii i himicheskoj tekhnologii [Advances in chemistry and chemical technology], 3, 108-110.Филоненко, В. Н. (2018). Эксплуатация подогревателей сахарного завода в аспекте энергетического менеджмента. Сахар, 3, 31-33.Shevtsov, A. A., & Drannikov, A.V. (2016). Exergetic analysis of technology for complex processing of protein-containing green plants. Vestnik Vorone-zhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij [Bulletin of the Voronezh state agrarian University], 4, 147-154.Фролова, Н. А. (2018). Классификация сахаристых кондитерских изделий с учётом региональных особенностей. Сахар, 10, 47-50.Filonenko, V. N. (2018). Operation of sugar factory heaters in the aspect of energy management. Sahar [Sugar], 3, 31-33.Штерман, С. В., & Бодин, А. Б. (2015). Современные направления промышленного применения сахарозы. Сахар, 8, 38-42.Frolova, N. A. (2018). Classification of sugar confectionery products with regional characteristics. Sa-har [Sugar], 10, 47-50.Цирлин А.М., Ахременков А.А., Григоревский И.Н. (2008). Минимальная необратимость и оптимальное распределение поверхности и тепловой нагрузки теплообменных систем. Теоретические основы химической технологии, 2(42), 214-221.Shterman, S. V., & Bodin, A. B. (2015). Modern directions of industrial application of sucrose. Sahar [Sugar], 8, 38-42.Cao, N. V., & Chung, J. D. (2019). Exergy analysis of adsorption cooling systems based on numerical simulation. Energy Technology, 1 (7), 153-166.Tsirlin A. M., Efremenkov, A. A., & Grigorevsky, I. N. (2008). Minimal irreversibility and optimal distribution of the surface and heat load of heat exchange systems. Teoreticheskie osnovy himicheskoj tekhnologii [Theoretical foundations of chemical technology], 2(42), 214-221.Gjennestad, M. A., Aursand, E., Magnanelli, E., & Pharoah, J. (2018). Performance analysis of heat and energy recovery ventilators using exergy analysis and nonequilibrium thermodynamics. Energy and Buildings, 170, 195-205. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.04.013Cao, N. V., & Chung, J. D. (2019). Exergy analysis of adsorption cooling systems based on numerical simulation. Energy Technology, 1 (7), 153-166.Haryati, S., Maharanti, A., Hamzah, A., & Bustan, M. D. (2016). Improving ammonia reactor performances through exergy analysis. International Journal of Exergy, 4(21), 383-404.Gjennestad, M. A., Aursand, E., Magnanelli, E., & Pharoah J. (2018). Performance analysis of heat and energy recovery ventilators using exergy analysis and nonequilibrium thermodynamics. Energy and Buildings, 170, 195-205. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.04.013Johnson, P. W., & Langrish, T. A. G. (2018). Exergy analysis of a spray dryer: methods and interpretations. Drying Technology, 5(36), 578-596. https://doi.org/10.1080/07373937.2017.1349790Haryati, S., Maharanti, A., Hamzah, A., & Bustan, M. D. (2016). Improving ammonia reactor performances through exergy analysis. International Journal of Exergy, 4(21), 383-404.Lehnberger, A. (2015). New ways to improve the process of extraction of sugar from sugar beet. Sugar Industry, 10, 748-757.Johnson, P. W., & Langrish, T. A. G. (2018). Exergy analysis of a spray dryer: methods and interpretations. Drying Technology, 5(36), 578-596. https://doi.org/10.1080/07373937.2017.1349790Marmolejo-Correa, D., & Gundersen, T. (2011). Low Temperature Process Design: Challenges and Approaches for using Exergy Efficiencie. International Scientific Conference Computer Aided Chemical Engineering, 29, 1909-1913.Lehnberger, A. (2015). New ways to improve the process of extraction of sugar from sugar beet. Sugar Industry, 10, 748-757.Mojarab Soufiyan, M., Dadak, A., Hosseini, S. S., Na-siri, F., Aghbashlo, M., Dowlati, M., & Tahmase-bi, M. (2016). Comprehensive exergy analysis of a commercial tomato paste plant with a double-effect evaporator. Energy, 111, 910-922. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.06.030Marmolejo-Correa, D., & Gundersen, T. (2011). Low Temperature Process Design: Challenges and Approaches for using Exergy Efficiencie. International Scientific Conference Computer Aided Chemical Engineering, 29, 1909-1913.Sheikholeslami, M., Jafaryar, M., Ganji, D.D., & Li, Z. (2018). Exergy loss analysis for nanofluid forced convection heat transfer in a pipe with modified turbulators. Journal of Molecular Liquids, 262, 104110.Mojarab Soufiyan, M., Dadak, A., Hosseini, S. S., Na-siri, F., Aghbashlo, M., Dowlati, M., & Tahmase-bi, M. (2016). Comprehensive exergy analysis of a commercial tomato paste plant with a double-effect evaporator. Energy, 111, 910-922. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.06.030Ust, Y., Sahin, B., & Cakir, M. (2016). Ecological coefficient of performance analysis and optimisation of gas turbines by using exergy analysis approach. International journal of exergy, 1(21), 39-69. https://doi.org/10.1504/IJEX.2016.078510Sheikholeslami, M., Jafaryar, M., Ganji, D.D., & Li, Z. (2018). Exergy loss analysis for nanofluid forced convection heat transfer in a pipe with modified turbulators. Journal of Molecular Liquids, 262, 104110.Yan, Q., Lu, T., Hou, Y., Nan, X., & Luo, J. (2019). Exergy cascade release pathways and exergy efficiency analysis for typical indirect coal combustion processes. Combustion theory and modeling, 6(23), 1134-1149. https://doi.org/10.1080/13647830.2019.1639826Ust, Y., Sahin, B., & Cakir, M. (2016). Ecological coefficient of performance analysis and optimisation of gas turbines by using exergy analysis approach. International journal of exergy, 1(21), 39-69. https://doi.org/10.1504/IJEX.2016.078510Ye, W., Yang, Z., & Liu, Y. (2018). Exergy loss analysis of the regenerator in a solar stirling engine. Thermal Science, 22(2), 729-737. https://doi.org/10.2298/TSCI170911058YYan, Q., Lu, T., Hou, Y., Nan, X., & Luo, J. (2019). Exergy cascade release pathways and exergy efficiency analysis for typical indirect coal combustion processes. Combustion theory and modeling, 6(23), 1134-1149. https://doi.org/10.1080/13647830.2019.1639826Ye, W., Yang, Z., & Liu, Y. (2018). Exergy loss analysis of the regenerator in a solar stirling engine. Thermal Science, 22(2), 729-737. https://doi.org/10.2298/TSCI170911058YYe, W., Yang, Z., & Liu, Y. (2018). Exergy loss analysis of the regenerator in a solar stirling engine. Thermal Science, 22(2), 729-737. https://doi.org/10.2298/TSCI170911058Y

The authors declare that there are no conflicts of interest present.