ВАКУУМНАЯ СУБЛИМАЦИОННАЯ СУШИЛЬНАЯ СИСТЕМА С ИНВЕРТОРНЫМ КОМПРЕССОРОМ
Авторы
-
Аскар Сапаков
ALT Университет имени Мухамеджана Тынышпаева, Алматы, Казахстан
https://orcid.org/0000-0001-5708-7862
-
Сая Сапакова
Международный университет информационных технологий, Алматы, Казахстан
https://orcid.org/0000-0001-6541-6806
-
Асель Карасаева
ALT Университет имени Мухамеджана Тынышпаева, Алматы, Казахстан
https://orcid.org/0000-0002-9574-0014
https://doi.org/10.37884/3-2026/19
Ключевые слова:
вакуумная сублимационная сушка, инверторный компрессор, интеллектуальная система управления, последовательное управление нагрузкой, энергоэффективность, козье молоко, лиофилизация, однофазное питание 220 В, вакуумная камераАннотация
В данной работе представлены разработка и экспериментальная проверка интеллектуальной вакуумной сублимационной сушильной системы, работающей от однофазной сети питания 220 В. Система разработана с целью повышения энергоэффективности и эксплуатационной устойчивости процессов сублимационной сушки для малых и средних предприятий пищевой промышленности в условиях ограниченной электрической инфраструктуры. Разработанная установка включает инверторный компрессор и алгоритм последовательного управления нагрузкой для энергоемких компонентов, включая холодильную систему, вакуумный насос и систему нагрева. Экспериментальные исследования проводились в процессе сублимационной сушки козьего молока при загрузке продукта до 45-50 кг. В течение всего цикла сушки контролировались параметры температуры, давления, массопереноса и энергопотребления. Полученные результаты показали стабильное поддержание вакуумного режима в пределах 45–55 Па и температуры конденсатора в диапазоне от 46 до 48 °C на основной стадии сублимации. Реализованный алгоритм последовательно го управления ограничивал пиковое потребление электрической мощности до 6,5 кВт и обеспечивал стабильную работу от стандартной однофазной электрической сети 220 В. Экспериментальная сушка козьего молока обеспечила остаточную влажность продукта в пределах 1,8–4,2 % и эффективность удаления влаги свыше 95 %. Сравнительный анализ подтвердил снижение установленной мощности и уменьшение энергопотребления по сравнению с традиционными трёхфазными системами сублимационной сушки. Полученные результаты подтверждают практическую возможность применения разработанной интеллектуальной вакуумной сублимационной сушильной системы в фермерских хозяйствах и на малых предприятиях пищевой промышленности Казахстана.
Библиографические ссылки
Abascal K., Ganora L., and Yarnell E. (2005). “The effect of freeze-drying and its implications for botanical medicine: A review,” Aug. 2005. Doi:10.1002/ptr.1651.
Alfat S. and Purqon A. (2017). Heat and Mass Transfer Model in Freeze-Dried Medium, in Journal of Physics: Conference Series, Institute of Physics Publishing, Aug. 2017. Doi: 10.1088/1742-6596/877/1/012061.
Buana I. et al. (2025). Enhancing evaporation in vacuum freeze drying: Optimizing airflow in horizontally-connected chambers //Case Studies in Thermal Engineering. 2025. Т. 75. Р. 106930. https://doi.org/10.1016/j.csite.2025.106930.
Ben A.E. et al. (2025). Review of the Mechanisms, Pros and Cons of Some Drying Technologies Applicable to Agricultural Food Products’ Processing //Journal of Food Process Engineering. 2025. Т. 48. №. 6. Р. e70163. https://doi.org/10.1111/jfpe.70163
Bayana D., İçier F. (2024). Effects of process conditions on drying of tomato pomace in a novel daylight simulated photovoltaic-assisted drying system //Food and Bioprocess Technology. 2024. Т. 17. №. 12. Рр. 5000–5022. https://doi.org/10.1007/s11947-024-03411-2.
Bano G., De-Luca R., Tomba E., Marcelli A., Bezzo F., and Barolo M. (2020). “Primary Drying Optimization in Pharmaceutical Freeze-Drying: A Multivial Stochastic Modeling Framework,” Ind. Eng. Chem. Res. Vol. 59. No. 11. Pp. 5056–5071, Mar. 2020, doi: 10.1021/acs.iecr.9b06402.
Ciurzyńska A. and Lenart A. (2011). Freeze-drying - application in food processing and biotechnology - a review, 2011, Polish Academy Sciences. Doi: 10.2478/v10222-011-0017-5.
Chen A. et al. (2024). “Radio Frequency Vacuum Drying Study on the Drying Characteristics and Quality of Cistanche Slices and Analysis of Heating Uniformity,” Foods. Vol. 13. No. 17. Sep. 2024, Doi: 10.3390/foods13172672.
Chupawa P., Gaewsondee T., Duangkhamchan W. (2021). Drying characteristics and quality attributes affected by a fluidized-bed drying assisted with swirling compressed-air for preparing instant red jasmine rice //Processes. 2021. Т. 9. №. 10. Р. 1738. https://doi.org/10.3390/pr9101738
Fang Z. et al. (2026). Study on superheat control methods for refrigerant direct cooling thermal management systems of electric vehicle power batteries //Applied Thermal Engineering. 2026. Р. 131545. 10.1016/j.applthermaleng.2026.131545
Jameel F. et al. (2021). Recommended Best Practices for Lyophilization Validation—2021 Part I: Process Design and Modeling, AAPS PharmSciTech. Vol. 22. No. 7. Aug. 2021, doi: 10.1208/s12249-021-02086-8.
Lozano B., Castellote A.I., Montes R., and López-Sabater M.C. (2014). “Vitamins, fatty acids, and antioxidant capacity stability during storage of freeze-dried human milk,” Int. J. Food Sci. Nutr. Vol. 65. No. 6. Рp. 703–707. 2014, Doi: 10.3109/09637486.2014.917154.
Liu Y., Tian Y., He Y. (2024). Exploratory testing of energy-saving characteristics of large-scale freeze-drying equipment //Energies. 2024. Т. 17. №. 4. Р. 884. https://doi.org/10.3390/en17040884
Lazarin R.A. et al. (2023). Drying kinetic and bioactive compounds of okara dried in microwave-assisted rotating-pulsed fluidized bed dryer //Food and Bioprocess Technology. 2023. Т. 16. №. 3. Рр. 565–575. https://doi.org/10.1007/s11947-022-02955-5
Li G., Wang Q., Zhou H. (2023). Research on the application of vacuum freeze-drying technology for food //E3S Web of Conferences. – EDP Sciences, 2023. Т. 370.Р. 01004. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202337001004.
Ilić M.D., Allen E.H., Chapman J.W., King C.A., Lang J.H. and Litvinov E. (2005). “Preventing future blackouts by means of enhanced electric power systems control. From complexity to order,” in Proceedings of the IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2005. Рp. 1920–1940. doi: 10.1109/JPROC.2005.857496.
Liliana S.-C., Diana P. V.-M., and Alfredo A.A. (2015). “Structural, physical, functional and nutraceutical changes of freeze-dried fruit,” Afr. J. Biotechnol. Vol. 14. No. 6. Pp. 442–450, Feb. 2015, Doi: 10.5897/ajb2014.14189.
Morikawa T., Takada N., and Miura M. (2017). “Effect of decompression drying treatment on physical properties of solid foods // Biosci. Biotechnol. Biochem. Vol. 81. No. 4. Pp. 831–838, 2017, Doi:10.1080/09168451.2017.1281728
Nikiforidis G., Van de Sanden M.C.M., and Tsampas M.N. (2019). High and intermediate temperature sodium-sulfur batteries for energy storage: development, challenges and perspectives, 2019 // Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/c8ra08658c.
Nst B. C. et al. (2025). Analysis Energy of Freeze Vacuum Drying System with Thermal Energy Storage and Reverse Valve of 4kg Capacity // Journal of Ocean, Mechanical and Aerospace-science and engineering. 2025. Т. 69. №. 3. Рр. 178–183. http://dx.doi.org/10.36842/jomase.v69i3.541.
Oztuna Taner O. (2024). Vacuum freeze dryer technology for extending the shelf life of food and protecting the environment: a scenario study of the energy efficiency //Environmental Science and Pollution Research. 2024. Т. 31. №. 27. Рр. 38573–38584. https://doi.org/10.1007/s11356-023-30398-8.
Ratti C. (2001). “Hot air and freeze-drying of high-value foods: A review,” 2001. Elsevier Ltd. doi: 10.1016/S0260-8774(00)00228-4.
Ruiz-Rodriguez A., Marín F.R., Ocaña A., and Soler-Rivas C. (2008). Effect of domestic processing on bioactive compounds, 2008, Springer Netherlands. Doi:10.1007/s11101-007-9073-1.
Stetzer O., Baschek B., Lüönd F., and Lohmann U. (2008). The Zurich Ice Nucleation Chamber (ZINC) - A new instrument to investigate atmospheric ice formation // Aerosol Science and Technology. Vol. 42. No. 1. Pp. 64–74. Jan. 2008. Doi: 10.1080/02786820701787944.
Sapakov A., et al. (2024). Influence of Technological Parameters on the Temperature-Time Modes of Vacuum Freeze-Drying of the Product // Izdenister Natizheler. 2024;(4):414–422. https://doi.org/10.37884/4-2024/43.
Sun Z. et al. (2025). Recent advances in heat pump drying system for the food industry: structure, system optimization, applications, and prospects // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2025. Т. 24. №. 4. Р. e70238. https://Doi.org/10.1111/1541-4337.70238.
Prosapio V., Norton I., and De Marco I. (2017). “Optimization of freeze-drying using a Life Cycle Assessment approach: Strawberries’ case study,” J. Clean. Prod., Vol. 168. Pp. 1171–1179. Dec. 2017. Doi: 10.1016/j.jclepro.2017.09.125.
Wang N., Wang D., Krook-Riekkola A., and Ji X. (2023). MEA-based CO2 capture: a study focuses on MEA concentrations and process parameters, Front. Energy Res. Vol. 11. 2023, doi: 10.3389/fenrg.2023.1230743.
Wang Y., Zhao H., Kong D. (2026). Experimental study on the performance of a two-stage heat pump drying system coupled with rotary dehumidification and total heat recovery // Case Studies in Thermal Engineering. 2026. Р. 108279. https://doi.org/10.1016/j.csite.2026.108279.
Zhang F. et al. (2023). Nondestructive monitoring of freeze drying and spray freeze drying endpoint by temperature-pressure method //Drying Technology. 2023. Т. 41. №. 16. Рр. 2679–2687. https://doi.org/10.1080/07373937.2023.2240407.
Zhang L.Z. et al. (2022). Optimization of a variable-temperature heat pump drying process of shiitake mushrooms using response surface methodology //Renewable Energy. 2022. Т. 198.Рр. 1267–1278. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.08.094.
Загрузки
Просмотров аннотации: 7 | Загрузок PDF: 2Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Izdenister natigeler
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
