Математическое моделирование течения расплава мультизлакового сырья в процессе коэкструзии

Разработана математическая модель течения расплава мультизлаковой смеси в канале экструдера для определения рациональных параметров процесса коэкструзии. Математическая модель включает уравнение движения и уравнение сохранения энергии и граничные условия, а также реологический закон течения расплава исследуемой смеси. В результате расчетов были определены геометрические параметры шнека: глубина и ширина канала экструдера, средняя скорость течения и температура экструдата по длине рабочей камеры. Сравнение расчетной температуры экструдата Tк = 136,2 °С и ее экспериментального значения Tк = 135 °С, показывает высокую адекватность. Численное решение математической модели течения вязкой жидкости расплава исследуемой смеси на рассматриваемом участке через канал экструдера позволяет установить характер изменения скорости и давления расплава экструдата. Полученные зависимости легли в основу расчета и проектирования конструкции двухшнекового экструдера, каждый из шнеков которого состоит из трех зон: первой зоны компрессии, которая включает три участка: загрузки, сжатия и дозирования; декомпрессионно-экстракционной зоны, которая включает два участка: декомпрессии и экстракции; и второй зоны компрессии, которая включает два участка: гомогенизации и нагнетания. Использование двухшнекового экструдера позволит расширить технологические возможности экструдера по производству экструдированных продуктов различного поликомпонентного состава; обеспечить необходимую глубину физико-химических превращений компонентов обрабатываемого продукта за счет регулирования теплоподвода.

1. Оспанов А.А., Остриков А.Н., Муслимов Н.Ж., Джумабекова Г.Б. Технология производства коэкструдированных пищевых продуктов. Монография. – Алматы: ТОО "Нур-Принт", 2018. – 211 б.

2. Veremey E., Fatykhov Y., Alshevsky D. Coextrusion process modeling of high viscosity food masses // AIP Conference Proceedings. – AIP Publishing LLC, 2021. – Т. 2419. – №. 1. – P. 030004.

3. Fatyhov U.A., Shumanov V.A., Zarudnyi V.A. A Mathematical model of the co-extruding process //Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. – 2015. – №. 3. – P. 41-43.

4. Adekola K.A. Engineering review food extrusion technology and its applications //Journal of Food Science and Engineering. – 2016. – Т. 6. – №. 3. – P. 149-168.

5. Jun Ho Mun, Ju Hyeon Kim, Sang Ho Mun and See Jo Kim. Modeling and numerical simulation of multiflux die in the multilayer co-extrusion process / Korea-Australia Rheology Journal, 29(1), 51-57 (February 2017).

6. A. Hammer, W. Roland, C. Marschik, G. Steinbichler. Predicting the co-extrusion flow of non-Newtonian fluids through rectangular ducts – A hybrid modeling approach / Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 295, (2021). 104618.

7. Vynckier A. K. et al. Hot-melt co-extrusion: requirements, challenges and opportunities for pharmaceutical applications //Journal of pharmacy and pharmacology. – 2014. – Т. 66. – №. 2. – P. 167-179.

8. Chew S.C., Nyam K.L. Microencapsulation of kenaf seed oil by co-extrusion technology // Journal of food engineering. – 2016. – Т. 175. – P. 43-50.

9. Silva M.P. et al. Comparison of extrusion and coextrusion encapsulation techniques to protect Lactobacillus acidophilus LA3 in simulated gastrointestinal fluids // LWT. – 2018. – Т. 89. – P. 392-399.

10. Piazza L., Roversi T. Preliminary study on microbeads production by co-extrusion technology // Procedia Food Science. – 2011. – Т. 1. – P. 1374-1380.

11. Sun-Waterhouse D. et al. Storage stability of phenolic-fortified avocado oil encapsulated using different polymer formulations and co-extrusion technology // Food and Bioprocess Technology. – 2012. – Т. 5. – №. 8. – P. 3090-3102.

12. Goh K.M., Low S.S., Nyam K.L. The changes of chemical composition of microencapsulated roselle (Hibiscus sabdariffa L.) seed oil by co‐extrusion during accelerated storage // International Journal of Food Science & Technology. – 2021. – Т. 56. – №. 12. – P. 6649-6655.

13. Василенко В.Н. и др. Аналитическое определение температурных полей биополимеров в формующем канале экструдера при коэкструзии // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2014. – №. 1 (59). – C. 13-18.

14. Тихонова Н.В. Разработка и исследование качества коэкструзионных изделий – трубочек с подваркой из микроклонированной земляники садовой //Актуальные проблемы пищевой промышленности и общественного питания. – 2017. – C. 270-276.

15. Ospanov A., Timurbekova A., Muslimov N., Almaganbetova A., Zhalеlov D. The extrusion process of poly-cereal mixtures: study and calculation of the main parameters Potravinarstvo Slovak Journal of Food Sciences, 2022. – V. 16. – P. 645-655 https://doi.org/10.5219/1756