Математическое моделирование кинетики сушки в пищевой промышленности

Исследовательская работа посвящена вопросам математического моделирования кинетики сушки пищевых продуктов. В современном этапе развития пищевых технологий глубокое понимание процессов тепло- и массообмена является важным условием повышения качества продукции и обеспечения энергосбережения. Основная цель исследования – построение математической модели, описывающей кинетику влагоудаления продукта на основе закономерностей тепло- и массообмена, а также определение возможности применения данной модели в промышленных условиях. Научная идея работы заключается в повышении технологической эффективности и сохранении качества продукции за счёт описания физических процессов сушки с использованием математических уравнений. В статье представлена методика моделирования, основанная на критериях Фика, Нуссельта и Рейнольдса, описывающих явления тепло- и массообмена. При моделировании использованы нестационарные уравнения теплопроводности, система начальных и граничных условий, а также численные методы решения дифференциальных уравнений. В результате исследования определены оптимальные режимы, позволяющие сократить время сушки и снизить энергозатраты. Разработанная модель точно описывает динамику влагосодержания продукта и даёт возможность оптимизировать рабочие параметры теплообменных аппаратов. Научная новизна работы заключается в формировании основы управления процессами сушки с использованием математического описания их кинетики. Практическая значимость заключается в возможности применения модели в автоматизированных системах пищевого производства, при проектировании сушильных аппаратов и совершенствовании энергосберегающих технологий.

1. Akter, F., Muhury, R., Sultana, A., & Deb, U. K. (2022). A comprehensive review of mathematical modeling for drying processes of fruits and vegetables. Journal of Food Process Engineering. https://doi.org/10.1155/2022/6195257

2. Carvalho, M. S., Martins, J. J. A., & Lima, R. P. (2022). Kinetics and mathematical modeling of drying of agricultural material. Revista Caatinga, 35(3), 115–126. https://doi.org/10.1590/1983-21252022v35n318rc

3. de Alcântara, C. M., Moreira, I. d. S., & Cassimiro, C. A. L. (2024). Mathematical modeling of drying kinetics and technological and chemical properties of Pereskia sp. leaf powders. Processes, 12(10), 2077. https://doi.org/10.3390/pr12102077

4. Chigbo, K. S., Ike, C. E., & Opara, U. L. (2024). Mathematical modeling of the effects of thickness and temperature on drying kinetics of food products. Food Production, Processing and Nutrition. https://doi.org/10.1186/s43014-024-00233-9

5. Kılıç, A., Kızıltaş, S., & Yılmaz, M. (2025). Comprehensive evaluation of mathematical models used in thin-layer drying of foods. Food Science & Nutrition, 13(5), 7055–7072. https://doi.org/10.1002/fsn3.70558

6. Asrate, D. A., Tufa, T. A., & Tesfaye, T. (2025). Review on recent trends of food dryer technologies and modelling. Food Systems, 9(1), 55–73. https://doi.org/10.1016/j.foodsys.2025.100183

7. Elwakeel, A. E., Tayoush, A. A., & Ghanem, T. H. M. (2025). Mathematical modelling, drying kinetics, and economic analysis of a hybrid photovoltaic-thermal solar dryer for henna leaves. Scientific Reports, 15, 21392. https://doi.org/10.1038/s41598-025-03460-3

8. Lončar, B., Milanović, S., & Đurović, D. (2024). Mathematical modelling approach and simulation in food drying applications. Foods, 13(3), 384. https://doi.org/10.3390/foods13030384

9. Owoh, I. P., Okonkwo, W. I., & Anyanwu, C. N. (2025). A review on modeling the drying kinetics of agricultural bio-materials and wastes. International Journal of Research and Innovation in Applied Science (IJRIAS). https://rsisinternational.org/journals/ijrias/articles/a-review-on-modeling-the-drying-kinetics

10. Biswas, R., & Kumar, S. (2022). Thin-layer modelling of drying kinetics, rehydration and quality changes in plant foods. Food Bioproducts and Processing, 132, 32–44. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2022.02.006

11. Mbegbu, N. N., & Eze, C. C. (2024). Thin layer drying: effect of air temperature on the drying properties and kinetics of bushbuck leaves. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 9, 100416. https://doi.org/10.1016/j.cscee.2024.100416

12. Kidane, H., & Abadi, B. (2025). Characterizing agricultural product drying in solar systems: mathematical modelling of drying kinetics. SN Applied Sciences, 7(2). https://doi.org/10.1007/s44187-025-00362-1

13. Амангельдиева Г.Б., Таңжарықова Г.П., Абиева Г.С., Таңжарықов П.А. (2020). Гидрогазодинамика және жылу-масса алмасу пәнінен есептер шығару бойынша оқу құралы. Қызылорда: Қорқыт Ата атындағы ҚМУ.

14. Күмісбеков С.А. (2020). Тамақ өндірісінің процестері мен аппараттары: оқу құралы. Алматы: Эверо. ISBN 978-601-7816-30-8.

15. Сарлыбаева Л.М., Аскарова Ш.К., Ахметова Н.К., Абимульдина С.Т. (2016). Тамақ өндірістерінің жалпы технологиясы: оқу құралы. Алматы: Эверо. ISBN 978-601-310-809-4.

16. Тулубаев Ф.Х., Калиев Б.К. (2022). Жылу техникасы негіздері: оқу құралы. Қостанай: А.Байтұрсынов атындағы ҚӨУ. ISBN 978-601-356-165-3.

17. Күзембаева Г., Мұхамадиева Қ., Әділбеков М. (2018). Тамақ өндірісінің жылу және масса алмасу аппараттарын есептеу: оқу құралы. Алматы: Алматы технологиялық университеті.