В этом исследовании производительность системы омической концентрации была проанализирована на основе второго закона термодинамики. Влияние содержания соли (0-2% мас. / Мас.), Градиента напряжения (5-11 В / см) и типа электрода (316L St, Al и Br) оценивали с точки зрения эксергии. Результаты показали, что увеличение содержания соли и градиента напряжения уменьшало удельное потребление эксергии и увеличивало эффективность эксергии (p0,05). В настоящее время растет спрос на новейшие технологии в области термической обработки пищевых продуктов с низким энергопотреблением, высокой энергоэффективностью и сохранением качества продуктов питания. Омическое нагревание является одной из альтернатив и новейших технологий в термической обработке пищевых продуктов, при которой электрическое сопротивление самого продукта вырабатывает тепло при прохождении через него электрического тока (Sakr and Liu, 2014). Преимуществами метода омического нагрева являются быстрый и равномерный процесс нагрева, улучшение качества продукта, снижение энергопотребления и экономия затрат на процесс (Sakr and Liu, 2014; Farahnaky et al., 2012; Moreno et al., 2012 ).
Предыдущее исследование также показало, что омический нагрев может быть перспективным методом в индустрии фруктовых соков, особенно в процессе выпаривания / концентрирования фруктовых соков. Процесс производства сокового концентрата обычным вакуумным нагревом требует больших затрат энергии и капитала (Nargesi, 2011). Большинство тепловых процессов и отопительного оборудования имеют низкую энергоэффективность. Поэтому исследователям и инженерам жизненно важно повысить термический КПД систем отопления с помощью инженерных анализов. Эксергетический анализ является полезным инструментом для оценки энергетических характеристик системы омического концентрирования для производства томатной пасты. Использование эксергетического анализа может преодолеть ограничения энергетического анализа, который фокусируется только на количестве энергии и тем самым становится более значимым.
Эксергетический анализ определил распад качества энергии во время передачи и преобразования энергии (Prommas et al., 2012). Кроме того, Exergy является более понятным термодинамическим свойством, чем энтропия, для представления необратимости в сложных системах (Nanaki and Koroneos, 2017; Hammond and Winnett, 2009). Из второго закона термодинамики эксергия может помочь выявить необратимости, связанные с потоком энергии и ее преобразованием. Энергия определяется как максимально возможная полезная работа, которую система может выполнить, когда она претерпевает обратимый процесс из исходного состояния в состояние окружающей среды, мертвое состояние (Akbulut and Durmu, 2010; Prommas et al., 2012). Метод эксергии является особенно полезным инструментом для планирования энергопотребления и принятия решений в интересах устойчивого развития. Эксергетический анализ системы омического нагрева жидкой пищи представляет собой новый подход к оценке эффективности омических систем, который может быть особенно использован при промышленном внедрении этих систем. Bozkurt и Icier (2010) выполнили эксергетический анализ омического приготовления говяжьего фарша в омическом нагревателе и сообщили, что значения энергии и эксергетического КПД для омического процесса приготовления при градиентах напряжения между 20 и 40 В / см находились в диапазоне 0,69–0,91% и 63,2–89,2% соответственно. Дарвиши и соавт. (2015) изучали только влияние градиента напряжения на термодинамические аспекты концентрации омического томатного сока, и их результаты показали, что значения энергетической и эксергетической эффективности увеличивались с увеличением градиента напряжения.
Выбор подходящего электрода в системах омического нагрева является одним из важных параметров, которые необходимо учитывать. Нежелательные электрохимические реакции на границе раздела электрод и раствор, а также коррозия могут повлиять на эффективность омической системы отопления, и этого можно избежать, выбрав электроды с подходящим материалом (Adetunji et al., 2016; Alvarez et al., 2012; Assiry , 2003; Zell et al., 2009). Генерируемые значения тепла и эффективности системы омического нагрева зависят от проводящей природы обрабатываемого материала и напряженности электрического поля. Многие исследователи, добавляя соль к продуктам, увеличивали электрическую проводимость и улучшали тепловые характеристики и качество конечного продукта (Icier and Ilicali, 2005; Assiry et al. 2003; Zell et al., 2009; Marra et al., 2009; Icier и др., 2006). Ассири и соавт. (2010) сообщили, что электропроводность увеличивается с увеличением растворенного иона в растворе, потому что электрический ток пропускается ионами в растворе. Многие исследователи исследовали, оценивали влияние типа электродов и содержания соли на коррозию электродов, скорость нагрева, электропроводность и качество конечного продукта. Но системы омического нагрева не были изучены с точки зрения второго закона термодинамики (эксергетический анализ).
С другой стороны, такие исследования, как Darvishi et al. (2015), Cokgezme et al. (2017) и Bozkurt and Icier (2010) исследовали только влияние градиента напряжения на эксергетические аспекты. В обзоре литературы не было найдено каких-либо исследований о влиянии типа электрода и содержания соли на энергетические характеристики системы омической концентрации. Таким образом, конкретной целью данного исследования было изучение влияния содержания соли, типа металлического электрода и градиента напряжения на энергетические характеристики системы омической концентрации в качестве первой работы. Плоды томатов (ранний Urbana111 Var.) Были приобретены на местном рынке в Санандаже, Курдистан, Иран. После мытья образцов томатов их кожуру очищают, используя метод горячей и холодной воды. Очищенные помидоры обрабатывали в обычной миксере / соковыжималке для получения свежего томатного сока. Томатный сок фильтровали с использованием вакуумного фильтра для отделения семян. Образцы сока хранили при 2 ± 0,5 ° С во время экспериментов, чтобы замедлить дыхание, физиологические и химические изменения. Среднее содержание влаги в образцах томатов составляло 9,53 ± 0,15 (в пересчете на сухое вещество), как было определено в печи при 103 ± 1 ° C в течение 24 часов (Hosainpour et al., 2014). На рис. 1 показана система статического омического отопления. Блок омического нагрева состоял из цилиндрической тефлоновой ячейки (внутренний диаметр 50 мм; толщина стенки 10 мм; длина 150 мм), двух съемных электродов (три типа: 316L St, Al и Br) с зазором между ними 100 мм и 2 мм. толщина, анализатор мощности (DW-6090, Lutron, Тайвань), две термопары k-типа с тефлоновым покрытием (подключенные к цифровым термометрам), стабилизатор напряжения (1 кВт, 0–320 В, 50 Гц, MST – 3, Toyo, Japan) и компьютер. Тип металлического электрода (316L St, Br и AL) выбран на основе исследований Torkian et al. (2017); Adetunji et al. (2016); Альварес и соавт. (2012), Zell et al., (2011).
Свойства электродов и омической ячейки представлены в таблице 1. На поверхности ячейки были созданы три отверстия диаметром 1 мм и 10 мм для вставки термопар и выхода пара на ячейку соответственно. Чтобы предотвратить вытекание сока из ячейки из-за быстрого кипения сока (из отверстия 10 мм), мы использовали ловушку для колонки на верхней поверхности омической ячейки (Torkian et al., 2015), как показано на рис. 1. Изменение массы образца, записанного с помощью цифрового баланса (A & D GF 600, Япония) с точностью ± 0,01 г, который помещается под омическую ячейку, как показано на рис. 1. Около 100 г (± 0,5) свежего томатного сока с 20 ° C первоначальной температуры выливали через колонку-ловушку в омическую ячейку (ячейка полностью заполнена). Процесс нагревания проводили до тех пор, пока конечное содержание влаги не достигло 2,43% ± 0,02 (в пересчете на сухое вещество) с использованием различных напряжений 50, 70, 90 и 110 В (как градиент напряжения 5, 7, 9 и 11 В / см) при частоте 50 Гц. (Torkian et al., 2017; Hosainpour et al., 2014). Содержание соли в образцах томатной пасты варьировалось в диапазоне от 0,6 до 2,5% (вес / вес) для различных производственных компаний (Sobowale et al., 2012).
По данным Управления по контролю за продуктами и лекарствами, максимальное содержание соли в томатной пасте составляет 2% (вес / вес). Соль (NaCl) обеспечивала два уровня концентрации соли 1: 100 г / г (соотношение соль / томат) и 2: 100 г / г (как 1 и 2% мас. / Мас.), И результаты сравнивали без образца соли как контрольный образец. Соль добавляют к образцам томатов во время процесса с помощью миксера / соковыжималки, чтобы равномерно распределить их в томатном соке. После каждого испытания электроды промывали щеткой и дистиллированной водой. Данные о напряжении, токе, массе и температуре были измерены во время нагрева и передали эту информацию на компьютер с помощью регистратора данных.
Анализ эксергии
Согласно контрольному объему нагрева (рис. 2), баланс эксергии для омической системы был выражен следующим образом (Darvishi et al., 2015): Скорость переноса эксергии из-за испарения в контрольном объеме нагрева была ( Nanaki and Koroneos, 2017; Sarker et al., 2015): удельная эксергия входного или конечного продукта была рассчитана по формуле. (3) указано следующее (Prommas et al., 2010): эффективность эксергии была рассчитана с использованием уравнения. (4) указано следующее (Darvishi et al., 2015): Потеря эксергии определяется по формуле. (5): Удельное потребление эксергии определялось с использованием следующего уравнения: Кроме того, было использовано следующее уравнение для определения потенциала энергетического улучшения системы омической концентрации (Icier et al., 2010; Cokgezme et al., 2017).
Статистический метод. Все данные выражены в виде среднего значения и значения стандартного отклонения трех повторных измерений для различных условий нагрева. Тест ANOVA и тест Дункана были использованы для анализа влияния содержания соли, градиента напряжения и типа электрода на выбранные свойства при уровне значимости 5% (p = 0,05). Статистическая оценка была выполнена с использованием программного обеспечения SPSS V.18. Также программное обеспечение Table Curve 3D, V4 использовалось для построения трехмерного изображения взаимосвязи параметров и извлечения уравнений регрессии. Результаты и обсуждение Специфическая эксергия, необходимая для омической концентрации томатного сока, показана на рис. 3.
Для всех электродов потребление эксергии значительно уменьшилось (p <0,05) по мере увеличения градиента напряжения и содержания соли. Это произошло из-за резкого сокращения времени концентрации с увеличением градиента напряжения и содержания соли. Содержание электролита увеличивается с концентрацией соли, которая увеличивает электропроводность. Поэтому скорость выделения тепла внутри образца увеличилась (Duguay et al., 2016; Icier and Ilicali, 2005; Sarkis et al., 2013; Darvishi et al., 2015). Однако потребление эксергии Al-электрода выше, чем у 316L St и Br-электродов при разных процессах концентрации (p0,05) при одинаковых условиях нагрева. Минимальный удельный расход эксергии 316L St и Br электродов был получен 2,73 (МДж / кг воды evp) и 2,85 (МДж / кг воды evp), соответственно, при высоком градиенте напряжения (11 В / см). На рис. 4 показано, что эффективность эксергии увеличивается с увеличением градиента напряжения и содержания соли (р <0,05). Это следствие указывает на то, что скорости нагрева и испарения воды в образце были выше с более высоким содержанием соли и градиентом напряжения. Поскольку ток, проходящий через образец, был выше, и это увеличивало скорость тепловыделения в образце, и, следовательно, эффективность эксергии значительно увеличивалась (р <0,05). Как видно на рис. 4, эффективность эксергии электродов 316L St (10,12-17,63%) и Br (9,84-16,73%) выше, чем эффективность эксергии Al электрода (8,41-15,17%). Сходная тенденция наблюдается Bozkurt и Icier (2010) в процессе омического приготовления говядины, а Darvishi et al. (2015) в омической концентрации томатного сока. Они сообщили, что меньшее время обработки и более высокий гомогенный нагрев уменьшают потери эксергии или эквивалентно генерирование энтропии, что означает увеличение энергетической эффективности системы. Чтобы оценить среднюю величину эксергетической эффективности на желаемом уровне переменных, изменение эксергетической эффективности коррелировали следующим образом: значения потери эксергии для различных условий нагрева представлены в таблице 2.
Значения удельных эксергетических потерь варьировались от 2,25 до 4,42 (мДж / кг воды evp) для электрода 316L St, 2,39 и 4,04 (мДж / кг воды evp) для электрода Br, 2,75 и 5,11 (мДж / кг воды evp) для Al электрода, и значительно снижается при увеличении градиента напряжения и содержания соли (р <0,05). Время обработки было более длительным при низком содержании соли и уровнях градиента напряжения, поэтому вход эксергии в нагревательный элемент был увеличен. По этой причине потери эксергии увеличиваются с уменьшением содержания соли и градиента напряжения. С термодинамической точки зрения потери эксергии увеличиваются, когда температурная граница системы отопления выше температуры окружающей среды (Darvishi et al., 2015; Corzo et al., 2008). Таким образом, предотвращение теплопередачи через границу системы может снизить потери эксергии. Не рекомендуется использовать металлический алюминий в качестве электрода для процессов омического концентрирования / испарения из-за более высокого расхода эксергии и более низкой эксергетической эффективности по сравнению с электродами 316L St и Br при одинаковых условиях нагрева. Рисунок (5) показывает, что IP увеличивается с увеличением градиента напряжения и содержания соли. Фактически, IP - это максимальная полезная эксергия, которая может быть поглощена из-за потери эксергии и повышает эффективность эксергии процесса, применяя некоторые изменения в исходной системе, такие как изоляция клеточной стенки, выбор подходящего электрода и применение энергии вне ячейки водяным паром для подогрева свежего продукта.
IP контрольных образцов варьировался от 2,37 до 3,64 (мДж / кг воды, эвп) для Br-электрода, от 2,89 до 3,70 (мДж / кг воды, эвп) для 316L St электрода и от 2,94 до 4,68 (мДж / кг воды, эвп) для электрода Al. В то время как эти значения при 2% мас. / Мас. Содержании соли варьировались от 1,99 до 2,81 (МДж / кг воды в пересчете на воду), 1,86-2,68 (МДж / кг воды в пересчете на воду) и 2,39-3,98 (МДж / кг воды при испарении) для Br, 316L Св. И Ал …
Есть несколько разных циклов, вокруг которых вращается Земля. Некоторые из циклов были затронуты катастрофой Фукусима-Дайхатсу. Завод в Фукусиме пострадал от землетрясения силой 9,0 балла. Растения,
Трение – это сила, которая приводит к предотвращению движения объекта. Трение повсюду, когда один объект вступает в контакт с другим, возникает трение. Сила действует в
Тиристор – это тип диода, который позволяет току течь тогда и только тогда, когда на его клемму затвора подается управляющее напряжение. Этот вид диода имеет