Розподіл акустичного тиску в ультразвуковій системі інтенсифікації екстракційних процесів
Анотація
Сьогодні популярнішими стають харчові продукти функціонального призначення, зокрема оздоровчого та профілактичного, з підвищеним вмістом вітамінів, мікроелементів, макроелементів, незамінних амінокислот та біологічно активних речовин. Такі продукти дають людині змогу зберігати своє здоров’я, а також повністю задовольнити фізіологічні потреби в енергії та харчових сполуках, якими користується організм для побудови клітин, органів і тканин. Екстракція – один із найбільш поширених методів, використовуваних у процесі отримання біологічно активних речовин з рослинної або тваринної сировини. Ефективність екстракції може бути збільшена, використовуючи інтенсифікуючі методи впливу, що застосовуються в процесі екстракції, наприклад ультразвук. В роботі розглянуто конструкцію і особливості математичного опису ультразвукових систем для інтенсифікації процесу екстракції, принцип дії якого базується на використанні п’єзоелектричних ультразвукових випромінювачів. Побудовано комп’ютерну модель за допомогою пакета програм COMSOL Multiphysics ультразвукової системи для інтенсифікації процесу екстракції з урахуванням повного набору геометричних, фізико-механічних та електричних параметрів. В результаті визначено частоту, при якій забезпечуються максимальні амплітуди коливань ультразвукової системи для інтенсифікації процесу екстракції, що приводить до реалізації найбільш ефективного резонансного режиму роботи системи. Визначено місця розташування максимального акустичного тиску на об’єкт екстракції в ультразвуковій системі для інтенсифікації процесу екстракції при виготовленні концентрованих напоїв функціонального призначення
Ключові слова
п’єзоелемент; ультразвукова система; процес екстракції; акустичний тиск; моделювання
Використані джерела
[1] N. O. Stetsenko, Technology of health drinks and phyto-concentrates. Kyiv, Ukraine: National University of Food Technologies, 2018 [in Ukrainian].
[2] A. I. Ukrayinets, and H. O. Simakhina, Technology of health food products. Kyiv, Ukraine: National University of Food Technologies, 2009 [in Ukrainian].
[3] On amendments to the Law of Ukraine "On the quality and safety of food products and food raw materials", Vidomosti Verkhovnoi Rady Ukrainy, no. 50, 2005. [Online]. Available: https://zakon.rada.gov.ua/laws/ show/2809-15#Text. Accessed on: Oct. 22, 2022 [in Ukrainian].
[4] C. V. Bazilo, V. M. Zaika, and Yu. Yu. Bondarenko, "Peculiarities of using ultrasound for intensification of biochemical processes in pharmaceuticals", in Abstracts of the VI Int. Sci.-Tech. Conf. Sensors, Devices and Systems – 2017. Cherkasy – Mykolayiv – Kherson – Lazurne, 2017, pp. 56–57 [in Ukrainian].
[5] The implementation plan of the Development Strategy of the Cherkasy region for the period 2021–2023. Cherkasy, 2020. [Online]. Available: https://cutt.ly/PlwO8M9. Accessed on: Oct. 22, 2022 [in Ukrainian].
[6] Cabinet of Ministers of Ukraine (2020, Aug. 05). Resolution no. 695, On the approval of the State Regional Development Strategy for 2021 – 2027. [Online]. Available: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/ 695-2020-п#Text. Accessed on: Oct. 22, 2022 [in Ukrainian].
[7] Cabinet of Ministers of Ukraine (2015, Nov. 11). Resolution no. 932, On the approval of the Procedure for the development of regional development strategies and action plans for their implementation, as well as monitoring and evaluation of the effectiveness of the implementation of the specified regional strategies and action plans. [Online]. Available: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/9322015-п#Text. Accessed on: Oct. 22, 2022 [in Ukrainian].
[8] K. G. Zinoviadou, C. M. Galanakis, M. Brnčić, et al., "Fruit juice sonication: Implications on food safety and physicochemical and nutritional properties", Food Research International, vol. 77, part 4, pp. 743-752, 2015. doi: 10.1016/j.foodres.2015.05.032.
[9] M. Abid, S. Jabbar, T. Wu, M. M. Hashim, et al., "Effect of ultrasound on different quality parameters of apple juice", Ultrasonics Sonochemistry, vol. 20, iss. 5, pp. 11821187, 2013. doi: 10.1016/j.ultsonch.2013.02.010.
[10] Y. Poodi, M. Bimakr, A. Ganjloo, and S. Zarringhalami, "Intensification of bioactive compounds extraction from Feijoa (Feijoa sellowiana Berg.) leaves using ultrasonic waves", Food and Bioproducts Processing, vol. 108, pp. 37-50, 2018.
doi: 10.1016/j.fbp.2017.12.004.
[11] Z. Shen, J. Xu, Z. Li, Y. Chen, Y. Cui, and X. Jian. "An improved equivalent circuit simulation of high frequency ultrasound transducer", Front. Mater., 8, 663109, 2021. doi: 10.3389/fmats.2021.663109.
[12] W. Tangsopha, J. Thongsri, and W. Busayaporn, "Simulation of ultrasonic cleaning and ways to improve the efficiency", in 2017 International Electrical Engineering Congress (iEECON), 2017, pp. 1-4. doi: 10.1109/IEECON.2017.8075747.
[13] M. S. Mat-Shayuti, T. M. Y. S. Tuan Ya, M. Z. Abdullah, et al., "Simulations of different power intensity inputs towards pressure, velocity & cavitation in ultrasonic bath reactor", South African Journal of Chemical Engineering, vol. 34, pp. 57-62, 2020. doi: 10.1016/j.sajce.2020.06.002.
[14] L. Wang, L. Zhao, Z. Jiang, et al., "High accuracy Comsol simulation method of bimorph cantilever for piezoelectric vibration energy harvesting", AIP Advances, 9, 095067, pp. 1-9, 2019. doi: 10.1063/1.5119328.
[15] V. Ya. Halchenko, Yu. Yu. Bondarenko, S. A. Filimonov, and N. V. Filimonova, "Determination of influence of geometric parameters of piezoceramic plate on amplitude characteristics of linear piezomotor", Electrical Engineering & Electromechanics, no. 1, pp. 17-22, 2019. doi: 10.20998/2074-272X.2019.1.03.
[16] V. Ya. Halchenko, S. A. Filimonov, A. V. Batrachenko, and N. V. Filimonova, "Increase the efficiency of the linear piezoelectric motor", J. Nano-Electron. Phys., 10, no. 4, 04025 (5 p.), 2018. doi: 10.21272/jnep.10(4).04025.
[17] B. Behera, and H. B. Nemade, "Investigating translational motion of a dual frictiondrive surface acoustic wave motor through modeling and finite element simulation", Simulation, 95 (2), pp. 117-125, 2019. doi: 10.1177/0037549718778770