CC BY
1
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО РАЗЖИЖЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Калдыбекова Жанат Байжановна
канд. техн. наук. профессор, Южно-Казахстанский университет им. М. Ауэзова, Республика Казахстан, г. Шымкент
Кобилова Гузал Илхомовна в.и. доцента,
Джизакский политехнический институт, Республика Узбекистан, г. Джизак E-mail: aziz_zver1998@mail. ru
OPTIMIZATION OF HYDROTHERMAL LIQUEFACTION PROCESSES TO ENHANCE ENERGY EFFICIENCY IN FOOD INDUSTRY WASTE PROCESSING
Janat Kaldybekova
Ph.D., Professor,
South Kazakhstan University named after M. Auezova, Republic of Kazakhstan, Shymkent
Guzal Kobilova
Acting Associate Professor, Jizzakh Polytechnic Institute, Republic of Uzbekistan, Jizzakh
АННОТАЦИЯ
В данной работе рассматривается проблема оптимизации процессов гидротермального разжижения органических отходов пищевой промышленности с целью повышения энергоэффективности и рентабельности технологии. В условиях растущего объёма отходов и необходимости экологически чистых решений анализируются основные аспекты процесса, включая влияние температурно-временных параметров и давления на выход биопродуктов. Особое внимание уделяется внедрению катализаторов, повышающих селективность реакции, и систем рекуперации тепла, способствующих снижению энергозатрат. В работе предоставляется комплексный подход, включающий химический анализ сырья, моделирование процессов в специализированных программах и экспериментальное тестирование.
ABSTRACT
This paper considers the problem of optimization of hydrothermal liquefaction processes of organic wastes of the food industry in order to increase energy efficiency and cost-effectiveness of the technology. In the context of growing volumes of waste and the need for environmentally friendly solutions, the main aspects of the process are analyzed, including the effect of temperature-time parameters and pressure on the yield of bioproducts. Particular attention is paid to the introduction of catalysts that increase the selectivity of the reaction and heat recovery systems that help reduce energy costs. The paper provides an integrated approach, including chemical analysis of raw materials, process modeling in specialized programs and experimental testing.
Ключевые слова: гидротермальное, разжижение, оптимизация, энергоэффективность, катализаторы, отходы, биомасло, биоуглерод.
Keywords: hydrothermal, liquefaction, optimization, energy efficiency, catalysts, waste, bio-oil, biocarbon.
Введение: В условиях стремительного роста объёмов органических отходов в пищевой промышленности и возрастающей потребности в энергоэффективных и экологически чистых технологиях
переработки, применение гидротермального разжижения (ГТР) становится одной из ключевых стратегий. Гидротермальное разжижение представляет собой процесс обработки органических отходов при высоких температурах и давлениях в водной среде,
Библиографическое описание: Калдыбекова Ж.Б., Кобилова Г.И. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО РАЗЖИЖЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 12(129). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18950
что позволяет преобразовывать их в биомассу, биоэнергию и другие ценные продукты. Однако для широкомасштабного внедрения этой технологии требуется решение ряда технологических и энергетических проблем. Исследование процессов оптимизации ГТР направлено на повышение его эффективности, снижение энергозатрат и максимизацию извлечения полезных компонентов.
Методология: Комплексная оптимизация гидротермального разжижения через параметрическое моделирование. Методика направлена на повышение энергоэффективности и селективности процесса гидротермального разжижения (ГТР) органических отходов. Она включает последовательные этапы анализа, моделирования и экспериментальной проверки, что позволяет оптимизировать ключевые параметры технологии.
На следующем этапе разрабатывается компьютерная модель процесса с использованием специализированного программного обеспечения (например, COMSOL Multiphysics). Моделирование проводится для различных температур (от 200 до 400 °0, давления (от 10 до 25 МПа) и времени обработки, чтобы выявить условия с максимальным выходом целевых продуктов при минимальных энергозатратах.
Эта методика позволяет минимизировать энергозатраты, повысить селективность процесса к производству ценных продуктов (биоуглерода, биомасла) и обеспечить экологическую устойчивость переработки отходов.
Результат: Результаты проведенного исследования по методике Комплексная оптимизация гидротермального разжижения через параметрическое моделирование
Исследование подтвердило эффективность предложенной методики для оптимизации процесса гидротермального разжижения (ГТР). Проведенные эксперименты и моделирование позволили определить оптимальные параметры, обеспечивающие максимальный выход целевых продуктов и снижение энергозатрат.
При обработке пищевых отходов при температуре 350 давлении 20 МПа и времени реакции 60 минут с использованием катализатора на основе железо-оксидных соединений удалось добиться следующих результатов:
Выход биомасла увеличился на 25% по сравнению с процессом без катализатора, составив 68% от общей массы переработанных отходов.
Выход биоуглерода составил 18%, что на 15% выше, чем при стандартных условиях без оптимизации.
Энергозатраты снизились на 12%, благодаря использованию системы рекуперации тепла, что повысило общий коэффициент полезного действия (КПД) системы до 87%.
Экономическая оценка показала, что внедрение предложенной методики снижает себестоимость переработки на 18% за счет сокращения энергетических затрат и увеличения извлечения ценных продуктов.
Полученные результаты доказывают целесообразность применения методики для промышленной переработки органических отходов. Она позволяет повысить экологическую устойчивость и рентабельность переработки в пищевой промышленности.
Таблица 1.
Анализ результатов исследования по оптимизации гидротермального разжижения
Показатель Значение Плюсы Минусы Изменение, %
Выход биомасла 68% Увеличение конечного продукта Требуется катализатор +25%
Выход биоуглерода 18% Повышение ценности отходов Меньший выход при 350 ^ +15%
Энергозатраты Снижены на 12% Экономия ресурсов Первоначальные затраты -12%
Температура 350 ^ Баланс выходов продуктов Требует точного контроля Не изменена
Давление 20 МПа Оптимальные условия Высокие технические требования Не изменено
Время обработки 60 минут Максимальный выход продуктов Увеличение длительности цикла Не изменено
Заключение: Оптимизация процессов гидротермального разжижения играет ключевую роль в повышении энергоэффективности переработки отходов пищевой промышленности. Внедрение технологий рекуперации тепла, катализаторов и методов компьютерного моделирования позволяет существенно
снизить энергозатраты и повысить выход ценных продуктов. Дальнейшие исследования в этой области помогут создать комплексные решения для масштабного применения ГТР, что в свою очередь будет способствовать улучшению экологической обстановки и рациональному использованию ресурсов.
Список литературы:
1. Белюченко И.С., Гукалов В.Н. Практические основы использования отходов промышленности и сельского хозяйства в качестве мелиоранта чернозема обыкновенного // Тр. КубГАУ. 2011. Т. 1. № 31. С. 152-153.
2. Кобилова Г.И., Шингисов А.У. Исследование реализации использования биотехнологий для переработки и утилизации пищевых отходов //Universum: технические науки. - 2024. - Т. 3. - №. 6 (123). - С. 74-75.
3. Кобилова Г.И., Калдыбекова Ж.Б. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УТИЛИЗАЦИИ ПИЩЕВЫХ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ВЫСОКОЦЕННЫХ ДОБАВОК //Universum: технические науки. - 2024. -Т. 2. - №. 8 (125). - С. 41-43.
