Activation energy and effective moisture diffusivity determination in drying of grinded artichoke stems

Abstract

З урахуванням переваг і недоліків барабанних сушарок і сушарок киплячого шару запропонована фільтраційна сушарка для сушіння стебел топінамбура, яка забезпечуватиме зниження енергоспоживання. Досліджено вплив температури теплоносія (від 313 до 373 К) на кінетику під час фільтраційного висушування подрібнених стебел топінамбура. Кінетичні криві сушіння подрібнених стебел топінамбура характеризуються тривалим періодом часткового насичення теплоносія вологою відповідно до механізму фільтраційного сушіння. З урахуванням складного механізму фільтраційного сушіння доведено необхідність визначення ефективного коефіцієнта дифузії вологи. Коефіцієнт ефективної дифузії вологи визначали за законом Фіка за п’яти температур сушильного агента (293, 313, 333, 353 і 373 K). Визначено, що коефіцієнти ефективної дифузії вологи за різних температур становлять від 0,396 × 10–10 до 11,103 × 10–10 м2/с для подрібнених стебел топінамбура. Згідно з рівнянням Арреніуса, енергія активації Ea і передекспоненціальний фактор Do становлять 24 кДж/моль та 1,24,10-6 м2/с відповідно. Запропоноване рівняння дає змогу теоретично обчислити коефіцієнт ефективної дифузії вологи для подрібнених стебел топінамбура в інтервалі температур 293‒373 К.

By incorporating the advantages and the disadvantages of rotary and fluidized bed dryers, filtration dryer was introduced for grinded artichoke stems drying due to its expected lower energy consumption. The influence of the heat agent temperature (from 313 to 373 K) on kinetics during filtration drying of grinded artishoke stems was investigated. The kinetic curves of grinded artichoke stems was characterized by long period of partial saturation of the heat agent by moisture according to the filtration drying mechanism. Due to the complexity of the filtration drying mechanism, the necessity of the effective moisture diffusivity determinаtion was proved. Effective moisture diffusivity was determined using the Fick’s law at five heat agent temperatures (293, 313, 333, 353 and 373 K). Effective moisture diffusivity values at different temperatures DТ were determined to be from 0.396 × 10–10 to 11.103 × 10–10 m2/s for grinded artichoke stems: According to Arrhenius equation, the activation energy Ea and the pre-exponential factor Do were calculated to be 24 kJ/mol and 1.24.10-6 m2/s, respectively. Deduced equation allows to calculate theoretically the effective moisture diffusivity for the grinded artichoke stems within temperature range of 293‒373 K.