Prediction of temperature change of sweetened condensed milk in a group package
Authors: Большакова Е.И. , Семипятный В.К. , Кручинин А.Г. , Мотылев С.В. 
Published: May 2024

На сегодняшний день важными экономическими задачами РФ являются развитие Северного морского пути и перераспределение экспортных потоков. Обе задачи подразумевают собой возможность транспортировать продукцию, в том числе пищевую, в регионы с холодным (районы Крайнего Севера) и жарким (страны Азии и Африки, ближнее зарубежье) климатом без ухудшения ее качества. Для решения данного вопроса необходимо использовать дорогостоящий изотермический транспорт. В связи с тем, что сейчас цельное сгущённое молоко с сахаром, важный стратегический продукт, можно хранить при температуре 25 °С и минус 30 °С без потери качества, целью данной работы являлось экспериментальное и теоретическое исследование продолжительности изменения температуры при нагревании и охлаждении продукта в групповой упаковке в температурных диапазонах от 10 до 50 °С и от 10 °С до минус 50 °С, что позволит расширить правила его хранения и транспортирования. С помощью специальной спроектированной платформы для размещения гофрированного короба с цельным сгущённым молоком с сахаром в термостатной и климатической камерах, предусматривающей исключение прямого контакта исследуемого объекта с другими объектами, и комбинированного измерителя Testo 176T4 проведено экспериментальное исследование изменения температур в различных точках при отрицательных и положительных температурах. Для разработки программного обеспечения, способного прогнозировать продолжительность изменения температур в СЦМС, помещенного в групповую упаковку, использованы моделирование теплового процесса для многослойной системы с системой дифференциальных уравнений, начальных и граничных условий и реализация расчетов в среде Wolfram Mathematica. Результаты прогнозирования показали достаточно точную аппроксимацию теоретической оценки экспериментальных значений. Максимальное отклонение прогнозной продолжительности изменения температур от полученной эмпирическим путем составило 12 % для температурного диапазона от минус 40 °С до 40 °С. Установлено, что используемый в работе подход рационально использовать для прогнозирования изменения температуры в СЦМС в групповой упаковке в условиях температуры от минус 40 °С до 40 °С. Учитывая, что для нескольких температурных режимов изменение температуры СЦМС в групповой упаковке занимает 1 и более суток, а для транспортной упаковки продолжительность будет еще дольше, данные результаты могут стать основой для формирования новых правил хранения СЦМС в нестандартных температурных условиях. Это позволит снизить затраты предприятий на использование специализированного изотермического транспорта при краткосрочных или мультимодальных поставках.

Today, the development of the Northern Sea Route and redistribution of export flows are important economic objectives of the Russian Federation. Both tasks imply the possibility to transport products, including food products, to regions with cold (Far North regions) and hot climates (Asian and African countries, near abroad) without deterioration of their quality. To solve this issue it is necessary to use expensive isothermal transportation. Due to the fact that now whole sweetened condensed milk (WSCM), an important strategic product, can be stored at temperatures of 25 °C and minus 30 °C without loss of quality the purpose of this work was an experimental and theoretical study of the duration of temperature change during heating and cooling of the product in group packaging in the temperature ranges from 10 to 50 °C and from 10 °C to minus 50 °C, which will expand the rules of its storage and transportation. With the help of a special designed platform for placing a corrugated box with whole condensed milk with sugar in thermostatic and climatic chambers, which provides for the exclusion of direct contact of the object under study with other objects, and a combined meter Testo 176T4, an experimental study of temperature changes at various points at negative and positive temperatures was carried out. For the development of software capable of predicting the duration of temperature change in WSCM, packed in a group packing, the modeling of the thermal process for a multilayer system with a system of differential equations, initial and boundary conditions and the implementation of calculations in Wolfram Mathematica environment were used. The prediction results showed a sufficiently accurate approximation of the theoretical estimation of the experimental values. The maximum deviation of the predicted duration of temperature change from the empirically obtained one amounted to 12 % for the temperature ranges under study. It was found that the approach used in the work is rationally used for predicting the temperature change in group-packed WSCM in temperature conditions from minus 40 °C to 40 °C. Taking into account that for several temperature regimes the temperature change of WSCM in group packing takes 1 or more days, and for transportation packing the duration will be even longer, these results can be the basis for the formation of new rules for storage of WSCM in non-standard temperature conditions. This will reduce the costs of enterprises for the use of specialized isothermal transport for short-term or multimodal deliveries.