Διερεύνηση κατάλληλων δυναμικών θερμοκρασιακών συνθηκών επεξεργασίας για τον προσδιορισμό κινητικών παραμέτρων θερμικής απενεργοποίησης

Abstract

Κατά την κλασική μεθοδολογία, η εκτίμηση των κινητικών παραμέτρων θερμικής απενεργοποίησης (π.χ. χρόνος υποδεκαπλασιασμού, DT και τιμή z) βασίζεται σε δεδομένα από πειράματα σε ισοθερμοκρασιακές συνθήκες και στον σταδιακό προσδιορισμό των παραμέτρων. Εντούτοις, είναι εφικτός ο ταυτόχρονος προσδιορισμός των κινητικών παραμέτρων από πειράματα σε δυναμικές θερμοκρασιακές συνθήκες. Στην παρούσα μελέτη, αναπτύχθηκε ένα αριθμητικό μοντέλο σε περιβάλλον MATLAB που επιτρέπει τον προσδιορισμό των κινητικών παραμέτρων κάποιας θερμοευαίσθητης παραμέτρου από δεδομένα μεταβολής της συγκέντρωσής της συναρτήσει του χρόνου και της θερμοκρασίας σε δυναμικές θερμοκρασιακές συνθήκες κατεργασίας. Συγκεκριμένα, αυτό το αριθμητικό μοντέλο υπολογίζει με ταυτόχρονο προσδιορισμό, μέσω μη γραμμικής παλινδρόμησης, τις κινητικές παραμέτρους. Επίσης, καθορίζει τα διαστήματα και τις περιοχές εμπιστοσύνης τους οι οποίες αναπαριστώνται και γραφικά. Στη συνέχεια, επιλέχθηκαν κατάλληλα χρονοθερμοκρασιακά προφίλ και αξιολογήθηκαν ως προς την ικανότητά τους καθώς και την αξιοπιστία τους για την εκτίμηση των κινητικών παραμέτρων θερμικής απενεργοποίησης. Για την κατασκευή των θερμοκρασιακών προφίλ χρησιμοποιήθηκε περιβάλλον MS EXCEL. Αρχικά, τα πρώτα προφίλ κατασκευάστηκαν σε υποθετική βάση και εν συνεχεία βάσει των αποτελεσμάτων τους, αναπτύχθηκαν προφίλ με στόχο τη βελτίωση των αρχικών και τη δημιουργία κριτηρίων για την επιλογή του πλέον κατάλληλου. Βάσει των αποτελεσμάτων αναζητήθηκε το βέλτιστο θερμοκρασιακό προφίλ που έχει μορφή κλίμακας με μη ισομεγέθη διαστήματα μεταξύ των επιπέδων. Οι αρχικές τιμές των κινητικών παραμέτρων για την κατασκευή του προφίλ ήταν DT=52,85 min και z=32,28°C και οι τιμές που προέκυψαν από το αριθμητικό μοντέλο, μετά την εισαγωγή τυχαίου σφάλματος της τάξης του 5% στα θεωρητικά δεδομένα, ήταν DT=53,06±9,28 min και z=31,99±4,89°C για θερμοκρασία αναφοράς Tref=120°C.

Τhe assessment of thermal inactivation kinetic parameters (e.g., decimal reduction time, DT value and z value), in the classic method, was based on data from experiments in isothermal conditions and a two step approach identification of the parameters. However, the simultaneous determination of kinetic parameters, from experiments in dynamic temperature conditions, is possible. In this study, we developed a numerical model in MATLAB environment that allows the determination of kinetic parameters from temperature sensitive parameter data of varying concentration against time and temperature during dynamic temperature processing conditions. This numerical model calculates the kinetic parameters through simultaneous determination by non-linear regression. In addition, it determines the confidence intervals and regions which are also represented graphically. Afterwards, suitable time-temperature profiles were selected and evaluated for their ability and their reliability to estimate the kinetic parameters of thermal inactivation. MS EXCEL environment was used for the construction of the temperature profile. Initially, the profiles were constructed on a hypothetical basis and subsequently based on their results, the profiles were developed to improve the initials and create criteria for selecting the most suitable. Based on the results we searched the optimum temperature profile which has a scale form with non-equal intervals between levels. The initial values of the kinetic parameters for the construction of the profile were DT = 52,85 min and z = 32,28°C and after the introduction of random error about 5% in the theoretical data, the resulting values of the numerical model were DT = 53,06 ± 9,28 min and z = 31, 99 ± 4,89°C for reference temperature Tref = 120°C.