Введение к работе
Актуальность работы. Использование источников "бросовой" теплоты низкого
потенциала с целью снижения себестоимости продукции сублимационных
производств представляется в настоящее время одним из наиболее перспективных
направлений совершенствования сублимационного оборудования.
Низкотемпературный кондуктивный теплоподвод с использованием втсрірншх энергоресурсов (ВЭР) обеспечит нс только снижение энергозатрат, но и гарантию высокого качества получаемого продукта.
Кондуктивные нагрезатели :нироко применялись в сублимационных установках (СУ) периодического действия с традиционной этажерочной компоновкой энергопродуктового блока, однахо не всегда успепшо из-за трудностей обеспсчешія плотного и равномерного контакта в системе плита - противень. Более перспективны в этом плане установки, реализующие принцип торцевого теплоподвода, предложенный специалистами ЛТИХП (СПбГУНиПТ) и коллекторные установки, когда возможен непосредствеїшнй контакт теплоносителя с продуктовым противнем.
Для разработки методики инженерного расчета энергопродуктовых систем, использующих потенциал низкотемпературных ВЭР, необходима информация о процессах, происходящих в элементах этих систем. Особенно эффективно в этом случае применение методов математического моделирования сушильных процессов на ЭВМ.
Цель работы. Разработка высокоэффективного сублимацнотюго оборудования, с использованием шпкопотеициапьпых источников теплоты, в том числе ВЭР, на основе теоретических и экспериментальных исследований.
В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:"
создание единой физико-математической модели процесса сублимационной сушки гранулированного продукта в шгтенсифицированном ребристом противне с кондуктивным теплоподводом за счет использования "бросовой" теплоты низкого потенциала при известных способах компоновки энергопродуктовых блоков (ЭПБ) установок периодического действия;
экспериментальная проверка адекватности предложенных физической и математической моделей процесса реальным условиям;
установление закономерностей процесса сушки н на этой основе определение оптимальний конструктивных параметров ЭПБ, режимов работы н способов формирования в рассматриваемых условиях; " разработка и применение методов вычислительной техники для математического моделирования и инженерных расчетов сушильных процессов.
Объект исследования. Процесс вакуум-сублимационной сушки гранулированного материала в ребристых противнях в условиях низкотемпературного коидуктишюго теплоподвода при моделировании основных способов компоновки энергопродуктовых блоков сублимационных установок периодического действия. Эксперимеши проводились на лабораторной и промышленной сублимаціїоніпіх установках.
Методика исследования. Систематизация и анализ современных физических представлений о моделях протекания процесса сублимационной сушки в различных условиях. Создание физико-математической модели процесса сушки гранулированного материала в интенсифицированном ребристом противне при кондуктивном многостороннем, торцевом и тсплоподводе к днищу, разработка методов расчета параметроз процесса. Оптимизация параметров энергопродуктовых блоков различных компоновочных схем на основании натурного и математического моделирования.
Научную новизну диссертационной работы определяют:
разработанные в ней способы математического описания исследуемых процессов, численные решения задач нестационарной теплопроводности со сложными граничными условиями и фазовым переходом, полученные применением модифицированного метода элементарных балансов;
выявленные в результате экспериментального исследования и математического моделирования закономерности теплообмена и кинетики процесса сушки гранулированного продукта в ребристых противнях при различных способах кондуктивиого теплоподвода с использованием в контактных нагревателях пизкопотенцнальных БЭР, а также рекомендации по выбору оптимальных геометрических параметров ребристых противней;
универсальные методики расчета процесса сушки и инженерного расчета ЭПБ в рассматриваемых условиях;
" экспериментально и теоретически обоснованная концепция установки, реализующей принцип двухстороннего торцевого теплоподвода, позволяющая использовать ннзкопотенцнальные источники "бросовой" теплоты и устранить неравномерность теплоподвода к блоку продуктовых противней путем замены высокотемпературного радиационного нагревателя оригинальным контактным.
Практическая ценность работы. Результаты исследований использованы ЛРНСУ ПО "Центроэнергоцоетмст" при проектировании двух блоков установки СУ 1,2/03. Ожидаемый экономический эффект предполагается за счет сокращения энергозатрат и металлоемкости установки, за счет применения в качестве теплоносителей низкотемпературных ВЭР, оптимизации конструктивных параметров ЭПБ и использования ряда новых технических решений.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников ЛТИХП (Ленинград, 1988 - 1998 г.г.), на Всесоюзном семинаре "Проблемы и перспективы развития сублимационной сушки плодоовощного сырья" (ВНИКТИплодпром, Кишинев, 1990г.), на Межреспубликанской научно-практической конференции "Совершенствование холодильной техішки и технологии для эффективного хранения и переработки сельскохозяйственной ' продукции" (Краснодар, 1992 г.), на Международной научно-технической конференции "Холод и пищевые производства"(С-Пб.,199б г.), на Международной паучно-техшіческой конференции "Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века'\С-Пб.,1998 г.), на Всероссийской научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и оборудование пищевых производств"(С-Пб.,1999 г.).
Публикации. Основные результаты исследования опубликованы в 11 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложения; содержит 122 страницы основного текста, 14 таблиц, 73 рисунка.