Введение к работе
Актуальность работы. Проблема обеспечения населения высококачест-(енными продуктами питания практически невозможна без применения со-тршенного оборудования при производстве пищевых продуктов. Спрос на іачествеїшие пищевые продукты обусловлен их биологической и пищевой [енностью.
Значительное число технологических процессов в различных отраслях пищевой промышленности осуществляется в емкостных аппаратах с пе-іемещивающими устройствами. Анализ емкостного оборудования с переме-швагацпда устройствами показал, что при различных видах тепловой обра-іотки вязких пищевых продуктов, одним из наиболее эффективных переме-нващих рабочих органов в этом оборудовании являются скребковые пере-іешиваодие устройства. Применение таких устройств пред-твращает засты-анцо продукта на охлаждающей поверхности аппарата и образование слоя ригара на тешгаобменниЛ поверхности, обеспечивает непрерывное, очищение ристенных слоев обрабатываемого продукта, уменьшая тем самим термичес-ое сопротивление теплообмену, что способствует интенсификации тепловых роцессов в емкостных аппаратах со скребковыми перемешивающими устройст-ами.
В зависимости от вида обрабатываемого продукта к рабочим органам мкостных аппаратов предъявляются особне требования. Гак, например, при роизводстве тагах кисломолочных продуктов, как кейлр, простокваша, аци-офильное молоко, йогурт и другие.перемеашващие устройства не должны збалтывать и резать обрабатываемый продукт, а плавно перемешивал его о всему объему аппарата для предотвращения отделения сыворотки и пено-бразования. Отдавая отчет в том, что любое перемешивание будет в боль-sit или меньшей степени разрушать.структуру обрабатываемого продукта, редставляется целесообразным говорить о щадящем воздействии перемеши-ающих устройств на продукт. Емкостные аппараты со скребковыми переме-гвающими устройствами целесообразно использовать как в разнообразных ?хнологических процессах, так и для широкого спектра обрабатываемых эодуктов, особенно таких, которые имеют.значительную вязкость.
С целью повышения качества, надежности и долговечности оборудова-т, а также рациональных .режимов эксплуатации его, необходимо совер-шствовать существующее оборудование и разрабатывать новые конструк-іи емкостных аппаратов со скребковыми перемешивающими устройствами ю различных отраслей пищевой промышленности. Несмотря на постоянное івершенствование емкостных аппаратов они содержат в себе определен-іе недостатки, влияхище на качество вырабатываемой продукции. При гаектировании и правильной эксплуатации таких аппаратов необходимо
иметь данные для определения ряда параметров, в том числе таких значимых, как коэффициент теплоотдачи на стороне продукта, величина расходуемой энергии и градиент скорости. Однако отсутствие общей методики определения коэффициента теплоотдачи и градиента скорости в емкостных аппаратах со скребковыми . перемешивающими устройствами, а также расходуемой энергии в них, затрудняет решение данной проблемы.
Знание градиента скорости становится особенно актуальным при прои водстве вязких пищевых продуктов, обладающих аномалией вязкости, поско. ку сохранение структуры у таких продуктов зависит в значительной степе ни от распределения скорости движения продукта в обрабатываемом объгче Поэтому работа, посвященная определению отмеченных параметров является актуальной.
В ^той связи были сформулированы цель и задачи данной научно-исследовательской работы.
Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка научно-обоснованно*о обобщенного метода расчета основных параметров емкостных аппаратов со скребковыми перемешивающими устройст вами для обработки вязких продуктов с аномально-вязкими свойствами, а также разработка конструктивных решений этого оборудования.
Для достижения поставленной цели сформулированы т решены следующие задачи:
определение взаимосвязи между реальным и теоретическим коэффициентами теплоотдачи;
определение области рационального использования емкостных аппаратов со скребковыми перемешивающими устройствами;
п.лучение расчетной зависимости для градиента скорости в теоретическом емкостном скребковом аппарате;
определение зависимостей для расчета реальных коэффициента теплоотдачи и градиента скорости в емкостных аппаратах со скребковыми устройствами;
получение расчетной зависимости для расходуемой энергии;
разработка конструктивных решений .емкостных аппаратов.
Методы тсслвдования.Птзи решении поставленных задач были проведены теоретические и экспериментальные исследования, а также математическое моделирование с применением ЭВМ. Эксперименты проводили в лабораторных условиях.
Научная новизна "Работы:
- получена формула, отражающая взаимосвяь между реалт.ным и теоре
тическим коэффициентами теплоотдачи в емкостных аппаратах со скребковы
ми перемешивающими устройствами, при этом существенно усовершенствован
іатематичєский аппарат полуэмпирической теории турбулентного переноса, іспользуемой при выводе полученной формулы;
установлена зависимость для расчета градиента скорости в теоре-тсческом емкоотпом сіфебковом аппарате;
разработана полуэмпирическая методика определения зависимостей для расчета реальных градиента скорости и коэффициента теплоотдачи і емкостт.'.. аппаратах со скребковыми перемешивающими устройствами?
получена в явном виде зависимость между коэффициентом теплоот-(ачи и градиентом скорости;
доказана нецелесообразность использования исследуемых типов шпаратов для тепловой обработки продуктов с показателем неньютоновско-о поведения большим, чем 3,2;
получена расчетная зависимость для определен^ расходуемой інергии;
создана экспериментальная установка для исследования тепловых процессов и расходуемой энергии в емкостных аппаратах со скребковыми геремєшивающнми устройствами.
Практическая значимость работы. На основании выполненных исследо-іаний разработана методика расчета основных параметров емкостных аппа->атов со скребковыми перемешивающими устройствам. Разработанная методика определения градиента скорости и коэффициента теплоотдачи может інть использовала при создании новых типов емкостных аппаратов со :кребкогыми перемешивающими устройствами, а также при модернизации су-[ествующего оборудования путем изменения конструкции скребкових уст-юйотв, кинематических и геометрических параметров их.
Предложены оригинальные конструктивные решения, исследуемого ви-;а оборудования, на которые автору работы Еыданы патенты. Среди них: пггарат для охлаждения вязких структурированных пищевых продуктов -агент 5С04960/13, позволяющий максимально сохранить структуру обраба-ываемого продукта; скребковое перемешивающее устройство - патент 051290/12, обеспечивающее лучшее перемешивание счищенных с охлаждающей оверхности пристенных слоев с основной массой продукта в резервуаре увеличение срока службы скребков перемешивающего устройства в г 4 раза; аппарат для охлат-дения и хранения тадких продуктов - патент 003967/13 - позволяющий интонсифицігровать процесс охлаждения продук-а в резервуаре.
Достоверность результатов. Представленные в диссертации научнме оложения, выводя и рекомендации подтверждены -согласованностью резуль-атов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных с спользованием современных средств. Конечные результаты критически со-эставлены .с известпш.ш литературными данными и результатами, получен-
ними на экспериментальной установке.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доло
жены автором и обсуждены на: _
Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств", Москва, 1990г.;
1У Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка комбинированных продуктов шттания /медико-биологические аспекты, технология, аппаратурное оформление, оптимизация/", .{емерово, 1991 г.;
,- Всесоюзной научно-технической конференции "Холод - народному хозяйству", Ленинград, 1991 г^;
Научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, инженеров и аспирантов Санкт-Петербургской государственной академии холода и шэдевых технологий, Ленинград - Санкт Петербург, 1991 - 1993 гг.?
Расіїмренном заседании кафедры. "Процессы и аппараты пищевых производств" СПоТАХПТ, 1994 г.
Публикации.Основной материал диссертационной работы опубликован в 14 печатных работах, в том числе в трех описаниях к патентам.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 112 страницах машинописного текста и состоит'из введения, обзора литературы по теплообмену и расходуемой энергии в резервуарах, экспериментальных и теоретических исследований, обсуждения результатов исследований, выводов, списка литературы, включающего 125 работ отечественных и за-руоежных авторов. Работа содержит 5 таблиц и рисунков.