Введение к работе
- з -
Актуальность проблемы. Одной из проблем, приобретающих в последние годы все большую экологическую роль и отраслевую значимость, является сокращение потерь в технологии производства сыпучих пищевых продуктов за счет совершенствования очистки выбросов от пылевидных фракций, обеспечивающего, в свою очередь, охрану воздушной среды. В перерабатывающей промышленности частицы пыли представляют собой летучие продукты соответствующих производств. Выброс таких пылевидных продуктов в окружающую воздушную среду не только ухудшает санитарно-гигиеническое состояние производственных помещений, способствует увеличению фактора взрывопожароопас-ности, но и связан с прямыми потерями готовой продукции.
Чтобы удовлетворить санитарно-гигиеническим требованиям, с учетом важности проблемы сокращения потерь продукта в качественно новых рыночных условиях развития перерабатывающих производств, необходимо, в первую очередь, исследовать и реализовать возможности существенного повышения эффективности и стабильности основных способов улавливания пылей - сухих и мокрых инерционных методов, а также обосновать и регламентировать необходимый уровень очистки отработанного воздуха с учетом возросших экологических требований.
Однако решение данной проблемы осложняется отсутствием полноценных сведений о физико-химических и структурно-механических свойствах пылевидных пищевых продуктов, режимных параметрах запыленных воздушных выбросов, данных об оптимальных типах пылеуловителей для конкретных условий производства. Практика показала, что механический перенос неплохо зарекомендовавшего себя в определенных условиях очистного оборудования в совершенно новые уело-
- 4 -вия может дать отрицательный результат.
Необходимостью исследования специфических свойств ряда пищевых пылей, параметров соответствующих воздушных выбросов и разработки более эффективных пылеочистных устройств определяется актуальность проблемы.
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы состоит в изучении комплекса физико-химических и структурно-механических свойств ряда пылевидных пищевых продуктов, содержащихся в отработанных технологических выбросах, разработке высокоэффективных способов центробежно-инерционного пылеулавливания применительно к специфике производства пищевых порошков.
В рамках поставленной цели решались задачи:
экспериментальное определение дисперсного состава пылевидных продуктов, их концентрации в выбросах, адгезии, физико-химических свойств пыли в промышленных условиях (при производстве комбикормов, хранении и переработке зерна, производстве пищевых порошков методом распылительной сушки);
экспериментальные исследования в производственных условиях эффективности очистки запыленных выбросов при эксплуатации циклонов;
обоснование и разработка (на основе проведенных исследований особенностей улавливания из отработанного воздуха пищевых пылей) путей повышения эффективности очистки выбросов;
теоретическое обоснование и экспериментальные исследования эффективности пылеулавливания, гидравлического сопротивления, закономерностей самоорошения разработанной установки;
- апробация в опытно-промышленных условиях результатов исс
ледований и их технико-экономическая оценка;
Научная новизна. Впервые осуществлено комплексное изучение
- 5 -факторов (дисперсный состав, плотность, адгезия пыли, концентрация ее в воздухе), влияющих на эффективность очистки воздушных выбросов от пыли, образующейся производстве пищевых порошков (цикорий, концентрат квасного сусла, чайный порошок, фруктовые концентраты), переработке верна и производстве комбикормов.
На базе исследованных физико-химических и структурно-механических свойств пылевидных пищевых продуктов, содержащихся в выбросах, режимных параметров отработанного воздуха и специфики соответствующих производств обоснованы пути совершенствования очистного оборудования и выполнены на уровне изобретений конструктивные решения инерционно-центробежных аппаратов.
Установлены основные закономерности процесса улавливания пылевидных пищевых продуктов в разработанном инерционно-центробежном пылеотделителе. Получена математическая модель и создана методика расчета фракционного отделения пылевидного продукта в разработанном аппарате с учетом скорости подачи воздуха, дисперсности пыли, ее плотности, температуры несущей среды и конструктивных параметров пылеотделителя.
Установлено, что гидравлическое сопротивление аппарата с самоорошением возрастает с увеличением скорости воздушного потока и уменьшением расстояния между поверхностью жидкости и выхлопной трубой аппарата. Выявлены численные показатели, свидетельствующие о зависимости чисел Эйлера от соответствующих параметров, характеризующих гидродинамику аппарата. Определен общий характер изменения брызгоуноса ив аппарата в зависимости от скорости воздушного потока и уровня жидкости, получены соответствующие расчетные уравнения в безразмерном виде.
Определено, что для мелкодисперсных фракций пыли увеличение эффективности очистки связано с увеличением поверхности контакта
фаз аа счет уплотнения структуры газожидкостной среды в активном объеме аппарата при определенном гидродинамическом режиме работы аппарата, получены соответствующие зависимости в безразмерном виде.
На основе математического описания процессов, происходящих в очищающей жидкости при поглощении ею пылевидного продукта (сушка цикория, концентрата квасного сусла), получена математическая модель изменения концентрации сухих веществ в воде аппарата очистки в зависимости от расхода подлиточной жидкости и времени его работы с момента пуска, установлены закономерности процесса изменения кинематической вязкости и поверхностного натяжения очищающей жидкости.
Практическая значимость работы. На основании результатов экспериментальных исследований впервые определены основные физико-химические и структурно-механические свойства пылевидных пищевых продуктов, содержащихся в отработанных технологических выбросах при переработке зерна, производстве комбикормов, в процессе производства пищевых порошков методом распылительной сушки, изучены в промышленных условиях режимные параметры соответствующих технологических выбросов, что позволило получить исходные данные для обоснования и проектирования более совершенных средств очистки отработанного воздуха.
Предложены на уровне изобретений установки для очистки воздушных выбросов (положительное решение о выдаче патента Российской Федерации на изобретение по заявке N 95120345/25 (035499)
30.05.96, (приоритет от 29.11.95), N 96111318/25 (017276)
17.03.97, (приоритет от 5.06.96), N 96117569/25 (023849)
20.05.97, (приоритет от 2.09.96), N 96117570/25 (023848)
25.04.97, (приоритет от 2.09.96).
На основании материалов исследований разработана техническая документация на ряд типоразмеров установки для мокрого пылеулавливания. Результаты исследований, связанных с совершенствованием схемы мокрой очистки отработанного теплоносителя при производстве пищевых порошков внедрены на Воронежском ПО " Маяк", что позволило получить значительный экономический и социальный эффект.
Материалы диссертации используются в лекционных курсах и лабораторном практикуме по дисциплинам "Экология", "Безопасность жизнедеятельности" Воронежской государственной технологической академии.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XXXIII, XXXIV, XXXV (Воронеж, 1993-1997 г) внут-ривузовских научных конференциях; научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Воронеж, 1995 г); Международной конференции "Процессы и оборудование экологических производств" (Волгоград, 1995 г); Международном симпозиуме "Экология, жизнь, здоровье" (Волгоград, 1996 г); Всероссийской научно-практической конференции "Физико-химические основы лицевых и химических производств" (Воронеж, 1996 г); научной конференции "Теоретические и практические аспекты основных положений расчета процессов и аппаратов пищевых производств" (Москва, 1996 г); Международном аэрозольном симпозиуме IAS-3 (Москва, 1996 г).
Автором опубликованы 6 статей (в соавторстве), материалы 17 тезисов докладов, получены решения о выдаче патентов на 4 изобретения .
Структура и объем диссертации. Общий объем диссертации 249 страниц, она состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы (228 источников, из них 40 - зарубежных авторов) и приложений. Работа содержит 49 рисун-
- 8 -ков, 15 таблиц, приложения представлены на 55 страницах.