Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности обработки пищевых продуктов в оборудовании с очищаемой поверхностью с учётом реологических характеристик используемых сред. Значимость исследования 10
1.1. Назначение поточных аппаратов с очищаемой поверхностью теплообмена и особенности тепловой обработки вязких сред 10
1.2. Общие сведения о реологических характеристиках вязких пищевых продуктов и других сред 13
1.3. Обзор исследований реологических свойств продуктов обладающих эффективной вязкостью 16
1.4. Литературный обзор работ по исследованию тепловых процессов в оборудования с очищаемой поверхностью, для тепловой обработки вязких и других сред 24
Глава 2. Теоретическое описание и математическое моделирование поставленных задач исследования 44
2.1. Задачи исследования процессов теплообмена в аппаратах с очищаемой поверхностью 44
2.2. Вывод критериального уравнения теплообмена при обработке сред с неньютоновскими псевдопластичными свойствами 45
2.3. Методика обработки данных полученных при определении реологических характеристик исследуемых сред 48
2.4. Особенности пускового режима работы оборудования с очищаемой поверхностью 49
Глава 3. Экспериментальные исследования реологических характеристик рассматриваемых сред, а также исследование пускового режима экспериментальной модели аппарата с очищаемой поверхностью 51
3.1. Установка для определения реологических характеристик сред, используемых при исследовании тепловых процессов 51
3.2. Описание экспериментальной установки для исследования пускового режима 53
3.3. Результаты экспериментов и их обсуждение 54
Глава 4. Экспериментальные исследования тепловых и реологических процессов 65
4.1. Исследования реологических свойств вязких пищевых продуктов 65
4.2. Схема и описание экспериментальной установки для исследования тепловых процессов в поточных аппаратах с очищаемой поверхностью 71
4.3. Определение опытных величин, полученных с помощью экспериментальной установки 78
4.4. Результаты экспериментальных исследований расходуемой энергии в теплообменном аппарате с очищающими перемешивающими устройствами при обработке ряженки жирностью 2,5 % 83
Глава 5. Выводы и практические предложения по обработке вязких пищевых продуктов в оборудовании со скребковыми мешалками 85
5.1. Рассмотрение общих закономерностей протекания реологических и тепловых процессов в исследованном 85
5.2. Практическое применение закономерностей пусковых режимов скребковых мешалок 86
5.3. Предложения по практическому применению экспериментальных данных при разработке аппаратов со скребковыми перемешивающими устройствами . 86
Заключение 90
Литература 92
1.Таблицы результатов измерений 103
2. Графики и зависимости полученные в результате анализа экспериментальных данных 111
3. Справки о внедрении 115
- Обзор исследований реологических свойств продуктов обладающих эффективной вязкостью
- Результаты экспериментов и их обсуждение
- Схема и описание экспериментальной установки для исследования тепловых процессов в поточных аппаратах с очищаемой поверхностью
- Предложения по практическому применению экспериментальных данных при разработке аппаратов со скребковыми перемешивающими устройствами
Введение к работе
Актуальность работы. Значительная доля пищевых продуктов обладают вязкими и аномально-вязкими свойствами.
Вязкие среды требуют новых инженерных знаний по вопросам разработки технологии и техники их производства с учетом реологических свойств перерабатываемого сырья и готовой продукции.
Данные о закономерностях изменения реологических характеристик дают возможность влиять на качество и структуру продуктов как путем внесения добавок, так и в результате регулирования режимов обработки продукта. Широко распространен способ интенсификации теплообмена при обработке вязких продуктов путем перемешивания обрабатываемой среды специальными рабочими органами. Необходима более глубокая проработка этого способа, особенно при осуществлении тепловой обработке вязких сред с неньютоновскими свойствами. Перемешивание вязких материалов требует больших затрат энергии. Поэтому для уменьшения мощности, расходуемой на перемешивание, необходимо минимизировать частоту вращения с учётом реологических характеристик обрабатываемой среды и обеспечения требуемого режима обработки. Таким образом, создание эффективного теплообменного оборудования на основе интенсификации реологических процессов в аппаратах с перемешивающими устройствами очищающего типа при осуществлении в них обработки вязких пищевых сред является актуальной проблемой.
Цель и задачи исследований. Целью работы является интенсификация реологических и тепловых процессов при обработке вязких сред в аппаратах с перемешивающими устройствами на основе исследований. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
провести экспериментальные исследования реологических процессов в экспериментальном аппарате с перемешивающими устройствами;
выполнить исследования пускового режима работы аппарата с перемешивающими устройствами;
получить обобщённые критериальные уравнения тепловых процессов с учётом
конструктивных особенностей очищающих устройств и реологических характеристик обрабатываемого продукта;
Получить зависимость пригодную для описания пускового режима в оборудовании с очищающими устройствами;
разработать рекомендации для проектирования поточного теплообменного аппарата скребкового типа, приспособленного для обработки вязких молочных продуктов.
Концепция и методы исследования. Для успешного решения проблемы необходимо иметь формулы для расчета расходуемой энергии в поточных аппаратах с перемешивающими устройствами, полученные на основании экспериментальных данных.
Экспериментальные исследования проведены с использованием модифицированного реометра. На цилиндр ротор реометра были установлены изготовленные скребковые устройства. Использовался альтернативный цилиндр статор. При проведении исследований применялся комплекс методов, позволивших определить частоту вращения ротора с высокой точностью, а также определить динамику изменения частоты для оценки пусковых режимов.
Научная новизна. На основе теоретических и экспериментальных исследований предложена методология создания эффективных технических средств для обработки вязких продуктов в теплообменниках скребкового типа. Рассмотрено влияние пусковых режимов скребкового оборудования, недостаточно описанное в предшествующих работах. С учётом полученных данных были выполнены научно-технические прогнозы направлений повышения эффективности аппаратов со скребковыми перемешивающими устройствами.
Степень научной разработанности проблемы. Автор опирался на труды ряда отечественных и иностранных ученых, занимавшихся исследованиями тепловых и гидродинамических процессов в аппаратах с очищающими перемешивающими устройствами. В частности, вопросом расчёта потребляемой энергии занимались:
Насонов Н.В., Никитин А.К., Крамм Э.А., Розанов Л.С., Ластовцев A.M., Фройштетер Г.Б., Скурчинский В.А., Мамченко С.Д., Кравченко В.Р., Регер Э.О., Бегачев В.И., Гурвич А.Р, Брагинский Л.Н. и другие.
Выполненные рассмотренными авторами исследования проводились на оборудовании, представляющем собой аппараты с перемешивающими устройствами, которые отличались от экспериментальной установки, использованной в диссертационной работе. Часть рассмотренных результатов исследований могут рассматриваться только в качестве первого приближения.
Автором диссертационной работы также был проведён анализ исследований теплообмена в аппаратах со скребковыми мешалками. Рассмотрены как ранние работы таких авторов как Хаггенс Ф., Скелланд А., Бот Т.Р, Шейк М.Р, так и более поздние работы отечественных и иностранных авторов таких как Консетов В.В., Кудрявицкий Ф.М., Брагинский Л. Н., Николаев Л.К., Николаев Б.Л., де Год Р., Абикхандани X.
Обзор исследований реологических свойств продуктов обладающих эффективной вязкостью
На рисунках 1-12 представлены экспериментальные данные исследования реологических характеристик в которых наблюдается снижение эффективной вязкости при повышении Острецова Н.Г. и Чекалева А. В. [56] проводили исследования реологических свойств белковых сгустков комбинированной молочной закваски. Результаты представлены на рисунке 1. Где 1 - массовая доля белка 3,7%; 2 -массовая доля белка 4,3%; 3 - массовая доля белка 5%; 4 - массовая доля белка 6,3%
Можно отметить, что при увеличении доли концентрата пахты в сгустке его вязкость растёт. Что может быть связано связано, во-первых, с концентрированием сухих веществ, во-вторых, с агрегированием белков пахты, в-третьих с образованием внутренних структур. При малых значениях скорости сдвига (от 0 до 10 с"1) наблюдалось резкое снижение вязкости, а с ростом градиента сдвига вязкость начинала стабилизироваться. Помимо йогуртной закваски авторы исследовали реологические свойства сгустков кефирной закваски, начальная эффективная вязкость которой была в 1,6-5 раз ниже.
Араш Кучеки и соавторы [86] исследовали реологические свойства кетчупа при различных концентрациях стабилизаторов. Исследовались такие стабилизаторы как ксантановая камедь и гуаровая камедь в количестве 0.5%, 0,75% и 1 %. Результаты измерений вязкости для гуаровой камеди приведены на рисунке 6. Измерения осуществлялись с помощью ротационного вискозиметра BMV 88. Градиент скорости изменялся в диапазоне от 1 до 300 с". Смеси продемонстрировали явные псевдопластичные свойства при скоростях сдвига меньше 150 с"1. При увеличении концентрации стабилизаторов вязкость росла. Данные представлены на рисунке 3, где показаны скоростные характеристики вязкости кетчупа с содержанием гуаровой камеди 1 - 0,5%; 2 - 0,75%; 3 - 1%; 4 -контрольный образец без стабилизатора.
Кус и другие [88] провели исследования реологических свойств смесей мороженного. Исследования проводились с помощью ротационного вискозиметра RheoStress RSI. Градиент скорости изменялся в диапазоне от 0 до 300 с" . Результаты измерения вязкости от градиента скорости и температуры представлены на рисунке 7. Рассматривались температуры от 5 до 50 продемонстрировали псевдопластичные свойства.
Разави и соавторы [96] исследовали реологические свойства обезжиренной кунжутной пасты. Исследования проводились с помощью ротационного вискозиметра RVDV-II. Замеры вязкости производились при температурах 25, 35, 45 и 55С. Результаты исследования вязкости образцов при температуре 25С представлены на рисунке 8.
Все образцы [96] показали неньютоновские псевдопластичные свойства.
Коэффициент консистенции к для исследованных образцов составлял 108 — 240 Па-с. Индекс течения п был в диапазоне 0,35 - 0,51.
Патока и другие [77] проводили исследования вязкости молочных сывороточных белков молока. Результаты исследований представлены на рисунке 9. Как видно на рисунке, неньютоновские свойства для растворов, содержащих до 30% белка включительно, проявляются слабо. Уже при 35% кривая приобретает характер псевдопластичных свойств, а для образцов, содержащих 45% белка неньютоновские псевдопластичные свойства становятся ярко выраженными. Градиент скорости изменялся в диапазоне 1 - 130 с"1.
Апортела-Полатсиос и другие [69] проводили исследования реологических свойств йогурта, обогащенного волокнами и кальцием. В качестве источника волокон использовались отруби пшеницы. Исследования проводились с помощью ротационного вискозиметра DV-III. Температура образцов составляла 25С. На рисунке 6 представлена зависимость вязкости от градиента скорости и содержания отрубей. Использовались образцы, содержащие свежие и поджаренные отруби, на графике: 1 - контрольный образец без волокон; 2 - 1,5% свежих отрубей; 3 - 1,5% поджаренных отрубей; 4 - 3% свежих отрубей; 5 - 3% поджаренных отрубей; 6 - 4,5% свежих отрубей; 7 - 4,5% поджаренных отрубей. Градиент скорости изменялся в диапазоне от 1 до 22 с" . При повышении содержания волокон вязкость возрастала.
Мамаев А.В, Боракова Л.А. в работе [37] исследовали влияние длительности сквашивания зерненного творога на эффективную вязкость. Использовались образцы творога с добавлением сухого молока и концентрированного сухого белка. Исследования проводились с помощью установки Реотест-2. Температура составляла 20С. Эффективная вязкость продукта в процессе проведения опытов уменьшалась от 178,6 Па-с при 3,5 часовом сквашивании до 25,9 Па-с при 4,5 часовом.
Манд ела и другие [91] исследовали влияние пищевых добавок на реологические характеристики белого соуса. Рассматривалось влияние содержания кстантановой камеди и камеди рожкового дерева, которые используются в промышленности как стабилизаторы и загустители. В ходе исследований было установлено, что добавление камеди в количестве 0,09% увеличивает вязкость контрольных образцов на большую величину, чем добавление 0,25%. Все образцы продемонстрировали псевдопластичные свойства. При высоких значениях градиента скорости свойства продукта приближаются к ньютоновским. Это можно объяснить изменением ориентации макромолекул раствора. Псевдопластичность соуса обеспечивается содержанием в нём крахмала. Кстантановая камедь и камедь рожкового дерева являются высокомолекулярными соединениями и также придают раствору неньютоновские свойства. Авторами было установлено, что образцы соуса, содержащие кстантановую камедь, обладают более выраженными псевдопластичными свойствами в сравнении с образцами, содержащими камедь рожкового дерева. Исследования проводились на универсальном реометре SR-5 при постоянной температуре 25 С. Градиент скорости изменялся от 0,01 до 450 с" . Вязкость изменялась от 1000 до 0,6 Па-с.
Тэлис-Ромеро [84] и соавторы исследовали реологические свойства концентрированного апельсинового сока. Для получения различных концентраций образцов сок разбавляли дистиллированной водой. Градиент скорости изменялся в диапазоне от 0,028 до 243 с". В результате исследования было установлено, что реологические свойства концентрированного апельсинового сока в достаточно полной мере описываются реологической моделью Гершеля-Балкли, включающей в себя добавление к пределу текучести степенного закона, описывающего поведение псевдопластичных и жидкостей.
Маниш и другие [92] исследовали реологические свойства мангового сока. Исследования проводились с помощью ротационного вискозиметра LVDV-II. Исследования проводились при температурах 20, 30, 40, 50, 60 и 70С. График зависимости вязкости сока при температуре 60С представлен на рисунке 9, где 1 - 26 % сок, 2 - 16 % сок. Исследованный сок продемонстрировал неньютоновские псевдопластичные свойства.
Зобкова и соавторы [28] проводили исследование влияния внесения трансглатуминазы на структурно-механические свойства йогурта. Исследования проводились с помощью ротационного вискозиметра BELI DV-2 при температуре (20+2)С. Диапазон изменения скорости сдвига составлял от 0,93 до 93с"1. Образцы подчинялись закономерностям Шведова-Бингама
Результаты экспериментов и их обсуждение
По результатам замеров были получены данные представленные в таблицах 3-4. Были исследован пусковой режим установки при обработке ряженки вязкостью 2,5% и ацидофилина вязкостью 2,5%. Кроме того, исследовался пусковой режим с использованием глицерина концентрацией 99,5% в качестве модельной среды с ньютоновскими свойствами, и раствора 90 гр муки в 100 гр воды в качестве модельной реологической среды обладающей неньютоновскими свойствами.
Полученные данные имеют характер близкий к простой экспоненциальной зависимости, и могут быть представлены в виде формулы (54), данная формула выведена путём обработки данных с помощью программы CurveExpert.
В качестве рассматриваемого молочного продукта использовалась ряженка жирностью 2,5%. Применялась нагрузка равная 0,196 Н.
При исследовании модельная среда с неньютоновскими свойствами использовался раствор муки. Высота залива среды в пространство между цилиндрами равнялось 0,062 м. Момент вращающий ротор обеспечивался нагрузкой 1,96 Н.
Другой опыт был осуществлён с использованием глицерина. Глицерин обладает ньютоновскими свойствами. Кроме того, его реологические параметры известны с высокой точность, что позволяет использовать его для тарировки экспериментальной установки. Были применены те же цилиндры, что и в первом опыте. Уровень заполнения составил 72 мм. Использована меньшая по сравнению с опытом обработки раствора муки нагрузка равная 0,196 Н, в виду меньшей вязкости глицерина. Результаты показаны в таблице 4 и на рисунке 19.
Следующая серия опытов была проведена с установкой на роторе скребковых устройств с отверстиями.
В качестве модельной среды исследовался ацидофилин без сахара жирностью 2,5 %. Нагрузка принята равной 0,196 Н. Зависимость частоты вращения от времени с момента пуска представлена в таблице 6:
Как и в первых двух опытах, полученный график близок к экспоненциальной зависимости. Не смотря на разницу между реологическими характеристиками сред, зависимости, представленные таблицами 3, 4 и 5 имеют близкий коэффициент «Ь», отвечающий за характер экспоненты.
Графоаналитический анализ проведённых опытов показывает, что в рассмотренном диапазоне частоты вращения, вязкости и геометрических параметров наблюдается близкий характер пусковых режимов для ньютоновской и неньютоновской модельных сред. Достижение установившегося режима работы во всех случаях достигалось в пределах первого оборота цилиндра экспериментальной установки.
Опыт включающий в себя обработку ацидофилина с использованием одного скребка позволил получить следующие данные
Анализируя рисунки 20 и 21 можно сделать вывод, что устройство с одним скребком выходит на стабильный режим работы за время близкое к выходу на стабильный режим устройства с двумя скребками, однако из-за меньшего сопротивления при одинаковой нагрузке стабильный режим подразумевает большую частоту вращения и ротору необходимо сделать на 30-40% больше оборотов.
С использованием ряженки жирностью 2,5 была проведена серия опытов по оценке пускового режима при различных температурах. Результаты представлены в таблице 8.
Схема и описание экспериментальной установки для исследования тепловых процессов в поточных аппаратах с очищаемой поверхностью
Исследования проводятся на экспериментальной установке, представленной на рисунке 25.
Для исследования тепловых процессов в аппаратах с очищающими устройствами использовалась экспериментальная установка, состоящая из теплообменного аппарата со скребковой мешалкой, нагревательного бака оборудованного лопастной мешалкой, трёх автотрансформаторов, потенциометра, выпрямителей тока, двух электродвигателей постоянного тока, сосуда Дьюара, трубчатых электронагревателей - ТЭНов, шестеренного насоса, червячного редуктора с муфтой и переключателя термопар.
Рабочий цилиндр 5 расположен горизонтально. При выполнении исследований скребковые устройства 3 устанавливаются на ножевой вал радиально. Рабочая кромка скребковых устройств изготавливается из резины, что позволяет обеспечить прилегание скребка к теплопередающей поверхности по всей его длине и, в то же время, предотвращает повреждение поверхности теплообмена. Внутри рабочего цилиндра 5 располагается ножевой вал 4 с закреплёнными на нём скребковыми устройствами 3. С внешней стороны рабочего цилиндра располагается рубашка 2, охватывающая его поверхность. Снаружи рубашки установлена теплоизоляция 16 с целью сведения к минимуму притоков тепла из внешней среды. Вал со скребками приводится в движение с помощью электродвигателя постоянного тока 13. Привод осуществляется через шкивы 12 с помощью ременной передачи 11. Для определения температуры стенки цилиндра охлаждения на ней установлены медно-константановые термопары 1. Горячие спаи термопар установлены на исследуемой поверхности, а холодные помещаются в сосуд Дьюара 7. Для определения ЭДС термопары подсоединены к потенциометру 9. Для точного измерения потенциала в измерительной цепи используется нормальный элемент 10. Для подачи продукта в рабочий цилиндр аппарата используется шестерёнчатый насос 22 который приводится электродвигателем постоянного тока.
Изменение частоты вращения шестерён насоса производится путём регулирования частоты вращения якоря электродвигателя 24, которая, производится через регулирования напряжения, которое подается на якорь электродвигателя. Изменение напряжения осуществлялось с помощью автотрансформатора 27.
При проведении экспериментальных исследований нагретая в баке 23 трубчатыми нагревателями 21 исследуемая среда подаётся в рабочий цилиндр 8, в котором охлаждается. Для этого в охлаждающую рубашку 2 подается леденая вода. Один из ТЭНов 21, которые размещены в баке 23, регулируется с помощью автотрансформатора 20, что позволяет регулировать интенсивность нагрева продукта.
Внутренний диаметр рабочего цилиндра равняется 125.4 мм. Ширина лопастей равняется 30 мм, в лопастях имеются отверстия диаметром 12 мм. Для более полной очистки теплопередающей поверхности каждая лопасть состоит из двух секций одинаковой длины. На валу может размещаться две либо четыре лопасти. От количества скребков зависит частота очищения теплообменной поверхности. Кроме того, количество скребков влияет на характер потока обрабатываемого продукта в цилиндре, это ведёт к изменению коэффициента теплоотдачи.
Протяжённость активной поверхности теплообмена в аппарате равна длине лопастей, которая составляет 670 мм. С учётом отмеченного, площадь теплопередающей поверхности вычисляется по формуле.
F=TI-D-H, (55) где F - площадь активной теплопередающей поверхности, очищаемой скребками, м2; D - внутренний диаметр рабочего цилиндра, м; Н - длина лопастей скребкового устройства, м.
Тогда площадь активной теплопередающей поверхности будет равна F= 3.14-0.1254-0.670=0.264 м2
При исследовании процесса теплообмена средняя температура стенки рабочего цилиндра определяется в результате вычисления среднего арифметического значения установленных на стенке термопар. Рабочий цилиндр изготовлен из меди и имеет толщину 3 мм. Благодаря высокой теплопроводности меди поправка на глубину заделки термопар незначительна и не учитывается при проведении экспериментов.
Исследования проводились следующим образом. Предварительно обрабатываемый продукт нагревается в баке, с помощью трубчатых электронагревателей, до необходимой температуры. Температура среды поддерживается в определённых пределах, что обеспечивается с помощью регулирования напряжения, которое подается на один из трубчатых электронагревателей, что осуществляется автотрансформатором. Остальные трубчатые электронагреватели подключаются в необходимом количестве в зависимости от требуемой интенсивности нагрева обрабатываемого продукта. Чтобы обеспечить равномерную температуру исследуемого продукта в баке производится непрерывное перемешивание лопастной мешалкой, которая приводится от электродвигателя размещённого на крышке бака. Обрабатываемая среда, нагретая до требуемой температуры, с помощью шестерёнчатого насоса подаются из бака в рабочую полость экспериментального теплообменного аппарата, которая образована внутренней поверхностью охлаждающей рубашки рабочего цилиндра и внешней поверхностью ротора со скребковыми очищающими устройствами. Обрабатываемая среда протекает через в рабочую полость теплообменника при этом осуществляется перемешивание её скребковыми устройствами, которые размещены на валу. Охлаждённый в рабочем цилиндре исследуемый продукт возвращается по трубопроводу в нагревательный бак. Ледяная вода жидкость, пройдя через охлаждающую рубашку теплообменника, направляется в сливную трубу.
При проведении опытов производится замер температуры обрабатываемого продукта на входе и выходе из аппарата с помощью термопар. На основе этих данных определяется средняя температура продукта и разность температур. Дополнительно, производится замер температуры обрабатываемого продукта на входе и выходе из аппарата с помощью лабораторных термометров с ценою деления 0,10 С. Кроме того с помощью аналогичных термометров производится замер температуры, входящей и выходящей охлаждающей жидкости из теплообменной рубашки аппарата. Кроме того, необходимо произвести замер температуры поверхности теплообмена. Для этого используются термопары, вмонтированные в стенку рабочего цилиндра. Потенциометр фиксирует показания термопар. Были использованы медно-константановые термопары. Привод ротора со скребковыми перемешивающими устройствами, а также привод шестеренного насоса осуществляется от двух независимых электродвигателей постоянного тока, что позволяет производить изменение частоты вращения ротора, и производительность шестерёнчатого насоса в широком диапазоне. Для опытов, подразумевающих изотермическое течении исследуемого продукта в аппарате, в теплообменную рубашку не подаётся рабочая жидкость, а для опытов с неизотермическим течением, рабочий цилиндр аппарата снаружи обогревают или охлаждают в результате подачи в рубашку аппарата хладоносителя или теплоносителя. Конструкция ротора позволяет использовать на нём очищающие устройства с различным количеством рядов скребковых устройств на нём, кроме того применялись разработанные и изготовленные автором скребковые устройства с различным количеством отверстий в пластинах. Оценивая разность общей расходуемой энергии и энергии, расходуемой в режиме холостого хода без продукта снятыми скребковыми устройствами, определяется мощность, затраченная непосредственно на перемешивание обрабатываемой среды. Для определения энергии, затраченной на перемешивание исследуемого продукта в аппарате, используется ваттметр, подключенный к электродвигателю постоянного тока, дополнительно для осуществления контроля напряжения, подаваемого на электродвигатель в электрическую цепь подключен вольтметр. С помощью измерения параметров другого электродвигателя постоянного тока производится замер производительности шестеренного насоса. Расход обрабатываемого продукта измеряется весовым методом для чего производится его взвешивание с помощью электронных весов типа 15ЭВ. При этом измеряется продолжительность наполнения мерной ёмкости посредством секундомера. С помощью электронного бесконтактного тахометра «Термит», марки ИТ5-4 производится замер частоты вращения ротора со скребковыми перемешивающими устройствами. Расход исследуемого продукта и продолжительность наполнения мерной ёмкости было принято такими, что погрешность измерения этих параметров не превышает 0,2 - 1,0%.
В процессе экспериментальных исследований тепловых процессов необходимо учитывать энергию, передающуюся продукту от скребковых устройств. Согласно исследованиям Николаева Б. Л., в процессе охлаждения вязких продуктов в аппаратах с очищаемой поверхностью теплообмена тепло диссипируемой в процессе перемешивания скребковыми устройствами энергии во многих случаях составляет от 15 до 25 % от общего тепла отводимого аппаратом.
Конструктивной особенностью скребковых устройств является использование лопастей с отверстиями. Наличие отверстий уменьшает сопротивление вращению, и в то же время влияет на структуру потока обрабатываемой среды. Степень дополнительной турбулизации созданной за счёт отверстий определится при выполнении исследований.
Предложения по практическому применению экспериментальных данных при разработке аппаратов со скребковыми перемешивающими устройствами
Основным направлением разработки нового оборудования является интенсификация производственных процессов. Применяя новые конструкции скребковых устройств можно повлиять на гидродинамические и тепловые процессы и достигнуть: сокращения продолжительности обработки среды, снижения удельного расхода хладоносителя, повышения производительности оборудования. Помимо этого, важным направлением исследований является стремление к обеспечению более щадящего воздействия очищающих устройств на обрабатываемый продукт с целью сохранения его структуры, что позволяет получать более качественную продукцию. Проведённые автором исследования гидродинамических и тепловых процессов в теплообменных аппаратах с очищающими устройствами, позволяют получить закономерности этих процессов. Эти данные послужили основанием для создания полезной модели поточного аппарата с очищаемой поверхностью.
Предлагаемая полезная модель относится к молочной, мясной и масложировой промышленности, а именно - к поточным аппаратам с очищаемой поверхностью теплообмена, применяемым для охлаждения сливок, животных жиров, маргариновых эмульсий, кулинарных жиров и других вязких пищевых продуктов.
Прототипом предложенной конструкции является теплообменный аппарат Т1-ОМ-2Т. Недостатком этого аппарата является неполная очистка и неэффективное перемешивание счищенных охлаждённых слоев с основной массой обрабатываемого продукта.
На рисунках 26-28 схематично изображена разработанная конструкция теплообменника с очищаемой поверхностью, на которых обозначены: 1 -охлаждающая рубашка, 2 - рабочий цилиндр, 3 - нагнетательное устройство, 4 -мотор-редуктор, 5 - патрубок для подачи продукта, 6 - патрубок для отвода хладоносителя, 7 - лента из эластичного материала. 8 - планка металлическая перфорированная, 9 - отверстие в лопасти, 10 - зазор между секциями лопасти, 11 - держатель крестовины, 12 - вал, 13 - патрубок для отвода продукта, 14 -патрубок для подачи хладоносителя, 15 - лопасть очищающая, 16 - лопасть нагнетательного устройства, 17 - болт для зажима эластичной ленты, 18 - болт для крепления ступицы крестовины, 19 - ступица крестовины.
Автором диссертационной работы предложены следующие изменения направленные на увеличение производительности прототипа: перемешивающее устройство размещенное в рабочем цилиндре имеет перфорированные лопасти очищающего типа, установленные под углом 90 к поверхности рабочего цилиндра, каждая из лопастей выполнена из двух металлических пластин, между которыми зажата лента из эластичного материала, верхняя кромка которой возвышается над пластинами не более чем на 15-10 мм; расстояние между периферийными кромками диаметрально расположенных лопастей больше внутреннего диаметра рабочего цилиндра - Дщш на 0,5-0,1 мм, благодаря этому, а также тому обстоятельству, что периферийные кромки лопастей выполнены в виде ленты 7 из эластичного материала обеспечивается соответствующее прижатие ленты к охлаждающей поверхности рабочего цилиндра 2 и тем самым осуществляется полная очистка теплообменной поверхности аппарата. Более эффективному перемешиванию способствует наличие отверстий 9 в лопастях. Диаметр этих отверстий не менее 0,05-0,1 Дщш, а шаг расположения отверстий от 0,2 до 0,5 Дцил. Кроме того, лопасти разделены на секции длиной не более 3 Дцил, с целью избегания изгиба или поломки пластин.
Отверстия располагаются от основания лопасти не менее, чем на 15мм. Между секциями лопастей имеются зазоры 10, для очистки охлаждающей поверхности в местах расположения зазоров, секции каждой последующей лопасти смещены относительно предыдущей лопасти в продольном осевом направлении на 0,2 Дцил-при входе продукта в аппарат установлено нагнетательное устройство 3 с восемью лопастями 16. Диаметр нагнетательного устройства по периферийным кромкам лопастей равен 0,9 Дцил Эта совокупность признаков и их отличительная взаимосвязь позволяют увеличить производительность аппарата.