Введение к работе
Актуальность томи диссортоцпи. Пород агропромышленный компресом напей страны поставлена задача по ускоренному внедрению іоссйгаоЛ технологии термической обработки мяса и других пищэвых .іродуктоЕ, обеспочпЕэищдй максимальную экономию сирьавых и энергетических ресурсов.
Внимание научно-технической общественности должно бить постоянно сосредоточено на совершенствовании существующих и созданий новых технологических процессов и установок большой единичной мощности при одновременном снижении их матэриало- и энергоемкости.
Ускорение научно-тохнЕчаского прогресса невозможно обеспечить не осуществив интенсификацию процессов тапло-и массообмана в создаваемых технологических аппаратах и объектах. Значительные возможности в связи с этим имеются на пути использования в технологических аппаратах динамических дисперсных теплоносителей (ДДТ).
В послевоенные годы в СССР й за рубежом интенсивно разрабатывались вопросы теории и практики динамического дисперсного теплоносителя применительно к задачам цветной и черной металлургии, химической, пищевой, медицинской , строительной, ядерной и других отраслей промышленности. .Обширные теоретические и экспериментальные исследования в этом направлении выполнены советскими учеными: Н.В.Аитонишикш, В.Г.Айнштейиом, А.П.Баскаковым, Б.В.Боргом, Ю.А.Буевичем, Я.И.Гельпэришлм, Ю.П.Гупало, В.М.Дементьевым, С.С.Забродским, Н.Б.Кондуковым, К.Е.Махориным, Г.М.Минаовым, В.П.Мяспиковым, И.П.Мухленсвым, И.М.Тазумовим, И.А.Роговшл, П.Г.Рсмэпковым, М.Г.Слинько, Н.И.Сыромятниковым, И.И.Тагановшл, О.М.Тодесом, Э.Г.Тутовой, Н.А.Шаховой и многими другими. Большой вклад в создание теории псоедоожижєнйя и технологического оборудования на этой основе сделан зарубежными учеными: Дп.Боттерил-лом, Ст.Дичелил, И.Дэвндсоном, О.Ээнзом, Д.Кунни, О.Левеншпилем, Ы.Лова, П.Роу, Д.Харриооном и другими.
Современное состояние теории и практики применения дпнами-чоского дисперсного теплоносителя в качество промежуточного до-
статочно широко освещено в многочисленной литературе.' Незначительное число работ посвящено использованию динамического дисперсного теплоносителя в качестве основного. Значительные трудности в разработке высокоинтенсивных тохнологий и аппаратов па основа дисперсного теплоносителя связаны с отсутствием достаточных физических представлений о механизмах переноса теплоты л массы и невозможностью полностью удовлетворить требованиям теории подобия при постановке экспериментальных исследований на конкретній установках даке в сравнительно простых условиях (атмосферное давление, средние температуры).
Таким образом, широкому внедрению технологических процессов и аппаратов, основанных на применении диспорспого топлоноси- , теля в качестве основного и промежуточного в промышленность, препятствует недостаточная изученность отдельных явлоний, протекающих при использовании отого топлопоситоля, а также отсутствие необходимых закономерностей и недостаточная осведомленность .'ох-ничоской общественности о преимущество использования динамического теплоносителя.
В то же вромя сочотаниа использования диспорспого теплоносителя в качестве промежуточного и, например, низких рабочих температур или высокого статического давлопия в аппаратах позволяет значительно интенсифицировать но только процессы топло-и кассо-» обмена и устранить или ослабить некоторые недостатки этого опо-соба.как технологического метода, но и значительно сократить потери продукта при холодильной обработке
В последнее вромя использование динамического дисперсного теплоносителя представляется весьма перспективным для холодильной обработки мяса и мясопродуктов, сыпучих овощей и фруктов.
Создание надежных и экономичных технологий и аппаратов с использованием динамического дисперсного теплоносителя - сложная техіїичосігая задача, для выполнения которой нужен комплексный подход к решошт целого ряда научпо-тохшчосісих проблем, В первую очародь нужны дальнейшие исследования процессов переноса, определяющих работу практически любого аппарата с использованием динамического дисперсного теплоносителя.
В настоящее вромя остро ощущается дефицит обобщениях зависимостей для инженерного расчета технологического оборудования
с использованием динамического дисперсного теплоносителя.
Диссертационная работа выполнялась в связи с разработкой государственных тем: "Исследование гидродинамических явлений в дисперсных системах", Гос.per. I? 7306362; "Применить математические моделирование для изучения процессов переноса п аппаратах с кипящим слоен", Гос.per. !i- 760865Ь5; "исследование тепломассопе-реноса и гидродинамики в развитом пссвдоохсиженном слое при атмосферном v. повышенном давлениях применительно к технологическим процесса:.!", Гос.per. Xі 8I009I56; "Создать элективные технологические аппараты для термообработки кормовых концентратов и других продуктов биологического синтеза". Гос.per, !!" 8I0021SI8.
Целью работы явилась разработка теоретических основ применения динамического дисперсного теплоносителя для интенсификации теплообмена в технологических процессах и аппаратах, разработка на этой основе высокоинтенсийных новых и усовершенствование существующих процессов и технических средств, обеспечивающих снижение потерь массы продуктов, сохранение высокого уровня их качества, сокращение цикла обработки.
Научная новизна. Новое научное направление процессов тепло-массопереноса в технологии термообработки мяса и технологических аппаратах с динамическим дисперсным теплоносителем, предложенное и развитое в диссертации, базируется на ряде научных положение и разработок.
На основе систематических исследований получены новые экспериментальные данные, вскрывающие, закономерности гидродинамики и механизм процессов переноса с использованием динамического дисперсного теплоносителя при нормальных и ослол:ненга« условиях /низкие температуры, однокомпонентные двух-трехфазные среды, конструктивные и режимнне факторы/. Проведен теоретический анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований, получены новые обобщенные корреляции для расчета скорости минимального псевдоожилее-ния и расширения неоднородного слоя промежуточного дисперсного теплоносителя в воздухоохладителях /теплообменниках/, а такие обобщены результаты исследований теплообмена двухфазной однокомпонент-пой смеси с поверхностью. Разработаны математические модели взаимодействия воздушного потока со слоем дисперсного материала и по-
груженными теплообменныии поверхностями при скоростях фильтрации достаточных для придания дисперсной среде движения. Впервые создан экспериментальный воздухоохладитель с циркулируй.! промежуточная теплоносителем. Раскрыт механизм переноса теплоты между поверхностью и крупнодисперсным теплоносителем при обычных и осложненных условиях.
Предложено использование кинетической энергии плоской струи воздуха с содержанием мелкодисперсного льда для создания в холодильных камерах локальных вихрей с целью интенсификации внешнего теплообмена с охлагдасшім продуктом и снижения массообмена ме-тду продуктом и хладоиосителем, созданы промышленные камеры с вихревой системой воздухораспределения емкостью 50 т. Определена область применения динамического дисперсного теплоносителя ' /ДДТ/ в пищевой и перерабатывающей промышленности АПК. Предложен ряд новых способов получения двухфазных однокомпонентних теплоносителей, использования последних в холодильной технике и технологии . В диссертации представлен материал по теоретическому обобщению в области взаимодействия воздушного потока с движущимися дисперсными средами и теплообменньши поверхностями и решена важнейшая научная проблема по разработке и созданию технологических аппаратов с динамическим дисперсным теплоносителем, имеющих большое народнохозяйственное значение.
Практическая ценность. Разработанные и изложенные в диссертации принципы могут служить научной базой для обоснования, разработки и внедрения технологических процессов и аппаратов с динамическим дисперсным теплоносителем. Методические принципы анализа аэродинамических систем вихревого распределения дисперсного теплоносителя в объеме каперы неограниченной длины доведены до инженерных расчетов. На этой основе созданы камеры термической обработки мяса, предложен ряд технологических способов и конструкций новых систем воздухораспределения для камер.
Методические принципы анализа гидродинамических и теплообменник параметров дисперсного теплоносителя доведены до инженерных расчетов воздухоохладителей. Созданы и внедряются экспериментальные образцы воздухоохладителей с дисперсным теплоносителем, предложен ряд новых способов получения двухфазного одно-компонентного теплоносителя. Результаты теоретических и экспер:ше
тальных выводов воплощены в "Рекомендации по проектированию камер замораіглвапия и охлагдопяя с вихревой системо"; зоздухорасп-родолепяя и утворпдаїш Госагропромом БССР.
Реализация работы. Результати работы еподронц на Слуцком, ~лебшіском і; других мясокомбинатах, па предприятиях п/я В - 8685, Минзпорго. Так~е результати работы внедрены в учебный процесс 'Белорусского политехнического института по дисциплине " Тепломассообмен" в качество лекционного материала для специалистов по холодильной тохнике. Суммарный экономически"; э'тбект от внед-рєішя технологического оборудования с использованием динамического дисперсного теплоноситоля составляет 2,5 млн.рублей при долевом участии автора более 1,5 млн. рублей.
Новизну исследований и технических предложений подтверждают II авторских свидетельств.
Результаты работы используют на' предприятиях Госагропрома БССР и они внесены в план внедрения новых разработок, также их реализуют на предприятиях ЛПК других республик СССР.
Автор защищает:
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований гидродинамики в аппаратах о динамическим дисперсным теплоносителем при нормальных и пониженных температурах, нормальных и повышенных давлениях.
-
Результаты термодинамического анализа получения двухфазной однокомпонзнтной смеси и обощегаше танлообмашшо закономерности при течении последней по трубам.
-
Результаты экспериментального и численного исследования образования локальных впхреЕых течений в объеме неограниченной длины.
-
Физические представления механизма тепломассопереноса
в воздухоохладителях о промежуточным дисперсным теплоносителем, математическую модель и результаты экспериментальных исследований.
5. Результаты экспериментального я численного исследования
слозшого теплообмена в аппаратах с использованием динамического
дисперсного теплоносителя ( в псевдооулвэнних системах) под дав
лением и при пошгаеїшьпс температурах, а также зависимости для его
расчета, установленные закономерности теплообмона псевдоожижон-
..ного.слоя с трубными поверхностями.
6. Экспериментальные данные, характеризующие зависимость качественных характеристик мяса от метода холодильной обработки в условиях промышленного производства.
7. Новые технологические процессы холодильной обработки и аппарат'с использованном динамического дисперсного теплоносителя.
Апробация работы. Содержите отдельных разделов диссертации и основные результаты били продставлоны и докладывались на УІ и УП Всесоюзных совещаниях по топло-и шесообмену ( Минск, 1980, 1984); Минском Международном .форуме "Тепломассообмен -І/Л1Ф" (Минск, 1988); Международных конгрессах по инженерной химии, машиностроению и автоматизации в химической промышленности ХИСА (Прага, ЧССР, 1981, 1984); Международных гаколах-семинарах: " Тепло- и массообмен в химически реагирующих системах" (Мі-гск, 1983); " Проблемы тепло- и массообмена я процессах горения, ис-пользуемых в энергетике (Минск, 1980), Международной конференции по псовдоожикения (Хснникер, США, 1980); У Международной летней школе 'Моделирование тапло-и массообмепных процессов (Бургас, Болгария, 1985); УП Национальной конференции по тепломассообмену - ШТ - 15-85 (Индия, 1985); Всесоюзной научно-практической конкуренции " Пути интенсификации производства с применением искусственного холода в отраслях агропромышленного комплекса, торговле и на транспорте (Одесса, 1989); Всесоюзной научно-практической конференции "Ресурсосберегающие технологии переработки продуктов животноводства (Минск, 1989).
Публикации.'По теме диссертации опубликовано 27 печатних работ, получено II авторских свидетельств.
Структура и объем диссертации.Работа состоит из общей характеристики, 6 глав, выводов и списка литературы.