Введение к работе
Актуальность проблемы. Организация переработки сельскохозяйственного сырья в. доброкачественные пищевые продукты является важной народнохозяйственной задачей. При этом долкны бить обеспечены высокие результати производства при меньших затратах, ускорен научно-технический прогресс, организовано безотходное производство на базе внедрения достикенпй науки и техники.
Для ресопия этой задачи необходимо создание новых способов интенсификации процессов тепло- и массообмена, разработка пршщшшально новых технологических машш и аппаратов с активными іщщинамиче сними реяшми, математическое моделирование процессов и оптимизация их геометрических параметров, а таюю внедрение зтих аппаратов в различные отрасли пищевой промышленности.
В связи с этим представляется актуальной разработка тепло- и массообменных аппаратов с вращающимся барботажньш слоем, позволяющих эффективно разделять среда после их контакта и обеспечивающих максимальные значения приведенных коэффициентов тепло- и массообмена.
Повышение эффективности тепло- п массопередачи при движении газовых пузырьков в шдкости в поле высоких центростремительных ускорений происходит вследствие возникащего в них тороидального течения, а также вследствие индуцирования интенсивных циркуляционных потоков во вродащемся слое йидкости при поступательном движении меяфазной границы пузырьков.
Так, например, при характерных для разработанных аппаратов чисел Пекле, равных 103- 10', осредневные по времени числа Шервуда достигают значения 50 и более.
Основные научные исследования диссертации выполнены в соответствии с государственными научно-техническими програшами: "Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК", "Предприятие -2000", Координационному плану НИР Россельхоз-академии "Научное обеспечение отраслей АПК" и др.
Целью работы является разработка процессов и аппаратов с вращающимся барботажным слоем и .реализация с их помощью высокоэффективных технологій переработки сирья для различных отраслей пищевых, производств (экстракций биологически активных веществ из растительного сырья; детартращш соков и вшюматериалов; асептического консервирования щких и гпореобразных продуктов; выпаривания водшх растворов соков, томатной пасти, повидла, дкема и др.; десульфитации; деаэрации; тепловой к фазовой регенерацій масла в обзкарочных печах).
Для достижения этой цели на основе системного анализа решались впервые следующие задачі!:
теоретическое и экспериментальное исследование основных процессов гидродинамики и тепло- к массообыена при пузырьковом течении газа во вращающемся слое жидкости;
теоретическое и экспериментальное исследование гидродинамических процессов при двухфазном закрученном течении (газ-капли жидкости, образующиеся при барботаке в поле центробежных сил);
на основе вше указанных исследований, создание математической модели для расчета на ЭВМ оптимальных конструкционных параметров аппаратов с вращающимся Сарботажным слоем; '
разработка высокоэффективных аппаратов с вращающийся барботак-1шы слоем для реализации вышеупомянутых технологий в пищевой промышленности.
Научная новизна заключается в описании основных закономерностей гидродинамических и тепло- и массообменкых процессов при пузырьковом течении газа во вращающемся слое падкости (20<;)/g<6QQ), а также - при течешгп закрученного двухфазного потока (газ-капли жидкости, образующиеся при барботаке в поле цектробекных сил).
Впервые получены следующие результаты:
- предложены физико-математические кололи гадродинамлчееких
процессов при вдуве газа и течении его ео врзщашемся слое
хидкости для определения отрывного диаметра пузырьков, частоты их
отрыва, скорости подъема га?ового нузирька и гидравлических
потерь полного давленім газа при его Оарбопгровании через вращающийся слой жидкости;
- разработаны математические модели, описывающие теплообмен между
растущими в жидкости и всплывающими в ней газовыми пузырьками, в
рамках модели сферического вихря Хилла, позволяющие получить
распределение температур по объему пузырька для различных
критериев Пекле и Фурье, зависимости для локального и среднего
критерия Нуссельта от критериев Пекле и Фурье, а также
зависимости средней температуры газа в пузырьке от критерия
Пекле. Результаты вычислительного эксперимента согласуются с
экспериментальными данными полученными автором;
- экспериментально получены зависимости отрывного диаметра
пузырьков, частоты их отрыва, скорости свободного всплытия
пузырьков во вращающемся слое жидкости (вода,глицерин) для
различных газов (аргон, азот, гелий, ...) от основных параметров
аппарата с вращающимся барботакным слоем (диаметра питающего
отверстия, скорости вдува газа, частоты вращения и т.д.);
- измерены профили скорости и их пульсациошше составляющие
закрученного газового штока в канале модельного аппарата с
вращающимся барботакным слоем, а также получены функции распреде
ления капель жидкости по размерам.по сечению канала и вдоль по
потоку этого аппарата;
получены теоретические зависимости для определения среднемассо-вых температур газа и кидкости на выходе из аппарата с вращающимся Оарботажным слоем, результаты расчета по которым адекватно коррелируются с экспериментальными данными автора;
на основе результатов экспериментального исследования получены (теоретически) критериальные зависимости коэффициента гидродинамического выноса и критического режима работы аппарата с вращающимся барботакным слоем от основных его параметров.
Практическая ценность работы. Разработаны научные основы теории тепло- и массообменных аппаратов с вращающимся Оарботажным слоем, созданы алгоритм и программа расчета для ЭВМ.
6 На основании выполненных исследований предложены и разработаны конструкции высокоэффективных аппаратов с вращающимся барботажным слоем для пищевой промышленности, защищеннные авт.свидетельствам к патентам Российской Федерации:
для разделения кидких фаз;
тепловой обработки сред (бланширования, пастеризации и стерилизации);
выделения солей винной кислоты из виноградного сока;
регенерации отработанных растительных масел;
экстрагирования ценных компонентов из растительного сырья;
удаления нежелательных запахов и консервантов и др.;
Под непосредственным руководством автора изготовлен С0„- детар-тратор и внедрен на Одесском опытном консервном заводе.
Освоено промышленное производство СОо- экстракторов с активним гидродинамическим режимом на предприятии НПФ "Тарома" (г.Тамбов). Такие екстрактори успешно эксплуатируются на консервных заводах НТО "Апирами" и АО "Ширин" (Таджикистая.г.йсфэра;.
Апробация работа. Основные результаты работы докладывались на:
- XIV симпозиуме "Тепло- и массопередачи во вращающихся
аппаратах" (г.Дубровники .Югославия 1932г.);
на III Всесоюзной научно-технической конференции "Создание и внедрение современных зшаратов с активными гидродинамическими режимами для текстильной промышленности и производства химических волокон" (г.Москва, 1989г.);
XVII научно-технической конференции РЗЯТЖ1 (г.Москва, 1992г.);
^-республиканской научно-технической конференции "Интенсификации процессов химической технологии"/'Процессы 93"г.Ташкент,1993;
IV Международной конференции "Методы кннербеткки в химико-технологических процессах" (ЮТЫ, г.Москва, 1994г.);
Международной конференции "Научно-технический прогресс в пищевой промышленности" (г.Москва, 1995г.);
научно-техническом совещании "Повызекие эффективности переработки отечественного льняного сырья" (г.Москва, 193г.)
Международной конференции "Экология человека:Пицевые технологій
и продукты" (г.Пятигорск, 1995г.;
- заседаниях Ученій; Советов Российского заочного института текстильной и легкой промышленности и Всероссийского НИИ консервной промышленности (1990-1995г.).
Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, опубликованы в 42 печатных работах, в том числе 16 авторских свидетельствах и патентах на изобретения.
Объем и структура работа, диссертационная работа состоит из введения, б глав, выводов, списка литературы и приложений, включает ,.Л#. стр. машинописного текста и JT&.. рисунков.