Дослідження теплофізичних властивостей рідких систем харчових виробництв. Створення математичної моделі процесів тепло- і масообміну у виморожуючій установці. Розробка теоретичних і практичних основ підвищення ефективності роботи виморожуючих установок.
Аннотация к работе
Одним із процесів, який використовується для розділення рідких систем харчових виробництв, є процес виморожування або процес низькотемпературного розділення. Сьогодні дослідженням та вдосконаленням процесів низькотемпературного розділення рідких систем харчових виробництв займаються в Європі, Америці, Китаї, Японії, Росії, Молдавії. Значний внесок в розвиток теоретичних основ процесу льодоутворення в харчових системах, дослідження якості продуктів, отриманих в результаті низькотемпературної обробки та вдосконалення процесів і обладнання для кріотехнологій зробили вітчизняні та закордонні вчені: Чижов Г.Б., Гуйго Е.І., Каухчешвілі Е.І., Камовніков Б.П., Воскобойніков В.А., Плотніков В.Т., Філаткін В.М., Комяков О.Г., Лейбензон Л.С., Ткачьов О.Г., Бучко Н.А., Шаталіна І.М., Зеленська Н.І., Папп Л., Тіссен Н.А., Бурдо О.Г., Павлюк Р.Ю., Гулий І.С.,Чумак І.Г., Оніщенко В.П., Парцхаладзе Е.Г., Філін С.О., Смірнов Л.В. та інші. виконати комплекс експериментальних досліджень за задачами, сформульованими при математичному моделюванні процесів тепло-і масообміну у виморожуючій установці та узагальнити результати цих досліджень; Виморожування води із розчину в умовах інтенсифікації процесів тепло-і масообміну сприяє підвищенню ефективності роботи виморожуючої установки, що відображається у зростанні ступеня концентрування розчину, зменшенні вмісту розчинних речовин у розчині біля фронту кристалізації, підвищенні інтенсивності виморожування води із розчину та скороченні тривалості процесу низькотемпературного розділення рідких систем харчових виробництв.В результаті цього аналізу встановлено, що існуючі математичні моделі виморожуючих установок зазначеного вище типу потребують вдосконалення у питаннях розрахунку: температури на фронті кристалізації для умов змінної температури розчину і змінної масової частки розчинних речовин у розчині; масової частки розчинних речовин у розчині в залежності від умов на фронті кристалізації; коефіцієнту кристалізації вимороженої фази. Тому подальше математичне моделювання проведено при ряді припущень: температура й масова концентрація розчинних речовин у розчині є функцією тільки однієї координати R; задача розглядається як квазістаціонарна, тобто для будь-якого фіксованого моменту часу розподіл температур і концентрацій за радіусом є стаціонарним, а теплофізичні властивості елементів моделі постійними; дифузія речовин у розчині, що перебуває в міжкристалічній структурі вимороженої фази, а також теплота, що виділяється при фазовому перетворені цього розчину є незначними і ними можна знехтувати; масова концентрація розчинних речовин розчину на фронті кристалізації залежить від рівноважної температури при фазовому перетворенні “розчин>лід розчин”. Важливим результатом розділу є принципові схеми виморожуючих установок, в яких процеси тепло-і масообміну в розчині та вимороженій фазі інтенсифікують ся внаслідок: механічного перемішування розчину; акустичних коливань у розчині, що створюються за допомогою пєзо випромінювачів; механічних коливань, які створюються пульсуючою в розчині мембраною; зміни конструкції та розташування кристалізатора; механічного видалення розчину, що знаходиться в міжкристалічному просторі вимороженої фази. У четвертому розділі “Математичне моделювання температури на фронті кристалізації, процесів тепло-і масовіддачі в розчині, теплофізичних властивостей розчину і вимороженої фази, а також умов рівноваги при фазовому перетворенні “розчин > лід розчин”” показано, що для визначення коефіцієнтів і в умовах природної конвекції можна використовувати рівняння традиційної структури, а саме для розрахунку тепловіддачі-, а для розрахунку масовіддачі-. Під час експериментальних досліджень вивчався вплив початкової температури розчину (тр", ОС), початкового обєму розчину (Vp", мі), початкової масової частки розчинних речовин у розчині (%), діаметрів кристалізатора (dkp, мм) і ємності для розчину (de, мм), температурного режиму роботи установки (тхл, ОС) на зміну поточних значень: масової частки розчинних речовин у розчині (%) та у вимороженій фазі (%); масової частки розчинних речовин біля фронту кристалізації (%); температур у розчині (тр, ОС) і вимороженій фазі (твф, ОС); температури на фронті кристалізації (тфк, ОС); обєму розчину (Vp, мі); діаметру блоку льоду (dвф, мм), тривалість процесу (ф, с).Вдосконалено структуру рівняння для розрахунку рівноважної температури розчину при фазовому перетворенні “розчин>лід розчин”. Встановлено нові характерні закономірності процесу виморожування води із розчину в умовах природної конвекції: - протягом періоду процесу виморожування, коли різниця температур між температурою на фронті кристалізації і температурою в розчині знаходиться в межах від 5 до 30 ОС, зміна масової частки розчинних речовин відбувається тільки в прошарку розчину, що межує з фронтом кристалізації. При цьому значення масової частки розчинних речовин у вимороженій фазі перевищує значення масової частки розчинних речовин у розчині в 2,5-3 рази (д