Створення математичної моделі та конструктивної схеми процесів блочного виморожування . Вибір частоти вібрації перфорованої пластини. Розрахунок коефіцієнтів масовіддачі установки. Дослідження залежності густини водних екстрактів шипшини від температури.
Аннотация к работе
В цих дослідженнях вирішувалися задачі по створенню математичної моделі процесів тепло-і масообміну при виморожуванні води із харчових розчинів на поверхні вертикальних трубчастих кристалізаторів в умовах природної та вимушеної конвекції та вдосконаленню методик розрахунку апаратів з такою конструкцією кристалізатора; по зниженню термічного опору блоку льоду та підвищенню енергетичної і технологічної ефективності процесу виморожування; по формуванню напрямків вдосконалення та класифікації способів інтенсифікації процесів в блочному виморожувачі. Разом з тим перехід до проектування промислових зразків виморожуючих установок з такою конструкцією потребує проведення комплексу аналітичних та експериментальних досліджень, які дозволять розробити методику розрахунку установок та визначити режими їх експлуатації. Для розвязання поставленої мети сформульовано наступні завдання: створити математичну модель процесів тепло-і масообміну в блочних виморожувачах з горизонтальним пластинчастим кристалізатором та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною; дослідити зміну густини екстрактів шипшини, мускатного горіха, гвоздики в залежності від масової частки розчинних речовин і температури екстракту, а також дослідити умови фазової рівноваги екстрактів при виморожуванні з них води; вивчити кінетику процесів блочного виморожування води із екстрактів на нижній поверхні горизонтальних кристалізаторів в умовах природної конвекції в розчині та при перемішуванні розчину за допомогою вібруючої перфорованої пластини;Загальна кількість теплоти, яка відводиться холодоносієм в процесі низькотемпературного концентрування екстрактів у виморожуючій установці з горизонтальним кристалізатором, складається з кількості теплоти, яка витрачається на охолодження розчину до кріоскопічної температури, на кристалізацію води із розчину, на охолодження блоку льоду до кінцевої температури, яка нижче кріоскопічної, на охолодження стінок кристалізатора, ємності для розчину та ізоляції та на компенсацію втрат теплоти в навколишнє середовище. Аналіз рівнянь, що описують тепло-і масообмін у виморожуючих установках показав, що для їх практичного застосування необхідним є отримання залежностей для розрахунку середніх коефіцієнтів масовіддачі від розчину до фронту кристалізації (, м/с) як для умов виморожування води на нижній поверхні горизонтального кристалізатора, так і при виморожуванні в умовах вібруючої у розчині перфорованої пластини. Для умов виморожування на нижній поверхні горизонтального кристалізатора, а також для умов виморожування на горизонтальному кристалізаторі із вібруючою у розчині перфорованою пластиною вид рівняння для розрахунку процесу масовіддачі було отримано з використанням принципів теорії подібності і методу аналізу розмірностей. При формуванні структури рівняння для розрахунку процесу масовіддачі в розчині при виморожуванні води на горизонтальному кристалізаторі із вібруючою у розчині перфорованою пластиною в якості незалежних параметрів були прийняті наступні: др, ср, мр, D, lk, bk, швидкість потоку розчину, проникаючого крізь пори перфорованої пластини (up, м/с); амплітуда (А, м) і частота коливань вібруючої пластини (f, с-1); площа поверхні перфорованої пластини (Fпл, м2); площа поверхні отворів у пластині (Fотв, м2); еквівалентний діаметр перерізу каналу для потоку рідини (dek, м). Аналогічним чином, як і у випадку з моделюванням процесу масовіддачі в розчині в умовах виморожування води на нижній поверхні горизонтального кристалізатора, було одержано структуру рівняння в узагальнених змінних для умов виморожування води на нижній поверхні горизонтального кристалізатора та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною: (2) де N, a, b, c, d - константа та показники ступеню, які визначаються в результаті математичної обробки комплексу експериментальних даних; Reеф - ефективне число Рейнольдса.На підставі виконаних аналітичних та експериментальних досліджень, розроблена методика розрахунку блочних виморожувачів з горизонтальним кристалізатором та з вібруючою у розчині перфорованою пластиною для низькотемпературного концентрування екстрактів рослинної сировини. Отримані графічні залежності та рівняння для розрахунку густини екстрактів шипшини з масовою часткою розчинних речовин в діапазоні від 5 до 30 %, а також екстрактів мускатного горіха та гвоздики з масовою часткою розчинних речовин в діапазоні від 2 до 10 % в залежності від їх температури. Встановлені закономірності, які відображають вплив температурного режиму роботи установки, початкових параметрів розчину, частоти коливань та перфорації пластини на поточні параметри рідкої та твердої фази, які утворюються в процесі виморожування. Також визначені залежності зміни параметрів стоків, які утворюються в процесі гравітаційного сепарування блоків льоду, отриманих в установках з горизонтальним кристалізатором та з вібруючою у розчині пластиною. Визначені доцільні режими процесу низькотемпературного концентрування екстрактів у виморожуючих установках з горизонтальним кристалізатор