Науково-технічні основи створення рекуперативних сушарок та термомеханічних агрегатів для обробки в’язких і дисперсних харчових продуктів
Вантажиться...
Файли
Дата
2018-12-12
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
ОНАХТ
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв.
Дисертація присвячена розробці науково-технічних основ для розробки нового класу обладнання: рекуперативних сушарок і термомеханічних агрегатів для обробки в’язких і дисперсних харчових продуктів. На першому етапі методами енергетичного менеджменту встановлено, що технології ключових операцій виробництва харчових продуктів - концентрування, термообробка, сушіння відрізняються високою енергоємністю. В результаті аналізу сучасних принципів енергопідводу обґрунтовано, що застосування теплових труб, термосифонів, ротаційних термосифонів дозволить отримати наступні переваги: скорочення ланцюга трансформації енергії; сполучення в апараті декількох технологічних процесів; інтенсифікація тепло-масообміну; адресна доставка енергії до продукту; збільшення надійності конструкції апарата; рекуперація теплоти. Проаналізовано стан техніки для випарювання, термообробки харчових неньютонівських рідин, виявлені переваги й недоліки традиційних випарних апаратів. Розроблено класифікацію термомеханічних агрегатів. Розглянуто шляхи інтенсифікації процесів теплопереносу у випарних апаратах. Проаналізовано стан техніки для сушіння зерна, енерговитрати і якість зерна при сушінні. Розглянуто принципи підвищення енергетичної ефективності технологій сушіння, переваги й недоліки існуючих конвективних сушарок. Приведено схеми рекуперативних зерносушарок. Розроблено класифікацію апаратів для сушіння й теплової обробки дисперсних харчових продуктів. Сформульована загальна наукова проблема, робочі гіпотези, мета, завдання і етапи аналітичних і експериментальних досліджень. Специфічність поставлених задач потребує доповнення існуючого аналітичного опису процесів: внутрішньої і зовнішньої задачі теплопереносу в системі конденсатор ротаційного термосифону-продукт при випарюванні харчових неньютонівських рідин; в системі конденсатор рекуперативної сушарки-дисперсний продукт; для внутрішньої і зовнішньої задачі теплопереносу в системі конденсатор ротаційного термосифону- дисперсний продукт. Об'єктами досліджень є як весь технологічний ланцюжок виробництва й енергоємне встаткування, так і продукти які обробляються. Розглянуто характеристики неньютонівських харчових рідин, дисперсних продуктів як об'єктів дослідження, наведено їх класифікацію. Для досягнення поставленої мети обґрунтовано методики, створено експериментальні стенди для комплексних досліджень, проведено експериментальні дослідження та визначено вплив режимних параметрів на кінетику процесу: сушіння дисперсних продуктів в рекуперативній сушарці; випарювання неньютонівських рідин в термомеханічних агрегатах на базі ротаційних термосифонів; сушіння дисперсних продуктів в термомеханічних агрегатах на базі ротаційних термосифонів. Використано наступні методи досліджень: теорія подібності, методи теплофізичного моделювання, експериментальні дослідження з використанням контрольно-вимірювальної апаратури, методи енергетичного аудиту та менеджменту, математичне моделювання з використанням комп'ютерної техніки та прикладних програмних пакетів (Microsoft Excel, об’єктно орієнтована мова програмування Delphi). Для вирішення диференціальних рівнянь використовувалися чисельні і аналітичні методи. Для термообробки, концентрування неньютонівських харчових рідин розроблено установку, в якій енергія згоряння палива передається до продукту за допомогою ротаційного термосифону. Для сипких продуктів розроблено рекуперативну сушарку, в якій енергія згоряння палива передається до продукту за допомогою двофазного випарниково-конденсаційного контуру. Це дозволяє максимально повно використовувати енергію палива при забезпеченні екологічної безпеки продукту. Для сипких продуктів розроблено сушарку, в якій енергія згоряння палива передається до продукту за допомогою ротаційного термосифону. Досліджено кінетику процесу сушіння дисперсних продуктів у сушарці на базі ротаційного термосифону: визначено коефіцієнти тепловіддачі від конденсатора ротаційного термосифону до продукту; отримано термограми при сушінні; криві сушіння; залежність питомих енерговитрат на сушіння від температури поверхні конденсатора у сушарці на базі ротаційного термосифону. Проведено експерименти на стенді «Рекуперативна сушарка», на який було додатково встановлено теплообмінник для конденсації пари вологого повітря. Проведено узагальнення отриманих експериментальних даних та розроблено методики для розрахунку та оптимізації розроблених апаратів. Алгоритми розрахунку розроблених апаратів на представлені як сукупність окремих блоків. Розроблені моделі реалізовані на ЕОМ. Розроблені програми розрахунків можуть бути використані як для поглиблення аналізу внутрішнього механізму сушіння, випарювання так для розрахунку параметрів інноваційних сушарок, апаратів для термообробки. Проведено оцінку енергетичної ефективності застосування схеми із ротаційним термосифоном у лінії з виробництва томатної пасти. Впровадження апарату з РТС проведено на відкритому акціонерному товаристві «Концерн Хлібпром» на лініях з термообробки в’язких та дисперсних середовищ.
Розраховано економічну ефективність впровадження нової системи зерносушіння. Вихідними даними для розрахунків є режимні характеристики, компоновочні параметри рекуперативної зерносушарки. Розрахунок проведено для ДП "Гайсинсь кий комбінат хлібопродуктів" ВАТ «Концерн Хлібпром».
Розроблено конструкцію сушарки на базі термосифонів. Наведено опис конструктивних рішень зерносушарки на базі термосифонів, продуктивністю 6 т/год, з термосифонним шаровим підігрівачем зерна й теплогенератором, що забезпечує екологічно безпечну технологію сушіння. Виготовлено основні вузли дослідного зразку сушарки на базі ТС.
Прийняті робочі гіпотези підтверджуються результатами виробничих випробовувань розробленої інноваційної техніки, яка використовує ефект адресної доставки енергії.
Dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences for specialty 05.18.12 - рrocesses and Equipment for Food, Microbiological and Pharmaceutical Industries. In the dissertation work the task of creation of innovative energy-efficient equipment for processing viscous and disperse products, development of methods of calculation and optimization of such equipment is solved and solved. The methods of energy management conducted system research and installed energyintensive objects of food technology. The solution of tasks in the work was carried out according to the general scheme: "Physical and mathematical model - experiment - integration and engineering method - creation of an experimental sample". As a result of the complex of analytical, experimental and industrial studies, designs have been developed, the influence of constructive and regime parameters on the kinetics of the process in innovative devices has been determined: driers based on the rotation thermosyphons; evaporating apparatus on the basis of rotation thermosyphons; recuperative dryers based on thermosyphons. In the paper, the representation of the structure of the equations in the generalized variables for calculation for the calculation of: the process of heat transfer during the evaporation of food non Newton liquid ; the degree of mixing of the grain layer, the coefficients of mass return, the duration of the drying process of wheat, the specific energy consumption for drying in the recuperative grain dryer; coefficients of mass transfer in a dryer based on rotation thermosyphons. The scientific bases are grounded, engineering methodology, computer program for calculation, computer modelling and optimization are carried out: a racing machine on the basis of rotation thermosyphons; recuperative dryer based on thermosyphons; driers based on rotation thermosyphons. The functional scheme of the dryer on the basis of the thermosyphons, design documentation (drawing) for the production of individual units of grain drying: a spraydryer, a drying chamber, a thermosyphon heater, was developed. The economic efficiency of using the developed innovative models of technology and technologies at the enterprises of the branch is proved.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук (доктора наук) по специальности 05.18.12 - Процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. В диссертационной работе поставлена и решается задача создания инновационного енергоеффективного оборудования для обработки вязких и дисперсных продуктов, разработки методов расчета и оптимизации такого оборудования. Методами энергетического менеджмента проведены системные исследования и установлены энергоемкие объекты пищевых технологий. Решение задач в работе проводилось по общей схеме: «физическая и математическая модель - эксперимент - обобщение и инженерная методика - создание экспериментального образца». В результате комплекса аналитических, экспериментальных и производственных исследований разработаны конструкции, определено влияние конструктивных и режимных параметров на кинетику процесса в инновационных аппаратах: сушилке на базе вращающегося термосифона; выпарном аппарате на базе вращающегося термосифона; рекуперативной зерносушилке на базе термосифонов. В работе расширены представления и методом «анализа размерностей» получены структуры уравнений в обобщенных переменных для расчета: процесса теплопереноса при выпаривании пищевых неньютоновских жидкостей; степени смешивания зернового слоя, коэффициентов массоотдачи, продолжительности процесса сушки пшеницы, удельных энергозатрат на сушку в рекуперативной зерносушилке; коэффициентов массоотдачи в сушилке на базе вращающегося термосифона. Обоснованы научные основы, разработаны инженерные методики, компьютерные программы для расчета, проведено компьютерное моделирование и оптимизация: выпарного аппарата на базе вращающегося термосифона; рекуперативной сушилки на базе термосифонов; сушилки на базе вращающегося термосифона. Разработана функциональная схема сушилки на базе термосифонов, конструкторская документация (чертежи) на изготовление отдельных узлов зерносушилки: слоевого подогревателя, сушильной камеры, термосифонного калорифера. Доказана экономическая эффективность использования разработанных инновационных образцов техники и технологий на предприятиях отрасли.
Dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences for specialty 05.18.12 - рrocesses and Equipment for Food, Microbiological and Pharmaceutical Industries. In the dissertation work the task of creation of innovative energy-efficient equipment for processing viscous and disperse products, development of methods of calculation and optimization of such equipment is solved and solved. The methods of energy management conducted system research and installed energyintensive objects of food technology. The solution of tasks in the work was carried out according to the general scheme: "Physical and mathematical model - experiment - integration and engineering method - creation of an experimental sample". As a result of the complex of analytical, experimental and industrial studies, designs have been developed, the influence of constructive and regime parameters on the kinetics of the process in innovative devices has been determined: driers based on the rotation thermosyphons; evaporating apparatus on the basis of rotation thermosyphons; recuperative dryers based on thermosyphons. In the paper, the representation of the structure of the equations in the generalized variables for calculation for the calculation of: the process of heat transfer during the evaporation of food non Newton liquid ; the degree of mixing of the grain layer, the coefficients of mass return, the duration of the drying process of wheat, the specific energy consumption for drying in the recuperative grain dryer; coefficients of mass transfer in a dryer based on rotation thermosyphons. The scientific bases are grounded, engineering methodology, computer program for calculation, computer modelling and optimization are carried out: a racing machine on the basis of rotation thermosyphons; recuperative dryer based on thermosyphons; driers based on rotation thermosyphons. The functional scheme of the dryer on the basis of the thermosyphons, design documentation (drawing) for the production of individual units of grain drying: a spraydryer, a drying chamber, a thermosyphon heater, was developed. The economic efficiency of using the developed innovative models of technology and technologies at the enterprises of the branch is proved.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук (доктора наук) по специальности 05.18.12 - Процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. В диссертационной работе поставлена и решается задача создания инновационного енергоеффективного оборудования для обработки вязких и дисперсных продуктов, разработки методов расчета и оптимизации такого оборудования. Методами энергетического менеджмента проведены системные исследования и установлены энергоемкие объекты пищевых технологий. Решение задач в работе проводилось по общей схеме: «физическая и математическая модель - эксперимент - обобщение и инженерная методика - создание экспериментального образца». В результате комплекса аналитических, экспериментальных и производственных исследований разработаны конструкции, определено влияние конструктивных и режимных параметров на кинетику процесса в инновационных аппаратах: сушилке на базе вращающегося термосифона; выпарном аппарате на базе вращающегося термосифона; рекуперативной зерносушилке на базе термосифонов. В работе расширены представления и методом «анализа размерностей» получены структуры уравнений в обобщенных переменных для расчета: процесса теплопереноса при выпаривании пищевых неньютоновских жидкостей; степени смешивания зернового слоя, коэффициентов массоотдачи, продолжительности процесса сушки пшеницы, удельных энергозатрат на сушку в рекуперативной зерносушилке; коэффициентов массоотдачи в сушилке на базе вращающегося термосифона. Обоснованы научные основы, разработаны инженерные методики, компьютерные программы для расчета, проведено компьютерное моделирование и оптимизация: выпарного аппарата на базе вращающегося термосифона; рекуперативной сушилки на базе термосифонов; сушилки на базе вращающегося термосифона. Разработана функциональная схема сушилки на базе термосифонов, конструкторская документация (чертежи) на изготовление отдельных узлов зерносушилки: слоевого подогревателя, сушильной камеры, термосифонного калорифера. Доказана экономическая эффективность использования разработанных инновационных образцов техники и технологий на предприятиях отрасли.
Опис
Безбах, І. В. Науково-технічні основи створення рекуперативних сушарок та термомеханічних агрегатів для обробки в'язких і дисперсних харчових продуктів : автореф. дис. ... д-ра техн. наук : спец. 05.18.12 "Процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв" / Безбах Ігор Віталійович ; наук. консультант О. Г. Бурдо ; Одес. нац. акад. харч. технологій. – Одеса : ОНАХТ, 2018. – 46 с.
Ключові слова
термосифони, моделювання, випарювання, сушіння, thermosyphon, modelling, evaporation, drying, термосифоны, моделирование, выпаривание, сушка