Введение к работе
Актуальность томі диссертации. Пород агропромышленным комплексом пашой страны поставлена задача по ускоренному внедрению новейшей технологии тормичоской обработки мяса и других пипепих продуктов, обеспечивающей максимальную экономил оырьових и энергетических росурсов.
Внимание научно-технической общественности долига быть постоянно сосредоточено на соверпенствовзнпи существующих и создании новых технологических процессов и установок большой единичной мощности при одновременном еялпэшга их материале- и энергоемкости.
7скоренпо научно-технического прогресса поеозм'огяго обеопо-чпть по осуществив интенсификацию процессов топло-п мчесообмона в создаваемых технологических аппаратах я объектах. Значительные возможности в связи с этим имеются на пути использования в технологических аппаратах динамических дисперсных теплоносителей (ДДТ).
В послевоонныа годы в СССР и за Рубеком интенсивно разрабатывались вопросы теории и практики динамического дисперсного теплоносителя применительно к задачам цветной и черной металлургии, химігшской, пищевой, медицинской , строительно;':, ядерной и других отраслей промышленности. Обппріше теоретические и экспериментальные исследования в этом направлении выполнены советскими учеными: Н.З.Антошгапкым, З.ГЛйнзтеііиом, А.П.Баскаковым, Б.З.Бергом, ІС.А.Буовнчем, Н.И.Гельпорнным, Ю.П.Гупало, 3.;.'.Дементьевым, С.С.Ззбродским, П.Б.Кондуковым, К. Е.!'а хор и ним, Г.".!.!пнзсвіп, 3.П.Клепиковым, И.П.І.Іухленовим, П.І.'.Pa зумовим, И.Л.Роговым, П.Г.Романковим, І.'.Г.Слинько, Н.П.Сыромлтнпковым, И.П.Тагаповым, С".Тодесом, 3.Г.Тутовой, II.А.Шаховой и многими другими. Большой вклад в создание теории песцдооэиг.сния и технологического оборудования на этой основе сделпн зарубе:; ними учетг.п: Д-::.Ботторнл-10М, Ст.Дичевп!, И.Довпдсэном, у.Зонзом, Д.Кунни, О.Легекппплом, М.Ле^а, II.Foy, Д.Хоррнсоном и другими.
Современное состояние теории и практики применения динамического дисперсного теплоносителя в качестве промежуточного до-
отагочно широко освещено в многочисленной лчтературо. Незначительное число работ посвящено использованию динамического диспар сного теплоносителя в качестве основного. Значительные трудності' в разработка зысокоинтеноивкых технологий и аппаратов на основе дисперсного теплоносителя связаны с отсутствием достаточных физических представлений о механизмах переноса теплоты и массы и невозможностью полностью удовлетворить требованиям теории подобия при постановка экспериментальных исследований на конкретных установках даже в сравнительно простых условиях (атмосферноа давление, средние температури).
Таким образом, широкому внедрению технологических процессов и аппаратов,' основанных на применения дисперсного теплоносителя в качества основного и промежуточного в промышленность, пре пятствует недостаточная изученность отдельных явлелиЛ, протекающих при использовании этого теплоносителя, а также отсутствие необходимых закономерностей и недостаточная осведомленность технической общественности о преимуществе использования динампческо го теплоносителя.
3 то же время сочетание использования дисперсного теплоносителя в качосизе прома:яуточного и, напримар, низкпх рабочих тем ператур или высокого статического давления в аппаратах позволяет значительно интенсифицировать не только процессы тапло-и массо-оСмена и устрашіть или ослабить некоторые недостатки этого опо-соба как технологического метода, но я значительно сократить потери продукта при холодильной обработка.
В последнее время использование динамического дисперсного теплоносителя представляется весьма перспективным для холодильной обработки мяса и мясопродуктов, сыпучих овощой а фруктов.
Создание надежных и экономичных технологий и аппаратов о использованием динамического дисперсного теплоносителя - сложная техническая задача, для выполнения которой нунеи комплексный подход к решению целого ряда научно-тохничоекпх проблем. В первую очередь нужны дальнейшие исследования процессов переноса, определяющих работу практически любого аппарата с использованием динамического дисперсного теплоносителя.
В настоящее время остро ощущается дефицит обобщенных зависимостей для шшшорпого раочота 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 математическое моделирование для изучения процессов переноса в аппаратах с кипящим слоем", Гос.per. Р 76086535; "Исследование тепломассопе-реноса и гидродинамики в развитом псевдоожиженном слое при атмосферном и повышенном давлениях применительно к технологическим процессам", Гос.per. № 8I009I56; "Создать эффективные технологические аппараты для термообработки кормовых концентратов и других продуктов биологического синтеза". Гос.per. !!" 8I002I3I8.
Целью работы явилась разработка теоретических основ применения динамического дисперсного теплоносителя для интенсификации теплообмена в технологических процессах и аппаратах, разработка на этой основе высокоинтенсивных 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 положений и разработок.
На основе систематических исследований получены новые экспериментальные данные, вскрывающие закономерности гидродинамики и механихм процессов переноса с использованием динамического дисперсного теплоносителя при нормальных и осложненных условиях /низкие температуры, однокомпонентные двух-трехфазные среды, конструктивные и режимные факторы/. Проведен теоретический анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований, получены новые обобщенные корреляции для расчета скорости минимального псевдоожижения и расширения неоднородного слоя промежуточного дисперсного теплоносителя в воздухоохладителях /теплообменниках/, а также обобщены результаты исследований теплообмена двухфазной однокомпонентний смеси с поверхностью. Разработаны математические модели взаимодействия воздушного потока со слоем дисперсного материала и по-
груженными теплообменными поверхностями при скоростях фильтрации достаточных для придания дисперсной среде движения. Впервые создан экспериментальный воздухоохладитель с циркулирующим промежуточны?.? 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 визрей с целью интенсификации внешнего теплообмена с охлаждасюч продуктом и снижения массообмена между продуктом и хладоносителем, созданы промышленные камеры с вихревой системой воздухораспределения емкостью 50 т. Определена область применения динамического дисперсного теплоносителя /ДЦГ/ в пищевой и перерабатывающей промышленности АПК. Предложен ряд новых способов получения двухфазных однокомпонентных 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 теплообменными 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 камеры 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 теплооб-менннх параметров дисперсного теплоносителя доведены до инженерных расчетов воздухоохладителей. Созданы и внедряются экспериментальные Образцы воздухоохладителей с дисперсным теплоносителем, предложен ряд новых способов получения двухфазного однокомпонентного теплоносителя. Результаты теоретических и якспср:;мсн
тальных выводов воплощены в "Рекомендации по проектировании га-мер замораживания и охлаждения с вихревой системой воздухорасп-ределешш и утверждены Госагропромом БССР.
Реализация работы. Результаты работы внедрены на Слуцком, Ллобинском и других мясокомбинатах, на предприятиях п/я В - 8685, Минэнерго. Также результаты работы внедрены в учебный процесс Белорусского политехнического института по дисциплине " Тепломассообмен" в качество лекционного материала для специалистов по холодильной технике. Суммарный экономический эффект от внедрения технологического оборудования с использованием динамического дисперсного теплоносителя составляет 2,5 млн.рублей при долевом участии автора более 1,5 млн. рублей.
Новизну исследований и технических предлоги ний подтвержда
ют II авторских свидетельств. '
Результаты работы используют на предприятиях Госагропрома БССР и они внесены в план внедрения новых разработок, также их реализуют на предприятиях АПК других республик СССР.
Автор защищает:
-
Результаты теоретических л экспериментальных исследований гидродинамики в аппаратах с динамическим дисперсным теплоносителем при нормальных и пониженных температурах, нормальных а повышенных давлениях.
-
Результаты термодинамического анализа получения двухфазной однокомпонентной смеси и обощенные теплообменные законо- ' мерности при точении последней по трубам.
-
Результаты экспериментального и численного исследования образования локальных вихревых течений в объеме неограниченной длины.
-
Физические представления механизма тепломассопереноса . в воздухоохладителях с промежуточным дисперсным теплоносителем, математическую модель и результаты экспериментальных исследований.
-
Результаты экспериментального и 'Численного исследования сложного топлообмена в аппаратах с использованием динамического дисперсного теплоносителя ( в псевдоожиженных системах) под давлением и при пониженных температурах, а также зависимости для его
расчета, установленные закономерности теплообмена псевдоожикен-ного слоя с трубными поверхностями.
6. Экспериментальные данные, характеризующие зависимость качественных характеристик ыяса от метода холодильной обработки в условиях промышленного производства.
7. Новые технологические процессы холодильной обработки и аппараты с использованием динамического дисперсного теплоносителя.
Апробация работы. Содаряя пие отдельных разделов диссертации и основные результаты были представлены и доїсидывались на УІ и УЇЇ Всесоюзных совещаниях по тепло-и массообмену ( Минск, 1980, 1984); Минском Меадународном форуме "Тепломассообмен -1,ВД" (Минск, 1988); Международных конгрессах по инженерной химии, машиностроению и автоматизации в химической промышленности КИСА (Прага, ЧССР, 1981, 1984); Международных школах-семинарах: " Тепло- и маосообмен в хлмичаски реагирующих системах" (Минск» 1983); " Проблемы тепло- и массообмена в процессах горения, используемых в энергетике (Минск, 1980), Международной конференции по псевдоохикепию (Хенникер, США, 1980); У Международной летней школа ЧЛоделирование тепло-и массообменных процессов (Бургас, Болгария, 1985); УП Национальной конференции по тепломассообмену - КЛТ - 15-85 (Индия, 1Э85); Всесоюзной научно-практической конференции " Пути интенсификации производства о применением искусственного холода в отраслях агропромышленного комплекса, торговле и на транспорта (Одосса, 1989); Всесоюзной научно-практической конференции "Ресурсосберегающие технолбгии переработки продуктов кивотноводства (Минск, 1989).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ, получено II авторских свидетельств.
Структура и объем диссертации.Работа состоит' из общей характеристики, 6 глав, выводов л списка литературы.