Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Кумицкий Антон Сергеевич

Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота
<
Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Кумицкий Антон Сергеевич. Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота : диссертация ... кандидата технических наук : 05.18.12 / Кумицкий Антон Сергеевич; [Место защиты: Воронеж. гос. технол. акад.].- Воронеж, 2007.- 176 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/5058

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Современное состояние теории, техники и технологии вакуум-сублимационного обезвоживания экстрактов сырья растительного происхождения 11

1.1. Характеристики сырья и современные способы его переработки 11

1.1.1. Химический состав сырья 15

1.1.2. Методы расширения эксплуатационных свойств природных колорантов 18

1.1.3. Методы сушки экстрактов сырья растительного происхождения 22

1.2. Общие закономерности сублимационной сушки жидких продуктов 25

1.2.1. Стадия замораживания 25

1.2.2. Стадия сублимации 26

1.2.3. Стадия удаления незамороженной влаги 31

1.3. Анализ существующих конструкций вакуум-сублимационных сушильных установок 32

1.4. Использование азота в процессах тепло- и массообмена в вакуум-сублимационных сушильных установках 41

1.5. Цель и задачи исследования 45

ГЛАВА 2. Исследование экстракта каркадэ как объекта сублимационной сушки 47

2.1. Определение криоскопической температуры и количества вымороженной влаги 47

2.2. Исследование теплофизических характеристик экстракта каркадэ 53

2.3. Изучение электрофизических характеристик исследуемого продукта 68

ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота 73

3.1. Определение оптимальной концентрации экстракта каркадэ 73

3.2. Исследование коэффициента расширения экстракта каркадэ при

его испарительном замораживании 74

3.3. Описание экспериментальной установки и методика проведения экспериментов 76

3.4. Изучение кинетики процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота 79

3.5. Определение растворимости полученного продукта 83

ГЛАВА 4. Математическое моделирование процесса вакуум-сублимационной сушки с использованием комбинированного свч и конвективного энергоподвода 86

4.1. Общий анализ процесса 86

4.2. Постановка задачи 87

4.3. Решение уравнений модели 97

4.4. Методика инженерного расчета оборудования для осуществления непрерывного процесса сублимационного обезвоживания 106

4.5. Проверка адекватности разработанной математической модели 108

ГЛАВА 5. Практическое применение результатов исследований 111

5.1. Методика расчёта расходных характеристик азота, необходимого

для осуществления процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ с комбинированным СВЧ и конвективным энергоподводом 111

5.1.1. Расчёт расхода паров азота, необходимого для охлаждения экстракта каркадэ до температуры, близкой к криоскопической 111

5.1.2. Определение расхода азота, необходимого для охлаждения десублиматора 115

5.1.3 Расчёт уточнённой средней температуры десублиматора 118

5.2. Разработка сублимационной сушилки непрерывного действия с СВЧ

энергоподводом 122

5.3. Разработка способа получения сублимированных пищевых продуктов и устройства для его осуществления 124

5.4. Расчет экономической эффективности способа и устройства для осуществления вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота 128

5.4.1. Определение производительности сублимационной установки 128

5.4.2. Стоимость затрат электроэнергии 129

5.4.3. Расчет капитальных вложений 131

5.4.4. Оценка текущих затрат 133

5.4.5. Расчет экономического эффекта 135

Основные результаты и выводы работы 137

Библиографический список

Введение к работе

Внешний вид и цвет пищевых продуктов определяют потребительские свойства и ассортимент изделий. Для восстановления утраченной в процессе переработки естественной окраски или для окрашивания бесцветных продуктов и придания им потребительской привлекательности применяют натуральные, идентичные натуральным и синтетические пищевые красители [15, 94, 69, 89].

Натуральные красители получают из природных источников. В качестве материала для получения красителей чаще всего используют растительное сырье в виде лепестков цветов, ягод, плодов, овощей, корнеплодов, листьев растений и, в том числе, отходов их переработки [99, 58].

Для придания пищевым продуктам ярко-красного цвета используют натуральные антоциановые красители (Е163І), которые являются широко распространенными водорастворимыми колорантами и содержат в качестве основных пигментов антоцианы. Антоциановые пигменты в своем составе, содержат ягоды черной смородины (Ribes nigrum), черноплодной рябины (Aronia melanocarpa) и цветки каркадэ (Hibiscus Sabdariffa L.). Однако наибольший выход красителя наблюдается у цветков каркадэ.

Суданская роза (Каркадэ, Гибискус сабдарифа) была известна своими целебными свойствами ещё во времена древнего Египта. Весь комплекс действующих веществ гибискуса оказывает на организм человека антиоксидантное, противовоспалительное, спазмолитическое и гипотензивное действие, является природным иммуномодулятором, активизирует защитные реакции организма и предупреждает инфекционные заболевания. Препараты суданской розы с успехом используются для профилактики и лечения заболеваний верхних дыхательных (ларингиты, трахеиты, бронхиты, фарингиты) и мочевыводящих путей (циститы). Китайская медицина использует гибискус как средство, снижающее давление, препятствующее образованию тромбов и нормализующее циркуляцию крови в организме. Отмечен спазмолитический эффект гибискуса, особенно на маточную мускулатуру. Показан прием гибискуса при потере аппетита.

Существенным недостатком натуральных пищевых красителей, полученных экстрагированием растительного сырья является нестабильность цвета и утрата части биологически активных веществ при хранении, воздействии прямых солнечных лучей, нагревании и окислении кислородом воздуха.

При длительных сроках хранения пищевых красителей для обеспечения качества наиболее целесообразным видится применение прогрессивного метода консервирования термолабильных материалов, а именно вакуум-сублимационной сушки, которая позволяет обеспечить максимальное сохранение большинства нативных свойств пищевых продуктов, биологических материалов и медицинских препаратов в процессе их длительного хранения. Преимущества этого способа определяются тем, что продукт высушивается в замороженном состоянии путем возгонки (сублимации) льда и позволяет сохранить исходные свойства (вкус, цвет, аромат, содержание витаминов и т.д.).

Основным препятствием для широкого внедрения сублимационной сушки в пищевую промышленность является сравнительно высокая стоимость получаемых продуктов за счет длительности и энергоемкости процесса. Решение проблем, связанных с устранением перечисленных недостатков, является актуальной задачей.

Как известно, характер СВЧ-нагрева позволяет резко интенсифицировать процессы тепло- и массообмена, так как прогрев продукта происходит по всему объему и градиенты влажности и температуры совпадают по направлению. Сушка является тем процессом, в котором преимущества СВЧ-энергии проявляются наиболее ярко, при этом предпочтение отдается установкам непрерывного действия.

Однако интенсивное образование паровой фазы при использовании СВЧ-энергоподвода приводит к негативному эффекту, связанному с несвоевременным удалением молекул испарившейся воды от поверхности сублимации, т. к. процесс происходит в глубоком вакууме. Поэтому для обеспечения эффективного транспортирования молекул воды из зоны сублимации целесообразно использовать подвижный инертный газ с температурой, превышающей температуру суб-

10 лимации, который, в свою очередь, является и дополнительным источником конвективного энергоподвода. Также применение жидких криоагентов в процессе десублимации позволяет снизить энергозатраты процесса за счёт уменьшения энергопотребления холодильной машины.

Поэтому применение сверхвысокочастотного нагрева в комбинации с конвективным, а также применение криогенных жидкостей для охлаждения де-сублиматора, является перспективным направлением на пути устранения вышеперечисленных недостатков в совокупности с организацией процесса в непрерывном режиме.

Методы расширения эксплуатационных свойств природных колорантов

В последнее время проводятся исследования по расширению эксплуатационных свойств природных колорантов за счет химической модификации хромофорных соединений. Например, заменой магния в натуральном хлорофилловом пигменте (краситель Е140) на медь получают новый краситель Е141 - медный комплекс хлорофилла с более стабильной и яркой зеленой окраской [89]. Нетоксичный флавоновый краситель ярко-желтого цвета, применяемый в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности, получают экстрагированием апельсиновой кожуры до образования природного полифенола гесперидина, метилированием диметилсульфатом и смешиванием метил гесперидина с добавками [44].

Для повышения стабильности красного антоцианового красителя из ягод земляники к раствору природного пигмента плодов добавляют лимонную кислоту и кипятят полученную массу [43].

В некоторых случаях расширение технологических возможностей натуральных или идентичных натуральным красителей осуществляется с применением специальных добавок. Например, традиционным направлением получения водорастворимых форм гидрофобных каротиноидных пигментов [3-каротина, кантаксантина и некоторых других полиенов является использование эмульгирующих, диспергирующих или комплексообразующих соединений [10].

Изучение литературных данных по способам получения и свойствам натуральных антоциановых красителей показало, что спектральные и технологические характеристики антоциановых пигментов зависят не только от природы растворителя и кислотности среды, но и во многом связаны с наличием в растворе соединений с высокой химической активностью (полифенолы, кислород воздуха и перекиси, катионы металлов, альдегиды и другие соединения). В природе, наряду с широко распространенными гидроксилсодержащими молекулами флавоноидов, существуют метилированные и ацилированные производные, причем ацилирование флавоноидов ароматическими кислотами значительно повышает стабильность этих соединений, а метилирование придает окраске красные тона. Экстракты природных антоциановых красителей содержат не только пигменты антоцианов, но и сопутствующие природные соединения, многие из которых в условиях эксплуатации красителей вступают в многочисленные химические реакции между собой и с молекулами антоцианов, что приводит к изменению спектральных характеристик красителей и окрашенных ими растворов.

Анализ химической природы основных компонентов флавоноидных красителей показывает, что при обработке высушенных выжимок ягод аронии черноплодной {Aronia melanocarpa) ацилирующей смесью из уксусного ангидрида и ортофосфорной кислоты происходят изменения полифенольного состава красителя [78]. В условиях ацилирования разрушается олигомерный пигмент проантоцианидин, увеличивая содержание красных пигментов, а антоцианы и флавоноиды превращаются в более гидрофобные ацетилпроизводные, обла дающие меньшей химической реакционной способностью, особенно в реакциях окисления и конденсации. Концентрат водно-этанольного экстракта ацилиро-ванного антоцианового красителя имеет следующие свойства: содержание сухих веществ, % 32,0 содержание красящих веществ, г/кг 39,0 титруемая кислотность (в пересчете на лимонную кислоту) % 9,5 рН 2,8 растворимость в воде полная

Краситель представляет собой сиропообразную жидкость интенсивно-красного цвета, со слабым специфическим запахом и обладает красящей способностью в более широком интервале кислотности раствора, при одинаковой концентрации антоцианов интенсивность его окраски при рН=5,0 в 4 раза выше, чем для черноплоднорябинового красителя. Концентратом красителя можно окрасить в красный цвет 300 дм3 безалкогольного напитка с кислотностью среды рН=4,5. Снижение интенсивности красного цвета безалкогольного напитка через 6 недель хранения составляет 25 % для природного красителя и 18 % - для ацилированного.

Обработка антоциансодержащего сырья или экстракта красителя метилирующим реагентом (йодистым метилом) в органическом растворителе также уменьшает реакционную способность природных полифенолов и приводит к повышению стабильности красного цвета красителя [79]. Проведенные исследования с использованием спектрофотометрии, тонкослойной и высокоэффективной жидкостной хроматографии показывают, что в условиях метилирования в реакцию вступают реакционноспособные сопутствующие полифенолы и в модифицированном красителе уменьшается концентрация химически активных соединений. Например, при обработке 96 % водно-этанольного экстракта красителя йодистым метилом содержание флавонола рутина уменьшается в 1,4 раза. Обработка антоциансодержащего сырья метилирующим реагентом в растворе ацетона и последующее экстракционное извлечение модифицированного красителя 96 % этанолом приводят к получению экстракта с более высокой, в 1,8 раза, интенсивностью красного цвета.

Исследование теплофизических характеристик экстракта каркадэ

Научное обоснование способа сушки и правильное понимание механизма переноса теплоты и влаги определяется, в основном, теплофизическими характеристиками обрабатываемого материала.

К числу теплофизических характеристик относят коэффициент темпера-туропроводности а, м /с, коэффициент теплопроводности А, Вт/(м-К), удельная теплоемкость с, Дж/(кг-К).

Теплофизические характеристики исследуемого продукта являются функциями состояния и свойств вещества, зависящими от многих факторов, к которым следует отнести химический состав и структуру. При этом важное значение имеет характер изменения теплофизических характеристик от основных параметров влажного материала.

Существующие методы определения теплофизических характеристик влажных материалов довольно сложны и делятся на две группы: стационарного и нестационарного потока тепла.

В стационарных методах [31] поток теплоты, проходящий через исследуемый образец на протяжении всего опыта должен оставаться постоянным по величине и направлению, при этом, температурное поле остается постоянным. Однако эти методы длительны и требуют очень строгого выполнения граничных условий.

Методы нестационарного потока [28, 105] характеризуются переменным температурным режимом в испытуемом образце, кратковременным тепловым воздействием на материал, во время которого не изменяется его гидротермическое состояние, и малым градиентом, что положительно сказывается на результатах. Основное преимущество этих методов - быстрота проведения эксперимента.

При определении теплофизических характеристик использован метод нестационарного теплового режима, основанный на решении задачи теплопроводности для начальной стадии процесса, а именно метод двух температурно-временных точек, разработанный B.C. Волькенштейн [13,14], который позволяет определить коэффициент температуропроводности or, коэффициент теплопроводности Л и удельную теплоемкость с.

Начальная стадия охватывает малые промежутки времени, характеризуемые числом Фурье Fo 0,55 [72]. Эксперимент, основанный на теории этой стадии теплопроводности является непродолжительным. При этом исключается влияние эффекта термовлагопроводности на исследуемые тепловые свойства.

Задача сводится к совместному решению дифференциальных уравнений теплопроводности для одномерного потока:

Температура воды поддерживалась на 10... 15 К выше начальной температуры образца исследуемого продукта. К исследуемому материалу и теплоприемнику нагреватель прижимается с помощью пружинных защелок. На границе соприкосновения исследуемого образца продукта и эталона, имеющих температуру Т, расположен один из спаев дифференциальной термопары 6, второй спай помещен в нагревателе, температура которого Тн. Показание гальванометра 7, включенного в цепь термопары последовательно с реостатом 8, будет соответствовать разности температур Тн - Т. При соприкосновении образца температура спая на границе образца и эталона начнет увеличиваться с течением времени, а показания гальванометра будут уменьшаться. В ходе эксперимента фиксируется время т\ и Т2, в течение которого температура на границе раздела эталонного тела и исследуемого образца достигнет заданного значения AT і и AT2 соответственно.

Точность измерений тепловых характеристик в ходе эксперимента оценивалась по критерию Стьюдента. Относительные погрешности определения а и Л при надежности 0,9 и п=5 не превышали 6 %.

Как видно из рисунка 2.6 , в интервале влажности от 80 до 2400 % величины а, Лис возрастают до значения, определяемого относительной величиной теплопроводности воды и исследуемого продукта, так как в области капиллярной конденсации на теплоперенос влияние оказывает свободная влага. Зависимости a =f(W), А. = / (W) и с - f (W) являются монотонно возрастающими, их графики в данном интервале влажности не имеют переломных точек. Наряду с этим была установлена зависимость теплофизических характеристик исследуемого продукта от температуры. Как видно из рисунков 2.7...2.9 с увеличением температуры а, Л а с монотонно возрастают. Используя экспериментальные данные и расчетные формулы (2.10), (2.11), (2.12), были определены теплофи-зические характеристики для исследуемого продукта при различной влажности и температуре материала.

В результате математической обработки экспериментальных данных с помощью ПЭВМ получены эмпирические уравнения для определения теплофизических характеристик исследуемого продукта- при влажности w от 80 до 2400 % и температуре Тот 278 до 349 К

Описание экспериментальной установки и методика проведения экспериментов

Экспериментальные исследования процесса вакуум-сублимационной сушки проводились в установке периодического действия, созданной на кафедре машин и аппаратов пищевых производств Воронежской государственной технологической академии, оснащенной необходимыми контрольно-измерительными приборами и приспособлениями.

Сушилка, изображенная на рис. 3.4 и 3.5, представляет собой герметичную камеру 1 с крышкой 4, в которой есть смотровые окна. Десублиматор 6, расположенный внутри камеры, выполнен в виде трубчатого змеевика и отделен от камеры ребристым экраном, причём внутренняя поверхность десублима-тора может омываться как фреоном, подаваемым холодильной машиной 8 через воздушный конденсатор 9, ресивер 12, переохладитель 11 и терморегулирую-щий вентиль 10, так и азотом, который откачивается из сосуда Дьюара 18 непосредственно через десублиматор, где, охлаждая последний, испаряется и перегревается, затем через теплообменник 19, где происходит дальнейший перегрев, попадает под мембрану 22, на которой располагается продукт и барбатируя через последний попадает в камеру сублиматора. Клапаны 21 и 20 не могут быть открыты одновременно, следовательно, десублиматор охлаждается либо фрео ном, либо азотом. Для создания рабочего вакуума в сублиматоре служит двухступенчатый ротационный вакуум-насос 7. Клапаны 21 закрываются в следующей последовательности: сначала закрывается клапан на напорной линии компрессора, затем, по достижении в десублиматоре давления ниже атмосферного, закрывается клапан на всасывающей линии, после чего открываются клапаны 20 для подачи азота. Клапаны 20 закрываются в той же последовательности. При такой организации процесса исключается смешение фреона и паров азота.

Внутри камеры сушилки 1 на подставке расположены весы 2 марки ВЛК-500, на которых установлена СВЧ- камера с волноводом 3, необходимая для изучения кинетики процесса сушки.

Для обеспечения сверхвысокочастотного энергоподвода использованы два магнетрона 13 фирмы DAEWOO марки 2М 218J. Регулирование мощности осуществляли с помощью двух тиристоров марки КУ 208Г, включенных последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора. Сигнал управления тиристорами вырабатывается специальной электронной схемой. Диапазон регулирования мощности от 20 до 100 %. Ввод электромагнитной волны в камеру 3 осуществляется через фторопластовую вставку 5.

Температура высушиваемого продукта и десублиматора определяется при помощи хромель-копелевых термопар. Все термопары через герметичный разъем подключены к измерителю- регулятору ТРМ138 14 фирмы «Овен». Все параметры сушки контролируются, стенографируются и регулируются ПЭВМ 16 при помощи ТРМ138 через преобразователь интерфейса АСЗ.

Исходное содержание сухих веществ в экстракте и влажность сухого продукта определяли высушиванием до постоянной массы в вакуумном шкафу при температуре 313...315 К и остаточном давлении 2,5...2,8 кПа.

В камере сушилки при давлении ниже давления тройной точки для воды контроль остаточного давления осуществляется термоэлектрическим вакуумметром модели ВТ-2А.

Основой холодильной машины вакуум-сублимационной установки является одноступенчатый холодильный агрегат

Экспериментальная вакуум- сублимаци- ВН-250 8 с маслоотделителем и онная сушильная установка ресивером 12, который откачивает из испарителя 6 насыщенный пар хладагента. Перед компрессором 8 во всасывающем трубопроводе происходит перегрев пара в теплообменнике 11 типа «труба в трубе», что приводит к увеличению работы сжатия, конечной темпера 79 туры нагнетания и тепловой нагрузки на воздушный конденсатор 9. Перегрев пара перед компрессором необходим также для безопасной работы холодильной машины.

Горячий пар после сжатия компрессором 8 поступает в воздушный конденсатор с принудительным охлаждением 9, где охлаждается до температуры насыщения, и в результате конденсации превращается в жидкость. Далее проходя через фильтр-осушитель 23 и теплообменник 11, в которых он соответственно отделяется от влаги и переохлаждается, попадает в терморегулируюий вентиль и далее в испаритель 6.

Для анализа процесса вакуум-сублимационного обезвоживания необходимо построение кривых кинетики сушки. В вакуумных аппаратах затруднена возможность отбора проб исследуемого продукта для определения текущей влажности, поэтому для построения кривых сушки используют весы, размещаемые в сушильной камере (рис. 3.4). Полученные таким образом текущие значения массы, при известной начальной и конечной влажности продукта, пересчитывают в значения текущей влажности по убыли массы. При этом за основу расчета берут одно из значений влажности - начальное или конечное, а другое служит критерием точности постановки эксперимента [61,70].

На практике при замерах возникают погрешности измерений, в основном связанные с вибрацией весов, вызванной работой вакуум-насоса и компрессора холодильной машины, что существенно влияет на характер кривых сушки.

Методика инженерного расчета оборудования для осуществления непрерывного процесса сублимационного обезвоживания

Для обеспечения процесса захвата водяных паров десублиматором необходимо, чтобы количество азота, омывающего его внутреннюю поверхность, было достаточным для отвода тепла, выделяющегося на нём в результате охлаждения паров, десублимации влаги, охлаждения льда и для поддержания его постоянной температуры, меньшей температуры сублимации.

Для проверки этих условий, а также определения температуры паров на выходе из десублиматора, при известных его параметрах на входе и расходе высушиваемого материала, рассмотрим тепловой баланс десублиматора.

С достаточной степенью точности можно утверждать, что энергия, которую отдают сублимированные пары в процессе десублимации \ddecy6 десуб вллм JAZ) где Qdecy6 - поток энергии, проходящий через стенку десублиматора, кДж/ч; Gвлаги - количество сублимируемой из продукта влаги, кг/ч; Гдесуб - теплота десублимации, кДж/кг, которая включает в себя три величины, характеризующие теплоту, выделяемую: 1. при охлаждении паров влаги от температуры сублимации до температуры, соответствующей давлению насыщенных паров над десублиматором; 2. при кристаллизации паров на поверхности десублиматора; 3. при охлаждении льда до температуры десублиматора. десуб кристап + влаги \ субл Кр ) """ льда \ кр оесуб ) і \ -V где Саюги - удельная теплоёмкость водяных паров, кДж/кгК; їфЛ - температура сублимации, К; tKp - температура кристаллизации водяных паров на десублима-торе, соответствующая температуре насыщенного водяного пара над поверхно 116 стью десублиматора, К; сльоа - удельная теплоёмкость льда, кДж/кгК; есуб -равновесная температура десублиматора, К, под которой следует понимать среднюю температуру стенки десублиматора, устанавливающуюся при стационарном режиме теплообмена между азотом и влагой, в первом приближении можно принять её Ьесуб ОХЛн+ кип}! - (5.14) Соответствует энергии, потребляемой азотом

При его кипении: г исп азота слота \J. і \J J где Qucn - количество теплоты, необходимое для испарения азота кДж/кг; газота - скрытая теплота парообразования азота, кДж/кг; Ga30ma - необходимый расход азота, кг/ч.

При нагреве паров азота до равновесной температуры десублиматора 1на:р азотсГ аюта\ кип ЮХЛн) 5 \ / где Qua r - количество теплоты, необходимое для нагревания паров азота до равновесной температуры десублиматора, кДж/кг; Іохлн, - температура хладагента на входе в экструдер, и, соответственно, на выходе из десублиматора, К; Сазота - удельная теплоёмкость паров азота, кДж/кгК; tmn - температура кипения азота, К.

Тогда количество теплоты, уносимое азотом: 117 іідесуб Ssucn хінагр азота иазота "азоті.Г азота\.десуб ОХЛн) аюта \ азота азота \ кип ОХЛн // которое равно количеству теплоты, отдаваемое влагой: (5.18) ъ/десуб \ кристал влаги\ субл кр льдаК кр десуб) ЛJ влаги W- - / Приравняв правые части выражений 5.18 и 5.19, получим: \ кристал влаги \кр субл)льда\кр десуб /А- влаги = r G + G с U \ азота - азота азота азота \ десуб ОХЛн) ИЛИ влаги кристал влаги влаги У субл кр влаги льда \ кр десуб) — г G —G с t +G с t азота азота азота азота кип азота азота ОХЛн (5.20) (5.21) Для того, чтобы определить количество азота, необходимое для достаточной десублимации водяных паров при полном исключении холодильной машины получим уравнение, описывающее зависимость расхода азота от режимных параметров сушилки. влаги V кристал влаги \ субл кр льдах кр десуб / -Q (г —г t +С t } азота V азота азота кип азота ОХЛн Выразив из 5.22 расход паров азота, получим: (5.22) г-, влаги \ кристал влатУ субл кр) льда\ кр десуб) , «., азота , " " Г \J.A5) \ азота азота кип азота ОХЛн/

Зависимость необходимого количества азота от параметров теплообмен-ного процесса в десублиматоре в первом приближении можно получить задавшись некоторыми фиксированными значениями температур. Данная зависимость представлена также в сводной таблице 5.1.

Очевидно, при уменьшении равновесной температуры десублиматора увеличивается разница давлений насыщенных паров над сублимируемым продуктом и над десублиматором, что, в свою очередь, интенсифицирует процесс массообмена. Однако это требует дополнительного расхода азота. Также при этом в экструдер азот поступает с более низкой температурой (приближается к температуре его испарения), что приводит к невозможности использования его паров в качестве конвективного источника энергии при сублимации.

Похожие диссертации на Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта каркадэ в поле СВЧ с комплексным использованием азота