Введение к работе
Актуальность работы. Проблемы ресурсосбережения занимают ведущее место в процессах переработки шпцевых и химических продуктов.Гомогенизация является одной из разновидностей переработки молока, которая позволяет улучшить вкусовые и органолептические показатели, увеличить сроки хранения и наладить выпуск низкожирной молочной продукции, сократить потери молочного жира. Используемые в настоящее время на предприятиях молочной промышленности Украины механические гомогенизаторы клапанного типа зарубежного производства отличаются высокой стоимостью и значительным потреблением электроэнергии.Отечественные клапанные и центробежные агрегаты энерго- и металлоемки, ненадежны в эксплуатации, требуют частой замены основных узлов и деталей. Отсутствие в настоящее время в промышленности эффективных и экономичных диспергаторов делает актуальным поиск новых способов гомогенизации эмульсий, их всестороннее теоретическое и экспериментальное исследование. Поскольку молочные эмульсии относятся к классу гетерогенных систем, которые недостаточно теоретически исследованы, то решение задач математического описания процессов тепломассопереноса в таких системах расширяют знания в этой области науки.
Цель работы . Разработка способа диспергирования эмульсий и принципиальной схемы диспергирующего аппарата, их всестороннее теоретическое исследование методами физико-математического моделирования и экспериментальная проверка эффективности предложенного способа.
Научная новизна. Разработана модель течения вскипающей жидкости в канале, учитывающая транспортный эффект действия присоединенной массы паровых пузырей в фундаментальной системе уравнений сохранения массы, количества движения и энергии. Установлено, что действие транспортного эффекта усиливается с ростом неравновесности двухфазного потока и проявляется вблизи выходного сечения канала. Предложена математическая модель динамики парового пузыря, движущегося в объеме жидкости при условии АР<0 и ДТ<0, учитывающая конвективный характер отвода теплоты с межфазной границы. Установлено, что монотонный или нерегулярно-колебательный тип схлопывания зависит от сочетания значений начальной температуры, скорости движения и радиуса пузыря.
Экспериментально установлено наличие эффекта диспергирования при истечении в вакуум вскипагоще-конденсирутощихся жировых эмульсий.
Разработана принципиальная схема гомогенизатора контактного типа и определены его габаритные размеры. Данный аппарат
заменяет секции регенерации в линии кратковременной пастеризации молокозаводов и позволяет осуществлять процесс гомогенизации молока без дополнительного подвода энергии.
Все результаты, приведенные в диссертационной работе, получены лично автором или при его непосредственном участии.
Достоверность полученных результатов. Обеспечивается следующими основными положениями: 1) предложенные математические модели базируются на фундаментальных уравнениях сохранения механики сплошной среды; 2) использованные при расчетах численные методы отличаются сходимостью и устойчивостью; 3) расчетные кривые при сопоставлении с опытными данными различных авторов совпадают с требуемой степенью точности; 4) при определения степени дисперсности эмульсий примененялись современные высокоточные методы.
Объект и методы исследования. Объектом исследования являлись гетерогенные системы. Для описания процессов течения вскипающей жидкости е канале и динамики движущегося парового пузыря использовался метод физико-математического моделирования и выполнялись численные расчеты. Определение эффекта диспергирования проводилось на экспериментальном стенде с привлечением современной контрольно-измерительной аппаратуры.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Установлены оптимальные параметры работы диспергирующего аппарата.предложена принципиальная схема гомогенизатора контактного типа, определены его габаритные размеры, показана возможность гомогенизации предложенным способом в линии пастеризации молокозаводов без привлс *ения дополнительных затрат энергии.
Разработанные математические модели и результаты экспериментальных исследований использованы при выполнении следующих работ :
тема № 6.91 "Исследовать влияние истечения молочной жидкости в вакуум на дисперсность жировой фазы" (Технологический Институт Мяса и Молока УААН, раздел г/б НИР "Разработать научные основы управления процессами разрушения эмульсии молочного жира и стабилизации дисперсных структур в жировых молочных системах", программа "Продовольствие-95", 1992/1993).
тема № 2364 "Создание высокоэффективного перемешивающего устройства технологических аппаратов для проведения гидромеханических и тепломассобменных процессов" (Киевский политехнический институт, 1992-1994 гг.).
Апробация работы. Диссертационная работа обсуждалась на заседании кафедры химического, полимерного и силикатного машиностроения Киевского политехнического института, на совместном
ШIЦAЮДMIЇЖШffiAJEДEfflЪL,
научном семинаре отделов тепломассообмена в дисперсных системах, теплообмена при фазовых превращениях и термодинамики газовых потоков Института Технической Теплофизики НАН Украины.
Основные результаты работы докладывались на международной научно-технической конференции "Разработка и внедрение новых технолопгй и оборудования в пищевую и перерабатывающие отрасли АПК" (Киев, 19-21 октября 1993 г.)
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 работ, в том числе 1 авторское свидетельство.
Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающей 156 наименований, двух приложений. Работа изложена на 107 страницах основного текста, содержит 26 рисунков, 5 таблиц.