автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Гидродинамика тепло- и массообмен в роторных распылительных аппаратах

Г и ОД

На правах рукописи

ФЁДОРОВ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ГИДРОДИНАМИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕН В РОТОРНЫХ РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ

Специальности: 05.18.04 - технология «ясных, молочных и рыбных продуктов 05.18.12 - процессы и аппараты пищевых производств

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Кемерово 1997

Работа выполнена в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Сорокопуд А. Ф.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией института теплофизики СОРАН Петрик П. Т. кандидат технических наук, доцент Вождаева Л.И.

Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности. Отзывы в двух экземплярах, скреплённые гербовой печатью, просим направлять по адресу: 650060 г. Кемерово, б-р Строителей, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КемТИПП.

Ведущее предприятие:

Кемеровский молочный комбинат

Защита диссертации состоится «7-/» 1997 г.

в ^ час на заседании диссертационного Совета (Д 064.67.01) при

Автореферат разостлан

Учёный секретарь диссертационного Совета канд. техн. наук, доцент

Н. Н. Потипаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Среди проблем, стоящих перед перерабатывающей промышленностью, первостепенное значение в последние годы приобретает разработка пищевых продуктов, восполняющих дефицит витаминов и других биологически активных веществ в рационе питания современного человека. Большие резервы в решении данной проблемы залажены в производстве комбинированных молочных продуктов с различными наполнителями. Комбинирование заключается в добавлении к молоку и молочным продуктам сырья растительною и животного происхождения. Среди всего многообразия наполнителей растительного происхождения концентрированные плодово-ягодные экстракты отличаются высоким содержанием биологически активных веществ и простотой технологии внесения в готовый продукт.

Одним из наиболее простых, дешёвых и доступных способов концентрирования экстрактов является метод выпаривания. При этом для более полного сохранения биологически активных веществ в экстрактах процессы выпаривания водно-спиртового растворителя из них должны лроводупъся при невысоких температурах и непродолжительное время. Эти требования соблюдаются в вакуумных выпарных аппаратах.

Широкое распространение при производстве концентрированных соков и экстрактов получили роторно-ппёночные вакуумные выпарные аппараты, обработка продукта в которых производится в условиях формирования плёночного течения с одновременным перемешиванием плёнки вращающимися лопастями рсгтора. Однако они характеризуются недостаточно интенсивной турбулизацией паровой и жидкой фаз. Этот недостаток устраняется в роторных распыпигтельных аппаратах (РРА), в которых вращающийся ротор распределяет в объеме контактных элементов жидкость в виде струй и капель, что приводит к образованию развитой и интенсивно обновляющейся поверхности межфазового контакта на обогреваемом корпусе.

РРА отличаются высокой эффективностью тепло - и массообменных процессов и низким гидравлическим сопротивлением (1030 Па на один контактный элемент) при высокой удельной плотаосги орошения. Это позволяет интенсифицировать процесс, уменьшить эксплуатационные расходы и габаритные размеры аппарата. Однако недостаточная изученность гидродинамики, тепло - и массопередачи, отсутствие обоснованных методов расчета препятствуют широкому использованию РРА в промышленности.

Поэтому теоретическое и экспериментальное изучение этих вопросов, разработка практических рекомендаций по расчёту и конструированию роторных распылительных

испарителей, предназначенных для деалкоголизации и обезвоживания жидких спиртосодержащих пищевых продуктов и полуфабрикатов, применение роторных испарителей при производстве комбинированных молочных продуктов составляют основное содержание настоящей работы.

Цель работы. Изучение особенностей гидродинамики факела распылённой жидкости и определение путей интенсификации тепло - и массообмена в роторном распылительном аппарате.

Эта цель достигалась комплексным решением следующих задач: исследование отдельных источников брызпоуноса с целью получения математических зависимостей для расчёта условий сепарации и брызгоуноса на контактном элементе; изучение г>щ-равлического сопротивления контактного элемента РРА и разработка методики его расчёта; исследование массоотдачи на контактном элементе РРА и получение расчетной зависимости для определения коэффициента массоотдачи при ударе капель о пластинки пристенного каплеотбойника; изучение теплопередачи в РРА; разработка рекомендаций по расчёту и конструированию роторных распылительных испарителей.

Научная новизна. 1. Исследованы основные параметры, определяющие брызго-унос в РРА с прямоточным закрученным движением газожидкостного потока и разработана математическая модель, описывающая процесс брызгоуноса в широком диапазоне изменения параметров.

2. Показано, что факел распылённой жидкости обладает свойством внутренней сепарации. Предложена математическая модель, описывающая сепарацию капель е факеле распылённой жуикэсти.

3. Исследовано влияние основных конструктивных, режимных и физико химических параметров на гидравлическое сопротивление контактного элемента, получены расчётные зависимости для определения его отдельных составляющих.

4. Установлены основные закономерности массоотдачи в газовой фазе на кон тактом элементе РРА Получено эмпирическое уравнение для расчёта коэффициент массоотдачи в газовой фазе при ударе капель жидкости о пластинки пристенного капле

- отбойника.

Практическая значимость. 1. Разработана методика расчёта верхней пределы» нагрузки по газу (пару) РРА с прямоточным закрученным движением газожцдкостного по тока.

2. Разработана методика расчета и рекомендации по расчёту и конструированию роторных распылительных испарителей.

3. Разработана техдокументация на роторный распылительный испаритель, предназначенный для деалкоголизации и обезвоживания экстрактов из местного растительного сырья на Новокемеровском пивобезалкогольном заводе.

4. Разработана техдокументация на экстракты чернопподнорябиновый и черносмородиновый, полученные с использованием роторного распылительного испарителя. На Кемеровском молочном комбинате опробованы способы получения сливочного мороженого и кисломолочного налитка с использованием полученных экстрактов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на:

2-й международной научно - практической конференции «Реформирование экономики региона: опыт, проблемы, перспективы» (г. Кемерово, 1996 г.);

Российской научно - практической конференции «Образование в условиях реформ: опыт, проблемы, научные исследования» (г. Кемерово, 1997 г.);

Международной научно - практической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (г. Воронеж, 1997 г.);

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объём работы. Основное содержание диссертационной работы изложено на 136 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 33 рисунка, 12 таблиц, состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы из 134 наименований, 11 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении дана общая характеристика состояния проблемы и обоснована актуальность темы, показана научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

В первой главе проведён анализ наиболее распространенных и типичных конструкции вакуумных выпарных аппаратов. Показано, что наиболее перспективным направлением интенсификации процессов концентрирования плодово-ягодных экстрактов является использование РРА, среди которых предпочтение отдаётся аппаратам с закрученным прямоточным движением газожидкостного потока.

Рассмотрены основные вопросы гидродинамики РРА Показано, что наиболее изучена гидродинамика перфорированного цилиндра и факела распылённой им жидкости. Имеется достаточно данных для проведения инженерных расчетов производительности перфорированного цилиндра, распределения капель по размерам и скорости их полёта. Однако вопросы поведения капель при полете в свободном объёме контактного элемента (коаписценция и дробление капель, взаимодействие их между собой, удар о преграду, создаваемый каплями вентиляционный эффект) находятся в настоящее время на уровне экспериментального изучения закономерностей и построения полуэмпирических соотношений, пригодных для определения характеристик в узком диапазоне изменения параметров.

На основе опубликованных данных установлены основные параметры, влияющие на величину уноса жидкой фазы на вышераспопаженный контактный элемент. Выделены основные источники брызгоуноса в РРА Показано, что РРА характеризуются вькхжой эффективностью тепло- и масссюбменных процессов и низким гидравлическим сопротивлением, обусловленным тем, что поверхность мекфазового взаимодействия создаётся' не за счёт энергии давления газа (пара), а за счёт энергии вращающегося ротора.

На основе проделанного анализа был сделан вывод о целесообразности использования для деалкоголизации и концентрирования водно-спиртовых экстрактов РРА с диспергирующим устройством в виде перфорированного цилиндра, в газоходах которого для повышения эффективности за счёт увеличения времени пребывания газа на контактном элементе под углом а=25° к плоскости пугающей тарелки установлены направляющие лопатки, благодаря которым поток воздуха закручивается вслед за факелом распылённой жидкости (А С. № 1639704). Этот аппарат и был принят в качестве объекта исследований.

В конце главы сформулированы цепи и задачи исследований.

Вторая глава посвящена исследованию верхней предельной нагрузки РРА по газу (пару). Выполнен анализ гидродинамических характеристик факела распылённой жидкости, приведено описание экспериментальной установки и методики проведения экспериментов, изложены результаты исследований брызгоуноса и гидравлического сопротивления контактного элемента.

Основными источниками брызгоуноса на контактном элементе РРА с закрученным газажцдкостным потоком являются: 1). Мелкодисперсные капли факела распылённой жидкости, которые при достаточных скоростях восходящего потока газа (пара) будут

вынесены на вышерасположенный контактный элемент; 2). Мелкодисперсные капли, образовавшиеся в результате коаписценции и дробления капель факела; 3). Мелкодисперсные капли, образовавшиеся в результате взаимодействия капель факела и вторичных капель в зоне удара; 4). Вторичные капли, образовавшиеся при ударе капель факела о пристенные каплеотбойники.

Абсолютную величину уноса за счёт первого источника можно определить как сумму уносов с каждого ряда отверстий:

,,, Кос , Кос „ «ос & тай

еа{х) = £ еаГЧ- = I РшОРр = Х / /ъ-О/сИ,- , (1) 1=1 ¡=1 /=1 о

где: Р„ - уносимая с контактного элемента массовая доля жидкости факела, полученного одним рядом диспергирующих отверстий; (3РР - пропускная способность одного ряда отверстий; Р„ - функция распределения капель по размерам (при распыливании жидкости перфорированным цилиндром распределение капель по размеру близко к нормальному).

Остальные источники оценивались с использованием вероятностных методов. При этом сравнение второго и третьего источников показало, что третий источник брыз-гоуноса оказывает более существенное влияние на суммарное значение уноса.

В основу исследований первого источника брызгсуноса была принята математическая модель движения одиночной сферической капли в прямоугольной системе координат, жестко связанной с контактным устройством (Рис. 1). Положение и скорость капли жидкости в свободном объеме контактного элемента РРА определяются центробежной силой, силой тяжести и силой сопротивления газовой фазы и могут быть описаны уравнениями:

сЬс с/т с/",« с/т у. р (и*х — Ьх'к - иг'С09о£!пй)2 2т Рг• (2)

с/у с/т бЫку ' (к - -Е Р - ъу~К - иг'СОЗаСОБб)2 -р 2т ,г (3)

бг с/т ¿"К2 </т Р р (и КГ — ъггк - иг'эта)2 2т Рг' (4)

где: т - время; х, у, г - текущие координаты капли; т и Р„ - коэффициент сопротивления, масса и площадь сечения капли, соответственно.

Рис. 1 Схема контактного элемента: а) вертикальное сечение; б) вцц сверху; в) план скоростей. 1 - корпус; 2 - распылитель; 3 - пристенный каплеотбойник; 4 - направляющие лопатки; 5 - сливная тарелка; 6 - вал.

Для решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (2-4) на ЭВМ была разработана программа с использованием метода Рунге-Кутта четвёртого порядка. Эта программа использовалась для определения максимального диаметра капель жидкости си«, уносимых потоком газа из факела распылённой жидкости. При этом считалось, что унесены будуг те капли, которые при прохождении пути над газоходами будут подняты на высоту Не (см. Рис.1). Поскольку исследованию параметров факела распылённой жидкости посвящено достаточно большое количество работ, то недостающие параметры в уравнении (1) определялись по литературным данным. Для определения доли второго, третьего и четвёртого источников в суммарном брызгоуносе проводились экспериментальные исследования.

Исследования проводились на установке, представляющей собой один контактный элемент диаметром 0.25 м. Жидкость распылиэалась перфорированным цилиндром диаметром 0.075 м с диспергирующими отверстиями диаметром 1.1+2.0 мм. Пристенный каппеотбойник был выполнен в виде вертикально установленных металлических пластинок, направленных под углом 15 ° к касательной к окружности распылителя. Количество унесённой с контактного элемента жидкости определялось сепарацмонным методом.

Сопоставление суммарного брызгоуноса, полученного при экспериментальных исследованиях, с уносом, рассчитанным по формуле (1), показало, что унос жидкой фазы за счёт первого источника составляет 55+90%, на основании чего можно сделать вывод, что основным источником брызгоуноса в РРА исследуемой конструкции является первый источник - мелкодисперсные капли факела. Поэтому расчёт суммарного брызгоуноса можно проводить по формуле (1). При этом брызгоуносза счет второго, третьего и четвёртого источников можно учесть за счет предполагаемого изменения дисперсии распределения (Б2) мелкодисперсных капель по размерам. На основе экспериментальных данных получено уравнение:

2=1.39\Меж0071Р!еж0(Ю1Ккомз, (5)

Анализ экспериментальных данных показал, что при К^К^ брызгоунос изменяется незначительно, т. е. имеет место эффект сепарации мелкодисперсных капель внутри факела распылённой жидкости. При этом все мелкодисперсные капли, унесённые потоком газа с нижних рядов, улавливаются каплями сепарационного слоя.

Сепарация мелкодисперсных капель внутри факела осуществляется в основном за счёт инерционного механизма осаждения на каплях распылённой жидкости. При ма-

тематическом описании сепарации мелкодисперсных капель внутри факела рассмотри элементарный объём (в веде сегмента) факела распылённой жидкости. При этом эф фективность осаждения определялась количеством мелкодисперсных капель, уловлен ных на крупной капле факела. Проведя интегрирование в пределах изменения массовы концентраций мелкодисперсных капель на входе и выходе газа из факела и в предела границ газожидкостного потока, после соответствую нуте преобразований получили:

т| = 1 -ехр[--г

(6)

где: Ор° - пропускная способность части распылителя с числом радов 1С пзв<=31к2/(5'1к+0.35)2 - коэффициент захвата при инерционном осаждении.

Сравнение эффективности сепарации, рассчитанной по формуле (6), с экcлep^ ментальной показало, что последняя выше в 1.5^2 раза, т. е. кроме инерционного имею место и другие механизмы осаждения на каплях и главным образом на турбулизироваь ной плёнке жидкости, которые не учитывает формула (6). Поэтому с учётом эксперимен тальных исследований формула (6) представлена в виде:

г| = 1 - ехр

<*п Чг'(Пг1 + Пег Ида

-1.53

■2.27x106

(7)

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что расчёт брызгоуноса п формуле (1) целесообразно проводить не для всего распылителя, а для части его с чи< лом радов Кос0, которое определяется с использованием уравнения (7) при эффективнс сти сепарации ц=99.9%:

КосС =

40/

(8)

0.62кс1о2к(о^р2 - гсп7

где: Рр - внутренний радиус перфорированного цилиндра; гш - радиус свободно поверхности жидкости внутри цилиндра.

Таким образом, с учётом уравнений (1,57,8) получена формула для расчёта бры гоуноса на контактном элементе РРА:

\2'

К0СС ^т

1

м о ^Í2nS

ехр

(<*ы -¿¡У 2Б2

(9)

Применимость уравнения (9) подтверждена в пределах с1о=1.1+2 мм; ц<=4.1&-:6.84 м/с; иг=2.5&-3.12 м/с; рж=883И280 кг/м3; цж=(и106.1)х10'3Пахс; о=(32.1+90.4)/10"3Н/м. В указанных пределах изменения параметров отклонение измеренного брызгоуноса от рассчитанного по формуле (9) не превышало 16%.

Полное гидравлическое сопротивление орошаемого контактного элемента может быть представлено как

Теоретическое определение отдельных составляющих уравнения (10) связано со значительными трудностями. Во-первых, конструкция контактного элемента достаточно сложна, и поэтому представление гидравлического сопротивления как суммы потерь в местных сопротивлениях требует различных допущений, в результате чего полученные данные будут иметь весьма приближённый характер. Во-вторых, учитывая сложность гидродинамики факела распылённой жидкости, составить корректную аналитическую модель, адекватно описывающую поведение ансамбля капель на контактном элементе затруднительно. Поэтому создание обоснованной методики расчёта гидравлических сопротивлений РРА исследуемой конструкции без проведения экспериментальных исследований невозможно.

Исследование потерь напора на неорошаемом контактном элементе проводилось без подачи жидкости как при неподвижном распылителе, так и при вращении его с различной частотой. При этом контактный элемент рассматривался как местное сопротивление, потери на котором определяются по формуле: АРс=^сиг2рг/2. При обработке экспериментальных данных с точностью +12% получено численное значение коэффициента сопротивления £с=12.83.

Вентиляционный эффект, создаваемый факелом распылённой жидкости является основным фактором, определяющим низкое гидравлическое сопротивление РРА Исследование ЛРВ проводилось при диспергировании жидкости распылителем в свободное пространство контактного элемента без продувки последнего воздухом. Перепад давления до и после контактного элемента при этом создавался за счёт эжекции воздуха распылённой жидкостью. В результате математической обработки экспериментальных данных получено выражение для расчёта вентиляционного эффекта:

ЛРо=АРс+АРф-АРв

(10)

ЛРв-0.23Еуо°' 67К0С'°'54^>27,

(11)

где: Еуд=ржип20о/2\/ф - удельная мощность струи, кВт/м3; Оо - пропускная способность одною отверстия распылителя; \/ф - объём единичного факела.

Отклонение экспериментальных данных от рассчитанных по формуле (11) не превышало 10%.

ЛРф определяет потери давления, возникающие на контактном элементе при прохождении газа (пара) через факел распылённой жидкости. При этом последний с некоторым допущением можно рассматривать как слой неподвижных капель диамегтром с1„р потери напора в каюром определяются по формуле: АРф=£4>иг'2рг /2. Для определения измеряли ЛРо, после чего, из выражения (10), при известных экспериментально найденных значениях АР0, АРС и ДРв, вычисляли ДРФ и рассчитывали В результате математической обработки экспериментальных данных получена зависимость:

^Ф=А(Щ^е3сКхд, (12)

где: f - коэффициент живого сечения в слое капель; р - коэффициент объёмной концентрации капель.

Значения коэффициента пропорциональности А и показателей степеней Ь,с и с! приведены в табл. 1 для различных диаметров отверстий истечения.

Применимость уравнений (11,12) подтверждена в следующих пределах изменения параметров: ц=0.7н3.1 м/с; п=11.7+25.8 об/с, р*=880И280 кг/м3; ц«=(и 106)х 10"3 Пахе; ст=(32.1ч90.4)х1СГ3 Н/м; 1^=6+17; к=37+70. В указанных пределах расхождение между значениями ДРо, полученными экспериментально и рассчитанными по формуле (10)

«

не превышало 15%.

Сопоставление результатов расчётов отдельных составляющих гидравлического сопротивления орошаемого контактного элемента по зависимостям (10,11,12) (Рис. 2) показало, что вентиляционный эффект ДРВ при скоростях газа иг<3.2 м/с соизмерим с потерями напора в слое капель ДРФ. Полученные формулы (2-5,7-12) приняты в основу методики расчёта верхней предельной нагрузки РРА по газу (пару), позволяющей проводить расчёт брызгоуноса и гидравлического сопротивления исходя из заданных конструктивных, технологических и физико-химических параметров.

В третьей главе изложены результаты исследований коэффициента массоотдачи в газовой фазе при ударе капель о пластинки пристенного каплеотбойника.

Исследования проводились при адиабатическом испарении воды в поток воздуха на установке, описанной в главе 2. Количество испарившейся воды находилось путём определения впатосодержания воздуха до и после контактного элемента психрометри-

Таблица 1

А Ь с С|

1.1 О.ООЗ 4.14 -1.26 0.8

1.5 0.21 3.59 -1.71 1.24

1.75 0.75 2.09 -1.35 1.83

2.0 1.49 1.96 -1.52 2.24

аР,Лс

50 25" О

-25 ■50

Рис.2 Зависимость гидравлических сопротивлений от скорости газа (Вода; ф=1,5 мм; Кос=12; и=5.95 м/с)

ческим методом. Для обеспечения минимальной погрешности получаемых данных относительная влажность воздуха не превышала 38%.

Анализ литературных данных позволил установить, что массообмен на контактном элементе исследуемого РРА осуществляется в основном за счет двух стадий: 1). При полете капель жидкости в свободном объеме аппарата; 2). При ударе их о пластинки пристенного каплеотбойника.

Вследствие многократной циркуляции на контактном элементе температура воды во всём объёме газожидкостного слоя практически постоянна, поэтому и движущую силу массоотдачи можно считать постоянной. Тогда коэффициент массоотдачи в газовой фа-

зе при ударе капель о пластинки пристенного каплеотбойника может быть выражен из основного уравнения массоотдачи:

м-Реп>р,)Ае

На стадии 1 коэффициент массоотдачи определялся по известной формуле Фресслинга, а поверхность массоотдачи по формуле: Р<1,=60рт/с1п.

Поверхность массоотдачи на стадии 2 определялась по формулам, заимствованным из литературы:

для бк=1.06х103 м, ?г>/Рт=1.61х1а2йеж056 , (14)

для С4=115x103 м, ^2)/Рт=4.018х1^ежаш, (15)

для 4г=130x10* м, Р2$Л=т,=7.812х104Р1еж084г, (16)

где: Рпп - общая поверхность пластин каплеотбойника.

Таким образом, экспериментально определив количество воды, испарившейся на контактном элементе, по формуле (13) находили коэффициент массоотдачи в газовой фазе при ударе капель о пластинки пристенного каплеотбойника.

В результате математической обработки экспериментальных данных получена зависимость:

^2480иг094АР°тЕу,028К^18, (17)

где: АЯ - поверхность диспергирующего устройства, отнесённая к единичному отверстою, мм2.

Справедливость выражения (17) подтверждена в следующих пределах. иг=1.08:3.12 м/с; ДР=(10.9-20.1) мм2; Еуя=53.7+230.0 кВт/м3; Кос=ЭИ7; ц=4.4&*6.43 м/с. В указанных пределах расхождение между значениями рс®, полученными экспериментально и рассчитанными по формуле (17), не превышало 14%.

Сравнение стадий маосоотдачи по количеству вещества, переданного одному килограмму воздуха, показало, что при ударе капель количество вещества, переданного в газовую фазу, в 2кЗ раза превосходит количество вещества, переданного при полете капель. Из этого можно сделать вывод, что пристенный каппеотбойник в исследуемой конструкции РРА служит не только для уменьшения количества вторичных капель и снижения величины брызгоуноса, но и играет существенную роль в создании межфазовой поверхности контакта

С использованием опубликованных данных, полученных при ректификации под вакуумом систем: этанол - вода и ацетш - чеггырёххлористый углерод в РРА диаметром 0.15 м и абсорбции изопропилового спирта водой в РРА диаметром 1.3 м, была проведена проверка адекватности уравнения (17), которая показала, что отклонение опытных данных по эффективности процессов от эффективности по Мэрфи, рассчитанной с использованием уравнения (17), на превышало 20%.

В четвертой главе приводятся результаты испытаний РРА при деалкоголизации и концентрировании водно-спиртовых экстрактов и предлагаются способы использования получаемых при этом концентрированных экстрактов в молочной промышленности.

Исследование процессов деалкоголизации и концентрирования водно-спиртовых экстрактов проводилось в роторном распылительном испарителе, представляющем собой РРА с внутренним диаметром 0.15 м, содержащем шесть контактных элементов. Поверхность корпуса, обогреваемая рубашками, составляла 0.26 м. В качестве модельных систем использовались экстракты чёрной смородины и черноплодной рябины с содержанием сухих веществ 2.2 и 3.9 % мае и спирта 20 и 23 % об., соответственно. Подача экстрактов составляла (0.67 И.67)<10~5 м3/с. В качестве греющего агента использовалась горячая вода с температурой 58+90°С, ее расход составлял 17.5x10® м3/с.

Проведённые лабораторные испытания показали, что при давлении в установке 4.9 кЛа, температуре горячей водыВ5°С и подаче исходного продукта (1.2-И.67)х10* мэ/с концентрация спирта в экстрактах на выходе из испарителя при однократном проходе через испаритель не превышала 0.2+0.4 % об. Двух проходов экстракта через испаритель было достаточно для полной деалкоголизации.

При физико-химическом анализе экстрактов до концентрирования и после пятикратного пропускания через РРИ получены следующие показатели: 1). Содержание сухих веществ, % мае: возрастает от 2.2+3.9 до 15+26; 2). Массовая концентрация титруемых кислот (в пересчёте на лимонную кислоту), % мае.: возрастает от 0.4+0.6 до 3+5.5; 3). Содержание сахара, % мае.: возрастает от 7+9 до 30+45; А). Содержание витамина С, мг %: снижается в экстракте черноплоднорябиновом с 12+15 до 8+10; в экстракте черносмородиновом с 200+270до 140+190.

Органолепгическая оценка качества деалкоголизированных и концентрированных экстрактов проводилась после разбавления их водой. Дегустация экстрактов показала, что они имеют гармоничный вкус, хотя аромат их ослаблен из-за существенной потери ароматических веществ с парами водно-спиртового растворителя. Концентрированные экстракты не имели уваренных тонов, цвет экстрактов существенно не менялся.

Проведённые исследования послужили основой для разработки ТУ 91 68-011 -02063315 - 97 «Экстракты черноплоднорябиновый и черносмородиновый», с использованием которых предложены и опробованы на Кемеровском молочном комбинате способы получения сливочного мороженого и кисломолочного напитка. Особенностью предлагаемых технологий является включение в рецептуры сливочного мороженого и кисломолочного напитка экстрактов черноплоднорябиновсго и черносмородинового. При выработке мороженого экстракты вносятся в охлаждённую смесь перед фризерованием, а при выработке кисломолочного напитка - перед фасовкой. Это позволяет сохранить в готовом продукте биологически активные вещества, содержащиеся в экстрактах.

На основе обобщения результатов проведённых исследований разработаны методика расчёта и рекомендации по расчёту и конструированию роторных распылительных испарителей, с использованием которых разработана техдокументация на роторный распылительный испаритель диаметром 0.15 м с 15 контактными элементами производительностью 100 кг/ч по исходному продукту, предназначенный для деалкоголизации и обезвоживания экстрактов из местного растительного сырья на Новокемеровском пиво-безалкогольном заводе.

В приложении приведены таблицы экспериментальных данных и протоколы производственных испытаний.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что основным источником брызгоуноса в РРА с прямоточным закрученным движением газожидкостного потока являются мелкодисперсные капли факела распылённой жидкости. Разработана математическая модель, описывающая брызгоуноса РРА.

2 Показано, что факел распылённой жидкости обладает эффектом внутренней сепарации. Получена математическая модель, описывающая сепарацию мелкодисперсных капель на контактном элементе.

3. Показано, что полное сопротивление контактного элемента РРА складывается из потерь напора на неорошаемом контактном элементе, потерь напора в факеле распылённой жидкости и вентиляционного эффекта. Установлено, что основной причиной низкого гидравлического сопротивления РРА с прямоточным закрученным движением газожидкостнога потока является вентиляционный эффект, создаваемый факелом рас-

пылённой жидкости. Получены расчётные зависимости для определения отдельных составляющих полного сопротивления контактного элемента.

4. Проведённые исследования массоотдачи в газовой фазе показали, что при ударе капель о пластики пристенного каплеотбойника передаётся от 65 до 75% переданного на контактном элементе вещества. Получена эмпирическая зависимость для расчёта коэффициента массоотдачи в газовой фазе при ударе капель о пластинки каплеотбойника.

5. В результате выполненных экспериментальных исследований доказана эффективность и целесообразность применения роторных распылительных испарителей для деалкоголизации и обезвоживания спиртосодержащих жидких пищевых продуктов.

6. На основе проведённых теоретических и экспериментальных исследований предложены методика расчёта и рекомендации по расчёту и конструированию роторных распылительных испарителей, в соответствии с которыми разработана техдокументация на испаритель диаметром 0.15 м с 15 контактными элементами производительностью 100 кг/ч по исходному продукту.

7. Разработана техдокументация на экстракты черноплоднорябиновый и черносмородиновый, с использованием которых предложены и апробированы в промышленных условиях способы получения сливочного мороженого и кисломолочного напитка.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

,Л/е„=1л2с1,р*/о - критерий Вебера; Яеж=иДрж/их - критерий Рейнопвдса для жидкой фазы; Яе^игУпр/ц, - критерий Рейнольдса для газовой фазы; Б1к=и'р*(4гн/2)2/18цД, -критерий Стокса; К« - число рядов распиливающих отверстий; к - количество диспергирующих отверстий в одном ряду; сЦ - диаметр диспергирующих отверстий; со - угловая скорость распылителя; с1п - среднеповерхностный диаметр капель; с!„ - среднемассовый диаметр капель; ик - скорость капли; иг - скорость газа в аппарате; ц-' - скорость газа в газоходах; рг и (л- - плотность и динамическая вязкость газа; р* ц* и а - плотность, динамическая вязкость и поверхностное натяжение жидкости; - коэффициент сопротивления неорошаемого контактного элемента; - коэффициент сопротивления факела распылённой жидкости; М - количество вещества, переданного на контактном элементе; До -движущая сила массоотдачи в газовой фазе; рс1) и ри- коэффициент массоотдачи в газо-

вой фазе соответственно на 1-ой и 2-ой стадиях; Р® и Я0 - поверхность маосообмена соответственно на 1 -ой и 2-той стадиях;

ОСНОВНОЕ СОДЕР>КАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Сорокопуд А. Ф., Федоре» Е. А Перспективы использования роторных аппаратов в пивобезалкогольной промышленности // Реформирование экономики региона: опыт, проблемы, перспективы. Тезисы докл. 2-й междунар. науч. - практ. конф. -Кемерово: Кузбаосвузиздат, 1996. - Ч. 2. - С. 64-65.

2. Сорокопуд А Ф„ Фёдоров Е. А Роторный распылительный испаритель. - Кемерово: ЦНТИ. -Информлисток № 1-97,1997. -4 с.

3. Сорокопуд А Ф., Фёдоров Е. А Пути повышения нагрузки по газу в роторных распылительных аппаратах II Образование в условиях реформ: опыт, проблемы, научные исследования: Тезисы докл. Российской науч. - пракг. конф. - Кемерово, 1997. - Ч. 1. -С. 131.

4. Сорокопуд А Ф., Фёдоров Е. А, Максимов С. А О гидравлическом сопротивлении роторного распылительного аппарата II Образование в условиях реформ: опьп\ проблемы, научные исследования: Тезисы докп. Российской науч. - практ. конф. - Кемерово, 1997.-4.1.-С. 130.

5. Сорокопуд А Ф., Черкасов В. С., Фёдоров Е. А Параметры движения дисперсной фазы в роторном тарельчатом аппарате II Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности: Тезисы докп. междунар. науч. - пракг. конф. - Воронеж, 1997.-С. 203-205.

6. Сорокопуд А Ф., Фёдоров Е. А Об условиях сепарации частиц и капель из потока газа в роторном распылительном аппарате // Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности: Тезисы докп. междунар. науч. - практ. конф. - Воронеж, 1997. - С. 206-208.

7. Фёдоров Е. А, Сорокопуд А Ф. Исследование процесса деалкоголизации и концентрирования экстрактов в роторном распылительном испарителе II Проблемы рационального питания Тезисы науч. работ. - Кемерово, 1997. - С. 115-117. - (Кемеровск. технологу«. ин-тпищев. пром-ти).

8. Сорокопуд А <£>., Фёдоров Е. А, Рицберг Л. Е. Оценка вероятности столкновения капель в газожидкосгном потоке роторного распылительного аппарата II Проблемы рационального питания: Тезисы науч. работ. - Кемерово, 1997. - С. 118-120. - (Кемеровск. гехнолол1ч. ин-т пищев. пром-ти).

9. Сорокопуд А Ф., Фёдоров Е. А, Максимов С. А Исследование вентиляционного эффекта факела распылённой жидкости на контактном элементе роторного тарельчато-X) аппарата И Проблемы рационального питания: Тезисы науч. работ. - Кемерово, 1997. -3.120-123. - (Кемеровск. технологич ин-т пищев. пром-ти).

10. Сорокопуд А Ф., Фёдоров Е. А, Максимов С. А Исследование ледраапическэ-"0 сопротивления роторного распылительного аппарата / Кемеровск. технологич. ин-т тищев. пром-ти. - Кемерово, 1997. -9 с. - Дел. в ВИНИТИ, 26.06.97, №2105-097.

11. Фёдоров Е. А, Сорокопуд А Ф., Рицберг Л. Е. Оценка вероятности столкновения основных и вторичных капель на контактном элементе роторного распылительного аппаоата / Кемеровск. технологич. ин-т пищев. пром-ти. - Кемерово, 1997. - 5 а - Дел. в ЗИНИТМ, 14.07.97, №2380-В97.

12. Сорокопуд А Ф., Фёдоров Е. А Анализ стадий массообмена на контактном элементе роторного распылительного аппарата / Кемеровск. технологич. ин-т пищев. 1ром-ти. - Кемерово, 1997. -11 а - Деп. в ВИНИТИ, 29.09.97, № 2947-В97.