автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Интенсификация гидродинамических процессов в струйных аппаратах пищевой промышленности

На правах рукописи

Сивенков Александр Владимирович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СТРУЙНЫХ АППАРАТАХ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых

производств

АВТОРЕФЕРАТ «04и431

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2011

1 7 Ш? 2311

4840431

Работа выполнена в ГОУ ВГЮ «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий»

Научный руководитель: доктор технических наук

Новоселов Александр Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Верболоз Елена Игоревна

кандидат технических наук Пилипенко Николай Иванович

Ведущее предприятие: Санкт-Петербургский институт

управления и пищевых технологий

Защита диссертации состоится «,Ш> Ш&рГа 2011 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.234.02 при Санкт-Петербургском государственном университете низкотемпературных и пищевых технологий по адресу: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9, СПбГУНиПТ, тел./факс 315-30-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУНиПТ. Автореферат разослан ^¿¿^(Х^Я__2011 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, д.т.н., профессор

Колодязная В.С.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Сорбционные аппараты (абсорбционные, хемосорбционтгые и биосорбционные) получили широкое распространение в современных технологиях пищевой, химической и микробиологической отраслей промышленности. От степени интенсификации процессов тепло - и массообмена, протекающих в них, во многом зависит эффективность производства и, как следствие, его рентабельность и конкурентоспособность производимой продукции. Для заводов по производству безалкогольных и слабоалкогольных напитков на основе воды, фруктовых соков, молочной сыворотки и их смесей одним из важнейших процессов является процесс насыщения напитков двуокисью углерода (процесс абсорбции). В высокоинтенсивных аппаратах для проведения хемосорбционных процессов заинтересованы сахарная отрасль пищевой промышленности, химическая промышленность, предприятия, осуществляющие очистку сточных вод и углекислотные заводы.

Особое значение интенсификация биосорбционных процессов имеет для предприятий микробиологической промышленности (пивоваренных, дрожжевых и спиртовых заводов, заводов по производству пищевых органических кислот, ферментов, витаминов), технологические схемы которых включают в себя крупнотоннажное оборудование (до 1000м3), предназначенное для аэробного и анаэробного культивирования микроорганизмов. Аэрация больших объемов культуральной жидкости дрожжевых производств до сих пор представляет одну из главных проблем в отрасли из-за больших удельных энергозатрат на проведение ферментационных процессов. Решение этой проблемы становится возможным при внедрении современных технологических процессов и разработка, на основе теоретических и экспериментальных исследований, высокоэффективного оборудования, позволяющего их реализовать. Интенсивность переноса тепла и массы в многофазных средах, в аппарате любой конструкции, неотъемлемо связана с гидродинамической обстановкой в его рабочем объеме. Поэтому изучение гидродинамических характеристик многофазных потоков в новых конструкциях тепло-массообменных аппаратов и, в частности, кожухотрубных струйно-инжекционных, актуально, как с точки зрения перспективы дальнейшего развития учения о гидродинамике многофазных потоков, так и в практическом аспекте для создания инженерной методики расчета новых аппаратов.

Цель и задачи исследовании. Целью данной работы является интенсификация гидродинамических процессов в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах (КСИА) за счет увеличения производительности по газовой фазе и создание научно-обоснованной методики их расчета.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- собрать, проанализировать и обобщить данные, имеющиеся в научно- технической и патентной литературе, касающиеся изучения гидродинамики двухфазных потоков в вертикальных трубах тепло-массообменных аппаратов и обосновать выбор конструкции аппарата, которая будет являться объектом дальнейших исследований;

- разработать физические модели механизмов уноса газовой фазы свободными струями жидкости и движения газожидкостной смеси в трубах рассматриваемой конструкции аппарата и выполнить их математическое описание;

- выполнить экспериментальные исследования по определению всех неизвестных расчетных параметров, имеющих место в предложенных математических зависимостях и получить уравнения для их расчета;

- разработать научно-обоснованную методик)' расчета предложенной конструкции аппарата.

Научная новизна. Научная новизна данной диссертационной работы заключается в следующем:

1. Предложена конструкция кожухотрубного струйно-инжек-ционного аппарата (КСИА), позволяющая обеспечить повышенную его производительность по газовой фазе (патент РФ №2305464 С1).

2. Численно определены границы областей структур газожидкосг-ных потоков, имеющих место в вертикальных трубах КСИА.

3. Получены уравнения для расчета уноса газа в опускные и сливные трубы для конструкции КСИА с дополнительным соплом.

4. На основе уравнений энергетического баланса и аддитивности гидравлических сопротивлений предложен и экспериментально проверен метод определения коэффициентов гидравлического сопротивления циркуляционного контура образованного системой труб в КСИА.

5. Получено уравнение для расчета максимального диаметра пузырей в турбулентном потоке газожидкостной смеси при струйном диспергировании газовой фазы в сильно коалесцирующих системах (воздух-вода).

Практическая значимость работы.

1. На основе результатов работы создана методика расчета КСИА с повышенной подачей газовой фазы и передана Комбинату пищевых продуктов г. Санкт-Петербурга для разработки рабочих чертежей лабораторного ферментатора рабочим объемом 0,02 м3 и ферментатора чистой культуры рабочим объемом 1м3.

2. Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс по кафедре «Процессы и аппараты пищевых производств», что подтверждено актом внедрения.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов СПбГУ-НиПТ 2004-2010 гг; IX Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». - Казань, 2008 г; научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития технологии продуктов питания». - Воронеж, 2008г; Всероссийской научно-практической конференции аспирантов и молодых ученых «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности». -Бийск, 2010.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Научное обоснование технических решений, реализующих повышенную подачу газовой фазы в аппарат.

2. Физические и математические модели механизмов движения газожидкостных потоков в вертикальных трубах при наличии пузырькового режима.

3. Результаты экспериментальных исследований, касающиеся изучения режимов работы аппарата, уноса газа в опускные и сливные трубы, определения коэффициентов местных сопротивлений циркуляционного контура.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, списка использованной литературы и 2 приложений.

Содержание работы изложено на 148 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 7 таблиц. В списке литературы 98 источников, в том числе 31 иностранных.

Основное содержание работы

В основу выбора конструкции тепло-массообменного аппарата, как объекта исследований, легли следующие критерии: простота конструкции, удобство и надежность эксплуатации; высокая производительность по газовой фазе; отсутствие газонашетательного оборудования; высокие тепло-массобменные характеристики; малая металлоемкость и энергоемкость.

Проведенный анализ известных конструкций сорбционных, хемо- и биосорбционных аппаратов применяемых в пищевой, микробиологической и химической промышленности показал, что в наибольшей

степени вышеприведенным критериям удовлетворяет конструкция кожу-хотрубного струйно-инжекционного аппарата (КСИА), приведенная на рис. 1, а. С целью увеличения подачи газовой фазы в КСИА нами было предложено установить дополнительное сопло над сливной трубой (рис. 1,6). Таким образом, встала задача комплексного исследования гидродинамических процессов, происходящих в КСИА.

Гидродинамическая обстановка в трубах КСИА. В случае выполнения конструкции КСИА проточного типа без дополнительного сопла, для сильно коапесцирующих систем типа воздух - вода, наблюдались три характерных режима работы: начальный, устойчивый режим; неустойчивый режим и стационарный (рабочий) режим.

Рисунок 1 - Варианты организации потоков фаз в КСИА: а - ранее известной конструкции; б - по патенту РФ № 2305464 С1 ! - ка.мера'1; 2 - камера 2; 3 - основное сопло; 4 - дополнительное сопло;

5 - опускная труба; 6 - подъемная чруба; 7 - сливная труба;

8 - переливная камера; 9 - сливной патрубок.

Первый режим характеризовался постепенным заполнением опускной трубы газожидкостной смесью при увеличении расхода жидкости через основное сопло. При этом в верхней части опускной трубы наблюдалась пузырьковая структура потока, которая распространялась к низу по мере увеличения расхода жидкости через сопло. При достижении некоторого значения расхода жидкости через основное сопло, которое мы назвали первым критическим расходом жидкости <2крь наступал неустойчивый (пульсационный) режим работы аппарата. Это выражалось в периодическом образовании крупных газовых пузырей (снарядов) в опускной трубе, которые стремились прорваться вверх к газовой камере 1,что приводило к полному или частичному заполнению камеры 1.

При дальнейшем увеличении ()\ до некоторого значения, которое было названо нами вторым критическим расходом {2крг, наступал стационарный (рабочий) режим работы аппарата. Работа аппарата в этом режиме характеризовалась постоянным уносом газа (),\ в опускную трубу, постоянными значениями давлений Р\ и Р2 в камерах 1 и 2, а также посто-

яннымн уровнями газожидкостной смеси Ясм1 и #см2, в опускной и подъемных трубах. Перечисленные выше параметры определяют гидродинамическую обстановку в трубах КСИА и, как следствие, гидравлические сопротивления при движении газожидкостной смеси в них. Визуальное наблюдение за режимами движения и измерения всех необходимых параметров выполнялось на экспериментальной установке (рис. 2).

Рисунок 2 - Схема экспериментальной установки для проведения гидродинамических исследований в трубах КСИА:

1 - трехтрубная модель КСИА;

2 - бак;

3 - центробежный насос; 4, 5 - ротаметры; 6, 7 - счетчики расхода газа, 8,9- дифференциальные жидкостные манометры; 10 - теплообменник; 11-44 запорная и регулирующая арматура; 15, 16-газовая регулирующая арматура;

17 - нижняя крышка аппарата;

18 - сливная труба

Подробное описание экспериментальной установки и методики проведения экспериментов дано в диссертационной работе (гл. 3). В результате экспериментов были получены уравнения для расчета критических скоростей, при которых происходит смена режимов:

— приведенная первая критическая скорость (нижняя граница области неустойчивого режима)

Г \0,15г Л0,6

^кр1=0,37

Н.

см1

л у

(1)

— приведенная вторая критическая скорость (верхняя граница области неустойчивого режима)

0^=0,64

Я,

см1

0,15 /

Т /

0,4

Ь-'хрГ.

(2)

Обработка результатов наших экспериментов и известных литературных данных позволила получить более общее уравнение для определения ^Гкр2 в виде

Я,

см1

^ у

0,15

А

0,4

(3)

где /с - коэффициент, зависящий от диаметра трубы, в которую поступает струя.

/с = 1,35 - 18,7^. (4)

Влияние разности давлений в камерах 1 и 2, которое неизбежно возникает при работе дополнительной струи, на уровень газожидкостной смеси в опускной трубе, и, как следствие, на начало устойчивой работы аппарата, можно учесть поправкой

- <2=^р2-0,0011ЛР, (5)

где ~ вторая критическая приведенная скорость с учетом перепада

давления в камерах 1 и 2 при установке дополнительного сопла над сливной трубой, м/с; ¡¥^2 - значение второй критической скорости, рассчитанное по уравнению (3), м/с; АР - разность давлений в камерах 1 и 2, мм. вод. ст.

Эмпирические зависимости (2-^5) применимы в диапазоне изменения диаметров труб с/гр= (18-^-36)\10"3м , а также диаметров основного сопла с1\ = (5-И0)-10'3м. Отклонение расчетных и экспериментальных значений 1¥кр2 не превышает ±10%.

В дальнейшем рассматривалась гидродинамика движения газожидкостного потока в условиях стационарного рабочего режима.

Вывод уравнения циркуляционного контура и определение коэффициента сопротивления Ск. Основной задачей гидродинамических исследований являлось установление влияния входных параметров на гидродинамическую обстановку в трубах аппарата и в первую очередь в циркуляционном контуре. Под циркуляционным контуром в нашем случае понимался канал, образованный последовательно соединенными опускной 5 и подъемной б трубами. Данные исследования касались только стационарного (рабочего) режима при котором соблюдалась пузырьковая структура газожидкостного потока в обеих трубах______ ___________— ------------

Исследования осуществлялись по следующему алгоритму: создание расчетной схемы, рассмотрение сил определяющих давление в трубах, составление балансов сил и давлений в трубах в характерных сечениях, вывод уравнения для расчета коэффициента сопротивления циркуляционного контура.

Рассматривая силы, определяющие давление в точках А и В (рис. 1, а) и записывая баланс давлений для сечений в которых расположены эти точки была получена следующая зависимость

(Л ~Р2) + - + РжЯЯсм1 (1- Фгн, ) ' СМ2 (I - Фп,) ~

Тр г2)

- РЯ^см.Фп, + РяЯсм2(Рга - г,к . (6)

V 1

В уравнении (6) первое слагаемое левой части уравнения отражает влияние разности давлений газовой фазы на свободную поверхность потока в верхних камерах 1 и 2. Второе слагаемое в круглых скобках характеризует потенциальную энергию, вносимую струей жидкости в образующийся газожидкостной поток. Третье и четвертое слагаемые характеризуют давление гидростатических столбов жидкости в опускной и подъемной трубах, соответственно. Пятое и шестое слагаемые определяют силовое (лобовое) давление пузырей на жидкость (Архимедову силу) в восходящем и нисходящем потоке, соответственно.

Уравнение для расчета давления Архимедовых сил, действующих со стороны, стремящихся всплыть пузырьков, определяли из следующих предположений. Рассматривался установившийся поток газожидкостной смеси с пузырьковой структурой потока. Допуская, что при данном рабочем режиме работы аппарата, в нисходящем потоке газожидкостной смеси образуются и преобладают пузыри с определенным максимально-устойчивым размером с/п тах можно записать, что объем отдельно взятого пузыря

тиР

у _ п"п.шах П1 6 '

Во вполне определенном объеме газожидкостной смеси при стационарных условиях ее течения, будет находиться и пузырьков интересующего нас размера. Тогда объем газа находящийся в данный момент в потоке будет равен

Возникающая Архимедова сила ^арх со стороны каждого отдельно взятого пузыря будет --------------—

Суммарная сила воздействия на жидкость со стороны «-го количества пузырей, находящихся в определенном объеме жидкости

= Пр-^Уг-

Количество пузырей и можно определить из соотношения » = = 0ТКУДа 'ч* = Рж£ФЛм ■

' п1 ' п

Допуская равномерное распределение пузырей по высоте опускной трубы, и, соответственно, по ее сечению, отнесем суммарное действие Архимедовых сил к площади поперечного сечения потока газожидкостной смеси 5СМ = 5тр. Откуда

р =РжЯФЛм я

'ГаРх С С Рж5Тглсм-

^см ^см

В нисходящем потоке Архимедовы силы всплывания пузырей препятствуют нисходящему движению жидкости, в восходящем потоке, наоборот, ускоряют ее движение, оказывая лобовое давление на нее. В обоих случаях действие этой силы приводит к снижению давления в рассматриваемых сечениях. Основываясь на концепции аддитивности гидравлических сопротивлений при движении жидкости по последовательно соединенным трубопроводам, принятой в классической гидравлике сплошных сред, коэффициент сопротивления циркуляционного контура (к можно определить по уравнению

Г =Х ^см2 1 ) ^ 1 I | ^вых I ^Ав

' ' ¿1р (1-Фгз)1'75 " (1-Ф™)1'75 (1-рг)2 (1-Фгв)2 о-Фср)2'

(7)

Сравнение значений рассчитанных по уравнениям (6) и (7), позволяет оценить адекватность гидродинамической модели реальной обстановке в циркуляционном контуре КСИА.

Расчет значений Ск по уравнениям (6) и (7) выполнялся с использованием собственных опытных данных, полученных на экспериментальной установке, представленной на рис. 2, а также доступных данных из научной литературы. Значения коэффициентов местных сопротивлений определялись по рекомендациям справочника по гидравлическим сопротивлениям Идельчика И.Е, с учетом всех геометрических размеров характерных участков циркуляционного контура модели КСИА.

В результате проведенных экспериментов и обработки полученных данных по уравнениям (6) и (7) было установлено, что ¡¡к зависит от геометрических размеров струи, определяющих, в свою очередь, расход инжектируемого газа и, как следствие, объемное газосодержание в трубах. Теоретическое описание механизма этого влияния достаточно сложная задача, требующая более тонких специальных экспериментов.

Было выполнено сравнение значений Ск полученных по уравнению (6) со значениями полученными из уравнения (7). Максимальное расхождение значений Ск составило +21%.

Оценка производительности КСИА по газовой фазе. Производительность любой конструкции КСИА определяется целым рядом конструктивных размеров аппарата и гидродинамических параметров струи

и газожидкостной смеси. В общем случае расход газа Qr, поступающего в аппарат, определяется функцией QT=Mu d2, Lci, La, v,, v2, Ph P% drp). В случае использования одного сопла в трехтрубном элементе (рис. 1, а) Qr - Qv\. При установке дополнительного сопла над сливной трубой Qr-Qn + Qa-

Вопросу уноса газа свободными струями жидкости уделялось достаточно большое внимание многими исследователями, однако, к настоящему времени, универсальных уравнений для расчета QT не существует и применение известных зависимостей, в основном полуэмпирических, требует экспериментальной проверки и введения уточняющих коэффициентов. При решении поставленной задачи в данном исследовании основывались на доступных опытных данных и результатах собственных исследований, выполненных на экспериментальном стенде (рис. 2).

В результате исследований, после обработки экспериментальных данных для КСИА проточного типа повышенной производительности (рис. 1, б), было получено эмпирическое уравнение для расчета Q,i в виде

/ Ч1'3 •

[ 2 3Ï0'8 Or] = 0.64|î/] Vq j

л\

"тр

V ^см ]

(8)

Расход газа, инжектируемого дополнительной струей в сливную трубу можно рассчитать по эмпирической зависимости

6rl-2=&

1-

1

(l + fc-Reff

+ 4 Q2

0,036£cRe^'2 0,0362£:Re c/2(l + 6Re£2)

0,4 I.T

0,2 -, 2

d2(l + bRe; )

(9)

В уравнении (9) Re£r и Rei

модифицированные критерии Рей-нольдса для газовой и жидкостной фаз, соответственно, и рассчитываются по уравнениям

Re

¿г '

.v2'Lc Vr

(10)

Re, =-

(И)

Экспериментально было установлено, что коэффициент Ь зависит от диаметра сопла и может быть определен но эмпирической зависимости

Ь= 44,-0,0092. (12)

Расход газа (2л-, поступающего в камеру 2 КСИА данной конструкции, может быть определен по уравнению

(13)

Сравнение расчетных и экспериментальных значений расходов газа поступающего в сливную трубу дало расхождение в среднем ±18%.

Максимально устойчивый средний диаметр газового пузыря. Одним из важнейших параметров, характеризующих как структуру потока газожидкостной смеси, так и тепло-массообменные характеристики

КСИА, является максимально-устойчивый диаметр пузырей dn,max. Для сильно коалесцирутощих систем газ-жидкость диссипация энергии, по ходу движения газожидкостной смеси в каналах, ведет к снижению интенсивности турбулентности в жидкости, что приводит к увеличению размеров гтузырсй. Усиливающаяся коалесценция приводит к изменению структуры потока газожидкостной смеси и смене режимов от пузырькового к снарядному. Изменение структуры потока ведет к резкому изменению гидравлических сопротивлений со стороны газовой фазы и, как следствие, нарушению стационарного режима работы аппарата.

Для оценки величины dn mix, в газожидкостных потоках общепринятым является уравнение, основанное на концепции изотропной турбулентности жидкостной фазы.

<4.тах= АГа°'6£""°'4Рж2- (14)

Используя известную зависимость между d,„ объемным газосодержанием фг и удельной поверхностью контакта фаз а

(15)

а

и эмпирические уравнения для определения фг и а в трубах КСИА проточного типа (рис. 1,а), полученные ранее, нами были определены значения коэффициента К в уравнении (14). Установлено, что значение коэффициента К является величиной переменной и зависит от величины срг в следующем виде

Ал=10(рг-0,7. (16)

Уравнение (16) ограничено значениями фг, лежащими в диапазоне фг = 0,1+0,6 и может быть применено как к нисходящему потоку, так и восходящему потоку газожидкостной смеси в вертикальных трубах КСИА для оценки dn .max*

Принимая во внимание, что оценить величину диссипации энергии в нисходящем потоке практически невозможно, то, вместо этого параметра, вводилась величина удельной подводимой энергии струи NJVCM и уравнение (14) представлялось в виде

-0,4

(р Г0'2. (17)

Л L- 0'6

d - Аа

V

V см У

max

Сравнение расчетных значений dn,mm по уравнениям (14 и 17) со значениями i/„.m:ix, полученными из экспериментальных данных с помощью уравнения (15), показало удовлетворительную сходимость в пределах ±15%.

По результатам проведенных исследований была разработана методика гидравлического расчета КСИА и составлена полная методика рас-

чета кожухотрубного струйно-инжекционного ферментатора для культивирования хлебопекарных дрожжей при высоких содержаниях биомассы включающая в себя гидродинамические, тепловые, массообменные и конструкционные расчеты. Алгоритм и пример такого расчета приведен в 5 главе диссертации.

Выводы

]. С целью интенсификации гидродинамических процессов в потоке газожидкостной смеси и повышения производительности КСИА по газовой фазе предложена и запатентована новая конструкция с дополнительным соплом, установленным над сливной трубой (патент РФ №2305464 С1).

2. Выполнены комплексные теоретические и экспериментальные исследования гидродинамической обстановки, возникающей в вертикальных трубах предложенной конструкций аппарата (рис. I, б).

3. Впервые определены границы характерных режимов течения газожидкостной, сильно коалесцирующей, смеси в циркуляционном контуре и получены математические зависимости (Н5) для их численного расчета в широком диапазоне диаметров сопел и труб.

4. С целыо определения коэффициента сопротивления циркуляционного контура

— впервые выполнена попытка описать установившееся движение газожидкостной смеси в вертикальных трубах с позиции рассмотрения действующих, на поток, сил. Показана необходимость включения в уравнение энергетического баланса (6), Архимедовых сил, возникающих при всплытии пузырей. Получено уравнение для определения численного значения Архимедовых сил;

- впервые составлены уравнения энергетического баланса в двух сечениях циркуляционного контура (6) и уравнение аддитивности гидравлических сопротивлений (7), определены значения коэффициентов трения по длине и местных потерь, выполнено сравнение численных значений полученных по этим уравнениям. Расхождение составляет не более 21 %.

5. Получены эмпирические уравнения (8^13) для инженерных расчетов подачи газа в КСИА различных конструкций, (представленных на рис. 1,а и 1,6) в широком диапазоне диаметров труб и сопел. Установлено существенное влияние, на величину подачи газа в аппарат, разности давлений ЛР1-2 в камерах 1 и 2.

6. Для условий устойчивого режима работы КСИА, для сильно коалесцирующей системы (воздух-вода), выполнена оценка величины максимально устойчивого среднего диаметра пузырей с!» для нисходящего противотока и восходящего прямотока. Показано, что для обоих потоков правомерно применение зависимости (14). Установлено, что коэффициент

пропорциональности К, входящий в это уравнение зависит от величины объемного газосодержания фг в соответствующей трубе. Получено уравнение (16) для расчета А'и определены пределы его применимости.

7. Впервые рассмотрена гидродинамическая обстановка в сливных трубах КСИА с дополнительным соплом. На основе экспериментальных наблюдений разработана модель структуры потока газожидкостной смеси и механизм уноса газа жидкостью в сливной трубе. Показано, что унос газа осуществляется стекающей, по стенкам трубы, пленкой жидкости и струей, движущейся по оси. Для определения суммарного расхода газа, поступающего в сливную трубу, предложено полуэмпирическое уравнение (9) и уточнены входящие в него поправочные коэффициенты.

8. На основе полученных зависимостей разработана методика гидродинамических и конструкционных расчетов КСИА.

Условные обозначения и индексы:

а - удельная поверхность контакта фаз, м2/м3; d - диаметр, м; Е - удельная энергия диссипации, Вт/м3; Н - высота, м; р - давление, Па; Q - объемный расход, м3/с; S - площадь поперечного сечения, м2; V - средняя скорость, м/с; V - объем, м3; w - приведенная скорость, м/с; ß - расходное газосодержание, р - плотность, кг/м3; <рг - объемное газосодержание; V - коэффициент кинематической вязкости, м2/с; а - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; С, - коэффициент сопротивления.

Индексы: г - относящийся к газу; ж - относящийся к жидкости; о -относящийся к соплу, н - относящийся к нисходящему потоку; в - относящийся к восходящему потоку; к - относящийся к циркуляционному контуру; п - относящийся к пузырю; с - относящийся к струе; тр - относящийся к трубе; 1 - относящийся к опускной трубе; 2 - относящийся к подъемной трубе.

Список публикаций по теме диссертации

1. Сивенков A.B., Новоселов А.Г., Гуляева Ю.Н. Оценка массооб-менных характеристик при проектировании биосорбционных аппаратов микробиологической промышленности. - Вестник МАХ, 2004, № 3. -С. 45-47.

2. Сивенков A.B., Лебедева Т.Я. Новоселов А.Г. Гидродинамика газожидкостных потоков в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах (КСИА). 1. Гидродинамика КСИА без рециркуляции фаз. Вестник МАХ, 2005, №3.-С. 6-10.

3. Сивенков A.B., Лебедева Т.Я. Новоселов А.Г. Гидродинамика газожидкостных потоков в кожухотрубных струйно-инжекционных аппа-

ратах (КСИА). 2. Гидродинамика КСИА с рециркуляцией фаз. Известия СПбГУНиПТ, 2005, № 1. - С. 105-108.

4. Сивенков A.B., Гуляева Ю.Н., Лебедева Т.Я. К вопросу повышения производительности кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратов по газовой фазе.//Сборн. работ студентов и аспирантов «Проблемы пищевой инженерии», СПб, СПбГУНиПТ, 2006. - С. 143-147.

5. Сивенков A.B., Новоселов А.Г., Гуляева Ю.Н. Гидродинамика газожидкостных потоков в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах (КСИА). 3. Гидродинамика КСИА проточного типа повышенной производительности по газовой фазе. - Известия СПбГУНиПТ, 2007, № 2. -С. 14-16.

6. Сивенков A.B., Новоселов А.Г., Гуляева Ю.Н. Кожухотрубный струйно-инжекционный ферментатор //'Патент на изобретение №2305464 (РФ)// БИ № 25, от 10.09.2007.

7. Сивенков A.B., Ибрагимов P.C., Новоселов А.Г. Проблемы аэробного культивирования одноклеточных микроорганизмов при высоких концентрациях биомассы. //Тезисы доклада на IX Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». Казань, 2008. - С. 223-224.

8. Сивенков A.B., Новоселов А.Г. Гидродинамический расчет движения двухфазных потоков в вертикальных трубах кожухотрубного струйно-инжекционного аппарата (КСИА) проточного типа с дополнительным соплом над сливной трубой (часть 1). - СПб.: Известия СПбГУНиПТ, 2008, №2.-С. 6-10.

9. Сивенков A.B., Новоселов А.Г. Гидродинамический расчет движения двухфазных потоков в вертикальных трубах кожухотрубного струйно-инжекционного аппарата (КСИА) проточного типа с дополнительным соплом над сливной трубой (часть 2). - СПб.: Известия СПбГУНиПТ, 2008, № 2. - С. 11-16.

10. Сивенков A.B., Новоселов А.Г., Агаев К.Э., Лебедева Т.Я. Начало устойчивой работы кожухотрубного струйно-инжекционного аппарата.// Сборник работ студентов и аспирантов «Проблемы техники и технологии пищевых производств», СПб, СПбГУНиПТ, 2008. - С. 50-57.

11.Сивенков A.B., Агаев К.Э., Лебедева T.JI. Гидродинамический расчет движения двухфазных потоков в вертикальных трубах кожухотрубного струйно-инжекционного аппарата (КСИА) с рециркуляцией жидкости и дополнительным соплом над сливной трубой.// Тезисы доклада в сборнике материалов научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития технологии продуктов питания». - Воронеж, Истоки, 2008.-С. 134-137.

12.Сивенков A.B., Дугнист A.B., Новоселов А.Г. Повышение эффективности дрожжевого производства путем культивирования хлебопекарных дрожжей при высоких концентрациях биомассы. Хранение и переработка сельхозсырья, Москва 2009, № 11. - С. 47-51.

13. Сивенков A.B., Дугнист A.B., Новоселов А.Г. Гидродинамика движения двухфазных потоков в вертикальных трубах кожухотрубного-струйно-инжекционного аппарата (КСИА). Режимы работы аппарата. -Известия СПбГУНиПТ, 2009, № 3/4. - С. 58-60.

14. Сивенков, A.B., Агаев К.Э., Дугнист A.B. Гидравлические сопротивления движению двухфазных потоков в вертикальных трубах ко-жухотрубных струйно-инжекционных аппаратов (КСИА). - Известия Вузов. Пищевая технология, Краснодар, 2010, № 1. - С. 118-120.

15. Сивенков A.B., Дугнист A.B., Новоселов А.Г. К вопросу гидравлических расчетов газожидкостных аппаратов с вертикальными трубами и струйным диспергированием газовой фазы. Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: Материалы III ВНПК студентов, аспирантов и молодых ученых с Международным участием. Ч. 2. Алт.гос.техн.ун-т, БТИ, Бийск, 2010. - С. 309-311.

16. Сивенков A.B., Дугнист A.B., Новоселов А.Г. К вопросу расчета гидравлических сопротивлений при движении газожидкостных потоков в вертикальных трубах при струйном диспергировании газовой фазы. Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: Материалы III ВНПК студентов, аспирантов и молодых ученых с Международным участием. Ч. 2. Алт.гос.техн.ун-т, БТИ, Бийск, 2010.-С. 359-362.

Подписало к печати ZZQl.il Формат 60x80 1/16. Бумага писчая.

Печать офсетная. Печ. л. Ц. Тираж 5 0, экз. Заказ №36, СПбГУНиПТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9 ИИК СПбГУНиПТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова 9

Введение

Глава I. Современное состояние проблемы интенсификации массообменных процессов и выбор объекта исследований.

1.1. Общие положения

1.2. Состояние вопроса по оценке массообменных характеристик сорбционных аппаратов пищевой и микробиологической промышленности

1.3. Пути повышения производительности КСИА по газовой

1.3.1. Механизм уноса газа свободными струями жидкости.

1.3.2. Гидродинамическая обстановка в рабочем объеме

КСИА по газовой фазе

1.3.3. Постановка задачи исследований

Глава 2. Теоретическое рассмотрение гидродинамики двухфазных потоков в вертикальных трубах при струйном диспергировании газовой фазы

2.1. Вывод уравнения циркуляционного контура.

2.2. Гидравлические потери энергии в сливной трубе.

Глава 3. Экспериментальные исследования гидродинамической обстановки в КСИА проточного типа с дополнительным соплом, установленным над сливной трубой

3.1. Описание схемы экспериментальной установки

3.2. Методика проведения эксперимента по изучению гидродинамики газожидкостных потоков в трубах КСИА проточного типа с дополнительным соплом.

3.2.1. Методика проведения эксперимента по определению условий устойчивой работы аппарата.

3.2.2. Методика определения производительности КСИА по газовой фазе.

3.2.3. Методика определения коэффициента сопротивления циркуляционного контура.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований.

4.1. Гидродинамическая обстановка в опускных и подъемных трубах КСИА проточного типа с дополнительным соплом над сливной трубой

4.1.1. Структура газожидкостной смеси в опускных и подъемных трубах. Границы режимов работы КСИА.

4.1.2. Образование газожидкостной смеси в опускных трубах.

4.1.3. Структура потока газожидкостной смеси в сливных трубах КСИА

4.2. Унос газа в трубы КСИА проточного типа из основного и дополнительного сопла.

4.3. Гидравлические сопротивления циркуляционного контура.

4.4. Гидравлические сопротивления сливной трубы

4.5. Диаметр газовых пузырей в опускной и подъемных трубах

Глава V. Методика инженерных расчетов КСИА.

5.1. Предварительная обработка исходных данных для проведения гидродинамических, тепловых и массообменных расчетов

5.1.1. Расчет требуемого значения объемного коэффициента массоотдачи ведется по уравнению (1.8.)

5.1.2. Расчет максимального теплового потока от биомассы Q

5.1.3. Составление теплового баланса в ферментаторе.

5.2. Гидродинамический расчет ферментатора.

Актуальность работы. Сорбционные аппараты (абсорбционные, хе-мосорбционные и биосорбционные) получили широкое распространение в современных технологиях пищевой, химической и микробиологической отраслей промышленности. От степени интенсификации процессов тепло- и массообмена, протекающих в них, во многом зависит эффективность производства и, как следствие, его рентабельность и конкурентоспособность производимой продукции.

Для заводов по производству безалкогольных и слабоалкогольных напитков на основе воды, фруктовых соков, молочной сыворотки и их смесей одним из важнейших процессов является процесс насыщения напитков двуокисью углерода (процесс абсорбции).

В высокоинтенсивных аппаратах для проведения хемосорбционных процессов заинтересованы сахарная отрасль пищевой промышленности, химическая промышленность, предприятия, осуществляющие очистку сточных вод и углекислотные заводы.

Особое значение интенсификация биосорбционных процессов имеет для предприятий микробиологической промышленности (пивоваренных, дрожжевых и спиртовых заводов, заводов по производству пищевых органических кислот, ферментов, витаминов), технологические схемы которых о включают в себя крупнотоннажное оборудование (до 1000м ), предназначенное для аэробного и анаэробного культивирования микроорганизмов. Аэрация больших объемов культуральной жидкости дрожжевых производств до сих пор представляет одну из главных проблем в отрасли из-за больших удельных энергозатрат на проведение ферментационных процессов.

Решение этой проблемы становится возможным при внедрении современных технологических процессов и разработке, на основе теоретических и экспериментальных исследований, высокоэффективного оборудования, позволяющего их реализовать.

Интенсивность переноса тепла и массы в многофазных средах, в аппарате любой конструкции, неотъемлемо связана с гидродинамической обстановкой в его рабочем объеме. Поэтому изучение гидродинамических характеристик многофазных потоков в новых конструкциях тепло-массообменных аппаратов и, в частности, кожухотрубных струйно-инжекционных, актуально, как с точки зрения перспективы дальнейшего развития учения о гидродинамике многофазных потоков, так и в практическом аспекте для создания инженерной методики расчета новых аппаратов.

Цели и задачи исследования. Целью данной работы является интенсификация гидродинамических процессов в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах (КСИА) за счет увеличения их производительности по газовой фазе и создание научно-обоснованной методики их расчета.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- собрать, проанализировать и обобщить данные, имеющиеся в научно-технической и патентной литературе, и касающиеся изучения гидродинамики двухфазных потоков в вертикальных трубах тепло-массообменных аппаратов и обосновать выбор конструкции аппарата, которая будет являться объектом дальнейших исследований;

- разработать физические модели механизмов уноса газовой фазы свободными струями жидкости и движения газожидкостной смеси в трубах рассматриваемой конструкции аппарата и выполнить их математическое описание;

- выполнить экспериментальные исследования по определению всех неизвестных расчетных параметров, имеющих место в предложенных математических зависимостях и получить уравнения для их расчета; разработать научно-обоснованную методику расчета предложенной конструкции аппарата.

Научная новизна. Научная новизна данной диссертационной работы заключается в следующем:

1. Предложена конструкция кожухотрубного струйно-инжекционного аппарата позволяющая обеспечить повышенную его производительность по газовой фазе (патент РФ №2305464 С1).

2. Численно определены границы областей режимов работы КСИА, имеющих место в вертикальных трубах.

3. Получены уравнения для расчета уноса газа в опускные и сливные трубы для конструкции КСИА с дополнительным соплом.

4. На основе уравнений энергетического баланса и аддитивности гидравлических сопротивлений предложен и экспериментально проверен метод определения коэффициентов гидравлического сопротивления циркуляционного контура образованного системой труб в КСИА.

5. Получено уравнение для расчета максимального устойчивого диаметра пузырей в турбулентном потоке газожидкостной смеси при струйном диспергировании газовой фазы.

Практическая значимость работы.

1. На основе результатов работы создана методика расчета КСИА с повышенной подачей газовой фазы и передана Комбинату пищевых продуктов г. Санкт-Петербурга для разработки рабочих чертежей лабораторного о ферментатора рабочим объемом 0,02 м и ферментатора чистой культуры рабочим объемом 1м .

2. Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс по кафедре «Процессы и аппараты пищевых производств», что подтверждено актом внедрения (приложение).

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов СПбГУНиПТ 2004—2010 гг.; IX Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». Казань, 2008г.; научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития технологии продуктов питания». Воронеж, 2008г; 3-й Всероссийской научно-практической конференции аспирантов и молодых ученых «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности», Бийск, 2010.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Научное обоснование технических решений реализующих повышенную подачу газовой фазы в аппарат.

2. Физические и математические модели механизмов движения газожидкостных потоков в вертикальных трубах при наличии пузырькового режима.

3. Результаты экспериментальных исследований, касающиеся изучения режимов работы аппарата, уноса газа в опускные и сливные трубы, определения коэффициентов местных сопротивлений циркуляционного контура и максимально устойчивых размеров газовых пузырей в опускных и подъемных трубах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, списка использованной литературы и 2 приложений.

Основные выводы

1. С целью интенсификации гидродинамических процессов в потоке газожидкостной смеси и повышения производительности КСИА по газовой фазе предложена и запатентована новая конструкция с дополнительным соплом, установленным над сливной трубой (патент РФ №2305464 С1).

2. Выполнены комплексные теоретические и экспериментальные исследования гидродинамической обстановки, возникающей в вертикальных трубах предложенной конструкций аппарата (рис. 1.2.5).

3. Впервые определены границы характерных режимов течения газожидкостной, сильно коалесцирующей, смеси в циркуляционном контуре и получены математические зависимости (4.1^4.5) для их численного расчета в широком диапазоне диаметров сопел и труб.

4. С целью определения коэффициента сопротивления циркуляционного контура Ск:

- впервые выполнена попытка описать установившееся движение газожидкостной смеси в вертикальных трубах с позиции рассмотрения действующих, на поток, сил. Показана необходимость включения в уравнения энергетического баланса (2.9 и 2.11), Архимедовых сил, возникающих при всплытии пузырей. Получено уравнение для определения численного значения Архимедовых сил (2.20);

- впервые составлены уравнения энергетического баланса в двух сечениях циркуляционного контура (2.24) и уравнение аддитивности гидравлических сопротивлений (4.17), определены значения коэффициентов трения по длине и местных потерь, выполнено сравнение численных значений С,к, полученных по этим уравнениям. Расхождение составляет не более 21 %.

5. Получено эмпирическое уравнение (4.6) для инженерных расчетов подачи газа в КСИА различных конструкций, (представленных на рис. 1.2.1 и 1.2.5) в широком диапазоне диаметров труб и сопел. Установлено существенное влияние, на величину подачи газа в аппарат, разности давлений АР].2 в камерах 1 и 2.

6. Для условий устойчивого режима работы КСИА, для сильно коа-лесцирующей системы (воздух-вода), выполнена оценка величины максимально устойчивого среднего диаметра пузырей ¿4 для нисходящего противотока и восходящего прямотока. Показано, что для обоих потоков правомерно применение зависимости (1.31). Установлено, что коэффициент пропорциональности К, входящий в это уравнение зависит от величины объемного газосодержания фг в соответствующей трубе. Получено уравнение (4.26) для расчета К и определены пределы его применимости.

7. Впервые рассмотрена гидродинамическая обстановка в сливных трубах КСИА с дополнительным соплом. На основе экспериментальных наблюдений разработана модель структуры потока газожидкостной смеси и механизм уноса газа жидкостью в сливной трубе. Показано, что унос газа осуществляется стекающей, по стенкам трубы, пленкой жидкости и струей, движущейся по оси. Для определения суммарного расхода газа, поступающего в сливную трубу, предложено полуэмпирическое уравнение (4.12) и уточнены входящие в него поправочные коэффициенты.

8. На основе полученных зависимостей разработана методика гидродинамических и конструкционных расчетов КСИА.

1. A.c. №975043(СССР). Газлифтный абсорбер/ Ибрагимов С.Х., Иванова Т.Я., Лепилин В.Н., Новоселов А.Г., Тишин В.Б. Опубл. в БИ, № 43, 1982.

2. A.c. №1830939(СССР). Аппарат для выращивания микроорга-низмов./Анисимов С.А., Меледина Т.В., Новоселов А.Г. и др./ ДСП, 1992.

3. Анисимов С.А., Тишин В.Б. О механизме дробления пузырьков газа в турбулентном газожидкостном потоке. Интенсификация процессов пищевых производств, оборудования и его совершенствование. СПб,: СПбТИХП, 1992. С. 30-36.

4. Аткинсон Б. Биохимические реакторы: Перевод с англ. М.: Пищевая промышленность, 1979. — 280 с.

5. Виестур У.Э., Кузнецов A.M., Савенков В.В. Системы ферментации, Рига: Зинатне, 1986. 368 с.

6. Гапонов К.П. Процессы и аппараты микробиологических производств. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. — 240 с.

7. Гуляева Ю.Н. Исследование процесса культивирования хлебопекарных дрожжей при условиях высокой концентрации биомассы в кожухот-рубном струйно-инжекционном ферментаторе (КСИФ). Дисс. канд.тех.наук. СПб, 1998. - 53 с.

8. Дарков Г.В., Меледина Т.В., Тишин В.Б., Смирнова Н.В. Активация дрожжей в кожухотрубном струйно-инжекционном аппарате. Brakwell (Мир пива), 2004, № 2. - С. 55-56.

9. Дужий А.Б., Тишин В.Б. Исследование механизма уноса газа жидкими струями. Межвуз.сб.науч.тр. "Процессы, управление, машины и аппараты пищевой технологии". С-Петербург, 1998. - С. 46-49.

10. Дужий А.Б. Исследование процесса инжекции газа свободными жидкими струями в кожухотрубном струйно-инжекторном абсорбере дляпроизводства пищевых продуктов. — Дисс. канд.техн.наук. — Спб.: СПбГУ-НиПТ, 2001.-136 с.

11. Дужий А.Б., Тишин В.Б. Объяснение механизма уноса газа жидкой свободной струей на основе экспериментального исследования ее структуры. СПб.: Известия СПбГУНиПТ, 2000, № 1. - С. 127-133.

12. Двигатели внутреннего сгорания. Монографии по иностранной литературе. Т.1. ОНТИ. НКТП, СССР, 1936, Москва-Ленинград. 410 с.

13. Ермаков С.С. Интенсификация процесса сатурации в аппаратах для приготовления и порционной выдачи газированных напитков. Диссерт. к.т.н., Л., 1983.- 173 с.

14. Жукова Т.Б. Исследование и моделирование барботажных реакторов колонного типа. Итоги Науки и Техники. ВИНИТИ. Серия. Процессы и аппараты химической технологии. -М.: 1991, т.18. С. 1-100.

15. Ибрагимов С.Х. Гидродинамические характеристики струйно-инжекционных кожухотрубных сатураторов. — Дисс. . канд. техн. наук. — Л.: 1984.-119 с.

16. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям (коэффициенты местных сопротивлений и сопротивления трения). М-Л.: Гос. энергетическое изд-во, 1960. - 464 с.

17. Кашинский О.Н., Рандин В.В., Лобанов П.Д., Чимитов Т.Д. Опускное пузырьковое течение при малых расходных газосодержаниях. Теплофизика и аэромеханика, 2004, т. 11, № 4. - С. 619-624.

18. Кафаров В.В., Винаров А.Ю. Основные направления развития процессов и аппаратов в биотехнологии. В кн: Процессы и аппараты химической технологии (Итоги науки и техники). - М.: ВИНИТИ, 1986, т. 14. -С. 108-182.

19. Коган. Теоретические основы типовых процессов химической технологии: Л: Химия, 1977. — 592 с.

20. Кретов И.Т., Антипов С.Т. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности. Воронеж: Изд. гос. университ, 1997.-624 с.

21. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочник-пособие — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 367 с.

22. Лебедева Т.Я. Исследование гидродинамических характеристик кожухотрубного струйно-инжекционного аппарата (КСИА) с внутренней рециркуляцией фаз. Дисс. канд. техн. наук. СПб, СПбГУНиПТ, 2004. -151 с.

23. Лепилин В.Н., Новоселов А.Г., Тишин В.Б. и др. Массообмен и поверхность контакта фаз в кожухотрубном струйно-инжекционном абсорбере. ЖПХ, 1986, №10. - С. 2203-2208.

24. Лышевский A.C. Распыливание топлива в судовых дизелях. Л.: Судостроение, 1971. — 248 с.

25. Мальцев Л.И., Малют А.Г., Новиков Б.Г. О возможных механизмах воздействия пузырьков газа на характеристики турбулентного пограничного слоя. — Теплофизика и аэромеханика, 2006, т. 13, № 4. С. 417-424.

26. Меткин В.П. Поверхность контакта фаз в барботажных эрлифт-ных аппаратах. В кн.: Интенсификация процессов и оборудования пищевых производств. Л.: ЛТИХП, 1980. - С. 34-38.

27. Меткин В.П., Соколов В.Н. К вопросу пневмодиспергирования и коалесценции пузырьков воздуха в газожидкостных системах. В кн.: Процессы, управление, машины и аппараты пищевой технологии. Л.: ЛТИХТ, 1984.-С. 10-14.

28. Новоселов А.Г., Тишин В.Б., Сивенков A.B. Разработка и проектирование ферментационного оборудования для аэробного культивирования одноклеточных микроорганизмов: метод, указания к курсовому проекту. — СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. 76 с.

29. Новоселов А.Г., Анисимов С.А., Прохорчик И.П. О возможности выращивания хлебопекарных дрожжей в кожухотрубном струйно-инжекционном аппарате. //Машины, агрегаты, процессы и аппараты пищевой технологии. Л.:ЛТИХП, 1990. - С. 19-22.

30. Новоселов А.Г. Массообмен и поверхность контакта фаз в струй-но-инжекционных кожухотрубных сатураторах. — Дисс. . канд. техн. наук, Л., ЛТИХП, 1985.-134 с.

31. Новоселов А.Г. Интенсификация массообмена между газом и жидкостью и разработка высокоэффективных аппаратов для пищевой и микробиологической промышленности. Дисс. . докт. техн. наук. СПб, 2002. - 362 с.

32. Охотский В.Б. Погружение струи в неподвижную жидкость. -ТОХТ, 2000, т. 34, № 5. С. 4Ф-49.

33. Палагина Н.К. Технологическое руководство по расчету технологических режимов дрожжевого производства. М.: Л0 ВНИИХП, 1977. -290 с.

34. Петров H.A. Теплообмен и поверхность контакта фаз в струйно-инжекционных аппаратах пищевой и микробиологической промышленности. Автореферат диссертации к.т.н. СПб, СПбГиПТ, 2004. -16 с.

35. Петров С.И. Гидродинамика и массоперенос в газожидкостных аппаратах со струйными диспергаторами погружного типа. — Дисс. . канд. техн. наук. Л.: 1989. - 144 с.

36. Прохорчик И.П. Интенсификация процесса инжекции воздуха свободными струями жидкости в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах. Дисс. . канд. техн. наук - Л. 1989. - 125 с.

37. Прохорчик И.П., Рубин О.В., Ли И.П. Влияние формы сопла и длины свободной части жидкостной струи на ее инжектирующую способность. В кн.: Процессы, управление и аппараты пищевой технологии, Л., ЛТИХП, 1989.-С. 100-106.

38. Сивенков A.B., Лебедева Т.Я., Новоселов А.Г., Гидродинамика газожидкостных потоков в кожухотрубном струйно-инжекторных аппаратах (КСИА) I. Гидродинамика КСИА без рециркуляции фаз. М.: Вестник МАХ, 2005, №4.-С. 6-10.

39. Сивенков A.B., Лебедева Т.Я., Новоселов А.Г., Гидродинамика газожидкостных потоков в кожухотрубном струйно-инжекторных аппаратах (КСИА) 2. Гидродинамика КСИА с рециркуляцией фаз. СПб.: Известия СПбГУНиПТ, 2005, № 1. - С. 105-108.

40. Смирнов М.М., Плесовских В.А. Биохимические реакторы. -СПб, Химиздат, 1998.- 128 с.

41. Соколов В.Н., Яблокова М.А. Аппаратура микробиологической промышленности. — JL: Машиностроение, Ленингр. Отд., 1988. — 278 с.

42. Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. Л.: Машиностроение, 1976. 214 с.

43. Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем.- СПб, AHO НПО «Мир и семья», 2002. 1154 с.

44. Тепловой эффект процесса выращивания дрожжей (рекомендации) -Гос. Агропром. Комитет СССР, М., ЦНТИПиР., 1987. 7 с.

45. Тишин В.Б., Сабуров А.Г. Гидравлика. Однофазные и двухфазные потоки в пищевой инженерии: Учебное пособие. — СПб.: СПбГУНиПТ,2001.-215 с.

46. Тишин В.Б., Новоселов А.Г., Анисимов С.А. Культивирование хлебопекарных дрожжей в высококонцентрированных средах. // Машины, агрегаты, процессы и аппараты пищевой технологии. JL: ЛТИХП, 1990. -С. 22-27.

47. Тишин В.Б. Интенсификация процессов в газожидкостных пластинчатых и кожухотрубных аппаратах пищевой и микробиологической промышленности. Дисс. . докт. техн. наук. - Л.: ЛТИХП, 1988. — 314 с.

48. Тишин В.Б., Новоселов А.Г., Лебедева Т.Я., Дужий А.Б. Проблемы уноса газа свободными турбулентными жидкостными струями. Анализ экспериментальных и теоретических данных. — Известия СПбГУНи ПТ, СПб,2002, №3.-С. 80-89.

49. Тишин В.Б. Пути совершенствования абсорбционных аппаратов пищевых производств. Вестник МАХ, СПб-Москва, 1998, № 1. — С. 49-51.

50. Тишин В.Б. Гидравлика: учебное пособие СПб.: СПбГУНиПТ, 2008. - С. 50-57.

51. Трубаев В.И. Гидродинамика в жидкостно-газовых инжекторах с компактными и диспергированными струями жидкости. — Дисс. . канд. техн. наук. СПб, СПбГТИ, 2000. 135 с.

52. Тулякова Т.В. Производство хлебопекарных дрожжей в СССР и за рубежом. М., ЦНИИТЭИпищепром, серия 27, вып. 8, 1985. - 41 с.

53. Угинчус A.A. Гидравлика и гидравлические машины. — Харьков, Изд-во Харьковского ун-та, 1970. 395 с.

54. Уоллис Г.Б. Теоретические модели газожидкостных течений./ Теоретические основы, 1982, т. 104, № 3. С. 94-99.

55. Уткин Г.Е. Контрольно-измерительные приборы. ЛВВИСКУ, 1978.-250 с.

56. Федоров А.К., Тишин В.Б., Сабуров А.Г. Окислительная полимеризация растительных масел в кожухотрубном струйно-инжекционном аппарате. Масложировая пром-сть, 1996, № 5-6. - С. 4-5.

57. Яблокова М.А. Аппараты с инжектированием газа турбулентными струями жидкости. Дисс. . докт. техн. наук. - СПб, 1995. - 384 с.

58. Baird М.Н. Dropled diameter in agitated liquid-liquid system. -Chem.Eng.Sci, 1979, v. 34.-P. 1362-1368.

59. Bin A.K. Minimum air entrainment velocity of vertical plunging liquid jets. Chem.Eng.Sci., 1988, v. 43, № 2. - P. 379-389.

60. Blenke H. Loop reactors. In.: Advances in biochemical engineering. 1979, v. 13.-P. 121-214.

61. Calderbank P.H. Physical rate processes in industrial fermentation. P.2. Mass transfer coefficient in gas-liquid contacting with and without mechanical agitation. Trans. Chem.Eng., 1959, v. 37, № 3. p. 173-185.

62. Calderbank P.H. Physical rate processes in inductrial fermentation. P.l. The interfacial area in gas-liquide contacting with mechanical agitation.-Trans.Inst.Chem.Eng., 1958, v. 36. P. 443^163.

63. Chauhan A., Maldarelli C., Rumschitzki D.S., Papageorgiou D.T. An experimental investigation of the convective instability of a jet. Chem. Eng. Sci, 2003, v. 58. - P. 2421-2432.

64. Cheung C.R., Yeoh G.H., Tu J.Y. On the numerical study of isothermal vertical bubbly flow using two polulation balance approaches. Chem.Eng.Sci, 2007, v. 62, № 17. P. 4659-4674.

65. De Frate L., Rush F.E. Gas entrainment into a pool by turbulent liguid jets. Preprint 390, Symp. on selected papers - Part 2, 64th. Nat.Mt, 1969, A.I.Ch.E. New Orleans, Louisiana, March. - P. 16-20.

66. Funatsu K., Hsu Y-G., Kamogawa T. Gas holdup and gas entrainment of a plunging water jet with a constant entrainment guide. — Can. Jorn. Chem. Eng., 1988, v. 66. P. 19-28.

67. Coleman J.W., Srinivas G. Characterization of two-phase flow patterns in small diameter round and rectanqular tubes. Int.Heat and mass transfer. 1999, v. 42, № 15. P. 2869-2681.

68. Ishi M., Paranjape S.S., Kim S., Sun X. Interfacial structures and interfacial area transport in downward two-phase bubbly flow. Int.J. Multiphase Flow, 200, v. 30, № 7-8. P. 779-801.

69. Japan Society of Mechanical Engineers (JSME) Trans. ASME. J. Fluids Eng, 2004, v. 126, № 4. P. 505-706.

70. Japan Lu., Tryggvason Gretar. Effect of bubbly size in turbulent bubbly downflow in a vertical channel. Chem.Eng.Sci, 2007, v. 62, № 11. P. 3008-3018.

71. Kumagai M., Endoh K. Effects of kinematic Viscosity and surface tension on gas entrainment rate of an impinging liquid jet. J.Chem. Eng. Jap, 1981, v.15, № 6. - P. 427^133.

72. Kumagai M., Imai H. Gas entrainment characteristics of an impinging water jet. — Kagaku Rombunshu, 1982, v.8, № 1. P. 1-6.

73. Martin T., Nienow A.W., Tse K.L. Small bubbly formation via a coalescence dependent break-up mechanism. Chem.Eng.Sci, 2003, v.58, № 2. -P. 275-286.

74. Martinez-Bazan C., Montanes J., Lasheras J.C. On the breakup of air bubble injected into a fully developed turbulent flow. P. 1.Breakup freguency J. Fluid. Mech., 1999, v. 401. - P. 157-182.

75. Martinez-Bazan C., Montanes J., Lasheras J.C. On the breakup of air bubble injected into a fully developed turbulent flow. P.2. Size PDF of the resulting danghter bubbles. J. Fluid. Mech., 1999, v. 401. - P. 183-207.

76. Lewis D.A., Davidson T.F. Bubble size produced by shear and turbulence in a bubble column Chem.Eng.Sci, 1983, v. 38, № 1. - P. 161-167.

77. Lin T., Donnely H. Gas bubble entrainment by plunging laminar liquid jets. A.I.Ch.E.J., 1966, v. 12, № 3. - P. 563-571.

78. McCarthy M.J., Molloy N.A. Rewiew of stability of liquid jets and the influence of nozzle design. Chem. Eng. Journ., 1974, v. 7. — P. 1-20.

79. McKeogh E.J., Ervine D.A. Air entrainment rate and diffusion pattern of plunging liquid jets. Chem. Eng. Sei., 1981, v. 36. P. 1161-1172.

80. McKeogh E.J., Elsevy E.M. Air retained in pool by plunging water jet. Jour, Hydr.Div., 1980, № 10.-P. 1577-1593.

81. Nagel O., Kurten H., Hegner B. Design of gas/liguid reactors: Mass transfer area and input of energy //2-Phase moment, heat and masstransfer. Chemical process and Engng.Syst. Washington, 1979, v. 2. - P. 835-876.

82. Ohkawa A., Kusabaraki D., Sakai N. Effect of nozzle lenght on gas entrainment characteristics of vertical liquid jet. — J. Chem. Engng. Jap., 1985, v. 18, №2.-P. 172-174.

83. Ohkawa A., Kusabaraki D., Kawai I., Sakai N., Endoh K., Some flow charakteristics of a vertical liquid jet system having downcomers. Chem. Eng. Sei., 1986, v. 41, № 9. - P. 2347-2361.

84. Pal. R. Mechanism of turbulent drag reduction in emulsions and bubbly suspensions. Ind.Eng.Chem.Rez., 2007, v. 46. - P. 618-622.

85. Ulbrich R. Identyfikacia przeptywu dwufazowego gaz-ciecz.-opole, wyzsza szkola inzynierska w opolu, 1989. — 199 c.

86. Tomida T., Yamamoto T., Takebayashi T., Okazaki T. Correlution of data on the apparaent friction coefficients in upward two-phase flow of air-liguid mixtwes. J.Chem.Eng.Jap., 1975, v. 8, №2. P. 113-118.

87. Schuger K. Neue bioreaktoren fur aerobe prozesse. — "Chem-Ing-Techn", 1980, v.52, № 12. P. 951-965.

88. Verlaan P., Tramper J., Vant Riet K. A hydrodynamic model for an airlift-loop bioreactor with external loop. Chem.Eng.Jorn, 1986, v.33. P. B43-B53.

89. Walter J.F., Blanch H.W. Bubble break-up in gas-liquid bioreactors: break-up in turbulent flows. Chem.Eng.J., 1986, v. 32. P. B7-B17.