автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Методологическое обоснование агрегата и процесса распылительной сушки в нестационарных аэродинамических потоках

005061907

На правах рукописи

МИХАЛЕВА Татьяна Владимировна

МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ АГРЕГАТА И ПРОЦЕССА РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКИ В НЕСТАЦИОНАРНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОТОКАХ

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (машиностроение и металлообработка)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г о "'он ¿013

Оренбург 2013

005061907

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет».

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Попов Валерий Павлович

Официальные оппоненты: Полпщук Владимир Юрьевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», заведующий кафедрой машин и аппаратов химических и пищевых производств;

Магомедов Газпбек Омаровнч,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»,

заведующий кафедрой технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Казанский национальный

исследовательский технологический университет»

Защита диссертации состоится 1 июля 2013 г. в 16:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.181.07, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный ушгеерситет», по адресу: 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, ауд. 6205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».

Автореферат разослан 30 мая 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.И. Рассоха

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Наиболее распространенным методом, применяемым для получения мелкодисперсной пищевой продукции, является воздушная сушка. Процесс сушки пищевого сырья с получением высококачественных порошков осуществляется распылительными сушилками с прямоточным, противоточным и смешанным движением сушильного агента - воздуха.

Современная тенденция развития сушильной технологии - обеспечение максимальной интенсификации процессов распылительной сушки при одновременном улучшении качества высушиваемого материала.

Недостатки существующих распылительных сушилок - большие габаритные размеры и значительные энергозатраты, ограниченная возможность оперативного влияния на протекание процесса сушки, низкая пищевая ценность получаемых продуктов. Устранение этих недостатков требует разработки и внедрения оборудования на базе новых принципов с автоматизированным управлением технологическими процессами.

Приоритетным направлением исследований в области получения высококачественных молочных порошков и сохранения их пищевой ценности является применение щадящих технологических процессов, использование в аппаратах нескольких потоков сушильного агента.

В связи с вышесказанным, является целесообразным методологическое обоснование с разработкой соответствующего математического аппарата и создание распылительных сушильных установок с организованными аэродинамическими потоками сушильного агента и систем управления ими.

Работа выполнена в рамках госбюджетных тем «Совершенствование производственных процессов в пищевой промышленности и АПК на основе био- и нанотехнологий» (№ ГБ 01200902661) и «Управление свойствами сырья, технологическими процессами в пищевой промышленности и АПК инженерными и физико-химическими методами» (№ ГБ 01990000123).

Целыо работы является снижение энергозатрат процесса распылительной сушки пищевых продуктов в мелкодисперсном состоянии, повышение качества молочных порошков.

Задачи исследования:

- разработка математической модели процесса распылительной сушки продуктов в условиях нестационарных аэродинамических режимов потоков сушильного агента;

- исследование зависимости выходных параметров технологического процесса от структурно-механических параметров высушиваемого материала с целью идентификации и верификации модели;

- теоретическое обоснование использования в технологическом процессе пониженных температур и нескольких потоков сушильного агента;

- экспериментальное исследование влияние параметров процесса сушки в нестационарных аэродинамических потоках на эффективность его протекания и на качество готового продукта;

— разработка конструкции сушильного аппарата и оценка технико-экономической эффективности его применения.

Объект исследовании - прямоточная распылительная сушилка с пневматическим распылителем.

Предмет исследования - процесс распылительной сушки мелкодисперсных продуктов, в частности, с использованием нестационарных аэродинамических потоков сушильного агента.

Научная новизна работы:

— разработана математическая модель процесса распылительной сушки продукта с учётом колебательного движения единичной частицы продукта в нестационарном аэродинамическом потоке;

— разработана методика проведения эксперимента с целью получения зависимостей переменных величин математической модели от структурно-механических параметров высушиваемого материала;

— доказана эффективность применения нестационарных аэродинамических потоков в процессе распылительной сушки;

— теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность применение пониженных температур и нескольких потоков сушильного агента для повышения качества готовой продукции и снижения энергозатрат технологического процесса сушки;

— доказано, что интенсивность влагоотдачи высушиваемых продуктов, относящихся к одной группе вязкости, одинакова;

— впервые получены оптимальные значения параметров процесса распылительной сушки в нестационарном аэродинамическом потоке сушильного агента дня жидких продуктов на молочной основе.

Достоверность представленных в работе научных выводов и рекомендаций подтверждена использованием современных апробированных методов исследования сушки распылением, апробированных вычислительных методов и программных комплексов, репрезентативными выборками экспериментальных данных и удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных и теоретических исследований.

Практическая значимость работы:

— создано устройство для распылительной сушки пищевых продуктов в нестационарных аэродинамических потоках, защищенное патентом РФ на изобретение;

— разработаны алгоритм, программное средство и методика векторной оптимизации процессов распылительной сушки;

— разработан и введен в эксплуатацию лабораторный стенд, позволяющий выполнять комплексные исследования тепломассообмена в процессах распылительной сушки.

Основные положения, выносимые на защиту:

— теоретическое и экспериментальное обоснования целесообразности совместного применения пониженных температур и нескольких потоков су-

шильного агента для повышения качества готовой продукции и энергетической эффективности процесса сушки пищевых продуктов;

- математическая модель процесса распылительной сушки продукта с учётом колебательного движения единичной частицы продукта в нестационарном аэродинамическом потоке;

- результаты экспериментальных исследований по изучению влияния нестационарных гидроаэродинамических режимов на процесс сушки и качество готового продукта;

-алгоритм разработки энерго- и материалоемких установок для распылительной сушки мелкодисперсных материалов с применением нестационарных аэродинамических потоков;

-устройство для распылительной сушилки с возможностью использования активных аэродинамических потоков, защищенное патентом РФ на изобретение.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на всероссийских научно-практических конференциях «Инновационные технологии обеспечения безопасности питания и окружающей среды» (Оренбург, 2007); «Молодежь и наука - шаг в будущее» (Оренбург, 2008, 2009); всероссийской научно-методической конференции «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике (Уфа, 2007); всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2007); международных научно-практических конференциях: «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орел, 2007), «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2008), «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные продукты» (Москва, 2008), «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы» (Оренбург, 2009); региональных конференциях молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2007, 2008, 2009, 2010); международных конференциях молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2008, 2009), международной научной конференции «Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации» (Оренбург, 2010).

Результаты исследований представлялись на научно-технических выставках и конкурсах и отмечены: выставка научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2009» (Москва, 2009) - диплом лауреата и премией Президента РФ за проект «Устройство для сушки продуктов», свидетельство о творческих успехах в создании научного проекта и активном участии; всероссийский конкурс докладов по совместной программе Минобрнауки России и Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «Студенты, аспиранты и молодые ученые - малому наукоемкому бизнесу» (Ползуновские гранты, Барнаул, 2008) - диплом победителя конкурса и премия за работу «Процесс сушки в гидроаэродинамическом

потоке»; областной конкурс в сфере науки и инноваций (Оренбург, 2009) -свидетельство «Золотая молодежь Оренбуржья».

Результаты исследования переданы в ООО «Сладкая жизнь» (г. Оренбург), на базе которого осуществлена опытно-промышленная апробация разработанной распылительной сушилки с пульсатором в производственных условиях.

Программное средство «Расчет параметров распылительной сушки в активном гидроаэродинамическом режиме» и лабораторный стенд для распылительной сушки порошков используются в учебно-исследовательской работе Оренбургского государственного университета.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 16 работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых журналах из «Перечня ...» ВАК, и патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов с описанием теоретических и экспериментальных исследований, заключения с общими выводами и рекомендациями, списка использованных источников из 255 наименований, 16 приложений. Общий объем работы составляет 161 страницы, включая 34 рисунка, 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведены обоснование актуальности темы, определены цели и задачи исследования, даны оценки практической и научной значимости работы.

В первом разделе представлены результаты теоретического исследования процессов, протекающих при сушке пищевых продуктов, описаны особенности и отличия распылительного способа получения порошков. Приведены результаты анализа известных источников и публикаций по вопросам расчета распылительных сушилок, отличительных особенностей их конструкций. Рассмотрены пути модернизации оборудования для распылительной сушки. Выявлено, что наиболее перспективным направлением развития распылительной техники является использование активных аэродинамических воздействий на процесс обезвоживания продукта.

Во втором разделе приведено описание математического аппарата для исследования процесса сушки в активном аэродинамическом режиме, процессов влагоотдачи обособленных частиц продуктов, происходящих при получении порошков распылением. В процессе распылительной сушки оценка состояния материала ведется посредством уравнений тепломассообмена и различных эмпирических зависимостей на основе измеряемых параметров сушильного агента. На основе полученных данных разработана математи-чес-кая модель, напрямую связывающая процесс потери влаги с изменением реологических свойств высушиваемого материала с учётом активного воздействия на потоки сушильного агента.

На рис. 1 приведена упрощённая схема предложенного устройства сушильной установки, включающего в себя сушильную башню, воздуховоды и пульсатор. В сушильной башне аппарата частица движется под действием возвратно-поступательного турбулентного потока воздушной смеси, создаваемого специальным пульсатором. Созданный пульсатором поток влияет на характер движения единичной частицы, делая его колебательным. Траектория движения частицы в сушильной камере включает три участка. На первом участке частица продукта попадает в сушильную камеру, а на третьем участке происходит удаление частицы из сушильной камеры. Длительность прохождения частицей этих участков весьма мала и не оказывает существенного влияния на процесс влагоотдачи (здесь и влияние пульсатора минимально вследствие большой разности скорости вылета частицы из распылительного устройства и скорости возвратно-поступательного турбулентного (поперечного) потока сушильного агента). На втором участке траектории частица попадает в поле действия пульсатора и движется со скоростью, определяемой как начальной скоростью и её направлением, так и скоростями осевого и поперечного потоков сушильного агента и направлением поперечного потока воздуха.

Частица продукта (движется вниз) под действием поперечного потока сушильного агента, подаваемого в сушильную камеру через систему воздуховодов и газораспределительных решеток от пульсатора, периодически изменяет скорость и траекторию движения (характерные точки А, В и С).

Рис. 1 - Схема движения частицы в сушильной башне под действием пульсатора

В точке А значение скорости частицы определяется суммой векторов максимальной скорости осевого (основного) потока и скорости поперечного потока (действует справа) сушильного агента и приобретает максимальное значение. При изменении направления поперечного потока воздуха на противоположное, осуществляемом переключением дроссель-клапана (далее

клапана) пульсатора, частица теряет скорость вплоть до точки В вследствие торможения частицы встречным потоком сушильного агента (действует слева), причём вектор и значение скорости частицы в точке В будут совпадать с вектором и значением скорости основного потока. Далее под воздействием поперечного потока частица разгоняется до своего максимального значения в точке С, где происходит очередное изменение направления поперечного потока сушильного агента. Вектор скорости частицы в этой точке равен абсолютному значению вектора скорости в точке А.

Для оценки изменения влажности, вязкости и плотности, скорости и массоотдачи частицы в процессе сушки и получения расчётных зависимостей разработана математическая модель, описывающая кинетические особенности и процесс массоотдачи при использовании в сушильной башне поперечного потока сушильного агента. При построении модели движения единичной капли продукта были сделаны следующие допущения: все частицы имеют шарообразную форму, скорость движения осевого (основного) потока воздуха постоянна, частицы продукта в объеме сушильной распределены равномерно.

Для учета скорости и частоты изменения направления переменного потока воздуха, которые влияют на характер движения частиц, делая его колебательным, можно воспользоваться уравнениями, характеризующими гармоническую зависимость скорости пульсаций переменного потока во времени.

Уравнение, учитывающее зависимость скорости движения частицы продукта от скорости движения и частоты изменения направления возвратно-поступательного потока сушильного агента, задаваемого пульсатором, имеет вид:

.9 = 50 sin(fmr'- а), (1)

где >90 - начальная скорость переменного потока, м/с; со - круговая частота, зависящая от количества оборотов дроссель-клапана пульсатора, с"1; х - время, с; а - угол между патрубками пульсатора.

Векторное уравнение скорости единичной капли с учетом воздействия переменного потока:

v = w+9+u, (2)

где 3 - скорость переменного потока, м/с; w - скорость газового потока, м/с; и — относительная скорость частицы, м/с.

За основу построения математической модели были взяты уравнения Ю.И. Дытнерского, базирующиеся на втором законе Ньютона. Общее дифференциальное уравнение движения частицы имеет вид: nd> dv лd1 и2

Р—— = Р~Г S + £—7~ Р~Г

6 йт 6 6 2 (3)

где р - плотность продукта, кг/м3; d - диаметр частицы, м; и - скорость частицы, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2; е - коэффициент гидродинамического сопротивления; и - относительная скорости частицы, м/с.

Решая данное уравнение методом суперпозиции, разложив на горизонтальную и вертикальную составляющую. Решение уравнений в вертикальном направлении совпадает с уравнениями Ю.И. Дытнерского. При движении частицы в горизонтальном направлении с учетом нестационарных аэродинамических потоков, скорость частицы запишется в виде:

--, (4)

("о, +Ь)ехраЬт-и()!

где а = Ре м—_ ¿, = 5.08—, къ к-, - коэффициенты пропорционально-

й Р-Рс«. л

сти, зависящие от геометрической формы капли, V - кинематический коэффициент вязкости, м2/с; рсм - плотность сухого молока, кг/м3; и0г - начальное значение скорости капли в горизонтальном направлении, м/с.

Далее были изучены массообменные процессы при распылительной сушке, происходящие в ядре потока и на поверхности частицы. Для оценки интенсивности массоотдачи сферической частицы, в соответствии с законом Фика, от всей поверхности шара через паровоздушную пленку в радиальных направлениях установится поток массы пара. Пульсатор будет оказывать влияние на процесс массообмена, уравнешге которого принимает вид:

Ж

-= Вп

с1т

0.52 , ч 0.33 Л

2+0.51 р^}

(¡С

(5)

где IV - влажность продукта; £> - коэффициент диффузии пара в воздухе; у -кинематическая вязкость, м2/с; г - радиус капли, м; С„ - концентрация пара в потоке.

При сушке удаляемая влага создает вокруг частицы паровоздушную пленку, называемую пограничным слоем. В связи с использованием колебательного потока, происходит уменьшение пограничного слоя, и пар с поверхности частицы беспрепятственно удаляется непосредственно в ядро потока.

На основе математической модели разработаны алгоритм и программное средство, позволяющее определять влажность, вязкость и плотность продукта в любой момент времени процесса, а также оптимизировать время его протекания. Программное средство позволяет также оценить возможности применения пульсатора поперечного потока сушильного агента и особенности массоотдачи частиц продукта при использовании нестационарного аэродинамического режима сушки.

В третьем разделе приведены описания методики экспериментальных исследований и результаты оценки адекватности предложенной модели процесса.

Экспериментальные исследования проводили по следующей схеме: проверка математической модели с определением основных параметров сушки; исследование изменяющихся величин математической модели; исследование применения различных режимов сушки с учетом изменения реологических

свойств продукта; определение пограничных значений переменных параметров математической модели; разработка сушильной установки с колебательными аэродинамическими потоками сушильного агента; оценка эффективности разработанной конструкции. Исследования были выполнены на лабораторном стенде - модернизированной распылительной прямоточной сушилке с управляющими системами, позволяющими контролировать и снимать данные протекающего процесса. Использовались известные методики, приборы и приспособления для определения параметров (влажности, плотности, вязкости, скорости потока, температуры, частоты вращения).

Экспериментальные исследования проводились на кафедре пищевой биотехнологии Оренбургского государственного университета. Конструкция устройства для распылительной сушки в нестационарных аэродинамических потоках представлена на рис. 2.

Рис. 2 - Распылительная сушилка с пульсатором: 1 - сушильная башня, 2 - вибросушилка, 3-4, 10 - воздуховоды, 5 - воздухогенератор, б - пульсатор, 7 - дроссель-клапан, 8 - воздухораспределительные панели, 9 - калорифер, 11 - фильтр

Разработанный лабораторный стенд для распылительной сушки (рис. 3) представляет собой сушильную камеру с прозрачными стенками, систему подвода сушильного агента сверху и по бокам камеры с возможностью изменения температуры и скорости подачи воздуха, систему фильтрации отработанного воздуха, систему распыления продукта, лоток для сбора готового продукта. В стенки сушильной башни в отверстия для отбора проб продукта на различной высоте вставлены специальные щупы.

Была проведена серия экспериментов, в которых были изучены влияния влажности и температуры на вязкость, плотность, а также закономерности

/

8

изменения их в процессе сушки. Исследованию подвергались продукты с вязкостью от 0,008 Па-с до 1,8 Г1а-с, плотностью от 1013 кг/м3 до 1220 кг/м3, влажностью 0,4-0,9. Вязкость определяли согласно стандартным методикам, далее образцы высушивали при одинаковых условиях и через равные промежутки времени определяли влажность, вязкость, температуру образцов. В результате установлено, что вязкость молочных продуктов при увеличении температуры снижается.

Рис. 3 - Лабораторный стенд:

1 - сушильная башня;

2 - пульсатор;

3 - воздухогенераторы;

4 - воздуховоды,

5 - воздухораспределительные блоки

При высушивании молочных продуктов выявлено (рис. 4), что изменение вязкости после достижения влажности 0,115-0,12 резко возрастает.

Рис. 4 - Изменение вязкоста молочных продуктов при изменении влажности (сушке) молочных продуктов

■ молоко "м"

■ витаминизированная смесь на молочной основе «Милковит»

■ сливки "Давлеканово"

■ молоко домашнее

я витаминизированная смесь на молочной основе «Малютка»

■ сливки домашние

с молоко "Оренбургское"

« концентрированное молоко "Шадринское" сливки "О ренбургские"

1000

Влажность

1500

В связи с этим, процесс разделили на два участка: изменение вязкости при влажности 0,95<\Л^<0,12 (рис. 5 а-в); изменение вязкости при 0,12<Ш<0,05 (рис. 5 г-д).

а)

u

та 30

¿20

0

1 10

ей

0

О 0,5 1 Влажность, W

в)

_ МОЛОКО

домашнее

-молоко

«М»

молоко

«Оренбургское»

б)

ИВКИ

домашние

0 0,5

Влажность^

» иенце мтрирюваим 'Шэдринское'

Д)

0,1 0,2 Влажность^

-витаминизи рованная смесь на молочной основе «Малютка»

0,5

Влажность, W

ИВКИ

«Давлеканово»

А сливки

«Оренбургское»

г;

•витамипшмроеап

0,05 0,1 0,15 Влажномть№

ОД 0,2 Влажность,W

молоко домашнее

-молоко «М»

молоко

«Оренбургское»

- сливки домашние

-сливки «Давлеканово»

сливки

«Оренбургское»

е)

Рис. 5 - Изменение вязкости молочных продуктов при влажности

Из графиков 5 а-в видно, что при уменьшении влажности продукта его вязкость увеличивается. Например, при изменении влажности от 0,9 до 0,12 вязкость молока увеличивается с 0,0018 Па-с до 50 Па-с, витаминизированной смеси на молочной основе при уменьшен™ влажности с 0,6 до 0,12 вязкость увеличится с 1,8 Па-с до 55 Па-с, сливок при изменении влажности с 0,4 до 0,12 вязкость уменьшится с 3,2 Па-с до 50 Па-с.

Из графиков 5 г-д видно, что при снижении влажности ниже 0,12 наблюдается резкое возрастание вязкости при уменьшении влажности, например, при влажности 0,10 вязкость молока - 580 Па-с, витаминизированной смеси на молочной основе - 600 Па-с, сливок - 780 Па-с, при 0,05 вязкость молока - 1200 Па-с, витаминизированной смеси на молочной основе -

1390 Па-с, сливок - 1410 Па-с. Резкое возрастание вязкости связано с изменением агрегатного состояния тела из золиобразного в гелеобразное.

В качестве параметров, влияющих на вязкость продукта, были выбраны его влажность (IV), температура (/) и исходное значение вязкости (//„„„), меняющиеся в пределах:

0.05 <№' <0,9;

40°С<(<80°С ;

0,(ШПа-с</иная<2Па-с.

По результатам эксперимента получены уравнения регрессии второго порядка, адекватно описывающие изменение вязкости от начального значения вязкости, влажности материала и его температуры.

Так как изменение вязкости в процессе сушки разделили на два участка, то уравнения, описывающие эти изменения, также отличаются:

- для 0,12 <»'" <0,9 :

А = 5,0421 - 9,8051 • .г, -1,6572 ■ х2 - 0,5760 ■ х3 +1,4577 • х, • х2 +

1 (6) +1,0416 • х1 ■ х3-0,4581-х1-х2-х3 + 4,2358-х,2 + 0,8508-х2\

- для 0,05 < Я7 < 0,12 :

цг =412,1689-675,69-л, -39,1998-х2 + 23,7212-х3 +23,2083-^-х2 ^

+244,7656 • х? +54,4299-х22 +24,3058-х2.

При нахождении уравнения регрессии для определения зависимости плотности при начальной плотности продукта (рнт ), температуре и влажности исследовали продукты, параметры которых находятся в следующих пределах:

0,05 < <0,9;

40°С < / < 80°С ;

1010кг!мъ < рнач <1035кг I м\

Получено уравнение регрессии для определения плотности при известной начальной плотности продукта, температуре и влажности:

р = 1323,168 -195,034 • х, -12,8936 • х2 - 46,5337 • х2 - 21,9379 • х2 -

, (8)

-11,5580-х2.

Приведенные уравнения описывают изменения вязкости и плотности молочных продуктов при сушке в заданных условиях. Использование данных этих уравнений позволяет определять такие параметры сушки, как время высушивания, влажность в любой момент времени.

Для перевода в натуральную величину хьх2, х3, х4 приведены уравнения: х, =2,3529»'-1,1176; х2 =0,05/-2; х, =-0,079/^, +0,9212;

х4 = -0,054ртч + 6,4997. (9)

При верификации математической модели анализировали зависимости (рис. 6), полученные экспериментальным путем. Сравнивая экспериментальные данные с результатами моделирования, можно сделать вывод, что опытные значения кривых сушки отличаются от расчетных в каждой точке не более, чем на 5-7 %, что удовлетворяет требуемой точности моделирования.

о :................................................................................................................................

О 5 10 15

Время, т

Рис. 6 - Изменение влажности молока при температуре 80°С, 60°С, 40°С, частоте вращения пульсатора 100 об/мин, отношения скоростей потока 0,01 (1а, 16 - сушка при 1=40 °С; 2а, 26 - при 1=60 °С; За, 36 - при 1=80 °С)

Таким образом, теоретические расчеты подтверждаются экспериментальными данными, и можно сказать, что верификация проведена успешно, а математическая модель достаточно хорошо описывает реальный процесс сушки.

В четвертом разделе приведены экспериментальные данные по определению воздействия параметров процесса сушки распылением в колебательном аэродинамическом потоке на его скорость и на качество получаемого продукта.

Были выбраны девять молочных продуктов, отличающихся структурно-механическими и физико-химическими свойствами. С учетом того, что все остальные молочные продукты имеют свойства, аналогичные свойствам выше выбранных продуктов.

Проведенные испытания показали, что интенсивность влагоотдачи наиболее хорошо коррелирует с изменением вязкости продукта. В результате все рассмотренные продукты можно разделить в зависимости от вязкости (при одинаковой влажности) на три группы:

I группа - низковязкие продукты - молоко «Кошкинское», концентрированное молоко «Шадринское», сливки «Давлеканово»;

II группа - средневязкие продукты - молоко «М»; концентрированная витаминизированная смесь на молочной основе «Малютка», сливки «Оренбургские»;

III группа - высоковязкие продукты - сливки домашние, молоко домашнее, концентрированная витамшшзированная смесь на молочной основе «Милковит».

Установлено, что скорость сушки продуктов, относящиеся к одной и той же группе, одинакова.

Для анализа процесса распылительной сушки с использованием колебательных аэродинамических потоков была проведена серия экспериментов, в ходе которых изучали влияние частоты вращения дроссель-клапана, отношение скоростей поперечного и основного потоков на скорость сушки молочных продуктов и качество готового продукта.

При графоаналитическом анализе процесса сушки с использованием колебательных аэродинамических потоков весь процесс можно разделить на три этапа.

Время первого и третьего этапа сушки продукта (описанные выше) крайне ограничено и не оказывает влияния на дальнейший процесс.

На втором этапе продукт попадает в активное поле, создаваемое дроссель-клапаном пульсатора. Частица начинает двигаться по криволинейной траектории, подвергается воздействию сушильного агента с нескольких сторон, и процесс сушки идет быстрее.

Выяапено, что наиболее интенсивно процесс сушки для большинства категорий продуктов идет при повышенной температуре и наибольшей частоте вращения дроссель-клапана. Однако замечено, что низковязкие продукты при больших частотах вращения дроссель-ьслапана (125-150 с"1) слипаются и на выходе получаются большими комками, что недопустимо. При сушке более вязкого продукта сушка идет наиболее хорошо при больших скоростях поперечного потока (1,3-1,5 м/с). Следует отметить, что увеличение частоты вращения дроссель-клапана пульсатора увеличивает частоту колебания частицы, и процесс сушки высоковязкого продукта идет более быстро. Отношение скоростей поперечного и основного потока сушильного агента во всех случаях не оказывает большого влияния на скорость сушки, однако влияет на агломерационный состав порошка.

В результате экспериментов установлено, что наиболее быстро процесс сушки продуктов идет при частоте до 150 с"1, увеличение частоты вращения клапана от 150 до 250 с"1 не оказывает существенного влияния на процесс, более 250 с"1 приводит к понижению качества готового продукта, т.е. частицы слипаются и не просушиваются до требуемой влажности.

Для оценки качества молочных продуктов на основе требований ГОСТов, технических условий и другой нормативно-технической документации были разработаны комплексные показатели качества, включающие в себя оценку органолептических, физико-химических свойств и пищевую ценность готовых порошков. По уравнениям регрессии, полученным путем графического анализа диаграмм, построенным по экспериментальным данным, обработанным на основе композиционного ортогонального плана полного факторного эксперимента 23 были построены поверхности отклика. В результате анализа

поверхностей отклика органолептических и физико-химических показателей, пищевой ценности и продолжительности сушки от температуры сушильного агента, частоты вращения дроссель-клапана пульсатора при заданных скоростях основного и поперечного потоков были получены оптимальные параметры процесса сушки (таблица).

Таблица - Оптимальные параметры для высоковязких, низковязких, средневязких продуктов

Группа продуктов Температура, °С Скорость поперечного потока, м/с Частота вращения клапана, с"1 Время сушки, с

Высоковязкие продукты 62-66°С 1,3 10-30 8

Средневязкие продукты 58-61°С 1 85-95 7,5

Низковязкие продукты 59-60°С 1 90-100 6

■ Соблюдение оптимальных параметров процесса распылительной сушки обеспечивает получение наилучшего качества продуктов всех групп.

Для оценки эффективности полученных оптимальных режимов были проведены промышленные испытания, при которых проводили сравнительный анализ процесса сушки и качества получаемого продукта с использованием предлагаемых и традиционных режимов сушки и оборудования. По результатам испытаний сделаны выводы, что получение порошка с заданными качествами при высушивании при температуре ниже 80°С без использования пульсатора невозможно, при сушке же с пульсатором за счет уменьшения пограничного слоя и интенсивной турбулизации потока продукт высушивается до параметров ГОСТа. В результате пищевая ценность увеличилась на 6-8%, органолептические показатели - на 5%, энергозатраты на производство тонны порошка снизились - на 2,6 %.

В пятом разделе приведен технический и экономический расчет. Технический расчет распылительной сушилки с пульсатором в качестве дополнительного показал, что основные размеры сушильной камеры при использовании пульсатора уменьшаются на 15%, расход воздуха увеличивается на 24%, температура сушильного агента снижается до 40-80 °С. Произведенный энергетический расчет показал, что КПД сушилки с использованием колебательных аэродинамических режимов увеличился на 6%. Рентабельность продукции увеличилась на 6,6 %, срок окупаемости составил 1,26 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе разработанной математической модели кинетики процесса распылительной сушки в нестационарном аэродинамическом потоке, массо-обмена и созданного на ее основе программного средства, проведена модернизация прямоточной распылительной сушилки и оптимизированы технологические параметры.

2. Использование полученных регрессионных зависимостей вязкости и плотности продуктов на молочной основе от начальной вязкости и плотности, влажности и температуры продукта для верификации и идентификации позволят оптимизировать процесс распылительной сушки.

3. Теоретически обоснованное и практически подтвержденное использование в технологическом процессе пониженных температур и нестационарного аэродинамического потока при распылительной сушке позволяет сократить время сушки, энергоемкость процесса и повысить пищевую ценность готового продукта.

4. Выявленные оптимальные сочетания частоты вращения клапана пульсатора, скорости поперечного потока и температуры сушильного агента позволяют производить процесс сушки в энергосберегающем режиме с получением высококачественного продукта.

На основании проведенной классификации пищевых продуктов выявлены особенности протекания процесса сушки различных групп продуктов в зависимости от применяемых технологических режимов.

Оптимальным, с точки зрения получения наилучшего качества продуктов на молочной основе, являются параметры процесса сушки: для высоковязких продуктов - температура 62-66°С, скорость поперечного потока 1,3 м/с, частота вращения дроссель-клапана 10-30 с"1; для средневязких продуктов -58-61°С, 1м/с, 85-95 с"1; для низковязких продуктов - 59-60°С, 1м/с, 90-100 с".

5. Разработано устройство для сушки продуктов (пат. № 2332142), которое делает возможным осуществление процесса в колебательном аэродинамическом потоке, интенсифицирует массообмен.

Проведенные производственные испытания подтверждают возможность использования предложенных технических решений, которые повышают производительность распылительной сушилки на 6 %, снижают энергозатраты на производство тонны порошка на 2,6 %, повышают пищевую ценность готового продукта на 8 %, увеличивают прибыль на 12 %.

Список публикаций по теме диссертации:

В журналах из «Перечня ...» ВАК:

1. Михалева, Т.В. Движение частиц при распылительной сушке молока/ Т.В. Михалева, В.П. Попов // Молочная промышленность - 2010 - № 4 -С. 75-77.

2. Михалева, Т.В. АСУТП как фактор повышения качества выпускаемой продукции / Т.В. Михалева, В.П. Попов// Вестник Оренбургского государственного университета. - 2006. - № 13. - С. 92-93.

3. Михалева, Т.В. Анализ процесса массообмена при распылительной сушке пищевых продуктов в переменном потоке /Т.В. Михалева // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2012. -№ 10. - С. 161-163.

Патент РФ на изобретение:

4. Пат. 2332142 Россия, МПК7 А23 L 3/46. Устройство для сушки продуктов/Михалева Т.В., Попов В.П., Коротков В.Г. - № 2006125281/13; Заяв 13.07.2006; Опубл. 27.08.2008. -Бюл. № 24.

В прочих изданиях:

5. Михалева, Т.В. Сушка мелкодисперсного сырья с элементами автоматизированного управления / Т.В. Михалева, В.П. Попов // Пищевые технологии: сборник тезисов VIII всероссийской конференции молодых ученых с международным участием. - Казань: Изд-во «Отечество», 2007. - С. 135-136.

6. Михалева, Т.В. Возможности внедрения автоматизированных систем управления в процесс сушки / Т.В. Михалева, В.П. Попов // Инновационные технологии обеспечения безопасности питания и окружающей среды: сборник материалов всероссийской научно-практической конференции. - Оренбург: ВТУ, 2007. - С. 286-288.

7. Михалева, Т.В. Автоматизация технологических процессов / Т.В. Михалева, В.П. Попов// Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике: сборник материалов всероссийской научно-методической конференции. - Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2007. - С. 161-164.

8. Михалева, Т.В. Сушка как фактор влияния на качество продукта / Т.В. Михалева, В.П. Попов // Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг: сборник материалов IV международной научно-практической конференции. - Орел: ОрелГТУ, 2007. - С. 49-50.

9. Михалева, Т.В. Интенсификация процесса сушки молока / Т.В. Михалева // Сборник трудов V международной научно-практической конференции/ РАСХН. Сибирское отделение. - Новосибирск: ГНУ СибНИПТИП, 2008.-С. 61-62.

10. Михалева, Т.В. Возможности модернизации распылительных сушилок / Т.В. Михалева, В.П.Попов // Пищевые технологии и биотехнологии: сборник тезисов докладов IX международной конференции молодых ученых. - Казань: Изд-во «Отечество», 2008. - С. 105.

11. Михалева, Т.В. Применение пульсатора для сушки мелкодисперсных продуктов функционального назначения / Т.В. Михалева, В.П. Попов // Технология и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продук-

ты: сборник материалов VI международной научно-практической конференции. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2008. - С. 3 1-36.

12. Михалева, Т.В. Особенности протекания процессов сушки в пограничном слое / Т.В. Михалева, В.П. Попов // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2008. — № 82. - С. 218.

13. Михалева, Т.В. Особенности применения распылительной сушки для консервирования детских продуктов на молочной основе / Т.В. Михалева // Молодежь и наука - шаг в будущее: сборник трудов областной научно-практической конференции. - Оренбург: ОГИМ, 2009. - С. 183-185.

14. Михалева, Т.В. К вопросу о формировании пограничного слоя при сушке распылением /Т.В. Михалева // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2009. - № 2. - С. 201.

15. Михалева, Т.В. К вопросу сушки пектина полученного кислотно-кавитационным способом / 'Г.В. Михалева, A.B. Быков, В.М. Тыщенко // Основы государственной политики в области создания продуктов здорового питания: технологические аспекты: сборник материалов «круглого стола». - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2010. - С. 101-103.

16. Михалева, Т.В. Особенности определения параметров распылительной сушки / Т.В. Михалева, Т.М. Крахмалева // Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации: сборник материалов международной научной конференции, 2011. - Электронное издание.

Подписано в печать 29.05.2013 г. Формат 60х84'/16. Бумага писчая. Цена свободная. Усл. печ. листов 1,0. Тираж 100. Заказ 129.

ООО ИПК «Университет» 460007, г. Оренбург, ул. М. Джалиля, 6. E-mail: ipk_universitet@mail.ru Тел./факс: (3532) 90-00-26

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

042013595 55

Михалева Татьяна Владимировна

рукописи

МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ АГРЕГАТА И ПРОЦЕССА РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКИ В НЕСТАЦИОНАРНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОТОКАХ

Специальность: 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (машиностроение и металлообработка)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель — Попов В.П., доцент, кандидат технических наук

Оренбург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.............................................................................................................4

1 Состояние вопроса.......................................................................................9

1.1 Состояние изученности процесса распылительной сушки.....................9

1.2 Особенности сушки распылением и конструкций распылительных сушилок............................................................................................................16

1.3 Пути интенсификации процесса сушки за счет использования нестационарных аэродинамических потоков...............................................32

1.4 Обобщение данных о влиянии процесса распылительной сушки на физико-химические свойства и состав готового продукта.........................35

Выводы по первой части.................................................................................38

2 Математическая модель процесса распылительной сушки.....................40

2.1 Анализ движения капли под воздействием колебания потока.............40

2.2 Математическое моделирование массообменных процессов с учетом нестационарных аэродинамических потоков...............................................54

Выводы и результаты исследования по второму разделу...........................58

3 Методики проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных..............................................................................................................60

3.1 Экспериментальная установка, приборы и оборудование, применяемые при исследованиях...........................................................................................61

3.2 Объект исследования................................................................................64

3.3 Методики проведения экспериментальных исследований...................64

3.3.1 Определение параметров входящих в математическую модель.......65

3.3.2 Методики определения влажности, температуры продукта и сушильного агента...........................................................................................67

3.4 Экспериментальные исследования процесса распылительной сушки 68

3.4.1 Ход экспериментальных исследований...............................................68

3.4.2 Исследования изменения параметров, входящих в математическую модель...............................................................................................................69

3.4.3 Верификация математической модели.................................................80

Выводы и результаты исследований по третьему разделу.........................83

4 Экспериментальное исследование воздействия параметров процесса сушки распылением на эффективность его протекания и на качество готового продукта............................................................................................84

4.1 Влияния изменения вязкости и влажности на процесс сушки.............84

4.2 Анализ процесса распылительной сушки в нестационарном аэродинамическом потоке..............................................................................87

4.3 Определение показателей качества молочных продуктов....................90

4.4 Процесс распылительной сушки при оптимальных режимах..............99

Выводы и результаты исследований по четвертому разделу...................100

5 Совершенствование конструкции распылительной сушилки с пульсатором...................................................................................................102

5.1 Модернизация распылительной сушилки.............................................102

5.2 Экономический расчет............................................................................104

Выводы и результаты исследований по пятому разделу..........................107

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ........................................................................................109

Список используемых символов..................................................................111

Список использованных источников..........................................................113

Приложение А...........^....................................................................................135

Приложение Б................................................................................................140

Приложение В................................................................................................145

Приложение Г................................................................................................150

Приложение Д................................................................................................152

Приложение Д1..............................................................................................154

Приложение Д2..............................................................................................155

Приложение Е................................................................................................156

Приложение El..............................................................................................157

Приложение Е2..............................................................................................158

Приложение Ж...............................................................................................159

Приложение Ж1.............................................................................................160

Приложение Ж2.............................................................................................161

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Наиболее распространенным методом, применяемым для получения мелкодисперсной пищевой продукции, является воздушная сушка. Процесс сушки пищевого сырья с получением высококачественных порошков осуществляется распылительными сушилками с прямоточным, противоточным и смешанным движением сушильного агента - воздуха.

Современная тенденция развития сушильной технологии - обеспечение максимальной интенсификации процессов распылительной сушки при одновременном улучшении качества высушиваемого материала.

Недостатки существующих распылительных сушилок - большие габаритные размеры и значительные энергозатраты, ограниченная возможность оперативного влияния на протекание процесса сушки, низкая пищевая ценность получаемых продуктов. Устранение этих недостатков требует разработки и внедрения оборудования на базе новых принципов с автоматизированным управлением технологическими процессами.

Приоритетным направлением исследований в области получения высококачественных молочных порошков и сохранения их пищевой ценности является применение щадящих технологических процессов, использование в аппаратах нескольких потоков сушильного агента.

В связи с вышесказанным, является целесообразным методологическое обоснование с разработкой соответствующего математического аппарата и создание распылительных сушильных установок с организованными аэродинамическими потоками сушильного агента и систем управления ими.

Работа выполнена в рамках госбюджетных тем «Совершенствование производственных процессов в пищевой промышленности и АПК на основе био-и нанотехнологий» (№ ГБ 01200902661) и «Управление свойствами сырья, технологическими процессами в пищевой промышленности и АПК инженерными и физико-химическими методами» (№ ГБ 01990000123).

Целыо работы является снижение энергозатрат процесса распылительной

сушки пищевых продуктов в мелкодисперсном состоянии, повышение качества молочных порошков.

Задачи исследования:

- разработка математической модели процесса распылительной сушки продуктов в условиях нестационарных аэродинамических режимов потоков сушильного агента;

- исследование зависимости выходных параметров технологического процесса от структурно-механических параметров высушиваемого материала с целью идентификации и верификации модели;

- теоретическое обоснование использования в технологическом процессе пониженных температур и нескольких потоков сушильного агента;

- экспериментальное исследование влияние параметров процесса сушки в нестационарных аэродинамических потоках на эффективность его протекания и на качество готового продукта;

- разработка конструкции сушильного аппарата и оценка технико-экономической эффективности его применения.

Объект исследований - прямоточная распылительная сушилка с пневматическим распылителем.

Предмет исследования - процесс распылительной сушки мелкодисперсных продуктов, в частности, с использованием нестационарных аэродинамических потоков сушильного агента.

Научная новизна работы:

- разработана математическая модель процесса распылительной сушки продукта с учётом колебательного движения единичной частицы продукта в нестационарном аэродинамическом потоке;

- разработана методика проведения эксперимента с целью получения зависимостей переменных величин математической модели от структурно-механических параметров высушиваемого материала;

- доказана эффективность применения нестационарных аэродинамических потоков в процессе распылительной сушки;

теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность применение пониженных температур и нескольких потоков сушильного агента для повышения качества готовой продукции и снижения энергозатрат технологического процесса сушки;

- доказано, что интенсивность влагоотдачи высушиваемых продуктов, относящихся к одной группе вязкости, одинакова;

впервые получены оптимальные значения параметров процесса распылительной сушки в нестационарном аэродинамическом потоке сушильного агента для жидких продуктов на молочной основе.

Достоверность представленных в работе научных выводов и рекомендаций подтверждена использованием современных апробированных методов исследования сушки распылением, апробированных вычислительных методов и программных комплексов, репрезентативными выборками экспериментальных данных и удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных и теоретических исследований.

Практическая значимость работы:

- создано устройство для распылительной сушки пищевых продуктов в нестационарных аэродинамических потоках, защищенное патентом РФ на изобретение;

- разработаны алгоритм, программное средство и методика векторной оптимизации процессов распылительной сушки;

- разработан и введен в эксплуатацию лабораторный стенд, позволяющий выполнять комплексные исследования тепломассообмена в процессах распылительной сушки.

Основные положения, выносимые на защиту:

- теоретическое и экспериментальное обоснования целесообразности совместного применения пониженных температур и нескольких потоков сушильного агента для повышения качества готовой продукции и энергетической эффективности процесса сушки пищевых продуктов;

- математическая модель процесса распылительной сушки продукта с

учётом колебательного движения единичной частицы продукта в нестационарном аэродинамическом потоке;

- результаты экспериментальных исследований по изучению влияния нестационарных гидроаэродинамических режимов на процесс сушки и качество готового продукта;

-алгоритм разработки энерго- и материалоемких установок для распылительной сушки мелкодисперсных материалов с применением нестационарных аэродинамических потоков;

- устройство для распылительной сушилки с возможностью использования активных аэродинамических потоков, защищенное патентом РФ на изобретение.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на всероссийских научно-практических конференциях «Инновационные технологии обеспечения безопасности питания и окружающей среды» (Оренбург, 2007); «Молодежь и наука - шаг в будущее» (Оренбург, 2008, 2009); всероссийской научно-методической конференции «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике (Уфа, 2007); всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2007); международных научно-практических конференциях: «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орел, 2007), «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2008), «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные продукты» (Москва, 2008), «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы» (Оренбург, 2009); региональных конференциях молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2007, 2008, 2009, 2010); международных конференциях молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2008, 2009), международной научной конференции «Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации» (Оренбург, 2010).

Результаты исследований представлялись на научно-технических выставках

и конкурсах и отмечены: выставка научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2009» (Москва, 2009) - диплом лауреата и премией Президента РФ за проект «Устройство для сушки продуктов», свидетельство о творческих успехах в создании научного проекта и активном участии; всероссийский конкурс докладов по совместной программе Минобрнауки России и Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «Студенты, аспиранты и молодые ученые - малому наукоемкому бизнесу» (Ползуновские гранты, Барнаул, 2008) - диплом победителя конкурса и премия за работу «Процесс сушки в гидроаэродинамическом потоке»; областной конкурс в сфере науки и инноваций (Оренбург, 2009) - свидетельство «Золотая молодежь Оренбуржья».

Результаты исследования переданы в ООО «Сладкая жизнь» (г. Оренбург), на базе которого осуществлена опытно-промышленная апробация разработанной распылительной сушилки с пульсатором в производственных условиях.

Программное средство «Расчет параметров распылительной сушки в активном гидроаэродинамическом режиме» и лабораторный стенд для распылительной сушки порошков используются в учебно-исследовательской работе Оренбургского государственного университета.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 16 работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых журналах из «Перечня ...» ВАК, и патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов с описанием теоретических и экспериментальных исследований, заключения с общими выводами и рекомендациями, списка использованных источников из 255 наименований, 16 приложений. Общий объем работы составляет 161 страницы, включая 34 рисунка, 7 таблиц.

1 Состояние вопроса 1.1 Состояние изученности процесса распылительной сушки

С целью удлинения сроков хранения продуктов используются различные технологические приемы, условно объединенные в группу "консервирования". Наиболее часто для «консервирования» растворов и суспензий используют сушку - термический процесс удаления из твердых материалов или растворов содержащейся в них влаги путем ее испарения. Этим сушка отличается от других методов удаления влаги, например путем поглощения, ее химическими реагентами или механического отделения. Основной задачей сушки является увеличение сроков хранения готового продукта, снижение объема.

В пищевой, химической и других отраслях промышленности сушка - одна из сложнейших стадий процесса производства, от которой зависит качество готового продукта.

Изделия или материалы приходится сушить в зависимости от их назначений для разных целей. Ряд материалов подвергается сушке для уменьшения их веса и тем самым удешевления транспортировки, изменения физических свойств (например, уменьшения теплопроводности). Для придания материалам тех или иных качеств используют различные технологии и способы сушки: конвективная, радиационная, сублимационная, токами высокой частоты и другие [25,73,103]. В настоящее время мелкодисперсные пищевые продукты получают путем конвективной сушки. По разработке данного способа выполнено большое количество научно-исследовательских и экспериментально-конструкторских работ [52-56, 59, 103, 215-220, 247].

Теория сушки создавалась на базе фундаментальных аналитических и экспериментальных исследований. Современные исследования различных процессов, в том числе таких, как сушка, выпечка, увлажнение, производятся двумя методами: молекулярно-кинетическим и термодинамическим. Первый метод позволил разработать стройную теорию тепло- и массопереиоса во влажных коллоидных капиллярно-пористых телах при наличии и образовании в

них фазовых превращений. Эта теория вскрывает молекулярную природу и механизм явлений, обусловливающие кинетику их протекания.

Второй метод основан на известных законах классической термодинамики; при помощи этого метода изучаются конечные энергетические действия движущих сил, а молекулярная структура вещества и механизм процесса по существу не рассматриваются.

Развитие теории сушки происходило одновременно с созданием термодинамики необратимых (неравновесных) процессов.

Термодинамику необратимых процессов считают теплофизической основой теории сушки [98]: она позволяет дать математическое описание процессов тепло-и массопереноса и рассматривать их «с точки зрения локального равновесия достаточно малых элементов системы», т. е. дает возможность увязать классический термодинамический метод с кинетикой явлений. В термодинамике необратимых процессов неравновесность системы характеризуется скоростью изменения энтропии во времени. Однако ограничить исследование процессов переноса применением термодинамического метода нельзя,— необходимо глубокое �