автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка патроструйного способа коагуляции крови убойных животных

Р1 0 'Российская академия сельскохозяйственных наук

2 7 Ю37

Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности

На правах рукописи

ГОРБУНОВА Наталия Анатольевна

эдн (637.661;[621.18:541.04?)) (043.3)

РАЗРАБОТКА ПАРОСТРУЙНОГО СПОСОБА КОАГУЛЯЦИИ

крови убойных яивотннх

Специальность 05.18.12 - процессы, мавины и агрегаты

гщевой промышленности

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте «ясной проиыиленности

Научный руководитель: член-корреспондент Российской Академии

сельскохозяйственных наук, доктор технический наук, профессор Лимонов Г.Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

йфанасов 3.3. (Московский государственный университет прикладной биотехнологии); кандидат технических наук Деханов В.П. (Государственное научно-исследовательское и конструкторское предприятие "Вибротехника")

Ведуцее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский

институт птицеперерабатываицей промышленности (ВЛИИПП)

Защита диссертации состоится " •¿¿СЬЛ. 1997 ГОда

в О) часов на заседании Специализированного совета К 020.62.01 Всероссийского научно-исследовательского института мясной промышленности (ВНШМП) по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНШ мясной промыаленности.

Яченый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, с.н.с.

й.Н.Захаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работа. Увеличение производства продуктов питания и сырья для различных отраслей промышленности в значительней степени зависит от обеспечения сельскохозяйственных животных полноценными корнани. однин иэ важнейших компонентов которых являются различные виды сухих животных корнов (СТК).

в условиях сокращения поголовья и уменьшения объемов переработки особое значение приобретает использование всех видов продуктов убоя, в тон числе крови, выход которой составляет 3-4* к хивой массе скота и являющейся резервом пенных животных белков при выработке схх. применение кровяной муки как компонента в рапионе питания селькохозяйственных животных позволяет интенсифицировать процесс их роста и развития, благоприятно влияет на воспроизводство поголовья.

В настоящее время переработка крови на кровяную нуку продолжает относится к наиболее трудоемким производствам, требует больших энергозатрат и значительных производственных плошадей. Используемое в промышленности оборудование в основном периодического действия. не соответствует современным требованиям.

Важными этапами при производстве кровяной муки являются процессы коагуляции крови и последующей сушки коагулята, совершенствование которых может быть достигнуто при использовании Физических методов обработки, в частности, применением струйного способа коагуляции и сушки коагулята в висроюшящен слое.

в связи с этим создание прогрессивной техники и технологии, позволяющих интенсифицировать производство кровяной муки и основывающихся на новейших технических решениях, представляет актуальную задачу.

пель и задачи исследований, целью работы является совершенствование процесса и разработка аппаратов для тепловой переработки крови на основе использования физических методов обработки.

Для достижения поставленной пели в диссертационной работе предусматривалось решение следующих задач:

- определение возможности использования струйного способа тепловой обработки (коагуляции) крови убойных животных и сушки в вибро-кипяшен слое отаентрифугированного коагулята крови;

- исследование влияния технологических и конструктивных факторов на процесс распиливания крови в струйном коагуляторе;

- исследование изменения термодинамических параметров потока пара по рабочему тракту коагулятора;

- исследование процесса взаимодействия потоков крови и пара в рабочей камере струйного коагулятора;

- проведение анализа эффективности процесса смешения крови и пара;

- исследование влияния технологических Факторов на эффективность

сушки частично обезвоженного коагулята крови в виброкипяшем слое;

- разработка устройства и установки для струйкой коагуляции крови непрерывного действия.

Научная новизна, разработана математическая модель процесса распиливания крови центробежной форсункой в рабочую камеру струйного коагулятора, . связывавшая основные показатели процесса: начальную температуру крови, перепад давления на форсунке и диаметр выходного сопла форсунки и определены их оптимальные значения.

Установлена физическая картина процесса распыливания крови центробежной форсункой, определено критериальное уравнение для опенки качества распыливания крови в первой Фазе дробления.

экспериментально определены значения коэффициента теплопередачи от пара к крови при струйном способе коагуляции.

Установлена зависимость между начальными параметрами крови и пара и коэффициентом инжекпии струйного коагулятора.

Научно обоснована и экспериментально подтверждена высокая степень смешения потоков крови и пара при струйной коагуляции, обеспечивавшая максимальное использование тепловой энергии.

Исследована кинетика сушки в виброкипяшем слое отиентрифугиро-ванного коагулята Крови и определены ее рациональные режимы.

Новизна выполненной работы подтверждена а. с. 1755Т64 (199?.). патентом 2022581 (1996). положительным решением о выдаче патента по заявке 95114332/13(0343446) от 24.04.96 г.

Диссертационная работа доложена на секции"Биотехнологии, процессов и аппаратов" Ученого совета вшшнпа 13 марта 1997 г.

Практическая ценность работы и реализация результатов, на основе результатов проведенных исследовании разработаны три устройства для коагуляции крови непрерывного действия, позволяющих интенсифицировать и автоматизировать процесс, снизить энерго- и материалоемкость оборудования и улучшить качество готовой продукции. Разработана установка для коагуляции и обезвоживания крови я8-<дае. внедренная и эксплуатирующаяся на Борисовском мясокомбинате РБ.

Апробация работы. Результаты работы доложены на научно-технической конференции "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной Физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пишевих производств" (Носква. 1990): е-ой Всероссийской научно-теоретической конференции "Прогрессивные экологически безопасные- технологии хранения и переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной биологической ценности" (Углич. 1996).

публикации, по результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ, в том числе получены авторское свидетельство, патент, положительное решение о выдаче патента от гч. 04. 96 г.

структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения. шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Материал'

изложен на_страницах машинописного текста, содержит ¿7 таблиц ь

32 рисунка. Список литературы включает 149 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы; сформулирована цель исследований.

в первой главе "Состояние вопроса" приведены сведения о Физико-химических свойствах крови, направляемой на производство СХК; юказаны применяемые в мясной промышленности способы и оборудова-*ие для производства кровяной муки; рассмотрен механизм явлений. 1Р0ИСХ0ДЯШХ при коагуляции крови и сушке частично обезвоженного коагулята; рассмотрено влияние режимов тепловой обработки на ка-{ественные показатели кровяной муки; определены направления интенсификации тепломассообменных процессов при переработке крови на «ровяную муку; показана целесообразность применения струйных кето-гсв для коагуляции крови и сушки коагулята в виброкипящем слое.

Работа базируется на трудах по теории и практике струйных ап-¡аратов, процессов распиливания и взаннодеяствия струй жидкостей и ■■азов Г. н. Абрамовича, А. л. витмана, м. Е. дейча, с. с. Кутателадзе. I. с. натвеенко/ Б. Я. Соколова. Д. Г. Пажи; трудах В. И. Горбатова. I И. Ивашова, А. И. Пелеева. л. с. Пожарийской. А. и. снииаря. М. Л. Файви-¡евского. посвященных вопросам переработки крови и изучения ее :войств, и работах А. С. Гинзбурга, О. П. Калиновской, в. Д. Кармазина, I. В. Лыкова, А. п. Рысина. в. с. Сажина, рассматривающих вопросы исполь-ювания виброкипящего слоя для сушки пищевых продуктов."

На основании анализа литературных данных обоснованы направле-:ия и основные задачи исследований.

во второй главе "Методика экспериментальных исследований" по-азаны обьекты исследований; описаны устройство и принципы работы кспериментального оборудования, приборы и методы исследования; редставлена методика планирования и обработки результатов иссле-ований.

Экспериментальные исследования проводили в носковеком госу-арственном авипионнон институте <НАИ), гннкп "Вибротехника".

исследования взаимодействия потоков крови и пара при коагуля-ии проводили в устройстве для струйной коагуляции крови (рис.1). абота которого осуществляется следующим образом.

кровь по кровепроводу поступает в центробежную форсунку, беспечивающую необходимый расход и диспергирование крови и Форми-ование Факела распыла. Одновременно с кровью в 'диффузор подается ар, который разделяется на два потока, один двигается по оси уст-ойства и попадает через лопаточный завихритель в рабочую камеру, ругой - в кольцевой канал между корпусом и рабочей канерой и вихется к хвостовой часта устройства, перетекая внутрь камеры че-

рез отверстия на ее соковых стенках и отверстия и щели в отражателях. и создает гидродинамически» структуру смешанного потока, обеспечивающую интенсивный энергообиен между кровью и паром, и паровую пленочную защиту стенок камеры от налипания коагулята и его последующего пригара к ним при непрерывной тепловой обработке.

при этой 95« 97 у- . пара, поступившее в аппарат, протекает через выходное сечение рабочей камеры, оставшиеся 3»5 у. - через подвижное соединение нежду камерой и корнусон коагулятора.

исследования процесса распиливания крови осуществляли на про-ливочной установке. Устройство установки позволяет проводить исследования расходных характеристик, углов факела распила, дисперсности распиливания и распределения частиц в Факеле.

Б струйной коагуляторе протекают два взаимосвязанных процесса: распыливакие крови и смешение диспергированной крови и пара (коагуляиия крови).

Эффективность процесса распиливания характеризуется размероу капель крови, а эффективность процесса коагуляции - текпературог коагулята на выходе из коагулятора.

для исследования процессов, происходящих в коагуляторе, применяли методы теории подобия, в частности анализа размерностей. I планирование эксперимента. Был выбран трех Факторный ортогональна план. В качестве.факторов выбраны: температура крови на входе 1 форсунку {тк>, перепад давления на Форсунке (др). диаметр выход ного сопла форсунки <йс>.

Исследования процесса вибрационной сушки коагулята крови про водили на вибростенде конвективной сушки, вибросявилка. входящая» состав стенда, является зарезонансной колебательной системой, ко 4

леблюпшеся части которой совершают вынужденные колебания с заданной частотой, амплитудой и углом вибрации.

в разделах экспериментальной части работы обсуждены и обобщены результаты экспериментов, приведены данные производственных испытания к выводы.

в приложении представлены копии документов, подтверждающих завершенность работы.

ОБЪЕКТЫ И НЕГОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ

Объектами исследований являлись: на этапе изучения процесса струйной коагуляции - кровь крупного рогатого скота и свиней; на этапе изучения процесса вибрационной сушки - частично обезвоженный коагулят влажностью 55* 60*.

в работе использовались следующие методы исследований: расход крови определяли путей замера ее объема в мерной емкости, заполняемой за определенное время; мелкость распиливания крови - улавливанием капель иниерсиокнои средой; скорость истечения крови по перепаду давления на форсунке; опенка интенсивности сушки - по величине напряжения по влаге рабочей поверхности сушки; содержание белка - методом Къельдаля; содержание минеральных вешеств прокаливаниен навески до постоянней массы при температуре 673-923 к в муфельной печи; содержание жкра - методом соскяета; аминокислотный состав кровяной муки - методом ионообменной хромотографии.

в процессе исследований использовали следующие приборы контроля и измерения: термозонд с термопарани ТХК-0515 и автоматическим потенциометром ксп-4; микроскоп МП-б; вискозиметр "Реотест-2"; дифференциальный ртутный манометр; нанометр прижинкый двухпозипиокный ЭКС-1У; ультратерностат марки УТ-15: трубка пито; секундомер механический сдс-1-2-000; комплект виброизнерктельный ВИ-6 с набором датчиков ду-5; шкаф сушильный электрический зиР-4; весы аналитические ВЛР-200г; механическое сито с набором сменных сит; кольцевой сборник с десятью кольцами шириной 50 мм.

Повторность опытов пятикратная. Экспериментальные данные обрабатывались с помощью методов математической статистики с использованием дисперсионного и регрессионного анализов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

экспериментальные исследования процессов, вротгекаюирк в струйном коагуляторе проведены в два этапа: первый - исследование распиливания струи крови центробежной Форсункой и второй - исследование взаимодействия в рабочей камере (камере смешения) коагулятора потоков диспергированной крови и греющего пара.

исследование процесса распиливания крови Убойных животных

Исследования истечения крови из центробежной форсунки проводили при постоянных значениях геометрической характеристики Форсунки (А*): А* = 5,0 - для тангенциальной, А*- б, о - для шнековой.

Расход крови через форсунки возрастает при повышении перепада давления на выходе из нее в связи с увеличением скорости истечения крови, являющейся функцией давления.

Установлено, что минимальное значение перепада давления, при котором начинается образование Факела распыла для тангенциальной Форсунки составляет 0.4 МПа, для шнековой - о, 3 ИПа. Полное раскрытие факела происходит соответственно при перепаде давления о, 8 и о. 7 ипа. Угол Факела распыла испытанных типов центробежных Форсунок при перепаде давления больше о.в НПа практически не изменяется и составляет для тангенциальной форсунки 99°и для форсунки со шнеком - 95°. что свидетельствует об установлении в работе обоих типов форсунок инерционного режима течения, характеризуемого в гидродинамике условием постоянства числа Эйлера (Eu = const).

Отмечено, что применение тангенциальной форсунки позволяет обеспечить больший угол факела распыла и, как следствие, меньшие размеры струйного коагулятора.

Дальнейшие исследования крови проводились с использованием тангенциальной Форсунки, так как характер изменения гидродинамических параметров истечения и распределения крови по Факелу орошения для обоих типов форсунок аналогичен при постоянных значениях производительности и размеры капель не зависят от конструкции центробежной форсунки.

Увеличение диаметра выходного сопла Форсунки вызывает повышение ее производительности; так увеличение диаметра сопла с 4хю*5до 7хЮ"5 м ведет к повышению расхода крови с 0,042 до о, 136 кг/с, при этом несколько снижается с 96 до 90° угол Факела распыла.

Повышение с 20 до 50 "с температуры подаваемой в центробежную Форсунку крови понижает ее вязкость, . что приводит к уменьшению с о,064 до о,077 кг/с расхода крови и увеличению угла Факела распыла с 95 до 98°. Подобное явление объясняется тем, что вследствие увеличения вязкости на стенке камеры закручивания возникают силы трения, вызывающие уменьшение момента количества движения. При этом уменьшается радиус воздушного вихря, увеличивается массовый расход жидкости и убывает угол Факела распыла.

зависимость расхода крови и угла Факела распыла от перепада давления, диаметра выходного сопла и температуры крови показана на

рис. 2.

Исследование распределения распыленной крови в Факеле распыла. Факел распыла крови имел круговую симметрию, поэтому характеристику плотности орошения всего Факела брали вдоль его радиуса.

б

Ю3, кг/с

100 80 60

40 20

V

'ТГ

А

А / ч

* / *

0>°

100

96

92

88 84

0 0,2 0,4 0,6 0,8 14С Р, Ша

а)

I - шкековая форсунка; 2 - тангенциальная форсунка

&"к ' Ю3, кг/с,

2,0 4,0 6,0 8,0 с

ш

20 30 в)

Рис. 2 Зависимость изменения расхода крови (Ь и угла факела расшита (сС ) от перепада давления на форсунке (а), выходного диаметра сопла (б) и начальной температура крови Св).

Результаты обработки экспериментальных данных в виде графических зависимостей, представленных на рис. 3. показывают, что распределение диспергированной крови по радиусу Факела орошения является неравномерным. Плотность орошения на оси Факела близка к нулю и с удалением от оси сначала увеличивается, а затем, достигнув своего максимального значения, вновь убывает. При увеличении величины перепада давления, уменьшении диаметра выходного сопла и понижении начальной температуры крови, вызывающей увеличение вязкости. максимумы плотности орошения приближаются к дентру Факела.

На основе анализа распределения крови по факелу орошения опре-лено направление подвода пара к потоку диспергированной крови -периферийное с разделением на два потока: первичный и вторичный. соотношение расходов пара при разделении его потока составляет Ю, £ и 69.6 '/. соответственно.

исследование влияния технологических параметров на диспер-ность распиливания крови и Физическую картину ее распиливания.

Размеры капель крови определяют интенсивность протекания теп-ломассообменных процессов при ее коагуляции.

Установлено, что подогрев крови улучшает условия ее диспергирования. Повышение температуры крови с го до 40°с приводит к уменьшению размера капель в среднем на 15 '/.. это объясняется тем, что с понижением . вязкости уменьшается толщина пограничного слоя жидкости в сопловом отверстии, вследствие сокращения потерь на трение по тракту Форсунки. На рис. 4 показано влияние вязкости крови на величину среднего диаметра капель при различных значениях перепада давления на Форсунке, а также изменение величины эффективной вязкости крови при ее подогреве.

Дисперсность крови при повышении перепада давления и уменьшении диаметра выходного сопла форсунки увеличивается, на рис. 5 показана зависимость среднего диаметра капель (<1к) от диаметра выходного сопла Форсунки <ас ) и перепада давления (дР). которая описывается уравнением вида:

1К = 1.1гтс)0'55.<лР)"°5 .(1)

Результаты обработки экспериментальных данных влияния исследуемых параметров на мелкость распиливания крови и характер ее истечения из форсунки, представлены в виде гра графический зависимостей на рис. б. Числа Вебера (Уе) и Рейнольдса (Ее), вычисленные для эквивалентного диаметрд сопла, определяют картину истечения. При этом пленочная Форма распада отделяется от. беспленочнои прямыми в координатах Уе3 и 1?еэ, (рис. ба). выше прямых наблюдается беспленочная форма распада, ниже пленочная.

Опытные данные удовлетворительно укладываются на кривую. представленную на рис. бб. уравнение которой имеет вид:

<1К/<1Э = Зб,5/ке°'58 (Е)

V 0,8

0,6 0,4

0,2

«1ц - 5,5 мы тк - 30 °С

I /А

0,8

0,6

0,4

0,2

Я,

й Р = 0,5 МПа с!^® 5,5 км

А К-

/ /

// ц \

У \

0,8

0,6 0,4

0,2

К,

им

¿Р - 0,5 МПа Т = 30 °с к

4

/ \

к п

\ №

100 200 в)

юо 200 ,Ч'ИМ и 1оо гоо

а) б)

Рис. 3 Распределение безразмерной плотности орошения (е^) по радиусу факела распыла (Ю:

а) при различных значениях перепада давления (4Р): I - 0,2 МПа; 2 - 0,5 МПа;

3-0,8 МПа;

б) при различных значениях температуры крови (Тк): I - 20°С; 2 - 30°С; 3 - 40°С;

в) при различных значениях диаметра сопла (о^): I - 4 мм; 2 - 5,5 мм; 3 - 7 мм.

к,

мм

s

о

V«*

\ьч Ко 'го гоо 80 ео

£0

о,? 0,6 0.5 О.Ч

зоо «во

гчео

зою Неэ

о/з

-X- л V« (1, 15.5 Й. " НеУ —

\ \

\

\х — к—

гоо /ооо

гооо

зоао

Рис. 6 Обобщение овданых данных: по истечению крови кз цектро-Нежной форсунки: а) границы беспленочной я пленочкой формы течения пои истечении в: I - атмосферу; 2 - среду водяного пера; б) зависимость среднего диаметра капель крови от значения числа Рейнольде»

критериальное уравнение (25 аналитически позвоояет оыеккть качество распиливания крови центробежными форсунками.

В результате математической обработки экспериментальных данных подучена регрессионная зависимость среднего диаметра капель крови (км), образующихся в пропессе ее распиливания:

- О. 52 - 0.0098Т„ ♦ 5. 134Р ♦ 0. 052<1С +

(3)

+ о, 0001тт^ - 5.оз8-др2- о.оочеа§ и определены оптимальные значения параметроз процесса распиливания:

Тк = 28. 83 С; йР = 0.51 НПа; а,

= 5,42 X 10"3М.

исследование технологических и конструктивных Факторов, влияших на эффективность работы струйного коагулятора

исследуемые Факторы должны обеспечивать максимальное значение восстановленного перепада давления смешанного парокровяного потока (дрс! и его температуру на выходе кз коагулятора не ниже 8543°с

для обеспечения устойчивой работы коагулятора необходимо, чтобы значение коэффициента ккжекдии находилось между минимальной и максимальной величинами, в качестве аналога при установлении коэффициента инжекнии принималась модель струйного подогревателя.

Получено выражение дня определения минимального значения коэффициента инжекции струйного коагулятора:

и- Ск(тЛ^')4Саа(Т3-Тн)

где сч, с„- теплоенкссть крови без учета расхода тепла на коагуляцию и на собственно коагуляцию. кДх/кг х.

i"- начальная и конечная температуры крови в коагуляторе,°с-Тн, т3- температуры, при которых начинается и заканчивается коагуляция крови, °С. а - весовая доля сухого остатка крови; г - скрытая теплота парообразования, кдж/ч; коэффициент, учитывающий потери тепла. Достижение коагулятором минимального коэффициента инжекции приводит к "срыву" его работы: рабочая камера заполняется кровью и доступ пара прекращается. Нинимальные значения коэффициента инжекции приведены в таблице 1. его максимальное значение не должно превышать о. 62 для обеспечения экономичности (по расходу пара) процесса коагуляции.

Исследование нагрева струи крови паром при коагуляции проводили термозодом на расстояниях 0,05, o.i, о, 15 и о, г м от выходного сечения кровяного сопла при скоростях истечения крови 6.54; 10,05 и 12,44 м/с. определяемых перепадом давления на Форсунке.

давление пара о. 12 НПа. Длина рабочей камеры МО мм, ее наибольший внутренний диаметр - 100 мм.

Установлено, что поперечном сечении зоны смешения наблюдается деформация профиля температур. По мере удаления от сопла осевая температура растет, а градиент температур в струе уменьшается. При истечении крови со скоростью б, 54 м/с разность температур на расстоянии о. 05 м составляет аз °С, а на расстоянии 0. 2 м - 4в°с. Процесс "сглаживания" температурных деформаций происходит быстрее с увеличением скорости истечения, так, при скорости 12,44 м/с на расстоянии о, 2 м разность температур снижается до ггвс. Анализ литературных данных показал, что уменьшение величины температурных деформаций при тепловой обработке приводит к улучшению качества готового продукта.

величина восстановленного перепада давления с увеличением температуры крови при постоянной скорости истечения уменьшается, что показано на рис. та. это объясняется, очевидно тем, что при уменьшении нагрева .сокращается количество конденсирующегося пара. Повышать температуру крови выше 30°с нецелесообразно вследствие падения восстановленного перепада давления.

влияние основного геометрического параметра струйного коагулятора (£j/f.|) на его работу проводили при использовании трех смен-нных диффузоров с площадью сечения f3 = (3.16: 7.07; 12, 5б)х ю"4 н? Диаметр выходного сопла Форсунки (4, о; 5. 5; 7,0) х io'm, образует площадь f4.

из анализа результатов исследований (рис. 76) следует, что при конструировании струйного коагулятора рекомендуются следующие значения fj/f4 при скоростях истечения крови: 6,54 м/с - 12«30; ю, 05 м/с - 20» 33; 12.44 м/с - 16*28.

Установлено, что увеличение давления греюшего пара- (давление

лР„, КПа

0,10 0,05 0

10 20 30 а)

40 Т, °С

К

др , Ша

0,10 0,05

О

3

х-*- к 2 х-

-х— I

8 16 24 32 40 48 56 64 72 80

б)

лРс, МПа 0,2Г

0,1

96

0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 рп, МПа в)

Рис. 7 Зависимость восстановленного перепада давления парокровяного потока (дрс) от:

а) начальной температуры крови (Тк);

б) основного геометрического параметра ;

в) давления пара (рп)

при скорости истечения крови: 1-6,54 м/с; 2 - 10,05 м/с; 3-12,44 м/с.

менялось от о. 1 до 0,ч жш приводит к росту его раскола неэависи-но от расхода крови, по вше «¡аз коэффициента инжекнии, тем самим, увеличен!:» энергоемкости процесса коагуляции, и снижению восстановленного перепада давления, йэ графических зависимостей <ркс. 7в> определено, что давление пара, обеспечивающее наибольшее значение восстановленного.перепада давления составляет при скоростях истечения крови: 6,54 м/с - о, 14<о. 23 ша; ю,05 м/с - о. и*о.25 кпа; 12.44 м/с - О, 16*0, 2 нпа.

таблица 1

Показателя процесса коагуляции крови при v^- 10,05 к/с

Показатели 1 Начальная температура крсзи. °с

20 30 ч9

температура парокровяного потока на выходе из рабочей камеры, °с ее 91 94

минимальное значе-коэффициента инжекции эксперимент 0.213 0.195 0,16

расчет 0.167 0.171 0,158

влажность отаентрифугированкого коагулята крови, /. 3S.02 57.43 55.87

Средняя продолжительность коагуляции. с 15 12 10

По результатам экспериментов определены значения коэффициента теплопередачи от пара к крови, при давлении пара о, 12 !!Па и изменении температуры крови с га ко 40°С и скорости истечения с б, 54 до 12.44 м/с значения коэффициента теплопередачи составляют 941.43» 1940, 74 кДж/и1-с-град; что свидетельствует о значительной интенсивности процесса теплообмена между конденсирующимся паром и кровью.

Анализ эффективности процесса смешения кровяного парового потоков в струйном коагуляторе

совершенство любого аппарата определяется значением его коэффициента полезного действия (КПД), определим КПД процесса смешения крови и пара при изобарном процессе с учетом законов сохранения вещества и количества движения.

Закон сохранения вешества:

Gt= G„* GK= GK(i * u), кг/с; !5)

где u = G„/GK - коэффициент инжекаии;

б,,. С,., Сс - расход парового, кровяного и смешанного паро-кровякого потоков, кг/с Количество движения смешанного потока:

сс„+ = бп*„+ (б)

где у>п, скорости смешанного, парового и кровяного потоков, м/с.

скорость смешанного потока из (6) с учетом (5) определяется

как: ИЫп + и1к

«с --у 1-У ■ ' м/с (7)

ц-и.

Кинетическая энергия потоков пара и крови на входе в аппарат составит:

í i

Ew = ♦ = О, 5-G^uw* ♦ w/)

кинетическая энергия смешанного потока на выходе:

(в)

Emí= CG„+ 6k) ■

V,

с _

О, 5-GK- (UWn + vK)"/{i + U>

-Itíf- ^n ' ' ~ ¿

Потеря на удар при смешении составит:

лЕ

Е0Х - Е,

8ЫХ - о, 5 + и <V„

(9)

(10)

относительную потерю на удар определим как:

Se- e/e Se - лЕ/Ejx

•КПД процесса смешения составит:

= i - Se = I -

ид-Шк/Ч)2

di)

(12)

Анализ эффективности работы струйного коагулятора с учетом опытных данных и вышеприведенных формул представлен в таблице г.

Таблица 2

Показатели эффективности процесса струйной коагуляции

скорость Расход Коэффи Скорость Потери ки- Относите- кпд про-

крови. wk. крови. циент смешанного нетической льная по- цесса

. м/с GK <кг/с инжек- потока. wt, энергии. теря на смешения

дии м/с ¿e. дж удар, ÍE X

6,54 0,092 0,87 14.45 5,128 0,238 0,762

10,05 0.132 0,606 15.56 3,568 0.137 0,663

12,44 0.166 0.482 16.41 2.478 0.077 0.923

Высокие значения КПД процесса смешения показывают, что в труйном коагуляторе достигается значительная степень смешения по-■оков крови и пара, обеспечивая интенсивный, энергообмен нежду ними ¡ри коэффициенте использования тепловой энергии режиме 97* 99

исследование процесса вибрационной сушки коагулята крови

целью исследования являлось выявить принципиальную возможность . использования вибрзвии при сушке частично обезвоженного коагулята крови и дать рекомендации по ведению данного процесса.

Сравнительные исследования сушки коагулята еа перфорированной листе в неподвижно» и виброкипящем слое показали преимущества последнего.

Основными технологическими Факторами» влияющими на эффективность сушки в вкброккпяшем слое являются расход теплоносителя, его температура, параметры вибраиии, высота слоя материала на листе.

При проведении исследований использовали сушилку с вертикально направленными колебаниями частотой 1б гц, сушильным агентом являлся горячий воздух температурой 130. 120 и юо °с.

Установлено, что расход воздуха 550« 600 куб. м/ч при скорости о.51 м/с обеспечивает устойчивый режим виброкипщего слоя на всем протяжении процесса сушки.

скорость сушки возрастает с увеличением температуры теплоносителя со юо до 130°с. при этом продолжительность сушки коагулята до влажности 9 сокращается в i. 4Т раза, а удельный расход сушильного агента уменьшается со i зо до во кг/кг исп, влаги.

Уменьшение высоты слоя продукта на перфорированном листе сушилки интенсифицирует процесс суики, однако при высоте слоя 0.02 м происходит значительный унос продукта <16-20 у.) с отходялшн воздухом. оптииалькая высота слоя коагулята - о, оз*о, 04 к, при этом с теплоносителем удаляется 4*6 ¡с частим.

Слой коагулята лучше разрыхляется с увеличением амплитуды колебаний с 0.5 х ю~3 до г, о х 10_3м. при этом повышается скорость вибротранспортирования, однако ври анплитуде колебаний г, о % ю"3 н наблюдалась неравномерность в распределении слоя по длине листа сушилки; продукт скапливался возле патрубка выгрузки, оголяя поверхность листа у патрубка загрузки. Угол откоса при этой достигал 10-15°. при снижении амплитуды до l.o х ю"3м продукт закрывал всю поверхность; перепад продукта по высоте слоя на длине одного метра не превышал <5»7)х ю~3м. обеспечивая равномерность процесса сушки.

оценка интенсивности обезвоживания коагулята в процессе вибрационной сушки проводилась по величине напряжения по влаге рабочей поверхности сушилки. На рис. е представлена зависимость средней интенсивности сушки от температуры теплоносителя, амплитуды колебаний и высоты слоя материала на листе.

в рамках исследований определяли гранулометрический состав фракций высушенного коагулята. Готовый продукт состоит из частиц размером 1.о»з. о мм. которые составляют 92-95 высушенной массы, касса циклонной фракции - 5-6 '/■ влажностью 4« 6* при размере частиц 200*400 МКМ.

1Ю

120

НО.

т 80

А»?м

(Ц05

ОМ

\0 0,5

0,03

Ц02

0,0 <

h.,M

рис. в зависимость средней интенсивности сушки от: 1 - температуры

теплоносителя; г - высоты слоя

продукта; з - амплитуды колебаний СУШИЛКИ

но

"бо во foo izo 1чо (¿о iio*m,м/мгч

Биологическая ценность и санитарное благополучие кровяной муки, выработанной с использованием установки для струйной коагуляции крови в производственных условиях Борисовского мясокомбината было выработано две партии кровяной муки: опытная, выработанная с применением установки для коагуляции крови яв-wcr. и контрольная, полученная в вакуумной горизонтальном котле квн-ч. &.

содержанке аминокислот в опытном образце муки несколько выше чей в контрольном (на з, 54 х). что можно объяснить тем. что полноценный протеин не подвергался длительной тепловой обработке.

Установлено, что перевариваемость m vitro опытного образна составила 75, sr., а перевариваемость контрольного 72. зх.

Режимы струйной коагуляции крови на установке Я8-ФКЖ обеспечивают производство кровяной муки благополучной в санитарном отношении.

Разработка и создание устройств и установки для струйной коагуляции крови На основании проведенных исследований были разработаны устройства и установка для струйной коагуляции крови Я8-ФКЖ, схема которой представлена на рис. 9.

в состав установки входят приемное устройство, насос для по--дачи крови а струйный коагулятор, струйный коагулятор, центрифуга оги-321к-05, шкаф управления.

Переработка крови на установке осуществляется следующим образом. кровь, полученная в процессе убоя, собирается в приемном устройстве. Затем насосом, который одновременно измельчает сгустки, кровь подается в струйный коагулятор, который состоит из теплообменника. корпуса, штуцера с насадкой и регулируемого сопла, в ¡коагуляторе кровь с помощью острого пара нагревается и коагулирует.

Температура коагуляции 90*95 °с. продолжительность - 12+15 сек. Из коагулятора коагулят по рукаву непрерывно подается в центрифугу, в которой разделяется на обезвоженный коагулят, который направляется на окончательное обезвоживание в вакуумный котел, и отходящую воду.

В результате производственной проверки установлены следующие показатели работы установки: производительность - 500+600 кг/ч; расход пара на 1 т. крови - 170 кг; занимаемая площадь - 30 кв. м; влажность коагулята 4а*50 г.

выводы

1. Изучено влияние режинов распиливания крови на размеры ее капель, характер распределения крови по Факелу орошения и особенности ее истечения из центробежной форсунки.

2. получено уравнение регресии. описывающее процесс распиливания крови центробежной Форсункой в зависимости от ее начальной температуру (Тк). перепада давления на Форсунке (¿Р) и диаметра выходного сопла (<1С) и определены их оптимальные значения: Тк = 28. 83°С; ДР = 0,51 НПа; <1С = 5.42 х Ю"3м.

Vcтaнoвлeнa аналитическая зависимость, определяющая качество распиливания крови центробежной форсункой вида: а,;/<39= 36,5/ке°'5?

3. На основании теоретического и экспериментального исследования взаимодействия потоков крови и пара в процессе коагуляции установлена зависимость между начальными параметрами крови и пара и коэффициентом инжедии. определены максимальное и минимальное значения коэффициента инжекции.

4. Экспериментально исследовано влияние основных параметров процессов распиливания крови и смешения потоков крови и пара на работу струйного коагулятора.

Рекомендованы значения основного геометрического параметра струйного коагулятора при различных скоростях истечения крови.

Установлено, что увеличение скорости истечения крови приводит к повышению величины восстановленного перепада давления.

5. Исследовано изменение термодинамических параметров пара по рабочему тракту коагулятора и определены направления его подвода к

потоку крови.

6. экспериментально определены значения коэффициента теплопередачи от пара к крови.

7. Теоретически и экспериментально проведен анализ эффективности процесса смешения.потоков крови и пара, определены значения потерь кинетической энергии при смешении потоков и коэффициента полезного действия процесса смешения.

8. Обоснованы преимущества вибрационной сушки частично обезвоженного коагулята крови. На основании опытных данных выработаны рекомендации по режимам вибрационной сушки: частота 16 Гц; амплитуда 1.Ох ю"3 и; высота слоя продукта на перфорированном листе сушилки 0,03 и; параметры теплоносителя - тенпература 130 °С; скорость

коагуляту

8 Ы

кровь

Рис, 9 Схема установки для коагуляции и обезвоживания технической крови Я8-2ЮГ:

I - устройство приемное; центробежная катина РЗ-АВЖ-130,— 2; 3 - струйный коагулятор; 4 - центрифуга ОГШ-321 К5; 5 - трехходовой кран; б - автоматический тзегудятор давления; 7 - паровой регулирующий клапан; 8 - вентиль

0,51 м/с: расход 550» 600 куб. м/ч.

9. Разработаны устройства для коагулянт крови, новизна которых зашишена а. с. 1755764, патентом 2062581. положительным решением о выдаче патента по заявке 95114332/15 (024336),

На базе устройства для коагуляции крови по патенту £062561 разработана установка для коагуляции и обезвоживания крови ЯЗ-ФКЖ, внедренная и эксплуатирующаяся на Борисовском мясокомбинате РБ.

по теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. /шмонов г, Е.. Горбунова н. а. . Базиков в. и. , Крылов а. и. Исследование вибрационной сушки коагулята крови/'/Сб. докл. научно-технической конференции "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной Физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации процессов пишевых производств", н. : 1990, с. 371-372

г. А. с. 1755764 (СССР) А22В5/04 устройство для коагуляции КРО-ви/Нагарра Г. Р.. Денискин Д. »., Капкан ю. в., Лимонов Г. Е.. Горбунова Н. А. - БИ Н 31, ОПУбЛ. £3.06.92.

3. лимонов г. £.. Горбунова н. А. интенсификация процесса сушки коагулята техничекоя крови в виброкипяшен слое//Труды вниинпа "Интенсификация производства и оценка качества кормов животного происхождения", К.: 1992. с. 95-102

4. линонов г. Е., Горбунова н. А., Наэаренко н. в. Термодинамические основы разработки аппарата для струйной коагуляции крови// Труды вниинпа. 1994/95, с. ю-17

5. патент 2062561 (РФ) А22В5/04 Устройство для струйной коагуляции крови/ соловьев о. в., денискин д. XX , Иванов с. в., Попов с.п., Горбунова н.А. , Линонов г.Е. - Еюл. Н 18. ОПУбЛ. 27.06.96.

6. заявка 9511433 (024338) (РФ) А22В5/04 Устройство для коагуляции/ Лимонов г. Е. , Поляков В. В. . Щеглов А. И., Горбунова н. А. . Комаров в. Д. - Положительное решение о выдаче патента от 24. 04. 96.

7. Горбунова н. а. . линонов г. Е. исследование нелкости распы-лнвания крови сельскохозяйственных животных в струйной коагуляторе// тез. докл. 2-ой Всероссийский научно-технической конференции "Прогрессивные экологически безопасные технологии хранения и переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пишевой и биологической пенности". Углич, 1-4 окт. 1996, ч. 1, с. 119

8. Горбунова Н. А., линонов Г. Е. Исследование процесса распыления крови убойных животных центробежными форсунками// труды ВНИИПН. И.: 1996. с. 61-66

9. Горбунова н. А.. Лимонов Г. Е.. Назаренко Н. в. Изменение ко-эффинента теплопередачи от пара к крови при струйной коагуляции// Тез.докл. "Теоретические и практические аспекты основных положений расчета процессов и аппаратов пишевых производств". И. : НГУПБ, 24 декабря 1996, с. 66.