shkolaput.ru 1 2

В четвертой главе проведена технико-технологическая оценка струйной криоконцентраторной установки и разработаны принципы ее проектирования. Рассмотрена возможность применения ряда холодильных агентов в качестве рабочего вещества.

Проведенными экспериментальными исследованиями струйного криоконцентратора для жидких пищевых продуктов (яблочного и виноградного соков), использующего в качестве рабочего вещества двуокись углерода, определена величина кристаллов в снежной шуге в выходном сечении аппарата (рис.15). Средневзвешенный размер кристаллов до 0,3 мм составляет 85%, а наиболее эффективное отделение концентрата с применением центрифугирования или промывки льда, содержащего сухие вещества, целесообразно осуществлять при средневзвешенных размерах кристаллов 0,3-0,35 мм. Соответственно, применение струйного эжекционного аппарата (как кристаллизатора) может быть рекомендовано как устройство для интенсивного охлаждения продукта и как устройство для массового кристаллообразования, а так же данная установка может быть использована как кристаллизатор первой ступени в 2-х и более ступенчатой кристаллизации жидких пищевых продуктов и, учитывая преимущества двуокиси углерода, необходимые при консервировании пищевых продуктов, т.е. отсутствие кислорода или малое его присутствие, замедление процессов окисления, брожения и т.д., данная технология весьма эффективно отразится на качестве обрабатываемого продукта.

Применительно к другим отраслям по переработке жидких продуктов в струйной криоконцентраторной установке (химической, фармацевтической, нефтегазовой и др.) анализ затрат показал, что применение в качестве холодильного агента фреона R600a и фреона R124 повышает эффективность обработки на 7% и 5,5% соответственно по сравнению с типовой промышленной схемой криоконцентраторной установки на базе криоконцентратора скребкового типа, работающей на тех же фреонах (рис.14).

а)

б)

2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 0



1-R744

2-R22

3-R134а

4-R600а

5-R152а

6-R290

7-R124

8-R227


б)

а)


Рис. 14. Сравнительная диаграмма затрат на обработку Рис. 15. Размер кристаллов в выходном сечении

1кг продукта а)-в установке с испарителем скребкового струйного криоконцентратора

типа б)-в установке струйного криоконцентратора а) яблочный сок, б) виноградный сок

Экспериментальные исследования показали, что в выходном сечении струйного криоконцентратора образуется трехфазный поток состоящий из пара холодильного агента, капель концентрированного жидкого продукта и снежной шуги (водного льда и концентрированного жидкого продукта). При этом концентрация сухих веществ обрабатываемого продукта в снежной шуге остается достаточно высокой и составляет 6,14 - 7,05% , при конечной концентрации сухих веществ в каплях концентрированного жидкого продукта от 13,88 до 14,48% . В связи с этим для повышения эффективности СКУ в ее схему включена центрифуга, которая позволит уменьшить унос сухих веществ со снежной шугой до 0,4 - 0,54%.

Разработана методика инженерного расчета основных элементов СКУ, в основу которой положены разработанный способ концентрирования жидких пищевых продуктов в непрерывном потоке и устройство для его осуществления.

В заключении сформулированы основные выводы по диссертационной работе в целом.

В приложениях к диссертации приведены: программа расчета математической модели поточно-струйного контактного криоконцентрирования, технические характеристики лабораторного оборудования, таблицы по расчету приведенных затрат, обозначение и основные свойства рабочих веществ, методика расчета промышленной криоконцентраторной установки, а также акты внедрения результатов работы.



3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ


  1. Разработана математическая модель процессов тепломассообмена, протекающих в струйном аппарате при поточно-контактном взаимодействии холодильного агента и продукта, отражающая особенности, связанные с движением трехфазного двухкомпонентного потока и наличием фазовых переходов.

  2. Проведенными экспериментальными исследованиями установлен среднестатистический размер гранул твердой фазы при истечении жидкой двуокиси углерода из сужающегося сопла и который составляет 85 мкм при диаметре выходного сечения от 0,5 до 1 мм при давлении жидкой двуокиси углерода перед соплом 64,3 бар.

  3. Экспериментальными исследованиями определен коэффициент расхода при истечении жидкой углекислоты в сужающемся сопле с диаметром выходного сечения 0,5; 0,75; 1,0 мм соответственно составляет 0,42; 0,38; 0,32 при давлении жидкой двуокиси углерода перед соплом 64,3 бар;

  4. Впервые получены уравнения зависимостей, определяющие режимные характеристики струйного криоконцентратора и оптимальную длину камеры смешения в пределах изменения расхода продукта Gn от 0,5 до 1,5 кг/мин, расхода рабочего вещества Gr от 0 до 3 кг/мин, температуры продукта tn от 10 до 30 °С :

-для количества вымороженной влаги W, кг/кг

W= а1 – а2 tn – а3 Gn + а4 tn2 + а5 tn Gn + а6 Gn2 ;

при Gr = 0,5 кг/мин;

-для оптимальной длины камеры смешения Loпт , мм


Loпт = b1 – b2 tn – b3 Gn – b4 tn2 + b5 tn Gn – b6 Gn2 ;

при Gr = 0,5 кг/мин;

-для расхода рабочего вещества Gr , кг/мин

Gr= c1 + c2 ∙ W + c3Gn – c4 ∙ W2 + c5 ∙ W ∙ Gn + c6 Gn2 ;

при tn = 20 °С;


  1. Проведенными численными и экспериментальными исследованиями подтверждена справедливость разработанной математической модели; при этом расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышало 15% при максимальной относительной погрешности измерений 6,5%.

  2. Составлена программа расчета режимных характеристик струйного криоконцентратора жидких продуктов, защищенная свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ.

  3. Разработаны конструкция струйного криоконцентратора жидких продуктов, способ концентрирования жидких пищевых продуктов в непрерывном потоке и технологическая линия для концентрирования жидких пищевых продуктов, защищенные патентами Российской Федерации.
  4. Применение струйного криоконцентратора в перерабатывающих отраслях пищевой промышленности (как кристаллизатора), использующего в качестве рабочего вещества двуокись углерода, может быть рекомендовано как устройство для интенсивного охлаждения продукта и как устройство для массового кристаллообразования, а также данный аппарат может быть использован как кристаллизатор первой ступени в 2-х и более ступенчатой кристаллизации жидких пищевых продуктов (фруктовых соков, виноматериалов и др.) и, учитывая преимущества двуокиси углерода, необходимые при консервировании пищевых продуктов, предлагаемый процесс весьма эффективно отразится на качестве обрабатываемого продукта.


  5. При использовании струйного криоконцентратора для обработки непищевых жидких продуктов (химическая, фармацевтическая, нефтегазовая и др. отрасли) анализ затрат показал, что применение в качестве холодильного агента фреона R600a и фреона R124 повышает эффективность обработки на 7% и 5,5% соответственно по сравнению с типовой промышленной схемой криоконцентраторной установки на базе криоконцентратора скребкового типа, работающей на тех же фреонах.

  6. Разработана инженерная методика расчета и проектирования промышленной криоконцентраторной установки, которая передана в Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Российской академии сельскохозяйственных наук для использования в проектах холодильных систем на перерабатывающих предприятиях агропромышленного комплекса Краснодарского края.

  7. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО “Кубанский государственный технологический университет”.


Основные положения и результаты диссертационного исследования опубликованы в следующих работах:

I. Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией:

  1. Лугинин М.И., Гордиенко Ю.В. Теоретический анализ процессов тепломассобмена в струйном криоконцентраторе // Известия вузов. Пищевая технология. – 2008. – № 1. – С. 76–79.

II. Статьи, опубликованные в других научных журналах и изданиях:

  1. Лугинин М.И., Гордиенко Ю.В. Струйный криоконцентратор // Тезисы докладов ХХХII научной конференции студентов, и молодых ученых вузов южного федерального округа. – Краснодар : КГУФКСТ, 2005. – С. 23–24.
  2. Лугинин М.И., Гордиенко Ю.В. Способ обработки жидких пищевых продуктов криоконцентрированием // Агропромышленный комплекс и актуальные проблемы экономики регионов: сборник тезисов докладов пятой всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых. – Майкоп : Качество, 2005. – С. 267–268.


  3. Линия для концентрирования жидких пищевых продуктов : пат. 48708 Рос. Федерация: 7 A23C 1/06, B01D 9/02 / Беззаботов Ю.С., Гордиенко Ю.В., Лугинин М.И; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО “Кубанский государственный технологический университет”. – № 2005121387/22; заявл. 07.07.05; опубл. 10.11.05, Бюл. № 31.

  4. Лугинин М.И., Гордиенко Ю.В. Установка для концентрирования жидких пищевых продуктов // Современные проблемы холодильной техники и технологии: сборник научных трудов 4-й международной научно-технической конференции. – Одесса : ОГАХ, 2005. – С. 104–105.

  5. Эжектор : пат. 56505 Рос. Федерация : МПК7 F04F 5/02, F04F 5/00 / Беззаботов Ю.С., Гордиенко Ю.В., Лугинин М.И; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО “Кубанский государственный технологический университет”. – № 2006105947/22; заявл.15.06.06; опубл.10.09.06, Бюл. № 25.

  6. Лугинин М.И. Экспериментальный стенд для исследования струйного криоконцентратора // Региональная научно - практическая конференция аспирантов, соискателей и докторантов. – Майкоп : Аякс, 2007. – С. 69–72.

  7. Способ концентрирования жидких пищевых продуктов в непрерывном потоке : пат. 2294644 Рос. Федерация : МПК7 A23C 1/06, A23L 2/12, B01D 9/04 / Касьянов Г.И., Беззаботов Ю.С., Гордиенко Ю.В., Лугинин М.И; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО “Кубанский государственный технологический университет”. – № 2005117272/13; заявл. 06.06.05; опубл. 10.03.07, Бюл. № 7.

  8. Гордиенко Ю.В., Лугинин М.И. Экспериментальное исследование размеров гранул твердой двуокиси углерода при дросселировании жидкости для процессов струйного криоконцентрирования // Вестник ДГТУ. Технические науки. – 2007. – № 9. – С. 43–47.
  9. Программа расчета режимных характеристик струйного криоконнцентратора жидких продуктов: Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008611387 / Лугинин М.И., Гордиенко Ю.В., Беззаботов Ю.С., заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО “Кубанский государственный технологический университет”. – № 2008610432; заявл. 07.02.08; опубл. 19.03.08.


  10. Беззаботов Ю.С., Гордиенко Ю.В., Лугинин М.И. Некоторые результаты исследований струйной криоконцентраторной установки работающей на СО2 и анализ качества обрабатываемого продукта //Агропромышленный комплекс и актуальные проблемы экономики регионов: сборник научных трудов XI всероссийской научно-практической конференции. – Майкоп : Аякс, 2008. – С. 144–147.

  11. Лугинин М.И., Беззаботов Ю.С. Особенности процессов тепло-массообмена в струйном криоконцентраторе // Инновационные технологии в области холодильного хранения и переработки пищевых продуктов: сборник материалов международной научно-практической конференции. – Краснодар : КНИИХП; КубГТУ, 2008. – С. 150–153.

  12. Лугинин М.И. Технико-технологическая оценка возможностей при выборе холодильного агента в качестве рабочего вещества в струйной криоконцентраторной установке // Инновационные технологии в области холодильного хранения и переработки пищевых продуктов: сборник материалов международной научно-практической конференции. – Краснодар : КНИИХП; КубГТУ, 2008. – С. 148–150.



<< предыдущая страница