CC BY
37
ВЫВОДЫ
1. Различные процессы пищевой промышленности обладают общностью, заключающейся в необходимости использования гидромеханического процесса осаждения твердых (жидких) частиц в жидкой (газовой) среде для получения более чистых материалов.
2. Для нестационарных условий и при движении твердых частиц в жидкости близкой плотности выбрана формула Буссинеска для силы сопротивления движущемуся в жидкости телу.
3. Преобразованное интегро-дифференциальное уравнение решено методами математической физики. Полученное аналитическое решение является математической моделью одного из процессов разделения двухфазных систем и может быть, в частности, использовано для инженерных расчетов механической очистки сырья при производстве кондитерского крема и первичной очистки нерафинированных растительных масел.
ЛИТЕРАТУРА
1. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химическойтехнологии. - Л.: Химия, 1982. - 288 с.
2. Кук Г.А. Процессы и аппараты молочной промышленности. - М.: Пищевая пром-сть, 1973. - 768 с.
3. Вороненко Б.А., Марков В.Н., Кунилова Т.М. Аппаратурное оформление процесса первичной очистки растительных масел // Теория и практика разработки ресурсосберегающего пищевого оборудования: Межвуз. сб. науч. тр. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2006. -С. 51-56.
4. Лурье А.И. Операционное исчисление и его приложение к задачам механики. - М.-Л.: Гостехиздат, 1950. - 432 с.
5. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - 7-е изд. - М.: Дрофа, 2003. - 840 с.
6. Протодьяконов И.О., Чесноков Ю.Г. Гидромеханические основы процессовхимическойтехнологии. - Л.: Химия, 1987. -360 с.
7. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. -М.: Гостехиздат, 1953.-788 с.
8. Наумов В.А. Влияние силы Бассе на динамику твердых частиц в придонном слое // Теоретические и практические аспекты применения инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств: Сб. науч. тр. / МГУПБ. - М., 2002. -С. 257-260.
9. Мартыненко В.С. Операционное исчисление. - Киев: Высш. шк., 1990. -359 с.
10. Лыков А.В. Теория теплопроводности. - М.: Высш. шк., 1967. - 600 с.
11. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. - М.: Физматгиз, 1963. - 1100 с.
Поступила 16.09.08 г.
STATEMENT AND DECISION OF PROBLEM OF MECHANICAL CLEAR OF FOOD MATERIALS
B.A. VORONENKO1, V.V. PELENKO1, S.V. POLYAKOV1, V.N. MARKOV2
1 Saint-Petersburg State University of Cold and Food Technologies,
9, Lomonosov st., St.-Petersburg, 191002, ph./fax: (812) 315-52-34 2 All-Russia Scientific-Research Institute of Fats,
10, Chernyakhovskij st., St.-Petersburg, 191119; ph./fax: (812) 712-01-13
For non-stationary conditions and at movement of solids in liquids of close density formula Boussinesq for resisting strength is chosen body going in liquids. Analytical solution is got, that can be used for engineering calculations of mechanical clear of raw material at production of confectionery cream and initial clear of not refined vegetable oils.
Key words: clear, sediment, food environment, cream confectionery, not refined oil.
663.55
МЕТОДИКА ОБОБЩЕНИЯ ДАННЫХ ПО СКОРОСТИ ЗАХЛЕБЫВАНИЯ ТРЕХСЛОЙНЫХ ТАРЕЛОК ПРОВАЛЬНОГО ТИПА
А.Ю. АДЖИЕВ 1 Е.Н. КОНСТАНТИНОВ2, А.В. ЛИТВИНЕНКО \ С.И. БОЙКО \ П.Ф. ОВЧИННИКОВ1
1 ОАО «Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа»,
350000, г. Краснодар, ул. Красная,118; электронная почта: nipigas@kragaz.ru
2 Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: intrel@kubstu.ru
Разработана методика обработки экспериментальных данных и получена обобщенная зависимость для расчета максимальной среднерасходной скорости газа трехслойных провальных тарелок.
Ключевые слова: скорость захлебывания, провальные тарелки, обработка данных эксперимента.
В спиртовой, винодельческой, сахарной и других сить производительность можно путем замены пере-
отраслях пищевой промышленности, а также в смеж- ливных тарелок на тарелки провального типа. Однако
ных отраслях, существует необходимость увеличения провальные тарелки имеют низкую эффективность.
производительности колонного оборудования. Повы- Этот недостаток устранен в 3-слойных тарелках про-
Таблица
Номер пакета Свободное сечение полотна ф, % Диаметр отверстий полотна (і0, мм Количество отверстий, шт.
нижнего среднего верхнего нижнего среднего верхнего
1 12 14 16 10 11 12 44
2 12 14 16 15 16 17 20
3 12 14 16 20 21 22 12
4 16 18 20 10 11 12 60
5 16 18 20 15 16 17 26
6 16 18 20 20 21 22 16
7 22 27 32 10 11 12 84
8 22 24 28 15 16 17 36
9 22 24 26 20 21 22 20
вального типа, эффективность которых выше единицы за счет противоточного взаимодействия в зоне контакта паров и жидкости.
Гидродинамика 3-слойных тарелок изучена недостаточно, отсутствуют уравнения для расчета предельных нагрузок колонн, снабженных провальными тарелками данного типа. Наличие закономерностей влияния гидродинамических факторов на скорости захлебывания и начало работы позволяет определить необходимые размеры аппаратов или их производительность. Нами исследовалась 3-слойная провальная тарелка, представляющая собой конструкцию из трех перфорированных полотен, расстояние между которыми 50 мм. Расстояние между тарелками - верхним полотном нижележащей тарелки и нижним полотном вышележащей тарелки - 400 мм. На каждой тарелке размеры отверстий от нижележащего полотна к вышележащему увеличиваются на 1 мм, чтобы свободное сечение возрастало от полотна к полотну по ходу газа в пределах одной тарелки. На каждом полотне тарелки закреплена сетка из тонкой проволоки с размером ячейки 4x4 мм. Исследовали 9 вариантов конструкции тарелки (таблица), каждый при четырех плотностях орошения и при различных скоростях газа.
Общий вид уравнений для обобщения опытных данных можно выбрать по аналогии с типовыми провальными тарелками. Из множества зависимостей скорости захлебывания от свойств пара и жидкости, геометрических параметров и удельного расхода жидкости (Ь/С) выделены следующие два типа уравнений [1, 2]:
’за., л/р7 =
а 1п
к Р" 0\р
— — +ь
•\/(Р ж Ри )
(1)
где и’захл - скорость захлебывания, отнесенная к свободному сечению колонны, м/с; Ь — массовый расход жидкости, кг/с; (7 - массовый расход пара, кг/с; рж и рп - плотность жидкости и пара, кг/м3; |дж и цв - вязкость жидкости и воды, Па * с, аж и ав - поверхностное натяжение жидкости и воды, Н/м; а, Ь, п,р — эмпирические константы.
10<р/ц"
Р„
1+
к Е±.
С\Рж
£ Iр„ с\р
(2)
где и’ - рабочая скорость пара м/с, <і3 - эквивалентный диаметр прорезей, м; ф — доля свободного сечения тарелки.
Коэффициенты уравнения (1) могут быть найдены по стандартной методике в координатах —
Лк I Рп ' сІрж-р„
В связи с тем, что экспериментальные данные получены нами на системе вода - воздух, т. е. величины цж, Рж, Рп оставались постоянными, для обработки рассматривалась методика обобщения опытных данных по скорости захлебывания 3-слойных тарелок провального типа с использованием зависимости вида
¥=-
1 + А,Х:
(3)
0,5
1,5
2
X
2,5
3,5
Vа*
1
2
0
3
4
Рис. 1
Рис. 2
-2,50 -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50
1п X
Рис. 3
Определение коэффициентов В\, А1, г выполнено в два этапа. На первом находилось первое приближение их, на втором значения коэффициентов уточнялись путем минимизации суммы квадратов отклонений расчетных значений от экспериментальных.
Предварительный анализ позволил установить, что скорость захлебывания пропорциональна величине свободного сечения нижнего полотна тарелки ф и не зависит от эквивалентного диаметра 0э. Поэтому величины У и X определяются соотношениями
7=-
’за.. Ур7. ф ’
X = 1п
Ь
р>
Рп
■р.,
(4)
На рис. 1 представлены собственные опытные данные в координатах У от X. Данная зависимость относится к кривым гиперболического типа, поэтому преобразуем уравнение (3) к виду
± = ± + ±Х'. 7 В В
(5)
В координатах 1/У от X экспериментальные точки формально описываются полиномом второй степени (рис. 2), что позволяет определить в первом приближении значение константы В из условия, что при X = 0 получаем 1/У = 1 /В = 0,1842. Отсюда В = 5,43.
Для нахождения степени г перепишем уравнение (5) в виде
7 В В
Прологарифмируем выражение (6)
+ ^ 1п X.
1п
= 1п| —
В
(6)
(7)
Видно, что в координатах 1п (1/ 7 - 1 /В) от 1пХ выражение (7) является уравнением прямой (рис. 3). По экспериментальным данным найдено значение коэффициента г, равное 0,9.
Далее, в координатах 1/7- 1 /В от .X0’9 нашли значение А/В как тангенс угла наклона прямой (рис. 4), а затем А. Отсюда А/В = 0,16 и А = 0,87.
X 1 Рис. 4
Таким образом, при предварительной обработке найдены приблизительные значения коэффициентов уравнения (1): А = 0,87; В = 5,43; г = 0,9.
Методом Зейделя-Гаусса был проведен поиск уточненных значений коэффициентов из условия, что дисперсия отклонений опытных значений от расчетных минимальна. Окончательные значения искомых коэффициентов: А = 0,88; В = 5,21; г = 0,91.
С учетом полученного результата для расчета ©зах.п для 3-слойных тарелок провального типа рекомендуется уравнение
5,21-
Ф
(8)
1+ 0,88
к
С\Рж
На рис. 1 представлена кривая, рассчитанная по уравнению (8), и экспериментальные точки в координатах У - X.
Дисперсия равна 0,8302, среднеквадратичное отклонение 0,156, доверительное отклонение теории от опыта по отношению к среднему значению ©захл составляет 10,7%.
ВЫВОД
Разработана методика обработки экспериментальных данных для получения обобщенной зависимости расчета скорости захлебывания 3-слойных провальных тарелок. Полученное уравнение рекомендуется для расчета максимальной скорости газа по заданным геометрическим параметрам, нагрузке по газу и жидкости и их свойствам.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чекменев В.Г., Лебедев Ю.Н. Способ описания гидродинамики двухфазных потоков в тепломассообменных аппаратах // Химия и технология топлив и масел. - 2006. -№ 5. - С. 42-45.
2. Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтегазопере-работки. - М.: Химия, 1980. - 408 с.
Поступила 06.10.08г.
0,08
0.91
TECHNIQUE TO GENERALIZE A MAXIMUM SUPERFICIAL GAS VELOSITYDATA FOR THREE-LAYER DUAL FLOW TRAY WITH NO DOWNCOMER
A.YU. ADZHIEV E.N. KONSTANTINOV2, A.V. LITVINENKO S.I. BOYKO \ P.F. OVCHINNIKOV1
1 Open Joint Stock Company «Scientific Research and Design Institute for Gas Processing.»,
118, Krasnaya st., Krasnodar, 350000; e-mail: nipigas@kragaz.ru 2Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: intrel@knbstu.ru
The technique of processing of experimental data is developed and the generalized dependence for calculation maximum superficial gas velocity of three-layer dual flow tray with no downcomer is received.
Key words: maximum superficial gas velocity, dual flow tray with no downcomer, processing of experimental data.
636.085.54:536.7
ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ КОМБИКОРМОВ ВЫРОВНЕННОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА
А.А. ШЕВЦОВ, Л.И. ЛЫТКИНА, А.В. ПОНОМАРЕВ, P.M. МАДЖИДОВ
Воронежская государственная технологическая академия,
394000, г. Воронеж, пр-т Революции, 19; тел.: (4732) 55-65-11, факс: (4732) 55-37-16, электронная почта: post@vgta.vrn.ru
Посредством эксергетического анализа проведена оценка термодинамической эффективности технологических систем кормопроизводства по традиционной технологии и технологии с применением теплонасосных установок с учетом степени использования различных видов энергии, затрачиваемых в технологических процессах исходя из свойств сырья, осуществленной над системой работы и суммарного количества всех видов энергии, привлеченных извне. Показано, что применение предлагаемых холодильных систем в сочетании с основной технологией позволило повысить степень ее термодинамического совершенства и создать реальные перспективы экономии теплоэнергетических ресурсов и улучшения качества готовой продукции.
Ключевые слова: эксергия, технология комбикормов, компрессор, эжектор.
Достижения теории, техники и технологии кормопроизводства подготовили условия для научного подхода к инновационному развитию технологических процессов, обеспечивающих наименьшие затраты энергетических ресурсов при высокой однородности получаемых кормовых смесей [1, 2]. Разработке предложений по экономии энергии и повышению качества продукции предшествовали системные исследования принципиальных вопросов организации теплотехнологических процессов [3]. Важнейшим инструментом оценки термодинамической эффективности технологической системы является эксергетический анализ, который учитывает на основе второго закона термодинамики степень использования различных видов энергии, затрачиваемых в технологических процессах исходя из свойств сырья, осуществленной над системой работы и суммарного количества всех видов энергии, привлеченных извне [4].
В технологии комбикормов выровненного гранулометрического состава вспомогательные тепловые процессы играют важную роль в энергетических превращениях и определяют термодинамическое совершенство системы, характеризуемое эксергетическим КПД тужс.
Эксергетический анализ выполнен по методике [4, 5], в соответствии с которой теплотехнологическая система производства комбикормов (рис. 1) условно отделена от окружающей среды замкнутой контрольной поверхностью, а внутри системы с учетом
протекающих теплообменных процессов выделены следующие контрольные поверхности: I - пресс-грану-лятор 1 с электроприводом; II - гравитационный смеситель 2 и бункер-теплообменник 3;Ш- вентилятор 10 для подачи охлаждающего воздуха в охладитель; IV -охладитель 4; V - измельчитель 5 и сепаратор б с электроприводами; VI - смеситель 7 с электроприводом; VIfl - жиротопка 8 и насос для подачи жира 9.
Эксергия в каждой контрольной поверхности изучаемой технологической системы, состоящей из классических необратимых процессов, уменьшается с течением времени, что связано с диссипацией энергии [4]:
піт
(і)
і=1 к= 1 ]= 1
где - суммарная эксергия вводимых в контрольную поверх-
ность материальных и энергетических потоков; ^ Е'/ - суммарная
эксергия выводимых из контрольной поверхности полезных материальных и энергетических потоков; , =Т0А5 - суммарные эк-
7=1
сергетические потери (уравнение Гюи-Стодолы [4]); і = ^1; - ко-
личество вводимых материальных и энергетических потоков; к = (\ /^-количество выходящих полезных потоков; / = ^1; «^-количество эксергетических потерь.
