CC BY
22
Таблица 2 1.
Фильтруемый материал тойкость пива, сут, при температуре, °С 2.
0 22 3.
-диатомит сортов (А+В) 6 9 4.
пегасин 8 15 5.
холинский ЦТ 9 18
диатомит А+пегасин 10 20 Ь.
диатомит А+холинский ЦТ 12 26
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования позволяют говорить о принципиальной возможности применения в качестве вспомогательного средства при намывном фильтровании пива цеолитсодержащих туфов. Наиболее приемлемым с этой точки зрения по качеству процесса фильтрования, а также по осветлению и стабилизации пива является цеолит Пегас-ского месторождения.
9.
ЛИТЕРАТУРА
Каглер., Воборский Я. Фильтрование пива. — М.: Агро-промиздат, 1986. — 279 с.
Природные цеолиты / Г.В. Цицишвили, Т.Г. Андроникаш-вили и др. — М.: Химия, 1985. — 224 с.
Хорунжина С.И., Позняковский В.М. Природные цеолиты в производстве напитков. — Кемерово: АО Кузбасс-вузиздат, 1994. — 240 с.
Геология, физико-химические свойства и применение природных цеолитов / Под ред. Г.В. Цицишвили. — Тбилиси, 1985. — 384 с.
Стабилизация соков и вин природными цеолитами / H.A. Кудряшов и др. // Виноделие и виноградарство СССР, 1987. — № 5. — С. 38-40.
Гонджилашвили Т.Г. Способ применения цеолитовых сорбентов при производстве продуктов переработки винограда: Дис. ... канд. техн. наук. — Тбилиси, 1991. — 203 с.
’’Quimind” 90: 1 Symp. int. corros, prot. trop: La Habana, 9-12. mayo,1990: Resúmenes. — La Habana. 1990, c. 197. Химико-технололяеский контроль производства солода и пиза / Под ред. П.М. Мальцева. — М.: Пищевая пром-сть, 1976. — 447 с.
Покровская Н.В., Каданер Я.Д. Биологическая и коллоидная стойкость пива. — М.: Пищевая пром-сть, 1978. — 272 с.
Кафедра технологии бродильных производств Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 07.04.2000 г.
Решен конвектк носителе ламинар ется осн как пере, кулярнси вуют раз подслоя: термичеі ниє шир аппарат) использс увеличеі сводится
НИЮ В03|
ления, 1 гии на п Конст ских тур ческого стью, по
ВОЗМОЖЇ
стание \ с ростом
о,
664.036.2.002.2
НАГРЕВА v::'k
С
V . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ
СВЕКЛОВИЧНОГО СОКА !
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТУРБУЛИЗАТОРОВ
А.П. ЩЕРЕНКО
Московский государственный университет пищевых производств ■'
В настоящее время очень остро стоит проблема снижения себестоимости отечественного сахара, особенно ее энергозатратной составляющей. Сравнивая удельные расходы топлива по отношению к 100 кг перерабатываемой свеклы — 2,7 кг на европейских заводах и 4,5 кг на лучших отечественных — можно сделать неутешительный вывод, что для завода средней мощности в 3000 т/сут ежесуточный дополнительный ’’взнос” в себестоимость сахара от перерасхода энергии составляет 5500 у.е., для производственного годового цикла
— 0,6—0,8 млн у.е. Совершенно ясно, что нужны надлежащие меры по изменению сложившихся нерациональных подходов в организации теплоэнергетического сопровождения технологического процесса производства сахара. Первоочередное внимание должно быть уделено тем составляющим его технологии, которые требуют значительных затрат тепловой энергии. Если принять за 100% энергетический резерв используемых вторичных паров с выпарной установки, то, в основном, тратится на уваривание и красталлизацию 35-40% и на различные виды подогрева жомопрессо-вой, барометрической воды и сока на всех этапах его очистки до выпаривания — 45-50%.
В снижении энергозатрат важную роль играет повсеместное уменьшение количественных, расходных или концентрационных характеристик нагреваемых и увариваемых продуктов, а также под-
держание оптимального режима работы теплоис-пользуюшего оборудования. Но в энергосберегающей технологии большое значение имеет и качественная характеристика протекающих процессов, прежде всего это относится к интенсификации тепло- и массообменных процессов. Сама по себе последняя, применительно к какому-либо конкретному теплообменнику, не приведет к уменьшению тепловой нагрузки, предопределяемой технологическими требованиями, но при интеграции теплообменника в совместную работу с выпарной установкой можно получить определенный экономический эффект.
Известно, что общие затраты тепловой энергии по сахарному заводу зависят в основном от расхода ретурного пара на корпус I выпарной установки, который, в свою очередь, определяется ее кратностью испарения. Расход ретурного пара будет тем меньше, чем выше кратность испарения выпарной установки (максимальное ее значение, при отсутствии отбора экстра-паров, численно равно количеству корпусов выпарной установки). При смещении экстра-отборов на последние, ’’хвостовые” корпуса выпарной установки — можно получить максимально возможную кратность испарения. Выполнению данного требования и способствует интенсификация теплообменных процессов: увеличение коэффициента теплопередачи приводит к уменьшению температурного напора при одинаковой поверхности теплообменника, а значит — к возможности использовать в качестве греющего теплоносителя вторичные пары более низкого потенциала.
42,40 37,51 41,78 37,7
íuw
1,05
Как п вание п увеличе мерно в ного ис предпри прежде вторичн максимг счет МИ1 Именно ет реал! дуктов. гревател цией и учить с количес Данн; очевидн ной схе (рисуно установ] вторичн из выпа Расче равных лей пер| из корп] (1,84 кг
J
М.: Агро-
фоникаш-
дные цео-) Кузбасс-
[ение при-■ Тбилиси,
ии / H.A. во СССР,
‘ОЛИТОВЫХ
тки виног-51. - 203
La Habana, Ю, с. 197. а солода и I пром-сть,
[Я и колло-„ 1978. —
одств
6.2.002.2
РОВ
теплоис-:берегаю-г и каче-зоцессов, фикации в по себе конкрет-ныпению ¡хнологи-т тепло-ной уста-ономиче-
: энергии т расхода :тановки, е кратно-эудет тем зыпарной ри отсут-зно коли-)И смеще-юстовые” получить :парения. собствует хов: уве-жводит к одинако-1ЧИТ — к греющего
13К0Г0 по-
Решение проблемы увеличения интенсивности конвективного теплообмена при движении теплоносителей связано с разрушением пристенного ламинарного пограничного подслоя, который является основным термическим сопротивлением, так как передача тепла в нем осуществляется на молекулярном уровне — теплопроводностью. Существуют различные способы разрушения ламинарного подслоя: вдув, отсос, использование экзо- и эндотермического эффекта химических реакций, введение широко распространенных в теплопередающей аппаратуре механических турбулизаторов. Но при использовании последних положительный эффект увеличения коэффициента теплоотдачи иногда сводится к нулю или к негативному доминированию возрастающего гидродинамического сопротивления, требующего дополнительных затрат энергии на перекачку жидкости.
Конструктивное совершенствование механических турбулизаторов, за счет изменения геометрического профиля поверхности обтекаемой жидкостью, позволило создать такую форму, которая дает возможность получить более значительное возрастание интенсивности теплообмена по сравнению с ростом гидродинамического сопротивления.
Как показывает анализ данных [1, 2], использование поверхностных турбулизаторов приводит к увеличению коэффициента теплопередачи примерно в 1,5-2,5 раза. Следуя принципу рационального использования энергоресурсов, на любом предприятии и, в частности, на сахарном заводе, прежде всего надо максимально утилизировать вторичные энергоносители, и только "пиковый” максимальный догрев продукта осуществлять за счет минимальных затрат первичных производств. Именно интенсификация теплообмена способствует реализации принципа ’’пикового” догрева продуктов. Перераспределяя тепловые нагрузки подогревателей свекловичного сока перед 2-й сатурацией и перед выпарной установкой, можно получить суточную экономию условного топлива в количестве 1,6 т.
Данная цифра экономии топлива становится очевидной на основании анализа нижеприведенной схемы пятикорпусной выпарной установки (рисунок: I, II, III, IV, V — корпуса выпарной установки; Е,, Е,, Е,, Е,, Е5 — экстра-отборы вторичного пара; К,, К2, К3, К4, К5 — конденсаты из выпарных корпусов).
Расчет базового варианта проводился с учетом равных тепловых нагрузок для групп подогревателей перед 2-й сатурацией (2,2 кг вторичного пара из корпусов III и IV) и перед выпарной установкой (1,84 кг вторичного пара из корпусов I, II, III и
ретурного пара на последнюю группу). Значения расхода греющих паров для тех же подогревателей в сравниваемом варианте приведены с учетом интенсификации теплообмена- и принципа минимизации тепловой нагрузки "пикового” догрева сока ретурным паром (значение расхода паров базового варианта даны над чертой, а сравниваемого варианта — под чертой).
Установлено, что перераспределение тепловых нагрузок на указанные подогреватели сока позволило получить максимум их значений ка первых группах подогрева при минимальном энергетическом уровне теплоносителя. Хотя это несколько и увеличило расход ретурного пара на корпус I выпарной установки (37,73 кг/37,56 кг), но с учетом снижения расхода пара данного потенциала на последнюю группу подогревателей перед выпарной установкой (1,84 кг/1,05 кг) получаем, в целом, уменьшение суммарного расхода ретурного пара на 0,62 кг, что и подтверждает цифру суточной экономии топлива, которую находим из следующего соотношения:
ДЭТ = 10 МпАг/щ>к „<Эу) где ДЭТ — суточная экономия условного топ-
лива (кг/сут);
Дс1п — удельная экономия ретурного пара (0,62 кг/ 100 кг свеклы);
А — производительность завода (прини-- * маем, для примера, 3000 т/сут);
■ . . г — скрытая теплота парообразования
(2260 кДж/кг); я — кпд котельной установки (0,9);
— теплотворная способность условного топлива (29300 кДж/кг).
Наряду с экономией ретурного пара, интенсификация теплообмена и связанное с ней перераспределение экстра-отборов приводит одновременно к уменьшению потерь вторичного пара с последнего корпуса на барометрический конденсатор (2,86 кг/2,24 кг), что в свою очередь изымает из чрезмерно большого водного баланса сахарного завода около 370 т/сут оборотной охлаждающей и барометрической воды.
О перспективности применения в сахарной отрасли теплообменников с кольцевыми поверхностными турбулизаторами говорит еще один положительный фактор: накипеобразование в теплообменниках с профилированной поверхностью нагрева в 4 раза меньше, чем в гладких трубах [2].
В настоящее время отсутствует обобщенное уравнение, которое бы комплексно учитывало влияние на интенсивность теплоотдачи гидродинамики потока, теплофизических свойств его, высоты турбулизаторов и шага между ними. Расчеты такого типа можно проводить, используя достаточно богатый экспериментальный материал [1], но это усложняет практические инженерные расчеты.
Поэтому была сделана попытка, на основании математического обобщения полученных данных, установить зависимость для расчета конвективного теплообмена с учетом классического критериального уравнения для турбулентного режима течения с введением функциональной зависимости от высоты и шага поверхностных турбулизаторов: N4 = МцД, где Ми0— критерий Нуссельта при течении в
гладких трубах;
Nur — значение критерия Нуссельта при использовании поверхностных тур-булизаторов;
Кя — поправочный коэффициент, учитывающий комплексное влияние на интенсивность теплообмена высоты и шага поверхностных турбули-заторов.
Зависимость для расчета поправочного коэффициента была получена на основании обработки экспериментальных данных в виде
= Д(d/D\ t/D = const),
/Г, = f2{t/D; d/D = const), где d/D; t/D — относительные характеристики высоты и шага поверхностных тур-булизаторов;
D — диаметр трубы; d — диаметр трубы с учетом высоты турбулизаторов; t — шаг между турбулизаторами.
Зависимость, учитывающая влияние интенсификации теплообмена, представлена в следующем виде:
Ки = 1 + еА‘/0(Ы/ОУв - 1).
Коэффициенты А = 0,917 и В = 14,4 получены методом наименьших квадратов на основании вышеуказанных зависимостей. Расчеты по определению коэффициента теплоотдачи, выполненные по данной зависимости (Ыит), показали достаточную степень сходимости с результатами экспериментов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. — М.: Машиностроение, 1981.
2. Почечуи А.А., Штангеев К.О. Исследование интенсификации теплообмена в подогревателях свеклосахарного производства. / / Сахарная пром-сть. — № 1. — 1985. — С. 39-42.
Поступила 23.03.01 г.
66.015.23.001.1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕМБРАНЫ
Б.А. ЛОБАСЕНКО, В.А. ПАВСКИЙ у — кинематический коэффициент вяз-
Кемеровский технологический институт
пищевой промышленности ‘
Нахождение концентрации растворенных веществ в примембранной области имеет важное практическое значение. Это связано прежде всего с тем, что знание профиля концентрации дает информацию о предполагаемой величине гидравлического сопротивления, оказываемого слоем растворенных веществ процессу трансмембранного переноса [1].
В общем случае для нахождения профиля концентрации необходимо совместное решение дифференциальных уравнений гидравлики: уравнения Навье-Стокса, уравнения неразрывности потока и дифференциальных уравнений нестационарного массообмена в движущейся среде. Однако решение данной системы трудновыполнимо. Используются различные допущения, которые приводят ее к значительному упрощению, либо дифференциальные уравнения представляются с помощью теории подобия в виде критериальных зависимостей.
Л. Прандтлем проведены преобразования уравнений Навье-Стокса, в результате чего получена система нелинейных уравнений в частных производных второго порядка параболического типа в виде [2]
ди ди 1 др д2и
и~ + V— - —— — + V—о,
дх ду Р дх ду ^
ди дг п — + —- = 0, дх ду
где и, V —скорости, движения среды вдоль оси х и у соответственно;
кости;
ди/дх, ди/ду
— проекции ускорений по осям х и у; др/ех — изменение гидростатического давления; р — плотность среды.
В работах [2, 3] эта система решена для проницаемости плоской пластины; сделаны допущения, что скорость отсасывания по длине пластины постоянная (v - const), т.е. без изменений давления вдоль поверхности пластины. В результате исключается первый член в правой части уравнения (1) и профиль скорости определяется в виде
и(у) = и«.(1 -
где иж —- средняя скорость в ядре потока.
Применимость данного уравнения в реальных процессах мембранного разделения весьма условна. Установлено, что при значительной длине мембранных каналов падение давления, за счет образования диффузионного слоя и возможного появления гелевого слоя, может быть достаточно значительным и его, следовательно, нужно учитывать, иначе могут возникнуть большие различия между величинами действительной скорости в пограничном слое и скорости, рассчитанной аналитическим путем.
В работе [5] при решении уравнений для нестационарного одномерного и стационарного двухмерного процессов ультрафильтрации при образовании геля определены профили концентраций. Значения концентраций зависят от поперечной координаты рассматриваемой точки, высоты мембранного канала и толщины слоя геля.
Недостатком этого решения является безразмерная форма получаемого профиля концентрации,
что неу, профил коордиі вует де Цель
К0НЦЄН’
ционар: ции на В ка' получеі зывает, равно иди/ду уравнеї
Расп|
уравнеї
решая і ІР =
дх
Тогда
вид
и
Инте;
Из ур
Следе но исп ференці
v = -
и = 0, и = и\
Уравн
плоского
ДУ
и(х) -
где
