CC BY
14ПРИМЕНЕНИЕ КОМПРЕССИОННОГО СПОСОБА ПОДВОДА ТЕПЛА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ ВОДЫ
Ерёменко Д. О.
к.т.н., доцент, Севастопольский государственный университет
Заплетников И.Н.
д.т.н., профессор, Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Ту-
ган-Барановского Пильненко А.К.
к.т.н., доцент, Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского
Гордиенко А.В.
к.т.н., доцент, Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского
THE APPLICATION OF THE COMPRESSION METHOD OF HEAT SUPPLY FOR DISTILLED
WATER PRODUCTION
Eremenko D.,
Assistant professor, PhD, Sevastopol State University
Zapletnikov I.,
Professor, DSc, Donetsk National University of Economics and Trade
named after Mikhail Tugan-Baranovsky
Pilnenko A.,
Assistant professor, PhD, Donetsk National University of Economics and Trade named after Mikhail
Tugan-Baranovsky
Gordienko A.,
Assistant professor, PhD, Donetsk National University of Economics and Trade named after Mikhail
Tugan-Baranovsky
Аннотация
Предложена компрессионная технология получения дистиллированной воды, которая позволит снизить затраты энергии в 20 раз и на основе этого предложена конструкция электрического дистиллятора производительностью 25 л/час. Abstract
A compression technology for producing distilled water is proposed, which will reduce energy costs by 20 times, and based on this, the design of an electric distiller with a capacity of 25 l/h is proposed.
Ключевые слова: энергосбережение, дистиллированная вода, дистилляция, компрессионная технология.
Keywords: energy saving, distilled water, distillation, compression technology
Прогресс человечества достиг такогоуровня, когда вопрос снабжения пресной водой продолжает быть актуальным. Для некоторых пищевых технологий, особенно это относится к выращиванию биоактивных веществ, питьевая вода абсолютно не пригодна. Для этих целей пользуются дистиллятом, выпаренной и сконденсированной водой.
Если рассмотреть процесс дистилляции с точки зрения энергетики, можно выявить такую закономерность. Для кипения воды в аппарате необходимо подвести пар с температурой выше, чем температура кипения. Например: если вода кипит при 100°С, то температура греющего парадолжна быть порядка 115 °С, что соответствует давлению 170 кПа. При этом получается вторичный пар с давлением 100 кПа и температуре 100°С. В классической схеме этот пар направляется на конденсацию, где от него отбирается тепловая энергия, равнаяпо величине подведенной [1].
Если вторичный пар не отводить на конденсацию, а направить его в компрессор, который сожмет ее до давления 170 кПа, соответствующего
параметрам первичного пара, который поступает в дистиллятор, то вновь полученный первичный пар расходуется на испарение воды, а его конденсат будет использован в качестве дистиллята, то есть конечного продукта. В место подвода энергии, равной энергии скрытой теплоты парообразования, необходимо подвести только энергию, необходимую для сжатия вторичного пара, равную /17о-/юо=2700 -2650=25 кДж/кг, что в 90 раз меньше чем при классической схеме.
Целью данной работы является попытка создания новой компрессионной технологии - с компрессионным способом подвода тепла, которая позволит значительно снизить затраты энергии.
Анализ последних исследований по этой проблеме показал, что испарительные аппараты на предприятиях пищевой промышленности и других отраслей производства применяются для повышения концентрации исходных продуктов, обеспечения различных технологических процессов паром, дистиллятом и для других целей. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией относятся к
наиболее ранним конструкциям, получившие широкое распространение на предприятиях пищевой промышленности. Неотъемлемой частью конструкции таких аппаратов являются трубные решетки, в которых закреплены кипятильные трубы, обогреваемые паром. Внутри этих труб циркулирует раствор, который выпаривается. Для отделения капель раствора от пара предусмотрен сепаратор, находящийся в верхней части аппарата. Сгущенный раствор удаляется из аппарата через штуцер, находящийся в центре нижнего днища [3, 4].
Основным недостатком существующих электрических дистилляторов является большой расход энергии на преобразование воды в пар, и его обратное превращение в жидкость (процесс конденсации) [2]. Если проанализировать, куда и в каком количестве расходуется энергия, то на основании уравнения теплового баланса на 1 кг воды: На нагрев воды от 10°С до 100°С требует количество тепла:
= Мое • Сио(£к - О = 1- 4,187(100 - 10) = 377кДж, (1)
на испарение при 100°С:
Чис = Мн2о • Гн2о = 1 • 2258 = 2258^. (2) Суммарный расход на испарение составит: ос = 377 + 2258 = 2635— = 0,732—. (3)
,с кг кг
Для конденсации 1 кг пара необходимо отвести тепловой энергии = 2258 —. На переохлаждения дистиллята до 70°С необходимо:
дсх = 1 • 4,187(100 - 10) = 126кДж. (4)
Суммарное количество тепла конденсации составит:
ЧсуММ.ох = 2258 + 126 = 2384 к^. (5)
Так как источником для конденсации и охлаждения дистиллятов, используемых в пищевой промышленности, является водопроводная вода со средней температурой +10°С, то для получения 1 кг
дистиллята потребуется затраты, которые можно определить из уравнения теплового баланса:
(6)
сумм
= w • С^о^к - О.
Конечную температуру охлаждающей воды принимаем на 10°С меньше температуры дистиллята 1к= 70 - 10 = 60°С тогда расход воды на 1 кг дистиллята составит:
W =■
^сек.ох _ 2384 __("7")
Си20(^к-^н) = 4,187(60-10) = ' кг
Из вышеприведенного видно, что на каждый кг дистиллята нужно 0,732 кВт-ч электроэнергии и 11,4 кг охлаждающей воды.
Большим потребительским спросом пользуются электрические дистилляторы производительностью 15 кг/час, то для эксплуатации дистиллятора такой производительности потребуется энергии [5]:
N = 0,732 • 15 = 11кВт • ч. (8)
Расход охлаждающей воды составит:
Ж= 11,4- 15 = 171-. (9)
кг
Для решения задачи снижения энергозатрат на процесс дистилляции и уменьшения расхода охлаждающей воды предлагается использовать второй и третий постулаты энергосбережения:
- снижение энергии фазового перехода путем повышения энергетического уровня рабочего тела путем сжатия его в компрессоре;
- снижение энергии нагрева путем регенерации тепла продукта и рабочего тела.
На рис. 1 приведен электрический дистиллятор с использованием компрессионной технологии подвода тепла.
Готовым продуктом и рабочим телом является вода. При кипении воды получается водяной пар с параметрами Р1 = 100 кПа, 11 = 100°С. Если этот пар сжать в компрессоре до параметров Р1 = 170 кПа, 12 = 115°С, то пар можно направить в кожухотрубный теплообменник и использовать для кипения продукта.
Рисунок 1 Электрический дистиллятор с использованием компрессионной технологии подвода тепла: 1 - бустер-компрессор; 2 - корпус; 3 - теплообменник; 4 - питатель; 5 - конденсатоотводчик; 6 - блок управления; 7 - задняя стенка; 8 - кожух; 9 - крышка верхняя; 10 - крышка нижняя;
11 - трубопровод, 12 - отсос.
Для определения основных размеров и компоновки была определена теплопередающая поверхность. Была установлена испарительная камера в виде вертикального кожухотрубного теплообменника, внутри труб которого находится кипящая вода, а снаружи - греющий пар. Пар из испарителя поступает в паровую камеру, из которой отсасывается компрессором, а сжатый пар подается в трубное пространство, в котором конденсируется и стекает через рекуператор и конденсатоотводчик в сборную емкость.
Уровень воды поддерживается поплавковой камерой и холодная вода, пройдя через рекуператор, нагревается до t = 100°С и поступает в испарительную емкость. Для запуска дистиллятора в работу предусмотрено стартовое устройство, состоящее из нагревательных ТЭНов, расположенных на уровне 20 см ниже сливного отверстия для конденсата. При включении ТЭНов стартового устройства
конденсат закипает, заполняет межтрубное пространство и заставляет кипеть воду, находящуюся в трубах. Пар заполняет паровую емкость, и датчик давления включит компрессор и отключит питание ТЭНов стартового устройства.
Выводы.
1. На основе выполненного критического обзора существующих электрических дистилляторов показана необходимость поиска новых энергосберегающих технологий получения дистиллированной воды.
2. Предложена новая компрессионная технология получения дистиллята - с компрессионным способом подвода тепла, что позволяет значительно, до 20 раз, снизить затраты энергии.
3. Предложена новая конструкция электрического дистиллятора производительностью 25 л/ч, работающего по энергосберегающей технологии.
4. Разработана конструкция оригинального стартового устройства мощностью электрических ТЭНов в 3 кВт, позволяющие выводить аппарат на рабочий режим за 15 сек.
Перспективами дальнейших исследований в данном направлении является изготовление опытного образца и исследование эксплуатационных характеристик электрического дистиллятора.
Список литературы
1. Ерёменко Д.О. Технология получения дистиллированной воды с использованием самоочищения поверхности нагревательных элементов / Д.О. Ерёменко Д.О., Н.И. Покинтелица Н.И. //Вестник современных технологий: сб. науч. тр. по материалам междунар. конф. «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении» (10-14 сентября 2018 года). Вып. № 4(12). - Севастополь :СевГУ, 2018. - с. 26-32.
2. Ерёменко Д.О. Энергосберегающая технология парокомпрессионной перегонки с дополнительным источником тепла / Д.О. Ерёменко, Н.И. По-кинтелица // Вестник современных технологий: сб. науч. тр. по материалам междунар. конф. «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении» (11-15 сентября 2017 года). Вып. № 8. - Севастополь: СевГУ, 2017. - с. 29-33.
3. Колосков С.П. Подготовка воды в пищевой промышленности. - М.: Пищепромиздат, 1979. -430 с.
4. Кук Г.А. Процессы и аппараты молочной промышленности. - М.: Пищевая промышленность: 1973. - 77 с.
5. Чернишов С.О. Отримання дистильовано! води iз використанням ефекту термоудару / С.О. Чернишов, Д.О. Срьоменко, 1.М. Лебедев // Облад-нання та технологи харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Донецьк: ДонНУЕТ, 2008. Вип. 18. -с. 218-223.
РАЗРАБОТКА ДЕСЕРТНОГО МОЛОЧНОГО НАПИТКА С БИФИДОГЕННЫМИ
СВОЙСТВАМИ
Ерёменко Д. О.
к.т.н., доцент, Севастопольский государственный университет
Огнева О.А.
к.т.н., доцент, Кубанский государственный аграрный университет
имени И.Т. Трубилина Чуб О.П.
к.т.н., старший преподаватель, Севастопольский государственный университет
Светличная О.В.
старший преподаватель, Севастопольский государственный университет
DEVELOPMENT OF DESSERT MILK DRINK WITH BIFIDOGENIC PROPERTIES
Eremenko D.,
Assistant professor, PhD, Sevastopol State University
Ogneva O.,
Assistant professor, PhD, Kuban State Agrarian University
named after I. T. Trubilin Chub O.,
PhD, Senior Lecturer, Sevastopol State University
Svetlichnaya O.
Senior Lecturer, Sevastopol State University
Аннотация
Разработана и оптимизирована с помощью математического моделирования рецептура десертного молочного напитка, приготовлены опытные образцы и определены их качественные показатели. При составлении рецептуры использовался метод профилирования с построением профилограмм. На основании результатов экспериментальных исследований был сделан вывод о целесообразности внесения в состав разрабатываемого молочного напитка в качестве бифидогенного фактора сиропа лактулозы в дозе 1 %.
Abstract
Developed and optimized by means of mathematical modeling of recipe for desert milk drink, prepared prototypes and determined their quality indicators. When compiling the formulations, the profiling method with the construction of profilograms was used. Based on the results of experimental studies, it was concluded that it is advisable to add lactulose syrup at a dose of 1% to the composition of the developed milk drink as a bifidogenic factor.
Ключевые слова: молочный напиток, бифидобактерии, лактулоза, пробиотические продукты, творожная сыворотка, пектин.
