Теплоаккумулирующие материалы для пищевой промышленности Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

о ее содер-интенсив-■аты объяс-зазвуковом газообраз-Ьтвует сме-|сия 50. т изанная) в ада, что, в удержания !й кислоты сернистой зского дав-вм некото-ной систе-кидкость). вызывает пособству-под дейст-образом, ернистого нсируется )сть разде-!ния оста-! звуковом ского дав-исимостя-шя, необ-ного пото-:идкость в скорости давления БИОННОГО

кого дав-цесульфи-держания тразвуко-«ктивное и ультра-:усла.

и в виноде-

ние ротаци-8 И десуль-е. - 1986.

чные спир-сернистой

пром-сть,

извуковой

е /,/ Аку-С. 440, в науке и

[Я и темпе-и поле // № 1. —

66.012.32

ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В.Н, ДАНИЛИН, С.Г. ШАБАЛИНА

Кубанский государственный технологический университет

Теплоаккумулирующие материалы ТАМ находят все большее применение в строительстве [1], радиоэлектронике, медицине, энергетике. По принципу действия теплоаккумулирующие устройства с применением ТАМ представляют собой теплообменники регенеративного типа, в которых обмен энергией между потребителем и ТАМ происходит в циклических режимах включения с паузами между ними. Устройства этого типа используют для обеспечения теплового режима оборудования при температурах от .30 до 500°С. В известных промышленных установках и процессах это утилизаторы и накопители тепловой энергии или альтернативные теплообменные устройства и системы [2].

Наименее известно использование ТАМ в пищевой промышленности. В патентной литературе описаны в основном термосы, контейнеры различного типа для транспортировки и хранения пищевых продуктов с применением аккумуляторов холода и тепла, стаканы и кружки для горячих напитков [3, 4]. Во всех случаях использование ТАМ позволяет поддерживать заданный температурный интервал без дополнительных источников тепла или холода. Более широкое применение ТАМ в различных областях пищевой технологии сдерживается, по-видимому, отсутствием у специалистов информации об их свойствах.

ТАМ накапливают, а затем отдают тепло за счет теплоемкости и теплового эффекта фазового перехода. При разработке материалов учитываются основные требования: экологическая безопасность, совместимость с конструкционными материалами, экономически приемлемая стоимость, большая удельная аккумулированная теплота, необходимый диапазон температур. В настоящее время известны ТАМ на основе практически всех классов неорганических и органических веществ [5].

Одной из наиболее перспективных для применения в пищевой промышленности разновидностей ТАМ, разработанных на кафедре физической и коллоидной химии КубГТУ, являются материалы на основе высокомолекулярных соединений, которые могут быть разделены на два типа: на основе полимерных связующих и фазопереходных наполнителей различной химической природы и кристаллических полимеров и олигомеров, способных

вступать в химическое взаимодеиствие с материалом матрицы. У первого типа теплоаккумулирующий наполнитель распределен в виде дискретных капель в полимерной матрице, содержащей также различные добавки, изменяющие теплопроводность. Материалы второго типа содержат в трехмерной структуре фрагменты, способные к фазовому переходу. Химическое взаимодействие с элементами полимерной решетки незначительно снижает энтальпию фазового перехода по сравнению с исходным кристаллическим полимером или олигомером.

ТАМ на основе высокомолекулярных соединений обеспечивают эффективный отвод и накопление тепла за счет теплопоглощающих процессов: теплоемкости; перестройки кристаллической структуры в твердой фазе; фазового перехода ’’твердое тело—жидкость”; химической реакции разложения.

По обратимости фазового перехода материалы делятся на ТАМ многократного и разового применения. Последние используются для снятия пиковых тепловых нагрузок и после срабатывания требуют замены на новый материал или изделие.

В материале могут сочетаться обратимый фазовый переход и процесс разложения при более высокой температуре, чем температура обратимого фазового перехода. Обратимый фазовый переход обеспечивает поглощение от 60 до 250 кДж/кг тепла. В процессе эндотермической химической реакции поглощается от 1000 до 4000 кДж/ кг тепла.

Работа по созданию ТАМ ведется в направлении повышения теплопроводности и теплопоглощающей способности материалов. В настоящее время разработан спектр ТАМ, отличающихся по температуре термостабилизации, тепловой емкости, теплопроводности, диэлектрическим свойствам, адгезии к материалам подложки и устойчивости к воздействию низких температур. Теплопроводность изменяется в интервале от 0,3 до 1,0 Вт/(м-К). Предложены также теплоизоляционные ТАМ, в которых теплопроводность уменьшена по сравнению с исходным фазопереходным веществом ФПВ за счет применения соответствующих наполнителей.

Использование ФПВ различной природы позволило разработать более 20 новых ТАМ с заданными комплексами свойств. Температуры фазовых переходов в зависимости от наполнителей изменяются

Таблица

Свойства ТАМ

Тип ФПВ Тем- пера- тура, °С Теп- лота фазо- вого пере- хода, кДж/ /кг Тепло- прово- дно- сть, Вт/ /(м-к) Плотность, кг/м Примеча- ние

Парафин 56+2 86+4 0,67 2520 Макси-

56+2 72+4 0,75 1170 мальная темпера-

56+2 72+4 1,09 1050 тура эксплуата-

67+2 87+4 0,68 1160 ции ШО'С

58+2 96+4 0,70 -

63+2 60+4 0,70 -

57+2 98+4 0,70 -

Природные воски 106+2 85+5 0,65 1200

79+2 80+5 0,63 1200

84+2 85+5 0,72 1200

127+2 154+4 0,60 -

Полиэтиленгли- Пол-

коли 58-63 134+4 0,60 - ностью

60-66 83+4 0,70 - устранено выпо-

68-72 - - - тевание ФПВ

63-65 96+4 0,70 -

55-59 98+4 0,70 -

Полиэтиленгли-

коли и природные воски 50-54 76+4 0,70 -

60-66 - - -

46-59 80+4 0,70 -

93-107 - - -

53-63 104+4 - -

от 8 до 150°С. Интервалы плавления фазопереходной части материала составляют от 0,5 до 30°С, т.е. они пригодны для термостабилизации с различной степенью точности и для накопления тепла. Разра-

ботаны также материалы, сочетающие фазопереходные свойства элементов трехмерной матрицы, теплоаккумулирующего наполнителя и фазопереходной теплопроводной добавки. Эти материалы позволяют осуществить ступенчатый теплоотвод в заданных температурных интервалах. Основные характеристики ТАМ приведены в таблице. Перечисленные материалы относятся к ТАМ бескорпус-ного применения. Основной их особенностью является то, что для них не нужны специальные контейнеры или пакеты. Независимо от фазового состояния фазопереходного компонента эти материалы сохраняют приданную изделию форму. Они могут наноситься на объект или поверхность и отвердевать непосредственно на ней. Эти материалы могут быть использованы для изготовления отдельных теплоаккумулирующих изделий (плитки для облицовки, кольца, диски, пластины) заданной формы и размеров в зависимости от условий их эксплуатации в конкретном объекте. Для всех описанных ТАМ разработаны составы и технологические приемы получения. Накоплен опыт разработки материалов с заданными комплексами свойств.

ВЫВОД

Для оптимизации теплового режима и экономии топливно-энергетических ресурсов предложены ТАМ, которые обеспечивают эффективный теплоотвод и аккумулирование тепла при температурах от 56 до 108°С, а также поглощение за счет фазового перехода 70-100 кДж/кг тепла.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андерсон Б. Солнечная энергия. — М.: Стройиздат, 1982. — 371 с.

2. Алексеев В.А. Проблемы проектирования теплоаккумулирующих устройств и систем обеспечения теплового режима теплонагруженных источников энергии / ТАМ, разработка и применение / Тр. 2-го науч.-техн. семинара. — Краснодар, 1990. — С. 94-99.

3. Заявка 2846988 (ФРГ) МКИ С09К5/00, 1980.

4. Данилин В.Н., Боровская Л.Е., Доценко С.П, Сумка-холодильник для дачников и автомобилистов / Тез. докл. междунар. конф, ’’Прогрессивная технология и техника в пищевой пром-сти”. — Краснодар, 1994. — С. 189.

5. Данилин В.Н. Физическая химия тепловых аккумуляторов. — Краснодар, 1981. — 67 с.

Кафедра физической и коллоидной химии

Поступила 20.11.95

664.8.036.2.001.573

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА СТЕРИЛИЗАЦИИ КОНСЕРВОВ В АВТОКЛАВАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

М.П. АСМАЕВ, Б.Н. ЛЕБЕДЬ, Е.В. ВЫСКУБОВ

Кубанский государственный технологический университет

Проблема автоматизации процесса стерилизации готовой продукции, несмотря на многочисленные технические решения в этой области и суще-

ствующие системы управления [1-4], продолжает оставаться актуальной. Трудности ее решения связаны с изменением динамических характеристик объекта.

Качественное регулирование процесса может быть достигнуто при реализации самонастраиваю-

щейся

цифро

идент]

Нам

измен

пользе

тора,

ции.

Mai консе] измен В пре, нятые ется, де, а налу Ис: нение терь:

где

Qnap

Те: кам і отноі

где

OTKyj

где 1

Пі метр тель; щеш то к паро

где