Выбор режимов работы питателя для резаного табака Текст научной статьи по специальности «Физика»

о ламинарном режиме течения жидкости. При

более высоких значениях параметра на-

блюдается переход к турбулентному режиму.

Подстановкой ДР = р^А и С} = юЬ6, где р — плотность жидкости, кг/мл\ /г — пьезометрический напор, м; V — скорость течения жидкости в щели, м/с (для торцевой щели — средняя скорость течения [3]), выражение (3) приводится к безразмерному виду:

24 _1_ Не б

(4)

В указанных границах изменения геометри-

ческого* параметра

їМ.

* і г\

зависимость коэффи-

6

5

*

3

11

к.

<*г,5<гіг

ч

л

од

_е

а

о^и^-і~^г,г-ій'12п3 0>*0

N 1111 11 11^

циента гидравлических потерь от числа Рейнольдса для дроссельных устройств осевого и торцевого типа хорошо согласуется с экспериментальными данными (рис. 3), отклонение которых от результатов расчета не превышает 12%. На рис. 3 (-----------) обозначает

расчет по формуле (4), остальные условные обозначения в таблице.

ВЫВОДЫ

Для дроссельных устройств осевого и торцевого типа в интервале изменения перепада давлений от 0,05 до 0,4 МПа и расходов жидкости (воды) от 0,6-10"5 до 6-10~5 м3/с закон изменения коэффициента гидравлических потерь от числа Ие является линейным, а режим течения жидкости в дросселирующих элемен-

при ^ 2,2 • 10”12 '

2,5 • 10” 12 -3

тах

ламинарным ( для осевого типа и

м

м для

г з 4- 5 в їв* г з ц 5 в т3ие

торцевого). В данных диапазонах изменения параметров для гидравлического расчета дроссельных устройств могут быть использованы полученные аналитическим путем уравнения (3) и (4).

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент США № 4078578. МКИ В67Д 1/12 Р 16К, 1976 г.

2. Патент ФРГ № 2851182. МКИ В67Д 1/04, 1978 г.

3. А. с. 1395273 (СССР). Устройство для приготовления и порционной выдачи газированной воды/С.С. Ермаков, А. Ф. Дубинич, В. Б. Рабинов и Б. Н. Черняк.— Опубл. в Б. И., 1988, № 18.

4. Погорелов В. И., Тюшев В. С. Гидропневмопровод и автоматика.— Л.: СЗПИ, 1968.— С. 430.

Рис. 3

Кафедра оборудования пищевых производств, торговли и общественного питания

Поступила 25.10.90

663.64.057

ДЕСОРБЦИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ПРИ ДРОССЕЛИРОВАНИИ ГАЗИРОВАННЫХ НАПИТКОВ

А. Ф. ДУБИНИЧ, С. С. ЕРМАКОВ

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт холодильной промышленности

Дроссельное устройство сливного трубопровода в оборудованиидля приготовления и порционной выдачи газированных напитков (торговых автоматах, стойках и др.) должно обеспечивать минимальную интенсивность процесса десорбции растворенного в напитке диоксида углерода, что позволит снизить потери газа и улучшить качество выдаваемого напитка [1].

Интенсивность процесса десорбции при дросселировании насыщенной газом жидкости во многом определяется коэффициентом массо-отдачи в жидкой фазе |3/ и удельной поверх-

ностью контакта фаз [уд. Знание этих параметров для конкретных типов дроссельных устройств позволит определить степень дегазации (десорбции) газированного напитка и рассчитать потери газа из напитка при его выдаче.

Коэффициент массопередачи в системах газ—жидкость, когда диффузионное сопротив'-ление сосредоточено в жидкой фазе, можно описать уравнением [2]:

Р/ = —Аг • (1)

Эс сіл|

Бс

где I I

Г)=-

V,

Бс =

с ;

ков г саций

с уче тегри

где ра С учі

В (

сипац рез С{ котора

где п !

Из

коэфф!

Здесь, шение диссип для ра тов из Для уравне

где (|

Сіп

В рг держав деление удельн|

м Г\ :і-

осекуїч:-І: нкїііо і^сїгзняІ ■:? пре-М-іяч*?-іґЛОР Н Ь'С

ї И "пр-

Іг і адл

Іся кил-лакон

"■ҐЧ\ ПҐІ-

р р?жі;пн

' Ь7|н||не |Г.

Г1'

.4"' іГ.ІЙ

Лі'еігеїилі ми лриС —■)-л5і1.1 іл. р-і!:Сі і

і,/.. !9Ги УЛ і

пуир-ійінз

[с Прн.г,

Чсрнгк.

ііЛршіїиеь-- С 4УІ

Ні ^ .. -і.

ШІ4НЙ?

ов

Ы :і ЙГ:-.:Н

реЛЬЕГЫЧ її _Є: й '..-І

|У и рг ^ (імла -І Г.

ісіре>;5Гї

К^рІЇГПВ-

К'ПЖНО

где ІІ, — динамическая скорость, м/с;

ц=^~—безразмерное расстояние;

у — текущая координата, м;

V, \’г — молекулярная и турбулентная вязкости, м2/с;

Эс = v/D — критерий Шмидта;

Б — коэффициент молекулярной диффузии газа в жидкости, м1 /с.

С учетом осцилляций поверхности пузырьков газа под действием турбулентных пульсаций получено [3] значение

,,(--4.'.

с учетом которого после преобразований и интегрирования уравнение (1) примет вид:

\Ш 'Г ' агОї? 8(!н’ (2)

где рж и рг — плотность жидкости и газа, кгШр,

к0'5

С учетом arctg Бс0,5 » я/2 = 1,57 и ~^г=к

В соотношении и,

ц; (ел-

V — Е

Ря

сипации, которая может быть выражена через среднюю мощность потока жидкости ё [4]. которая в зоне дросселирования определяется:

у. -

2т I/

(4)

где

т масса жидкости, кг;

V скорость жидкости, м/с, т время процесса, с;

Vап — объем прилегающих к дросселирующим каналам полостей, который рассматривается как объем аппарата, в котором протекает массообменный процесс, м3.

Из уравнений (3) и (4) поверхностный коэффициент массоотдачи будет определяться:

р, 5^(^П°’25:й# г (5)

Здесь х—коэффициент, учитывающий соотношение между локальной и средней энергией диссипации, его значения могут быть найдены для различных типов газожидкостных аппаратов из рекомендаций [4].

Для определения обычно пользуются уравнением [2, 4]:

(6)

где ф — газосодержание;

йп — средний диаметр пузырька газа, м.

В работе [5] с учетом изменения газосо-держания предложена зависимость для определения с1п, с учетом которой и уравнения (4) удельная поверхность контакта фаз равна:

/

іід

о0'2 4,2 ^

’ а06

(з \и,г І^ґ) •

(7)

где а — поверхностное натяжение, Н/м.

Так как удельную поверхность контакта фаз определить сложно, для оценки массопереноса в газожидкостных системах используют в основном объемный коэффициент массопереда-чи

Р,

Р//,

И,7*р°

0,2 ^/(8)

энергия дис-

Из уравнения (8) видно, что при постоянных физических свойствах жидкости и газа интенсивность процесса десорбции компонента из раствора определяется, в основном, величиной подводимой к жидкости энергии, в данном случае энергией потока воды, втекающей в зону дросселирования.

Для исследования влияния различных факторов на массообменные характеристики дроссельных устройств и проверки полученных зависимостей проведена серия опытов на специально созданной установке, которая позволяла разделять газовую и жидкую фазы сразу после дросселирования раствора с известной начальной концентрацией растворенного компонента и измерять количество выделившегося газа [6]. В опытах использовали дроссельные устройства в виде осевой (рис. 1 а) и торцевой (рис. 1 б) щели. Причем по периметру

ІД-Г

Рати

Рис. 1

дроссельных устройств с торцевой щелью выполнен кольцевой канал с патрубком в нижней его части для обеспечения направленного слива жидкости. Основные геометрические параметры дроссельных устройств даны на рис. 3. Слив газированной жидкости производился в среду с атмосферным давлением. Давление жидкости Р\ перед дроссельными устройствами изменялось от 0,05 до 0,4 МПа. При этом расход жидкости изменялся в пределах =(0,8—10) • 10“° м3/с. Дросселировался образцовый раствор с концентрацией растворенного диоксида углерода от 0 до 10 кг/м3. Скорость десорбции со определяли из опытных данных по уравнению;

со

(С, - Со)

(9)

где Сі и С2 — начальная и конечная концентрі

ции растворенного в жидкости диоксида углерода, кг/м

Уд — объем дозы дросселируемой жидкости,л3.

Объемный коэффициент массоотдачи рассчитывался по формуле:

Р. -

ґї

(10)

і - (с,-С0)- 4,6 ; г-(с,-с*) - Дб "А3; ■ І-(СГС')= 2,6 а/м>. -ЙЙІЯ

Л О4

У л .о ИГ3

И .У

> I •

С °т о, и*

Рис. 2

& ■-

ИГ *

4рОССе/>Ь*/Ые УС/т>роогс/»£с/ г орцъ £асо ■

• -с{’12нм;Я'30нм, £• (0.01-0.09)*-■-Ш-4*ХГм»;3&*30мм, £’(О,ОЬ$09}Л--' $ еї* /Імн/*2і ‘О, /мм. ■

.V-1*

..

ж ■

— м:

Дроссельные ус/проие/пЁсг осе&га ;

д-ді • 15мм; І * А?мм; о.овмм' о*5б*С’31 мм' 8~*лі/мм; 0-С&‘/6мм, {’бмгг, $~-й05мм;

Vм ^5г /6мм; С- №м*4, 8"-о, 1мм.

.Т|! 2

5

£,і

Рис. 3

ветствует полученному аналитическим путем уравнению (8).

Для определения коэффициентов, входящих в уравнение (8), экспериментальные данные

(г=гш ) ’ от 8 (рис. 3).

д с к,,п.

где б4 = [С] — йг2) Уд— масса диоксида углерода, выделившегося из жидкости при ее дросселировании, кг; ДС — средняя движущая сила, кг/м3.

Обработка опытных данных в виде зависимости скорости десорбции от удельной мощности потока жидкости показала, что скорость десорбции изменяется пропорционально разности С\ — С* (где С* — равновесная концентрация растворенного в жидкости диоксида углерода, кг/м3) для обоих типов дроссельных устройств при значениях С, —С* в интервале от 2,6 до 4,6 кг/м3 зависит от удельной мощности е (рис. 2) в степени 0,65. Это соот-

хмо1,

г/с

были обработаны в виде зависимости ру/

>1 —ф

Обработка экспериментальных данных показала, что для дроссельных устройств осевого и торцевого типа коэффициент массоотдачи в интервале значений удельной мощности от 0,6 до 4000 кВт/м3 и 0,1 < ф < 0,6 описывается полуэмпирической зависимостью:

Р, = з,б-ю-3(Х-)0,2(ё)0

(И)

Отклонение опытных данных от результатов расчета по формуле (11) не превышает 15%.

ВЫВОДЫ

Для дросселирования насыщенной газом жидкости целесообразно использовать дроссельные устройства в виде осевой или торцевой щели, в которых большая часть энергии гасится за счет сил вязкостного трения. Установлены факторы, влияющие на интенсивность десорбции при дросселировании, и степень их влияния. Полученные полуэмпирические уравнения достаточны для расчета дроссельных устройств осевого и торцевого типа, обеспечивающих минимальную интенсивность процесса десорбции газированного напитка.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. с. 1217330 (СССР). Устройство для приготовления и порционной выдачи газированной воды/А. Ф. Дубинин, С. С. Ермаков, В. Б. Рабинов и Б. Н. Черняк.— Опубл. в Б. И.— 1986.— № 10.

2. Метки н В. П. Турбулентная вязкость на границе раздела фаз газ—жидкость, жидкость—жидкость/ Теоретические и экспериментальные исследования процессов, управления, машин и агрегатов пищевой тех-нологии/Межвуз. сб. науч. тр.— Л.: ЛТИХП, 1986.— С. 24.

3. Меткия В. П., Соколов В. Н. Полуэмпириче-

ская теория массопереноса в газожидкостных средах/ Процессы, управление, машины и аппараты пищевой технологии: Межвуз. сб. науч. тр.— Л.: ЛТИХП,

1984,— С. 3.

4. С о к о л о в В. Н., Доманский И. В. Газожидкостные реакторы.— Л.: Машиностроение, 1976.—215 с.

5. М е т к и н В. П., Соколов В. Н. К вопросу пневмодиспергирования и коалесценции пузырьков воздуха в газожидкостных системах./Процессы, управление, машины и аппараты пищевой технологии: Межвуз. сб. науч. тр.— Л.: ЛТИХП, 1984,—С. 10.

6. А. ц. 1640613 (СССР). Способ определения потерь газа сатуратором при выдаче газированного напитка/ А. Ф. Дубинич, С. С. Ермаков, В. А. Кузьмин и Б. Н. Черняк.— Опубл. в Б. И.— 1991.— № 13.

Кафедра оборудования пищевых производств, торговли и общественного питания

Поступила 30.05.91