Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
?
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ТЕХНІЧНОЇ ТЕПЛОФІЗИКИ
МАЛЕЦЬКА КІРА ДМИТРІВНА
УДК 66.047: 66.021.2: 66.012.32
ТЕПЛОФІЗИЧНІ ОСНОВИ СТВОРЕННЯ НОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНІКИ ЗБЕЗВОДНЮВАННЯ РІДИННИХ МАТЕРІАЛІВ У ДИСПЕРГОВАНОМУ СТАНІ
05.14.06 –технічна теплофізика і промислова теплоенергетика
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук
Київ 2003
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті технічної теплофізики Національної академії наук України, м.Київ
Науковий консультант:
академік, доктор технічних наук, професор,
двічі лауреат Державної премії України
Долінський Анатолій Андрійович
директор Інституту технічної теплофізики
Національної академії наук України
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Гришин Михайло Олександрович, Одеська національна академія харчових технологій, кафедра технології молока та сушіння харчових продуктів;
доктор технічних наук, професор Мальований Мирослав Степанович, Національний університет ”Львівська політехніка”, завідуючий кафедрою хімічної інженерії та промислової екології;
доктор технічних наук Шеліманов Віталій Олександрович, Інститут технічної теплофізики НАН України, провідний науковий співробітник відділу конвективних тепломасообмінних пристроїв.
Провідна організація: Національний технічний університет України
“Київський політехнічний інститут”, м.Київ
Захист відбудеться “___”_грудня____2003 р. в_14_годин на засіданні спеціалізованої вченої ради при Інституті технічної теплофізики Національної академії наук України за адресою: 03057, Київ, вул.Желябова, 2
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту технічної теплофізики НАН України за адресою:
, Київ-57, вул.Желябова,2
Автореферат розісланий “__”__листопада 2003 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
докт.техн.наук Ю.О.Шурчкова
Вих. №________.
Загальна характеристика роботи
Актуальність проблеми. Значні масштаби і обєми виробництва цілого ряду продуктів у порошковидній формі в різних галузях промисловості –харчовій, хімічній, мікробіологічній, хіміко-фармацевтичній та інших визначили широке застосування розпилюючої сушильної техніки. Різногалузеве використання таких апаратів обумовлено перш за все тим, що за рахунок досить розвинутої поверхні дисперсних матеріалів, що зневоднюються, та відповідної організації їх контакту з нагрітою газовою (або парогазовою) фазою, здійснюється інтенсивний тепловологопереніс. Окрім того, розпилюючі сушильні установки мають, порівняно з іншими, такі переваги як стабільність і простота здійснення процесів диспергування і сушіння одноразово в одному апараті, одержання продукту практично з повною розчинністю та збереження у ньому цінних складових, в тому числі і термочутливих. Однак, в багатьох випадках, специфічні особливості процесу сушіння ряду конкретних продуктів призводять до суттєвих ускладнень при відпрацюванні в промислових умовах оптимальних режимних параметрів роботи установок, невідповідності розрахункової і дійсної продуктивності, що в багатьох випадках обумовлено недооцінюванням особливостями протікання процесів тепломасопереносу в одиничній краплі (часточці), відсутністю даних з кінетичних та адгезійних характеристик продуктів, що висушуються.
Вивчення змінювання температури і вологовміщення в окремій часточці у визначені моменти часу при відповідних режимних параметрах є особливо важливим, в першу чергу, з точки зору прогнозування якості матеріалу, що зневоднюється, а також з позицій оцінки тепловитрат в залежності від ступеня впливу внутрішніх процесів тепловологопереносу.
Вченими в Україні, в країнах близького (країни СНД) і далекого зарубіжжя проводилися дослідження та аналіз процесів взаємодії газорідинних потоків, тепловологопереносу в системах з диспергованою рідкою і твердою фазами, з математичного моделювання складних взаємоповязаних процесів в камерах розпилюючих апаратів, а також вивчення кінетики випаровування і сушіння крапель розчинів, що містять нелетючі компоненти. Однак, дослідження кінетики процесу якого-небудь конкретного продукту проводилися на різних експериментальних установках і тому становили в основному інтерес для підтвердження суттєвої різниці теплофізичних особливостей процесів зневоднення одиничних крапель чистих рідин від процесів випаровування та сушіння крапель різних розчинів. Недостатнє вивчення кінетичних закономірностей процесу тепловологопереносу при висушуванні одиничних крапель (часточок) стримувало вирішення важливих задач, спрямованих на удосконалення техніки і технології сушіння розпилюванням.
На основі вищесказаного, актуальними постають дослідження з вивчення процесів тепловологопереносу в системі “крапля (частка) –парогазове середовище” стосовно до умов сушіння розпилюванням для класу продуктів особливо термочутливих, термопластичних матеріалів, які проявляють адгезійні властивості, підвищену гігроскопічність та інше, тобто, матеріалів, що трудно підлягають процесу висушування, але одержання яких в порошковидній формі є важливим і необхідним. Комплексність дослідження процесу повинна включати вивчення теплотехнологічних аспектів сушіння того чи іншого матеріалу відповідно з виявленими кінетичними закономірностями, що становить наукову основу для удосконалення техніки та технології зневоднювання в диспергованому стані.
Звязок з постановами, програмами, планами, темами. Науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи виконувалися в рамках тематики ІТТФ НАН України згідно Постанов Президії Національної академії наук; Постанов ДКНТ при РМ СРСР № 221 (05.04.1989); № 245 (30.06.85, тема 3.01.001 СЄВ-И, 1986-1990 р.); науково-технічних програм з Державним дослідницьким інститутом машинобудування (Прага, Чехія, 1982-1988 рр); комплексного плану науково-технічного співробітництва АН УРСР з Мінхіммашем СРСР на 1986-1990 рр. № 58/102; згідно теми Мінмедбіопрому СРСР на 1984-1990 рр.; проекту 04.06/01 1996 з Міністерством України у справах науки і технологій; відомчих і пошукових тем НАН України, госпдоговірних і науково-технічних договорів із співдружності з вузами, галузевими інститутами, підприємствами України і країн СНД (колишнього Союзу).
Мета роботи –створити комплексну методологію експериментального дослідження процесу зневоднювання рідинних матеріалів у диспергованому стані, яка включає вивчення теплофізичних основ на системі “крапля (частка) –нагріте повітря”, як елементній системі у складній аеродинамічній обстановці розпилюючих камер; визначення ступеня впливу внутрішнього тепловологопереносу на інтесивність процесів концентрування і сушіння, особливостей цих процесів в камерах розпилюючих установок; спільний розгляд вищеозначеного дає можливість визначати науково-обгрунтований вибір раціональних теплотехнологічних параметрів, методів управління процесами та розробку нових енергозберігаючих технологій і високоефективних апаратів з урахуванням кінетичних закономірностей та структурно-механічних характеристик порошковидних продуктів, що одержуються методом розпилювання.
Для реалізації цієї мети поставлені наступні задачі:
-створити спеціальні експериментальні стенди для проведення досліджень випаровування і сушіння одиничних крапель та розробити методики цих досліджень;
-провести експериментальні дослідження для різних розчинів, суспензій, дисперсій;
-визначити основні кінетичні і тепломасообмінні характеристики, які виявляють вплив внутрішніх процесів переносу;
-провести аналіз і узагальнення кінетичних закономірностей зневоднювання;
-провести дослідження теплотехнологічних особливостей процесу розпилюючого зневоднювання та аналіз дисперсійних, адгезійних, гігроскопічних характеристик різних порошковидних матеріалів;
-розробити нові технології для продуктів, що мають специфічні характеристики: підвищену гігроскопічність, термопластичність, термочутливість, низьку насипну густину порошків;
-розробити нові ефективні установки для концентрування і висушування рідинних матеріалів у диспергованому стані;
-провести дослідно-промислові дослідження нових технологій і установок.
Обєктами дослідження являлися процеси тепловологопереносу при випаровуванні і висушуванні матеріалів –обєктів зневоднення в диспергованому стані та апаратурно-технологічні розробки нового тепломасообмінного обладнання для концентрування і сушіння розпилюванням.
Предмет дослідження–одинична крапля різних рідинних матеріалів: розчинів, суспензій, дисперсій; концентрати і порошкоподібні матеріали, що одержуються на установках розпилюючого типу; лабораторні, дослідно-промислові установки для концентрування і сушіння рідинних матеріалів у диспергованому стані.
Методи проведення досліджень. В основу проведення досліджень процесу зневоднювання в диспергованому стані покладена комплексна схема, яка включає вивчення теплофізичних основ випаровування і сушіння одиничної краплі (частки), як елементної системи, що розглядається стосовно до умов розпилюючих камер, і дослідження на лабораторних, дослідних і дослідно-промислових установках, призначених для здійснення процесів концентрування і сушіння методом розпилювання.
При виконанні роботи застосовувалися наступні методи досліджень: експериментальні методи дослідження кінетичних закономірностей зневоднювання на системі “крапля (частка) –парогазове середовище” на спеціально створених стендах із застосуванням сучасних теплотехнічних і оптичних засобів вимірювання, методи математичного моделювання цих систем; експериментальні методи дослідження процесів концентрування і сушіння різноманітних продуктів; експериментальні дослідження дисперсійних, структурно-механічних, адгезійних, гігроскопічних характеристик порошкоподібних матеріалів, що одержуються методом розпилювання.
Наукова новина одержаних результатів полягає в наступному:
. Розвинуті нові методологічні положення експериментального дослідження процесів тепловологопереносу в елементній системі “крапля (частка) –парогазове середовище” при відповідних температурно-вологістних характеристиках парогазового середовища, адекватних умовам в реальних розпилюючих апаратах.
. Вперше створені оригінальні стенди, розроблена методика проведення досліджень і обробки одержаної первинної інформації у вигляді кінетичних характеристик tк(), mк(), к(). Розроблена методика обрахування основних кінетичних і тепломасообмінних характеристик, необхідних для ідентифікації продукту, як обєкту сушіння в диспергованому стані, урахування їх у методиках розрахунку розпилюючих сушильних апаратів та при аналізі їх роботи.
. Вперше одержана нова інформація про кінетичні характеристики великої кількості різноманітних розчинів, дисперсій, суспензій і паст, які суттєво відрізняються початковими теплофізичними і реологічними властивостями, що являє науковий інтерес для подальшого удосконалення технології розпилюючого сушіння і розпилюючого концентрування різних продуктів.
Представлена класифікація матеріалів, як обєктів сушіння розпилюванням, в основу якої покладена оцінка ступеня впливу внутрішнього тепловологопереносу на загальну інтенсивність і тривалість процесу зневоднювання, на структурно-механічні характеристики окремих висушених часточок.
. Розроблена стратегія і показана значимість комплексного аналізу процеса розпилюючого зневоднювання, що включає дослідження кінетичних закономірностей випаровування і сушіння одиничної краплі, дослідження впливу теплотехнологічних параметрів на інтенсивність процесу і структурно-механічні характеристики одержаних порошковидних матеріалів, вивчення гігроскопічних, дисперсійних, структурно-механічних характеристик цих порошків впродовж тривалого збереження. Запропонований комплексний підхід до вивчення особливостей процесу зневоднювання рідинних матеріалів є науковою основою при розробці нових методів інтенсифікації тепловологопереносу в розпилюючих установках, при оптимізації теплотехнологічних параметрів, при розробці раціональних методів управління структурно-механічними характеристиками порошкоподібних продуктів.
. Представлена концепція урахування кінетичних закономірностей процесу зневоднювання рідинних матеріалів у диспергованому стані в методиках розрахунку тепломасообміну в розпилюючих камерах у відповідності із запропонованою класифікацією їх, як обєктів сушіння методом розпилювання. Розроблені математичні моделі для визначених фізичних моделей процесу зневоднювання одиничної краплі.
. Обгрунтовані принципи створення та удосконалення нових апаратів для розпилюючого зневоднювання важких для висушування матеріалів на основі експериментально одержаних кінетичних закономірностей і структурно-механічних характеристик, що є основою для одержання високоякісної продукції і створення енергозберігаючих технологічних схем.
. Показана значимість комплексного аналізу процеса розпилюючого зневоднювання при розробці нових технологій і одержанні нових матеріалів методом сушіння в диспергованому стані з одночасним вирішенням екологічних задач.
Наукові положення, що виносяться на захист:
-розвинуті фундаментальні основи теплофізичних особливостей процесів, що мають місце при термічному зневоднюванні рідинних матеріалів у диспергованому стані в високотемпературному парогазовому середовищі, які базуються на масиві експериментальних даних, одержаних на спеціальних лабораторних стендах для термогравіметричного аналізу;
-експериментальні дослідження, що здійснюються на системі “крапля (частка) –парогазове середовище”, дають можливість розкрити механізм тепловологопереносу і встановити взаємозвязок між зовнішніми умовами і внутрішніми процесами тепловологопереносу, що являється основою розробки нових методів удосконалення і оптимізації теплотехнологічних параметрів, управління кінетикою і структурно-механічними характеристиками порошковидних продуктів;
-ступінь впливу внутрішніх процесів тепловологопереносу в одиничній краплі (часточці) при зневоднюванні в високотемпературному парогазовому середовищі є основним аргументом при розгляді класифікації розчинів, суспензій, дисперсій, як обєктів сушіння методом розпилювання;
-класифікаційна ознака за ступенем впливу внутрішніх процесів тепловологопереносу при випаровуванні і висушуванні одиночної краплі є основою при розгляданні відповідної фізичної моделі і математичному моделюванні;
-концепція комплексного аналізу: ступінь впливу внутрішніх процесів тепловологопереносу при зневоднюванні одиничних крапель (часток) у потоці високотемпературного теплоносія разом з дисперсійними, структурно-механічними, адгезійними і сорбційними характеристиками порошковидних матеріалів, одержаних при відповідних зовнішніх параметрах парогазового середовища у камері, визначають шляхи конструктивного удосконалення апаратів розпилюючого типу, розробку методів інтенсифікації, енерго- (ресурсо) збереження і створення ефективних установок для концентрування і сушіння в диспергованому стані рідинних матеріалів.
Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:
. Наукові результати, що одержані на основі експериментального дослідження процесів тепловологопереносу в елементній системі “крапля (частка) –парогазове середовище”, стали основою для побудови фізичних моделей, а потім і для розробки математичних моделей нестаціонарного тепловологопереносу при зневоднюванні крапель (часток) у високотемпературному парогазовому середовищі.
. Нові експериментальні дані про кінетичні закономірності зневоднювання одиничних крапель (часток), дисперсійні і структурно-механічні характеристики порошкоподібних матеріалів використані в ІТТФ НАН України в методиках розрахунків розроблених установок, а також при складанні “Технічних завдань”, принципових схем та при вирішенні конструктивних особливостей відповідальних вузлів розпилюючих установок для концентрування і сушіння розпилюванням.
. Визначені раціональні теплотехнологічні режимні параметри розпилюючого зневоднювання для цілого ряду різних рідинних матеріалів харчової, мікробіологічної, хіміко-фармацевтичної, хімічної галузей промисловості.
. Комплексне вивчення процесу розпилюючого зневоднювання стало науковою основою при розробці таких нових технологій і обладнання:
-нова модифікація випарювально-сушильного агрегату АИС-200 для виробництва медпрепаратів у стерильних умовах;
-технологія і апаратурно-технологічна схема для виробництва порошків біологічно активних кормових добавок (біоміцину);
-технологія і випарювально-сушильний агрегат АРСЧ для виробництва розчинного чаю;
-технологія і випарювально-сушильний агрегат АИС-200 для одержання порошків біологічно активних продуктів на основі автолізу харчових дріжджів;
-технологія і розпилюючий концентратор РКС для виробництва розчинної кави і кавових напоїв;
-технологія і розпилююча сушарка для одержання порошковидних синтетичних смол, що застосовуються в автомобільній, будівельній, хімічній, добувній галузях промисловості;
-технологія і розпилююча сушарка для одержання сипкої форми холінхлоріду, “Вихідні дані для проектування промислового виробництва сипкої форми холінхлоріду потужністю 9000 т/рік”;
-технологія і розпилююча сушарка для одержання порошковидної кальцієвої солі -аланіну;
-технологія і апаратурно-технологічна схема для виробництва порошків фруктово-молочних композицій;
-розпилююча сушарка РЦ-2,5 для виробництва порошків фітонапоїв;
-технологія одержання порошків солодових екстрактів;
-розпилююча сушарка СУМ-1,5.
Особистий внесок автора. Особисто автору належить розвиток концепції комплексного дослідження процесів тепловоголопереносу при зневоднюванні рідинних матеріалів у диспергованому стані в нагрітому парогазовому середовищі; подальший розвиток методологічних принципів дослідження теплофізичних особливостей при випаровуванні і висушуванні одиничних крапель у різних умовах взаємодії зневоднювальної краплі і парогазового середовища. Автором обгрунтован науковий підхід при удосконаленні і створенні нових ефективних апаратів і технологій на основі урахування визначених кінетичних закономірностей, адгезійних характеристик, структурно-механічних властивостей порошковидних матеріалів. В роботі узагальнені результати теплофізичних досліджень, що проводилися як самим автором, так і при безпосередній його участі: розробка експериментальних стендів, участь у виготовленні і монтажі їх, проведення вимірювань і обробка одержаних первинних кривих, аналіз їх і виявлення кінетичних закономірностей і особливостей механізму процесу зневоднювання з обґрунтуванням методів інтенсифікації та визначення раціональних теплотехнологічних параметрів. Автор приймав участь в розробці програм і методик проведення дослідних робіт на лабораторних і дослідно-промислових розпилюючих установках; в розробці вихідних даних, принципових технологічних схем розпилюючих установок для концентрування і сушіння з урахуванням характерних кінетичних закономірностей зневоднювання одиничних крапель; у підготовці “Технічних завдань” на проектування, в підготовці і затвердженні текстової документації на розроблені установки; участь в організації виготовлення комплексу обладнання, у впровадженні, промисловій апробації, авторському супроводженні при експлуатації; проведення маркетингових заходів з метою поширення реалізації нового розпилюючого обладнання.
Результати експериментальних досліджень, їх узагальнення, розробки по створенню нових технологій і обладнання, що опубліковані у співавторстві з колегами і використані в дисертації, належать автору на рівноправній партнерській основі.
Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися і обговорювалися на Республіканських, Всесоюзних конференціях з проблем розвитку теорії сушіння, динаміки дисперсних систем, удосконалення техніки і технології сушіння в різних галузях промисловості на протязі 1974-2000 рр., в тому числі: Міжнародний Мінський форум “Тепломассообмен” (Мінськ, Республіка Білорусь, 1988, 1992, 2000); Республіканська науково-технічна конференція “Интенсификация технологий и совершенствование оборудования перерабатывающих отраслей”(Киев,Украина, 1989); 2-га Всесоюзна конференція “Процессы и аппараты для микробиологических производств”(Грозный, 1989); Всесоюзна науково-технічна конференція “Состояние и перспективы создания новых готовых лекарственных средств и фитопрепаратов”(Харьков, 1990); IХ Міжнародна конференція “Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв” (Одеса, Україна, 1996); Міжнародна науково-технічна конференція “Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість” (Київ, Україна, 1997); ХIХ конференція країн СНД “Дисперсні системи” (Одеса, Україна, 2000); науково-практична конференція “Современные енергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ-2002”(Москва, Россия, 2002); міжнародна конференція “Нове в технології зберігання та переробки зерна” (Одеса, Україна, 2002); на конференціях в країнах далекого зарубіжжя: Международный симпозиум по сушке”(IDS-1982, Бирмингем, Великобритания; IDS-1990, Прага, Чехословакия; IDS-1998, Солоники, Греция; IDS-2000, Нидерланды; IDS-2002, Китай); 7-а, 8-а Загальнодержавні конференції “Новые познания исследования как средство для обеспечения разработки энергоэкономичных сушилок” (Чехословакия, 1986, 1991); 1-ша міжнародна науково-технічна конференція “Применение псевдокипящего слоя и флуидизированных систем в пище –вкусовой и биотехнологической промышленности” (Болгария, 1989).
Публікації. Основні результати дисертації відображені в 108 друкованих роботах, в тому числі в одній монографії з співавторами, у 27 статтях в наукових журналах та збірниках наукових праць, у 18 доповідях в матеріалах конференцій міжнародного рівня за термін 1998-2003 рр., в 10 авторських свідоцтвах на винаходи, у двох деклараційних патентах.
Структура і обєм дисертації. Дисертація складається із вступу, 8 розділів, основних висновків, списку використаної літератури і додатка. Загальний обєм містить 249 сторінок основного тексту, 91 рисунок, 38 таблиць та список літератури із 269 найменувань, додаток на 122 сторінках.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність проблеми, що розглядається в дисертації, поставлена мета роботи, сформульовані основні задачі, обґрунтована необхідність комплексного дослідження теплофізичних і теплотехнологічних особливостей процесів збезводнювання рідинних матеріалів у диспергованому стані як наукової основи для удосконалення і розробки розпилюючого тепломасообмінного обладнання для концентрування і сушіння.
У першому розділі представлено сучасний стан розробок та основні тенденції удосконалення техніки і технології сушіння і концентрування рідинних матеріалів у диспергованому стані в потоці нагрітого повітря. Представлено ряд принципових технологічних схем та конструктивних особливостей камер розпилюючих сушарок, дається аналіз ефективності їх використання. На сьогодні у звязку з досить широким використанням методу збезводнювання рідинних матеріалів у диспергованому стані більш гостро ставляться вимоги до одержання порошків певного гранулометричного складу із заданими структурно-механічними і сорбційними властивостями.
Важливим аспектом при створенні ефективних розпилюючих сушильних установок має бути обґрунтовані такі конструктивні особливості, які суттєво зменшували б експлуатаційні складності при висушуванні матеріалів, що проявляють підвищені термопластичні, гігроскопічні властивості або мають інші специфічні характеристики.
На основі проведеного аналізу становища розробок в галузі техніки і технології розпилюючого сушіння констатується, що подальше удосконалення конструкцій і теплотехнологічних особливостей процесу сушіння розпилюванням повинно базуватися на основі достатньо повної інформації про температурно-вологістний стан крапель (часток), збезводнювання яких здійснюється в камерах розпилюючих апаратів. Ці дані необхідні при комплексному аналізі процесу розпилюючого концентрування і сушіння (рис.1), першим етапом якого повинно бути експериментальне дослідження особливостей процесу збезводнювання одиничної краплі і встановлення механізму і ступеня впливу внутрішніх процесів тепловологопереносу на кінетичні і тепломассообмінні характеристики продукту, як обєкту сушіння в диспергованому стані.
Рис.1.Схема комплексного дослідження процесу збезводнювання рідинних матеріалів у диспергованому стані.
У другому розділі викладені методологічні особливості проведення експериментальних досліджень випаровування і сушіння на системі “крапля (частка) –високотемпературне парогазове середовище”, представлено опис спеціально розроблених і створених експериментальних стендів, методика проведення досліджень.
Стенди, на яких проведені основні експериментальні дослідження:
- стенд для дослідження кінетики тепловологопереносу в статичних умовах (Vn = 0 м/с (I);
- стенд для дослідження кінетики тепловологопереносу в потоці теплоносія (повітря) (II);
- стенд для дослідження адгезійних характеристик частки, що висушується при контакті її з підставкою, яка імітує елемент стінки камери (III);
Стенди оснащені різними оптичними системами і апаратурою для візуалізації процесів змінювання розмірів і форми часточки, процесів структуроутворення і деформаційних змінювань на разі виникнення нерелаксованих напружень, що спостерігаються в процесі зневоднювання одиничних крапель (часток).
В I-ому стенді використана цифрова вимірювальна реєструюча система, що дозволяє автоматизувати фіксацію поточних параметрів краплі (частки), проводити графічну обробку їх та розрахунки тепломасообмінних характеристик.
На основі експериментального дослідження можна одержати такі кінетичні і тепломасообмінні характеристики: термограми tк(), масограми mк(), змінювання розмірів краплі (частки) к(); температуру рівноважного випаровування tк tм; tм = (Со, tn, n); концентрацію коркоутворення Скр1, вологомісткість частинки в критичних точках ūкр1, ūкр2, ūкр3; розміри крапель в критичних точках кр.1, кр.2, кр.3 і частинок в кінці процесу сушіння кін.; тривалість окремих періодів збезводнювання: , , , , и заг.; інтенсивність вологовіддачі краплі на різних стадіях збезводнювання; наявність протікання хімічних реакцій, температуру і теплоту реакції (плавлення, розмякшення матеріалу і інше.).
Подальша обробка одержаних даних дає можливість визначити такі тепломасообмінні характеристики: температурний коефіцієнт сушіння в сушильній стадії зневоднювання; інтенсивність вологовіддачі крізь утворену корку твердого матеріалу, значення комплексних чисел Ребіндера (Rb), Нуссельта (Nu), кінетичне рівняння сушіння краплі (частки).
Представлені оцінки можливих похибок при визначені вказаних кінетичних і тепломасообмінних параметрів.
Приведені схеми розпилюючих установок для дослідження процесів концентрування і сушіння рідинних матеріалів у диспергованому стані, методика проведення досліджень.
У третьому розділі представлені результати дослідження теплофізичних основ і теплотехнологічних особливостей процесу розпилюючого зневоднювання нових продуктів мікробіологічного синтезу медичного призначення: водного розчину терилітіну, водної дисперсії дріжджового автолізату, водної суспензії біовіту. Ці продукти в початковому стані являють собою групу, що відноситься до високовологих і містять важливі термочутливі біологічно активні компоненти.
Дослідження кінетики процесу випаровування і сушіння крапель цих продуктів показали, що випарювальна стадія, в якій вологопереніс відбувається з вільної поверхні крапель при tкtрtм, досить тривала і час зневоднювання до першої критичної вологості ūкр1 в значній мірі залежить від температури повітря в камері. Встановлено, що залежність ds/d=() має лінійний характер і по значенню близька до значення ds/d=() для чистої води (розчинник або дисперсійна фаза). На основі одержаних даних було визначено, що значення ūкр1, кр1/ практично не залежать від температури повітря в дослідженому діапазоні tп=100180оС, але різняться для різних початкових концентрацій. Були розраховані осереднені значення інтенсивності масовіддачі, які показали, що інтенсивність зневоднювання крапель досліджених продуктів у порівнянні з інтенсивністю випаровування близьких за розмірами крапель води співвідносяться як:
0,96. (1)
Одержані дані показують, що для виробництва порошкоподібних продуктів із розчинів терилітіну, суспензії біовіту, дисперсії дріжджевого автолізату найбільш оптимальним є запропонований раніше академіком НАН України Долінським А.А. двоступеневий розпилюючий спосіб зневоднювання, який дає можливість мінімізувати термічну дію на біологічно активні речовини, що містяться в цих продуктах. Теплофізичні основи цього способу відображають представлені на рис.2 узагальнені графічні залежності змінювання температури парогазового середовища і краплі (частки) в окремих камерах (окремі стадії зневоднювання).
Рис.2. Змінювання температури пароповітряного середовища і температури краплі (частки) з часом при зневоднюванні в розпилюючому двостадійному агрегаті:
I стадія –розпилююче концентрування; II стадія –розпилююче сушіння.
Із рис.2 виходить, що при розпилюючому способі концентрування (1 стадія) процес випаровування вологи здійснюється з поверхні крапель при температурі, яка близька до температури рівноважного випаровування, що в більшості випадків становить tк tм 40-55оС (при температурі повітря в камері tп 150-300оС). Друга стадія –розпилююче сушіння випареного на 1-ій стадії продукту –здійснюється, в основному, як виходить із рис.2, також при tк tм. І тільки впродовж незначного проміжку часу досушування (суш.), температура краплі після досягнення вологовміщення ūкр1, підвищується до температури пароповітряної суміші на виході із камери розпилюючої сушарки. Тривалість термічної дії зводиться до мінімально можливого значення.
Досліди з розпилюючого концентрування і розпилюючого сушіння водяних розчинів терилітіну, показали, що протеолітична активність сухого продукту практично не змінилася. Фізико-хімічний аналіз порошків біовіту довів, що вміст вітаміну В і хлортетрацикліну (ХТЦ) в значно більшій мірі збереігається в продукті, який одержано двостадійним зневоднюванням в розпилюючих камерах порівняно з порошком біовіту, одержаного за існуючою технологією. Основний біологічно активний компонент у готовому продукті, одержаного за діючою технологією, складає 86,7% (із розрахунку в г на кг сухого залишку), а у порошку одержаного за рекомендованою технологією 98,0%. Якщо за існуючою технологією вміст у сухому продукті вітаміну В складає 37,0% (порівняно з його вмістом у початковій суспензії), то в порошкоподібному продукті, одержаного за новою технологією, вміст вітаміну В залишається практично збереженим повністю.
Аналіз отриманих експериментальних даних з кінетичних закономірностей збезводнювання високовологих термочутливих матеріалів, а також дослідження впливу термічної дії при розпилюючому збезводнюванні довели переваги двоступеневого зневоднювання у виробництві високоякісних медичних препаратів і доцільність проведення робіт, спрямованих на удосконалення конструктивних особливостей випарювально-сушильних агрегатів для реалізації нових технологій.
Характер одержаних кінетичних кривих tк(), mк(), () для високовологих продуктів (розчинів, суспензій, дисперсій) показав, що з достатнім ступенем імовірності, інтенсивність тепловологообміну між одиничною краплею і парогазовим середовищем може визначатися за співвідношеннями, одержаних при випаровуванні крапель чистих рідин (для розглянутих продуктів –крапель води) за таких же умов зневоднювання, але з поправкою на термодинамічний вплив розчинної речовини на відповідні кінетичні характеристики: tм(Со); dS/d(Cо); I(Со). Безрозмірні числа Нусельта розраховуються із співвідношень:
Nu=2+0,60Re,5Pr/3 та Num=2+0,60Re,5Prm,33.
Важливим позитивним аспектом використання розпилюючих концентраторів є те, що в таких апаратах можна випаровувати рідинні продукти, реологічні і фізико-хімічні характеристики яких в значній мірі ускладнюють експлуатацію вакуум-випарювальних апаратів: утворюють значні відкладення, що зумовлює скорочення циклу безперервної роботи установки; зявляються труднощі при перекачуванні продуктів підвищеної вязкості та інше. На рис.3 показані термограми tк() при різних значеннях tп для екстрактів кави (а) і цикорія (б), із яких виходить, що процес зневоднювання крапель екстракту кави при початковій концентрації Со=18-25% (після екстракційного апарату) здійснюється при наявності періоду випарювання із вільної поверхні краплі при tкtм. Для випареного екстракту цикорія з Со=40% процес зневоднювання навіть при високій температурі tп = 250оС теж має період випарювання при tк tм. Дослідження із концентрування екстрактів кави натуральної і кавових напоїв різними методами (вакуумним і розпилюючим) показали, що найбільш важливі якісні показники кінцевих продуктів були набагато кращими у випадку концентрування в розпилюючому апараті. Організація процесу інтенсивної взаємодії розпиленої рідини і потоку нагрітого повітря у камері розпилюючого концентратора дозволила одержати наступні значення напруженності з випарювальної вологи:
qрк = 115150 кг/мгод –для усього робочого обєму розпилюючого концентратора;
qрк = 230250 кг/мгод –для ефективної зони взаємодії фаз у камері концентратора.
Рис.3. Термограми зневоднювання одиничних крапель водних екстрактів кави і цикорія:
о=(1,451,55)10-3 м;
Vв=0 м/с; dв=12 г/кг сух.пов.:
а) кава Со=25 %;
б) цикорій Со=40%;
tв: 1–; 2–; 3–; 4–оС
Проведені дослідження переконливо показали можливість управління структурно-механічними характеристиками порошків кавових напоїв, з різними початковими фізико-хімічними властивостями, регулюванням концентрації випарювального екстракту і ступенем рециркуляції зневоднюваного продукта при реалізації нової технології одержання instant - продуктів (швидкорозчинних продуктів).
Четвертий розділ присвячений розгляданню теплофізичних і теплотехнологічних особливостей сушіння методом розпилювання розчинів матеріалів, які проявляють термопластичні властивості при температурно-вологістних умовах в розпилюючих камерах. На основі великої кількості проведених досліджень з кінетики сушіння різних розчинів до термопластичних матеріалів можна віднести ряд продуктів хімічного синтезу, харчові продукти і деякі екстракти фітопрепаратів.
Проведено комплекс досліджень процесу розпилюючого зневоднювання розчинів мочевино- і меламіноформальдегідних смол (УКС, МС-Г100, КС-684 та інші).На основі експериментальних досліджень були установлені наступні кінетичні закономірності і теплофізичні основи розпилюючого зневоднювання розчинів смол:
-високотемпературний процес зневоднювання (при tп 160оС) крапель розчинів синтетичних смол необхідно розглядати таким, що відбувається при наявності значних температурних і концентраційних градієнтів по перетину краплі, які суттєво ускладнюють характер кінетичних кривих зневоднювання;
-відмічена можливість наявності хімічних реакцій при tк 100оС, що є основою вважати такі продукти термореактивними;
-відмічено, що при досягненні краплею вологовмісту, який відповідає значенню ūкр1 (при tп 160оС и Со 30%), еластична плівка, що утворюється при цьому на поверхні краплі, в значній мірі лімітує вологопереніс із внутрішніх об’ємів краплі до її поверхні; здійснюється інтенсивне пароутворення всередині краплі, тиск всередині частки зростає, що призводить до багаторазового роздування її (рис.4), а разом і до інтенсифікації вологовіддачі з поверхні;
Рис.4. Залежності к() при зневоднюванні крапель розчинів УКС і краплі води у потоці повітря при tп=160С, Vп=1,0 м/с:
а) Со=30 %; б) Со=50 %;
в) Со=70%.
-характерною особливістю зневоднювання крапель висококонцентрованих розчинів (Со 40%) термопластичних матеріалів є значна тривалість періодів плівкоутворення, на протязі яких крапля смоли, що висушується, проявляє підвищені адгезійні властивості.
Установлені тепломассообмінні характеристики при зневоднюванні крапель розчинів смол:
-інтенсивність зневоднювання у квазістаціонарному режимі процесу зневоднювання:
, где Аs0,50 (2)
при tп=100140 оС; Vп=02,5 м/с; Со=3050 % (uо==2,31,0);
-температурний коефіцієнт сушіння у періоді плівкоутворення і виділення твердої фази (до періоду кипіння):
b=dtк/dū=const60 оС мг/мг (3)
при Со=2050 % (uo=4,01,0); tп=100160 оС.
Одержано рівняння кінетики сушіння у такому вигляді
-Rb = Кс un, (4)
де Кс=4,5 ехр(-0,03Со) та n=1,5ехр(-0,065Со).
Експериментально установлені максимальні сили адгезійної взаємодії Fад з підкладкою, що імітує стіну розпилюючої камери, при зневодненні крапель меламіно-формальдегідної смоли (МФС) і смоли УКС: Fад.max для смоли УКС з Со = 64% практично в 2 рази більше, ніж для смоли МФС з Со = 50%. На основі проведеного комплексу досліджень адгезійних характеристик для часток порошків МФС (рис.5) випливає, що доцільно мати спектр висушених часток, розміри яких не перевищують 60 мкм. Встановлено, що для зменшення прилипання часточок до поверхні стінок сушильної камери слід передбачати термостатування їх при температурі не більшою за 65оС.
Рис.5. Залежність сили відриву часточок порошку МФС від температури підкладки для різних розмірів часток :
а) підкладка 1–клас шорсткості - 6;
б) підкладка 2–клас шорсткості - 9;
1-=28; 2-=34; 3-=52; 4-=82 мкм.
Дослідження кінетики процесу зневоднювання одиничних крапель розчинів кальцієвої солі -аланіну (Са-солі -А) показали, що завершальна стадія сушіння для матеріалів, які проявляють термопластичні властивості і для яких визначені жорсткі вимоги стосовно низької кінцевої вологості (Wкін 1,0%), вимагає особливої уваги при організації процесу розпилюючого сушіння таких матеріалів. Це передбачає, з одного боку, підвищену температуру повітря на виході із камери, а з іншого боку, її значення обмежується термопластичними властивостями таких продуктів. Проведений комплекс досліджень на лабораторній розпилюючій установці переконливо довів, що технологія синтеза розчину Са-солі -А, яка передує стадії сушіння, визначає подальші теплотехнологічні особливості процесу сушіння розпилюванням. Вміст у початковому розчині, що подається в розпилюючу камеру, таких домішок, як вільний -аланін, гіпс, вапно, погіршують властивості розчину, як обєкту розпилюючого сушіння, не дозволяють стабілізувати процес і одержати порошок з необхідними якісними характеристиками. Наявність вказаних домішок підвищує адгезійні і гігроскопічні властивості одержаних порошків. Аналіз структурно-механічних характеристик одержаних порошків також показав залежність сипкості від якості початкового розчину. Виявлені теплофізичні і теплотехнологічні особливості сушіння методом розпилювання Са-солі -А дали можливість установити необхідність удосконалення загальної технології синтезу і розробити технічне завдання на нову розпилюючу сушарку для термопластичних матеріалів.
Із харчових продуктів, що проявляють термопластичні властивості, розглянуті, як обєкти сушіння розпилюванням, фруктові соки і композиційні склади на їх основі. Результати досліджень показали доцільність використання різноманітних стабілізуючих добавок, які вносяться у початковий фруктовий сік з метою управління реологічними і фізико-хімічними властивостями, що дає можливість значно зменшити адгезійні відкладення при розпилюючому висушуванні і зменшити гігроскопічність одержуваних сухих продуктів. Результати проведених досліджень стали науковим обґрунтуванням для розробки нової технології одержання сухих фруктово-молочних композиційних складів на основі використання вторинних молочних продуктів.
Пятий розділ містить результати дослідження теплофізичних і теплотехнологічних аспектів сушіння розпилюванням висококонцентрованих розчинів матеріалів з підвищеною гігроскопічністю. Досліджувалися водні розчини холінхлоріду, який є біологічно активним препаратом і використовується як вітамінна і стимулююча добавка в кормах сільськогосподарських тварин. Холінхлорід –продукт хімічного синтезу і випускається у вигляді концентрованого 70%-ного водного розчину. На рис.6 представлені термограми сушіння і охолодження часток tк() при tп=190оС для крапель з Со=70%. Різке підвищення температури краплі після розміщення її у потоці нагрітого повітря обумовлюється досить малою швидкістю вологовіддачі через суттєве зменшення коефіцієнта дифузії D для таких концентрованих розчинів. Однак, високий темп зростання tк з часом приводить до підвищення D, що зумовлює інтенсифікацію вологопереносу із краплі до її поверхні. Ці особливості пояснюють той факт, що, навіть при зневоднюванні крапель розчину холінхлоріда з Со = 50% і 70%, на початковій стадії спостерігається лінійна залежність Sк(). Ця квазівипарювальна стадія зневоднювання для досліджених розчинів продовжується практично до завершення стуктуроутворення твердої фази в об’ємі краплі (частки). Візуальні спостереження показують, що при досягненні краплею tк tкип 122оС всередині неї відбуваються значні переміщення продукту –здійснюється самоперемішування, що при наявності відміченої підвищеної розчинності і досить малій залишковій волозі не призводить до розриву (деформації) часточки, що висушується, та викидів при цьому з неї вологи у вигляді пари. Як випливає із аналізу кінограм процесу, температурні та концентраційні градієнти, що виникають при цьому у краплі, призводять тільки до деякого “набухання” частки.
а б в
Рис. 6. Термограми сушіння крапель розчину холінхлорида з Со=70% і наступного охолодження висушених часток при параметрах сушіння: tп=190оС, Vп=0,5 м/с;
на а,б, в) 1-чистий розчин холінхлориду (ХХ):
а) розчин ХХ+діатоміт: 2 –%;
б) розчин ХХ+асканський бентоніт: 2-10%; 3-30 %;
в) розчин ХХ+ каолін: 2-10 %; 3-30 %.
Були розглянуті особливості кінетики охолодження висушених часток, що мають tк tп , на основі яких установлено, що, виділення тепла кристалізації в обємі одержаного порошку буде призводити до спікання часток, утворення трудно руйнівних агломератів і грудок. Окрім того, висушені часточки впродовж 15-60 с (в залежності від вологості і температури навколишнього середовища, кінцевих значень вологомісткості і розмірів часток) обводнювалися: часточки білого кольору мутніють, невдовзі покриваються вологою плівкою і достатньо швидко знову переходять у стан розчину. Така висока сорбційна активність вимагала пошуку стабілізуючих добавок, що зменшують гігроскопічність порошку і подовжують строки його збереження. Результати проведених досліджень показали: увесь процес зневоднювання відбувається при різкому підвищенні tк, низькотемпературна стадія випаровування відсутня, кінетичні криві mк(),tк() не мають явно виражених сингулярних точок (рис.7.а), інтенсивність вологовіддачі до значення вологомісткості у другій критичній точці можна вважати практично сталою величиною (рис.7,б) і зростаючою при підвищенні tп.
а) б)
Рис. 7. Кінетичні характеристики при зневоднюванні краплі розчину холінхлорида: Со=70 %; tп=160 оС; о=1,510-3м :
а) первинні кінетичні характеристики: 1-mк(), 2-tк(), 3-Sк();
б) розрахункові кінетичні характеристики: 1–tк(ū); 2–(dtк/d)=f(ū); 3-(dmк/d)=f(ū)
Вплив внутрішнього вологопереносу при розпилюючому висушуванні висококонцентрованого розчину холінхлоріда з Со=70% у високотемпературному потоці повітря можна урахувати наступними осередненими кінетичними характеристиками:
-інтенсивність вологовіддачі у квазістаціонарному режимі:
, (5)
для Со=50 %: tп=100 оС; Аs=0,57;
tп=200 оС; Аs=0,82.
для Со=70 %: tп=100 оС; Аs=0,37;
tп=200 оС; Аs=0,65.
(dm/d)=f(ū)=const12,510-3 мг/с (6)
2,0
-значення вологомісткості в критичних точках при 150оС tп 240оС:
ūкр2 0,22; (18,3 %);
ūкр30,15=umax.гігр; (13,5 %=Wmax.гігр)
-температурний коефіцієнт сушіння в діапазоні 0,02ū0,4:
b=сonst275 оС/мг/мг (7)
Дослідження процесу розпилюючого зневоднювання розчину холінхлоріда показали, що незадовільні сипкі властивості порошка ускладнюють роботу сушильної установки (зявляються відкладення у камері), а значна його гігроскопічність ускладнює процес вивантаження. В роботі наведені розроблені і рекомендовані до впровадження композиційні склади добавок-стабілізаторів із трьох речовин, одна з яких є адсорбентом-стабілізатором, друга –антизлежуваним, третя –антиадгезійним засобом: КС-I і КС-II. Результати аналізу дисперності порошків свідчать, що склад композиційної добавки впливає на характер кривих розподілу часток R(о) і на осереднені розміри часток ч : діапазон змінювання розмірів часток складає 5-90 мкм; середній розмір часток –-25 мкм, що в цілому забезпечує достатньо високу ефективність уловлювання їх у циклонах.
В результаті проведеного комплексу досліджень зі збереження одержаних порошків холінхлоріду на протязі року встановлено, що для продукту з КС-I і КС-II структурно-механічні характеристики (кут природнього укосу і швидкість витікання ) змінювалися несуттєво, насипна густина (вільна в і ущільнена ущ ) практично не змінювалися і становили для порошків холінхлоріду:
с КС- I: в=480520 кг/м ; ущ=650660 кг/м;
с КС- II: в=540550 кг/м ; ущ=600610 кг/м.
Вимірювання вологості проб порошків при зберіганні на протязі року показали, що на кінець року Wпор не перевищувала 1%. Проведені дослідження стали науковою основою для розробки нової технології сушіння 70%-ного розчину холінхлоріда із запропонованими добавками-стабілізаторами і довели, що реалізація нової технології гарантує одержання сипкої форми порошкоподібного холінхлоріду із збереженням важливих структурно-механічних характеристик впродовж достатньо тривалого строку зберігання (не менше одного року в звичайних складських умовах).
Проведені теплофізичні і теплотехнологічні дослідження особливостей процесу розпилюю чого сушіння кормового концентрата лізину (ККЛ), що одержується в результаті мікробіологічного синтезу і являє собою цінну кормову добавку для сільськогосподарських тварин. На основі результатів досліджень розроблена нова технологія, що забезпечує достатньо вологостійку порошковидну форму з підвищеним вмістом основної біологічно-активної речовини –лізину. Досягається це за допомогою стабілізуючих (гідрофобізуючих) добавок, застосування яких дає можливість одержання продукту з поліпшеними якісними показниками: вміст L-лізину (активної речовини) –-28%, що в 2-3 рази більше, ніж у тій формі, що випускається; вміст добавок, що вводяться, у кількісному відношенні зменшується в 2-6 рази (порівняно з існуючою технологією); вологість одержаного порошку 1,0-2,0%. Насипна густина –,500,60 г/см, ущільнена –,800,85 г/см, що приводить до зменшення транспортних витрат. Кут природнього укосу –30 град. –є характерним для досить добре сипких матеріалів. Середній розмір часток –30 мкм –забезпечить досить високий ступінь сепарації в апаратах циклонного типу.
В шостому розділі викладені результати теплофізичних основ і теплотехнологічних особливостей сушіння методом розпилювання продуктів, що мають у порошковидній формі низьку насипну густину. Ці порошки одержуються із цілого ряду екстрактів рослинної сировини, у виробництві деяких медичних (розчини поліміксіну) або хімічних (розчини синтетичних миючих засобів) продуктів.
Використання розпилюючих сушарок для одержання екстрактів у вигляді порошку обумовлене зберіганням в них найважливіших складових початкових екстрактів. Ефективність процесів змішування, гранулювання, таблетування порошків в значній мірі визначається їхніми структурно-механічними характеристиками. На рис.8 представлені термограми процесу зневоднювання крапель екстракту кори крушини (КК) tк(), аналіз яких показує, що для крапель ідентичної концентрації інтенсифікація тепловологопереносу з підвищенням tп є суттєвою. Однак, збільшення tп призводить до деформації корки, що утворюється на поверхні зневоднювальній часточці, у періоді кипіння.
Дослідження процесу розпилюючого сушіння підтвердили імовірність утворення порошковидного продукту з низькою кінцевою густиною при високотемпературних параметрах повітря, що подається в сушарку. Виявлені закономірності дозволяють констатувати: з метою оптимізації процесу сушіння методом розпилювання подібних матеріалів слід особливу увагу приділяти значенням tп і Со, а також ефективності системи сепарації порошковидного продукту.
а) б)
Рис.8. Змінювання температури краплі в процесі зневоднювання крапель екстрактів КК в залежності від початкової концентрації при Vп=0 м/с:
а) tп=140 оС; б) tп=180 оС;
–вода; 2–Со=10 %; 3–Со=29 %; 4–Со=40 %.
Розглянуті також кінетичні характеристики зневоднювання крапель випареного екстракту з листа чаю із вмістом сухих речовин Со = 45% і Со=67% при різних tп в діапазоні 80220оС.
Проведені дослідження теплофізичних основ процесу сушіння методом розпилювання екстрактів кори крушини і чаю розкрили причини одержання порошковидного продукту з низькою насипною густиною, що обумовлює також підвищену їх гігроскопічність. Аналіз одержаних результатів дозволив установити і запропонувати раціональні режими сушіння розпилюванням і спеціальні схеми сепарації порошковидного продукту.
Сьомий розділ присвячений принципам моделювання процесів тепловологопереносу в системі “крапля-парогазове середовище”, класифікації рідинних матеріалів, як обєктів зневоднювання в диспергованому стані. Математичне моделювання процесів тепловологопереносу для системи “крапля-парогазове середовище”, особливо з урахуванням гідродинамичної обстановки в розпилюючій камері, являє собою складну задачу. Труднощі математичного урахування усіх впливаючих факторів на інтенсивність тепловологопереносу, а також складності при визначенні теплофізичних констант (коефіцієнту дифузії вологи, характеристик капілярної структури речовини, що виділяється при висушуванні, фільтруючих характеристик її, вязкості, теплопровідності та інше), обумовлюють деякі особливості при спробах описування процесів.
Аналіз фізичних моделей при зневоднюванні крапель в “жорстких” умовах дав можливість розглянути моделі, що відображають певні специфічні особливості процеса тепловологопереносу. Так, була розглянута математична модель при зневоднюванні краплі розчину, що покрита тонкою коркою розчинної речовини, у високотемпературному газовому середовищі. Припускалося:
-шар розчину, що контактує з внутрішньою стороною корки, насичений при температурі внутрішньої поверхні;
-середня концентрація розчинної речовини в краплі в момент утворення твердої фази мала;
-розчин із обєму краплі проникає на верхню межу корки дифузійним шляхом, а капілярне переміщення рідини у кірці відсутнє;
-температура усередині краплі така, що тиск насиченої пари усередині корки суттєво не перевищує тиску оточуючого (навколишнього) газу і корка не руйнується;
-температура внутрішньої поверхні корки буде дорівнювати температурі розчину під коркою.
Розглядалась система рівнянь теплопровідності і дифузії, в яку не ввійшли члени, що містять термоградієнтний коефіцієнт і критерій фазового переходу. Використані граничні умови III-го роду. Застосовуючи перетворення Лапласа, одержуємо рішення для температури в корці Т(к) :
Т(к)(r,)=Tп(r,)+Tm(r,) +Tq(r,) (8)
де Тm(r,), Tq(r,) - залежність температури з часом обумовлена відповідно переносом маси і потока тепла; при цьому вважали, що Тп = const. Розрахунок значень Тм(r, ) і Тq(r, ) досить громіздкий. Час, за який температура у корці переходить від То до Т, визначається коренями п характеристичного рівняння, товщиною корки R –R і температуропровідністю корки ат:
(9)
Тривалість переходу від Т до Тп визначається часом релаксації, що залежить від коефіцієнта дифузії в корці:
(10)
В (9 і 10) п і п –корені характеристичних рівнянь. Так як ат D, то qD. Вираз для температури під коркою Т(пк) представляється, як:
Т(пк)(r,) = Т(пк)(Тс)+С (11)
де Т(пк) (Тп) –температура під коркою, обумовлена впливом температури середовища; Ст –добавка, що зявляється при наявності корки і за рахунок змінної з часом температури в ній.
Вологомісткість у корочці визначається тільки часом релаксації. Залежність U(к) від радіуса на відміну від Т(к) буде суттєвою. На основі одержаних виразів можна визначити момент закипання розчину під коркою, якщо задатися при цьому конкретними умовами. Правомірність запропонованої моделі перевірена для експериментально одержаних кривих m(), tк() при зневоднюванні крапель розчинів NaCl i NaNo для двох значень tп = 110,140оС.
Розглянута модель процесу випаровування і сушіння крапель досить концентрованих розчинів, на термограмах яких можна виділити і випарювальну і сушильну стадії зневоднювання. Особливості фізичної моделі включають такі основні допущення:
-процес тепловологопереносу між краплею і парогазовим середовищем розглядається як такий, що відбувається через прошарок змінювальної товщини ();
-товщина корки змінюється як за рахунок виділення (кристалізації) розчинної речовини, так і за рахунок зменшення розміру краплі (частки);
-коркоутворення починається за умови, що концентрація біля поверхні випаровування Сs() перевищує значення насиченого розчину при даній температурі Сн(t);
-корка, що утворюється із розчинної речовини, має структуру, переніс вологи через яку, здійснюється у вигляді пари;
-теплофізичні властивості структури корки: густина , паропровідність (вологопровідність) Dкрк і теплопровідність крк приймаються сталими;
-температура в краплі (часточці) tк() стала по перерізу, але має місце градієнт розчинної речовини, С=(r, );
Система рівнянь для опису процесу тепловологопереносу має вигляд:
(12)
(13)
де u=mвол/mс.р.; крист. –константа фазового перетворення при кристалізації; - товщина утворюваної корки на поверхні краплі.
Змінювання концентрації розчинної речовини в краплі (часточці) можна розраховувати згідно рівняння:
(14)
Змінювання поверхні краплі визначається співвідношенням:
(15)
Змінювання товщини твердої фази, що виділяється на поверхні частки, визначається з рівняння:
(16)
Розглянута також модель сушіння краплі, зневоднювання якої відбувається практично тільки в сушильній стадії, тобто на термограмах відсутній період випаровування із вільної поверхні краплі. Ці особливості проявляються для висококонцентрованих розчинів, вміст сухих речовин в яких становить 40-50% і більше. Фізична модель включає такі основні положення:
-товщина корки при втраті вологи збільшується за рахунок відкладення речовин, що виділяються при випаровуванні розчину всередині краплі;
-волога видаляється із ядра краплі за рахунок тепла, що надходить через корку;
-дифузія вологи через корку здійснюється у вигляді пари, що утворюється під кіркою;
-зовнішній діаметр корки в процесі зневоднювання приймаємо за сталу величину , а внутрішній, поточний, діаметр за .
Математична модель включає рівняння вологопровідності і теплопровідності через шарову стінку і граничні умови третього роду. Після проведення перетворень і деяких спрощень кінцевий вигляд формули для розрахунку тривалості сушіння краплі (частки) має вигляд:
(17)
Придатність формули (17) була перевірена при зневоднюванні крапель розчинів крохмально-паточної промисловості: кукурудзяного екстракту (Wо=53,4%), вуглеводно-білкового картопляного гідролізату (Wо=57,2%) і паточного сиропу (Wо=53%).
Використання методів фізичного і математичного моделювання дозволяє установити функціональну залежність між певними факторами зовнішнього впливу і характеристиками внутрішніх процесів тепловологопереносу і структуроутворення. Однак, математичні моделі процесу випаровування і сушіння крапель розчинів у нагрітому парогазовому середовищі, враховуючи складність механізмів внутрішнього тепловологопереносу, дають досить складні рішення. У ряді випадків доцільним є використання одержаних експериментально значень інтенсивності тепловологопереносу в залежності від різних параметрів парогазового середовища. Розрахунки розроблених в ІТТФ НАН України установок для зневоднювання різних продуктів у диспергованому стані, здійснювалися з використанням визначених параметрів, співвідношень і формул, одержаних на основі експериментального дослідження процесів на системі “крапля-парогазове середовище”.
Аналіз кінетичних характеристик при висушуванні численних розчинів дозволив запропонувати класифікацію рідинних матеріалів, як обєктів сушіння методом розпилювання, в залежності від ступеня впливу внутрішнього тепловологопереносу на кінетику процесу (рис.9). На карті –схемі представлені кінетичні криві m() і tк() для чотирьох класів, а для 3-го класу показані ще і характерні різного вигляду кінетичні криві для підкласів III-1, III-2, III-3.
Рис.9. Карта-схема класифікації рідинних матеріалів як об’єктів сушіння.
До 1-го класу віднесені високовологі розчини і суспензії з Со 5-20%, зневоднювання яких здійснюється переважно при температурі продукту, близької до tр. До другого класу (II) відносяться розчини, для яких відносна тривалість сушильної стадії зневоднювання крапель становить більше 20% і відбувається при монотонному підвищенні температури краплі (частки) від tк tр до tк tп . Кінетичні криві, що одержані при зневоднюванні крапель при tп(вх) tкип та при Со20%, віднесені до третього класу (III).
До III-1 віднесені такі розчини, які в період випаровування вологи із вільної поверхні утворюють тверду фазу, що характерна непористим матеріалам (з полікристалічною або аморфною жорсткою структурою): достатньо концентровані водні розчини хлористого натрію, бромистого натрію, карбоната натрію і інші. Підгрупа III-2 включає розчини, при висушуванні крапель яких утворюється тверда фаза із структурою, що відноситься до колоїдних або колоїдних капілярно-пористих матеріалів. Особливістю сушіння крапель таких розчинів є незначна тривалість випарювального періоду, що протікає у періоді прогрівання, а періоди коркоутворення (плівкоутворення) і кипіння є досить тривалими. До цієї підгрупи можна віднести розчини високомолекулярних сполук, композиційні матеріали з досить високою початковою концентрацією (Со 30%). До третьої підгрупи (III-3) віднесені розчини ще більшої початкової концентрації (Со 40%), що визначаються таким типом термограм tк(), на яких прогрівання краплі супроводжується утворенням корки (плівки) розчинної речовини практично на самому початку процесу зневоднювання. Темп нагрівання частки залежить від вологомісткості і tп. Інтенсивність вологовіддачі як у інших підгрупах, і лімітується внутрішніми процесами тепловологопереносу. Зневоднення крапель висококонцентрованих розчинів у “жорстких” режимах здійснюється при зростаючій температурі і на термограмах відсутні точки, що характеризують різні стадії зневоднювання, прояв яких визначається особливостями механізму внутрішнього тепловологопереносу. Такі розчини виділені у IV групу, для якої заг. Інтенсивність вологовіддачі для продуктів IV класу значно нижча, ніж для продуктів I, II, III класів.
У восьмому розділі викладені результати розробки та промислових випробувань нового тепломасообмінного обладнання для концентрування і сушіння рідинних матеріалів у диспергованому стані. Представлені також розробки нових технологій одержання порошковидних матеріалів у різних галузях промисловості.
Аналіз роботи агрегату ИСА-ИТЭ-6 на ряді заводів медичних препаратів показав можливості його удосконалення з метою підвищення ефективності цього обладнання: розроблена спеціальна замкнута система пневмоохолодження і пнемотранспортування; установлені параметри диспергування при використанні різних конструкцій дискових розпилювачів; розроблено більш ефективний газорозподільчий пристрій; удосконалена система сепарації у відповідності з новими даними про кінетичні, дисперсійні і структурно-механічні характеристики різних медичних препаратів. На основі проведених досліджень і конструкторських доробок розроблена нова модифікація випарювально-сушильного агрегату АИС (рис.10) потужністю 140-210 кг/год з випарювальної вологи, що відповідає сучасним вимогам виробництва медичних препаратів. Дослідний зразок АИС виготовлений Коростеньським заводом “Хіммаш” (Україна), змонтований і запущений в експлуатацію на АТ “Київський завод медпрепаратів” (Україна). Проведення налагоджувальних дослідів ще раз підтвердило, що процеси концентрування і сушіння в диспергованому стані у випарювально-сушильному агрегаті відбуваються при певних термовологісних умовах, найбільш сприятливих з точки зору збереження термолабільних компонентів при зневодненні медичних і фармацевтичних препаратів.
Розроблені типорозміри випарювально-сушильних агрегатів (ИСАР-700 і ИСАР-7М та інші), в схемах яких передбачена багаторазова рециркуляція продукту, що концентрується. Агрегат ИСАР-700 (рис.11) широко впроваджений у виробництві замінників незбираного молока для тваринництва, при реалізації нової технології у виробництві вітамінних комплексів (Монастиріщенський біохімзавод, Україна). Випарювально-сушильний агрегат ИСАР-7М потужністю 5000 кг/год випарювальної вологи, впроваджено на Саранському заводі медпрепаратів (Росія) для сушіння комплексних відходів. Агрегат ИСАР-7М був рекомендований також для реалізації нової технології одержання порошка кормового біовіту (Немішаєвський біохімзавод, Україна).
У відповідності з даними про кінетичні характеристики, що одержуються при зневодненні одиничних крапель, та на основі даних по структурно-механічним властивостям порошковидних продуктів, нами вирішувалися задачі створення нових розпилюючих установок.
Розроблена і створена установка РЦ-5-140 (ППС) (рис.12) потужністю 200-250 кг/год з випарювальної вологи для виробництва порошків із розчинів, які при температурно-вологістних умовах в розпилюючих сушарках, виявляють підвищені адгезійні властивості. У відповідності з Координаційним планом спільних робіт Інституту технічної теплофізики і Коростеньського заводу зі створення високоефективних сушильних розпилюючих установок і агрегатів, був виготовлений дослідно-промисловий зразок установки РЦ-5-140 (ППС) і поставлений на завод “Метил” ПО “Уралхімпласт” для виробництва порошковидних меламіно-формальдегідних смол.
Установка меншої потужності (на 50-70 кг/год з випарювальної вологи) РЦ-3,2-14 (рис.13), також для сушіння адгезійних продуктів, розроблена за завданням Белгородського філіалу Всесоюзного інституту вітамінної промисловості (м.Белгород, Росія) і ВО “Уманський вітамінний завод” (Україна). Сушарки РЦ-5-140 (ППС) і РЦ-3,2-14 можуть застосовуватися в харчовій, мікробіологічній, хімічній, хіміко-фармацевтичній галузях промисловості для продуктів, процес висушування яких потребує специфічних вирішень при організації виробництва їх у порошковидній формі.
Розроблена нова технологія одержання сипкої форми холінхлоріду і спеціальна розпилююча сушильна установка РЦ-5,0-120 (СХ) для матеріалів з підвищеною гігроскопічністю (рис.14). У відповідності із “Завданням на розробку техніко-економічного обґрунтування на дослідно-промислову установку” розроблені “Вихідні дані для проектування технологічного комплексу обладнання для виробництва сипкої форми холінхлоріду” потужністю 9000 т/рік (с 90%-ною концентрацією основного біологічно активного продукту-холінхлоріда) для Кемерівського хімічного заводу (Росія).
Установка РЦ-5,0-120 (СХ) і технологія для здійснення процесу розпилюючого сушіння висококонцентрованих розчинів гігроскопічних матеріалів рекомендована для використання в мікробіологічній промисловості для реалізації нової технології одержання сипкої форми порошковидного лізіну, для деяких продуктів неорганічного синтезу, а також харчових продуктів (фруктово-молочних композицій, біл-
Рис.10. Принципова технологічна схема випарювально-сушильного агрегату АИС:
1-калоріфери (паровий та електричний); 2-випарювальна камера с краплеуловлювачем; 3-сушильна камера; 4-циклон “мокрий”; 5-уловлювач; 6-циклон “сухий”; 7-система охолодження; 8-теплообмінники.
Рис.11. Принципова технологічна схема випарювально-сушильного рециркуляціонного агрегату ИСАР-700:
,3-теплогенератор; 2-теплообмінник; 4-відстійник; 5,11-насос; 6-фільтрацій-на установка; 7-ємкість для випареного продукту; 8-випарювальна камера-концентратор; 9-механічні форсунки; 10,12-пневматичні форсунки; 13-камера сушильна; 14-циклон; 15- вивантажу-вальний пристрій.
Рис.12. Технологічна схема розпилюючої сушильної установки для виробництва порошкоподібних смол РЦ-5-140 (ППС), потужністю 200250 кг/год з випарювальної вологи:
1-реактор; 2-накопичувальна емкість; 3-ємкість початкового продукту; 4-дисковий розпилювач; 5-сушильна камера; 6-циклон; 7-вивантажувальний бункер; 8-пнев-мозатвір; 9-теплообмінники; 10-ви-вантажувальний циклон; 11-теп-логенератор; 12-“мокрий”скруббер; 13-вентилятор; 14-шлюзовий затвір.
Рис.13. Схема розпилюючої сушильної установки РЦ-3,2-14 для термопластичних матеріалів потужністю 70 кг/год з випарювальної вологи.
Рис.14. Технологічна схема розпилюючої сушильної установки РЦ-5,0-120(СХ) для одержання порошків з висококонцентрованих розчинів потужністю 300 кг/год з випарювальної вологи:
,2,3-ємкості для розчину; 4-розпилювач; 5-сушильна камера; 6-циклон; 7-бункер; 8-віброохолоджувач; 9-бункер-накопичувач; 10-“мокрий”пилеуловлювач; 11-теплогенератор.
Рис.15. Схема розпилюючої сушильної установки РЦ-2,5-7,5 для одержання порошковидних продуктів с низькою насипною густиною (потужністю–кг/год з випарювальної вологи):
1-ємкість для розчину; 2- фільтр; 3- відцентровий вентилятор; 4-калорифер; 5- відцентровий дисковий розпилювач; 6- сушильна камера; 7-встроєний циклон; 8-ємкість для порошку; 9-циклон; 10-“мокрий” пилеуловлювач.
кових гідролізатів, екстрактів) і інших, до яких ставляться вимоги одержання їх з певними структурно-механічними властивостями, як за рахунок додаткової термічної обробки, так і завдяки введенню структуруючих добавок.
Сушильна розпилююча установка РЦ-2,5-7,5, схема якої приведена на рис.15, призначена для одержання порошковидних продуктів, які при висушуванні у диспергованому стані мають низьку насипну густину, тому вимагають створення умов, для підвищення ступеня уловлювання дрібнодисперсного продукту, що висушується. Апробація використаної в конструкції РЦ-2,5-7,5 системи сепарації здійснювалася при розпилюючому висушуванні концентратів водних рослинних екстрактів крушини, шипшини, таніну і інших, на прикладі яких було показано суттєве підвищення виходу порошковидного продукту.
Створена нова модифікація розпилюючого концентратора РКС, який успішно працює в технологічній лінії виробництва розчинної кави і кавових напоїв. Промислові випробування показали можливість управління насипною густиною при досить широкому асортименті кавових напоїв, що випускаються. Нова технологічна схема дозволила більше ніж у 2,2 рази збільшити продуктивність лінії, суттєво поліпшити якість продукції (підняти до світових стандартів). Впровадження РКС показало, що загальні енерговитрати знизилися на 15-20%. Нова схема дає можливість збільшити вихід продукції також завдяки підвищенню ефективності роботи сепараційного обладнання і забеспечити екологічну чистоту навколишнього середовища.
Розроблена модифікація розпилюючого концентратора РКС може використовуватися також і при упарюванні інших харчових продуктів: фруктових і овочевих соків, водних дисперсій білкових гідролізатів, соєво-молочних композицій і інше.
ВИСНОВКИ
В дисертації представлено нове вирішення наукової проблеми, яке основано на створенні комплексної методології експериментального дослідження процесів випаровування і сушіння рідинних матеріалів у диспергованому стані, що включає вивчення теплофізичних основ на системі “крапля (частка) –парогазове середовище”, як елементній системі в складній аеродинамічній обстановці розпилюючих камер, і особливостей процесів концентрування і сушіння в камерах розпилюючих установок з метою вивчення і аналіза процесів одержання порошковидних матеріалів методом розпилювання. Нові дані з кінетичних, тепломасообмінних, адгезійних, дисперсійних, структурно-механічних, сорбційних характеристик для матеріалів, як об’єктів зневоднення в диспергованому стані, складають наукову основу при розв’язанні задач удосконалення процесів розпилюючого зневоднення, вирішенні цілого ряду теплотехнологічних і теплотехнічних аспектів при розробці нових енергозберігаючих технологій і високоефективного обладнання для концентрування и сушіння різних матеріалів розпилюючим методом.
1. Створені спеціальні експериментальні стенди для дослідження тепловологопереносу при зневодненні одиничних крапель рідинних матеріалів у парогазовому середовищі, розроблені методики проведення досліджень при різних умовах взаємодії крапель з нагрітим парогазовим середовищем, обґрунтована достовірність одержаних результатів.
2. Проведено великий комплекс експериментальних досліджень кінетики випаровування і сушіння численних розчинів, суспензій, дисперсій, різноманітних за фізико-хімічними властивостями, на основі результатів яких установлені кінетичні закономірності, визначені інтенсивності и тривалості окремих періодів, особливості формо- і структуроутворення. Аналіз взаємозв’язку і взаємозалежності різних факторів і характеристик, що одержувалися, проводився для конкретного матеріалу або для групи матеріалів з ідентичними кінетичними характеристиками. Одержані експериментальним шляхом залежності для розрахунку інтенсивності і тривалості процесу збезводнювання в окремі періоди, значення параметрів в критичних точках, що визначаються на кінетичних кривих, рекомендовані ОКТБ ІТТФ і ІТТФ НАН України для розрахунків оптимальних режимів розпилюючого збезводнювання.
3. Результати експериментального дослідження процесів збезводнювання на системі “крапля-парогазове середовище (нагріте повітря)” стали основою при визначені ступеня впливу внутрішніх процесів тепловологопереносу при розгляданні матеріалу, як об’єкта розпилюючого сушіння. Установлено, що особливості внутрішнього тепловологопереносу визначають характер розвитку температурного і концентраційного полів при зневоднюванні крапель у високотемпературному газовому середовищі, що обумовлює особливості процесів структуроутворення при виділенні твердої фази із розчину (суспензії) і одержання відповідних структурно-механічних характеристик матеріалів, що висушуються.
. Проведений комплекс експериментальних досліджень з кінетики випаровування і сушіння одиничних крапель став основою запропонованих в ІТТФ фізичних моделей, які були використані в ІТТФ НАН України при математичному описуванні тепловологопереносу в процесі зневоднювання крапель матеріалів у нагрітому газовому середовищі.
. На основі аналіза установлених кінетичних і тепломасообмінних характеристик зроблена оцінка діяння різних факторів на якісні показники зневоднюваного продукту, запропоновані раціональні теплотехнологічні параметри і методи управління кінетикою, структурно-механічними і сорбційними характеристиками порошків, що одержуються.
. Запропонована уточнена класифікація продуктів, як об’єктів сушіння розпилюванням, в залежності від ступеня впливу внутрішнього тепловологопереносу на кінетику процеса. Характер термограм, одержаних при експериментальному дослідженні, відображає взаємозв’язок зовнішніх гігротермічних умов сушіння і особливостей внутрішнього тепловологопереносу. Запропонована класифікація є основою аналізу теплотехнологічних аспектів сушіння розпилюванням, тому що базується на теплофізичних особливостях тепловологопереносу в окремій краплі (часточці) при відповідних температурно-вологістних параметрах парогазового середовища.
. Установлені особливості кінетичних закономірностей для певної групи матеріалів та їхній вплив на структурні і сорбційні характеристики є науковою базою для удосконалення окремих вузлів і принципових схем розпилюючих установок та створення нового ефективного обладнання, нових енергозберігаючих технологій.
Результати практичного використання проведених досліджень
1. Установлено, що використання двоступеневого способу розпилюючого зневоднювання нових високовологих термолабільних продуктів медичного і харчового призначення дає можливість одержання порошкоподібних продуктів з високоякісними функціональними характеристиками; теплотехнологічні особливості цього способу дозволяють отримати високий вихід продукту, забезпечити більш економічне використання теплоти та екологічні вимоги щодо захисту навколишнього середовища завдяки підвищеному ступеню очищення використаного теплоносія.
Проведені дослідно-конструкторські роботи щодо подальшого удосконалення, розробки і впровадження технології і обладнання для двоступеневого зневоднювання різних рідинних матеріалів у виробництві медичних препаратів, продуктів мікробіологічної та харчової промисловості. Показано, що застосування двоступеневого методу зневоднювання з концентруванням початкового продукту у випарниках розпилюючого типу для цілого ряду матеріалів є доцільним и переважним, порівняно з іншими способами, зважаючи при цьому або на особливі термолабільні властивості, або на аномальні реологічні властивості високовологих суспензій.
2. Результати проведених теплофізичних і теплотехнологічних досліджень дали можливість науково обґрунтовано запропонувати для одержання порошкоподібних форм нових видів продуктів двоступеневі агрегати АИС, ИСАР-500(700), ИСАР-3000(5000 7000), що розроблені в ІТТФ НАН України.
Розроблений і виготовлений дослідно-промисловий зразок розпилюючого концентратора- скрубера РКС, працює в технологічній лінії Львівської кавової фабрики у виробництві розчинних кавових напоїв.
3. Комплекс науково-дослідницьких і теплотехнологічних робіт, проведений для цілого ряду термопластичних (адгезійних) матеріалів, став науковою основою для розробки нових технологій і нових спеціальних установок РЦ-5-140 (ППС) і РЦ-3,2-14 для таких матеріалів: синтетичні смоли і інші високомолекулярні продукти, фруктово-молочні композиції, продукти харчової та переробної галузей промисловості.
.Комплекс науково-дослідницьких і теплотехнологічних робіт став науковою основою для обґрунтування розробки принципово нових технологій одержання вологостійких (сипких) форм біологічно активних продуктів для кормовиробництва порошковидних форм холінхлоріду і кормового концентрата лізіну (ККЛ).
В результаті великого комплекса проведених досліджень вибрані типи і композиційні склади добавок-стабілізаторів, внесення яких в початковий розчин у певних співвідношеннях дає можливість одержати розпилюючим способом висушування вологостійку форму цих продуктів із збереженням біологічної активності та сипких властивостей протягом року.
5. Дослідження теплофізичних основ процесу розпилюючого сушіння висококонцентрованих екстрактів з натуральної рослинної сировини (екстракт кори крушини, екстракти чаю та інші) дозволили запропонувати раціональні теплотехнологічні параметри і доцільність спеціальних конструкторських рішень, що направлені на підвищення ефективності сепараційної системи установки для порошків, які мають низьку насипну густину. Для виробництва порошкоподібної форми фіточаїв на основі екстрактів розроблена розпилююча сушарка РЦ-2,5-10 і поставлена на НПО “Біостимулятор” (м. Одеса).
. Впровадження нового тепломассообмінного обладнання і нових технологій, розроблених на основі проведення комплексного дослідження теплофізичних основ і теплотехнологічних особливостей зневоднювання рідинних матеріалів у диспергованому стані, дало можливість одержати економічний ефект понад 14 млн.руб. (за розцінками на 1990 р.).
Основні умовні позначення
а –коефіцієнт температуропроводності, м/с; b –температурний коефіцієнт сушіння, оС/мг/мг (оК/кг/кг); С –концентрація розчинної речовини у розчині, %, кг/м; D –коефіцієнт дифузії, м/с; d –вологовміст повітря, г/кг; F - сила, Н; I –швидкість випаровування краплі, мг/с (кг/с); L –питома теплота фазового перетворення, кДж/кг; m –маса краплі, мг (кг); N –інтенсивність сушіння, мг/ммс (кг/мс); R –радіус краплі, мм (м); S –поверхня, мм (м); T –температура, oК; t –температура, оС; V - швидкість, м/с; c –питома теплоємність, кДж/(кг оК); p –тиск, Н/м; q –тепловий потік, Вт/м; r –радіальна координата, м; u –вологовміст, мг/мг (кг/кг); W –вологість продукту, %; –коефіцієнт теплообміну, Вт/(м оК); - коефіцієнт масообміну, м/с; - діаметр краплі (частки), мм (мкм); - вологість повітря, %; - коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м оК); - кінематична в’язкість, м/с; - густина, кг/м; - час, с; - товщина корки, мм (м). Індекси: о –початковий;1 –дисперсна фаза; 2 –теплоносій; ад –адгезія; вх –на вході; вип –випарювальний; вих –на виході; гігр –гігроскопічний; заг –загальний; к –крапля; кип –кипіння; кін –кінцевий; конц –концентрований; крк –корка; кр –критичний; м –мокрий термометр; н - насиченість; п –повітря; пор –порошок; р –розчин; рк –розпилюючий концентратор; ср –суха речовина; суш –сушіння; ч –частка; s –поверхневий.
Список основних праць по темі дисертації
1.Кинетика и технология сушки распылением // Долинский А.А., Малецкая К.Д., Шморгун В.В.–Киев: Наук.думка. –. –с.
Особистий внесок: глави 2,4,6, п.п. 4,5 третьої глави, участь у редагуванні та підготовці монографії до видання.
2. Иванов В.С., Малецкая К.Д., Малушенко А.Т. Способ получения сухого порошка экстрактов кваса и кукурузы // Харчова промисловість. –. - № 6. –С.
Особистий внесок: розробка програми і методики досліджень, підготовка матеріалів до публікації.
3. Космодемьянский Ю.В., Гинзбург А.С., Малецкая К.Д., Михайленко А.А., Лукин А.И. Распылительная сушка растворов продуктов крахмалопаточной промышленности // Сахарная промышленность. –. - № 2. –С.57-62.
Особистий внесок:: розробка спільної програми та методики експериментальних досліджень, участь в проведенні та обговоренні результатів, концепція фізичної моделі.
4. Малецкая К.Д., Удодова Т.С. Исследование прилипаемости к твердой подложке капель растворов смол в процессе их обезвоживания//Промышленная теплотехника.–.–т.2.-№4. С.79-83.
Особистий внесок:: розробка концепції експериментальних досліджень, участь у проведенні досліджень та обробці результатів.
. Малецкая К.Д., Шаймагсумов М.Ш., Богдалов Р.А., Удодова Т.С. Исследование сил взаимодействия частиц порошка меламино-формальдегидной смолы с твердой поверхностью // Промышленная теплотехника. –. - № 6. –С.56-59.
Особистий внесок: розробка спільної програми досліджень, їх проведення, підготовка материалов до публикації.
6. Шморгун В.В., Малецкая К.Д., Дамский Л.М. Интенсивность обезвоживания капель водных растворов синтетических смол // Промышленная теплотехника. –. –т.5, №5. –С.50-53.
Особистий внесок: методика проведення розрахунків експериментальних даних, обговорення та аналіз результатів.
. Малецкая К.Д., Соловьева С.Б. Кинетика распылительной сушки концентрированного экстракта чая // Промышленная теплотехника. –. - № 6. –С.64-67.
Особистий внесок: розробка програми і методики досліджень, розрахунки і аналіз результатів.
. Долинский А.А., Малецкая К.Д., Заритовская А.Г. Особенности кинетики сушки высококонцентрированного раствора холинхлорида // Химическая промышленность. –. - № 10. –С.37-39.
Особистий внесок: розробка програми і методики досліджень та розрахунків, аналіз одержаних результатів.
9. Качарава Л.Г., Муджири Л.А., Соловьева С.Б., Добжанская Е.А., Малецкая К.Д. Порошкообразная смесь на основе виноградного сока // Пищевая промышленность. –. - № 2. –С.35-36.
Особистий внесок: розробка програми і методики досліджень та розрахунків.
10. Малецкая К.Д. Теплофизические основы тепловлагопереноса в системе “капля-парогазовая среда”и методы оптимизации процессов сушки распылением // Промышленная теплотехника. –98. –т.20. - № 1. –С.35-39.
11. Малецька К.Д., Заритовська А.Г. Особливості сушіння рослинних продуктів // Харчова та переробна промисловість. –. - № 2. –С.34-35.
Особистий внесок: розробка програми і методики досліджень, участь у проведенні досліджень, аналіз одержаних результатів.
12. Меньшутина Н.В., Никулина Е.А., Малецкая К.Д., Заритовская А.Г. Экспериментальное исследование влияния добавок поверхностно-активных веществ и дисперсных твердых наполнителей на кинетику обезвоживания одиночных капель латекса при распылении// Промышленная теплотехника.–.- т.21.- № 4-5.–С.85-88.
Особистий внесок: розробка програми і методики досліджень, участь у проведенні досліджень, аналіз одержаних результатів.
13. Шморгун В.В., Малецкая К.Д. Исследование процесса получения сухих солей из минеральных вод сушкой распылением // Промышленная теплотехника.- 2000. -т.22.- № 1.- С.27-29.
Особистий внесок: розробка програми і методики досліджень, обговорення результатів проведених досліджень.
14. Малецкая К.Д., Гартвиг А.П., Распылительные сушилки для молочной промышленности// Промышленная теплотехника.- Т.24 приложение к №4.- 2002.- С.124-127.
Особистий внесок: узагальнення конструктивних розробок по розпилюючим сушаркам для зневоднення молочних видів продукції.
15. Малецкая К.Д., Шаркова Н.А., Турчина Т.Я., Заритовская А.Г. Получение сухих белковосодержащих соевых продуктов// Промышленная теплотехника.- Т.24 приложение к №4.- 2002.- С.139-145.
Особистий внесок: розробка программи досліджень та вибір раціональних параметрів зневоднення.
16. Малецкая К.Д., Переяславцева Е.А. Молочно-фруктовые порошки для мороженного и напитков// Промышленная теплотехника.- Т.24 приложение к №4.- 2002.- С.65-67.
Особистий внесок: обгрунтування композиційних сумішей та принципової схеми одержання порошків.
17. Dolinsky A., Maletskaya K., Sheskin Y. Fruit and vegetable production technology on the bases of spray and connective drying methods // Drying technology. –. –. -№ 3. –P 747-758.
Особистий внесок: розробка принципової схеми з використанням способу розпилюючої сушки.
18.Долинский А.А., Малецкая К.Д., Заритовская А.Г. Технология и оборудование для сушки дрожжевых автолизатов // Промышленная теплотехника.- Т.25 .- №3.- 2003.- С.32-36.
Особистий внесок: обґрунтування використання двухстадійного способу зневоднення, аналіз результатів дослідження.
9. Малецкая К.Д. Исследования изменения геометрических характеристик частицы при обезвоживании в высокотемпературной воздушной среде // Сборник “Вопросы технической теплофизики”. –. –вып.4. –С.95-98.
20. Малецкая К.Д., Долинский А.А. Анализ кинетики обезвоживания одиночных капель растворов и приближенные методы расчета ее // Сборник “Теплофизика и теплотехника”.- Киев: Наукова думка. –. –вып.26. С.63-69.
Особистий внесок: розробка методик розрахунку, аналіз результатів експериментів, підготовка матеріалів до публікації.
21. Малецкая К.Д, Заритовская А.Г. Влияние условий распылительной сушки на структурные характеристики стирального порошка // Сборник “Промышленность товаров бытовой химии”.- Москва: НИИТЭХИМ. –. - № 2. –С.19-21.
Особистий внесок: обговорення концепції, проведення експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації.
22. Малецкая К.Д, Заритовская А.Г., Малушенко А.Т. Кинетика сушки капель растворов композиций синтетических моющих средств // Сборник “Теплофизика и теплотехника”.- Киев: Наукова думка. –. –вып. 29. –С.148-151.
Особистий внесок: планування та проведення експериментальних досліджень, аналіз одержаних результатів.
23. Долинский А.А., Малецкая К.Д. Кинетические особенности процесса распылительной сушки растворов СМС и некоторые пути его совершенствования // Сборник трудов по бытовой химии.- Москва: НИИТЭХИМ. –. - № 2. –С.21-35.
Особистий внесок: обговорення концепції, проведення експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації.
24. Малецкая К.Д., Долинский А.А. О классификации растворов как объектов сушки распылением// Сборник “Опыт применения распылительных сушильных установок”.- Киев: Наук.думка. –. –С.104-109.
Особистий внесок: обговорення концепції, проведення експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації.
25. Долинский А.А., Иваницкий Г.К., Дамский Л.М., Малецкая К.Д. Математическая модель внутренних процессов тепломасслпереноса при обезвоживании капель растворов // Сборник “Тепломассообмен -V”.- Минск.- 1976.- т.V.- С.217-220.
Особистий внесок: фізична модель, аналіз і обґрунтування математичної моделі.
26. Малецкая К.Д. Теплофизические особенности сушки полимерных материалов распылительным методом // Сборник “Новое в технологии сушки различных продуктов и материалов”. –Москва: МТИПП. –. –С.47-49.
. Долинский А.А., Иваницкий К.К., Малецкая К.Д, Нужный В.М., Рязанов В.В., Шиманский Ю.И. Аналитическое исследование процесса сушки капли раствора, ограниченной тонкой коркой растворенного вещества // Сборник “Теплофизика и теплотехника”.- Киев: Наукова думка. –. –вып. 35. –С.25-29.
Особистий внесок: фізична модель, обговорення теоретичних положень.
28. Кулулашвили Ш.М., Малецкая К.Д., Долинская Э.С. Некоторые вопросы кинетики и динамики обезвоживания капель растворов карбоната и бикарбоната натрия// Сборник “Теплообмен в энергетических установках”. –Киев: Наукова думка. –. –с.158-163.
Особистий внесок: планування та проведення експериментальних досліджень, аналіз результатів, підготовка матеріалів до публікації.
29. Иваницкий Г.К., Малецкая К.Д., Нужный В.М., Рязанов В.В. Расчет изменения температуры и влагосодержания в процессе сушки капель растворов // Сборник “Интенсификация тепловлагопереноса в процессах сушки”.- Киев: Наукова думка. –. –с.34-39.
Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, аналіз проведених розрахунків.
30. Долинский А.А., Иваницкий Г.К., Малецкая К.Д. Исследование кинетических характеристик диспергированных композиций СМС с целью оптимизации процесса сушки // Сборник материалов Всесоюзного совещания “Состояние и перспективы развития научных работ и производства синтетических моющих средств в ХV пятилетке”.- Киев: МосВНИИхимпроект. –. –С.99-103.
Особистий внесок: планування експериментальних досліджень, участь у проведенні експериментів, аналіз результатів.
. Иваницкий Г.К., Хоменко А.И., Малецкая К.Д. Исследование температурных условий в сушильной башне при обезвоживании композиций СМС // Сборник материалов Всесоюзного совещания “Состояние и перспективы развития научных работ и производства синтетических моющих средств в ХV пятилетке”.- Киев: МосВНИИхимпроект. –. –С.86-90.
Особистий внесок: розроблення програми досліджень, аналіз результатів.
32. Dolinsky A., Maletskaya K. Kinetics and heat and mass transfer when drying highly concentrated solutions in dispersed state // Sb. Procceding of the third international drying symposium, Birmingham. –. –V.1. –p.1223-1226.
Особистий внесок: узагальнення експериментальних результатів, підготовка матеріалів до публікації.
33. Дорошенко А.Т., Долинский А.А., Маслов В.Д., Малецкая К.Д. Термическое разложение экстракта марганца в диспергированной газо-жидкостной фазе. 1.Температурно-кинетическая характеристика и химизм процесса в капле раствора // Сборник “Получение и исследование неорганических соединений”.- Москва: НИИТЭХИМ. –. –С.98-103.
Особистий внесок: розроблення методики експериментальних досліджень, обговорення та аналіз результатів.
34. Дорошенко А.Т., Долинский А.А., Малецкая К.Д., Черемухин Е.П., Маслов В.Д. Термическое разложение экстракта марганца в диспергированной газо-жидкостной фазе. 2.Влияние температуры теплоносителя на термохимические превращения // Сборник “Получение и исследование неорганических соединений”.- Москва. - 1986. –С.103-106.
Особистий внесок: розроблення методики експериментальних досліджень, обговорення та аналіз результатів.
35. Долинский А.А., Малецкая К.Д., Малушенко А.Т. Распылительные сушильные установки для продуктов с термопластичными и гигроскопичными свойствами // Сборник трудов НИИхиммаша “Сушильное оборудование для химических производств”.- Москва. –. –С.24-27.
Особистий внесок: узагальнення розробок, підготовка принципових схем і матеріалів до публікації.
36. Долинский А.А., Дамский Л.М., Малецкая К.Д. О расчете параметров температурно-влажностного состояния при термическом обезвоживании капель высококонцентрированных растворов. // Сборник “Тепломассообмен –ММФ”.- Минск. - 1988. –С.31-32.
Особистий внесок: аналіз обговорення фізичних моделей, підготовка матеріалів до публікації.
37. Maletskaya K., Moseychuk G., Pereyaslavtseva E. Experimental investigation of a spray drying process relating to buckthorn barks water extract // Peoceeding 11-th International Drying Symposiumm, IDS98.- Greese, Saloniki - Halkidiki. -1998. –С.1794-1800.
Особистий внесок: планування і проведення експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації.
38. Maletskaya K. Concentration of high moisture content in spray concentrators // 12th Intern. Drying Symposium, CD-KOM from levier, IDS2000, Paper № 119.
39. Малецкая К.Д., Переяславцева Е.А. Влияние технологических параметров распылительного обезвоживания на дисперсные характеристики экстракта шиповника// Сборник ХI конференции стран СНГ “Дисперс. системы”.- Одесса. –. –С.130-131.
Особистий внесок: розроблення методики експериментальних досліджень, обговорення та аналіз результатів.
40. Долинский А.А., Малецкая К.Д., Гартвиг А.П. Распылительные установки для концентрирования и сушки жидких материалов // Сборник трудов международной научно-технической конференции “Региональные проблемы энергосбережения в производстве и потреблении энергии”.- Киев. –. –С.81- 82.
Особистий внесок: узагальнення розроблених типорозмірів обладнання, підготовка матеріалів до публікації.
41. Малецкая К.Д. Интенсивность тепловлагопереноса при обезвоживании капель высококонцентрированных растворов в высокотемпературной воздушной среде// Сборник “Тепломассообмен”.- ММФ. –. –т.9. –С.83-89.
42. Способ получения кислого сернокислого эфира моноэтаноламина: А.С. 670116 СССР, МКИ С07 С 141/04 / В.Е. Тимофеев, Б.М. Серебрянский, Г.Ф. Терещенко, Б.А. Зайцев, Б.А. Орловский, А.А. Долинский, К.Д. Малецкая, Н.А. Гогадзе, Г.Г. Мосейчук.- №2517026/23-04; Заявлено 01.08.77;Опуб.- 8с.
Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень і обґрунтування оптимальних температурних режимів.
43. Биологически активный препарат: А.с. 729875 СССР, МКИ А 23 К 1/00 / А.А. Долинский, К.Д. Малецкая, Т.С. Удодова, А.Г. Заритовская.- №2640110/30-15; Заявлено 07.07.78; Опубл.- 6с.
Особистий внесок: концепція використання спеціально підготовленного стабілізатора-домішки.
44. Способ получения сыпучей формы порошкообразного холинхлорида из его водного раствора: А.с. 727628 СССР, МКИ С 07 С 87/30 / А.А. Долинский, Г.Ф. Терещенко, К.Д. Малецкая, Ю.И. Воловик, Т.С. Удодова, Н.В. Вдовенко, Л.А. Лаврентьева, Н.А. Уринг, Н.А. Исаев, А.Г. Заритовская.- №2558718/23-04; Заявлено 23.12.77; Опубл. 15.04.80, Бюл. №14.- 4с.
Особистий внесок: розроблення основ технології та композиційних домішок-стабілізаторів.
. Распылительная сушилка : А.с. 1023181 СССР, МКИ F 26 В 3/12 / А.А. Долинский, К.Д. Малецкая, А.Т. Малушенко, П.И. Кузьменко, В.В. Шморгун, Т.С. Удодова, В.Т. Бажин, В.И. Чичеткин, Ю.В. Калита.- №3377748/24-06; Заявлено 06.01.82; Опубл. 15.06.83. Бюл. №22.- 4с.
Особистий внесок: розроблення нових принципових конструкцій окремих вузлів.
. Способ получения сыпучей формы порошкообразного холинхлорида: А.с. 1172920 СССР, МКИ С 07 С 87/30 / А.А. Долинский, К.Д. Малецкая, Г.Ф. Терещенко, Л.А. Лаврентьева, Э.С. Долинская, А.Т. Малушенко, П.И. Кузьменко, Г.Г. Мосейчук, В.В. Кузьменко, М.П. Черченко, Г.Т. Коломиец, Т.Я. Турчина, Н.А. Уринг.- №3597925/23-04; Заявлено 15.02.83; Опубл. 15.08.85, Бюл. №30.- 4с.
Особистий внесок: розроблення принципової технологічної схеми.
47. Способ сушки водных растворов термопластичных материалов: А.с. 1153210 СССР, МКИ F 26 В 3/12 / А.А. Долинский, К.Д. Малецкая, Т.С. Удодова, В.В. Шморгун, Г.С. Матвелашвили, В.И. Чичеткин, В.Т. Бажин В.Т.- №3694394/24-06; Заявлено 09.12.83; Опубл. 30.04.85, Бюл. №16.- 5с.
Особистий внесок: розроблення основних параметрів сушки і їх обгрунтування.
48. Способ получения кормовой добавки: А.с. 1513655 СССР, МКИ А 23 k 1/00 / А.А. Долинский, К.Д. Малецкая, А.Г. Заритовская, Г.В. Шидловский.
Особистий внесок: концепція використання спеціально підготовленного стабілізатора-домішки.
. Способ получения фруктово-белковой смеси: А.с. 1608856 СССР, МКИ / А.А. Долинский, К.Д. Малецкая К.Д., С.Б. Соловьева, Е.А. Добжанская, Г.В. Шидловский, А.М. Литовченко.- №; Заявлено ; Опубл., Бюл. №.- с.
Особистий внесок: концепція використання спеціально підготовленного стабілізатора-домішки та спеціальних режимів.
. Патент 49534 А F26В3/12. Розпилювальний концентратор/ А.А. Долінський, К.Д. Малецька, А.П. Гартвіг, Г.Г. Мосейчук, В.В. Кузьменко, О.С. Рубан, О.А. Александер, В.М. Свіхнушин (Україна).- №2001128908. Заявл.21.12.2001.-Опубл. 16.09.2002, Бюл. №9.
Особистий внесок: розробка нових принципових конструкцій окремих вузлів.
. Патент 47804 А А 2369/02. Суха суміш для молочних коктейлів/ Т.А. Скорченко, О.П. Бублик, К.Д. Малецька, О.М. Хондожко, О.О. Переяславцева (Україна).- №2001096521 Заявл. 24.09.2001.- Опубл. 15.07.2002, Бюл. №7.
Особистий внесок: розробка технологічної схеми та вибір режимних параметрів процесу сушки та змішування.
52. Долинский А.А., Иваницкий Г.К., Дамский Л.М., Малецкая К.Д. Математическая модель внутренних процессов тепломассопереноса при обезвоживании капель раствора. // Сборник материалов V Всесоюзной конференции по тепломассообмену.–Минск–.–Т.5.–С.217-220.
Особистий внесок: фізична модель, обговорення теоретичних положень.
53. Кремнев О.А., Долинский А.А., Малецкая К.Д., Мосейчук Г.Г. Анализ структурных характеристик порошка стрептомицина при распылительном методе обезвоживания. // Тез. докл. Ш Всесоюзной конференции по комплексной механизации и автоматизации произв. в хим.-фарм. промышленности.- Москва –. –С.86-87.
Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, аналіз одержанних результатів, підготовка матеріалів до публікації.
54. Дамский Л.М., Малецкая К.Д. Применение автоматизированной системы исследования для изучения тепломассообменных процессов в системах “капля-газовая среда”// Сборник научно-технической конференции “Применение вычислительной техники и математических методов в научных исследованиях”.- Киев –. –С.120.
Особистий внесок: концепція автоматизації одержання експериментального масиву даних та розрахунків кінетичних та масообмінних характеристик.
55. Малецкая К.Д., Заритовская А.Г. Исследование кинетики сушки капель кормового концентрата лизина. // Сборник матер.VII Республиканской конференции “Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов хим.произв”.- Грозный - 1988. –ч.III. –c.54.
Особистий внесок: планування та проведення досліджень і розрахунків.
56. Dolinsky A., Maletslaya K. Comparative analysis of the processes of concentrating liquids by vacuum and spray evaporation // Drying’-Proceeding of the 13-th International Drying Symposium (IDS’), Beijing, China, 27-30 august’, vol. A.h.704.
Особистий внесок: аналіз та підрахунки тепловитрат при різних методах збезводнення.
57. Малецкая К.Д., Турчина Т.Я., Заритовская А.Г. Теплотехнологические особенности распылительной сушки соевых продуктов // Труды 1 Международной научно-практической конференции “Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)”СЭТТ-2002.- Москва.- Т.3.-С.103-106.
Особистий внесок: методика проведення досліджень та аналіз одержаних результатів.
58. Малецкая К.Д., Переяславцева Е.А., Рубан А.С. Новое в технологии получения быстрорастворимых кофейных напитков// Труды 1 Международной научно-практической конференции “Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)”СЭТТ-2002.- Москва.- Т.3.-С.107-110.
Особистий внесок: обгрунтування використання в технології нового способу концентрування.
Анотація
Малецька К.Д. Теплофізичні основи створення нових технологій та удосконалення техніки збезводнювання рідинних матеріалів у диспергованому стані. –Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук із спеціальності 05.14.06 –технічна теплофізика та промислова теплоенергетика, Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України, Київ, 2003 р.
Розроблена комплексна методологія експериментального дослідження процесів випаровування і сушіння рідинних матеріалів у диспергованому стані, що включає вивчення теплофізичних основ на системі “крапля (частка) –парогазове середовище”, як елементній системи в складній аеродинамічній обстановці розпилюючих камер і особливостей процесів концентрування і сушіння в камерах розпилюючих установок з метою вивчення і аналізу процесів одержання порошковидних матеріалів методом розпилювання. Представлені результати експериментальних досліджень кінетики випарювання і сушіння одиничних крапель різних рідинних матеріалів (розчинів, дисперсій, суспензій, паст); представлені дослідні дані та аналіз особливостей процесів зневоднювання (концентрування та сушіння) різних рідинних матеріалів у диспергованому стані в нагрітому повітрі на лабораторних, дослідно-промислових і промислових установках.
Удосконалена класифікація рідинних матеріалів, як обєктів сушки методом розпилювання. Розглянуті різні фізичні моделі та їх математичний виклад відповідно до запропонованої класифікації. Розроблені ефективні технології одержання нових важливих для народного господарства продуктів і матеріалів у різних галузях промисловості (харчовій, хімічній, мікробіологічній, хіміко-фармацевтичній). Розроблені нові розпилюючи установки для концентрування і сушіння з урахуванням визначених кінетичних та тепломасообмінних закономірностей зневоднювання ряду матеріалів. Промислові впровадження підтвердили ефективність запропонованих розробок на основі проведених досліджень.
Ключові слова: крапля, випарювання, сушка, зневоднення, термограми, інтенсивність зневоднення, кінетичні і тепломасообмінні характеристики, порошкова форма, розпилюючи установки для концентрування і сушки.
Аннотация
Малецкая К.Д. Теплофизические основы создания новых технологий и совершенствование техники обезвоживания жидкостных материалов в диспергированном состоянии. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.06 техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика, Институт технической теплофизики Национальной академии наук Украины, Киев, 2003 г.
Разработана комплексная методология экспериментального исследования процессов испарения и сушки жидкостных материалов в диспергированном состоянии, включающей изучение теплофизических основ на системе “капля (частица) –парогазовая среда”как элементной системы в сложной аэродинамической обстановке распылительных камер и особенностей процессов концентрирования и сушки в камерах распылительных установок с целью изучения и анализа процессов получения порошкообразных материалов методом распыления. Представлены результаты экспериментальных исследований кинетики испарения и сушки единичных капель различных жидкостных материалов (растворов, дисперсий, суспензий, паст); представлены опытные данные и анализ особенностей процесса обезвоживания (концентрирования и сушки) различных жидкостных материалов в диспергированном состоянии в нагретом воздухе на лабораторных, опытно-промышленных и промышленных установках.
Усовершенствована классификация жидкостных материалов, как объектов сушки распылением. Предложены различные физические модели и математическое описание их в соответствии с предложенной классификацией. Разработаны эффективные технологии получения новых важных для народного хозяйства продуктов и материалов (в пищевых отраслях промышленности, химической, микробиологической, химико-фармацевтической). Разработаны новые распылительные установки для концентрирования и сушки с учетом выявленных кинетических и тепломассообменных закономерностей обезвоживания ряда материалов. Промышленные внедрения подтвердили эффективность предложенных разработок на основе проведенных исследований.
Ключевые слова: капля, испарение, сушка, обезвоживание, термограммы, интенсивность обезвоживания, кинетические и тепломасообменные характеристики, порошкообразная форма, распылительные установки для концентрирования и сушки.
Annotation
Maletskaya K.D. Thermophysical bases of creation of new technologies and perfection of equipment for dehydration of liquid materials in dispersed state.
Dissertation for the degree of doctor of technical sciences on the speciality 05.14.06 –Engineering Thermophysics and Industrial Thermoenergetics. -National academy of sciences of Ukraine, Institute of Engineering Thermophysics, Kiev, 2003.
The complex methodology of an experimental research of processes of evaporation and drying of liquid materials in a dispersed state including study thermophysical of bases on system “a drop (a particle) –steam-gaseous medium” as of element system in complex aerodynamic conditions in spray chambers and features of processes of concentration and drying in chambers with the purpose of study and the analysis of processes of reception powdery of materials by a method of spray drying is developed. The results of experimental research of a kinetics of evaporation and drying of single drops of different liquid materials (solutions, dispersions, suspension and past) are submitted. The test data and analysis of features of a process of dehydration (concentrating and drying) of different liquid materials in a dispersed state in heated air are represent.
The classification of liquid materials, as objects of spray drying, is improved. Different physical analogs and mathematical description of them are offered in concordance with submitted classification. The technologies of obtaining new important for national economy products and materials (in food industries, chemical, microbiologic, chemo-pharmaceutical) are designed. The new spray equipment for concentrating and drying are designed taking into conception revealed kinetics and heat- and mass transfer correlation of dehydration of series of materials. The industrial introductions have confirmed efficiency of offered development on the basis of carrying out research.
Key words: drop, evaporation, drying, dehydration, thermogram, intensity of dehydration, kinetic and heat-masstransfer characteristics, form of powder, spray concentrating and spray drying equipment.