Парожидкостные струйные аппараты с регулируемой производительностью для тепломассообменных процессов пищевых производств

• Автор: Васильев, Дмитрий Валерьевич
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Содержание

Основные обозначения

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Краткие сведения о струйных аппаратах

1.2. Применение струйных аппаратов в пищевой промышленности

1.3. Обзор работ по теории струйных аппаратов.

Глава 2. Разработка математической модели сверхзвукового парожидкостного струйного аппарата ПСЛ.

2.1. Модельное описание проточной части ПСА и формулировка основных допущений

2.2. Уравнения материального и теплового баланса

2.3. Уравнения расчета течений в паровом и жидкостном соплах

2.4. Уравнение передачи импульса при конденсации пара на струе жидкости в смесительном конусе ПСА.
2.5. Вывод уравнения состояния равновесной парожидкостной смеси
2.6. Свойства двухфазной равновесной смеси и движение смеси в сужающемся канале камеры смешения
2.7. Соотношения для условий торможения сверхзвуковой равновесной смеси в напорном диффузоре.
Глава 3. Разработка методики расчета и проектирования регулируемого парожидкостного струйного аппарата с подвижным паровым соплом
3.1. Описание принципа действия и недостатков известных сверхзвуковых парожидкостных инжекторов
3.2. Описание конструкции проектируемого струйного аппарата
3.3. Общий порядок расчета
3.4. Пример расчета основных сечений проточной части .
3.5. Теоретические характеристики.
Глава 4. Экспериментальное исследование сверхзвукового парожидкостного струйного аппарата с подвижным паровым соплом и его практическое применение для технологических процессов пищевых производств
4.1. Описание экспериментальной установки и методики проведения испытаний.
4.2. Результаты экспериментального исследования расходнонапорной характеристики парожидкостного струйного аппарата.
4.3. Анализ расходнонапорной характеристики парожидкостного струйного аппарата.
4.4. Применение парожидкостного струйного аппарата для подогрева мелассы перед стерилизацией.
4.5. Применение струйного аппарата для карбонизации напитков
Основные результаты работы.
Список литературы


Разработана конструкция парожидкостного струйного аппарата с изменяемой производительностью [, ], позволяющая варьировать время пребывания нагретой мелассы в выдерживателе. Повысилась точность поддержания температуры нагретой мелассы благодаря малой инерционности струйного подогревателя, что позволило избежать перегревов, приводящих к образованию карамелей и меланоидов и к снижению содержания сбраживаемых сахаров. Существенно снижены металлоемкость и массогабаритные характеристики установки для нагрева и стерилизации мелассы. Создан автоматизированный алгоритм расчета ПСА на основе применения электронных таблиц Ехе1, необходимый для включения ПСА в аппаратурнотехнологические схемы различных пищевых производств. Глава 1. Струйными называются аппараты, в которых происходит смешение и обмен энергией двух потоков. При этом поток, отдающий механическую энергию, называется рабочим, а поток, воспринимающий механическую энергию, называется инжектируемым. Смешиваемые потоки могут находиться либо в одинаковых, либо в различных фазовых состояниях. В связи с этим существует большое многообразие типов струйных аппаратов: паровые, газовые, жидкостные, парогазовые, парожидкостные, газопаровые, газожидкостные, жидкостнопаровые, жидкостногазовые. Кроме того, в одной из фаз возможно присутствие твердых частиц. Обычно в названии струйного аппарата первым указывается название рабочей среды. На выходе из струйного аппарата, в зависимости от физических свойств и параметров состояния рабочей и инжектируемой сред, образуется или однофазная жидкая смесь, или однофазная паро-газовая смесь, или двухфазная газожидкостная смесь, или трехфазная смесь газа, пара, жидкости и твердых частиц. В общем случае процесс смешения рабочих тел в струйном аппарате может сопровождаться фазовыми и химическими превращениями. В случае, когда газ растворяется в жидкости, на выходе из струйного аппарата может возникать раствор газа в жидкости. Исходя из технического назначения струйного аппарата, он может называться либо эжекторо. Эжектором струйный аппарат называется в том случае, когда он предназначен для откачки среды из технологического объема, например, с целью создания вакуума. Инжектором струйный аппарат называется в том случае, когда он предназначен для закачки среды в технологическое пространство. В первом случае струйный аппарат должен иметь максимальную всасывающую способность, а во втором случае - максимальную нагнетательную способность. Максимальную же нагнетательную способность имеют парожидкостные струйные аппараты, поэтому название инжектор закрепилось именно за ними. Обычно рабочая среда имеет более высокое давление. Это объясняется тем, что, как правило, в струйных аппаратах происходит преобразование потенциальной энергии давления рабочего потока в кинетическую энергию струи. Кинетическая энергия рабочей струи частично передается инжектируемому потоку. После торможения давление смеси получается выше, чем давление инжектируемого потока, но ниже, чем давление рабочего потока. Однако в случае парожидкостного инжектора это условие нарушается. Давление смеси после парожидкостного инжектора может превышать давление каждого из исходных компонентов. Более того, давление рабочей среды (пара) может быть ниже давления инжектируемой среды (жидкости). Объяснение этого феномена состоит в том, что если рабочей средой является пар, способный конденсироваться при соприкосновении с жидкостью, то тогда в камере смешения аппарата получается конденсационный вакуум, значение которого не зависит от давления исходных компонент, а определяется давлением насыщения при температуре смеси. Таким образом, будучи запущенным в работу, парожидкостный инжектор начинает сам всасывать обе исходные среды. При этом наличие конденсационного вакуума в камере смешения обусловливает низкое давление на срезе парового сопла, что позволяет даже при невысоком избыточном давлении пара перед соплом иметь сверхкритический перепад давлений на сопле и обеспечивает высокую скорость, импульс и кинетическую энергию потока пара.