Теплообмен и поверхность контакта фаз в струйно-инжекционных аппаратах пищевой и микробиологической промышленности

• Автор: Петров, Николай Алексеевич
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Основные обозначения

Введение

ГЛАВА 1. Анализ современного состояния проблемы

1.1. Абсорбционные процессы в пищевой технологии

1.2. Конструктивные схемы и особенности теплообмена

в трубах КСИА.

ГЛАВА 2. Теплообмен при движении газожидкостных смесей в

вертикальных трубах.

2.1. Эмпирический метод исследования

2.2. Аналитический метод

2.3. Полрмпнрпчсский метод
2.4. Законы затухания ту рбулентных пульсаций.
2.5. Вывод уравнения для расчета коэффициента
теплоотдачи.
ГЛАВА 3. Поверхность контакта фаз в абсорбционных аппаратах .
3.1. Анализ зависимости скорости абсорбции от некоторых факторов
3.2. Размеры пузырьков в ту рбулентных газожидкостных средах
ГЛАВА 4. Гидродинамика движения фаз в зоне образования
газожидкостной смеси
4.1. Диссипация энергии в зоне образования газожидкостной смеси.
4.2. Геометрические размеры струи и ее инжектирующая способность .
4.3. Динамическая скорость в зоне образования газожидкостной смеси ГЛАВА 5. Экспериментальная проверка уравнений, описывающих процесс
дробления пузырей и теплообмена. Определение численных
значений корреляционных коэффициентов.
5.1. Дробление пузырей
5.1.1. Барботажная колонна
5.1.2. Газлифтиый аппарат.
5.1.3. Кожухотрубный струйноинжскцнонпый аппарат.
5.2. Экспериментальные исследования теплообмена.
5.2.1. Описание экспериментальной установки
5.2.2. Методика проведения эксперимента
Основные результаты работы.
Литература


Если в первом случае тсплопсрсдающая поверхность постоянна и неподвижна, то во втором - ее величина зависит от физических свойств и скорости движения фаз. Таким образом возникает еще одна задача - определение величины поверхности контакта фаз, которая зависит от размеров дисперсной фазы. В связи с указанными обстоятельствами вполне понятно стремление ученых и конструкторов к совершенствованию уже существующих абсорбционных аппаратов и созданию новых, совмещающих в себе как процессы абсорбции, так и тепловой обработки среды. Так как скорость переноса теплоты в газожидкостных потоках выше, чем в однофазных, то при одинаковой тепловой нагрузке требуемая поверхность теплообмена в первом случае будет меньше и, как следствие этого, снижаются габариты и металлоемкость технологических установок. Одним из таких аппаратов является кожухотрубный струйно-инжскционный абсорбер - КСИЛ, разработанный сотрудниками Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий, представляющий собой вертикально расположенный кожухотрубный теплообменник в одно, двух или трехходовом исполнении. Рис. В трубах первого хода - 1 образуется и движется вниз газожидкостная смесь. В трубах второго хода - 2 смесь поднимается вверх и по труба. Особенно привлекательным такой аппарат может оказаться для небольших производств (мииипнвзаводов). Например, в настоящее время многие минипивзаводы заинтересованы в получении своих чистых культур дрожжей, для чего им необходимо иметь компактные установки для их культивирования. В этом случае применение КСИЛ является весьма перспективным, т. Примером изотермического процесса растворения газов в жидкости с одновременной десорбцией из нее кислорода может служить деаэрация воды методом вытеснения диоксидом углерода. На рис. ОАО "Айова" в Санкт-Петербурге. Деаэратор конструктивно прост, надежен в эксплуатации и обеспечивает требуемую концентрацию кислорода в воде. В данном случае скорость растворения СО2 , а следовательно и удаления О2, определяется, в основном, размерами пузырьков в зоне диспергирования газа в жидкость. До настоящего времени основное внимание уделялось исследованиям по уносу газа жидкими струями, определению таких важных гидродинамических показателей, как истинное объемное газосодержание, структура свободной жидкой струи; а так же нахождению осредненных по всему объему абсорбера массообменных характеристик. В значительно меньшей мере изучались закономерности переноса импульса и дробления пузырей в зоне образования газожидкостной смеси. Что касается исследований теплообмена в условиях турбулизации среды жидкими струями, то они вообще не проводились. Между тем, как показала практика, конструктивные расчеты аппарата на основе данных по массообмену пригодны только для случая изотермической абсорбции. При необходимости тепловой обработки продукта такие расчеты приводят к ошибке в определении поверхности теплообмена и невозможности поддержания необходимых температурных режимов. Поэтому расчеты необходимо начинать с определения величины теплопередающей поверхности. Особый интерес предсташтяст исследование в тех трубах, где происходит образование газожидкостного потока в результате инжекции газа боковыми поверхностями свободных жидких струй, подающих через свободную поверхность жидкости, находящейся в нисходящих трубах. Так как на долю этих труб приходится от до 0% (в зависимости от конструкции КСИА) всей теплообменной поверхности, то поиск закономерностей переноса теплоты в условиях интенсивной турбулизации среды жидкими струями и нахождение уравнений для расчета коэффициентов теплоотдачи приобретает не только чисто академический интерес, но и практическое значение. КСИЛ. Указанные обстоятельства говорят о необходимости проведения теоретических и экспериментальных исследований в указанной области. Цель и задачи исследований. Цслыо исследований является выяснение закономерностей переноса импульса и теплоты и дробления пузырей при движении газожидкостных потоков в вертикальных трубах в условиях интенсивной турбулизации среды жидкими струями. Научная новизна.