УДК 66.096.5:66.042.937

к.т.н.   Жайлаубаев Ж.Д., Карденов С.А.

ДГП «Исследовательский центр мясной и молочной промышленности» РГП «НПЦ перерабатывающей и пищевой промышленности».

г.Семей, Республика Казахстан

            КОНВЕКТИВНО-КОНДУКТИВНЫЙ МАССООБМЕН В ПЕРЕМЕЩАЕМОМ ВИХРЕВОМ СЛОЕ ПРОДУКТА

       Интенсификация тепломассообмена актуальная задача при создании аппаратов для сушки. Понижение температуры зерновой массы ниже 10 0С резко уменьшает интенсивность физиолого-биохимических процессов, способствует сохранению исходного качества зерновых продуктов. Скорость охлаждения зерна лимитируется сравнительно малым температурным напором между зерном и охлаждающим воздухом. Интенсифицировать процесс охлаждения зерна, повысить его равномерность можно с использованием псевдоожиженного слоя и при размещении в нем охлаждающих теплообменных поверхностей.

      В качестве объекта исследования выбран кукурузо-зерно, отличающийся от других зерновых культур спецификой анатомического строения, нестойкостью при хранении, высокой чувствительностью к нагреву и обезвоживанию, проявляющейся в трещинообразовании. Опыты проведены на экспериментальных установках непрерывного и периодического действия.

      Экспериментальные установки состоят из камер кольцевого сечения, оснащенных теплообменными поверхностями, систем подачи теплоносителей в камеры, измерительных приборов и устройств.

      Интенсивность теплообмена между псевдоожиженным слоем и теплообменной поверхностью во многом будет определяться качеством   псевдоожижения, то есть его равномерностью и однородностью.

     Установлено, что секционирование слоя зерна и перемещение его при вращении улучшает структуру слоя т способствует его равномерному псевдоожижению. При этом пик давления на кривых псевдоожижения отсутствует, а расчетные и измеренные значения аэродимического сопротивления слоя кукуруза-зерна совпадают.

      Экспериментальные значения критической скорости псевдоожижения слоя кукурузы- зерна удовлетворительно описываются известной зависимостью/1/ с учетом установленного влияния начальной влажности зерна:

                                   Rе=                                               (1)

При 16,3 .                       (5)

      Область существования псевдоожиженного  слоя ограничена и при определенных значениях начальной высоты слоя и влажности зерна наступает образование обмена вещества. Минимальное расстояние между теплообменными поверхностями можно определить по зависимости

                                L= 0,17 Н                                                            (2)

       Опыт проведены в диапазоне 9,5  и 0,4  НL 2?4

      Однородность псевдоожижения контролировалась изменением амплитуды и частоты колебаний локальной плотности теплового потока на поверхности теплообмена, измеренной при помощи датчиков теплового потока.

      При скорости ориентации воздуха до 0,8 м/с слой кукурузы-зерна остается неподвижны. При этом локальное значение плотности теплового потока также постоянно в каждом опыте, увеличиваясь при повышении скорости фильтрации воздуха. В диапазоне скоростей 0,9….1.0м/с наблюдается циркуляция плотных слоев зерна, амплитуда колебаний локальной плотности теплового потока максимальна.

      При дальнейшем увеличении скорости фильтрации воздуха амплитуда колебаний уменьшается, а частота пульсаций растет. Установлено, что при скорости 1,6…1,8 м/с величина индекса  «неоднородности» /2/ составляет 4,9….2,6, то есть однородность псевдоожиженного слоя можно считать удовлетворительной. Полученные этим методом значения критической скорости псевдоожижения совпадают с величинами критической скорости псевдоожижения определенными традиционным методом по кривым псевдоожижения.

      На основе проведенных экспериментов определены средние значения коэффициентов теплоотдачи от слоя зерна  вертикальной теплообменной поверхности в зависимости от различных режимов псевдоожижения. Максимальное значение среднего коэффициента теплоотдачи 140 Вт/(мК) получено при скорости фильтрации  воздуха 1,6…1,8 м/с и отношении высоты слоя к эквивалентному диаметру 0,9…1,2. По кривым распределения температуры в псевдоожиженном слое кукурузы-зерна и локальной плотности теплового потока на вертикальной поверхности теплообмена определена зона активного теплообмена. Установлено, что зона активного теплообмена составляет 50….60 мм, а локальная плотность теплового потока принимает максимальные значения на высоте теплообменной поверхности 80….90 мм от газораспределительной решетки. На основе проведенных опытов определены основные факторы. влияющие на процесс  тепломассобмена в перемещаемом псевдоожиженном слое капиллярно-пористого материала.

      Для расчета процесса конвективно -кондуктивного охлаждения кукурузы - зерна получены следующие основные уравнения.

                           (3)

g=18,5О+29,1t-3?36+6,1 10Н-394,9                                                   (4)

О/О=15,1-0,53О+1,5t-1,6t+6,4Н                                                    (5)

      Средняя относительная погрешность этих уравнений составляет соответственно 10,1, 12,7 и 19,0% среднеквадратическая погрешность- 7,0с, 97,7 Вт/м и 3,2%

      В проведенных опытах факторы изменялись в следующих  пределах. 18,7 О 31,5С, 16,1%

       Эти зависимости легли в основу методики расчета процесса охлаждения зерна при конвективно- кондуктивном теплоотводе. Установлено, что в проведенных опытах технологические показатели качества зерна остаются неизменными.

      На основе результатов проведенных исследований создан промышленный аппарат для охлаждения кукурузы-зерна в пневдоожиженном слое при конвективно-кондуктивном теплоотводе производительностью 15 т/ч и снижении температуры зерна 25….30 до  5 ….10с. Охладитель зерна установлен на элеваторе в технологической линии послеуборочной обработки зерна и прошел производственные  испытания.

Обозначение

W WНачальная  и критическая влажность, % L-расстояние между теплообменными поверхностями, Н- начальная высота слоя,- продолжительность охлаждения, ОО- начальная и конечная температура зерна,с t- начальная температура охлаждающего воздуха. C t температура теплообменной  поверхности, C V-скорость фильтрации воздуха, g- плотность теплового потока на поверхности теплообмена, Вт/м, Окондуктивный  тепловой поток, О-общий тепловой поток,  А-критерий Rе-Архимеда.- критерий  Рейнольдса.

Литература

1.Аэолв М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем.- Л.: Химия,1968.-512с

2.Айнштейн В.Г., Кваша В.В., Гельперин Н.И. Основы техники псевдоожжения .-М.:  Химия,1967.-664с.

3. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов., Пищевая промышленность., 1973.-526 с.

4. Лыков А.В. Тепло-и массообмен в процессах сушки., М.-Л., Госэнергоиздат.1956.