Электродинамические аппараты для концентрирования растворов

Бурдо О.Г., Гаврилов А.В., Сиротюк И.В., Ружицкая Н.В., Гончаров Д.С.

Abstract

УДК 664.063.94-046.62:62-523.2

Цель работы – создание конструкции энергоэффективного аппарата для концентрирования растворов и инженерных методов его расчета. Представлены результаты комплексных исследований электродинамических вакуум-выпарных аппаратов. Обоснована научно-техническая концепция технологии направленного энергетического действия применительно к аппаратам электродинамического типа. Дан системный анализ энергетики традиционного оборудования для обезвоживания. Методом электротепловой аналогии определены их технологические и энергетические проблемы. Показано, как эти проблемы решаются в аппаратах электродинамического типа. Разработаны физическая схема и математическая модель электродинамического вакуум-выпарного аппарата непрерывного действия. Сформулированы допущения, учитывающие специфику выпаривания в условиях электромагнитного поля. Представлена система дифференциальных уравнений, устанавливающая взаимодействие раствора с электромагнитным полем в условиях вакуума. Нестационарная модель методами теории подобия и «анализа размерности» преобразована в соотношения в безразмерных переменных. Определены задачи экспериментального моделирования. Приведены результаты комплексных экспериментальных исследований микроволнового вакуум-выпарного аппарата. Установлено влияние мощности электромагнитного поля, вида и концентрации раствора и уровня давлений на паропроизводительность. Определены константы в уравнении в обобщенных переменных, которое с погрешностью в пределах 8% устанавливает связь числа энергетического действия с безразмерными комплексами, характеризующими технологические параметры. Основным результатом работы являются конструкция модуля вакуумного микроволнового непрерывно действующего выпарного аппарата и данные его стендовых испытаний. Показано, что разработанный аппарат обеспечивает концентрацию продукта до 90 °brix при температурах до 40 °С и затратах энергии до 2,7 МДж на 1 кг испаренной влаги.

Ключевые слова: электродинамические аппараты, пищевые энерготехнологии, выпарка, аналитическое моделирование, экспериментальные и хроматографические исследования

The results of complex research of electrodynamic vacuum evaporators are presented. The scientific and technical concept of the directed energy action technology applicable to apparatuses of the electrodynamic type is substantiated. A system analysis of the energies of traditional dehydration equipment is given. Their technological and energy problems are determined by the electrothermal analogy method. It is shown how these problems are solved in the electrodynamic type apparatuses. A physical scheme and a mathematical model of a electrodynamic continuous operation vacuum evaporator are developed. Assumptions that take into account the specifics of evaporation in an electromagnetic field are formulated. A system of differential equations that defines the solution interaction with an electromagnetic field in vacuum is presented. A nonstationary model is transformed into relations in dimensionless variables using the methods of similarity theory and the “dimension analysis”. The tasks of experimental modeling are defined. The results of complex experimental studies of microwave vacuum evaporators are presented. The influence of the electromagnetic field power, the solution type and concentration, and the pressure level on the steam output is established. Constants of the equation in generalized variables, which, with an error within 8%, establishes the relationship of the number of energy actions with dimensionless complexes that characterize the technological parameters, are defined.

Keywords: electrodynamic apparatus, food energy technologies, evaporation, analytical modeling, experimental and chromatographic researches

Download full-text PDF. 241 downloads

Menu

Vol. 57 (2021), Issue 4, p. 66-75

Электродинамические аппараты для концентрирования растворов

Abstract