Жалғансұйылу қабатымен кептіргіш қондырғысының инженерлік есептеу әдістемесін әзірлеу

ҒТАХР 65.13.13                                 

Кіріспе

Тамақ өнімдерінде құнды қоректік заттар бар, бірақ оларды сақтауға шаралар қолданбаса олар бактериялармен, ашытқылармен, зеңмен тез бұзылуы мүмкін. Қоректік заттардың сақталуына ықпал ететін негізгі факторларға ылғалдың төмендігі, сүт қышқылы бактерияларын қосу арқылы қышқылдандыру және тұздау жатады. Тамақ өнімдерінің бұзылуын кептіру арқылы алдын алуға болады [1].

Бұрын кептіру күннің сәулелену энергия-сын (атмосфералық кептіруді) қолдану арқылы жүзеге асырылса, қазір өнімдерді сусыздандыру үшін күрделі жабдықтардың көптеген түрлері мен әдістері қолданылады [2, 3,4].

Кептіру кезінде және кептіруден кейінгі кептірілген өнімдердің сапалық аспектісі өте күрделі құбылыс [5, 6]. Соңғы уақытта сусыздандыру кезінде болатын химиялық және биохимиялық өзгерістерді түсінуге және қажетсіз сапа шығындарының алдын алу әдістерін әзірлеуге айтарлықтай күш салынды [7, 8].

Құрамында ақуызы бар өнімдердің жабысқақтық қабілетінің жоғарылауы және жоғары термиялық сезімталдығы материалды шекті рұқсат етілген температурадан жоғары температураға дейін қыздыруға жол бермейді және біркелкі қыздыру мен кептіруді қамтамасыз ететін процестер мен қондырғыларды қолдану қажеттілігін тудырады

[9, 10]. Құрамында ақуызы бар өнімдерді кептіру кезінде ақуыздардың термолабильдігіне байланысты бірқатар қиындықтар туындайды, бул термиялык ПЭК-mi айтарлыктай арттырута мумкшдш бермейдi.

Осыны ескере отырып, өнімнің термиялық деградациясын және кептіргіштегі өнімнің жабыскактыгы сиякты кыздырумен байланысты басқа мәселелерді барынша азайту үшін қалыпты температура диапазоны ұсынылады. Сонымен қатар кептіру процесінің тиімділігін арттыру ушш оны механикалык копсытумен бірге жалған сұйылу қабатта жүргізген жөн [11, 12].

Жалғансұйылу қабатта кептіру процесін эксперименттік зерттеу арқылы полидисперсті тамақ материалдарына арналған кептіргіштің құрылысын жетілдіру мақсатында келесі міндеттер шешілді: полидисперсті тамақ материалдары үшін жалғансұйылу қабат жасаумен жұмыс істейтін қолданыстағы кептіргіштердің конструкцияларын зерттеу; қолданыстағы кептіргіштердің артықшылықтары мен кемшіліктерін анықтау; кептiру кондыргы-ларынын курылыс пен жұмысын талдауына сүйене отырып, полидисперсті материалдарға арналған кептіргіштің кұрылысын жасау; шикізатты қарқынды араластыру кезінде кептіру процестершщ тиiмдi гидродинамикалык шарт-тарын аныктау; жалгансуйылу кабатта кептiрiл-ген материалга кептiру процесшш, эсерш зерттеу.

Зерттеу барысында жаңа ғылыми нәтижелер алынды, атап айтқанда: жалғансұйылу қабаттағы полидисперсті материалдарға арналған кептіргіш әзірленді жэне жасалды; тиiмдi гидродина-микалык жағдайдың шарттары эксперименталды түрде анықталды; шикізат пен кептірілген өнімге зертханалық зерттеулер жүргізілді, сүзбенің физика-химиялык курамы, витаминдш курамы, микрокурылымы анык-талды; жалгансуйылу кабаттын, гидродина-микасын зерттеу негiзiнде айналмалы копсыт-кыштары бар полидисперстi материалдарға арналған кептіргішті есептеу әдістемесі жасалды; кептірілетін материалдың қабатың араластыру үшін қажетті қуат аныкталды.

Зерттеу әдістері мен материалдар

Жумыстын максаты - полидисперстi материалдарды кептіру үшін жалған сұйылу кабатындагы эксперименталды кондыргынын инженерлік есептеудің әдістемесі кептіргіш агенттің жылдамдығы мен мөлшерін, кептіргіш

қондырғының гидравликалық кедергісін, қопсытқыштар жетегінің қуатын анықтау максатында эзiрлендi [13].

Кептiрiлген материалдын G 2 , кг/с жэне буланган ылгалдын, мeлшерлерi W, кг/с тeмендегi формулалар бойынша есептеледi:

„    „  100-W 1

Оэ - Gi--

^{2     1}   100-W 2

W ^— G 1 ^— G 2 ⁽²⁾

мунда:   G1   -   бастапкы ылгалды материалдын мeлшерi, кг/с; w1 - материалдын бастапкы ылгалдыгы, %; w2 - материалдын сонгы ЫЛFаЛДЫЛЫFЫ, %.

Жылу шыгыны   Q,  Вт келесiдей аныкталады:

Q — 1,15 • [W • (г + с_бу • (t 2 - t i )) + G 2 • c_M • (t 2 - t_t)] (3)

мунда: 1,15 - материалды кыздыруFа жэне ылғалды буландыруға жұмсалған жылу шыгынын ескеретш коэффициент; г - булану жылуы, кДж/кг; сбу - будын жылу сыйым-дылыгы, кДж/кг-К; см - материалдын жылу сыйымдылыгы, кДж/кг-К; t1, t2 - кептiрiлетiн материалдың    бастапқы    және    соңғы температурасы, °C.

Жылудын меншiктi шыгыны q, кДж/кг:

q — Q (4) W

ЫлFалдын материалдык баланс тендеу-шен:

L ■ x0 + W — L ■ х2 (5)

мунда: L - кептiру агентшш шыгыны, кг/с; х0 - калориферге дейш кептiру агенттш, ылгал мeлшерi, кг/кг; х2 - кептiргiштiн шыга берiсiнде кептiру агентшш, ылгал мeлшерi, кг/кг.

Кептiру агентшш, L, кг/с шыгыны:

W

Х 2 -Х 0

Кептiру агентшш, меншiктi шыгыны 1, кг/кг:

1 — - (7) W

Кептіру камерасының ішіндегі кептіру агентінің жылдамдығы келесідей есептеледі. Кептірілетін материалдың орташа өлшемді белшектерi ушш Ly = f(Ar) графили пайдалана отырып, оны ауаның сыртқа шығару температурасына t2 = 65ОС те, деп жалFан сұйылудың сыни жылдамдығын алдын ала есептейміз.

Архимед критерийін есептейміз:

Ar =

d³wg ^v2 ^P a

мунда: d - кептiрiлетiн материалдын, орташа eлшемi, м; рм - материалдын, тыFыздыFы, кг/м3; g - еркш тусу Yдеуi, м/с2; v -ауа (кептіру агенті) тұтқырлығының коэффициентi, м2/с; ра - ауа (кептiру агентi) тығыздығы, кг/м3.

Жалған сұйылудың сыни жылдамдығы W кр , м/с:

^ кр

з / ^У кр^ '^Р м \    Р в

мунда: Ьу кр - жалFан суйылудын, сыни жылдамдығы кезіндегі Лященко критерийі.

Жалған сұйылу коэффициенті келесідей есептеледі:

= 3^ (10) Aj Ьукр мунда: Ly - Лященко критерийi.

Кептіру     камерасындағы     ауаның жылдамдыFы w, м/с:

^w = K w ' ^W Kp ⁽¹¹⁾

Кептіру қондырғысының сепарациялық кеңістігі келесідей есептеледі.

Ауаның ағыс әрекеті аймағының биіктігі ha, м (гидродинамикалык турактан.дыру аймаFы) :

h a = 20 ■ d^ (12)

мундаFы: dжaл - кептiру агентшш, етуше арналған жалюзидегі арнаның биіктігі, м.

«Кайнау кабатыныц» биiктiгi h, м:

h = (2 + 4) ■ h a (13)

Кептіру қондырғысының жалпы биіктігі:

H = h + hcen (14)

мунда:  hcen  - сепарациялык кецiстiк биiктiгi, м. hcen = (3 д 5) ■ h деп кабылданады.

Жалған сұйылу қабатымен кептіру кондыргысыныц гидравликалык кедергiсi ДР_к . _к, Па:

△ Рк^ = ДР ^аб + ДР жал (15)

мунда: ДРкаб - кептiрiлетiн материалдын «кайнау» кабатыныц кедергiсi, Па; ДРжал -жалюзидің кедергісі, Па, оны кептірілетін материалдың «қайнау» қабатының кедергісінің 1% тең деп қабылдаймыз:

^ДР сл = Р м ■ ^{(1 -} Е) ■ g ■ h ⁽¹⁶⁾

мунда:    е - «кайнау кабатыны,»

кеуектілігі.

Калориферге кіретін кептіру агентінің келемдш шыFыны, У0, м3/с:

V o=7 (17) ^р0

мунда: L - кептiру агентшш, (ауаныц) шыFыны, кг/с; р0 - калорифердш, кiреберiсiндегi ауаның тығыздығы, кг/м3.

Калориферден шығатын ауаның көлемдік шыFыны, V 1 , м³/с:

V i =7 (18) ^р1

мунда: р 1 - калорифердш, шыFаберiсiидегi ауаның тығыздығы, кг/м³.

Кептіру камерасынан шығатын ауаның келемдш шыFыиы, V 2 , м³/с:

V 2 =7 (19) ^р2

мунда: Р2 - кептiру камерасынан шығаберісіндегі     пайдаланған     ауаның тығыздығы, кг/м3.

Кептіру қондырғысы үшін калорифердің есептелуi. Кептiру агентш, 70С кыздыру ушш ТЭН-дары бар калорифер қолданылады. Кептіру KоидырFы калорифирдш, ТЭН-дарыны, куаты Q, кВт келесi формула бойынша есептеледi:

Q = L ■ c ■ (t_t - t o ) (20)

мунда:    c - ауаны, меишiктi жылусыйымдылыFы,    Дж/(кг-°С);    t0    - калориферге дейiигi ауа температурасы, °С; t1 -калориферден кейiигi ауа температурасы, °С.

Қопсытқыштар    жетегінің    қуатын есептейміз. Жалған сұйылу қабатының гидравликалық     кедергісін     айтарлықтай арттырмау үшін саптамалардың шеңберлік жылдамдыгын U кептiру камерасындаFы жалFан суйылу жылдамдыгына w тецестiрiп табамыз.

Араластырылатын өнімдегі радиалды саптаманың қозғалысы кезінде ол ауырлық

күшімен өнімнің ішкі үйкелісінен де, өнімнің саптамаға үйкелісінен де туындаған қарсылықты жецуi керек. Радиалды карсылык кYшiн 1-суретте керсетшген тэсшмен аныктауFа болады.

Сурет 1. Радиалды саптамага эсер ететiн карсылык KYШтерiн аныктауга арналган есептеу тэсiлi: а -саптаманыц келбеу бурышы, град; Е р - саптамага эсер ететiн енiмнiц карсылык Kymi, Н; Е^ - саптамага енiмнiц Yйкелiс KYшi, Н; Е р - саптамага енiмнiц тец эсерлi карсылык KYшi, Н.

Е_р = Е р + Е Т

Е ' = Е • cos а = 0 Е ртр = Е_тр • sin а = Е • р • sin а = Е • р Е р = Ед₍ =/г_Г/г_:!^Чд²(45°+^/2)

мунда: Е - карсылык KYштерiнiц тец эсерлi KYшi, Н; а - саптаманыц келбеу бурышы, град.; р - енiмнiц саптамаFа Yйкелiс коэффициентi; y - енiмнiц ауырлык KYшi, Н; ft - енiмнiц iшкi Yйкелiс бурышы, град.; h ср -саптаманың өнімге батырулуының орташа терецдiгi, м; / - енiмге батырылFан саптаманыц ауданы, м².

Саптамаға өнімнің тең әсерлі қарсылық күшін (21) формула бойынша анықтаймыз жэне шецберлiк жылдамдыктыц U орнына кептіру камерасындағы жалған сұйылу жылдамдыFын w койып кажеттi куатты аныктаймыз.

Көлденең біліктерді айналдыру үшін қажетті жетек қуаты үздіксіз араластырғыштың типтік есебіне сәйкес есептеледі. Саптамалары бар бiлiктердi айналдыру Yшiн кажеттi куат:

^Е. • w

^ = 210ооС22)

i мунда: Ер - енiмге батырылFан саптамаFа эсер ететiн енiмнiц тец эсерлi карсылык KYшi, Н; w - саптаманыц шецберлiк жылдамдыFына тец келетiн жалFан суйылу жылдамдыFы, м/с; z -

өнімге     бір     мезгілде     батырылған саптамалардыц саны, дана.

Зерттеу материалдары мен әдістері

Кептіру қондырғысының инженерлік есептеудің әзірленген әдістемесі бойынша есептеу келесі жағдайларда жүргізілді: бастапкы енiм бойынша енiмдiлiк G 1 = 10 кг/ч; енiмнiц бастапкы ылFалдылыFы w 1 = 70%; енiмнiц соцFы ылFалдылыFы w₂ = 5%; енiмнiц бастапкы температурасы t 1 = 20^оС; енiмнiц соцFы температурасы t₂ = 60^оС; ауа температурасы: калориферге кірер алдында t₀ = 20С; калориферден кейiн t 1 = 70С; кептiру кондырFысынан шыккан кезде t₂ = 65^ОС; ауаныц салыстырмалы ылFалдылыFы ^₀ = 70%; енiмнiц жылу сыйымдылыFы С_м = 3,266 кДж ; тыFыздыFы р_м = 1060 кг/м ³ .

Кептiрiлген материалдыц мелшерi:

100-w,      100 - 70      кг

^•10^ = ^ДДГ-5 = 3'15^

БуланFан ылFал мелшерi : кг

^ = Gi - G2 = 10 - 3,15 = 6,85 саг

Жылу шығыны:

Q = Q ucn + С нагр + Q noT

= 1,15

■ [Ж‘ ^(г + ^С п • ^(t 2 - tj) + ^G 2 • С м

• ^(t 2 - ^t 1 ^)]

Q = 1,15 • [6.85 • (2448,2 + 1,923 • (60 - 20))

+ 3,15 • 3,903 • (60 - 20)]

= 20457,18 кДж/caF м¥ндаFы: г - будыц пайда болу жылуы t1 = 20Т , (г = 2448,2 кДж/кг)

С_п - будыц жылусыйымдылыFы, кДж/(кг - К), (с_п = 1,923 кДж/(кг - К)

Qn0T — материалды жылытуга жэне ылғалдың булануына жылу шығыны 15% тең деп қабылдаймыз.

Меншікті жылу шығыны:

Q  20457,18           кДж

^ = ^ =         = 2986,45-------

W     6,85            кг ылFал

Ауа шығыны:

C_B^⁽t i -t 2 )

204576,18 1,008^(70-65)

= 4058,96 кг/саF

Басқа     көрсеткіштердің     есептеу нәтижелері 1-кестеде келтірілген.

Кесте 1. Жалғансұйылу қабаты бар кептіру қондырғысының есептеу нәтижелері

Көрсеткіштер және оның өлшемі	Мәні
Ауаныц меншiктi шыFыны 1, кг/кг	592,55
Архимед саны Лг	1660613,5
Жалган суйылудыц сыни жылдамдыFы wкр, м/с	0,83
Жалган суйылу коэффициентi Kw	2,74
Кептiру камерасыныц iшiндегi ауа жылдамдыFы w, м/с	2,27
Кептіру камерасына кіре берістегі ауа жылдамдығы (80% жалюзидiц есептiк кимасы кезiнде) wжал, м/с	2,875
«Кайнау кабатыныц» биiктiгi h, м	0,24
Сепарациялык кецiстiгiнiц биiктiгi hcen, м	0,96
Кептiру кондыргысыныц жалпы биiктiгi Н, м	1,2
Жалған  сұйылу  қабаты  бар  кептіру  қондырғысының гидравликалык кедергiсi А-Рсуш, Па	1498,1
ТЭН-дардыц куаты N, кВт	56,8
Бiлiктердi айналдыруга арналган жетек куаты NB, кВт	0,3

Мақала авторларымен жүргізген есеп-теулер негізінде эксперименттік қондырғы әзірленді, оның құрылма ерекшеліктері камера-ның төменгі жағына орнатылған жетекке жалғанған саптамалары бар өзара параллель көлденең біліктер және кептіру тангенциалды келте құбырлар болып табылады [14-16].

Жалғансұйылу қабатының гидродинами- касы газдың жылдамдығы мен материал қабатының кедергісі арасындағы байланысты білдіретін жалғансұйылу қисығымен айқын

Сурет 2. Кептіру агентінің ағынының жылдамдығына байланысты кептірілетін материал қабатының кедергісі: 1 – газ тарату торы бар қондырғы; 2 – айналмалы саптамалары бар эксперименттік қондырғы.

2-суретте жалғансұйылу қабат күйінің классикалық қисығынан қабат үрленген кезде оның кедергісі ауа жылдамдығына пропор-ционалды түрде n дәрежесіне (ОА учаскесі) өсетінің көруге болады. АВ учаскесінде (қисық 1) қабат қопсытыла бастайды. w кр жылдамдығымен қабаттың кедергісі макси-малды мәнге жетеді, жылдамдықтың одан әрі шамалы жоғарлауымен, әдетте, ауаның бір бөлігі өтетін арналардың пайда болуынан туындаған қарсылықтың төмендеуі байқалады. Қаналдардың пайда болуы қабаттың кедергісі төмендеген кезде ауа жылдамдығының біршама жоғарлауына әкеледі [17].

Эксперименттік қондырғыдағы жалған сұйылу қабаттың күйін зерттеу кезінде алынған 2-қисықта газ тарату торының болмауына және саптамалардың көмегімен материал қабатын қопсытылуына байланысты қабаттың кедергісі 1,5-2 есе төмен болады.

Қорытынды

Орындалған есептеу мақала авторларына жалған сұйылу қабаты бар эксперименттік кептіру қондырғысының оңтайлы құрылмасын жасау үшін құрылма параметрлерін алуға мүмкіндік берді.

Қондырғының бұл құрылмасы кептіру процесін қарқындатуға, қабаттың кеуектілігін реттеуге, тұрақты жалған сұйылту режимін құруға мүмкіндік береді, тоқырау аймақтары мен каналдардың пайда болуы мен кептірілген материал бөлшектерінің агломерациясын болдырмайды.

Корпуста орнатылған айналмалы көлде-нең біліктерге бекітілген камераның ішкі бетімен өзара әрекеттесу мүмкіндігі бар саптамаларды қолдану камераның қабырға-ларын материалдан үздіксіз тазартуға, өнімді ыдыратуға мүмкіндік береді, осылайша кептірілген материалдың түйіршіктелуіне және камерада тоқырау аймақтарының пайда болуына жол бермейді.

Зерттеулердің алдын-ала нәтижелері көрсеткендей, кептіру қондырғысының мұндай құрылмасы кептірілген материал қабатының кедергісінің төмендеуіне байланысты энергия шығынын азайтуға мүмкіндік береді.

Процестің жоғары қарқындылығы, демек, оның өңдеу ұзақтығының қысқаруы, әрбір жеке бөлшекті біркелкі термиялық өндеу - мұның бәрі жоғары сапалы кептірілген өнімді алудың алғышарттарын құрайды.

ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ