Гидродинамика и тепломассообмен в вихревой камере для концентрирования термолабильных растворов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат наук Харьков Виталий Викторович

• Харьков Виталий Викторович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Харьков Виталий Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОЦЕССОВ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ТЕРМОЛАБИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

1.1. Особенности методов концентрирования термолабильных растворов

1.2. Современное аппаратурное оформление процесса теплового концентрирования термолабильных растворов

1.3. Цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В КАМЕРАХ ВИХРЕВОГО ТИПА

2.1. Условия создания взвешенного капельного слоя в вихревых камерах

2.2. Расчет траекторий движения капель в вихревых камерах

2.3. Методика выбора конструктивных и режимных параметров работы вихревых камер

ГЛАВА 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА В ВИХРЕВЫХ КАМЕРАХ

3.1. Теория процесса испарения одиночной капли жидкости

3.2. Математическое описание тепломассообмена в вихревых камерах для концентрирования термолабильных растворов

3.3. Результаты численного исследования процесса концентрирования в вихревых камерах

3.4. Экспериментальное исследование процесса концентрирования термолабильных растворов в вихревой камере

3.4.1. Описание экспериментальной установки и методики научного исследования

3.4.2. Анализ результатов экспериментального исследования

ГЛАВА 4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ВИХРЕВЫХ КАМЕР ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ТЕРМОЛАБИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

4.1. Производство органических красителей

4.2. Производство крахмала и продуктов его гидролиза

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидродинамика и тепломассообмен в вихревой камере для концентрирования термолабильных растворов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Для получения готовых продуктов химической, фармацевтической, пищевой и других областей промышленности и их полуфабрикатов применяются процессы концентрирования водных растворов. Концентрирование (или сгущение) растворов заключается в физическом удалении влаги из них для повышения концентрации растворенного вещества. Доля концентрированных растворов в условиях современного рынка велика и непрерывно растет, так как их значительно легче и дешевле перерабатывать, транспортировать и хранить. Выбор способа концентрирования и конструктивное оформление аппаратов для проведения процесса часто усложняются ярко выраженными термолабильными свойствами исходного раствора. Даже небольшая термическая обработка такого материала чревата необратимыми изменениями в химической структуре готовой продукции, которые приводят к снижению концентрации целевого вещества из -за активизации процессов его разложения.

Указанной проблемы можно избежать при снижении температуры обработки растворов. Так, организация движения жидкости в установке для концентрирования в дисперсном виде обеспечивает быстрое протекание процесса испарения и невысокую температуру распыленных частиц раствора. В соответствии с этим предлагается для концентрирования термолабильных водных растворов, содержащих нелетучие вещества, использовать камеры вихревого типа, конструкция и режим работы которых определяют проведение испарения капель в виде взвешенного вращающегося слоя при отсутствии прямого контакта капель с металлическими нагретыми поверхностями.

Проблематикой аэро- и гидродинамики закрученных потоков, а также процессами тепло- и массообмена в них занимались многочисленные отечественные и зарубежные ученые-исследователи, такие как А. И. Леонтьев, В. К. Щукин, А. А. Халатов, Н. А. Николаев, Н. Сайред, А. Берглес, А. И. Ершов, Б. Г. Холин, А. Ф. Махоткин, В. А. Булкин и др. Несмотря на накопившиеся теоретические и

экспериментальные материалы в этой области, основным препятствием для широкого внедрения вихревых аппаратов в промышленность по-прежнему является отсутствие апробированных данных, характеризующих эффективность и надежность работы такого оборудования с учетом современных требований к экономичности, энергоэффективности и высокому качеству готовой продукции. Вследствие этого разработка научно обоснованных методов проектирования и расчета камер вихревого типа, в основе которых должен лежать анализ гидродинамических закономерностей и тепломассообмена, адекватно описывающих происходящие в них процессы, с учетом высоких требований по качеству готовой продукции, обуславливает актуальность проводимых исследований.

Целью работы является развитие методов расчета гидродинамики и тепломассообмена, а также проектирования вихревых камер для концентрирования термолабильных водных растворов.

Задачи исследования:

1. Разработка конструкции вихревой камеры для обработки термолабильных водных растворов на основе анализа современных методов проектирования и расчета оборудования для теплового концентрирования.

2. Теоретическое обоснование создания взвешенного слоя капель в вихревой камере и создание метода расчета ее конструктивных и режимных параметров.

3. Разработка математического описания процессов тепломассообмена при концентрировании изучаемых растворов с учетом гидродинамической обстановки в камере.

4. Экспериментальное исследование процесса концентрирования водных растворов в вихревой камере и сопоставление с результатами численных расчетов.

5. Разработка технологических схем процессов концентрирования продуктов химической и смежных отраслей промышленности.

Научная новизна:

1. Получено уравнение для определения теоретического радиуса взвешивания капель в вихревых камерах с учетом действующих на них сил. Численно рас-

считаны траектории выхода капель на равновесную траекторию при различных режимных и конструктивных параметрах камер.

2. Разработана математическая модель и выполнено численное исследование тепломассообмена при испарении взвешенного капельного слоя в вихревой камере с учетом гидродинамических особенностей течения жидкости и паровоздушной среды.

3. Определен рациональный способ подвода жидкости в вихревую камеру, обеспечивающий организацию взвешенного слоя капель жидкости.

4. Проведены экспериментальные исследования концентрирования водных раствора в вихревой камере с сопоставлением экспериментальных и расчетных значений эффективности процесса, которое показало их удовлетворительное согласование.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Спроектирована и запатентована конструкция вихревой камеры для концентрирования жидких продуктов в закрученном газовом потоке (патент РФ № 156401).

2. Получено выражение для определения теоретического радиуса взвешивания капель в камерах с тангенциально-лопаточным завихрителем потока газа.

3. Разработана инженерная методика расчета вихревых камер для концентрирования термолабильных водных растворов.

4. Разработано математическое описание процессов тепломассообмена при концентрировании жидких растворов с учетом гидродинамической обстановки в вихревой камере.

5. Разработаны модернизированные принципиальные схемы производства порошков органических красителей, кристаллической глюкозы и сухого крахмала. Результаты выполненной работы приняты к внедрению на профильных предприятиях: ООО «Промышленная Группа ТЕСЛА», АО «Таткрахмалпатока» и АО «ВНИИУС».

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы математического моделирования аэро- и гидродинамики закрученных потоков, процессов тепло- и массообмена в них, а также ста-

тистические методы обработки экспериментальных данных. Численное моделирование и обработка экспериментальных данных выполнены с помощью программ Mathcad 15 (PTC) и SigmaPlot 13.0 (SYSTAT Software).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Теоретическое обоснование формирования взвешенного капельного слоя в камере с тангенциально-лопаточным завихрителем потока газа и инженерный метод ее расчета.

2. Методика и результаты численного исследования математической модели тепломассообмена при концентрировании термолабильных водных растворов с учетом гидродинамических особенностей в вихревой камере.

3. Результаты экспериментальных исследований по измерению эффективности концентрирования водных растворов в вихревой камере с сопоставлением с результатами численных расчетов.

4. Разработанные технологические схемы процессов концентрирования продуктов химической и смежных отраслей промышленности.

Личный вклад автора состоит в выборе и обосновании методики эксперимента, создании экспериментальной установки для концентрирования в закрученном потоке газа; проведении экспериментов, обработке и анализе полученных данных; создании математического описания процесса тепломассопереноса в вихревых камерах, ее численном исследовании и анализе результатов.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждаются использованием фундаментальных законов механики жидкости и газа, тепломассообмена и согласованностью результатов численного расчета с собственными опытными данными, их соответствием материалам, опубликованным в научной литературе.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 12-й Междунар. научной конф. «Европейские прикладные науки: современные подходы в научных исследованиях» (Штутгарт, 2014), 5-й Междунар. конф. «Теплообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (Казань, 2015), 4-й Всеросс. студ. научно-техн. конф. «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (Казань,

2015), 2-й Междунар. научно-практ. конф. «Явления переноса в процессах и аппаратах химических и пищевых производств» (Воронеж, 2016), XVI и XVIII Междунар. научно-практ. конф. «Кулагинские чтения: техника и технология производственных процессов» (Чита, 2016, 2018), 30-й Междунар. научной конф. «Математические методы в технике и технологиях» (Минск, 2017), 6-й Всеросс. конф. с междунар. участием «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (Новосибирск, 2017), 9-й Междунар. научно-техн. конф. «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2018» (Казань, 2018).

Исследования проводились при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (контракт №02.740.11.0753), Минобрнауки России в рамках инициативных научных проектов (гос. задание № 10.6784.2017/8.9).

Научные публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них 6 статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК, 1 статья в международной научной цитатно-аналитической базе данных Web of Science и 1 объект интеллектуальной собственности.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Основная часть работы изложена на 144 страницах машинописного текста, включает 52 рисунка и 21 таблицу. Список литературы состоит из 112 наименований цитируемых источников.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОЦЕССОВ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ТЕРМОЛАБИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

1.1. Особенности методов концентрирования термолабильных

растворов

Раствор - однофазная система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов. Растворы характеризуются гомогенностью (однородностью) системы, т. е. каждый из компонентов распределен в массе другого в виде молекул, атомов или ионов. Условно принято, что растворителем называется составная часть системы, физическое состояние которого не изменяется при формировании раствора, а остальные - растворенными веществами [1].

Классификация растворов строится по многим признакам [2]: по агрегатному состоянию, по размеру частиц, по насыщенности, по наличию электролитической диссоциации молекул, по размерам молекул растворителя и растворенного вещества, по природе растворителя, в зависимости от концентрации ионов ^ и OH-.

На качественном уровне растворы по соразмерной пропорции растворённого вещества к растворителю подразделяются на:

- разбавленные (слабые) - растворы, в которых растворенного вещества небольшое количество;

- концентрированные (крепкие) - растворы, отличающиеся большим количеством растворенного вещества.

В химической практике наибольшее значение имеют жидкие растворы, универсальным растворителем в которых служит вода. Существует множество теорий, касающихся влияния растворенного вещества на структуру воды [3-5], каждая из которых может объяснить большее или меньшее количество явлений, описывающих характер взаимодействия. Однако ни одна из выдвинутых теорий не может считаться общепризнанной [6].

В рамках данной работы было принято, что растворенные вещества существенно не влияют на расположение молекул жидкой воды и характер связи между ними, и соответственно на ее теплофизические свойства.

Некоторые химические соединения весьма чувствительны к воздействию тепла. Изменение температурных условий может повлечь за собой необратимые глубокие изменения в химической структуре, разложение или распад при температуре свыше 55 °С, приводящие к образованию новых веществ, т. е. к частичному или полному модифицированию товарного вида, являясь причиной значительных материальных потерь [7].

Вещества, способные под действием тепла изменять свои химические свойства, называются термолабильными [8]. Растворы с растворенными соединениями, обладающими такими свойствами, соответственно, являются термолабильными. Объектом данного исследования являются водные растворы термолабильных веществ, содержащих нелетучие вещества.

Термолабильные растворы широко распространены в химической промышленности (продукты и полупродукты органического синтеза), в биотехнологии и микробиологии (ферментные препараты, дрожжевые растворы и т.д.), в пищевой промышленности (фруктовые и овощные соки, молоко и т.д.). В Приложении А приведены основные группы термолабильных обрабатываемых продуктов, подвергаемые процессам концентрирования.

В настоящее время существует несколько методов концентрирования водных растворов в химической промышленности, среди них можно выделить следующие:

- замораживание;

- мембранные;

- термические.

Концентрирование вымораживанием (криоконцентрирование) основано на кристаллизации воды в виде чистого льда при снижении температуры ниже 0 °С и последующем отделении его от концентрата. Конечное содержание растворенных веществ зависит от температуры процесса, которая в теории ограничена вязкостью

жидкости при температуре замораживания, а также точкой эвтектики раствора, при которой нельзя выделить воду в кристаллическом виде. Итоговая концентрация не в меньшей степени зависит от химического состава исходной жидкости [9]. В этом способе легколетучие термочувствительные вещества, имеющие низкую температуру замерзания, сохраняются в концентрате.

Существенным недостатком метода вымораживания являются высокие энергетические затраты - хладогенерирование более дорогостоящий процесс, чем выработка пара из-за крайне высокой цены холодильных установок [10]. Также значительные потери растворенных веществ, по сравнению с выпариванием, не способствуют получению продукта высокой концентрации (более 40.. .50 %). Этим способом рекомендуется концентрировать по большинству невязкие, кристально прозрачные жидкости.

Мембранный способ - это сравнительно новый вид концентрирования, в котором процесс обезвоживания осуществляется с помощью селективных мембран [11]. Принцип разделения заключается в фильтрование раствора через мембраны, пропускающие молекулы растворителя и останавливающие молекулы (или ионы) растворенных веществ, благодаря чему раствор сгущается.

Основными мембранными технологиями для концентрирования водных растворов являются ультрафильтрация и обратный осмос. Движущей силой процессов мембранного разделения является градиент гидростатического давления по обе стороны от мембраны. Ультрафильтрация решает задачи отделения макромолеку-лярных соединений от раствора с помощью ассиметричных пористых мембран с размером пор от 0,05 до 10 мкм с давлением от 1 до 10 бар. Обратный осмос или гиперфильтрация позволяет отделять низкомолекулярные растворенные вещества (размер пор полунепроницаемых мембран менее 2 нм), причем в обязательном порядке используемое рабочее давление должно быть больше осмотического для данного раствора (от 20 до 100 бар) [12].

Среди ключевых достоинств баромембранных методов выделяют следующие:

- отсутствие фазовых превращений;

- низкие энергетические и эксплуатационные затраты, в частности простота установки и обслуживания;

- легкое увеличение её производительности с помощью использования дополнительных модулей;

- высокие санитарные условия производства (благодаря возможности безразборной мойки);

- низкая температура процесса способствует улучшению качества жидкого концентрата, отсутствию теплового разложения, повышению сохранности легколетучих веществ.

Существенным недостатком данных способов является получение концентрата с содержанием растворенных веществ не более 40 %. Дальнейшее увеличение концентрации требует очень высокого рабочего давления для преодоления осмотического давления, что влечет повышенный расход электроэнергии и использование установок большего размера. Обратный осмос наиболее распространен и рентабелен только для предварительного концентрирования жидких растворов перед вакуум-выпариванием.

Авторы [13] отмечают, что водные растворы, включающие органические вещества с низкой степенью растворимости и диссоциации, высокой полярностью, со структурой бензольного кольца в составе, и являющиеся слабыми кислотами или основаниями, разделить вышерассмотренными мембранными методами бесперспективно из-за низкой эффективности.

Для концентрирования растворов, содержащих неорганические растворенные вещества, а также низкокипящих растворов применяется мембранная дистилляция. Этот процесс производят в системе, в которой две жидкости разделены пористой гидрофобной мембраной, а движущей силой является градиент температуры, приводящий к разности давления паров на мембране. Рабочая температура раствора составляет от 50 до 80 °С, а дистиллята - от 20 до 25 °С, что отвечает мягким условиям термической обработки [14].

Следует подчеркнуть возможность концентрирования жидкостей до концентраций, практически близких к предельному значению их растворимости. Можно выделить следующие недостатки молекулярной дистилляции:

- метод не подходит для обработки вязких растворов вследствие проблемы ухудшения теплопередачи;

- ограниченный выбор и высокая стоимость гидрофобных материалов для мембран;

- возможность загрязнения поверхности и пор мембран различными компонентами раствора.

Более того, последние два недостатка ограничивают практическую значимость и потенциальный ресурс эксплуатации всех мембранных процессов для концентрирования жидкостей, в том числе термолабильных.

Вещества с высокой молекулярной массой отрицательно влияют на процесс концентрирования из-за своей способности к образованию ассоциатов, что сильно ограничивает использование мембранных способов и криоконцентрирования. Такие вещества способствуют образованию отложений на рабочих поверхностях тепловых установок, значительно уменьшая теплопередачу и приводя к термическому разложению из-за локального перегрева. Тем не менее, большую часть термолабильных водных растворов концентрируют тепловым способом, используя различные методы борьбы с термической деструкцией материала в процессе удаления влаги.

Процесс термического концентрирования - сложный комплекс тепловых, диффузионных, часто химических и биологических явлений, в основе которого лежит уменьшение содержания влаги в исходном продукте путем ее испарения [15]. Это обусловлено полным или частичным преобразованием жидкой фазы продукта в парообразное состояние при нагревании до температуры кипения. Как правило, необходимую для концентрирования тепловую энергию получают в результате конденсации пара.

В процессе выпаривания важным является разность температур между рабочей жидкостью и греющей средой. Традиционно, так как большая разность температур неблагоприятна для концентрирования термолабильных продуктов, процесс проводится при вакууме, что приводит к уменьшению точки кипения жидкой фазы, и она испаряется при более низкой температуре.

Определяющие изменения термолабильных свойств растворов факторы можно условно разделить на две группы:

1) технологические характеристики процесса;

2) физико-химические свойства продукта.

К технологическим характеристикам, оказывающих влияние на концентрацию целевого вещества продукта, относят температуру обработки, продолжительность процесса и его гидродинамический режим. Повышение температуры термолабильного вещества приводит к прямолинейному возрастанию скорости реакции его разложения, что подтверждает кинетический характер соответствующих реакций [16].

Существенная интенсификация процесса, т. е. активный гидродинамический режим, может быть реализован, например, при использовании взвешенного слоя. В химической технологии различают следующие режимы создания взвешенного дисперсного слоя [17]:

- псевдоожижение (кипящий, виброкипящий);

- фонтанирование (фонтанирующий слой, свободное фонтанирование);

- пневмотранспорт (восходящий, нисходящий, горизонтальный» и др.);

- закрученные потоки (одиночные потоки с направляющими каналами и без них, встречные и попутные закрученные потоки, вихревой слой и др.).

Среди физико-химических свойств обрабатываемой жидкости выделяют дисперсность, реакционную способность целевого вещества, структурно-механические характеристики, концентрацию различных примесей в продукте, обладающих каталитическо-ингибиторной активностью.

1.2. Современное аппаратурное оформление процесса теплового концентрирования термолабильных растворов

Типичная схема системы термоконцентрирования состоит из теплообмен-ного оборудования, обеспечивающего тепловую энергию для подогрева и испарения исходной жидкости, сепаратора для разделения парожидкостной смеси по фазам, конденсатора и оборудования для создания пониженного давления, если система работает под вакуумом. Сепарационное оборудование обычно циклонного типа, в котором разделение пара и жидкого концентрата осуществляется в поле центробежных сил инерции. Для надлежащей работы системы оснащаются необходимыми средствами контроля, автоматизации и мониторинга.

Рациональный подбор установки для концентрирования термолабильных жидкостей необходимо должен основываться на следующих важных аспектах:

- необходимой производительности по продукту и по испаренной воде;

- степени конечной концентрации;

- содержанию растворенных веществ в исходном сырье;

- допустимой температуры и продолжительности обработки;

- склонности к пригоранию;

- эксплуатационных и экономических затратах (потребность в паре, воде, габаритные размеры установки и т.д.).

Оборудование для концентрирования может классифицироваться по большому количеству признаков [18]: по производительности, по степени концентрирования (аппараты небольших и высоких концентраций), по принципу работы (периодического и непрерывного действия), по наличию контакта продукта с поверхностью нагрева (контактные и бесконтактные), по типу теплоагента (с паровым, газовым, жидкостным теплоносителем, с электрическим обогревом), по подвижности поверхности нагрева (со стационарной и подвижной греющей поверхностью), по пространственной ориентации греющей поверхности (вертикальные, горизон-

тальные, наклонные), по комбинированию стадий подогрева и испарения (аппараты с совмещенным проведением этих стадий, с вынесенной зоной поверхностью нагрева или парообразования), по взаимному направлению движения жидкости и теплоносителя (поточные, противоточные и комбинированные).

Для термолабильных жидкостей наиболее подходящей классификацией является деление испарителей по конструктивным особенностям, обуславливающим способ организации движения жидкости в них:

1. Установки трубчатого типа с принудительной (вынужденной) циркуляцией (с восходящей и нисходящей пленками жидкости).

2. Установки пластинчатого типа.

3. Тонкопленочные установки.

4. Установки центробежного типа.

Трубчатые выпарные установки работают следующим образом. Нагреваемая среда движется по трубам или секциям труб, тогда как паровой агент - в межтрубном пространстве. Последний, конденсируясь снаружи этих труб, передает тепло жидкости. Конструкция классической короткотрубной выпарной установки с естественной циркуляцией не подходит для термолабильных и вязких жидкостей в связи с низкой скоростью циркуляции, которая приводит к прилипанию продукта к поверхности нагрева. Для достижения более высокой скорости рабочей жидкости у греющей поверхности в выпарных установках требуется использование принудительной циркуляцией с помощью насосов (рис. 1.1). Таким образом создается значительный перепад температуры между теплоносителем и рабочей жидкостью.

Достоинствами этих установок являются высокие коэффициенты теплопередачи и возможность работы при небольших разностях температур, а недостатками - высокое энергопотребление в результате работы циркуляционного насоса и относительно высокая продолжительность процесса (20-60 мин).

Для сокращения продолжительности процесса при сохранении качества концентрируемого продукта рационально использовать вертикальные выпарные аппараты, в которых жидкость единожды проходит через греющую камеру.

Рисунок 1.1 - Трубчатый выпарной аппарат с вынужденной циркуляцией: 1 - ввод исходной жидкости; 2 - выход концентрата; 3 - вход греющего пара;

4 - выход вторичного пара; 5 - выход конденсата; 6 - корпус нагревателя; 7 - камера

вторичного пара; 8 - циркуляционный насос

На Рисунке 1.2 представлены установки непрерывного действия, в которых исходная жидкость движется в них в виде тонкой пленки снизу-вверх (с восходящей пленкой) или сверху-вниз (с нисходящей или падающей пленкой) по греющей поверхности.

В установках с восходящей пленкой жидкости (типа Кестнер) (рис. 1.2а) образующийся пар действует как движущая сила, проталкивая жидкость через аппарат. Преодолению увеличивающейся вязкости жидкости содействует большая скорость движения пара. В таких установках возможно осуществить движение жидкости по трубкам со скоростью 30-60 м/с, а если греющая камера имеет небольшое поперечное сечение, то при такой высокой скорости достигается большая интенсивность теплопередачи и короткое время контакта. Среди главных недостатков

кестнеровских аппаратов имеют место вероятность срыва и высыхания пленки на отдельных участках греющих труб, прежде всего в верхней части.

а

6_ у

б

8

2

6_ 7

-41

А

-=3-\

——р

Ь

5

Рисунок 1.2 - Трубчатые выпарные аппараты непрерывного действия: а - с восходящей пленкой жидкости; б - с нисходящей пленкой жидкости; 1 - камера вторичного пара; 2 - корпус нагревателя; 3 - сепаратор; 4 - вход исходной жидкости; 5 - выход вторичного пара; 6 - выход газов; 7 - выход конденсата; 8 - вход греющего пара; 9 - выход концентрата

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Харьков Виталий Викторович, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ахметов, Н. С. Общая и неорганическая химия / Н.С. Ахметов. - М.: Высшая школа, 1981. - 679 с.

2. Химическая энциклопедия. Том 4 / ред. Н.С. Зефирова. - М.: Большая российская энциклопедия, 1995. - 642 с.

3. Krindel, P. Water structure models / P. Krindel // Coordination Chemistry Reviews. - 1971. - Vol. 6. - P. 217-246.

4. Gutmann, V. Hydrophobic interactions in aqueous solutions: Their operation in living systems / V. Gutmann, G. Resch // Journal of Physical Organic Chemistry. -1997. - Vol. 10. - P. 335-342.

5. Barone, G. The hydrophobic effect in aqueous solutions of nonelectrolytes. Part I. Self-interactions of alkylureas / G. Barone [et al.] // Journal of Solution Chemistry. - 1978. - Vol. 7. - № 3. - P. 179-192.

6. Эрдеи-Груз, Т. Явления переноса в водных растворах / Т. Эрдеи-Груз; ред. Н.С. Лидоренко, Ю.А. Мазитов. - Москва: Мир, 1976. - 598 с.

7. Харьков, В. В. Особенности кинетики реакций термического разложения материала при концентрировании во взвешенном слое / В. В. Харьков, А. Н. Николаев // Научно-технический вестник Поволжья. - 2017. - № 5. - С. 33-37.

8. Фрайштат, Д. М. Реактивы и препараты. Хранение и перевозка / Д. М. Фрайштат. - М.: Химия, 1977. - 424 с.

9. Пап, Л. Концентрирование вымораживанием / Л. Пап. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 97 с.

10. Плотников, В. Т. Разделительные вымораживающие установки / В. Т. Плотников, В. П. Филаткин. - М.: Агропромиздат, 1987. - 352 с.

11. Мембраны и мембранные технологии / ред. А. Б. Ярославцев. - М.: Научный мир, 2013. - 612 p.

12. Mulder, M. Basic Principles of Membrane Technology / M. Mulder, J. Mulder. - Springer, 1996. - 564 p.

13. Лазарев, С. И. Методы электромембранного разделения растворов / С. И. Лазарев. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. - 84 с.

14. Брык, М. Т. Мембранная дистилляция / М. Т. Брык, Р. Р. Нигматуллин // Успехи химии. - 1994. - № 63(12). - С. 1114-1129.

15. Minton, P. E. Handbook of evaporation technology / P. E. Minton. - New Jersey: Noyes publications, 1986. - 408 p.

16. Леонтьева, А. И. Моделирование и расчёт процесса сушки термолабильных материалов в виброаэрокипящем слое: монография / А. И. Леонтьева [и др.]. - Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. - 80 с.

17. Сажин, Б. С. Основы техники сушки / Б.С. Сажин. - М.: Химия, 1984. -

320 с.

18. Таубман, Е. Н. Выпаривание (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии) / Е.Н. Таубман. - М.: Химия, 1982. - 382 с.

19. Rein, P. W. Experiences with long tube climbing film evaporators / P. W. Rein, D. J. Love // Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technology. - 1995. - № 22. - P. 251-259.

20. Таубман, Е. Н. Расчет и моделирование выпарных установок / Е. Н. Таубман. - Л.: Красный печатник, 1980. - 216 с.

21. Перцев, Л. П. Трубчатые выпарные аппараты для кристаллизующихся растворов / Л. П. Перцев, Е. М. Ковалев, В. С. Фокин. - М.: Машиностроение, 1982. - 136 с.

22. Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химических технологий. - С-Пб: НПО "Профессионал", 2006. - 916 с.

23. Yamada, K. I. Plate type evaporator: patent № 04371034 US: 165/108, 165/144, 165/113, 165/DIG.10 / K.I. Yamada [et al.]. - Japan, 1983.

24. APV. Evaporator handbook. Bulletin EHB-987 / APV. - An Invensys Company, 2015. - 68 p.

25. GmbH, B.-S.-C. Thin Film Evaporator Type «LUWA» / B.-S.-C. GmbH. -Serial № 1. - Charlotte, NC: Luwa Corp., 2016. - 10 p.

26. Tetra Pak. Tetra Alvap CT - a flexible evaporator of superior efficiency / Tetra Pak. - 63442 en 1. - Lund, Sweden: Jerker Eriksson AB, 2016. - 6 p.

27. Вихревая камера для концентрирования жидких пищевых продуктов в закрученном газовом потоке: пат. 156401 Рос. Федерация: МПК B01D 1/14. В. В. Харьков, А. Н. Николаев; заявл. и патентообладатель В. В. Харьков, А.Н. Николаев. № 2015105533/05; заявл. 18.02.2015; опубл. 10.11.2015. Бюл. № 31. 2 с.

28. Yeoh, G. H. Computational Techniques for Multiphase Flows / G.H. Yeoh, J. Tu. - Elsevier Science, 2009. - 664 p.

29. Харьков, В. В. Выбор модели кинетики сушки дисперсных материалов для вычислительного эксперимента / В. В. Харьков, А. Н. Николаев // Научно-технический вестник Поволжья. - 2018. - № 9. - С. 7-11.

30. Нигматуллин, Р. И. Основы механики гетерогенных сред / Р.И. Ниг-матуллин. - М.: Наука, 1978. - 336 с.

31. Simonin, O. Continuum Modeling of Dispersed Turbulent Two-phase Flows / O. Simonin // In VKI lectures: Combustion in Two-phase Flows, Jan 29-Feb. 2. - 1996. - P. 1-47.

32. Crowe, C. T. Numerical Models for Two-Phase Turbulent Flows / C. T. Crowe, T. R. Troutt, J. N. Chung // Annual Review of Fluid Mechanics. - 1996. - Vol. 28. -№ 1. - P. 11-43.

33. ANSYS Fluent Theory Guide 17.1. - Canonsburg: ANSYS Inc., 2016. - 780 p.

34. Гольдштик, М. А. О движении частицы в вихревой камере / М. А. Гольдштик, В. Н. Сорокин // Прикл. механ. и техн. физ. - 1968. - № 6. - С. 149-152.

35. Щукин, В. К. Теплообмен, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в осесимметричных каналах / В.К. Щукин, А.А. Халатов. - М.: Машиностроение, 1982. - 200 с.

36. Davailles, A. Fundamental understanding of swirling flow pattern in hydrocyclones / A. Davailles, E. Climent, F. Bourgeois // Separation and Purification Technology. - 2012. - Vol. 92. - P. 152-160.

37. Putra, R. A. CFD studies on the gas-liquid flow in the swirl generating device / R. A. Putra [et al.] // Nuclear Engineering and Design. - 2018. - Vol. 332. - P. 213-225.

38. Харьков, В. В. Особенности аэродинамического воздействия сплошной фазы на капли в закрученном потоке / В. В. Харьков, А. А. Овчинников // Вестник технологического университета. - 2015. - Т. 18. - № 9. - С. 62-65.

39. Овчинников, А. А. Анализ сил, определяющих движение капель в закрученном газовом потоке / А. А. Овчинников, В. В. Харьков // Вестник технологического университета. - 2015. - Т. 18. - № 9. - С. 106-109.

40. Sommerfeld, M. Best Practice Guidelines for Computational Fluid Dynamics of Dispersed Multiphase Flows / M. Sommerfeld. - ERCOFTAC, 2008. - 129 p.

41. Овчинников, А. А. Описание структуры закрученных потоков в вихревых камерах / А. А. Овчинников, В. В. Харьков // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т. 17. - № 23. - С. 322-325.

42. Николаев, А. Н. Описание профилей окружной и осевой компонент скорости в полом вихревом аппарате / А. Н. Николаев, В. В. Харьков // Вестник технологического университета. - 2016. - Т. 19. - № 17. - С. 71-74.

43. Николаев, А. Н. Гидродинамика полых вихревых аппаратов / А. Н. Николаев, В. А. Малюсов // ТОХТ. - 1991. - Т. 25. - № 4. - С. 476-486.

44. Reinhart, A. Das Verhalten fallender Tropfen / A. Reinhart // Chemie Ingenieur Technik. - 1964. - Vol. 36. - № 7. - P. 740-746.

45. Buzzard, J. L. The drag coefficients of liquid droplets accelerating through air / J. L. Buzzard, R. M. Nedderman // Chem. Eng. Sci. - 1967. - Vol. 22. - № 12. - P. 1577-1586.

46. Clift, R. Bubbles, Drops, and Particles : Dover Civil and Mechanical Engineering / R. Clift, J.R. Grace, M.E. Weber. - Dover Publications, 2013. - 400 p.

47. Boothroyd, R. G. Flowing gas-solids suspensions : Powder technology series / R.G. Boothroyd. - Chapman and Hall, 1971. - 289 p.

48. Bird, R. B. Transport Phenomena : Wiley International edition / R.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot. - Wiley, 2007. - 905 p.

49. Харьков, В. В. Применение вихревой камеры для концентрирования термолабильных растворов / В. В. Харьков, А. Н. Николаев // Вестник технологического университета. - 2017. - Т. 20. - № 8. - С. 65-68.

50. Овчинников, А. А. Закономерности движения капель в вихревых прямоточных аппаратах с тангенциальными завихрителями / А. А. Овчинников, Н. А. Николаев, С. Х. Абдульманов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. -1978. - Т. 21. - № 11. - С. 1689-1692.

51. Харьков, В. В. Особенности создания взвешенного капельного слоя в вихревой камере для концентрирования соков / В. В. Харьков, А. Н. Николаев // Тезисы докладов пятой международной конференции «Теплообмен и гидродинамика в закрученных потоках» Казань, 19-22 октября 2015 г. - С-Пб: Свое издательство, 2015. - С. 76-77.

52. Харьков, В. В. Особенности создания взвешенного капельного слоя в вихревой камере для концентрирования соков / В. В. Харьков, А. Н. Николаев // Теплообмен и гидродинамика в закрученных потоках: труды пятой международной конференции, 19-22 октября 2015 г., г. Казань. - Казань, 2015. - С. 341-349.

53. Нурсте, Х. О. Исследование аэродинамики потока в закручивающих устройствах / Х. О. Нурсте, Ю. В. Иванов, Х. О. Луби // Теплоэнергетика. - 1978. -№ 1. - С. 37-39.

54. Николаев, А. Н. Аэродинамика двухфазного потока в вихревых массообменных аппаратах / А. Н. Николаев, В. А. Малюсов // ТОХТ. - 1989. -Т. 23. - № 2. - С. 216-222.

55. Кнорре,Г. Ф. Теория топочных газов / Г. Ф. Кнорре. - Л.: Энергия, 1966. -

491 с.

56. Смульский, И. И. Аэродинамика и процессы в вихревых камерах / И.И. Смульский. - Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1992. - 301 с.

57. Лаптев, А. Г. Гидромеханические процессы в нефтехимии и энергетике / А. Г. Лаптев, М. И. Фарахов. - Казань: Изд-во Казанск. гос. ун-та, 2008. - 729 с.

58. Трачук, А. В. Исследование и разработка вихревых аппаратов с вращающимся многофазным слоем. Дис. ... к.т.н.: 05.17.08 / А. В. Трачук. - 2009. - 193 с.

59. Моряков, В. С. Влияние распределения капель по размерам на массоперенос в полидисперсных системах / В. С. Моряков, Н. А. Николаев, А. М. Николаев // Известия ВУЗов. Химия и хим. технология. - 1973. - Т. 16. - № 10. -С. 1580-1583.

60. Пажи, Д. Г. Основы техники распыливания жидкостей / Д. Г. Пажи, В. С. Галустов. - М.: Химия, 1984. - 256 с.

61. Киселев, В. М. Определение модального размера капель в двухфазном турбулентном потоке / В. М. Киселев, А. Ш. Асатурян // Ж. прикл. химии. - 1977. -Т. 50. - № 4. - С. 848-852.

62. Лыков, М. В. Сушка распылением / М. В. Лыков. - М.: Пищепромиздат, 1955. - 204 с.

63. Харьков, В. В. О правомерности применения среднего объемно-поверхностного диаметра при описании полидисперсного потока капель / В. В. Харьков, Г. Х. Гумерова // Материалы XVI Международной научно-практической конференция «Кулагинские чтения: техника и технология производственных процессов». Ч. 2, 28-30 ноября 2016 г. - Чита: ЗГУ, 2016. - С. 22-26.

64. Николаев, Н. А. Закономерности дробления жидкости на капли в вихревых контактных устройствах массообменных аппаратов / Н. А. Николаев // Изв. вузов. Химия и хим. технология. - 1976. - Т. 19. - № 11. - С. 1772-1776.

65. Коротков, Ю. Ф. Гидродинамические закономерности в массообменном аппарате вихревого типа / Ю. Ф. Коротков // Труды КХТИ. - 1970. - № 45. - С. 106109.

66. Харьков, В. В. Численное исследование траекторий движения капель в вихревом аппарате для концентрирования фруктовых соков / В. В. Харьков, А. Н. Николаев // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т. 17. -№ 16. - С. 191-193.

67. Харьков, В. В. Методика расчета вихревой камеры со взвешенным капельным слоем / В. В. Харьков, А. Н. Николаев // Химическая промышленность сегодня. - 2017. - № 1. - С. 16-21.

68. Kharkov, V. V. Engineer charts for the vortex apparatus of the fruit juice concentration / V. V. Kharkov // Papers of the 12th International Scientific Conference «European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches» Stuttgart, Germany, October 15, 2014. - Stuttgart: ORT Publishing, 2014. - P. 114-118.

69. Овчинников, А. А. Динамика двухфазных закрученных турбулентных течений в вихревых сепараторах / А. А. Овчинников. - Казань: Новое знание, 2005. - 288 с.

70. Maxwell, J. C. The Scientific Papers of James Clerk Maxwell : Cambridge Library Collection - Physical Sciences / J. C. Maxwell, W. D. Niven. - Cambridge University Press, 2011. - 662 p.

71. Швец, М. Е. Об испарении капли в потоке / М. Е. Швец // Информ. сб. Гидрометсл. - 1951. - № 1. - С. 37-41.

72. Фукс, Н. А. Испарение и рост капель в газообразной среде / Н.А. Фукс. -М.: Изд. АН СССР, 1958. - 91 с.

73. Langmuir, I. The evaporation of small spheres / I. Langmuir // Physical Review. - 1918. - Vol. 12. - № 5. - P. 368-370.

74. Лейбензон, Л. С. Об испарении капли в газовом потоке / Л. С. Лейбензон // Известия АН СССР. Сер. географическая и геофизическая. - 1940. - № 3. - С. 285304.

75. Срезневский, Б. И. Об испарении жидкостей / Б. И. Срезневский // ЖРФХО. - 1882. - Т. 14. - № 8. - С. 420-442.

76. Jackson, K. A. Kinetic Processes: Crystal Growth, Diffusion, and Phase Transitions in Materials / K. A. Jackson. - John Wiley & Sons, 2010. - 453 p.

77. Баранаев, М. К. Кинетика испарения / М. К. Баранаев // Успехи химии. -1938. - Т. 7. - № 8. - С. 1231-1259.

78. Шулейкин, В. В. Кинетическая теория испарения / В. В. Шулейкин // ЖРФХО. ч. Физическая. - 1926. - Т. LVII. - № 3. - С. 527-540.

79. Findeisen, W. Das Verdampfen der Wolken und Regentropfen / W. Findeisen // Met. Zeitschr. - 1939. - Vol. 56. - № 12. - P. 453-460.

80. Кирюхин, Б. В. Испарение капель воды и водных растворов солей / Б. В. Кирюхин // Труды НИУ ГУГМС СССР. Метеорология. Сер. 1. - 1945. - № 7. -С. 35-60.

81. Фукс, Н. А. О скорости испарения капелек в атмосфере газа / Н. А. Фукс // ЖЭТФ. - 1934. - Т. 4. - № 7. - С. 747-759.

82. Тверская, Н. П. Температура испаряющихся капель / Н. П. Тверская // Известия АН СССР. Сер. географическая и геофизическая. - 1951. - Т. 15. - № 1. -С. 74-81.

83. Федосеев, В. А. Испарение капель воды при температурах среды ниже температуры кипения / В. А. Федосеев, Д. И. Полищук // Журн. техн. физики. -1953. - Т. 23. - № 2. - С. 233-241.

84. Frossling, N. Uber die verdunstung fallender tropfen / N. Frossling // Geophysics. - 1938. - № 52. - P. 170-216.

85. Терехов, В. И. Экспериментальное и численное исследования нестационарного испарения капель жидкости / В. И. Терехов [ и др.] // Инженерно-физический журнал. - 2010. - Т. 83. - № 5. - С. 829-836.

86. Высокоморная, О. В. Тепломассоперенос при движении капель воды в высокотемпературной газовой среде / О. В. Высокоморная, Г. В. Кузнецов, П. А. Стрижак // Инженерно-физический журнал. - 2013. - Т. 86. - № 1. - С. 59-65.

87. Sobac, B. A comprehensive analysis of the evaporation of a liquid spherical drop / B. Sobac [et al.] // Journal of Colloid and Interface Science. - 2015. - Vol. 438. -P. 306-317.

88. Ivanov, P. P. Certain features of the calculation of a two-phase flow in the droplet regime / P. P. Ivanov // High Temperature. - 2014. - Vol. 52. - № 2. - P. 312314.

89. Анохина, Е. В. Исследование процессов испарения и кипения жидкостей / Е. В. Анохина // Журнал технической физики. - 2010. - Т. 80. - № 8. - С. 32-37.

90. Харьков, В. В. Моделирование тепло- и массообмена при концентрировании соков в вихревой камере / В. В. Харьков // Научно-технический вестник Поволжья. - 2016. - № 1. - С. 37-44.

91. Ranz, W. Evaporation from drops. Part I / W. Ranz, W. Marshall // Chemical Engineering Progress. - 1952. - Vol. 48. - № 3. - P. 141-146.

92. Ranz, W. Evaporation from Drops. Part II / W. Ranz, W. Marshall // Chemical Engineering Progress. - 1952. - Vol. 48. - № 4. - P. 173-180.

93. Bergman, T. L. Fundamentals of Heat and Mass Transfer / T.L. Bergman [et al.]. - Wiley, 2011. - 1048 p.

94. Ривкин, С. Л. Термодинамические свойства водя и водяного пара / С. Л. Ривкин, А. А. Александров. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 80 с.

95. Reid, R. C. The properties of gases and liquids : McGraw-Hill chemical engineering series / R.C. Reid, J.M. Prausnitz, T.K. Sherwood. - McGraw-Hill, 1977. -688 p.

96. Никольский, Б. П. Справочник химика. В 3 т. Т. 1. Общие сведения. Строение вещества. Свойства важнейших веществ. Лабораторная техника / Б. П. Никольский. - М.-Л.: Химия, 1966. - 1072 с.

97. Сычев, В. В. Термодинамические свойства воздуха / В. В. Сычев, А. А. Васерман, А. Д. Козлов. - М.: Издательство стандартов, 1978. - 276 с.

98. Wilke, C. R. A viscosity equation for gas mixtures / C. R. Wilke // The Journal of Chemical Physics. - 1950. - Vol. 18. - № 4. - P. 517-519.

99. Mason, E. A. Thermal conductivity of multicomponent gas mixtures. II / E. A. Mason, S. C. Saxena // The Journal of Chemical Physics. - 1959. - № 1. - P. 361-369.

100. Schetz, J. A. Fundamentals of Fluid Mechanics : Wiley-Interscience publication / J.A. Schetz, A.E. Fuhs. - Wiley, 1999. - 935 p.

101. Fuller, E. N. A new method for prediction of binary gas-phase diffusion coefficients / E. N. Fuller, P. D. Schettler, J. C. Giddings // Industrial and Engineering Chemistry. - 1966. - Vol. 58. - № 5. - P. 18-27.

102. Харьков, В. В. Численное моделирование тепло- и массобмена в процессе концентрирования термолабильных растворов в закрученном потоке / В. В. Харьков, А. Н. Николаев // Ползуновский вестник. - 2017. - № 1. - С. 30-34.

103. Kharkov, V.V. Mathematical modelling of thermolabile solutions concentration in vortex chamber / V. V. Kharkov // Journal of Physics: Conf. Ser. -2018. - Vol. 980. - P. 012006.

104. Харьков, В. В. Траектории испаряющихся капель в закрученном газовом потоке в конвекционном аппарате / В. В. Харьков // Материалы Второй Международной научно-практической конференция «Явления переноса в процессах и аппаратах химических и пищевых производств», 16-17 ноября 2016 г. - Воронеж: ВГУИТ, 2016. - С. 170-173.

105. Харьков, В. В. Моделирование процесса испарения капель во взвешенном слое при концентрировании в вихревой камере / В. В. Харьков, А. Н. Николаев //

Материалы IX Международной научно-технической конференции «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2018» (МНТК «ИМТОМ-2018»). Ч. 2. - Казань: ООО «Фолиант», 2018. - С. 131-134.

106. Харьков, В. В. Определение условий ввода термолабильной жидкости в вихревую камеру со взвешенным капельным слоем / В. В. Харьков // Материалы 30 Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях». Том 3. Минск, 10-12 октября 2017 г. - Минск, 2017. - С. 46-50.

107. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т. 3 / ред. И. Л. Кнунянц. - М.: Большая российская энциклопедия, 1992. - 639 с.

108. Степанов, Б. И. Введение в химию и технологию органических красителей / Б. И. Степанов. - Химия. - М., 1984. - 592 с.

109. Чекалин, М. А. Технология органических красителей и промежуточных продуктов / М. А. Чекалин, Б. В. Пассет, Б. А. Иоффе. - Л.: Химия, 1980. - 472 с.

110. Трегубов, Н. Н. Технология крахмала и крахмалопродуктов / Н. Н. Трегубов [и др.]; ред. Н. Н. Трегубов. - М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1981. - 471 с.

111. Справочник по крахмало-паточному производству / ред. Е. А. Штыркова, М. Г. Губин. - М.: Пищевая промышленность, 1978. - 432 с.

112. Шамборант, Г.Г.Технологическое оборудование предприятий крахмало-паточной промышленности / Г.Г. Шамборант. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 216 с.

Приложение А (рекомендуемое)

Таблица А.1 - Примеры растворов различных отраслей промышленности, подвергаемых процессу концентрирования

Химическая и фармацевтическая промышленности

Органические кислоты аскорбиновая кислота, лимонная кислота, молоч-

ная кислота, глюконовая кислота и др.

Амины мочевина, диэтиламин

Полиспирты метанол, этанол, глицерин, гликоль, изопропанол

Сахариды растворы декстрозы и фруктозы, мальтоза, сорби-

тол, глюкоза, мальтодекстрин

Ароматические соединения

Клей и желатин технический и пищевой желатин, мездровый и

костный клей

Растворы органических солей цитрат натрия, нитрат калия, нитрат аммония,

алюминатный раствор, сульфат аммония, сульфат

натрия, хлорид натрия, хлорид кальция, лактат ам-

мония и др.

Суспензии каолин, карбонат кальция

Фармацевтические растворы ферменты, витамины, антибиотики, дрожжевые

растворы, лекарственные экстракты, бактериаль-

ные препараты

Пищевая промышленность

Молочные продукты цельное и обезжиренное молоко, сгущенное мо-

локо, сыворотка, белки пахты, растворы лактозы,

молочная кислота

Растворы белков соевая сыворотка, кормовые дрожжи, цельное

яйцо

Фруктовые соки цитрусовые соки, яблочный сок, соки тропиче-

ских фруктов

Овощные соки томатный сок, морковный сок, свекольный сок

Крахмалопродукты концентрат квасного сусла, глюкоза, инвертный

сахар, крахмальный сироп

Сахар патока, белый рафинированный сахар, инулин

Экстракты экстракты кофе и чая, экстракт хмеля, экстракт

дрожжей, экстракт солода, пектин, мясной и

костный экстракт

Гидролизаты гидролизат сыворотки, суповые приправы, про-

теиновые гидролизаты

Пиво сусло, безалкогольное пиво

Переработка отходов и сточных вод

Сточные воды с органическими промывочная вода, стоки от производства крах-

веществами мала

Барда зерновая и картофельная барда, винасса, дрож-

жевая барда

Клеевая вода жомопрессовая вода, рыбный подпрессовый бу-

льон

Жидкие отходы ферментации

Приложение Б (обязательное)

Таблица Б.1 - Результаты опытных измерений и численных расчетов контрольных характеристик концентрирования водного раствора поливинилпирролидона

Параметр Расчет Эксперимент

с2, % Е0 ос х2, кг/кг с2, % Е0 о х2, кг/кг

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Щзх, м/с И0 = 220 мм

11 0,676 0,2991 104,8 0,089 0,651 0,2733 105,3 0,081

12 0,724 0,3945 103,6 0,100 0,697 0,3689 104,2 0,098

13 0,750 0,4361 103,1 0,116 0,718 0,4134 103,4 0,112

14 0,761 0,4588 102,9 0,125 0,729 0,4334 103,1 0,120

Щзх, м/с й0 = 225 мм

11 0,625 0,2099 105,7 0,075 0,609 0,1566 106,3 0,070

12 0,691 0,3211 104,4 0,091 0,675 0,2971 104,9 0,088

13 0,744 0,4160 103,8 0,100 0,725 0,3905 104,0 0,098

14 0,752 0,4388 103,3 0,116 0,745 0,4055 103,8 0,110

Щзх, м/с И0 = 230 мм

11 0,580 0,1028 107,5 0,052 0,538 0,0822 108,2 0,051

12 0,642 0,2200 105,4 0,076 0,600 0,1388 105,8 0,073

13 0,694 0,3258 104,6 0,090 0,648 0,2430 104,9 0,086

14 0,740 0,4188 103,7 0,106 0,680 0,3242 104,4 0,102

^т/^т И0 = 220 мм

0,19 0,760 0,4637 103,1 0,114 0,719 0,4021 103,3 0,110

0,22 0,745 0,4350 103,2 0,113 0,700 0,3617 103,5 0,109

0,25 0,711 0,3693 103,6 0,107 0,685 0,3298 104,0 0,100

0,28 0,647 0,2421 104,5 0,093 0,614 0,1787 104,7 0,090

И0 = 225 мм

0,19 0,756 0,4555 103,6 0,107 0,712 0,3872 103,9 0,104

0,22 0,735 0,4145 103,8 0,103 0,702 0,3660 104,0 0,099

0,25 0,670 0,2873 104,5 0,093 0,622 0,1957 104,9 0,089

0,28 0,603 0,1559 105,8 0,074 0,568 0,0809 106,0 0,071

^т/^т = 230 мм

0,19 0,750 0,4432 104,1 0,097 0,708 0,3787 104,3 0,095

0,22 0,691 0,3283 104,5 0,090 0,644 0,2426 104,7 0,088

0,25 0,628 0,2052 105,5 0,078 0,596 0,1404 106,0 0,074

0,28 0,563 0,0780 107,7 0,051 0,552 0,0468 108,1 0,049

а, град = 220 мм

33 0,746 0,4349 103,2 0,114 0,720 0,4043 103,4 0,110

34 0,712 0,3693 104,1 0,098 0,686 0,3319 104,5 0,095

35 0,650 0,2462 105,3 0,081 0,624 0,2000 105,5 0,078

а, град = 225 мм

33 0,735 0,4145 103,8 0,103 0,705 0,3723 104,2 0,100

34 0,674 0,2955 104,9 0,087 0,644 0,2426 105,1 0,084

35 0,609 0,1682 106,4 0,067 0,578 0,1021 106,6 0,065

а, град = 230 мм

33 0,695 0,3365 104,5 0,092 0,664 0,2851 104,8 0,088

34 0,630 0,2093 105,9 0,073 0,608 0,1660 106,2 0,071

35 0,565 0,0821 107,8 0,051 0,532 0,0414 108,1 0,048

Таблица Б.2 - Результаты опытных измерений и численных расчетов контрольных характеристик концентрирования водного раствора сульфата натрия

Параметр Расчет Эксперимент

с2, % Е0 ¿2, ос х2, кг/кг с2, % Е0 ¿2, о х2, кг/кг

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Щ}Х, м/с К0 = 220 мм

12 0,676 0,2995 104,8 0,088 0,651 0,2729 105,2 0,082

13 0,724 0,3939 103,8 0,102 0,697 0,3688 104,1 0,097

14 0,750 0,4344 103,2 0,115 0,718 0,4125 103,6 0,111

15 0,761 0,4596 102,7 0,124 0,729 0,4354 103,2 0,119

Щ}Х, м/с К0 = 225 мм

12 0,630 0,2092 105,8 0,074 0,603 0,1553 106,2 0,071

13 0,687 0,3200 104,5 0,090 0,669 0,2957 104,8 0,087

14 0,735 0,4144 103,7 0,103 0,713 0,3894 104,2 0,099

15 0,748 0,4390 103,2 0,115 0,730 0,4043 103,7 0,111

Щзх, м/с = 230 мм

12 0,575 0,1025 107,6 0,053 0,531 0,0821 108,1 0,050

13 0,636 0,2197 105,5 0,074 0,595 0,1383 105,9 0,072

14 0,691 0,3279 104,4 0,091 0,644 0,2426 104,8 0,088

15 0,737 0,4178 103,8 0,105 0,682 0,3234 104,3 0,102

= 220 мм

0,18 0,728 0,4512 103,2 0,114 0,702 0,3994 103,5 0,108

0,20 0,725 0,4235 103,3 0,113 0,692 0,3688 103,6 0,107

0,22 0,686 0,3594 103,8 0,104 0,654 0,3125 104,2 0,102

0,24 0,630 0,2364 104,4 0,091 0,598 0,1898 104,7 0,089

= 225 мм

0,18 0,722 0,4434 103,6 0,107 0,692 0,3885 104,0 0,102

0,20 0,706 0,4038 103,8 0,102 0,676 0,3478 104,2 0,099

0,22 0,642 0,2795 104,6 0,094 0,612 0,2366 105,1 0,088

0,24 0,582 0,1520 105,7 0,076 0,560 0,1120 106,1 0,072

= 230 мм

0,18 0,718 0,4315 104,2 0,098 0,686 0,3754 104,4 0,095

0,20 0,675 0,3195 104,6 0,092 0,632 0,2680 104,5 0,088

0,22 0,604 0,2002 105,4 0,076 0,574 0,1530 106,1 0,076

0,24 0,550 0,0775 107,6 0,051 0,516 0,0376 108,2 0,052

а, град = 220 мм

34 0,720 0,4235 103,3 0,112 0,688 0,3695 103,4 0,107

35 0,692 0,3590 104,2 0,098 0,666 0,3106 104,5 0,095

36 0,632 0,2406 105,2 0,082 0,604 0,1938 105,6 0,075

а, град = 225 мм

34 0,716 0,4044 103,7 0,101 0,680 0,3484 104,0 0,098

35 0,656 0,2886 104,8 0,087 0,630 0,2372 105,4 0,084

36 0,594 0,1655 106,5 0,066 0,575 0,1175 106,7 0,065

а, град = 230 мм

34 0,670 0,3288 104,6 0,091 0,636 0,2765 104,8 0,088

35 0,612 0,2044 106,0 0,073 0,576 0,1570 106,2 0,070

36 0,550 0,0806 108,1 0,049 0,516 0,0380 108,3 0,047

Таблица Б.3 - Результаты опытных измерений и численных расчетов контрольных характеристик концентрирования водного раствора сахарозы

Расчет Эксперимент

Параметр с2, Е0 Ъ, х2, с2, Е0 х2,

% о кг/кг % о кг/кг

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Щзх, м/с И0 = 220 мм

11 0,644 0,2908 104,9 0,086 0,620 0,2430 105,3 0,083

12 0,690 0,3825 103,9 0,100 0,664 0,3307 104,2 0,096

13 0,710 0,4223 103,2 0,113 0,684 0,3705 103,5 0,109

14 0,722 0,4462 102,7 0,122 0,694 0,3904 103,1 0,118

Щзх, м/с И0 = 225 мм

11 0,600 0,2032 105,9 0,073 0,576 0,1554 106,3 0,070

12 0,654 0,3108 104,6 0,089 0,628 0,2590 104,8 0,086

13 0,700 0,4024 103,8 0,102 0,672 0,3466 104,1 0,098

14 0,712 0,4263 103,2 0,113 0,684 0,3705 103,6 0,108

Щзх, м/с И0 = 230 мм

11 0,548 0,0996 107,7 0,052 0,526 0,0558 108,0 0,050

12 0,606 0,2134 105,6 0,077 0,582 0,1673 105,9 0,074

13 0,658 0,3184 104,5 0,091 0,632 0,2669 104,9 0,088

14 0,702 0,4057 103,8 0,103 0,674 0,3506 104,1 0,099

И0 = 220 мм

0,175 0,724 0,4502 103,1 0,113 0,696 0,3944 103,4 0,108

0,200 0,710 0,4223 103,2 0,112 0,682 0,3665 103,5 0,108

0,225 0,678 0,3586 103,6 0,106 0,650 0,3028 104,1 0,102

0,250 0,616 0,2351 104,5 0,092 0,592 0,1873 104,8 0,089

И0 = 225 мм

0,175 0,720 0,4422 103,6 0,106 0,690 0,3825 104,0 0,102

0,200 0,700 0,4024 103,8 0,102 0,672 0,3466 104,1 0,098

0,225 0,638 0,2789 104,5 0,092 0,614 0,2311 105,0 0,089

0,250 0,574 0,1514 105,8 0,073 0,552 0,1076 106,0 0,070

И0 = 230 мм

0,175 0,714 0,4303 104,1 0,098 0,686 0,3745 104,4 0,094

0,200 0,658 0,3187 104,5 0,091 0,632 0,2669 104,7 0,087

0,225 0,598 0,1992 105,5 0,077 0,574 0,1514 106,0 0,074

0,250 0,536 0,0757 107,7 0,052 0,516 0,0359 108,2 0,050

1 2 3 4 5 6 7 8 9

а, град К0 = 220 мм

35 0,710 0,4223 103,2 0,113 0,682 0,3665 103,5 0,108

36 0,678 0,3586 104,1 0,097 0,652 0,3068 104,6 0,094

37 0,618 0,2390 105,3 0,080 0,594 0,1912 105,5 0,077

а, град К0 = 225 мм

35 0,700 0,4024 103,8 0,102 0,672 0,3466 104,1 0,098

36 0,642 0,2869 104,9 0,086 0,616 0,2351 105,3 0,083

37 0,580 0,1633 106,4 0,066 0,556 0,1155 106,7 0,064

а, град = 230 мм

35 0,662 0,3267 104,5 0,091 0,636 0,2749 104,9 0,087

36 0,600 0,2032 105,9 0,072 0,576 0,1554 106,3 0,069

37 0,538 0,0797 108,0 0,048 0,516 0,0359 108,2 0,046

Приложение В

(обязательное)

8НИИУС

АО ВНИИУС

ВОЛЖСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

УТВЕРЖДАЮ

СПРАВКА

о внедрении результатов научно-исследовательской работы В. В. Харькова «Гидродинамика и тепломассообмен в вихревой камере для концентрирования

термолабильных растворов»

ВНИИУСом была рассмотрена диссертационная работа Харькова Виталия ' Викторовича на соискание ученой степени кандидата технических наук, выполненная в ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» под руководством профессора, доктора технических наук Николаева Андрея Николаевича.

Разработанный автором пакет прикладных программ для расчета и проектирования вихревых массообменных аппаратов успешно протестирован и внедрен в качестве автономного модуля в систему имитационного симулирования технологических объектов.

Данный пакет обладает широким спектром возможностей для решения задач гидродинамики и массообмена в аппаратах вихревого типа. В частности, этот пакет может использоваться как часть для численного моделирования установок теплового концентрирования, чтобы иметь лучшее представление о технологии обезвоживания растворов, содержащих ценные вещества.

Зав. лабораторией , к.т.н. технологии нефте-газопереработки

Р. Г. Шакирзянов

ООО «Промышленная Группа ТЕСЛА»

ВЫПИСКА

из протокола _

совещания руководителей и инженерно-технических работников

г. Казань

« >«3» саи^л^ 2019 г.

По вопросу промышленной реализации аппарата вихревого типа на предприятии

ПОВЕСТКА ДНЯ:

Рассмотреть конструкцию и технико-экономические показатели вихревого аппарата с закрученным потоком теплоносителя для выпаривания жидкостей.

СЛУШАЛИ:

Технические предложения по внедрению результатов диссертационной работы Харькова Виталия Викторовича (ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет») «Гидродинамика и тепломассообмен в вихревой камере для концентрирования термолабильных растворов» на предприятие.

РЕШЕНИЕ:

Принять результаты научных исследований Харькова В. В. к дальнейшему внедрению в качестве приоритетного оборудования для выпаривания водного раствора в технологическую схему малотоннажного производства органического красителя.

Отмечается, что достоинствами работы являются представленная инженерная методика подбора эффективного режима эксплуатации этого оборудования и тщательное отношение к сохранности целевого вещества в готовом продукте.

От ООО «Промышленная ]

Директор по развитию Директор

Зав. каф., д.т.н., профессор Ассистент

От ФГБОУ ВО «КНИТУ»:

И. Г. Меркушин Э. Р. Габдрахманов

А. Н. Николаев

В. В. Харьков

АО «ТАТКРАХМАЛПАТОКА»

422581, Республика Татарстан Верхнеуслонский район, с. Куралово, ул. Центральная, д.2 тел./факс [phone] E-mail: [e-mail] mvw.tkp.company

ИНН 1654005545, КПП 161501001 р/сч. 40702810200002000606 АКБ «Энергобанк» г. Казань к/сч. 30101810300000000770

БИК 049205770

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

о перспективности использования вихревой камеры для концентрирования жидких полуфабрикатов крахмалопаточной промышленности

На предприятии в составе технологических линий присутствует оборудование для теплового концентрирования жидких полуфабрикатов (концентратов сусла, солодовых экстрактов). В настоящее время уваривание растворов для удаления излишней влаги и стандартизация содержания сухих веществ производятся на пленочных выпарных установках, эксплуатация которых сопряжена со множеством трудностей и недостатков, что приводит к необходимости модернизации этой стадии.

На кафедре оборудования пищевых производств Казанского национального исследовательского технологического университета аспирантом В. В. Харьковым под руководством А. Н. Николаева разработана компактная высокоэффективная установка вихревого типа для концентрирования термочувствительных жидкостей. Возможно также варианты установки с получением порошкообразной формы готовой продукции.

Мы постоянно работаем над совершенствованием технологии, выявлением резервов повышения производительности и снижения себестоимости для того чтобы дать потребителю лучший продукт по минимально возможной цене, поэтому научные и опытно-конструкторские разработки в этой области полностью обуславливают актуальность применения оборудования вихревого типа.

А. И. Прокопьев А. Т. Prokopev

Май 2019/May 2019