CC BY
19
УДК 637.133.2.00.24
О времени пребывания объекта термообработки в вибрационном подогревателе
Вороненко Б.А., Демидов С.Ф., Филлипов В.И., Демидов А.С.
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Получена зависимость плотности распределения температур объекта термообработки для любого среднего времени пребываения в вибрационном подогревателе.
Ключевые слова: время пребывания, нагрев, вибрация, температура, молоко, расчетная зависимость.
Интенсивность теплообмена в значительной степени зависит от процессов, происходящих в пограничном слое. Однако, при интенсивной турбулизации потока может происходить проскок отдельных порций продукта, что отрицательно влияет на качество термообработки.
Длительность процесса рассматривается по среднему времени пребывания продукта в аппарате:
G™
t =■
Gnp
(1)
где Оап - количество продукта, единовременно находящегося в подогревателе; Опр - производительность вибрационного подогревателя.
Истинное время пребывания объекта термообработки в аппарате может существенно отличаться вследствие интенсивной турбулизации как в сторону меньших, так и в сторону больших значений. Среднему времени пребывания соответствует и средняя температура продукта на выходе из аппарата. Следовательно, некоторая часть выходящего продукта из вибрационного подогревателя обладает температурой t > tср и t < tср.
Настоящее исследование посвящено оценке качества термообработки молока при вибрации греющей поверхности[1,2].
Вид функции, предложенной для оценки качества термообработки продукта по времени пребывания в вибрационном теплообменнике имеет вид:
р—) = А • — • ехр
(-)
(2)
где т- текущее время, с; А- нормировочный множитель.
Функция (1) определяет вероятность выхода доли объекта термообработки в течение единичного времени вблизи некоторого времени. При этом задача полагалась статистической, процесс - разновесным. Предложенная функция (2) получена на основе методологии вывода максвеловского распределения молекул по скоростям в потоке.
Нормированный множитель находится на условии нормировки
\ Р(-¥
- = 1
А = 0,602с7
(3)
(4)
Следовательно, функция распределения продукта по времени пребывания
в аппарате имеет вид:
р(- = 0,602—7 еХР
'с У
(5)
Непосредственное определение равномерности обработки материала, выходящего из аппарата, связано с необходимостью определения температуры отдельных порций, что представляет собой значительные экспериментальные трудности. Поэтому в данной работе изучалось распределение порций продукта только по времени пребывания.
Экспериментальные исследования плотности распределения проводились на установке, состоящей из электровибратора, приводящего в колебательное синусоидальное движение греющий элемент диаметром Б1 = 2,2 • 10
м.
Ь
А
16
Кривые распределения порций продукта по времени пребывания в аппарате снимались при различных параметрах проведении процесса.
Опыты проводились следующим образом. После выхода вибрационного подогревателя на режим вводили определенного количество красителя и включали секундомер. На выходе из вибрационного подогревателя отбирали пробы, в которых определяли количество подкрашенного продукта путем
2
0
2
замера коэффициента пропускания в видимой области спектра в монохроматическом потоке излучения на спектрофотометре СФ-26.
Масса пробы, отнесенная ко времени отбора, давала расход продукта через аппарат. Экспериментальные кривые распределения продукта по времени пребывания представлены на рис.1.
Рис. 1.
В качестве примера рассмотрен пример термообработки продукта в вибрационном теплообменнике. Так как отдельные операции продукта находятся в аппарате неодинаковое время, то они оказываются и обработанными в разной степени, что приводит к отклонению выходной температуры от некоторого среднего значения тс.
Предположим, что кинетическая кривая теплопередачи между поверхностью теплообменника и продуктом известна:
t = Р(в), (6)
где: 9 - температура продукта на выходе из аппарата, оС.
Плотность распределения продукта по выходной температуре вычисляется тогда по правилу сложной производной:
р(в) = р[т{в)]д-
дТ
(7)
Полагая, что в теплообменник продукт поступает с начальной температурой 9о и процесс идет только в период постоянной скорости нагрева:
в-в
Т =
N
(8)
где: N коэффициент периода постоянной скорости нагрева.
С учетом уравнения (8) плотность распределения температур объекта термообработки для любого среднего времени пребывания в пределах протекания первого периода нагрева имеет вид:
р(в) = 0,602т
-7
N
ехр
V
^ У
(9)
Результаты расчета приведены на рис.2 (тс,с:1-8; 2-10).
Полученная зависимость может быть использована для определения времени пребывания частиц продукта в вибрационном теплообменнике при термообработке молочных продуктов.
Список литературы
1. Авторское свидетельство СССР № 1429361, А 23 L 3/22. Способ нагрева молочных продуктов [Текст]/ Демидов С.Ф., Семенюк В.Н., Мартынов Ю.В., Дубинский Л.Р.: Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексного использования молочного сырья и Институт проблем механики АН СССР- №4166429/28-13; заявл. 24.12.86;опубл. 08.06.88, - 4 с.
2. Авторское свидетельство СССР № 1600675, А 23 С 3/03. Устройство для пастеризации молока "Вихрь"[Текст]/ Молочников В.В., Демидов С.Ф., Семенюк В.Н., Малахова Т.А.: заявитель Северо-Кавказский филиал всесоюзного научно-исследовательского института маслодельной и сыродельной промышленности и Институт проблем механики АН СССР. -№3720884/28-13; заявл. 18.04.84;опубл. 23.10.90, Бюл. №39. - 4 с.
On residence time of an object treated in a vibrating reheater
Voronenko B.A., Demidov S.F., Fillipov V.I., Demidov A.S.
Saint-Petersburg State University of Refrigeration and Food Engineering
There has been derived a dependence of temperature distribution density in a heat treated object for any average residence time in a vibrating reheater.
Keywords: residence time, heating, vibration, temperature, milk, estimated dependence.
