CC BY
25
Л. Ф. Павлоцька, В. I. Жогло: Харшвський державний ушверситет харчування та торг1вл1 - №200602841; Заяв. 13.03.2006; Опубл. 15.01.2007, Бюл. № 1.
Стаття надшшла до редакцИ 10.09.2015
УДК 664.661.12.021.3
Бшонога Ю. Л.1, д. т. н., професор, Бшонога Д. М.2, к. ф1з.-мат. н., доцент, Максисько О. Р.1, к. т. н., доцент, Турчин I. М.1, к. т. н., доцент, Варивода Ю. Ю.1, к. т. н., доцент ®
1Львгвський национальный университет ветеринарног медицины
та б1отехнологт 1мен1 С. З. Гжицького.,Украгна 2Нацгональний Университет «Львгвська Политехника», Украгна
ОПТИМ1ЗАЦ1Я ПАРАМЕТР1В ПСЕВДОЗР1ДЖЕНОГО ШАРУ З ВРАХУВАННЯМ «ЕКВШАЛЕНТНОГО Д1АМЕТРА КАНАЛ1В»
Визначенг пргоритетнг шляхи оптимгзацгг параметров псевдозргдженого шару (ПЗШ) в систем1 тверде тгло - ргдина (ТТ-Р) або тверде тгло - газ (ТТ-Г). Виведена формула 6 для оптимгзацгг стввгдношень «еквгвалентного д1аметра канал1в» у ПЗШ до середньог товщини ламтарного приповерхневого шару (ЛПШ), що виникае навколо окремог твердог частинки в ПЗШ..
Представлена також нергвнгсть параметров оптимгзацгг в ПЗШ для системи ТТ-Р або ТТ-Г, яка включае параметр оптимгзацгг В, що виведений нами рангше [1,2], а також оптимальну неоднородность г оптимальну висоту ПЗШ. Показано, що виведенг формули розрахунку параметра оптимгзацгг дифузгйних процесгв В, середньог оптимальног товщини ЛПШ, стввгдношень «еквгвалентного д1аметра каналгв» у ПЗШ до середньог товщини ЛПШможуть застосовуватися для мгнгмгзацгг енерговитрат в умовах тепло- масообмтних процесгв, зокрема сушгння, екстрагування та 1нш в полг гравгтацгйних та вгдцентрових сил. Розрахованг критергй оптимгзацгг В, спгввгдношення «еквгвалентного дгаметра каналгв» у ПЗШ до середньог товщини ЛПШ на дглянках кривог псевдозргдження ОК г КВ г показано, що за цими спгввгдношеннями можна оптимгзувати процес псевдозргдження в системг ТТ-Р або ТТ-Г, виходячи з числових значень цих стввгдношень. Залежно вгд умов псевдозргдження запропонована нергвнгсть 7 мае параметр оптимгзацгг В або Вц для ПЗШ в полг гравгтацгйних або вгдцентрових сил, вгдповгдно.
Ключов'1 слова: псевдозргджений шар, ламгнарний приповерхневий шар, «еквгвалентний д1аметр каналгв» в псевдозргдженому шар1.
УДК 664.661.12.021.3
Билонога Ю. Л.1, д. т. н., профессор, Билонога Д. М.2, к. физико-математических н., доцент, Максисько О. Р.1, к. т. н., доцент, Турчин И. М.1, к. т. н., доцент, Варивода Ю. Ю.1, к. т. н., доцент
1Львивський национальный университет ветеринарной медицины
и биотехнологий имени С. З. Гжицкого., Украина 2Национальний университет «Львовская Политехника», Украина
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ С УЧЕТОМ «ЕКВИВАЛЕНТНОГО ДИАМЕТРА КАНАЛОВ»
Обозначены приоритетние пути оптимизации параметров псевдоожиженного слоя (ПОС) в системе твердое тело - жидкость (ТТ-Ж) или твердое тело - газ (ТТ-
® Бшонога Ю. Л., Бшонога Д. М., Максисько О. Р., Турчин I. М., Варивода Ю. Ю., 2015
11
Г). Выведена формула 6 для оптимизации соотношений «еквивалентного диаметра каналов» в ПОС к средней толщине ламинарного приповерхностного слоя (ЛПС), что возникает вокруг отдельной твердой частицы в ЛПС.
Представлено также неравенство параметров оптимизации в ПОС для системы ТТ-Ж или ТТ-Г, которое включет в себя параметр оптимизации В, который виведен нами раньше [1,2], а также оптимальную неоднородность и оптимальную висоту ПОС. Показано, что виведенные формулы расчета параметра оптимизации диффузионных процессов В, средней оптимальной толщины ЛПС, соотношений «эквивалентного диаметра каналов» в ПОС к средней толщине ЛПС могут применяться для минимизации энергозатрат в условиях тепло- массообменных процессов, в частности сушки, экстрагирования и др. в поле гравитационных и центробежных сил. Расчитаны критерий оптимизации В, соотношения «эквивалентного диаметра каналов» в ПОС к средней толщине ЛПС на участках кривой псевдоожижения ОК и КВ и показано,что за этими соотношениями можно оптимизировать процесс псевдоожижения в системе ТТ-Ж или ТТ-Г, исходя из числовых значений этих соотношений. В зависимости от условий псевдоожижения предложенное неравенство 7 имеет параметр оптимизации В или Вц для ПОС в поле гравитационных или центробежных сил, соответственно.
Ключевые слова: псевдоожиженный слой, ламинарный приповерхностный слой, «эквивалентный диаметр каналов» в псевдоожиженном слое.
UDC 664.661.12.021.3
Bilonoha YU. L.1, doctor of science., professor, Bilonoha D. M.2, candidate of physical and mathematical sciences, Maksysko O. R.1, phd., associate professor, Turchin I. M.1,phd., associate professor, Varyvoda Yu. Yu.1, phd., associate professor ILvivskyy National University of Veterinary Medicine and Biotechnology named after S. Z. Gzhytsky., Ukraine 2Natsionalnyy University «Lviv Polytechnic», Ukraine
PARAMETER OPTIMIZATION FLUIDIZED BED FROM ACCOUNT «EQUIVALENT DIAMETER CHANNEL»
Priority ways to optimize the parameters of the fluidized bed (FB) system solid - liquid (S-S) or solid - gas (S-G). Formulas 6 to optimize the ratio «equivalent diameter channels» in to the average thickness of the laminar boundary layer (LBL) arising separate solid particles around in FB. Presented also inequalities optimization parameters in FB for system S-S or S-G, in which comprises themselves in the parameter optimization, which of withdrawal by us earlier [1,2], as well as optymalnuyu inhomogeneities optymalnuyu height and FB.
It is shown that the calculation formula vivedennye optimization parameter in diffusion processes B, the optimal average thickness of LBL ratios «equivalent diameter of the channels» in FB to the average thickness of LBL can be employed to minimize energy in a thermal mass transfer processes, including drying, extraction, et al. field of gravitational and centrifugal forces. Calculate optimization criterion B ratio "equivalent diameter of the channel" in the village to the average thickness of LBL in the areas of the curve fluidization OK and AC shown that these relationships can optimize the process of fluidization in the S-S or S-G, based on the numerical values of these ratios. Depending on the conditions of the fluidization inequality 7 has proposed optimization option in FB for the LBL or in the field or gravitatsionnih tsentrobezhnih forces, respectively.
Key words: fluidized bed, the superficial layer of laminar, "equivalent diameter of the channels" in a fluidized bed.
12
Вступ. Псевдозрщжений шар (ПЗШ) описусться кривою, яка мае критичш
точки К \ В, в межах яких реал1зуеться процес псевдозрщження (рис. 1). ДР. Ш
Ув<Кев)
К. В
Рис.1. Крива псевдозрiдження
У м/с (Кс)
Результати дослщження. Вiдомо, що в умовах ПЗШ активiзуються всi теплообмiннi та дифузшш процеси, передовсiм, за рахунок того, що в даних умовах суттево зростае фактична площа контакту суцшьно! та подрiбнено! твердо! чи дисперговано! рщко! фаз. Важливо показати оптимальний дiапазон значень числа Рейнольдса в ПЗШ, за якого маемо максимальну штенсивнють тепло- та масообмшних процешв за мiнiмальних енергетичних витрат.
Нами показано, що процес оптимiзащ! параметрiв ПЗШ можна отримати, використавши параметр оптимiзацil (рiвнiсть 1) [1,2].
В = 3,07 • 6 6
(ст • cos • 9)3
2
Р2С
М 4g(Pч - Рс)
(1)
де рЧ, рС - густина подрiбнено! та суцшьно! фаз вщповщно, кг/м ; g, - прискорення вшьного падiння, м/с2; ц - коефiцiент динамiчно! в'язкостi рщкого або газоподiбного середовища, Пас. с - коефщент поверхневого натягу на межi тверде тiло - повггря або тверде тiло - рщина, Н/м; COS • 0 - гщрофшьшсть поверхнi твердого тiла.
Однак, цей метод не враховуе можливостей ствударяння частинок в ПЗШ, тобто так званий коефщент тiсноти цього шару.
ПЗШ мае спшьш властивосп як процесу фiльтрування, так i процесу осадження. Зокрема, на першш стадп, яка описуеться дiлянкою ОК криво! псевдозрщження (рис.1.), переважають «фшьтрувальш» властивостi ПЗШ, а на дшянщ КВ - властивостi за осаджування окремих частинок.
Мета даноТ роботи - показати оптимальш значення сшввщношень «еквiвалентного дiаметра каналiв» i середньо! товщини ламiнарного приповерхневого шару (ЛПШ) для можливостi iнтенсивного i енергоефективного проведення теплообмшних i дифузiйних процешв сушiння, екстрагування та iнш. в умовах ПЗШ.
Перепад тиску рщини або газу, що подаються через псевдозрiджений зернистий шар, можна визначити з рiвностi 2 [3].
13
АР = g-(pt - Рс)-(1 - ))h, _ (2)
де АР - перепад тиску по обидвi сторони шару, Па; g - прискорення вшьного падшня, м/с2; рТ, pc - густина твердих частинок зернистого матерiалу i рщини або газу, вiдповiдно, кг/м3; ) - (неоднорiднiсть) доля пустот у псевдозрщженому шарi; де h - висота шару в сташ псевдозрiдження при заданому значеннi ) м.
Для нерухомого шару величина долi пустот, як правило, приймасться )0 = 0,4. Тобто, в сташ псевдозрщження величини h i в залежать мiж собою прямо пропорцшно. При збiльшеннi швидкостi подачi середовища шар починае "дихати", тобто зростае його висота h i вiдповiдно неоднорiднiсть ).
Враховуючи те, що навколо кожно! частинки за !! осадження виникае ЛПШ, ПЗШ в ^CT^i ТТ - Р можна змоделювати як суму багатьох капiлярiв, де дiють сили поверхневого натягу, i записати аналогiчно як для процесу фшьтрування, рiвнiсть 3 [4], яка дуже подiбна до вщомо! формули Лапласа.
4а- cos в
А Р = s —-, (3)
d ekb
Прирiвнюючи спiввiдношення 2 i 3, отримуемо 4.
, 4ст • cos9 • £ //1Ч
dEKB= -, (4)
Vg(P4 - Pc) • (1 - £)
де dEKB - «е^валентний дiаметр каналiв» у ПЗШ, м; а - коефщент поверхневого натягу рiдини або газу, Н/м; рЧ, рС - густина твердих частинок зернистого матерiалу i середовища вiдповiдно, кг/м3; в - (неоднорщшсть), доля пустот у ПЗШ; cos 9 - пдрофшьнють частинки.
В умовах ПЗШ твердого зернистого матерiалу в турбулiзованому середовищi навколо кожно! частинки, як i в процесi осадження, iснуe ЛПШ. Середня товщина ЛПШ може бути розрахована за формулою 5 [1,2].
5 = I9,42cosQ :Кт, (5)
V g (Рч - Pc)
де S - середня товщина ЛПШ, що виникае навколо рухомо! частинки в ПЗШ, м; КТ - коефщент турбулiзащ! ЛПШ.
Ствставляючи рiвностi 4 i 5, отримуемо сшввщношення 6:
dEKB. — 2
£
Кт, (6)
(1 - £)
б 3"у
Для ефективно! масопередачi у ПЗШ рщке або газоподiбне середовище повинно рухатися навколо частинки за турбулентного режиму. В такому випадку маемо максимальш значення коефщента тепло - i масовiддачi. Виходячи з того, що ПЗШ залежно вщ змiни швидкосп подачi середовища в дiапазонi Reк - ReB (рис. 1.), розширюеться або звужуеться, тобто вiдповiдно зростають або зменшуються величини в i h (частка пустот i висота псевдозрщженого шару), «е^валентний дiаметр каналiв» у ПЗШ dEКв. повинен бути достатшм для того, щоб режим руху рiдини в ньому був не ламшарним. Тому ефективна масовщача у ПЗШ наступить за певних значень в i h а, також за певних значень «е^валентого дiаметра каналiв» dEКВ. i середньо! товщини ЛПШ 5. Спiвiдношення 6 е безрозмiрним емпiричним критерiальним рiвнянням. З рiвностi 6 видно, що
14
вщношення .4екв_ зростае зi збшьшенням коефiцieнта турбулiзащi ЛПШ, тобто при б
зростанш швидкостi подачi середовища через ПЗШ.
Оскiльки визначальним параметром в умовах псевдозрщження е число Архiмеда, то визначення оптимального дiапазону подрiбнення е аналогiчним, як для процесу осадження. Враховуючи критерiальне спiввiдношення 6, i те, що оптимальним коефiцiентом турбулiзащi ЛПШ е параметр оптимiзащi В (формула 1)[1,2], можемо твердити, що вiдношення «е^валентного дiаметра каналiв» у ПЗШ до середньо! товщини ЛПШ навколо частинки повинно вщповщати нерiвностi 7:
^ЕКВ(ОПТ,). . 2
-> —
£
£ ОПТ- В , (7)
(1 £ ОПТ. )
бОПТ. 3
тобто це вiдношення повинно бути чисельно бiльше або рiвне робочому значенню числа Рейнольдса за оптимальних параметрiв подрiбнення сировини i, вщповщно, оптимальних параметрiв ПЗШ в системi ТТ - Р або ТТ-Г.
З попередшх розрахункiв вiдомо, що неоднорщшсть ПЗШ в за оптимальних умов, тобто за оптимальних параметрiв подрiбнення сировини з максимальною штенсивнютю дифузiйного процесу може знаходитися в дiапазонi £ = (0,8-0,99). Тод^ пiдставивши мiнiмальнi значення неоднорiдностi £ = 0,8 в критерiальне
сшввщношення 7, отримаемо: >4/3В, або >2/3Reoпт.. Зрозумiло, що за
б б
таких значень вщношення ймовiрнiсть спiвударiв окремих частинок у
б
псевдозрщженому станi е достатньо малою, оскшьки значення ReoПТ. е близькими до числа 100 i далеко бшьшими. 1ншими словами, вiльний простiр мiж окремими частинками dЕКВ. за умов оптимальних параметрiв ПЗШ е на 2 порядки бшьшим, нiж оптимальне значення ЛПШ 5ОПТ., що говорить про можливють максимально! турбулiзацii ЛПШ навколо частинки, а отже, достатньо! активiзацi! теплообмшних та дифузiйних процеив [5, 6]. Разом з тим, коли шар зернистого подрiбненого матерiалу ще не перебувае в сташ псевдозрiдження, тобто рiдина "фшьтруеться" через подрiбнену сировину i процес проходить на дшянщ ОК криво! псевдозрщження (рис. 1.), величина неоднорщносп шару £0 « 0,4 [3, с.50]. Тод^ пiдставивши значення вО « 0,4 у спiввiдношення 7, вiдношення dc
б
< 0,27•ReК. При значеннях числа Архiмеда Аг « 600 з рiвностi -
Reк=_А_=_600_= 0,39. <0,27-0,39 або^ЕКа < 0,106. Це
1400 + 5,22/Аг 1400 + 5,22л/б00 б б
говорить про те, що «е^валентний дiаметр каналiв» на порядок менший вiд середньо! товщини ЛПШ, зернистий подрiбнений напiвфабрикат на дшянщ ОК практично злипаеться, дуже повшьно пропускае потш рiдини або газу, який в каналах шару мае ламшарний режим. В таких умовах дифузшш та теплообмшш процеси iз подрiбненого матерiалу е низькоефективними.
15
Висновки.
1. Запропонований алгоритм знаходження оптимальних параметрiв ПЗШ для штенсивного та енергоефективного провдення тепло- i масообмшних процешв.
2. Отримаш нами спiввiдношення 6,7 можуть застосовуватися для оптимiзацil тепло- масообмiнних процешв з ПЗШ.
Перспективи подальших дослщжень. Подальшi науковi дослiдження будуть спрямоваш на удосконалення алгоритмiв оптимiзацil апараив з ПЗШ, а також на оптимiзацiю параметрiв !х ефективно! роботи.
Лггература
1. Бiлонога Ю. Л. Оптишзащя параметрiв подрiбнення твердо! сировини пiд час розчинення та екстракцп в полi гравiтацiйних або ввдцентрових сил [Текст] / Вiсник НУ «Л^вська полiтехнiка» Оптимiзацiя виробничих процеав i технiчний контроль у машинобудуванш та приладобудуваннi. - 2004. - № 515. - С. 104-116.
2. Бшонога Ю. Л. Критерш оптимiзацi! гравiтацiйного процесу екстракцi! в OT^^i тверде тiло-рiдина або рвдина-рвдина [Текст] / Ю. Л. Бшонога, Д. М. Бшонога // Вюник НУ «Львiвська полiтехнiка» Оптимiзацiя виробничих процеав i технiчний контроль у машинобудуванш та приладобудуванш. — 2003. — № 480. — С. 3-6.
3. Бородуля В. А. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое под давлением / В. А. Бородуля, В. Л. Ганжа, В. И. Ковенский. - Минск: Наука и техника, 1982.- 206 с.
4. Бшонога Ю. Л. 1нтенсифшащя процесу фшьтрування при використанш поверхнево-активних речовин (ПАР) // 1нтегроваш технологи та енергозбереження.-2001. - №1. - С. 35-38.
5. Про технiко-економiчну доцшьнють використання псевдозрiдженого шару при виробництвi iнсулiну / Ю. Л. Бiлонога, Б. Р. Щж, Д. М. Бiлонога, Ю. Ю. Варивода // Науковий вюник ЛДАВМ iменi С.З.Гжицького. - 2002. - Т.4, №.1. - С.156-159.
6. Бшонога Ю. Л. Оптимальш параметри подрiбнення сировини при виробнищи iнсулiну з використанням псевдозрiдженого шару / Ю. Л. Бiлонога, Д. М. Бшонога // Науковий вюник ЛДАВМ iм. С.З.Гжицького. - 2003. - Т.5. - №.2. -Ч. 1. - С.115-119.
Стаття надшшла до редакцИ 21.09.2015
УДК 637.146.2
Боднарчук О. В., к.т.н. (E-mail: [email protected])®
1нститут продовольчихpecypcie НААН, м. Кигв, Украта
ДОСЛ1ДЖЕННЯ АМ1НОКИСЛОТНОГО СКЛАДУ ПЛАЗМИ КИСЛОВЕРШКОВОГО ТА СОЛОДКОВЕРШКОВОГО МАСЛА П1Д ЧАС
ЗБЕР1ГАННЯ
До^джено змти ктькюного та яккного складу втьних амтокислот у плазмi кисловершкового та солодковершкового масла у споживчому пакуванш за температури -(5-0)°С впродовж 45 дiб та у монолiтi за температури -(6-11)°С впродовж 12 мю збepiгання. На оcновi отриманих peзyльтатiв встановлено вплив киcлотноcтi плазми кисловершкового масла на динамк нагромадження втьних амтокислот та проведено поpiвняльний аналiз з солодковершковим маслом. Поpiвняно висою концентрацИ' втьних амтокислот за температури -(5-0)°С та киcлотноcтi плазми 40-48°Т cвiдчаmь про ттенсивтший пepeбiг протеолтичних процеив в плазмi кисловершкового масла.
® Боднарчук О. В., 2015
16
