9

1 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ

1.1 Типи і конструкція устаткування для баротермічної обробки харчової

сировини

Стерилізація - звільнення якогось предмета чи матеріалу від усіх видів

мікроорганізмів (включаючи бактерії і їх спори, гриби, віруси), або їх знищення.

Найбільш надійним методом стерилізації харчових продуктів продовжує

залишатися залучення теплової обробки. Теплова обробка сировинних потоків є

невід’ємною складовою більшості харчових технологій і здійснюється в інтервалі

температур t<100°, t=100°, t>100°.Оскільки важливою компонентою більшості

перероблюваної сировини є вода,то вказаний температурний діапазон досягається

за рахунок різних тисків. Головним завданням теплової обробки у таких випадках

є знешкодження мікрофлори або хоча б переведення її у бактеріальний стан.

Для реалізації процесу стерилізації в харчової промисловості

використовуються вертикальні і горизонтальні автоклави широкого спектру

різновидів, розмірів і принципів дії.

Автоклав - апарат для проведення різних процесів при нагріванні і під

тиском вище атмосферного.

1.1.1 Вертикальні автоклави

Автоклав вертикального типу являє собою ємність зі спеціальною

стерилізаційної камерою , всередину якої занурюється оброблюваний продукт.

Камера закрита герметичною кришкою , щільно прилягає до корпусу обладнання

та закривається за допомогою спеціального замка. Якщо між кришкою і корпусом

будуть зазори , тиск усередині автоклава не досягне потрібних параметрів .

Напівфабрикати в стерилізаторі поміщають на спеціальні сітки , які не

перешкоджають вільній циркуляції нагрітого повітря. Незважаючи на габарити

камери автоклава , температура і тиск в кожній її частині однакові.

Схема вертикального автоклава в розрізі показана на рисунку 1.1.

10

Рисунок 1.1 – Вертикальний автоклав

1 - опора; 2 - корпус; 3 - термоізоляція; 4 - кришка; 5 - кронштейни; 6 - патрубок; 7

- зливний патрубок; 8 - противага; 9 - фланцевий затвор; 10 - автоклавні кошики;

11 - розсіювач; 12 - подача стисненого повітря; 13 - злив зверху; 14 - подача

холодної води; 15-запобіжний клапан; 16 - коробка; 17 - місце підключення

датчиків; 18 - барботер.

Автоклав складається з наступних вузлів і агрегатів : корпусу.

підтримуваного опорою , засобів механізації , термоізоляції . Корпус автоклава

являє собою зварену ємність циліндричної форми з дном форми еліпса ,

увінчаний зверху кришкою такий же еліптичної форми. Призначення корпусу -

розміщення кошиків з консервами під час стерилізації. Корпус 2 і кришка 4 для

запобігання теплових втрат покриті термоізоляцією 3 .

Для поліпшення герметичності корпус з кришкою з'єднуються через

фланцевий затвор 9 , конструкція якого складається з двох зустрічних фланців

відповідно на корпусі і на кришці з проточними концентричними канавками , в

порожнині яких вставлені гумові ущільнення. Для перевезення і монтажу

автоклава до корпусу приварені три опори 1 і чотири болта.

Для установки датчиків у внутрішній площині автоклава , до його нижньої

поверхні приварена коробка 16 . Також всередині корпусу розміщені кронштейни

5 , для того щоб на них розмістити корзини з продукцією , встановлено кільцевої

барботер 18 , з'єднаний з патрубком 6 . Для зливу води до днища приварений

11

зливний патрубок 7 , обладнаний захисною сіткою. На кришці 4 розташовується

ручка для відкривання і закривання , а також важелі противаг 8 .

Фланцевий затвор 9 фіксується за допомогою розжимного кільця , що складається

з розжимної системи , пальців , рукоятки і кільцевого пружинного пояса.

Блоки арматури представляють із себе обв'язку для приєднання автоклава

до годує магістралях , за допомогою них здійснюється подача води, пари , подача

стиснутого повітря , слив відпрацьованої води . На магістралях підведення води ,

пари і повітря в якості виконавчих механізмів використовуються пневмоклапани

МІМ ( мембранні виконавчі механізми). Блоки арматури магістралей зливу

складаються з мімів і запірних вентилів ( ВЗ ) .

У харчовій промисловості в даний час ще можна зустріти стерилізацію

консервів де використовується виключно ручне управління у водяному

середовищі . На таких виробництвах персонал піддає продукцію впливу високої

температури з витримкою певного періоду часу. При цьому весь контроль за

ходом технологічного процесу здійснюється візуально за даними показань

термометрів і манометрів , високо вплив людського фактора , що не може не

позначитися на ході технологічного процесу. На таких виробництвах неминучий

брак продукції і фінансові втрати .

Таблиця 1.1 - Технічні характеристики вертикального автоклава

Кількість банок 105 240 300 450 630

Корисний об'єм камери, л 180 423 490 750 980

Потужність тенів, кВт 27 63 72 23-32 27-40

Напруга, В 380 380 380 380 380

Температура стерилізації, ° С

(макс) 140 140 140 140 140

Робочий тиск в камері, МПа 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

Габаритні розміри, м 0,95 х 1,0

х1,56

1,7 х 1,4 х

1,65

1,7 х 1,4 х

1,75

1,93х1,43х

1,85 2,0х1,5х2,2

Вага,кг 300 780 840 940 1350

12

1.1.2 Горизонтальні автоклави

Автоклав складається з циліндричного корпусу тиску з приєднанням для

клапанів , насоса і іншого приладдя. Горизонтальні автоклави мають два види

нагріву середовища: прямою парою та душем перегрітої води.

Нагрів прямою парою

Автоклав стерилізує продукт в умовах насиченої пари, що надходить

знизу з розпилювача в простір між кошиками. Конденсат збирається на дні

автоклава і повторно використовується при охолодженні . Нагрівання прямим

паром кращий у наступних випадках:

• Коли продукт розташований на деках . Циркулюючий пар утворює

безперервний потік між деками .

• Коли упаковка виготовлена з пластику або ламістеру , вплив водяного душа

може деформувати теплочутливі упаковку.

Вентилятор дозволяє використання стисненого повітря для протитиску

протягом стерилізації. Стерилізація із застосуванням протитиску , але за

відсутності вентилятора , не рекомендується , так як однорідність температури

може бути порушена бульбашками холодного повітря в обстановці текучих

середовищ(рис.1.2).

Рисунок 1.2 - Схема нагріву середовища нагрітою парою

Нагрів душем перегрітої води

Автоклав стерилізує продукт душем перегрітої води. Рівень перегрітої

води в автоклаві постійно підтримується. Вода надходить через насос знизу і

розбризкується через верхні і бічні форсунки. Цей вид нагріву також може бути

використаний для пастеризації (процеси до 100 ° С). Протитиск протягом

13

стерилізації застосовується для досягнення однорідності температури. Вода

розігрівається уприскуванням прямого пара або через теплообмінник (рис.1.3).

Рисунок 1.3 - Схема нагріву середовища душем перегрітої пари

Теплообмінник , який використовується для нагрівання й охолодження

більше теплообмінника , який використовується тільки для охолодження , тому

що вимоги однорідності температури набагато суворіше (± 0,5 ° С протягом

нагріву при припустимих ± 3-5 ° С протягом охолодження ) .

Справжня користь від теплообмінника в тому , що він створює закритий

контур. Вода в теплообміннику , охолоджуючи воду автоклава , ніколи прямо

не стикнеться з продуктом , що створює наступні переваги:

• Зменшення контакту води з продуктом і її можливого забруднення

• Вода для охолодження не вимагає очищення

• Вода для охолодження може бути з хімічними добавками (такими як

антифриз)

• Якщо пошкодиться упаковка , тільки невелику кількість води в автоклаві

забрудниться і повинно бути злито . Вода для охолодження залишиться чистою

і повторно використовується без обробки .

Використовуються трубчасті теплообмінники, які самоочищаються і

зберігають постійний ККД. Пластинчасті теплообмінники коштують дешевше ,

але їх ККД знижується пропорційно часу використання.

Протягом нагріву тиск в автоклаві вище , ніж тиск в упаковці. Протягом

стерилізації коливання тиску не перевищують ± 0,1 бар , через керування

температурою і тиском. Протягом попереднього охолодження виникає різкий

перепад тиску , який компенсується стисненим повітрям. Вода для

14

охолодження на кілька градусів холодніше , ніж центр продукту , а точка 100 °

С дуже небезпечна при неправильному управлінні пониженням тиску. Тому всі

сучасні автоклави працюють із протитиском протягом охолодження , і всі

моделі , за винятком найпростіших ( розроблених для жерстяних банок) ,

працюють із протитиском протягом нагріву та стерилізації.

Таблиця 1.2 - Технічні характеристики вертикального автоклава

Назва

Внутрішній об’єм, л 230 500 610

Місткість-Скляні банки-0,5

л- 0,65 л. - 1,0 л. - 3,0 л.

152 - 135 - 76 -

24

306 - 255 - 148

- 54

416 - 320 - 120

- 68

Місткість- Жестяні банки-

№8 - №9 312 - 336 480 - 476 690 - 680

Габарити(довжина/ширина/

высота), мм

975 х 1175 х

1340

1200 х 1400 х

1390

1200 х 1400 х

1576

Встановлена потужність,

кВт 48 48 48

Рисунок 1.4- Схема комунікацій горизонтального автоклава

1-вентиль подачі стисненого повітря; 2-клапан злива води; 3,16,17,18,21- ручні

вентилі відповідно подачі стисненого повітря із системи, пари, скиду тиску з

апарату, подачі повітря в апарат і холодної води із системи; 4,6 – ручні вентилі

подачі холодної води для регулювання температури води,що надходить для

охолодження консервів; 5,7,9,10,12,15 – клапани відповідно для зливу води,

15

подачі холодної води, скиду тиску з апарату; 8- манометр для визначення тиску

пари; 11- вентилятор; 14,19 – насоси; 13,20 – фільтри.

1.2 Аналіз ефективності відомих способів генерації тепла

Способи генерації тепла:

1. Зовнішнє тертя тіл - як спосіб генерації тепла відомий ще первісній

людині. Однак практичного використання майже не знайшов. Причини:

низький ККД перетворення енергії, складність технічної реалізації, шкідливість

процесу, погана урегульованість. Ці та інші негативні чинники роблять даний

спосіб для наших цілей безперспективним.

2. Внутрішнє тертя в рідинах - вперше використовувалось в дослідах

Джоуля для встановлення механічного еквівалента теплоти; проявляється,

здебільшого як небажане явище, в різноманітних гідравлічних системах. Як

спосіб генерації тепла в теплоенергетичних технологіях практично не

використовується. Основні причини: недостатнє розуміння фізичних процесів

перетворення в рідинах механічної енергії в теплову (незавершеність теорії

турбулентності), відносна складність технічної реалізації. Потенційно даний

спосіб має великі перспективи використання завдяки його широким

функціональним можливостям, повній екологічній чистоті та високій

безпечності, особливо у поєднанні з вітроенергетичними установками і

тепловими акумуляторами.

3. Внутрішнє тертя в газах - спосіб, яких чи не найкраще задовольняє

вимоги до систем генерації тепла: широкий діапазон потужностей від нуля до

сотень кіловат, відносна простота реалізації всіх функціональних вимог, повна

екологічна чистота, висока безпечність та інші переваги роблять впровадження

даного способу нагальною потребою часу. Основні причини, які стримували

його широке використання раніше, на нашу думку, є: незавершеність теорії

турбулентності, недостатня в минулому практична потреба через наявність

дешевого палива та інших первинних енергоносіїв, недооцінка екологічної

16

небезпеки від використання традиційних енергетичних технологій, окремі

технічні труднощі в реалізації даного способу.

4. Теплові насоси. З позицій термодинаміки вони є чи не найбільш,

привабливими пристроями для генерації тепла. В тепловому насосі робоче тіло

отримує кількість тепла Q1 при температурі Т1 від резервуара

низькопотенційного тепла. Потім над робочим тілом здійснюють

термодинамічний процес з виконанням роботи ℓ, внаслідок чого його потенціал

(температура, тиск) зростає; після цього робоче тіло передає теплоспоживачу

кількість тепла Q2, при температурі Т2, яка вища від Т1. Ефективність теплового

насосу характеризується коефіцієнтом перетворення φ=Q1/ℓ, який завжди

більший одиниці. Таким чином з допомогою теплового насосу теплоприймачеві

передається тепло більше ніж робота, що виконується на його перекачування

від резервуару низькопотенційного тепла до високопотенційного, тобто теплові

насоси підвищують якість теплової енергії.

Функціональні можливості і безпечність теплових насосів визначаються

фізико-хімічними властивостями робочого тіла і конструктивними

особливостями та якістю виготовлення насосу.

5. Пряме електронагрівання - принципово простий, високоефективний і

технічно добре відпрацьований спосіб одержання тепла, переваги його

загальновідомі, а серед недоліків відзначимо наступні:

а) процеси окислення поверхні нагрівальних елементів та нашарування на

них шлаків суттєво впливають на надійність та довговічність

електронагрівальних приладів;

б) технічно досить складно забезпечити достатній коефіцієнт

теплообміну між тепловиділяючим елементом і теплоносієм;

в) електронебезпечність.

Незважаючи на вказані недоліки пряме електронагрівання, завдяки своїм

перевагам, було і залишається одним з основних методів генерування тепла.

6. Електричний гістерезис - втрати електричної енергії на поляризацію

діелектриків у змінному електричному полі. Найбільш суттєво ефект

17

проявляється в сегнетоелектриках (ферро-електриках), як небажане явище з

яким доводиться боротись. ККД прямого перетворення електричної енергії в

теплову при цьому досягає 50% і навіть більше. Однак, наявність верхньої

точки Кюрі - температури, яка не перевищує 300-400°С, після якої

сегнетоелектрик втратив свої аномальні властивості (і, відповідно, різко

зменшується ККД перетворення), висока вартість матеріалу та підвищена

складність технічної реалізації роблять даний спосіб малоперспективним.

7. Струми високої частоти: виникають у масивних провідниках внаслідок

дії закону електромагнітної індукції. ККД перетворення енергії

електромагнітного поля в теплову може досягти 70-75% (в промислових

індукційних печах він не перевищує 30-35%). Недоліки: складність технічної

реалізації, підвищена електронебезпечність та генерація перешкод. Тому його

використання потребує докладного обґрунтування в кожному випадку і для

нашої мети він малопридатний.

8. Магнітний гістерезис - втрати енергії магнітного поля на

перемагнічування феромагнетиків (залізо, нікель, кобальт, сплави з вмістом

рідкоземельних металів) у змінному електромагнітному полі. Переваги,

недоліки і можливість практичного використання аналогічні до електричного

гістерезису.

9. Сонячна радіація - найбільш екологічно чисте і практично не вичерпне

джерело енергії. Принципові труднощі в його використанні:

а) мала густина потоку енергії, яка для території України не перевищує

150 Вт/м2 ;

б) добова і сезонна нерівномірність надходження, яка до того ж

визначається погодними умовами.

Окрім цього, існуючі сонячні теплоприймачі являють собою системи

підвищеної технічної складності, які потребують значних витрат на їх

виготовлення та обслуговування.

Незважаючи на це, очевидні переваги сонячної енергії перед іншими її

видами постійно стимулюють процес пошуку оптимальних схемних рішень,

18

конструкцій геліоприймачів та інших елементів сонячних теплоенергетичних

установок. В світі спостерігається стійка тенденція до більш широкого

використання геліоустановок для енергозабезпечення автономних об’єктів.

10. Генерування тепла шляхом поглинання речовиною електромагнітних

хвиль радіочастотного діапазону знаходить своє використання в процесах

сушки рослинної та іншої продукції. Проте низький ККД використання енергії

первинних носіїв та складність технічної реалізації роблять даний спосіб

малодоцільним.

11. Лазерне опромінення, як спосіб генерації тепла для побутових потреб,

незважаючи на широкі функціональні можливості, достатню безпечність і

екологічність, навряд чи знайде масове використання через низький загальний

ККД використання енергії та технічну складність.

12. Досить високими і близькими поміж собою характеристиками

володіють способи генерування тепла шляхом спалювання рідких

нафтопродуктів та газу. Однак даному способу, як і всім процесам одержання

тепла шляхом спалювання органічного палива, притаманний спільний недолік

принципового характеру - споживання атмосферного кисню.

Цей принциповий недолік генерації тепла шляхом спалювання

органічного палива у випадку використання рідкого та газоподібного палива,

додатково ускладнюється постійним зростанням цін на енергоносії та деякими

іншими факторами.

13. Спалювання деревини , торфу та вугілля - традиційний спосіб

генерації тепла. Головні переваги цього способу: значні запаси і доступність

палива та простота його реалізації.

Серед відомих способів отримання енергії з деревини є:

– спалювання в побуті;

– пряме спалювання м’яких відходів у різного типу котельних установках;

– спалювання брикетів, пелет;

– газогенератори;

– піроліз;

19

Пряме спалювання кускової деревини в побуті вимагає значних затрат на

заготівлю, та підготовку до спалювання і саме спалювання. Крім заготовленої в

лісі, таким способом частково використовують садово-паркову деревину, ціна

якої є меншою, але затрати на підготовку до спалювання значно більші. Таким

способом сьогодні опалюється значна кількість індивідуальних будинків де

немає газопостачання.

Спалювання м’яких відходів (тирси та верстатної стружки) доцільно

організовувати там, де є такі відходи – на деревообробних підприємствах.

Інколи доцільно їх збирати з декількох таких підприємств, що розташовані на

невеликій відстані, і переробляти централізовано там, де є споживачі теплової

енергії.

Кращі результати отримують, коли м’які відходи утилізують у брикети, або

пелети, які сьогодні набувають широкого поширення. Такі відходи легше

транспортувати і зберігати, їх теплотворна здатність більша, ніж у деревини і

м’яких відходів, але для їх виготовлення необхідні певні додаткові затрати.

Крім м’яких відходів, для виготовлення брикетів і пелет, слід рекомендувати

переробку низькоякісної кускової деревини в паливну тріску в стаціонарних чи

мобільних установках.

Крім прямого спалювання деревини, м’яких відходів (тирса, стружка,

паливна тріска) , різної форми та розмірів пресованих відходів (брикетів,

пелет), сьогодні набувають розвитку технології енергохімічної, або

термохімічної генерації горючого газу з відходів деревини – газогенератори.

Газ, який отримують в газогенераторах, не потребує додаткового очищення і

може використовуватись в існуючих топках парових або водогрійних котлів.

В газогенераторах, крім лісохімічних продуктів, отримують генераторний

газ, який використовують як паливо в стаціонарних дизельних установках. Такі

дизельні установки найбільш економічні джерела електроенергії на

лісозаготівельних підприємствах із незначним споживанням електроенергії, що

віддалені від електросистем. Використання газогенераторів в котельнях

деревообробних підприємств суттєво економить енергію (газ, вугілля,

20

електроенергію тощо). Наприклад, такі установки потужністю 100 кВт

достатньо для обігріву виробничих приміщень площею 700 м2

при їх висоті 3,5

м3, або трьох вакуумних сушильних камер об’ємом 30 м

3. В таких установках

можливе одночасне спалювання тирси, стружки і кускових відходів довжиною

0,5...0,6 м. В залежності від об’єму відходів, що переробляються і величини

теплового навантаження існують установки потужністю 500...5000 кВт.

На даний час в світі накопичено достатній досвід успішних комерційних

проектів з енергетичного використання деревної біомаси. Вони можуть бути

потужністю від кількох кВт – сімейного типу, до кількох десятків МВт

електричного навантаження. Найкращі з них за ціною виробленої енергії вже

впритул конкурують з станціями які використовують як паливо вугілля.

1.3 Аналіз конструктивних рішень теплогенераторів аеродинамічного типу

Альтернативою розглянутим технологіям може стати застосування

новітньої технології аеродинамічного нагрівання [1-3,4],згідно з якою,

основний теплогенеруючий пристрій – аеродинамічний нагрівач роторного

типу – здійснює безперервну рециркуляцію повітряного потоку і внаслідок

аеродинамічних втрат в ньому відбувається постійне нагрівання повітряного

середовища у замкненому просторі теплоізольованої робочої камери [5,6,7].

Потік гарячого повітря, що здійснює рециркуляцію в робочій камері, передає

тепло елементам робочої камери і рівномірно розігріває виріб. В процесі

нагрівання виробу відбувається видалення вологи з його поверхні та із

внутрішнього об’єму тіла виробу в повітряне середовище робочої камери. Для

забезпечення необхідного тепловологісного балансу в повітряному середовищі

робочої камери в неї додатково подається вода. Для цього над аеродинамічним

нагрівачем відбувається розбризкування води через форсунки. Вода під дією

високої температури перетворюється в пару і разом із теплим повітрям

рециркулює всередині робочої камери, створюючи відповідне за тиском і

21

температурою пароповітряне середовище, яке здійснює подальше нагрівання і

зволоження поверхні та внутрішнього об’єму виробу.

Одним із перших способів отримання теплової енергії із аеродинамічного

потоку були способи нагрівання газових потоків шляхом гальмування їх у

газопроникному (пористому тілі).

Установка являє собою піч газодинамічного нагрівання, в теплоізольованому

корпусі якої встановлено вентилятор і піддон для матеріалу, що нагрівається.

Відрізняється піч тим, що з метою збільшення теплопродуктивності печі і

інтенсифікації процесу нагрівання вона оснащена муфелем з пористими

газонепроникними стінками, торцева частина яких виконана газонепроникною.

Недоліком таких способів нагрівання була низька питома теплопровідність.

Іншими способами генерації тепла були способи, які повязані з

газодинамічним нагріванням газу ударними хвилями. При цьому потік газу

подавався в ряд глухих каналів, що розташовувались по осі або під певним

кутом до осі газового потоку. В тупикових глухих каналах виникав ударно-

хвильовий процес, що приводив до виділення тепла. За допомогою

охолоджувальної рідини, що циркулюючи омивала зовні патрубки цих

тупикових глухих каналів, тепло відводилось до споживача.

Пристрій містить трубопровід, який має звуження по ходу газового потоку,

що транспортується, і розміщене під кутом 15–30 ºС до осі трубопроводу в один

ряд з тупиковими патрубками суцільними вхідними перерізами.

Заглушений канал патрубків примикає до каналу для охолодного

середовища, що циркулює. Канал на висоту патрубка покритий тепловою

ізоляцією. Звуження трубопроводу можуть бути утворені за допомогою

прикріплених до його внутрішньої поверхні профільованих елементів.

На рис.1.5 показана конструкція газодинамічного пристрою.

Газовий потік, що транспортується, рухається в просторі, який утворений

трубопроводом і зовнішньою поверхнею теплової ізоляції. В звуженнях потік

прискорюється і взаємодіє з газом, який знаходиться в тупикових патрубках і

викликає в них ударно-хвильовий процес, який приводить до виділення тепла в

22

тупикових патрубках. При цьому газовий потік охолоджується, а тепло, яке

виділилося в тупикових патрубках, відводиться охолоджувальним середовищем,

що циркулює по каналу.

Рисунок 1.5 – Пристрій газодинамічного типу

Пристрій для газодинамічного нагрівання на рис. 1.5 містить встановлений в

пластині 1 зустрічно до потоку газу патрубок 2 з вхідним косим зрізом 3 і

заглушеним заднім торцем 4.

Потік газу, що надходячи, потрапляє в патрубок 2, гальмується в напрямку

заглушеного заднього торця 4. Тепло, яке при цьому виділилось може

передаватися споживачеві. Максимальна температура досягається, коли

патрубок знаходиться в своєму верхньому положенні відносно пластини 1.

Поздовжньо переміщаючи патрубок 2, можна регулювати температуру

загальмованого потоку газу.

Недоліками пристроїв, що реалізовують спосіб генерації тепла, завдяки

ударно-хвильовим процесам, є також мала термодинамічна ефективність, тому

що у процесі бере участь тільки певний граничний шар транспортованого

газового потоку, що попадає в зону взаємодії з глухими тупиковими каналами.

Більш досконалими є способи генерації тепла, які на газовий потік під час

гальмування накладають поле відцентрових сил. Такий пристрій включає ротор,

що з’єднаний з електродвигуном, розташований у теплоізольованому корпусі.

При обертанні ротора в ньому проходить тепловиділення за рахунок

гальмування потоку газу у полі відцентрових cил, а також аеродинамічного

стиснення і вихрового ефекту.

23

Конструкція турбулізатора показана на рис.1.6

Рисунок 1.6 – Турбулізатор ротора аеродинамічного нагрівання

Суть його полягає в тому, що ротор аеродинамічного нагрівача, включає

нагнітальні лопаті і розміщені в його проточній частині турбулізатори, що

виконані у вигляді радіально орієнтованих трубок із закріпленими в середині

них гвинтовими вставками 2, крок витків яких збільшується по ходу потоку.

При обертанні ротора газовий потік, що всмоктується в його порожнину,

нагнітається відцентровими силами, проходячи через радіально розташовані

турбулізатори 1, в яких відбувається спочатку різке стиснення на вході,

закручування і розширення. Все це призводить до значних гідравлічних втрат

напору, які переходять у інтенсивне тепловиділення.

Конструкція аеродинамічного теплогенератора наведена на рис. 1.7.

24

Рисунок 1.7 – Аеродинамічний теплогенератор

Підвищення потужності приводу електродвигуна 6, і відповідно,

еквівалентної їй теплової потужності камери 1, а також подача і напір

досягається тим, що при роботі теплогенератора в ньому встановлюється

циркуляція повітря в камері по тракту з подвійним контуром: в основному

замкнутому контурі, від ротора 5 вздовж екрана 7, зовні і всередині нього і в

додатковому розімкнутому рециркуляційному контурі – в каналі 12 від патрубка

11 до патрубка 10, на вхід в екран і до всмоктуючого отвору ротора, з виходом

частини потоку зовні до споживача через патрубок 11. 2 – поздовжні стінки, 3,

4 – торцеві стінки, 8 – сталевий корпус, 9 – ізоляція, 13, 14 – поздовжня і

торцева стінки циркуляційного каналу.

На рис. 8 наведено конструкцію теплогенератора, принцип дії якого такий.

Холодне повітря через патрубок 6 подається в камеру 9, де вентилятором 2, що

працює в холодному режимі, створюється необхідний високий тиск. Далі

повітря під тиском, створеним нагнітачем потрапляє по каналу 13 в патрубки 12,

охолоджуючи частини валу 1, які в них знаходяться. Гаряче повітря під високим

тиском через патрубок 8 нагнітається в систему споживання теплової енергії. 3 –

відцентрові вентилятори, 4 – корпус, 5 – торцева кришка, 7 – перегородка, 11 –

камера, 10 – обичайка, 14 – стінка.

25

Рисунок 1.8 – Теплогенератор аеродинамічний

Сутність цих технічних вирішень полягає у генерації теплової енергії

завдяки спільній взаємодії таких факторів, як тертя по стінках корпусу

вентилятора, а також внутрішнього тертя у газовому потоці, втрати на місцевих

опорах.

Ця рециркуляційна нагрівальна установка призначена для розігрівання через

теплообмінні поверхні рідкого середовища (газу чи рідини), що переносить

тепло. Завдяки рециркуляції повітря у внутрішній замкнутій порожнині

теплоізольованого корпусу під напором, що створюється робочим колесом

вентилятора, відбувається його розігрівання, причинами якого, як і у попередніх

конструкціях теплогенераторів, є комбіновані види гідравлічних втрат енергії

переміщуваного потоку газу по конструктивних елементах робочого колеса

вентилятора та спіральних каналів, що утворені на поверхні теплообмінника.

Зовнішній теплоносій, що циркулює через теплообмінник відбирає утворене

всередині теплогенератора тепло і передає його споживачам.

26

Рисунок 1.9 – Пристрій для розігрівання газового середовища:

1 – корпус; 2 – привідне колесо; 3 – міжтрубний простір; 4, 5 – вхідний і

вихідний патрубки; 6, 7 – труби теплообмінника; 8 – торець внутрішньої труби;

9 – гвинтові вставки; 10, 11 – ходи міжтрубного простору; 12, 13 – поздовжні

ребра; 14 – привід колеса.

Пристрій представлений на рис. 1.10, працює таким чином. При обертанні

ротора 1 повітря засмоктується через вхідний отвір 6 і патрубок 9, нагрівається в

міжлопатевих каналах ротора і нагнітається у всі сторони по колу ротора. У

камері 2 повітря, що нагнітається, розділяється на два потоки (а та б) і по

каналах, утворених перегородкою 8 і стінкою 5 або стінкою 3, прямує в

протилежні сторони.

Один потік потрапляє в порожнину а камери. Інший потік прямує в

порожнину б, де він розвертається на 180о і через канал між перегородкою 8 і

стінкою 4 або стінкою 5 також потрапляє в порожнину а камери. У порожнині а

обидва потоки змішуються, повертаються на 90о і нагріте повітря під натиском

випускається з вихідного отвору 7.

27

Рисунок 1.10 – Аеродинамічний теплогенератор

На рис. 1.11 наведена ще одна конструктивна схема теплогенератора.

а)

б)

Рисунок 1.11 – Теплогенератор рециркуляційний газовий:

а) принципова схема установки, б) конструктивна схема пальника

багатостадійного спалювання, 1 – вентилятор, 2 – насадка, 3 – фланець, 4 –

корпус, 5, 6 – внутрішня і зовнішня обичайки, 8 – газовий колектор, 9 – отвори

газового колектора, 10,11 – підвдення повітря, 12 – дифузор, 13 – кільцевий

зазор, 14 – підведення води, 15 – об’єм для теплоносія, 16 – відбірник.

Теплогенератор призначений для генерації теплоносія змішувальним

способом. Оригінальний пальник 7 має два регульовані підведення повітря 10 і

11. Первинна газоповітряна суміш пронизується повітряними струменями через

дифузор 12 і розбавляється вторинним повітрям. Третя порція повітря, що

закінчується в кільцевому зазорі 13, остаточно формує факел з α = 1,02–1,07.

Спалювання палива в три стадії обумовлює мінімальний вихід оксидів азоту

28

(NOx) і монооксиду вуглецю (CO). Виконання пальника повністю металевим

підвищує його надійність і простоту в експлуатації.

1.4 Висновок до розділу

Розглянуто типи та конструкції устаткування для баротермічної обробки

харчової сировини. Проведено аналіз відомих конструктивних рішень

теплогенеруючого обладнання і встановлено, що найбільш перспективним є

обладнання, що базується на застосуванні аеродинамічного нагрівача роторного

типу. Аеродинамічний нагрівач роторного типу – здійснює безперервну

рециркуляцію повітряного потоку і внаслідок аеродинамічних втрат в ньому

відбувається постійне нагрівання повітряного середовища у замкненому просторі

теплоізольованої робочої камери .