Ініціативна тема “Експериментальне дослідження гідродинаміки і теплообміну у роторно-плівкових апаратах”

1 Мета, призначення НДР та вихідні дані для проведення роботи

Пріоритетний напрям: Розробка нового обладнання та сталий розвиток.

Інноваційні напрямки: Удосконалення хімічних технологій, нові матеріали. Високотехнологічний розвиток хімічної, нафтохімічної, біотехнологічної галузей та переробної промисловості; нове обладнання.

Мета: Метою НДР є експериментальне дослідження процесів гідродинаміки і теплообміну у роторно-плівкових апаратах для отримання нових та уточнення існуючих гідродинамічних, теплових  та масообмінних закономірностей.

Призначення: розробка високоефективних процесів та обладнання для теплової обробки рідких продуктів, в тому числі термолабільних, з метою їх нагріву, концентрування, дегідратації, дистиляції, відгонки легко летючих речовин, дезодорації.

Дослідження гідродинаміки

Актуальність. У хімічній, харчовій, фармацевтичній, біотехологічній промисловостях доводиться мати справу з рідкими речовинами, які, чутливі до високих температур, і можуть змінювати свої властивості при тривалому контакті з поверхнею нагріву. Для теплової обробки таких речовин рекомендуються тонко плівкові апарати з гравітаційним рухом плівки, для яких характерні висока інтенсивність тепломасообміну та короткий час контакту з гріючою поверхнею.

Підвищення в’язкісті продукту при концетруванні може призвести до не унеможливлення роботи апарата. Як правило, найкращі комерційні випарники з падаючою плівкою можуть концентрувати: лізин до 60%, молоко до 40% твердих речовин, сироватки до 55% твердих речовин, томатний сік з 6% до 36% твердих речовин, персикового соку з 12% до 32% твердих речовин, кава з 17% до 60% твердих речовин і виноградний сік з 13% до 28% твердих речовин. Для досягнення більшої концентрації використовують плівкові апарати роторного типу.

В роторно-плівкових апаратах (РПА) рідинна фаза розподіляється ротором по твердій поверхні, що обігрівається, та турбулізується ротором. Це призводить до значної інтенсифікації процесів тепло- та масообміну. Основною вимогою для сталої роботи апарата збереження якості термолабільних речовин є забезпечення нерозривності плівки та малого часу перебування продукту на поверхні нагріву. У роторних апаратах з падаючою плівкою проблемою є  забезпечення нерозривності плівки, особливо в разі високої інтенсивності випаровування. Організація висхідного потоку в роторно-плівкових апаратах дає можливість створити сприятливі умови для оброблення термолабільних речовин.

Роторно-плівковий апарат

Роботи щодо досліджень, проектування, виготовлення роторно-плівкових апаратів та їх експуатації проводяться в  Сполучених штатах Америки, Японії, Німеччині, Фрації, Швейцарії, Російській Федерації та ін.

Аналіз літературних джерелпоказує, що застосування роторно-плівкового обладнання має високу ефективність при виготовлення хімічної, харчової, біотехнологічної, фармацевтичної продукції, а також кормових добавок та вітамінів для тваринництва

Новизною роботи є те, що переробка продукту відбувається в полу відцентрових сил із утворенням плівки, забезпеченні оптимальні параметрів тепло та масообмінних процесів, що дозволить отримувати кінцевий продукт високої споживчої якості без небезпеки часткової деструктуризації.

Розроблення технологічних засад та обладнання для вирішенню важливої підвищення конкурентоздатність виробництва.

2 Наукова цінність

Наукова цінність роботи полягає у

  • обґрунтуванні фізичних уявлень щодо гідродинаміки і тепло-масобміну;
  • розробці математичну модель для розрахунку мінімальної щільності зрошення;
  • розробці математичну модель для розрахунку витрат потужності;
  • розробці математичну модель визначення товщини висхідної плівки;
  • експериментальному вихначенні критеріального рівняння мінімальної густини зрошення;
  • експериментально встановлено залежність для визначення співвідношення горизонтальної та вертикальної складової швидкостей;
  • експериментально визначено висоти підйому рідини з урахуванням гальмівного впливу;
  • експериментально визначено критеріальне рівняння товщини висхідної плівки;
  • експериментально визначено витрат потужності та узагальненні результатів дослідження.

3 Основна науково – технічна ідея роботи

Науково-технічна ідея роботи полягає у:

  • твердженні про необхідність визначення робочого об’єму рідини, який утримується в апараті;
  • твердженні необхідності визначення меж зрошення поверхні теплообміну роторно-плівкового апарату, особливо нижньої межі – мінімальної щільності зрошення;
  • твердженні про тісний зв’язок між витратами потужності та інтенсивністю процесів тепло-масообміну;

4 Вихідні дані:

Робота є продовженням теоретико-експериментальних досліджень щодо розробки процесів у роторно-плівковому апараті.

Робота виконується в рамках наукового напрямку досліджень гідродинаміки та тепло-масообміну у рідиних плівках, який виконується науковцями і фахівцями кафедри машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв.

За цим напрямком за останні 3 роки опубліковано, 5 статей у фахових виданнях, 6 доповідей на міжнародних конференціях, 4 патенти на корисні моделі.