Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення
Приведен анализ научно-технической информации о современном состоянии исследований гидродинамических и аэродинамических условий в активной зоне аппаратов для сушки в диспергированном состоянии. Наведено аналіз науково-технічної інформації про сьогоденний стан досліджень гідродинамічних та аеродинамі...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61598 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення / О.В. Ткаченко, І.В. Дубковецький // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 121-124. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859850672251338752 |
|---|---|
| author | Ткаченко, О.В. Дубковецький, І.В. |
| author_facet | Ткаченко, О.В. Дубковецький, І.В. |
| citation_txt | Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення / О.В. Ткаченко, І.В. Дубковецький // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 121-124. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Приведен анализ научно-технической информации о современном состоянии исследований гидродинамических и аэродинамических условий в активной зоне аппаратов для сушки в диспергированном состоянии.
Наведено аналіз науково-технічної інформації про сьогоденний стан досліджень гідродинамічних та аеродинамічних умов в активній зоні апаратів для сушіння в диспергованому стані.
The analysis of science–technology information about modern state of investigations of hydrodynamic and aerodynamic conditions in active zone of apparatuses for drying in dispersed state is presented in report.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:40:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
Тепло- и массообменные аппараты
УДК 66.047
ТКАЧЕНКО О.В. 1, ДУБКОВЕЦЬКИЙ І.В.2
1 Ін-т технічної теплофізики НАН України
2 Національний університет харчових технологій
ГІДРОДИНАМІЧНІ ТА ТЕПЛОВІ ПАРАМЕТРИ
В КАМЕРАХ РОЗПИЛЮЮЧОГО ЗНЕВОДНЕННЯ
Наведено аналіз науково-
технічної інформації про сьогоден-
ний стан досліджень гідродинаміч-
них та аеродинамічних умов в акти-
вній зоні апаратів для сушіння в ди-
спергованому стані. Також наведені
графічні дані про зміну параметрів
та характеру потоків, що одержані
на основі чисельного моделювання
складних процесів, які мають місце в
розпилюючих камерах. Відмічено
важливість цих одержаних даних
для розробки заходів по вдоскона-
ленню процесів теплового обміну
при взаємодії факелу розчину рі-
динної сировини та потоку теплоно-
сія (нагрітого повітря), а також при
взаємодії двофазних потоків зі стін-
кою апарату.
Приведен анализ научно-
технической информации о современ-
ном состоянии исследований гидроди-
намических и аэродинамических усло-
вий в активной зоне аппаратов для
сушки в диспергированном состоянии.
Также приведены графические данные
об изменении параметров и характере
потоков, полученных путем численного
моделирования сложных процессов,
которые имеют место в распылитель-
ных камерах.Отмечено важность полу-
ченных данных для разработки мер по
усовершенствованию процессов теп-
лового обмена при взаимодействии
факела раствора жидкого сырья и по-
тока теплоносителя (нагретого возду-
ха), а также при взаимодействии двух-
фазных потоков со стенкой аппарата.
The analysis of science–
technology information about mod-
ern state of investigations of hy-
drodynamic and aerodynamic con-
ditions in active zone of appara-
tuses for drying in dispersed state
is presented in report. Also graph-
ics about changes of parameters
and flow character obtained by
numeral modeling of complicated
processes in spray-types cham-
bers. Importance of obtained data
for working out improved measures
of heat exchange processes at in-
teraction with torch raw material
grout and heat carrier flow (heated
air), also at interactions with two
phase flows and apparatus wall is
registered.
DK - діметр камери, м;
Vг – витрата сушильного агенту, м3/с;
g1 – продуктивність сушарки по розчину, кг/с;
g2 – продуктивність сушарок по сухому
Fк – площа поперечного перерізу сушильної ка-
мери, м2;
FK – площа перерізу сушильної камери, м2;
Т – температура, К;
αv − об'ємний коефiцiєнт тепловiддачi;
δср і ρч – середній об'ємно-поверхневий діаметр і
густина сухих частинок;
W – вологість, %;
λ – коефіцієнт теплопровідності газу,
Вт/(м·К)υвит і υг – середні швидкості витання
сухих часток і газу в сушильній камері;
υ0 – колова швидкість диску, м/с;
µ – ступінь заповнення камери факелом.
Вступ
Одним із розповсюджених способів конвектив-
ної сушки рідких продуктів є сушка їх в розпиле-
ному (тонкодиспергованому) стані, або, як ка-
жуть, сушка розпиленням (розпилювальна сушка).
Цей спосіб широко використовується для сушки
колоїдних розчинів, суспензій, емульсій, пульп і
“рухомих” паст в хімічній, харчовій, фармацевти-
чній і інших галузях промисловості і, зокрема, для
сушки молока і молочних продуктів, яєць, кормо-
вих дріжджів, кави і ін.
При висушуванні розпиленням матеріал диспе-
ргується на частинки (краплі) досить малих роз-
мірів (50-200 мкм), що значно збільшує поверхню
контакту їх із сушильним агентом (поверхня ви-
паровування). При цьому способі тривалість суш-
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 121
Тепло- и массообменные аппараты
ки та час перебування матеріалу в сушильній зоні
апарату складає 5...30 с.
Проблеми диспергування рідин та тепло-
масообміну при розпилювальній сушці вивчались
і знайшли розвиток в роботах відомих вчених
[1-8].
Аналіз досліджень
При висушуванні розпиленням важливе зна-
чення має гідродинаміка розпилення (характер,
швидкість руху частинок і т. ін.), яка впливає на
тепло- і масообмін в процесі сушки; при цьому
масообмін (зменшення розмірів і маси частинок в
результаті випаровування) впливає в свою чергу
на гідродинаміку процесу. Важливими є дослі-
дження температурних полів в активній зоні роз-
пилюючої камери, які наближено відображають
ефективність взаємодії гідродинаміки розпилу
рідкого продукту з аеродинамічними умовами по-
току повітря, що надходить до камери в якості те-
плоносія.
Такі дослідження були проведені С.І. Шапіро в
[7]. Картина, що зображена на рис. 1, свідчить про
досить рівномірний розподіл температури середо-
вища в об’ємі камери, тобто про рівномірне і до-
сить повне змішування газового потоку з факелом
ріди-ни. Розпилення суспензії (барвник кубовий
голу бий) відбувалось за допомогою відцентрових
дис-ків (тип – плоский, закритий, з зубцями). С.І.
Ша-піро отримані цікаві дані , що характеризують
зміну залишкової вологості продукту по висоті
сушильної камери.
Аналогічні експериментальні дослідження роз-
поділу температур у камері розпилюючої сушарки
були виконані Долінським А.А. також для випад-
ку розпилювання рідкої суспензії відцентровим
диском (рис. 2).
На рис. 3 показано графік, що характеризує за-
лежність залишкової вологості порошків барвни-
ків від висоти камери. Початкова вологість су-
спензії 75...77,8 %, температура газів на вході
160 °С, температура середовища в камері 75 °С. Із
рис. 3 видно, що приблизно на половині висоти
камери вологість продукту досягла 5...6 %, що
відповідає технічним умовам на барвники. Харак-
терно, що на рівні розташування розпилювально-
го диску вологість продукта складає всього
12...14 %, тобто, очевидно, основне зниження во-
логості відбувалося в факелі розпилу. С.І. Шапіро
Рис. 1. Температурне поле (°С) в середньому
перерізі сушильної камери розпилювальної
установки.
Рис. 2. Температурне поле розпилювальної
камери з дисковим розпиленням.
122 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
Тепло- и массообменные аппараты
W, %
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
3 0 0
0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0
В ідст ань в ід дн а кам ери , мм
1
3
2
Рис. 4. Криві зміни вологості по висоті сушиль-
ної камери при температурі теплоносія:
1 − 571К; 2 − 623К; 3 − 673К.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 2 4 6 8 10 12 1
З а л и ш к о в а в о л о г і с т ь, %
В
ід
ст
ан
ь
ві
д
дн
а
ка
м
ер
и,
м
4
Рис. 3. Залежність залишкової вологості
від висоти сушильної камери.
прийшов до висновку, що доцільно зменшити ви-
соту сушильної камери за рахунок підвищення
температури сушильного агенту, що входить або
вводу його додаткової кількості по висоті, що від-
повідає досягненню волгості продукту 8...12 %.
І.І. Борде і Д.М. Левін [7] при дослідженні кі-
нетики розпилювальної сушарки кормових дріж-
джів зафіксували зміни вологості частинок по ви-
соті сушильної камери (рис. 4). Нагрітий газ по-
давався рівномірно по перерізу камери зверху до
низу, розпилення відбувалось за допомогою дис-
ку. Ними встановлено, що в перерізі площини
диску в напрямку від центру до периферії відбу-
вається значне спадання вологості продукту (рис.
4, криві 1 і 2), а в інших перерізах вологість про-
дукту практично не змінюється (криві 3 і 4). Ана-
логічні дані отримані Ю.І. Шишацьким і В.І. По-
повим [7] які досліджували процес розпилюваль-
ного сушіння хлібопекарських дріжджів.
Отримані вище експериментальні дослідження
гідродинаміки розпилу дають можливість отрима-
ти співвідношення для розрахунку дисперсності
розпилу, діаметру факелу розпилу, а також визна-
чення щільності розпилення по радіусу факела. Ці
дослідження необхідні для визначення числа Ну-
сельта та об’ємного коефіцієнта тепловіддачі.
На основі обробки даних роботи експеримен-
тальних і промислових сушарок були визна-чені
співвідношення для розрахунків критерія Ну-
сельта та об’ємного коефіцієнта тепловіддачі αv
отримані в роботі - Ликова М.В. [5]:
Nuv = 1,58·10-3(g2/ρчFк)·{δ0,4
ср/(υвит+υг)0,8}, 1)
де Nuv = (αv/λ) δ2
ср
αv = 1,58·10-3 (λg2/ ρчFк) (1/ δср)1,6{1/( υвит+υг)}0,8 (2)
- в роботі Долінського А.А. [4]:
Nuv = 160(g1µ/πD2
k ρ υ0).Ar0,2Re-0,4, (3)
де Re = Vг δср / (π D2
k ν K)
αv = 160 µ λ g1 / ρpFк.(1/ δср1,8){g (ρp- ρr)/ ρr}0,2 (4)
Взаємодія крапель рідини з газовим потоком в
процесі їх руху супроводжується одночасно про-
цесами тепло- і масопереносу. Основна складність
при розв'язку системи загальних диференційних
рівнянь пов'язана з нелінійною залежністю коефі-
цієнтів масо- і теплопереносу від вологовмісту,
температури та інших параметрів змінних в часі.
Ці залежності у більшості випадків невідомі і по-
трібне їх попереднє експериментальне визначен-
ня. Складну аналітичну задачу часто спрощують
шляхом заміни нелінійного функціонального зв'я-
зку більш простою залежністю, наприклад, пря-
мою пропорційністю, або засобом східчастого ра-
хування, коли в межах одного дуже малого розра-
хункового кроку коефіцієнти сталі, або шляхом
чисельного розв'язку за допомогою ЕОМ.
Слід відзначити значну складність аналітич-
них методів аналізу, що обумовлена комплексним
характером взаємопов’язаних факторів і явищ, які
відбуваються в процесі розпилювальної сушки:
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 123
Тепло- и массообменные аппараты
внутрішній тепло- і масоперенос в краплі, зовні-
шній тепло- і масообмін між краплею та сушиль-
ним агентом, балістика і аеродинаміка потоків в
сушильній камері, кінетика утворення відкладень
на стінках сушильної камери.
Встановлено, що процес сушки розчинів з від-
но
х про-
це
сно малою концентрацією твердої фази визна-
чається в основному аеродинамічними умовами, а
при високій концентрації вирішальне значення
має тепло- і масоперенос всередині краплі.
В даний час особливості гідродинамічни
сів та тепломасообміну розглядаються на основі
чисельних методів моделювання. Так, в роботі [8]
наведені результати чисельного моделювання
процесу зневоднення розпилу аерозоллю, вико-
ристовуючи методику Computational Fluid Dyna-
mics (CFD). Дана модель показує залежність тем-
ператури крапель аерозолю при різній відстані від
сопла до факела на експериментальній установці
(рис. 6) і описує масу, температуру нагріву, ім-
пульс між часточками (краплями).
Ця методика дозволяє аналізувати ефективність
процесу тепломасообміну в активній зоні розпи-
лювальної камери і запропонувати оптимальні
конструкції систем взаємодії факела розпилу з по-
током теплоносія. В ряді робіт [8, 9] наведені гра-
фічні картини аеро- та гідродинамічних потоків,
що дозволяє обгрунтовувати оптимальні габарити
розпилюючих сушарок.
Висновки
Подальший розви их досліджень з ток зазначен
урахуванням особливостей кінетики зневоднення
одиничних крапель дасть можливість прогнозува-
ти, особливо при використанні одного типу роз-
пилюючої сушарки, при широкому асортименті
висушуваної продукції найбільш ефективні режи-
мні параметри роботи.
Це дає змогу досягти максимальної продуктив-
ності установки по кінцевому продукту, одержати
його з необхідними якісними показниками.
ЛІТЕРАТУРА
1. Абрамович Г.Н. азовая динамика.
2. н о
3.
5.
7.
8.
9.
Прикладная г
Учебник для вузов. Изд.2-е, М., Гостехтеор-
издат, 1953, 736 с.
Андреев В.А. Дисперс ое обезв живание белко-
во-коллоидніх веществ, сб. “Сушка в пи-щевой
промышленности”, Профиздат, 1959.
Кремнев О. А., Боровский В. Р., Долинский А.А.
Скоростная сушка.- К.: Гостехиздат, 1963.- 382 с.
4. Долинский А. А, Иваницкий Г.К. Оптимизация
W, %
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0
5 0 0
0 1 2 3 4 5
Т о ч к и в ід б и р а н н я п р о б п о р а д іу с у к а м е р и
6
1
4
3
2
Рис. 5. Криві вологості кормових дріжджів
по радіусу камери. 1, 2- у перерізі площини
диску; 3 - переріз у камері на відстані 800 мм
від диску; 4 – 1200 мм.
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
3 0 0
3 5 0
4 0 0
4 5 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0
В ід ст ан ь в ід со п л а , см
Те
м
пе
ра
т
ур
а,
К
Рис. 6. Залежність температури крапель
аерозолю відстані від сопла до факела.
процесов распылительной сушки..- К.: Наукова
думка, 1984.- 240 с.
Лыков А.В., Леончик Е.И. Распылительные су-
шилки. - М.: Машиностроениє, 1966.- 331 с.
6. Малецька К.Д. Теплофізичні основи створення
нових технологій та удосконалення техніки
збезводнювання рідинних матеріалів у диспер-
гованому стані: Автореф. дис. …д-ра техн. на-
ук.- Київ, 2003.- 40 с.
Гинзбург А.С. Расчет и проектирование су-
шильних установок пищевой промышлености.–
М.:Агропромиздат, 1985.- 240 с.
Athanasia M. Simulation of a Spray Drying Proc-
ess Using Computational Fluid Dynamics // Aris-
totle University of Thessaloniki.- Greece, 2000,
pp.112-119.
Masters K., 1991, Spray Drying Handbook, 5th Ed.,
Published by Longman Group Ltd., London,
pp.491 – 497.
Одержано12.10.2004 р.
124 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61598 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:40:44Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ткаченко, О.В. Дубковецький, І.В. 2014-05-08T07:50:08Z 2014-05-08T07:50:08Z 2004 Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення / О.В. Ткаченко, І.В. Дубковецький // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 121-124. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61598 66.047 Приведен анализ научно-технической информации о современном состоянии исследований гидродинамических и аэродинамических условий в активной зоне аппаратов для сушки в диспергированном состоянии. Наведено аналіз науково-технічної інформації про сьогоденний стан досліджень гідродинамічних та аеродинамічних умов в активній зоні апаратів для сушіння в диспергованому стані. The analysis of science–technology information about modern state of investigations of hydrodynamic and aerodynamic conditions in active zone of apparatuses for drying in dispersed state is presented in report. uk Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные аппараты Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення Hydrodynamic and thermal properties in spray dehydration chambers Article published earlier |
| spellingShingle | Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення Ткаченко, О.В. Дубковецький, І.В. Тепло- и массообменные аппараты |
| title | Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення |
| title_alt | Hydrodynamic and thermal properties in spray dehydration chambers |
| title_full | Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення |
| title_fullStr | Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення |
| title_full_unstemmed | Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення |
| title_short | Гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення |
| title_sort | гідродинамічні та теплові параметри в камерах розпилюючого зневоднення |
| topic | Тепло- и массообменные аппараты |
| topic_facet | Тепло- и массообменные аппараты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61598 |
| work_keys_str_mv | AT tkačenkoov gídrodinamíčnítateplovíparametrivkamerahrozpilûûčogoznevodnennâ AT dubkovecʹkiiív gídrodinamíčnítateplovíparametrivkamerahrozpilûûčogoznevodnennâ AT tkačenkoov hydrodynamicandthermalpropertiesinspraydehydrationchambers AT dubkovecʹkiiív hydrodynamicandthermalpropertiesinspraydehydrationchambers |