Самые популярные статьи







    Теплопередача в сублимационных установках

    Теплопередача в сублимационных установках  
    Условия контактирования флаконов (ампул) с противнем и греющей плитой в условиях реального промышленного производства  

    В общем случае в природе существует три основных способа и их комбинация передачи теплоты от тела к телу. Это:

    - кондукция при контакте двух тел, у которых разная температура;
    - излучение;
    - конвекция в газовом или жидкостном потоке.

    В реальной сублимационной установке определенную роль оказывает и передача теплоты из-за теплопроводности газа. В сублимационной установке создают глубокий вакуум. Данные условия приводят к тому, что теплопроводность и теплоемкость паровоздушной смеси становится очень незначительной, поэтому и вклад конвективной составляющей в баланс теплообмена также мал. В связи с этим кондуктивный и радиационный факторы становятся основными. В зависимости от конструкции установки влияние каждого из них будет различаться.

    Теплопередача в сублимационной установке, в которой высушиваемый материал находится на греющей полке на противне, происходит за счет кондукции. Здесь основным фактором является контакт между двумя обменивающимися теплотой телами. В случае установки с радиационным энергоподводом к высушиваемому материалу основную роль будет играть разность между температурой излучателей и материалами на противнях. Такой способ подвода тепла чаще всего применяется в больших сублимационных установках. В начале сушки при применении малоинерционных источников (тонкая сетка из нержавейки, например) температура излучателей достигает 300˚С. Если в качестве излучателей применяют греющие плиты с жидкостью в качестве теплоносителя, то температура достигает 160˚С. Все приведенные варианты имеют свои особенности, плюсы и минусы.

    Большое влияние на сублимационное обезвоживание оказывают условия передачи тепла в зоне «греющая полка – дно противня». Если процесс сушки происходит не в сплошном замерзшем слое, а в ампулах либо флаконах, то это влияние только усиливается. Тогда зонами контактирования становятся не только указанные выше, но и «внутренняя поверхность противня – дно ампулы» Такая ситуация наблюдается и в случае загрузки в противень гранулированного продукта.

    Нет сомнений в том, что даже если поверхность полок и днища противней будут тщательным образом обработаны, контактирование между ними будет не идеальным. В микрозазорах, которые обязательно останутся, теплопередача будет осуществляться кондукцией в местах соприкосновения металлов, радиацией в оставшихся зазорах, теплопроводностью газов в зазоре и конвекцией. В установках с расположением продуктов на греющей полке в условиях, которые характерны для сушки термолабильных материалов, конвективная и радиационная составляющая вносят очень маленький вклад в теплопередачу.

    Основную роль будет играть передача теплоты от контактов и теплопроводность газа в зазорах.

    Для дальнейших рассуждений нужно использовать критерий Кнудсена alt. Этот критерий выражается отношением средней величины пробега газовых молекул при данном давлении к размеру зазора alt. В случае, когда alt, то нет зависимости теплопроводности газа от давления. Когда вакуум очень глубокий и размеры зазоров малы (alt), то в этом случае теплопроводность газа будет зависеть от давления в камере сушилки.

    С повышением давления теплопередача в сублимационных установках будет происходить в большей степени именно за счет теплопроводности газа. Процесс передачи теплоты к веществу будет упрощаться. Из экспериментальных данных видно, что в интервале давлений от 2·10-2 и до 10-1, которые являются характерными при проведении сублимационной сушки биоматериала, коэффициент теплопередачи является пропорциональным давлению, установленному в камере.

    Осуществляя контроль над давлением, возможно и управление коэффициентом теплопередачи «полка – продукт». На сегодняшний день есть несколько технических решений, с помощью которых во время сублимации в камере можно повысить давление. Но по-прежнему надежным остается способ инжекции неконденсирующихся газов. На практике установлено, что для большей части биоматериала при данном методе, даже при небольшой теплоемкости используемого газа, необходимая температура греющей полки оказывается меньше допустимой в высушенном материале.

    Контроль над вакуумом во время сушки может стать способом контроля процесса теплопередачи и нагрева материала.

    Определение самого приемлемого давления в камере сублимационной установки, которое будет обеспечивать максимальную скорость удаления влаги из продукта, является очень важным шагом на пути ускорения сушки. Исследования Д. Флосдорфа показывают, что при падении давления испарение усиливается, оно достигает своей максимальной скорости, после чего и наступает насыщение. Поэтому создавать глубокий вакуум не нужно. Ведь ниже той границы, которая и была определена (для конкретного значения температуры сублимации), скорость испарения уже не увеличится.

    Контроль давления во время сушки помогает обеспечивать скорость сублимации при относительно низких температурах излучателей на том же уровне, как и в случае глубокого вакуума и большой температуры излучателей.



    Материал подготовлен по книге: Сушка сырья: мясо, рыба, овощи, фрукты, молоко. Учебно-практическое пособие. Серия "Технологии пищевых производств" /Семенов Г.В., Касьянов Г.И. — Ростов н/Д: издательский центр "МарТ", 2002. — 112 с.



    Нашли ошибку? Выделите её и нажмите Ctrl+Enter. Будем благодарны за помощь.