Інтенсифікація теплових процесів

Ціль інтенсифікації теплових процесів полягає в підвищенні ефективності роботи апаратів і зниженні витрати ними теплової енергії. Задачі інтенсифікації процесів теплообміну в тепловому устаткуванні витікають з Енергетичної програми країни, яка передбачає повсюдну економію енергії шляхом оптимізації технологічних процесів, введення енергозберігаючих режимів роботи апаратів, використовування (утилізацію) відпрацьованої теплоти, скорочення втрат енергії.

В якості самих найважливіших напрямів інтенсифікації можна виділити наступні: інтенсифікація теплообмінних процесів, утилізація теплоти, тобто її регенерація.

Інтенсифікація теплообміну. Теоретичним обґрунтовуванням прийомів і способів інтенсифікації теплообміну є основні положення теплопередачі. Як вже вказувалося, ефективність теплообміну зумовлюється величиною коефіцієнтів тепловіддачі і термічного опору стін.

Основними способами підвищення коефіцієнта тепловіддачі є наступні.

1. Забезпечення турбулентного руху теплообмінних середовищ в апараті. З цією метою вдаються до перемішування середовищ і використовування різних турбулізующих вставок.

2. Заміна вільної конвекції на примусову або прискорення конвективного руху теплообмінних середовищ за рахунок прискорення їхньої циркуляції.

Примусову конвекцію можна створювати за рахунок установки різного роду мішалок і вентиляторів.

Циркуляцію рідини у варильних апаратах можна прискорити за рахунок раціонального розташування гріючих поверхонь.

4. Своєчасне і повне відведення конденсату з парових просторів. Високий рівень конденсату істотно знижує ефективність теплообміну.

5. Підвищення середньої різниці температур і теплового потоку в тих випадках, коли це можливо по технологічних умовах теплової обробки продукції.

6. Оптимізація розмірів і форми продуктів, що піддаються тепловій обробці. Регенерація теплоти. Багаторічна практика харчових галузей промисловості (особливо молочній) переконливо довела, що найбільш раціональний шлях утилізації і економії теплової енергії її регенерація (рекуперація). Суть регенерації полягає в тому, що гарячі рідина або газ використовують для попереднього нагрівання холодних рідин або газів.

Регенерація найбільш прийнятна там, де гарячу рідину необхідно охолоджувати. Регенерація теплоти можлива не тільки від продукту до продукту, але і через . проміжний агент, наприклад воду. В більш широкому сенсі регенерацію теплоти слід розуміти як нагрів продукту або проміжного агента за рахунок теплоти продукту, теплоносія, нагрітих елементів апаратури, температуру яких необхідно знизити.

Найбільш простий і доступний спосіб регенерації може бути продемонстрований на прикладі установки для отримання питної охолоджуваної кип'яченої води. Сира вода з початковою температурою tн поступає в регенератор, що представляє собою пластинчатий або трубчастий теплообмінник. Тут за рахунок теплоти, передаваної гарячій кип'яченою водою, сира вода нагрівається до температури регенерації tР. Далі прогріта вода поступає в кип'ятильник і нагрівається до температури кипіння tК. З кип'ятильника вода прямує в регенератор, де вона віддає свою теплоту сирій воді. З регенератора вода виходить, маючи температуру tР.К, і поступає в охолоджувач, де охолоджується до температури t0.к. Регенерацію можна виробляти за принципами прямотока і протитечії. Значення коефіцієнта регенерації при першому і другому випадках різні.

Значно ефективно застосовувати противоточную регенерацію.

Фізичний сенс коефіцієнта регенерації полягає в тому, що він показує, яка частина теплоти, що затрачує на нагрівання продукту від початкової до кінцевої температури, використовується для нагріву нових порцій продукту від початкової температури до температури регенерації. Абсолютно очевидне, що чим вище коефіцієнт, тим вище теплова ефективність регенераторів. На практиці в харчових галузях промисловості широко застосовуються регенератори. Як вже указувалося, при регенерації теплоти можна використати проміжний агент. В цьому випадку теплота продукту або, наприклад, відпрацьованих димових газів використовується для нагріву води, яка потім може бути направлена на технологічні або енергетичні цілі.

В громадському харчуванні є широкі можливості для застосування регенерації. Вже зараз відомі протівоточні регенератори, в яких конденсат, що відводиться, з варильного апарату нагріває воду, що поступає в пароутворювач цього варильного апарату. Створені пристрої для попереднього підігріву води за рахунок теплоти продуктів згоряє, що йдуть.

Акумуляція теплоти. В даний час на багатьох харчових підприємствах і в громадському харчуванні досягають істотного ефекту у використовуванні теплової енергії за рахунок застосування так званих акумуляторів теплоти і холоду. Суть акумуляції теплоти і холоду полягає в тому, що нагріта або охолоджена вода поміщається в ізольовані місткості, де вона береже первинну температуру в перебігу декількох (до 15) годин. Потім у міру потреби в гарячій або холодній воді її направляють на технологічні, допоміжні цілі.

В більшості випадків виявляється раціональним нагрівати або охолоджувати воду в годинник мінімального споживання електричної, теплової енергії і холоду. Акумуляція теплоти дозволяє істотно скоротити витрату енергії в годинник максимального споживання електрики, газу і холоду.

СПОСОБИ ТЕПЛОВОЇ ОБРОБКИ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ

В ОБЛАСТІ ГРОМАДСЬКОГО ХАРЧУВАННЯ.

Специфічні теплові процеси загального призначення. До специфічних теплових процесів загального призначення відносять пастеризацію, стерилізацію і випаровування. Вони отримали широке розповсюдження в консервній, молочній, цукровій, м'ясній промисловості. В громадському харчуванні їх використовують поки що обмежено, але у зв'язку з розвитком галузі роль пастеризації, стерилізації і випаровування, буде зростати.