МАТИЯЩУК АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 664.1.037:528.532

ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСІВ ОЧИЩЕННЯ ДИФУЗІЙНОГО СОКУ ЦУКРОВОГО ВИРОБНИЦТВА ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ КАВІТАЦІЇ

05.18.12 -процеси і апарати харчових виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ –2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент, Немирович Петро Михайлович, Український державний університет харчових технологій, доцент кафедри процесів і апаратів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Шурчкова Юлія Олександрівна, Інститут теоретичної теплофізики Національної академії наук України, головний науковий співробітник

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Циганков Сергій Петрович, Інститут харчової хімії і технології Національної академії наук України та Міністерства агропромислової політики України, заступник директора по науці і новій техніці

Провідна установа

Український науково-дослідний інститут цукрової промисловості, Міністерства аграрної політики України, м. Київ

Захист відбудеться “ 20 ” вересня 2000 р. о 14:00 год. на засіданні спеціалізова-ної вченої ради Д 26.058.02 Українського державного університету харчових технологій за адресою: м. Київ, вул. Володимирська, 68, корпус А, ауд. 311.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Українського державного університету харчових технологій за адресою: м. Київ, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий “18”вересня 2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

к.т.н., доцент Зав’ялов В.Л.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією із найважливіших стадій цукробурякового виробництва, яка значною мірою визначає ефективність використання сировини, паливно-енергетичних і матеріальних ресурсів, а також кінцеві результати роботи заводу, є очищення дифузійного соку із застосуванням вапна та сатураційного газу. Тому проблема розроблення нових та подальше удосконалення існуючих способів та апаратів для очищення дифузійного соку є актуальною і має важливе народногосподарське значення.

Використання гідродинамічних (ГД) кавітаційних пристроїв та вдування водяної пари в потік дифузійного соку є ефективними способами покращання якісних показників соків, збільшення виходу цукру та зменшення витрат вапнякового каменю на його виробництво.

Проте способи використання кавітаційних ефектів, механізми та наслідки їх впливу на середовища, що обробляються, на сьогодні не можна визнати достатньою мірою вивченими і досконалими. Подальшому вивченню цих питань присвячується дисертаційна робота.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами. Тематика досліджень входила в плани госпрозрахункової роботи УДУХТ 1998-1999рр., “Розробка ефективного способу та пристрою для ведення процесу попередньої дефекації” (реєстраційний номер 710/98) та науково-дослідної роботи “Створення теоретич-ного, розрахункового і методичного забезпечення розробки та впровадження в харчову промисловість високоефективних тепломасо-обмінних апаратів з безпо-середнім контактом фаз” (наказ Міносвіти №37 від 19 березня 1998 р.)

Мета роботи полягає у розробленні способів інтенсифікації процесів очищення дифузійного соку із застосуванням кавітаційних ефектів та їх апаратур-ного оформлення, теоретичному і експериментальному дослідженні фізичної суті і механізму процесів, що протікають під час кавітаційного оброблення дифузійного соку, у впровадженні кавітаційних пристроїв у цукрову промисловість.

За метою дисертаційна робота спрямована на вирішення таких задач:

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Об’єктом дослідження є кавітація та вплив її ефектів на процеси очищення дифузійного соку і активації водно-вапняної суспензії, які були предметом дослідження.

Методи дослідження. У процесі виконання досліджень щодо впливу кавіта-ційних ефектів на оброблюване середовище використовували математичне моделювання, фото- та мікрофотозйомку і типові методики визначення якісних показників соків цукрового виробництва.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі проведених дослід-жень сформульовані такі наукові результати, які виносяться автором на захист:

-

-

-

-

-

-

-

Практичне значення одержаних результатів. Результати проведених теоретичних та експериментальних досліджень реалізовані за такими напрямами:

-

-

-

-

-

Особистий внесок здобувача в отриманні наукових результатів полягає у розробленні методик досліджень в лабораторних і промислових умовах, оброб-ленні і узагальненні отриманих результатів, безпосередній участі в орга-нізації і прове-денні досліджень, в публікації результатів. Автор брав участь у промис-лових випробовуваннях способу очищення дифузійного соку на Лох-вицькому цукровому заводі та Слуцькому цукрово-рафінадному заводі. Уза-гальнення та аналіз результатів теоретичних і експериментальних досліджень виконані разом з науковим керівником доц. Немировичем П.М. Частину експе-риментальних досліджень виконано разом з Жеплінською М.М та Пушанко Н.М. Частину робіт з математичного моделювання виконано разом з проф. Федоткіним І.М.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи апробовано на ІХ міжнародній конференції "Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв" (Одеса, 1996р.), міжнародній науково-технічній конференції "Розробка та впровадження прог-ресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість" (Київ, 1997р.), Х міжнародній конференції “Вдосконалення процесів та апаратів хімічних та харчових виробництв” (Львів, 1999р.), 6-й між-народній науково-технічній конференції “Проблеми та перспективи створення та впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій обладнання в галузях харчової і переробної промисловості” (Київ, 1999р).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 15 праць, в тому числі 5 у наукових журналах, 2 у збірниках наукових праць, 5 у тезах доповідей наукових конференцій, одержано 3 патенти України на винаходи та одне рішення Держпатенту України про видачу патенту на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Основний зміст дисертаційної роботи викладено на ___сторінках, вміщує 7(9)таблиць, 27(30) рисунків і 8 (10) додатків. Список використаних джерел містить 173 вітчизняних і зарубіжних найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи і визначено мету та основні задачі досліджень, наведено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі наведено характеристику дифузійного соку та основних процесів його очищення. Підкреслено важливість процесу коагуляції та хімічних реакцій, які проходять на стадії попередньої дефекації дифузійного соку, та їх вплив на загальний ефект очищення соку. Звернено увагу на важливість отриман-ня на цій стадії осаду з такими седиментаційно-фільтраційними властивостями, які б дали змогу розділити суспензію соку попередньої дефекації відстою-ванням із наступним фільтруванням.

Наведено аналіз літературних джерел про застосування кавітації для інтен-сифікації процесів очищення дифузійного соку (роботи Немчина О.Ф., Федоткіна І.М., Анікеєва Ю.В. та ін.), зазначено отримання при цьому значних технологічних ефектів. Відмічено відсутність даних про дослідження впливу кавітаційних ефек-тів на зміну фізико-хімічних властивостей дифузійного соку під час його оброб-лення. Відзначено, що ГД кавітація в силу різних причин не знайшла широкого застосування в цукровій промисловості. Але аналіз робіт в інших галу-зях харчової, переробної і фармацевтичної промисловості свідчить про перспек-тивність застосування кавітаційних ефектів для інтенсифікації технологічних процесів.

В роботах Лосевої В.А., Журавльової З.Д., Бобрівника Л.Д., Хомічака Л.М., Немировича П.М., Жеплінської М.М., присвячених підвищенню ефекту очищення соків цукрового виробництва шляхом вдування водяної пари в дифу-зійний сік та сік цукрової тростини, відмічено досягнення значних техноло-гічних ефектів. Але поряд з цим авторами глибоко не розглядались фізична суть і механізм ефектів, які мають при цьому місце, та їх вплив на процеси очи-щення соків. Аналіз робіт Долінського А.А., Полоцького І.Г., Кудрявцева Б.Б свідчить, що під час вдування водяної пари у рідину з температурою, значно нижчою температури пари, виникають кавітаційні ефекти.

Запропоновано визначення пароконденсаційної кавітації як одного із видів штучної кавітації. Підкреслено актуальність математичного моделювання під час вивчення кавіта-ції.

На основі літературного аналізу визначені мета і задачі досліджень.

У другому розділі виходячи із задач дисертаційної роботи розглядаються запропоновані математичні моделі для теоретичного дослідження процесів у каві-таційних пристроях.

На підставі математичної моделі профілю швидкостей рідини і паро-газової суміші в межовому шарі каверни (за методикою І.М. Федоткіна) вперше розраховано їх профіль.

Для вивчення фізичної суті і механізму процесів, що протікають під час кавітаційного оброблення дифузійного соку, розроблено математичну модель про-цесу створення поля кавітацій-них бульбашок. В її основу закладено гіпотезу, згідно з якою енергія хвиль N, що переноситься вздовж поверхні каверни, перетворюється в роботу створення кавітаційних бульбашок:

, (1)

де Y – вектор сил тиску, що діє на поверхню каверни з боку рідини; і – відповідно амплітуда коливань і кругова частота каверни в радіальному напрямку;

– густина рідини; dk – діаметр кавітаційних бульбашок.

Джерелом бульбашок у кавітацій-ному пристрої є шар парогазової сумі-ші, що утворюється на межі з каверною (рис.1).

Виходячи із припущення, що умовою існування каверни є рівність тисків з боку рідини і парогазової суміші, знаходимо діаметр кавітаційних бульбашок, що відриваються від поверхні каверни по її довжині:

, (2)

де D(x) – діаметр каверни на відстані l(х) від кавітатора; – коефіцієнт нерівно-мірності про-фі-лю швидкостей парогазової суміші в межовому шарі каверни; і v2x – відповідно густина і швидкість парогазової суміші в каверні.

Кількість кавітаційних бульбашок, що утворюються за одиницю часу з елементарного об’єму межового шару парогазової суміші з боку каверни, буде визначатися рівнянням

, (3)

де Ri і – відповідно радіус бульбашок і товщина межового шару парогазової суміші на ділянці хі. Загальна кількість бульбашок дорівнюватиме.

Утворені кавітаційні бульбашки під час їх колапсу виділяють енергію, яку можна визначити за рівнянням

. (4)

Для вивчення кавітаційних ефектів, що утворюються під час ПК кавітації, розроблено математичну модель динаміки парової бульбашки в потоці рідини з такими припущеннями: температура оточуючої бульбашку рідини на безмежній відстані Т1Ґ залишається постійною (за літературними даними під час вдування пари дифузійний сік нагрівається на 4…5 С), рідина в’язка, безмежна, бульбашка пари в процесі колапсу має сферичну форму, враховується тепломасообмін між фазами, інерція оточуючої бульбашку рідини, зміна коефіцієнта опору бульбашки, а також залежність теплофізичних властивостей пари і рідини від температури. Відповідно до прийнятих припу-щень система основних рівнянь задачі, що розглядається має такий вигляд:

; (5)

; (6)

; (7)

; (8)

, (9)

де ; ; індекси 1 і 2 відповідно відносяться до рідини і парової фази; індекси гр, – характеризують фізичні характеристики фаз відповідно на межі поділу та безмежній відстані від них; R2 – радіус бульбашки; – густина; j12 – потік маси; v – швидкість; v1 – швидкість рідини на безмежній відстані від бульбашки; Сf – коефіцієнт опору для бульбашки пари під час її руху в потоці рідини; Т – температура; Ср – ізобарна теплоємність; – коефіцієнт динамічної в’язкості; – коефіцієнт поверхневого натягу на міжфазній поверхні вода – водяна пара; - універсальна газова стала; М – молекулярна маса водяної пари; Р – тиск.

За умови, що Т2>Т2гр>Т1гр>Т1, для тонкого суміжного шару бульбашки, на якому розглядається нерівноважна міжфазна межа, справедливе співвідношення

, (10)

де r – теплота пароутворення (конденсації); 1, 2 – коефіцієнти тепловіддачі, які знаходимо за рівняннями:

, (11)

, (12)

, , (13)

, , (14)

де – коефіцієнт теплопровідності; Re і Pr – відповідно критерій Рейнольдса і Прандтля;

Коефіцієнт опору Сf розраховуємо за рівнянням

, (15)

де при ; при ; при .

Система рівнянь (5) – (15) є замкненою і розв’язується завданням невідо-мих параметрів у початковий момент часу:

; ; ; ;;

У третьому розділі розглядаються дослідження впливу ефектів ГД кавітації на процеси очищення дифузійного соку. Наведено опис експери-ментальної кавіта-ційної уста-новки у вигляді замкненої гідротруби з насосом, яка може працю-вати також у режимі одно-кратного оброблен-ня рідини. У прозо-рій робочій ділянці (dp=25 мм) з коніч-ним статичним кавітатором дослід-жували різні режими для оброб-лення ди-фузійного соку. Спочатку дослі-ди проводились на воді для візу-ального визначення довжини кавер-ни, а потім на дифузійному соку. Виходячи із робіт Козюка О.В., Федоткіна І.М., Литви-ненка О.А. була проведена серія дослідів за коефіцієнтом стиснення потоку dk-pa/dp від 0,64 до 0,8 і стадії кавітації – від 0,62 до 4,0.

На підставі запропоно-ваної математичної моделі ство-рення по-ля кавітацій-них бульба-шок в ГД кавітаційному пристрої та даних експерименталь-них досліджень розраховані роз-міри кавітаційних бульбашок під час дробіння межово-го ша-ру парогазової суміші каверни (рис.2).

Аналіз сумар-ної енергії під час сплеску-вання утво-рених кавіта-ційних бульба-шок (рис.3) свідчить про наяв-ність ефек-тивного ре-жиму оброблення дифузійно-го соку за стадією кавітації в межах = 2,0…2,5.

Під час кавіта-ційного оброблення дифузійного соку вста-новлено, що вміст сухих речовин (СР) в ньому зменшується (рис.4). Максимальна зміна СР спостерігається на стадії кавіта-ції, що відповідає максимуму сумарної енергії під час сплескування кавітаційних бульбашок, що підтверджує адекватність запропо-нованої матема-тичної моделі. За вка-заною вище стадією кавіта-ції відбувається максимальний ударно-хвильовий вплив від сплес-кування утворених кавітаційних бульбашок на дифузійний сік.

Зменшення вмісту СР ди-фузійного соку може поясню-ватись як наслідок дегідратації час-тинок РКД, що містяться в ньому, з нас-тупною коагуляцією цих частинок.

Для обгрунтування одного із можливих механізмів коагуляції РКД ди-фу-зійного соку пропонуєть-ся схема мо-делі взає-модії части-нок РКД і буль-ба-шок під час кавіта-ційного оброб-лення соку (рис.5).

З літе-ратурних дже-рел відомо, що частинки РКД мають негатив-ний заряд, а кавіта-ційна буль-башка, згід-но з теорією Френкеля Я.І., в мо-мент утворення має повер-хню лінзо-подібної форми, на якій з одного боку утворю-ються за-ряди одного знака, а з іншого – проти-лежного. Внаслідок контакту части-нок РКД і кавітаційних буль-башок зарядженими повер-хнями із протилежними знаками в потоці дифузій-ного соку від-бувається зниження їх заряду. При цьому руйнується сольват-на оболонка частинок РКД, зменшу-ється ступінь гідра-тації їх подвійного елект-рич-ного шару і інтенсифіку-ється процес коагуляції РКД.

Для визначення впливу ГД кавітаційного оброблення дифузійного соку на ефек-тивність його очищення на Кагарлицькому цукрово-му заво-ді були проведені лабораторні дослідження з очищення дифузійного соку за типовою схемою і схемою з попереднім його обробленням в кавітаційному пристрої з конічним статичним кавітатором. За типовими мето-ди-ками визна-чались швид-кість відсто-ювання та об’єм отримано-го осаду для соків попе-ред-ньої дефе-кації та першої сатурації і вміст солей кальцію в очищеному соку другої сатурації та його чистота (табл. 1).

Таблиця 1

Технологічні показники соків після оброблення дифузійного

соку в ГД кавітаційному пристрої.

Спосіб очищен-ня | Сік

дифузій-ний | поперед-ньої дефекації | Першої сатурації | другої сатурації

Ч,

% | S5,

см/хв | V20,

% | S5,

см/хв | V20,

% | Солі

Са2+,

%СаО | Ч,

%

Типовий | 86,5 | 3,2 | 33 | 3,3 | 30 | 0,04 | 90,3

86,3 | 3,0 | 35 | 3,1 | 31 | 0,036 | 90,5

86,7 | 3,3 | 32 | 3,3 | 31 | 0,04 | 90,6

Середнє значення | 86,5 | 3,2 | 33,3 | 3,2 | 30,7 | 0,039 | 90,5

Запропоно-ваний | 86,5 | 3,7 | 32 | 3,9 | 25 | 0,021 | 91,3

86,3 | 3,9 | 30 | 4,1 | 26 | 0,020 | 91,5

86,7 | 4,0 | 30 | 4,1 | 24 | 0,021 | 91,5

Середнє значення | 86,5 | 3,9 | 29,0 | 4,0 | 25,0 | 0,021 | 91,4

Як видно із дослідних даних, кавітаційне оброблення дифузійного соку інтенсифікує процеси коагуляції РКД дифузійного соку на попередній дефекації і адсорбції нецукрів на стадіях першої і другої сатурації, про що свідчить збільшення чистоти очищеного соку на 0,7 %.

Відсутність на більшості заводів примусової подачі дифузійного соку на попередню дефекацію та економічні труднощі не дозволили впровадити роз-роблений спосіб інтенсифікації у цукрову промисловість.

У четвертому розділі наведено результати досліджен-ня впливу ефектів ПК кавітації на процеси очищення дифузійного соку.

Для візуальних спосте-режень за факелом пари (парової каверни), який створюється під час її вдування через сопло в потік води, і за супутніми ефекта-ми, що відбуваються при цьому, на лабораторній установці з прозорою робо-чою ділянкою були проведені експерименти. Дослідження проводились при сталих початковій температурі води та витраті, різних значеннях витрат пари та температури, яка відповідала температурі екстрапарів корпусів випарної установки цукрового заводу. На підставі фотозйомки та візуальних спостере-жень встановлено, що радіус парових бульбашок в потоці за каверною має межі 0,25…2 мм залежно від умов проведення експерименту. Вдування водяної пари супровод-жувалось харак-терним кавіта-ційним шу-мом, інтенсив-ність якого змен-шувалась зі збільшен-ням витрат пари. Це можна пояснити зростанням в потоці рідини кількості парових бульбашок більших розмірів.

Для вивчення ефектів, що відбуваються під час вдування водяної пари в по-тік недогрітої рідини, проведено математичне моделювання за запропоно-ваною моделлю динаміки парової бульбашки.

Приклади розв’язку математичної моделі наве-дені на рис. 6–8. З їх аналізу витікає, що за почат-кового радіуса буль-башки до 1 мм амплітуда і частота коливань її повер-хні нарос-тає до кінця часу її існуван-ня. Це свід-чить про те, що саме під час сплескування цих бульба-шок виділяється більше енергії. Також встановлено, що каві-таційні ефекти бу-дуть більш суттєвими зі збіль-шенням різниці темпе-ратур між па-рою і рідиною. Це збігається з висновками в роботах А.А. Долінського.

Нами запропо-новано застосу-вання ПК кавітацій-ного оброблення водно-вап-няної суспензії з метою підвищення її активності. Встановлено, що оптимальна витрата пари знаходиться в межах 1,75…2 % до маси суспензії. Вплив температури (тиску) пари на активність водно-вапняної суспензії наведено в табл. 2.

Порівняння отри-ма-них результатів з дани-ми ГД ка-вітаційної акти-вації вод-но-вапняної сус-пензії в робо-тах Немчина О.Ф. (актив-ність зростає з 74 до 93%) дає можливість зробити висновок про аналогічність дії ефектів ГД і ПК кавітації на водно-вапняну суспензію. Але апа-ратурне оформлення для прове-дення ПК кавітацій-ної актива-ції водно-вапняної сус-пензії простіше у виконанні та обслуговуванні.

На основі цих дослід-жень запро-поновано спо-сіб очищення дифузійного соку, який дає змогу зменшити витрати вапняко-вого каменю на виробництво цукру.

Досліджено вплив каві-таційного оброблення дифу-зійного соку на седи-мен-таційно-філь-трацій-ні власти-вості со-ку попередньої дефе-кації. Їх оцінювали швидкіс-тю осідан-ня (S5, см/хв), вели-чиною фільтраційного коефі-цієнта (Fk) та об’ємом осаду після відстоювання через 20 хв. (V20, %), які визначались за типовими методиками (рис.9). Встановлено, що при цьому відбувається збільшення S5 на 19,4 %, зменшення Fk і V20 від-повідно на 29 та 17,6 %.

Таблиця 2

Зміна активності водно-вапняної суспензії під час її ПК

кавітаційного оброблення

Тиск пари, МПа | 0 | 0,12 | 0,16 | 0,20 | 0,24

Актив-ність водно-вап-ня-ної суспен-зії, % до маси загально-го вапна | 80,4 | 85,5 | 87,0 | 88,5 | 88,9

Проведено також мікрофотогра-фування відповід-них проб осаду соку поперед-ньої дефекації за допомогою універсаль-ного дослідного мікроско-па МБИ-15, що дало збіль-шення у 3389 разів. Отриманий розподіл частинок осаду наведено у вигляді діаграми на рис.10. Підвищення вмісту частинок

оса--ду з більшими розмірами (3,0…4,5 мкм) в соку попередньої дефекації (рис.10б) свідчить, що кавітаційне оброблення дифузійного соку інтенсифікує процеси коагуляції, седиментації та фільтрування на подальших стадіях очищення соку.

Вплив ефектів ПК каві-тації на ефективність очи-щення дифу-зійного соку оцінювався за тими самими технологічними показниками соків (табл.3), що і для ГД кавітаційного оброб-лення (табл.1). Досліди були проведені одночасно з одним і тим самим дифузійним соком. Використовували екстрапару першого корпусу випарної установки при сталій різниці між температурами дифузійного соку до і після оброблення t = 5С, що відпо-відає витраті пари в межах 1 % до маси соку..

Таблиця 3

Технологічні показники соків після оброблення дифузійного соку

в ПК кавітаційному пристрої

Спосіб очи-щен-ня | Сік

дифузій-ний | поперед-ньої дефекації | першої сатурації | другої сатурації

Ч,

% | S5,

см/хв | V20,

% | S5,

См/хв | V20,

% | Солі

Са2+,

%СаО | Ч,

%

Запро-поно-ваний | 86,5 | 3,5 | 29 | 3,7 | 26 | 0,025 | 91,1

86,3 | 3,7 | 30 | 3,9 | 27 | 0,021 | 91,3

86,7 | 3,8 | 28 | 4,1 | 25 | 0,027 | 91,0

Серед-нє значення | 86,5 | 3,7 | 29 | 3,9 | 26 | 0,028 | 91,2

Із порівнянь цих даних можна зробити висновок про аналогічність інтенсифікувального впливу ефектів ГД і ПК кавітаційного оброблення дифузійного соку на процеси його очищення.

На підставі досліджень одночасного кавітаційного та хімічного оброблення дифузійного соку з використанням згущеної суспензії соку другої сатурації як хімічного реагенту (табл.4) запропоновано спосіб очищення дифузійного соку, на який отримано патент України. Витрати пари становлять 0,9…1,0 %, а суспензії – 3,0…3,5% до маси соку.

Таблиця 4.

Технологічні показники соків після одночасного ПК кавітацій-ного та хімічного оброблення дифузійного соку

Показники соків | Способи

типо-вий | запро-понова-ний

Чистота дифузійного соку, % | 86,4 | 86,4

Сік першої сатурації:

швидкість седиментації S5,см/хв. | 3,5 | 4,0

обєм осаду V20, % | 10,5 | 8,6

Сік другої сатурації:

вміст РКД, % до маси соку |

0,28 |

0,20

величина кольоровості, од. опт. густ. | 185 | 147

вміст солей кальцію, % до маси СР | 0,23 | 0,15

чистота, % | 89,6 | 90,1

При введенні сус-пензії соку другої сату-рації в дифузійний сік відбуваються реакції нейтралізації вільних кислот з утворенням їх солей, що адсорбують-ся на поверхні карбо-нату кальцію. Завдяки кавітаційним ефектам відбувається прискорення цього про-цесу, як і процесу ко-агуляції частинок РКД, що за типовою схе-мою проходить на попередній дефекації соку. Це в кінцевому результаті приводить до покращання техно-логічних показ-ників сатураційних соків і відповідно до підви-щення ефекту очи-щення та зменшення витрат вапна на 0,15…0,2 % СаО.

Враховуючи покращання седиментаційно-фільтраційних властивостей соку попередньої дефекації після кавітаційного оброблення дифузійного соку та пер-спек-тивність застосування технологічних схем очищення дифузійного соку з від-діленням осаду з цього соку його від-стоюванням з наступним фільтруванням, були проведені дослідження впливу форми відстійної камери на швидкість від-стою-вання соку поперед-ньої дефе-ка-ції. З отрима-них ре-зуль-татів (рис.11) вип-ливає, що при засто-су-ван-ні відстій-ної ка-мери коніч-ної фор-ми середня швидкість від-стоювання збіль-шується, що можна пояснити, зокрема зменшенням пе-рі-оду стис-неного осі-дан-ня. Анало-гічні досліджен-ня були прове-дені з со-ком пер-шої сатурації. Запропоно-вано конструкцію відстій-ника, на яку отри-мано патент Укра-їни. На Кагарлиць-кому цукрово-му заводі для від-сто-ювання соку першої сатурації вип-робува-но дослід-ний зразок відстій-ника (рис.12), який під-твердив пер-спектив-ність засто-суван-ня таких відстій-ників.

У п’ятому розді-лі розглядаються різні конструк-ції ПК кавітаційних пристроїв, що були розроблені та впроваджені під час виконання дисертаційної роботи. На основі результатів теоретичних та промислових досліджень розроблено паро-струминний реактор (ПК кавітаційний пристрій) для очищення дифузійного соку з його одночасним кавітаційним та хімічним обробленням (рис.13), на який отримано рішення про видачу патенту України на винахід. Як хімічний реагент може застосовуватись також водно-вапняна суспензія. Викорис-тання в конструкції реактора конфузора і дифузора забез-печує, зокрема більш ефек-тивну дію інерції рідини на вплив кавітаційних ефектів під час оброблення дифузійного соку. Такий прист-рій впровад-же-но на Слуцько-му цукро-рафі-над-ному заводі (респуб-ліка Бєла-русь).

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Основні положення дисертації викладено в таких працях:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

Крім того, отримано рішення про видачу патенту України на винахід, заявка № 98115928 від 09.11.98 р.

Матиящук А.М. Інтенсифікація процесів очищення дифузійного соку із застосуванням кавітації. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 – процеси та апарати харчових виробництв. – Український державний університет харчових технологій, Київ, 2000.

Дисертація присвячена використанню кавітаційних ефектів для інтенсифікації процесів очищення дифузійного соку на основі доповнення теоретичних уявлень та проведення експериментальних досліджень в лабораторних та промислових умовах. Запропоновано математичні моделі створення поля кавітаційних бульбашок під час гідродинамічної кавітації та динаміки парової бульбашки в потоці недогрітої рідини. Науково обгрунтовано використання кавітаційних ефектів під час вдування водяної пари в потік дифузійного соку для інтенсифікації процесів його очищення. Встановлено аналогічність впливу ефектів гідродинамічної та пароконденсаційної кавітації на технологічні характеристики соків цукрового виробництва. Розроблено способи очищення дифузійного соку, що базуються на його одночасному кавітаційному і хімічному обробленні та пароконденсаційній кавітаційній активації водно-вапняної суспензії. Розроблено способи очищення дифузійного соку, що базуються на його одночасному кавітаційному і хімічному обробленні та пароконденсаційній кавітаційній активації водно-вапняної суспензії. Запропоновано конструкцію відстійника для розділення суспензії на стадії очищення дифузійного соку. Наведено дані про ефективність розробок та їх впровадження в цукрову промисловість.

Ключові слова: кавітація, очищення, пара, процес, ефект, дифузійний сік.

Матиящук А.Н. Интенсификация процессов очистки диффузионного сока сахарного производства с применением кавитации. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 – процессы и аппараты пищевых производств, Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 2000.

Диссертация посвящена использованию эффектов кавитации для интенси-фикации процессов очистки диффузионного сока на основании дополнения теоре-тических представлений и проведения экспериментальных исследований в лабора--торных и промышленных условиях.

Предложена математическая модель образова-ния поля кавитационных пузырьков на основании гипотезы, соглас-но которой энергия волн, образу-ющихся на поверхности каверны, превращается в работу образования пузырь-ков. Источником пузырьков является слой парогазовой смеси, образующийся на поверхности каверны. Для изучения влияния кавитационных эффектов, наблюдаемых при вдувании водяного пара в поток недогретой жидкости, предложена математическая модель динамики парового пузырька. На основании этой модели установлено, что для паровых пузырьков радиусом до 1 мм наблюдается увеличение амплитуды и частоты колебания их поверхности до конца времени их существования. Это свидетельствует о том, что именно эти пузырьки способны выделять максимальную энергию при их коллапсе.

Установлено, что при гидродинамической кавитационной обработке диффузионного сока происходит снижение в нем содержания сухих веществ за счет дегидратации веществ коллоидной дисперсности. Предложена схема модели взаимодействия частиц веществ коллоидной дисперсности диффузионного сока и кавитационных пузырьков, которая дает возможность раскрыть один из механизмов коагуляции под действием кавитационных еффектов. Определено, что эффективный режим обработки диффузионного сока наблюдается при стадии кавитации в пределах 2…2,5 и коэффициенте стеснения потока 0,8. Установлено, что использование гидродинамической кавитационной обработки диффузионного сока интенсифицирует процесс коагуляции веществ коллоидной дисперсности сока на предварительной дефекации, адсорбции несахаров на первой и второй сатурации. Об этом свидетельствует повышение чистоты очищенного сока второй сатурации на 0,7 %, улучшение седиментационно-фильтрационных свойств соков предварительной дефекации и первой сатурации.

Научно обосновано использование кавитационных эффектов при вдувании пара в поток диффузионного сока с целью интенсификации процессов его очист-ки. Изучено влияние этих эффектов на седиментационно-фильтрационные свойства сока предварительной дефекации. Проведено микрофотографирование проб осадка сока предварительной дефекации. Установлено, что пароконденсационная кавитационная обработка дифузионного сока интенсифицирует процессы коагуляции, отстаивания и фильтрования на последующих стадиях его очистки. Определена аналогичность влияния эффектов гидродинамической и парокон-денса-ционной кавитации на технологические свойства соков свеклосахарного производства.

Установлено, что при пароконденсационной кавитационной обработке водо-известковой суспензии увеличивается ее реакционная способность на 8...10 % при расходе пара 2 % к массе суспензии. Это позволяет уменьшить расход известкового