Дослідження процесу розігріву рідких харчових середовищ в харчоварильному котлі
Автор: Пасічник Сергій Іванович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Обладнання переробних і харчових виробництв
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Виробництво напівфабрикатів та готової продукції є сукупністю різних технологічних процесів: механічних, гідромеханічних, теплових і фізико-хімічних, за допомогою яких сировина перетворюється на кінцевий продукт. Однією з основних операцій такого процесу є теплова обробка продуктів, різновидом якої є варіння. Теплообмінні апарати з сорочкою є одним з найбільш поширених типів теплового і технологічного обладнання, що використовується в різних галузях промисловості. Вони знайшли широке застосування у тепловому обладнанні підприємств громадського харчування, у технологічному обладнанні харчових виробництв, у фармацевтичній та хімічній промисловості. Наявні моделі для розрахунку режиму розігріву котлів базуються на закономірностях стаціонарного режиму, що суперечить суті процесу розігріву. Конструювання апаратів за такими моделями призводить до підвищеної тривалості процесу нагрівання, зниження продуктивності варильних котлів, а в деяких випадках до неможливості довести продукт до кипіння. Тому дослідження процесу розігріву харчових котлів, обладнання та вдосконалення їх конструкцій є головним завданням, вирішенню якої і присвячена запропонована робота. Об’єкт дослідження – робочий процес розігріву рідких харчових середовищ у харчових котлах і його конструкційні параметри. Предмет дослідження – закономірності впливу конструкційно-технологічних параметрів і режимів на якість роботи харчових котлів. Мета роботи. Удосконалення конструкцій харчових котлів на базі моделювання процесу розігріву рідких харчових середовищ. У першому розділі проведено огляд і аналіз конструкцій теплообмінних апаратів з сорочкою. Проаналізовано їх схеми та виявлено основні недоліки їх роботи. В результаті проведеного аналізу конструкцій та досліджень теплообмінних апаратів встановлено, що один із основних напрямків підвищення їх ефективності є удосконалення конструкції харчоварильного котла. З проведеного огляду і аналізу літературних джерел випливає, що дослідження процесу розігріву харчових котлів з продуктом, особливо експериментальні, практично не проводилися, а запропоновані методи розрахунку не відповідають дійсному режиму їх роботи, що гальмує вдосконалення обладнання. Зокрема, не враховується вплив процесу продувки сорочкового простору, зміну температур технологічних середовищ. Цей процес має вирішальний вплив на кінетику перенесення теплоти через стінку варильної ємності, а величина залишкової концентрації газу, що не конденсує в сорочці є визначальною при встановленні режимних параметрів (температури, тиску середовищ) в кінцевий період розігріву. Для реалізації поставленої мети магістерської роботи поставлені задачі. У другому розділі обґрунтована конструкція харчоварильного котла та запропонована електрична схема продувки котла з ємнісним давачем. Обґрунтований вибір площі теплопередавальної поверхні варильної посудини дозволяє зменшити металоємність внаслідок розрахункового зменшення об’єму пароводяної сорочки, скоротити час розігріву харчового котла, зменшити теплові втрати у довкілля. Проведені аналітичні дослідження харчоварильного котла і отримана математична модель процесу розігріву харчових котлів для визначення тривалості процесу розігріву продукту, оцінки теплових витрат, обґрунтування режимних параметрів роботи апарату (температура, тиск у сорочці апарату). У третьому розділі приведено методику і результати експериментальних досліджень процесу розігріву рідких середовищ в харчоварильному котлі. В результаті проведення експериментальних досліджень з розігріву рідких харчових середовищ з різними фізико-хімічними властивостями в котлах різної ємності та теплової потужності були отримані залежності основних температурних і теплофізичних параметрів апарату від часу протікання процесу розігріву, які показали вплив фізико-хімічних параметрів продукту і характер зміни коефіцієнта тепловіддачі від внутрішньої стінки варильної ємності. Експериментальні дослідження режиму розігріву харчо варильного котла дозволили спів ставити існуючі моделі для розрахунку процесу розігріву з реальним характером процесу передачі кількості тепла. Запропонованою математичну модель процесу розігріву для знаходження оптимальної тепло передавальної поверхні харчових котлів, що дозволяє визначати оптимальну площу тепло передавальної поверхні харчових апаратів із сорочкою, що працюють у режимі розігріву. У четвертому розділі наведено приклад розрахунку основних конструктивних розмірів апарату та удосконалена його конструкція. У п’ятому розділі проведена економічна оцінка проектного рішення. За розрахунками, термін розробки та впровадження проектного рішення ставитиме 80 днів, витри на розробку і впровадження - 39867,15 грн. Сума річних експлуатаційних витрат на проектне рішення дорівнюватиме 56227,5 грн./рік, денна ціна споживання для організації-розробника становитиме 229,33 грн., для організації-покупця 231,45 грн. Ключові слова: харчоварильний котел, рідке харчове середовище, теплова потужність, режим розігріву, температура, коефіцієнт теплопередачі.