Главная
Турбодетандеры  Турбодетандеры. Для промышленного получения пересыщенного воздуха методом адиабатного расширения могут быть использованы различные расширительные машины — детандеры, являющиеся основным элементом воздушных и газовых холодильных машин. Они имеют ограниченное применение в узкоспециализированных установках, главным образом при температурах ниже −70…-80°С из-за меньшей (по сравнению с парокомпрессионными машинами) энергетической эффективности. В настоящей работе не ставится задача использования адиабатных расширителей для получения холода. Источником холода для камер хранения остаются парокомпрессионные холодильные машины, а расширительная машина служит лишь для перевода влажного расширяющегося воздуха в пересыщенное МС-состояние. В расширительной машине (поршневом детандере, турбодетандере и различных видах пневмодвигателей) охлаждение происходит в основном в результате отдачи внешней работы. Расширение воздуха в детандерах характеризуется сравнительно небольшими необратимыми потерями энергии и наиболее близко к адиабатному (КПД до 0,85). Из теории туманообразования известно, что при достижении состояния насыщения в объеме потока конденсации водяных паров еще не происходит, так как насыщение — это устойчивое равновесное состояние. Пары начинают конденсироваться тогда, когда воздух пересыщен. В этом случае давление насыщения водяных паров меньше фактического, а относительная влажность больше 1. Такое состояние паров обычно неустойчиво (метастабильное состояние) и стремится к устойчивому за счет конденсации, избыточной для данной температуры влаги.
Из физики конденсации паров известно также, что для осуществления этого процесса в объеме необходимо не просто пересыщение, а некоторое критическое пересыщение, раньше которого фазовый переход не происходит. На твердых поверхностях и центрах конденсации влага конденсируется при весьма незначительном пересыщении. Работами Вильсона, Фольмера, А.Г. Амелина и других установлено, что критическое пересыщение водяных паров зависит от температуры, от присутствия в объеме центров конденсации — пылинок и газовых ионов, от числа Re (при движении газа), и от характера процесса охлаждения. Совокупное влияние всех этих факторов не поддается теоретическому вычислению и поэтому величина критического пересыщения в каждом случае определяется экспериментально.
|
|
Механический метод получения пересыщенного воздуха
|
Механический метод получения пересыщенного воздуха  Механический метод получения пересыщенного воздуха. Предлагаемый метод основан на способности мельчайших капель воды к длительному существованию при низких отрицательных температурах до −40-70°С. Применяемые до настоящего времени методы увлажнения холодильных камер водой, распиливаемой механическими и пневматическими форсунками, не обеспечивают получения капель нужного размера, а система увлажнения несовершенна. С учетом этого были проанализированы современные способы диспергирования воды, из которых был предпочтен ультразвуковой. По литературным источникам, ультразвуковые распылители обеспечивают весьма тонкое распыление воды на фракции размером до 2 мкм, не замерзающие при температуре ниже −30°С. При этом получение капель не связано с высоким давлением воды или сжатого воздуха или с разогревом системы после ее остановки. Способность воды оставаться в жидком состоянии, не кристаллизуясь, зависит от целого ряда факторов, в том числе и от таких, которые не поддаются точной оценке, как, например, загрязненность воды солями и наличие механических ядер кристаллизации. Многочисленные эксперименты показывают, что вначале при относительно небольших отрицательных температурах (-10…-15°С) капли устойчиво сохраняются в жидком виде и не замерзают. Затем начинают замерзать наиболее крупные капли, но кристаллизация идет не интенсивно, и большинство капель остаются незамерзшими. Так, при температурах выше −36С была отмечена, кристаллизация только 20% достаточно крупных капель диаметром 20…50 мкм.
Давление паров над каплей вследствие ее шарообразной формы, как это было показано ранее, выше давления паров в окружающей среде, даже насыщенной, поэтому наличие в пересыщенном воздухе капель влаги является своеобразным аккумулятором, поддерживающим состояние пересыщения путем собственного испарения. Однако для обеспечения длительного течения этого процесса, необходимо стремиться поддерживать в камере такие условия, чтобы капли не замерзали, т.е. необходимо стремиться к тому, чтобы капли были как можно меньше. При существующих методах и способах контроля определить температуру капли в воздушном потоке непосредственными измерениями не представляется возможным. Поэтому ее находят расчетным путем в зависимости от известной температуры образующейся капли. Распыление воды на наконечнике магнитостриктором в потоке холодного (до −30°С) воздуха обычно производят при относительно высокой (до 50°С) температуре воды. Попадая в поток, капля начинает охлаждаться, но, чтобы она достигла требуемой температуры, обычно равной или близкой температуре воздуха, необходимо некоторое время. Охлаждение капли в потоке происходит, с одной стороны, в результате конвективной теплоотдачи в поток, а с другой стороны, испарения воды. Это продолжается до тех пор, пока температура капли не станет несколько меньше температуры окружающего воздуха и тогда конвективная теплоотдача будет идти от потока воздуха к капле и уравновесит потери теплоты от испарения.
|
|
Камера Вильсона  Камера Вильсона широко используется в самых разнообразных исследованиях и до последнего времени является основным прибором, применяемым в лабораторной практике для создания пересыщенного пара. Расширение газа осуществляется в камере Вильсона в течение очень короткого промежутка времени (0,01…0,001с). За это время теплообмен между газом и стенками камеры происходит в незначительной степени, поэтому такой процесс приближенно можно считать адиабатным. Камера заполнена воздухом (или каким-либо инертным газом), тщательно очищенным от взвешенных частиц и газовых ионов и насыщенным паром воды (или другой жидкости). При быстром опускании поршня объем парогазовой смеси увеличивается, давление падает. В зависимости от расстояния, на которое опускается поршень, создается определенное расширение и возникает соответствующее этому расширению пересыщение пара. Появление тумана наблюдается визуально или фиксируется фотоаппаратом в параллельных лучах проходящего света или же с помощью специальных приборов, отмечающих уменьшение прозрачности парогазовой смеси. Как уже отмечалось, процесс расширения в камере Вильсона не является строго адиабатным, так как стенки сосуда сохраняют более высокую температуру, чем парогазовая смесь после расширения. Степень отклонения зависит от размеров и формы камеры, а также от природы парогазовой смеси. По окончании расширения пересыщение снижается вследствие теплообмена смеси со стенками камеры, а также благодаря конденсации пара и выделению теплоты (в том случае, если образуется туман).
|
|
Свойства пересыщенного воздуха
|
Свойства пересыщенного воздуха  Существующие методы расчета усушки мяса базируются на известной формуле Дальтона, при этом воздух в камере рассматривается как транспортная среда для переноса влаги продукта к поверхности охлаждения. Анализ методики показывает, что ее применение ограничено рамками 100%-ной влажности. Она не может быть использована для описания процессов в пересыщенном воздухе по следующим причинам: формула Дальтона является приближенной, так как парциальное давление пара не может быть принято в качестве потенциала переноса влаги в неизотермических условиях; формула Дальтона справедлива только для стационарного процесса испарения жидкости со свободной поверхности. Это уравнение затруднительно использовать в области отрицательных температур, поскольку определение парциального давления пара при низких отрицательных температурах связано с недопустимо высокой погрешностью. По уравнению нельзя рассчитать интенсивность массообмена при конденсации пара, так как способ определения коэффициента определяет только процесс испарения жидкости с плоской поверхности. Поэтому теория усушки, основанная на формуле Дальтона, не может объяснить наличие ее при 100%-ной влажности в упаковке. Последнее объясняется недоучетом роли радиационной теплоты, воспринимаемой штабелями мяса от наружных ограждений конструкций камер и передаваемой к ним на поверхности охлаждения. Пересыщенный воздух образуется при адиабатном расширении влажного воздуха в расширителях при отводе внешней работы. Общее давление паровоздушной смеси падает быстрее парциального и при одной и той же температуре на изотерме Ван-дер-Ваальса пар может иметь давление выше давления насыщенных паров при той же температуре, т.е. быть переохлажденным. В этом случае степень насыщения воздуха паром будет больше единицы.
|
|
Анализ мероприятий по снижению усушки
|
Анализ мероприятий по снижению усушки неупакованного замороженного мяса при хранении  Обобщая опыт применения рассмотренных приемов увлажнения воздуха в камерах, можно сделать один общий вывод: повышение влажности в объеме камеры недостаточно снижает усушку, но в то же время вызывает более интенсивное образование инея на охлаждающих аппаратах. Это объясняется тем, что движущей силой массообменных процессов в камере холодильника является с одной стороны разность парциальных давлений водяного пара у поверхности продукта и в окружающем воздухе, а с другой стороны разность парциальных давлений влаги в воздухе и охлаждающих поверхностей аппаратов. В системе, включающей искусственные наледи в виде ледяных экранов, функции продукта частично берет на себя масса намороженного льда. При отсутствии искусственного льда направление потока массы в камере изображается так, как показано на схеме потоков, при наличии дополнительного ледяного включения — так. В первом случае влага продукта непосредственно выпадает на охлаждающем аппарате. Однако ни в первом, ни во втором случаях не могут быть созданы условия, чтобы парциальное давление паров в воздухе было бы равно или больше парциального давления паров у поверхности продукта. Поэтому во всех работах, посвященных проблеме хранения, усушка продукта рассматривается как вредное, но неизбежное явление. Вопрос состоит только в том, в какой из систем можно сделать усушку минимальной. Проведенные нами теоретические и экспериментальные исследования показали, что усушку мороженого мяса в процессе хранения можно значительно сократить, если сделать продукт нейтральным телом в системе тепло- и массообмена камеры. Последнее может быть достигнуто введением в холодильный объем воздушной среды с парциальным давлением паров, превышающим давление насыщенных паров при той же температуре в камере. При малом диаметре образующихся капель (около 0,5 мкм) значительны силы поверхностного натяжения в капле воды, а парциальное давление пара в пограничном слое (у парообразной поверхности капли) выше давления над плоской поверхностью. Это способствует сохранению состояния пересыщения в процессе расширения и замедляет рост капель за счет дополнительной конденсации, а силы поверхностного натяжения удерживают каплю в жидком виде при отрицательных температурах (двухфазная система). При коагуляции капель в более крупные, часть их замерзает, образуя трехфазную систему.
Отличительная особенность воздуха МС-состояния заключается в том, что выделение влаги из него может происходить как в процессе подогрева (у более теплой поверхности), так и в процессе охлаждения. У воздуха стабильного состояния конденсация пара происходит только на более холодной поверхности. Принято считать, что количество влаги, теряемой мясными продуктами, подчиняется закономерностям испарения воды с открытой поверхности. При обычных методах увлажнения (подачей пара и капельной воды) процесс подмешивания пара в i,d-диаграмме идет, примерно, по изотерме, а распыление воды — примерно, по адиабате. В первом случае получаем некоторое повышение, а во втором — некоторое понижение температуры воздуха. Следует, что уменьшить усушку мяса добавлением пара в воздух можно только в том случае, если в помещении будет поддерживаться влажность воздуха, более высокая, чем равновесная влажность в помещении, так как количество подаваемой влаги для удержания заданной влажности.
|
|
| | << В начало < Предыдущая 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 Следующая > В конец >>
| | Всего 1639 - 1647 из 2437 |
|