Технология сушки. Основы тепло- и массопереноса (2900,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

УДК 664.021.3/4.64(035) ББК 36.81-5:41.47 В19 Рецензенты: С. Т. Антипов, доктор технических наук, профессор кафедры машин и аппаратов пищевых производств, проректор по научной и инновационной деятельности (Воронежский государственный университет инженерных технологий); И. А. Макеева, доктор технических наук, профессор Васильев В. Н. В19 Технология сушки. Основы тепло- и массопереноса : учебник для вузов / В. Н. Васильев, В. Е. Куцакова, С. В. Фролов. — СПб. : ГИОРД, 2013. — 224 с. : ил. ISBN 978-5-98879-175-1 В учебнике представлены основы теории и техники сушки пищевых продуктов. Даны главы, включающие гигростатику и формы связи влаги с материалом. Рассмотрены также статика, кинетика процесса сушки в виде аналитических решений, дифференциальных уравнений массопереноса, а также эмпирических уравнений, полученных с использованием методов теории и подобия. Приведены конкретные примеры расчетов процессов конвективной и кондуктивной сушки пищевых продуктов в агрегатах периодического и непрерывного действия. Дан расчет вспомогательного оборудования. Учебник предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров и магистров 260100 «Продукты питания из растительного сырья» и 260200 «Продукты питания животного происхождения». УДК 664.021.3/4.64(035) ББК 36.81-5:41.47 ISBN 978-5-98879-175-1 © ООО «Издательство „ГИОРД“», 2013

Стр.2

Оглавление Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Глава 1. Классификация методов обезвоживания, тепловой сушки и сушильных установок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1. Принципы и методы обезвоживания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2. Классификация методов тепловой сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3. Конвективная сушка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.4. Классификация конструкций сушильных установок . . . . . . . . . . . . 15 Глава 2. Влажный воздух как сушильный агент. Основы гигростатики . . . . . . . 23 2.1. Основные параметры влажного воздуха. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2. Температура мокрого термометра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.3. Определение влажности воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4. I-d-диаграмма влажного воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.5. Основные принципы построения I-d-диаграммы . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.6. Изменение состояния влажного воздуха в I-d-диаграмме и построение линий tм = const . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Глава 3. Влага в материале . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.1. Влажный материал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.2. Физико-химические характеристики воды. Классификация форм связи влаги в материалах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.3. Энергия связи влаги с материалом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.4. Увязка классификации форм связи влаги с изменением свойств влажных материалов при их обработке . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Глава 4. Взаимодействие влажного материала и воздуха до гигротермического равновесного состояния. Основы статики сушки. . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.1. Изотермы сорбции и десорбции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.2. Классификация влаги в материале в увязке с процессом ее удаления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5

Стр.3

Оглавление Глава 5. Материальный и тепловой баланс процесса сушки . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.1. Материальный баланс сушильных установок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.2. Тепловой баланс подогревателя воздуха. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.3. Тепловой баланс конвективной сушильной камеры . . . . . . . . . . . . . 51 5.4. Аналитический расчет процесса сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 5.5. Построение процесса в I-d-диаграмме и методика графоаналитического расчета расхода воздуха и тепла . . . . . . . . . . . 54 5.6. Методика аналитического расчета параметров воздуха в сушильной установке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.7. Варианты сушильного процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.7.1. Вариант с рециркуляцией отработавшего сушильного агента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.7.2. Вариант с промежуточным подогревом сушильного агента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 5.8. Определение энергетического коэффициента полезного действия сушильной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Глава 6. Кинетические закономерности процесса сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.1. Экспериментальные закономерности процесса сушки. . . . . . . . . . . 64 6.2. Кривые сушки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.3. Кривые скорости сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 6.4. Температурные кривые . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 6.5. О кинетике процесса сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 6.6. Аппроксимационные формулы для времени сушки . . . . . . . . . . . . . 74 6.7. Дифференциальное уравнение теплопереноса в процессах конвективной сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 6.8. Дифференциальное уравнение переноса влаги. . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 6.9. Период постоянной скорости сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6.10. Период убывающей скорости сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 6.11. Кинетика сушки квазиодномерного тела. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.12. Кинетика сушки хлеба. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.13. Сублимационная сушка плодов и ягод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.14. Усушка при холодильном хранении пищевых продуктов . . . . . . . . . 91 6.15. Усушка при охлаждении и замораживании пищевых продуктов. . . 93 6.16. Числа (критерий) подобия тепло- и массопереноса в процессах сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6

Стр.4

Оглавление 6.17. Кинетические закономерности процесса сушки дисперсных материалов в агрегатах непрерывного действия . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 6.18. Агрегаты с кипящим и фонтанирующим слоями . . . . . . . . . . . . . . . 103 6.19. Щелевой агрегат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.20. Барабанный агрегат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.21. Массообмен при сушке пленки продукта на поверхности инертной частицы. Продолжительность процесса. . . . . . . . . . . . . . 109 6.22. Удельное объемное заполнение агрегата продуктом. Коэффициенты массообмена. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 6.23. Сушка распылением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 6.24. Контактный способ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Глава 7. Время пребывания дисперсного материала в агрегатах непрерывного действия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 7.1. Труба-сушилка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 7.2. Горизонтальный барабанный агрегат со шнековой насадкой. . . . . 136 7.3. Агрегат со щелевым подводом теплоносителя . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Глава 8. Конструкции сушильных камер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 8.1. Камеры с кипящим слоем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 8.2. Распылительная сушилка для жидких и пастообразных материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 8.3. Распылительная сушилка А1-ОРЧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 8.4. Распылительная сушилка ЦТР-500 фирмы «Нема» . . . . . . . . . . . . . 161 8.5. Распылительная сушильная установка RS-1000 . . . . . . . . . . . . . . . . 163 8.6. Вращающиеся барабанные агрегаты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 8.7. Сублимационная сушилка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Глава 9. Методика инженерного расчета сушильных агрегатов для сушки сыпучих пищевых продуктов и белоксодержащих паст, суспензий, эмульсий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 9.1. Поисковая работа перед проектированием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 9.2. Потери напора в трубопроводах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 9.3. Охрана окружающей среды и способы очистки отработанного теплоносителя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 9.4. Общие вопросы гидродинамики омывания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 9.4.1. Скорости взвешивания и уноса частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 7

Стр.5

Оглавление 9.4.2. Порозность и высота кипящего слоя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 9.5. Потери напора при движении теплоносителя через агрегат при конвективной сушке дисперсных пищевых продуктов . . . . . . 192 9.6. Методика инженерного расчета вихревого сушильного аппарата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 9.7. Методика инженерного расчета барабанного агрегата для сушки семян подсолнечника. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Глава 10. Расчет вспомогательного оборудования сушильных установок . . . . . 201 10.1. Топка на природном газе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 10.2. Расчет основных параметров топочных газов, выходящих из топки и поступающих в барабанный агрегат . . . . . . . . . . . . . . . . 202 10.3. Паровые калориферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Приложение 1. Зависимость между давлением пара и его температурой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Приложение 2. Определение относительной влажности воздуха по аспирационному психрометру. Разность показаний сухого и влажного термометров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

Стр.6