Development of the design and determination of the mode characteristics of the demineralizer for sea water

The object of research is block low-temperature installations for obtaining fresh water. Investigated problem: obtaining fresh water from sea using low-temperature technologies. Main scientific results: the design is developed and the operating characteristics of the demineralizer for sea water are determined. The influence of the initial salt content of sea water on the ice formation rate is determined. With an increase in the salinity of 3.5 times, productivity on ice decreases 2.3 times. The kinetics of the salt content in the freezing solution depends on the initial concentration. With an initial salt content of 6.74 g/l, the process rate is 0.4 g/h, with a salt content of 1 g/l – 0.14 g/h With an initial salt content of 6.74 g/l, the process of separating wastewater from the ice block is more intensive. The salt content of the first portion of the effluent is 3.2 times higher than the initial concentration of the solution. A cryoscopic curve was obtained for seawater in the concentration range from 0 to 6.74 g/l. The area of practical use of the research results: studies of the quality of the obtained water showed that the content of nitrates decreases 5 times, the hardness decreases by 2 mg/dm³. The salt content is reduced from 858 mg/dm³ to 560 mg/dm³. Plants for the concentration of food liquids by the block freezing method are designed to produce environmentally friendly products that preserve the bioactive complex of raw materials as much as possible with minimal energy consumption. An innovative technological product: design and operating modes of a block freezing plant for seawater desalination. Scope of application of the innovative technological product: industrial enterprises, the technological process of which requires small volumes of fresh water; to obtain fresh water on oil platforms in the oceans; small hotels, boarding houses on the seaside

Розробка конструкції і визначення режимних характеристик зерносушарки на базі термосифонів

Energy consumption, environmental issues, product quality are actual problems related to grain drying processes. It is necessary to pay attention to designing new structures of energy-efficient grain dryers. A structure of an energy-efficient grain dryer based on thermosiphons has been designed; its energy consumption is 3.5...6.8 MJ/kg depending on surface temperature and air flow rate. The dryer includes a layer heater, a drying chamber, a heat generator, a heater, a noria for loading the product, and fans. The structural features of the dryer allow the drying process to be carried out without direct contact between the combustion gases and the product. The efficiency of the designed structure was evaluated for such indicators as heat transfer coefficients to the grain flow, specific energy costs, moisture content, the relative humidity of the air leaving the dryer. The values of coefficients of the heat transfer to the grain flow vary within 36...58 W/m2K at speeds 2.5...8 mm/s. An increase in the flow rate by 3.2 times leads to an increase in the heat transfer coefficient by 1.6 times. The moisture content of the air at the outlet of the dryer reaches 60 g/kg, while the relative humidity is 90 %, which is several times higher than the parameters for convective mine grain dryers. Energy consumption for drying at the surface temperature of thermosiphons Ts=142.9 °C for various grain flow rates is close to a minimum. The energy consumption is lower than in existing convective dryers. 21 % is spent on heating grain in the dryer; 54 % ‒ on moisture evaporation; and 23.6 % are losses. If we consider the energy spent on moisture evaporation usable, the efficiency of convective dryers is only 40 % while that of dryers based on thermosiphons is 54.1 %. It is expected that the designed structure could be a solution for small farmers in the post-harvest drying processЕнергоспоживання, екологія, якість продукту у процесах сушіння зернових – актуальні проблеми. Необхідно приділити увагу розробці нових конструкцій енергоефективних зерносушарок. Розроблено конструкцію енергоефективної зерносушарки на базі термосифонів, енерговитрати складають 3,5…6,8 МДж/кг залежно від температури поверхні та витрат повітря. Сушарка містить шаровий підігрівач, сушильну камеру, теплогенератор, калорифер, норію для завантаження продукту, вентилятори. Конструктивні особливості сушарки дозволяють проводити процес сушіння без безпосереднього контакту газів згоряння та продукту. Проведено оцінку ефективності розробленої конструкції за такими показниками як: коефіцієнти тепловіддачі до зернового потоку; питомі енерговитрати; вологовміст, відносна вологість повітря, що видаляється із сушарки. Значення коефіцієнтів тепловіддачі до зернового потоку змінюються в межах 36…58 Вт/м2×К при швидкостях 2,5…8 мм/с. Збільшення швидкості потоку в 3,2 рази призводить до збільшення коефіцієнта тепловіддачі у 1,6 рази. Вологовміст повітря на виході з сушарки сягає 60 г/кг, при цьому відносна вологість – 90 %, що в кілька разів вище за параметри для конвективних шахтних зерносушарок. Енерговитрати на сушіння при температурі поверхні термосифонів Tп=142,9 °С для різних витрат зерна наближаються до мінімуму. Енерговитрати нижче існуючих конвективних сушарок. На нагрівання зерна в сушарці витрачається 21 %, випаровування вологи 54 %, втрати 23,6 %. Якщо вважати корисною енергію, що витрачається на випаровування вологи, то ККД конвективних сушарок становить лише 40 %, сушарки з термосифонами – 54,1 %. Очікується, що розроблена конструкція стане рішенням для дрібних фермерів у процесі післязбирального сушінн

Розробка конструкції і визначення режимних характеристик блочних кріоконцентраторів для гранатового соку

The designs of cryoconcentrators of block type BV-2 and BL-20 have been developed. The influence of design and operating parameters on the kinetics of freezing of pomegranate juice was investigated. A decrease in the operating temperature of the refrigeration unit contributes to a more intensive growth of the ice block. When the temperature of the coolant decreases by 1.2 times, the productivity of the BV-2 unit increases by 27 %, and of the BL-20 unit by 12 %. For BL-20, an increase in the initial concentration by 3 times leads to a decrease in productivity by 2.5...1.5 times. The influence of the temperature of the coolant and the initial concentration of the juice on the rate of concentration change has been determined. At low initial concentrations of solutions (10...15 %), a sharp increase in concentration is observed at the final stage of freezing. The dry matter content of the juice is increased by 16 % at high concentrations, only 4 %. The kinetics of the ice block separation process has been studied. At the first stage (duration 10...15 minutes), the concentration of effluents is 2...3 % higher than the concentration of the solution. On the second, increases by 6...10 %. In the third stage, there is a monotonous decrease in effluent concentration (2.5 % / hour). The results of experimental modeling are generalized. The obtained equation in similarity numbers allows calculating the mass transfer coefficients with an error of no more than 20 %. The developed designs of the BL-20 and BV-2 cryoconcentrators are semi-industrial units. With block cryoconcentration, a concentration of pomegranate juice of 47° Brix was achieved, which is higher than in traditional devices. The results obtained can be applied for further development and creation of industrial plants with optimal improved product parameters.Разработаны конструкции криоконцентраторов блочного типа БВ-2 и БЛ-20. Исследовано влияние конструктивных и режимных параметров на кинетику вымораживания гранатового сока. Снижение температурного режима работы холодильной установки способствует более интенсивному росту блока льда. При понижении температуры хладоносителя в 1,2 раза производительность установки БВ-2 увеличивается на 27 %, установки БЛ-20 - на 12 %. Для БЛ-20, повышение начальной концентрации в 3 раза приводит к снижению производительности в 2,5...1,5 раза. Определено влияние температуры хладоносителя и начальной концентрации сока на скорость изменения концентрации. При низких начальных концентрациях растворов (10...15 %) наблюдается резкое повышение концентрации на заключительном этапе вымораживания. Содержание сухих веществ сока повышается на 16 %. При высоких концентрациях - только на 4 %. Изучена кинетика процесса сепарирования блока льда. На первом этапе (продолжительность 10...15 мин) концентрация стоков на 2...3 % выше, чем концентрация раствора. На втором - повышается на 6...10 %. В третьем этапе наблюдается монотонное снижение концентрации стоков (2,5 %/час). Проведено обобщение результатов экспериментального моделирования. Полученное уравнение в числах подобия позволяет рассчитать коэффициенты массоотдачи с погрешностью не более 20 %. Разработанные конструкции криоконцентраторов БЛ-20 и БВ-2 являются полупромышленными установками. При блочном криоконцентрировании достигнута концентрация гранатового сока 47° Brix, что выше, чем в традиционных аппаратах. Полученные результаты можно будет применить для дальнейшей разработки и создания промышленных установок с оптимальными улучшенными параметрами продуктаРозроблено конструкції кріоконцентраторів блочного типу БВ-2 і БЛ-20. Досліджено вплив конструктивних і режимних параметрів на кінетику виморожування гранатового соку. Зниження температурного режиму роботи холодильної установки сприяє більш інтенсивному росту блоку льоду. При зниженні температури холодоносія в 1,2 рази продуктивність установки БВ-2 збільшується на 27 %, установки БЛ-20 - на 12 %. Для БЛ-20, підвищення початкової концентрації в 3 рази призводить до зниження продуктивності в 2,5...1,5 рази. Визначено вплив температури холодоносія і початкової концентрації соку на швидкість зміни концентрації. При низьких початкових концентраціях розчинів (10...15 %) спостерігається різке підвищення концентрації на заключному етапі виморожування. Вміст сухих речовин соку підвищується на 16 %. При високих концентраціях - тільки на 4 %. Вивчено кінетику процесу сепарування блоку льоду. На першому етапі (тривалість 10…15 хв) концентрація стоків на 2...3 % вище, ніж концентрація розчину. На другому - підвищується на 6...10 %. У третьому етапі спостерігається монотонне зниження концентрації стоків (2,5 %/год). Проведено узагальнення результатів експериментального моделювання. Отримане рівняння в числах подібності дозволяє розрахувати коефіцієнти масовіддачі з похибкою не більше 20 %. Розроблені конструкції кріоконцентраторів БЛ-20 і БВ-2 є напівпромисловими установками. При блочному кріоконцентруванні досягнуто концентрацію гранатового соку 47°Brix, що вище, ніж в традиційних апаратах. Отримані результати можливо буде застосувати для подальшої розробки та створення промислових установок з оптимальними поліпшеними параметрами продукт

Development of the Design and Determination of Mode Characteristics of Block Cryoconcentrators for Pomegranate Juice

The designs of cryoconcentrators of block type BV-2 and BL-20 have been developed. The influence of design and operating parameters on the kinetics of freezing of pomegranate juice was investigated. A decrease in the operating temperature of the refrigeration unit contributes to a more intensive growth of the ice block. When the temperature of the coolant decreases by 1.2 times, the productivity of the BV-2 unit increases by 27 %, and of the BL-20 unit by 12 %. For BL-20, an increase in the initial concentration by 3 times leads to a decrease in productivity by 2.5...1.5 times. The influence of the temperature of the coolant and the initial concentration of the juice on the rate of concentration change has been determined. At low initial concentrations of solutions (10...15 %), a sharp increase in concentration is observed at the final stage of freezing. The dry matter content of the juice is increased by 16 % at high concentrations, only 4 %. The kinetics of the ice block separation process has been studied. At the first stage (duration 10...15 minutes), the concentration of effluents is 2...3 % higher than the concentration of the solution. On the second, increases by 6...10 %. In the third stage, there is a monotonous decrease in effluent concentration (2.5 % / hour). The results of experimental modeling are generalized. The obtained equation in similarity numbers allows calculating the mass transfer coefficients with an error of no more than 20 %. The developed designs of the BL-20 and BV-2 cryoconcentrators are semi-industrial units. With block cryoconcentration, a concentration of pomegranate juice of 47° Brix was achieved, which is higher than in traditional devices. The results obtained can be applied for further development and creation of industrial plants with optimal improved product parameters