Підвищення ефективності тепломасообміну удосконаленого роторного плівкового випарника для концентрування плодоягідних пюре

Abstract

An improved model of a rotary film evaporator with a cutting blade having a reflective surface and equipped with an autonomous heating system which is fed by a power supply from Peltier elements. The reflective surface of the advanced cutting blade had an area of 0.06 m2 and was heated by a flexible film resistive electric heater of radiating type with a ~15...20 W power supply. This solution provides additional heating and mixing and helps to capture the cut-off layer of puree while reducing the useful surface of the working chamber by 7 %.Most evaporators have a low heat transfer coefficient reducing the energy content of the process and final quality of the product. The heat exchange efficiency can be increased by improving the design of the film-forming element of the rotary film evaporator.The use of the proposed cutting blade with a reflective surface enables an increase in the heat transfer coefficient by approximately 20 % compared to the basic rectangular blade design. When comparing the calculated data, it can be concluded that the main indicator of resource efficiency, namely specific energy consumption for heating a unit volume of product in the RFE amounts to 408 kJ/kg compared to 1,019 kJ/kg with the basic vacuum evaporator which means a 1.97 times consumption reduction. The duration of heat treatment in the RFE is 60 s compared to 1 h in the basic VE which shows a significant reduction of raw material exposure to high temperatures. The obtained data show the effectiveness of engineering and technological solutions. The engineering and technological component of any heat and mass exchange processes, in particular the concentration of fruit-and-berry raw materials, is the main component in the production of semi-finished food products of a high degree of readinessУсовершенствована модель роторного пленочного испарителя со срезающей лопастью, обеспеченной отражающей поверхностью с автономной системой обогрева за счет преобразованной вторичной энергии элементами Пельтье. Площадь отражающей поверхности усовершенствованной срезающей лопасти составляет (0,06 м2), а ее обогрев осуществляется гибким пленочным резистивным электронагревателем излучающего типа с мощностью питания ~ 15...20 Вт. Это обеспечит дополнительный нагрев, перемешивание и улавливание срезаемых слоев пюре, уменьшая полезную поверхность рабочей камеры на 7 %.Большинство выпарных аппаратов имеют невысокий коэффициент теплообмена, снижая ресурсоэффективность процесса и конечное качество получаемой продукции. Повысить эффективность теплообмена возможно путем совершенствования конструкции пленкообразующего элемента роторного пленочного испарителя.Использование предложенной срезающей лопасти с отражающей поверхностью приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи примерно на 20 % по сравнению с базовой конструкцией прямоугольной лопасти. Сравнивая полученные расчетные данные, можно сделать вывод, что основной показатель ресурсоэффективности, а именно удельные затраты энергии на нагрев объема единицы продукта в РПИ, – 408 кДж/кг, по сравнению с базовым вакуум-выпарным аппаратом – 1019 кДж/кг, что характеризует уменьшение расходов усовершенствованного РПИ в 1,97 раза. При этом обеспечивается продолжительность термической обработки в: РПИ – 60 с, в базовом ВВА – 1 час, соответственно, что показывает существенное снижение температурного воздействия на сырье. Инженерно-технологическая составляющая любых теплообменных процессов, в частности концентрирования плодоягодной сырья, является основной при производстве пищевых полуфабрикатов высокой степени готовностиУдосконалена модель роторного плівкового випарника зі зрізуючою лопаттю забезпеченою відбивальною поверхнею з автономною системою обігрівання за рахунок енергії живлення елементів Пельтье. Площа відбивальної поверхні вдосконаленої зрізуючої лопаті складає (0,06 м2), а її обігрів здійснюється гнучким плівковим резистивним електронагрівачем випромінювального типу з потужністю живлення ~ 15...20 Вт. Це забезпечує додаткове нагрівання, перемішування та сприяє уловлюванню шару пюре, що зрізається, зменшуючи корисну поверхню робочої камери на 7 %.Більшість випарних апаратів мають невисокий коефіцієнт теплообміну, знижуючи енергоємність процесу та кінцеву якість отримуваної продукції. Підвищити ефективності теплообміну можливо шляхом вдосконалення конструкції плівкоутворюючого елементу роторного плівкового випарника.Використання запропонованої зрізуючої лопаті з відбивальною поверхнею призводить до збільшення коефіцієнта тепловіддачі приблизно на 20 % в порівнянні з базовою конструкцією прямокутної лопаті. Порівнюючи отримані розрахункові дані можна зробити висновок, що основний показник ресурсоефективності, а саме питомі витрати енергії на нагрівання об’єму одиниці продукту в РПВ, – 408 кДж/кг, в порівнянні з базовим вакуум-випарним апаратом – 1019 кДж/кг, що характеризує зменшення витрат в 1,97 рази. При цьому тривалість термічної обробки в РПВ – 60 с, а в базовому ВВА 1 год, що показує суттєве зниження температурного впливу на сировину. Отримані дані свідчать про ефективність конструктивно-технічних рішень. Інженерно-технологічна складова будь-яких тепломасообмінних процесів, зокрема концентрування плодоягідної сировини, є основною під час виробництва харчових напівфабрикатів високого ступеня готовност

    Similar works