Оцінка тепломасообмінного обладнання шляхом імітаційного моделювання

Abstract

Основним теплообмінним процесом запропонованого способу виробництва концентрованих продуктів з овочевої сировини є уварювання соку у вакуумвипарному апараті періодичної дії з удосконаленою конструкцією парової мішалки та сушіння відокремлених вичавків у вакуумній вібраційній сушарці. Мішалка являє собою спіральну металеву трубчасту конструкцію з можливістю підведення в її орожнину пари. У результаті проведених експериментів досліджено залежність коефіцієнта тепловіддачі від числа обертів розробленої мішалки, аналіз якої дав змогу визначити ефективність використання нової конструкції перемішувального пристрою. Шкребки розташовані на спіралі таким чином, що вони блокують один одного під час руху. При обертанні змішувача шкребки переміщуються, утворюючи гвинтову поверхню, що запобігає прилипанню виробу, усуває застійні зони, в результаті чого забезпечується температурне вирівнювання та рівномірний перебіг процесу. У результаті експериментів досліджено залежність коефіцієнта тепловіддачі від кількості обертів розробленого змішувача, що дало змогу визначити ефективність використання нової конструкції змішувача. Це стало практичним підґрунтям системно-динамічного моделювання зміни температурного поля під час уварювання овочевого соку. Результати імітаційного моделювання отримано з використанням програмного комплексу системного аналізу Vensim. Тривалість реального виходу на стаціонарний режим нагрівання контролювалася експериментально за умови використання вакуумвипарного апарата. Розроблено імітаційну модель процесу сушіння, яка показала, що продуктивність вібровакуумного сушіння вища, ніж вібросушіння у 1,67 раза, тобто на 67%, тож застосування вакуумування під час сушіння є доцільним. Результати фізичного та імітаційного моделювання доводять перспективність використання засобів системного аналізу для досліждення тепломасообмінних процесів. The main heat exchange process of the proposed method for the production of concentrated products from vegetable raw materials is boiling in a vacuum evaporator of periodic action with an improved design of the steam mixer. The mixer is a spiral metal tubular with the ability to pile into its cavity. The dependence of a heat transfer coefficient on the number of turns of the mixer, during the production of separate concentrates from vegetable raw materials has been determined. The efficiency of using device with a simple and reliable construction for mixing and heating viscous food products has been proved. It helps also to reduce the length of the product processing and improve quality of the finished product due to better mixing and intensification of heat transfer process by using spiral metal tubular designs for the supply of coolant, which contributes to the increase of the contact area of the product with heating elements. The scrapers are located on the helix in such a way that they block each other while driving. When rotating the mixer, the scrapers move near the surface of heat exchange wall of the apparatus, forming a screw surface, which facilitates the turbulization of the wall laminar layer of the product, which it prevents from sticking, eliminates stagnant zones, resulting in temperature equalization and uniform flow of the process. As a result of the experiments, dependence of the heat transfer coefficient on the number of revolutions of the developed mixer was investigated, the analysis of which allowed to determine the efficiency of the use of a new design of the mixing device. This became a practical basis for systematic dynamic modeling of temperature field changes during the boiling of vegetable juice. The simulation results were obtained using Vensim system analysis software. Duration of the actual exit to the stationary mode of heating was controlled experimentally by means of the vacuum evaporator. A simulation model of the drying process was developed, which showed that the performance of vibration vacuum drying is higher than the vibration drying by 1.67 times, by 67%, the use of vacuum during drying is advisable. Comparison of the results of physical and simulation modeling proves the prospect of the crystallization of system analysis tools for the study of heat exchange processes.