2.2.2. Теплоотдача в перемешивающих устройствах при получении эмульсий

Теплоотдача в аппаратах с механическим перемешиванием наиболее подробно рассмотрена в работах [29, 37]. Отмечается большой разброс имеющихся экспериментальных данных, при этом считается нормальным, если результаты, полученные разными авторами, различаются между собой в два раза.

Теплоотдача определяется с помощью известного уравнения [29]

Nu = D/ = 0,283КRePr^0,25 (D/d)^0,25 (D/H)^0,25 (/_ст)^0,14, (2.7)

где Nu – критерий Нуссельта;  – коэффициент теплоотдачи;  – коэффициент теплопроводности; К_n – критерий мощности; Re_ц – критерий Рейнольдса (центробежный); Pr – критерий Прандтля;  – вязкость среды; _ст – вязкость среды у стенки теплообменника.

Уравнение (2.7) получено на основе предположения о том, что диссипация энергии вблизи теплообменной поверхности близка к средней по аппарату величине _о, которое определяется по формуле (2.3). Это уравнение применимо для случаев теплообмена в аппаратах с гладкими приварными рубашками при наличии или отсутствии отражательных перегородок. Тип мешалки и ее размеры при одинаковых удельных затратах энергии не влияют на коэффициент теплоотдачи.

Вопросы теплоотдачи от перемешиваемой среды в аппаратах с мешалками относятся к наиболее изученным. В литературе приводится большое число эмпирических и полуэмпирических выражений [29, 37] для различных типов мешалок. При этом для количественной оценки интенсивности теплообмена предложена следующая преобразованная из уравнения (2.7) зависимость:

 = 0,267  с (_о)^0,25/Рr^0,75, (2.8)

где с – удельная теплоемкость среды;  – кинематическая вязкость среды.

Уравнение (2.8) получено для теплообменной емкости, у которой высота заполнения равна диаметру цилиндрической части емкости. Этот вывод согласуется с экспериментальными данными по теплообмену в аппаратах различных типов и масштабов.

Процесс теплообмена жиросодержащих маргариновых эмульсий определяется режимными параметрами процесса и геометрическими характеристиками оборудования для обработки продукта при перемешивании мешалками различных типов в смесительных емкостях различной вместимости (с отражательными перегородками и без них) в условиях поддержания температуры в интервале 38–43 С для образования устойчивой дисперсной системы.

Анализ теплообмена при перемешивании жидких сред в процессе получения эмульсий показывает, что выполненные работы затрагивают вопросы, касающиеся исследований теплофизических свойств перемешиваемых фаз, а также собственно конструкций аппаратов и перемешивающих устройств [29, 37].

Согласно технологическим регламентам и другим источникам [31, 32], на отечественных линиях А1-МЛМ и А1-ЖЛУ, линиях фирм «A. Johnson & Co Ltd» и «TMCI Chemtech Ltd» (Англия) процесс подготовки и получения жиросодержащих эмульсий происходит в смесителях объемом от 1100 до 3000 л с гладкой приварной рубашкой для поддержания температуры перемешиваемой эмульсии в диапазоне 38–43 С.

Вопрос о значении числа Прандтля Pr в уравнении теплообмена является предметом подробного рассмотрения.

На рис. 2.4 показан графически анализ результатов определения значений числа Прандтля по известным значениям теплофизических характеристик маргариновых эмульсий в температурном диапазоне процессов перемешивания [38]. Расчетные линии 1–4 на графике свидетельствуют о линейном характере температурной зависимости числа Pr: незначительное уменьшение его значения при повышении температуры в процессе перемешивания.

Диапазон изменения значений Pr для маргариновых эмульсий при температурах 38–42 ^оС – от 720 до 1070. Характерным является увеличение значений числа Pr с увеличением жирности эмульсионной системы.

Анализ результатов определения зависимости значений числа Пранд-тля от жирности эмульсий различных жировых рецептур при температуре около 40 ^оС показан на рис. 2.5.

Полученный на графике (см. рис. 2.5) диапазон изменения числа Pr от жирности маргариновых эмульсий находится в пределах от 700 до 1000. График показывает характерное расширение диапазона и монотонное увеличение значений Pr при увеличении жирности продукции.

Данные расчета значений числа Прандтля были использованы для анализа теплообмена в процессах перемешивания и получения жиросодержащих эмульсий.

На рис. 2.6 изображен график зависимости коэффициента тепло-отдачи для жиросодержащих эмульсий 60–80 %-й жирности по результатам исследования характеристик плотности, вязкости и теплоемкости эмульсий для температурного диапазона 37–44 ^оС, рассмотренным в данном пособии и ранее опубликованных материалах [8, 38, 39].

Pr 1100
1000
900
800
700
600
	38		39		40		41		42		t, оС

Рис. 2.4. График зависимости числа Прандтля от температуры перемешивания жиросодержащих эмульсий: