книги из ГПНТБ / Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов

При гибкой регулировке режима процесса панельные излу­ чатели применять нецелесообразно.

Спектры излучения нихромовой спирали ТЭНа по форме ана­ логичны спектру абсолютно черного тела. При Т — 1270° К максимум излучения спирали приходится на 1,9 мкм, а при 1030° К — на 2,4 мкм [21]. Максимум излучения ТЭНа при нормальном напряжении приходится на 4,5 мкм (рис. 55).

Известны стеклянные пластинчатые темные излучатели [48]. Если на лист стекла нанести тонким слоем электропроводящий состав, то при пропускании через пленку электрического тока последняя нагревается и разогревает стекло. Для уменьшения тепловых потерь такой лист монтируют на теплоизоляционном основании, образуя панельный генератор ИК-лучей, температу­ ра которого определяется термостойкостью теплопроводящего слоя и самого стекла (рис. 56). Преимущество стеклянного из­ лучателя— высокая излучающая способность: если у окислен­ ного чугуна степень черноты 0,8, то у стекла она равна 0,9— 0,95. По данным фирмы «Рурех» использование таких излучате­ лей обеспечивает широкий диапазон регулирования мощности, ускорение процесса обработки, экономию площади, легкий мон­ таж и др.

ГАЗОВЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ

Перспективными являются керамические излу­ чатели с газовым обогревом. Они надежны в эксплуатации, мо­ гут работать от общих газовых сетей и, кроме того, долговечны

200

[29]. Для устойчивой работы горелки на природном метановом газе необходимое минимальное давление в сети составляет .всего 1 000 Па. Наружная керамическая поверхность горелки имеет температуру 1000—1200° К, при этом энергия газа на 50—55% переходит в инфракрасное излучение с длиной волны максималь­ ного излучения 2,7—2,9 мкм.

Керамическая газовая горелка конструктивно очень проста (рис. 57, а). Через форсунку газ поступает в инжектор, при

Рис. 57. Керамические излучатели:

этом за счет кинетической энергии потока подсасывается воздух. Подготовленная смесь со скоростью 0,1—0,14 м/с [26] поступает на распределитель давления, помещенный в корпус, а затем под керамическую насадку, где она и сгорает. Факел практиче­ ски отсутствует, поэтому такое сгорание называют беспламен­ ным.

Беспламенная горелка с керамической насадкой может быть и другой конструкции (рис. 57, б). Она состоит из форсунки, смесительной камеры и керамической насадки с отверстиями, причем насадка может быть любой герметической формы в за­ висимости от назначения.

Горелки устойчивы в работе. Так, при снижении расхода газа в 3 раза температура панели снижается всего до 770° К [25].

В настоящее время выпускают газовые инфракрасные горел­ ки нескольких типов. На рис. 58 показаны горелки типа ГИИ-3 и КГ-ЗМ.

201

* Излучатели типа «Фонарь» успешно применяются для сушки бочек.

Благодаря этому коэффициент инжекции горелки не меняется. Го­ релки становятся менее ветроустойчивыми с понижением температуры окружающей среды вследствие интенсивного охлаждения керамических плиток. В условиях низких температур окружающего воздуха рекомен­ дуется работать при температуре плиток свыше 900° С.

Технологические характеристики ветроустойчивых горелок инфра­ красного излучения ГИИВ и «Марс» представлены в табл. 55.

Ветер

Рис. 59. Ветроустойчивая горелка инфракрасного излу­ чения с саморегулированием перепада давления на го-

релочной насадке:

/ — рефлектор; 2 — керамический насадок; 3 — инжектор-смеси­ тель; 4 — кокрпус горелки; 5 — кожух.

Одна из разновидностей газовых инфракрасных излучате­ лей — трубчатые, в которых газ сгорает в газовых горелках, помещенных в трубах. Наиболее распространенные формы из­ лучающих труб приведены на рис. 60. Степень равномерности нагрева продуктов зависит от конструктивных особенностей из­ лучающего элемента и от качества смешивания газа и воздуха. В ряде случаев возможно многократное использование продук-

Рис. 60. Излучающие трубы:

а — прямая; б — U-образная; в — W-образная; г — кольцевая;

204

Т а б л и ц а 55

205

тов сгорания с высокой температурой. Температура поверхности излучающих труб — 850—1000° С. Тепловая напряженность из­ лучающей поверхности при сжигании 6 м3/ч природного газа для однокольцевой трубы — 23 400 Вт/м2, для двухкольцевой —

15 200 Вт/м3.

Основные технические характеристики трубчатых излучате­

но выделяется углекислый газ и пары воды, которые являются сильными поглотителями инфракрасного излучения. Продукты сгорания в керамических горелках содержат незначительное ко­ личество окиси углерода (0,01—0,025%), что вполне приемлемо в пищевом производстве.

излучения можно применять панели или радиаторы.

206

Одним из эффективных способов нагрева следует считать ис­ пользование кремнийорганических теплоносителей. Благодаря высокой температуре кипения они позволяют поддерживать зна­ чительные температурные перепады при нормальном давлении в трубопроводах [51]. При нагреве среды до 200° С в качестве рабочей среды может быть поликсилоксановая жидкость, при

Рис. 61. Установка для инфракрасного нагрева с кремнийорганическими теплоносителями:

повышении температуры до 250° С можно применять дитомилметан и т. д. Эти жидкости обладают достаточно высокой термиче­ ской стойкостью, что позволяет их использовать многократно. При использовании низкотемпературных источников инфракрас­ ного излучения максимум излучения сдвигается в область длин волн 5—7 мкм. Продукт обрабатывают комбинированным спосо­ бом, т. е. кроме инфракрасного нагрева, используют также кон­ вективное тепло.

Установка с кремнийорганическим теплоносителем (рис. 61) работает следующим образом: из расширительного бачка тепло­ носитель поступает в змеевик, подогреваемый газовой горелкой. По трубопроводу нагретый теплоноситель направляется в каме­ ру с калориферами, через которые вентилятором прогоняется поток воздуха, создающий конвективный теплообмен. На под­

207

ставке располагается сетка с продуктом, который подвергается тепловой обработке.

Другим способом создания длинноволнового инфракрасного излучения является покрытие коротковолнового излучателя спе­ циальным составом из аморфного углерода [52]. В этом случае источник излучает до 15% всей энергии в виде длинноволнового излучения в диапазоне 200—400 мкм, а 85 % — в диапазоне ко­ ротковолнового излучения. При использовании такого покрытия продолжительность термической обработки в ряде случаев сокра­ щается на 30—40%.

РАСЧЕТ УСТАНОВОК С ГАЗОВЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

В основу расчета инфракрасных установок положены данные по температуре нагрева изделия, скорости процесса, массообмен­ ные показатели, оптические характеристики продукта, наличие фазовых

Qi. Qa, ...,Qn — потери тепла стенками камеры, излучением транспорт­ ными органами и т. д.;

% — к. п. д. камеры.

Для предотвращения перегрева облучаемого изделия должно соблю­ даться равенство:

где Qn' — теплоизлучение нагретой поверхности, Вт. Известно, что

где а '= ак4 ал — суммарный коэффициент теплоотдачи соответственно конвекцией и лучеиспусканием, Вт/(м2- К);

FM— поверхность материала, ма;

/пов> 4 — соответственно температура поверхности материала

иокружающего воздуха, °С.

Всвою очередь тепло, поглощаемое продуктом в условиях нагрева газовыми инфракрасными горелками,

208

т. е. зависят от взаиморасположения источников излучения и тепловос­ принимаемой поверхности.

Для определения потерь тепла при разности температур t 2— черев стены установки поверхностью F и толщиной 3 можно воспользоваться уравнением

Общие потери тепла на излучение через открытые дверцы и проемы вычисляют по соотношению

Потери тепла на нагрев транспортных средств и других приспособле­ ний массой G при разности температур (tLr—12 ) можно определить по формуле

209