Інтенсифікація теплових процесів. Регенерація теплоти

Інтенсифікація теплових процесів дає можливість збільшити продуктивність апаратів при зменшенні їх габаритів, металоємності, вартості та відповідному зменшенні експлуатаційних витрат. Крім того, інтенсифікація теплових процесів часто дозволяє отримати нові ефекти, порівняні і навіть переважаючі за значенням основні цільові ефекти - нові технології, покращення якості продукції, зменшення енергетичних витрат. Так, наприклад, інтенсифікація процесу пасерування борошна і овочів за допомогою ІЧ-нагріву та вібрацій дозволила організувати цей процес безперервним з гарантованою високою якістю готового продукту і значним зниженням питомих енерговитрат, що, в свою чергу, призвело до створення принципово нової конструкції апарата для реалізації цього процесу.

У цілому слід відзначити, що інтенсифікація теплообміну - це, передусім, збільшення кількості теплоти, що передається, та інтенсивності апарата.

Стосовно теплообмінних апаратів, розрізняють дві групи методів інтенсифікації: конструктивні та режимні. Це розмежовування умовне, бо, використовуючи конструктивні засоби, наприклад оребріння, фактично впливають на процес теплообміну. У той же час режимні засоби пов'язані з тими або іншими конструктивними особливостями апаратів (наприклад, введення джерела коливань).

Вирішення питання інтенсифікації теплообміну різноманітними фізичними впливами вимагає передусім глибокого теоретичного аналізу процесу, виявлення умов, сприятливих збільшенню кількості теплоти, що передається. Крім того, необхідним є проведення аналізу різноманітних методів інтенсифікації з метою вибору найбільш оптимального варіанта.

Під інтенсивністю будь-якого теплообмінного апарата розуміють відношення кількості теплоти 0, переданої в одиницю часу т, до його основної геометричної характеристики - поверхні теплообміну 3. Інтенсифікацію теплообміну можна розглядати як діяльність, спрямовану на підвищення показника інтенсивності апарата. У зв'язку з цим замість узвичаєного виразу "Інтенсифікація технологічного процесу" слід було б говорити про інтенсифікацію обладнання, мірою якої є його чітка кількісна характеристика -інтенсивність І.

Регенерація (рекуперація) теплоти. Одним з основних напрямків економії теплоти в харчовій промисловості є використання вторинних енергетичних ресурсів, тобто їхня регенерація. У більш широкому понятті регенерація теплоти -утилізація (практичне застосування) тієї частини теплоти, яку було вироблено для конкретного процесу, але не було спожито в ньому, залишаючись при цьому корисною теплотою. Регенерація теплоти можлива як від продукту до продукту, так і через проміжний агент, наприклад, воду.

Вторинні енергоресурси - енергетичний потенціал відходів, готової продукції, побічних і проміжних продуктів, що утворюються в технологічних установках, що не використовується в самій установці, але може бути частково або повністю використаний в інших апаратах або для допоміжних потреб підприємств.

Вторинні енергоресурси харчових виробництв можна поділити на наступні групи:

- паро-конденсатна суміш пари, що використовує гріючий теплоносій в теплообмінниках;

- вторинні (сокові) пари вакуум-випарних установок;

- відпрацьоване повітря сушильних установок і термічних камер для теплової обробки продукції;

- продукти згорання палива в технологічних печах (наприклад, хлібопекарних), коптильних установках, термоагрегатах (наприклад, для обжарювання і варення ковбасних виробів), обжарочних апаратах (наприклад, для зерен кави), сушильних установках та ін.;

- скидані гарячі води температурою понад 60 °С;

-фізична теплота готової продукції (наприклад, гарячого молока після пастеризації) або відходів.

Використання вторинних енергоресурсів здійснюється частіше всього у спеціальних теплообмінних апаратах - рекуператорах і регенераторах. Вони забезпечують передавання теплоти між двома (або більшою кількістю) потоками теплоносіїв, що проходять через апарат. Якщо обидва потоки теплоносіїв проходять через теплообмінник водночас, то такі теплообмінники називаються рекуператорами.

Теплообмінники, в яких два потоки теплоносіїв проходять через один і той же простір поперемінно, називаються регенераторами. У регенераторах теплота, яку передано від одного з теплоносіїв поверхні нагріву, акумулюється нею, а після цього віддається другому теплоносію, коли настає його черга руху через апарат. Регенератори є апаратами періодичної дії.

Оскільки регенеративні теплообмінники у промисловості використовуються порівняно рідко, то говорячи про теплообмінні апарати, як правило, мають на увазі рекуперативні теплообмінники.

Найбільш простий і доступний спосіб регенерації (рекуперації) може бути продемонстрований на прикладі пастеризаційно-охолоджувальної установки пластинчастого типу, широко застосовуваної у молочній та інших галузях промисловості. Регенерація (рекуперація) у даному випадку зв'язує два протилежні теплові процеси: пастеризацію і охолоджування.

В апараті здійснюються послідовно попереднє нагрівання молока (шляхом рекуперації"), нагрівання до температури пастеризації, попереднє охолоджування (шляхом рекуперації) і остаточне охолоджування (рис. 5.67).

Теплота, що виходить з установки разом з потоком молока, використовується в регенераторі для підігрівання холодного молока, що надходить в апарат. При цьому досягається дві мети: холодне молоко підігрівається до певної температури, в результаті чого буде досягнуто надто істотну економію у витраті теплоти, а гаряче молоко після пастеризації охолодиться, внаслідок чого буде досягнуто економію у витраті охолоджуючого агента (води, розсолу).