Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнология

Диссертационная работа:

Розанов Сергей Владимирович. Исследование процессов массо- и теплопереноса в различных средах под воздействием микроволнового излучения и разработка энергосберегающих микроволновых технологий и установок промышленного применения : Дис. ... канд. техн. наук : 05.09.10 : Санкт-Петербург, 2004 143 c. РГБ ОД, 61:04-5/2320

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Начало развития технологий, базирующихся на эффектах воздействия микроволнового излучения на- различные вещества, относится к 1946 г, когда в условиях конверсии послевоенной радиотехнической промышленности в США были разработаны и выпущены на рынок первые бытовые микроволновые печи. В России работы в этой области, в- частности по исследованию нетеплового воздействия микроволнового излучения микроволнового излучения на биологические объекты, были начаты в середине 60-х гг. Однако вплоть до последнего времени отдельные малочисленные проекты по разработке микроволновых технологий для гражданского применения не были приоритетными для отечественной промышленности, ориентированной в основном на решение задач военно-промышленного комплекса.

Внедрение микроволновых технологий в практику сдерживалось, во-первых, отсутствием моделей процессов, протекающих при воздействии микроволнового излучения на различные вещества, следствием чего было отсутствие алгоритмов и автоматизированных систем управления, технологическим процессом, во-вторых, отсутствием методики проектирования микроволновых технологических установок,

С появлением дешевых источников микроволнового излучения - магнетронов и разработкой моделей микроволновых технологических процессов микроволновые технологии находят применение в таких приоритетных отраслях народного хозяйства, как пищевая, медицинская, фармацевтическая, целлюлозно-бумажная, в промышленности строительных материалов, в сельском хозяйстве, в горном деле и др. Появляются новые перспективные направления применения микроволновых технологий, в частности, по исследованию химического состава пищевых продуктов с целью определения содержания в них тяжелых металлов, в области микроволнового химического синтеза лекарственных средств широкого применения и их соединений, а так же в экологии — для очистки грунта от промышленных отходов. По результатам-8-ой Международной конференции по микроволновому и высокочастотному нагреву (8th International Conference on Microwave and High Frequency Heating, Bayreuth, Germany, 2001г.) годовой рынок микроволновых технологических установок оценивается в более чем 500 миллионов долларов США.

Большую часть рынка применения микроволновых технологий составляют технологии, основанные на микроволновом нагреве, такие как нагрев, размораживание, обезвоживание. По сравнению с известными способами обезвоживания, основанными на нагреве продукта за счет конвекции, ик-излучения и т.п., процессы с применением микроволновой энергии обладают целым рядом принципиальных преимуществ:

  1. Энергосбережение (микроволновый нагрев имеет высокий к.п.д. - не менее 70%, а также возможность использования вторичного тепла для сушки, тем самым, повышая общий к.п.д. процесса обезвоживания).

  2. Температурный градиент направлен к поверхности, и таким образом температура внутри вещества больше, чем на поверхности, что создает

!

и)с национальная)
БИБЛИОТЕКА |

внутреннее избыточное давление и позволяет ускорить процесс обезвоживания.

  1. Внешние слои не иссушаются полностью, поверхность - остается влаго проницаемой.

  2. Нагрев воды< и- органического продукта происходит выборочно - он обусловлен большими диэлектрическими потерями воды по сравнению с высушиваемым продуктом.

  3. Возможность сушки продуктов с низкой температурной проводимостью. -

  4. Низкая инерционность нагрева и малое, точно прогнозируемое время технологического процесса позволяют создавать автоматизированные технологические комплексы.

  5. Экологичность. процесса, заключающаяся в возможности утилизации всех продуктов технологического процесса.

  6. Возможность обезвоживания веществ, окисляющихся при обычных способах сушки.

Из изложенного следует, что исследование, разработка и внедрение микроволновы технологий и, в частности, микроволнового обезвоживания безусловно актуально. Масштабы исследований и объемы финансирования разработок, связанных с гражданским применением микроволн, в последние годы, как в России так и за рубежом, непрерывно возрастают. Но разработка новых микроволновых технологий невозможна без построения модели процессов, протекающих при микроволновом обезвоживании, и построения принципов проектирования микроволновых промышленных установок.

Цели диссертационной работы:

  1. Исследование возможности применения технологии микроволнового вакуумного низкотемпературного обезвоживания широкого класса сред с различными исходными характеристиками.

  2. Разработка принципов проектирования микроволновых технологических установок на основе распределенного способа возбуждения рабочей микроволновой камеры от нескольких источников излучения.

  3. Разработка и внедрение промышленных технологических установок широкого применения с автоматизированным управлением технологическим режимом на основе микропроцессора.

Для ч достижения поставленных целей потребовалось решить следующие задачи:

экспериментальное исследование и построение математической модели

процесса массо- и теплопереноса в различных средах под воздействием

микроволнового излучения;

исследование и разработка устройств распределенного возбуждения рабочей

камеры от нескольких источников микроволнового излучения;

исследование и оптимизация влияния основных параметров технологического

процесса, обеспечивающих заданное качество конечного продукта при

сохранении его основных органолептических и полезных свойств;

разработка методов контроля и управления параметрами технологического

процесса для обеспечения требуемого качества продукта;

- разработка алгоритма управления технологическим режимом процесса микроволнового обезвоживания и реализация его на базе микроконтроллера.

Методы исследования

При выполнении работы были использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. Оценка точности разработанных моделей, алгоритмов и программ компьютерного моделирования процесса обезвоживания различных веществ проводилась путем сравнения с результатами экспериментальных исследований.

Новые научные результаты и новые научные положения, выносимые на

защиту

Научные результаты

1. Впервые на основе предложенных способов распределенного возбуждения
рабочей камеры предложены конструкции промышленных микроволновых
технологических установок, обеспечивающих эффективное сложение
мощностей от нескольких источников микроволнового излучения.

  1. На основе предложенных методов контроля и управления параметрами технологического процесса предложен и реализован алгоритм автоматизированного управления процессом микроволнового вакуумного низкотемпературного обезвоживания.

  2. Экспериментально показано, что для исключения перегрева продукта, приводящего к нарушению его химического состава (ухудшению его полезных биологических свойств) необходимо контролировать такой параметр технологического процесса, как удельная мощность, который рассчитывается как отношение суммарной микроволновой мощности от нескольких источников микроволнового излучения к массе оставшейся в продукте влаги, а не к общей массе продукта. Числовое значение этого параметра зависит от начальных свойств продукта.

  3. Построена простая математическая модель процесса обезвоживания, анализ которой позволил прогнозировать степень уменьшения массы при заданном уровне мощности и начальной влажности, и тем самым исключить ее из числа параметров, контролируемых в течение процесса обезвоживания.

  4. Экспериментально доказано, что разработанная математическая модель описывает обезвоживание продуктов с начальной влажностью до 80% с достаточной для практики точностью.

  1. Экспериментально показано, что при микроволновом вакуумном обезвоживании до 95% испаренной влаги может быть утилизировано в виде бесцветного дистиллята с запахом продукта,

  2. Показано, что для устранения взрывного характера кипения, приводящего к нарушению формы продукта, необходимо и достаточно изменять давление со скоростью 0,25-0,5 мм.рт.ст. в минуту. Это может быть достигнуто за счет управления температурой рабочей жидкости (воды) вакуумного насоса.

  3. Разработаны и внедрены в различные отрасли народного хозяйства эффективные микроволновые технологические установки, обеспечивающие высокое качество

готового продукта и реализующие главные преимущества микроволновых технологий, такие как энергосбережение и экологическая чистота. Научные положения

1. Процесс обезвоживания на стадии удаления связанной влаги в микроволновых вакуумных установках необходимо вести по критерию допустимой удельной мощности, рассчитываемой как отношение микроволновой мощности к массе оставшейся в продукте влаги. Данный параметр для большинства сельскохозяйственных продуктов составляет 0.75-1.5 кВт/кг.

2. Ускоренный процесс обезвоживания продуктов с высокой начальной влажностью (выше 85%) объясняется эффектом бародиффузии.

Практическая ценность диссертации

Практическая ценность полученных результатов заключается в том, что их реализация позволила создавать промышленные микроволновые установки с мощностью микроволновых источников 5-25 кВт и производительностью до 250 кг в час, обеспечивающие обезвоживание широкого класса продуктов и веществ.

Часть результатов диссертационной работы использовались в рамках проводившихся на кафедре радиотехнической электроники СП6ТЭТУ «ЛЭТИ» хоздоговорных НИР: «Разработка микроволновых технологических установок и исследование процессов влаго- и теплопереноса в них» (1999-2000 гг.) и «Разработка программы повышения эффективности переработки и хранения сельскохозяйственного сырья в системе продовольственной безопасности населения Санкт-Петербурга на основе комплексного использования перспективных технологий обезвоживания для получения высококачественны пищевых продуктов нового поколения» (2002 г.).

Промышленные технологические установки серии «Муссон» были внедрены в мелкосерийное производство в ООО «Ингредиент» в 2000 г., где и производятся по настоящее время.

Разработанные установки прошли успешные испытания на соответствие требованиям шума, микроволновой и электрической безопасности, времени технологического процесса, качества продукции, что подтверждено результатами испытаний с привлечением специалистов Северо-Западной Государственной машиноиспытательной станции.

Разработанные микроволновые технологические установки внедрены в различные области народного хозяйства и успешно работают в городах Санкт-Петербурге, Москве, Петропавловске-Камчатском, Белгороде, в Красноярском крае и др. регионах Российской Федерации.

Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования и результаты, полученные в процессе работы над темой, были доложены и одобрены на следующих научных конференциях:

  1. Международной научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии пищевых производств» в Санкт-Петербурге в 1998 г.

  2. 8th International Conference on Microwave and Hih Frequency Heating in Bayreuth, Germany,2001.

5 Разработанные установки неоднократно представлялись на выставках «Российский Фермер» в 1998-2002 гг. и имеют ряд наград и дипломов.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 печатные работы, из них - одна статья и тезисы к двум докладам на Международных Научно-Технических конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 63 наименования, и двух приложений. Основная часть работы изложена на 126 страницах машинописного текста. Работа содержит 59 рисунков и 5 таблиц.

Подобные работы
Шимко Михаил Борисович
Исследование процессов теплообмена и разработка рекомендаций по его совершенствованию в одно-, четырехэлектродных дуговых сталеплавильных печах постоянного тока
Салимов Ильдар Ибрагимович
Исследование процесса термообработки диэлектрических материалов в СВЧ установках с распределенным возбуждением электромагнитного поля
Мазанов Константин Владимирович
Исследование процессов ультразвукового электроплазменного напыления биоактивных титан-гидроксиапатитовых покрытий и их модельной резорбции в изотоническом растворе
Трофимов Дмитрий Викторович
Разработка и исследование процесса плазменного напыления однородных металлических покрытий с формированием потока частиц ультразвуковым распылением пруткового материала
Процук Иван Александрович
Исследование электромагнитных процессов в системе электропитания плазмотрона с медным электродом для резки металлов
Обухова Алла Васильевна
Исследование и разработка индукционной системы выплавки тротила для конверсионных технологий
Иншаков Юрий Захарович
Исследование, анализ и управление процессами пожарной безопасности и рисками экологических последствий воздействия пожаров на окружающую среду
Вельц Яков Яковлевич
Повышение надежности судовых энергетических установок применением ультразвуковых технологий
Слесаренко Вячеслав Владимирович
Совершенствование систем водоподготовки для теплоэнергетических установок с применением мембранных технологий
Осипов Айрат Линарович
Исследование и разработка схем теплоснабжения для использования низкопотенциального тепла на основе применения теплонасосных установок

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net