Оценка свойств продукта с точки зрения оптимальной работы теплообменника

Январь 8, 2020 Categories: Opinion Piece - Пищевые продукты

В различных ситуациях, требующих использования теплообменников, свойства продукта и технической жидкости, характер применения, используемые температуры, и т.д. будут отличаться. Понимание указанных факторов необходимо для правильного выбора модели теплообменника.

Например, переработка продуктов, способных вызывать сильное засорение, может потребовать применения скребковых теплообменников. Наличие корректной информации также гарантирует, что процесс теплообмена не приведёт к изменению характеристик продукта; это особенно важно для продуктов питания и напитков.

Ключевые аспекты анализа свойств продукта

Ключевыми аспектами анализа свойств продукта являются исследование характеристик вязкости и текучести. Изучением этих показателей занимается наука реология. Перечень ключевых характеристик, подлежащих измерению, включает в себя:

  • Вязкость
  • Плотность
  • Сдвиговое напряжение
  • Тепловые характеристики (например, удельная теплоёмкость, скрытая теплота и теплопроводность)

Чтобы убедиться в правильном выборе теплообменника, рекомендуется также выполнить следующие измерения, чтобы смоделировать поведение продукта и рассчитать основные параметры:

  • Кажущаяся вязкость (вязкость при указанной скорости сдвига)
  • Коэффициент теплопередачи (скорость теплообмена через единицу площади при перепаде температур между поверхностью и жидкостью)
  • Тип потока в различных условиях (ламинарный или турбулентный)
  • Предельное напряжение сдвига (минимальное усилие, которое необходимо приложить для того, чтобы заставить систему течь)

Характер процесса сдвига продукта также важен и может определить оптимальный тип оборудования для препятствия (или усиления) сдвига во время обработки. То, к какому типу можно отнести перерабатываемый продукт, также будет являться ключевым фактором. Например, является ли продукт гелем, жидкостью, эмульсией, суспензией или другим веществом.

Как оценить указанные параметры?

Специалисты компании HRS выполняют такую оценку в специализированных лабораториях, оборудованных для проведения целого ряда испытаний. Одним из наиболее важных используемых приборов является вискозиметр. Он позволяет измерить и оценить характер того, как жидкость, суспензия или взвесь течет в ответ на приложенные усилия.

Также для многих пищевых продуктов важно определить ключевые температурные пределы. К ним относятся:

  • Температура денатурации белка: это температура, при которой белок в продукте изменяет свои естественные свойства. Может быть полезна в таких процессах, как пастеризация яичной массы, когда превышение температуры на 1°C может привести к получению яичницы, а не жидких яиц.
  • Температура клейстеризации: как только продукт с содержанием крахмала достигает этой критической температуры, его вязкость быстро увеличивается.
  • Реакция Майяра: это химическая реакция между аминокислотами и сахарами при нагревании, в ходе которой возникает типичный запах, цвет и вкус приготовленной пищи. Почти все продукты питания сегодня пастеризованы, но знание температуры, при которой происходит реакция Майяра, означает, что производитель может гарантировать сохранение требуемого вкуса.

Ещё один требующий измерения показатель, который относится к потенциальным факторам влияния на технологию обработки, определяет то, как восстанавливается вязкость и структура продукта после обработки (и происходит ли это вообще). Данное свойство известно как тиксотропия. Для его оценки были разработаны конкретные методы, такие как «вискозиметрическое трёхэтапное испытание тиксотропии».

Как используется эта информация?

Как только станут известны ключевые параметры, их можно использовать для выбора оптимального типа теплообменника. Например, теплообменники со спиральной накаткой труб обеспечат преимущества теплопередачи при работе с продуктами, когда число Рейнольдса превышает 2100, а поток является переходным или турбулентным.

Измерения позволяют разработчикам использовать программное обеспечение для расчёта дополнительных данных, необходимых для проектирования, которые нельзя непосредственно измерить в лаборатории. Вот некоторые из этих расчётных показателей:

  • Коэффициент теплопередачи
  • Тип потока
  • Число Нуссельта (Nu): отношение интенсивности теплообмена за счет конвекции к интенсивности теплообмена за счёт теплопроводности. Более высокие числа Нуссельта характеризуют более эффективный теплообмен.
  • Число Прандтля (Pr): отношение кинематической вязкости к температуропроводности, равной отношению коэффициента теплопроводности к удельной теплоемкости при постоянном давлении.
  • Число Рейнольдса (Re): соотношение между инерционными силами и силами вязкого трения в жидкостях и газах. Значение характеризует режим потока: ламинарный, переходный или турбулентный.

Различные показатели свойств продукта затем вводятся в программное обеспечение для проектирования и моделирования. С использованием принципов вычислительной гидродинамики (CFD) в программах выполняется прогнозирование и исследование потока продукта через теплообменник и возникающих тепловых изменений.

Чем больше информации производитель имеет о физических свойствах перерабатываемых продуктов, тем точнее будет выбор конструкции теплообменника. Наши инженеры и конструкторы могут скорректировать конструкцию теплообменника для достижения оптимального сочетания эффективности, производительности и стоимости, прежде чем давать какие-либо рекомендации заказчику.

© 2020 HRS Heat Exchangers. All Rights Reserved

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

Параметры cookies-файлов на этом сайте установлены, как "разрешить cookies ", чтобы обеспечить Вам лучший просмотр сайта. Если вы будете продолжать использовать этот веб-сайт без изменения настроек cookies-файлов или нажмете кнопку "Принять", то вы соглашаетесь с этим.

Close