Статтю присвячено побудові математичної моделі двостадійної випарної установки, що широко використовується в різноманітних технологічних процесах. Новизну підходу до розробки моделі пов'язано з урахуванням застосування теорії різнотемпових систем та створенням оригінального методу ідентифікації ймовірносних характеристик шумів моделі. На підставі використання теоретичних результатів, пов'язаних з якісним аналізом субоптимальних алгоритмів фільтрації для вільних динамічних систем, було розроблено достатньо просто реалізовані алгоритми ідентифікації невідомих коваріаційних матриць. Розроблено адаптивний алгоритм фільтрації для різнотемпових систем. Результати експериментальних досліджень підтверджують правильність розроблених методів і алгоритмів.

Подано математичну модель тепло- та масопереносу на сітчастій поверхні насадки в протитечійному контактному випарнику. Аналітичне рішення даної моделі за умов ізотермічного руху рідини дозволило одержати залежності для розрахунку кінцевих параметрів газу. Модель враховує зменшення поверхні контакту під час розриву плівки й особливості тепломасопереносу в разі випаровування тонких плівок з сітчастих структур.

Розглянуто можливість застосування первапорації для виділення з рідин розчинених в ній твердих речовин. Доведено, що використання первапорації дає змогу суттєво знизити енергетичні витрати, запобігти забрудненню довкілля та повернути цінні органічні речовини у технологічний цикл. Запропоновано конструкції первапораційних апаратів для виділення розчинних твердих речовин. Проаналізовано можливість промислового використання процесу.

Освещены проблемы создания новых эффективных конструкций выпарной техники, обладающих высоким паросъемом, а также подавляющих накипеобразование и отложения на поверхность нагрева. Рассмотрены теоретические основы и методы рассчета данных аппаратов. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса кипения и гидродинамики двухфазных потоков в трубах. Предложены методы интенсификации процесса кипения и совершенствования рабочего процесса в аппаратах различной конструкции: с естественной и обращенной циркуляциями, с гидравлическим пульсатором, тонкопленочных, ударно-струйных и суперкавитационных.

Показано високу ефектність струменевого способу генерації плівки рідини, де коефіцієнти тепловіддачі по величині значно перевищують досягнуті в кращих плівкових апаратах. Наведено послідовність розрахунку апарата, використовуваного як один із корпусів випарної станції.

На підставі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено методичні основи гідравлічного та гідродинамічного розрахунку вакуум-апарата періодичної дії.

На підставі теоретичних та експериментальних досліджень розроблено методичні основи теплового розрахунку вакуум-апарата періодичної дії й окремих елементів апаратів безперервної дії з нахиленими жолобчастими тепловіддавальними поверхнями.

На підставі теоретичних та експериментальних досліджень одержано розрахункові рівняння для визначення коефіцієнтів опору тертя по довжині труби та на місцевих опорах під час руху утфеля та газоутфельного потоків.

Створено нову концепцію загальної системи оптимального керування випарними установками (ВУ), що побудована за ієрархічним принципом. Розроблено математичні моделі динамічних режимів роботи ВУ, з використанням яких досліджено вплив технологічних схем установок (прямотечійної, протитечійної, установки мішаної течії) на динамічні властивості ВУ за дії однакових керувань і збурень. Уперше створено комплекс математичних моделей статики теплових режимів ВУ багатофункціонального призначення: для теплового розрахунку установок, дослідження їх статичних характеристик, використання в алгоритмі оптимального керування статичними режимами роботи ВУ, розрахунку запропонованого критерію кількісного оцінювання процесу накипоутворення, оцінки економічної доцільності використанням проміжного та попереднього підігрівання упарюваних розчинів у протитечійних ВУ. Розроблено комплекс математичних моделей динаміки теплових режимів супутнього технологічного обладнання, що працює разом з ВУ, з метою визначення впливу теплових режимів цього обладнання на режими роботи ВУ. Здійснено системний аналіз задач моделювання та керування ВУ різних технологічних схем за критеріями оптимального керування статичними і динамічними режимами їх роботи.

Розроблено наукові засади проектування випарних апаратів для випарювання лужних і термонестійких розчинів у хімічному та харчовому виробництвах. Досліджено закономірності процесу випарювання у багатокорпусних випарних установках. Розроблено математичну модель процесу випарювання у багатокорпусних випарних установках та автоматизований програмний комплекс "МВУ-ФНП" для наукових досліджень і практичних розрахунків випарювальних станцій. Створено нову конструкцію поверхні нагріву випарного апарату - розбірну ширококанальну пластинчасту камеру, що гріє з висхідно-стікаючим рухом потоку розчину. Одержано математичну модель процесу кипіння розчинів у падаючій плівці. За допомогою лабораторної установки з новою конструкцією поверхні нагріву вивчено процес кипіння у малому об'ємі, а також одержано нове рівняння для розрахунку теплопередачі під час кипіння розчину у стікаючій плівці. Розроблено технічний проект випарного апарату з розбірною широко канальною пластинчастою камерою, що гріє.

Досліджено течію плівки розчинів солей зі змінним вмістом фаз у випарних апаратах зі стікаючою плівкою. Обгрунтовано можливості застосування даних апаратів щодо розчинів з солями, що кристалізуються у процесі упарювання. Запропоновано метод, який дозволяє уповільнити процеси утворення накипу на поверхні нагріву, і, таким чином, зменшити швидкість заростання поверхні нагріву, підвищити інтенсивність процесу теплообміну в стікаючій плівці та підвищити ефективність випарних апаратів. Розглянуто процеси теплообміну у стікаючій плівці. Розкрито закономірності сумісного протікання у плівці розчинів солей процесів теплообміну, випаровування, кипіння та утворення накипу у таких апаратах. Досліджено вплив твердої фази на процеси теплообміну, збільшення інтенсивності процесу та підвищення ефективності випарного апарату. На базі існуючих теорій і відомостей про процеси плівкової течії та кристалізації розроблено модель течії плівки розчинів солей у випарному апараті зі стікаючою плівкою. Наведено диференціальні рівняння, що описують теплообмін у плівці трьохфазної суспензії (рідку, парову та тверду фази). Одержано залежності для інженерно-конструкторських розрахунків параметрів теплообміну у випарних апаратах зі стікаючою плівкою. Виведено критеріальне рівняння теплообміну для плівкової течії трьохфазної рідини зі змінним вмістом фаз. Запропоновано методику розрахунку коефіцієнта тепловіддачі для плівки трьохфазної суспензії.

Вивчено можливість застосування роторно-плівкового випарного апарата (РПВА) для концентрування термолабільних матеріалів за анаеробних умов. Розраховано необхідну кількість тепла, кількість теплоносія та мінімальну площу поверхні тепломасообміну для процесу зневоднення в РПВА. Експериментально встановлено оптимальні технологічні та теплофізичні параметри процесу концентрування (зневоднення).

Поставлена задача визначення оптимальних режимів роботи установки. Для цього були проведені дослідження по визначенню розгінних характеристик, продуктивності по випареній волозі та енерговитратам, при цьому контролювалась фактична виживаємість метаногенів у готовому концентраті.

Проаналізовано особливості багатокомпонентного самозакипаючого потоку в елементах випарника миттєвого скипання. Досліджено гідродинамічні характеристики та процеси. Висвітлено результати числового моделювання багатокомпонентного потоку і зіставлено їх із однокомпонентним потоком.

Розглянуто питання підвищення енергоефективності існуючих вакуумних установок шляхом застосування у них рідинно-парового ежектора, який працює за принципом струминної термокомпресії. Ефективність створення вакууму у такій установці оцінено на прикладі технологічного процесу згущення молока за допомогою методу випарювання до регламентного вмісту сухої речовини.

Одержані значення коефіцієнтів тепловіддачі від теплоносія (вуглекислий газ) до плівки рідини для діапазону швидкостей 9,3 - 12,5 м/с в каналі роторно-дискового плівкового випарного апарату. Запропоноване модифіковане критеріальне рівняння тепловіддачі при вимушеній конвекції для роторно-дискового плівкового випарного апарату, яке може бути використано для підвищення точності інженерних розрахунків параметрів тепловіддачі тепломасообмінного обладнання.

Рассмотрены вопросы разработки и моделирования системы управления с робастными регуляторами, которые синтезированы по различным алгоритмам. На основании математической модели объекта управления для многокорпусной выпарной установки, приведенной в первой части статьи, синтезировано четыре робастных регулятора по 2-Риккати подходу алгоритмами μ-синтеза и негладкой оптимизации. Приведены сравнительные результаты моделирования, а также преимущества и недостатки каждой из разработанных систем.

Наведено методику розрахунку випарної установки (на прикладі трьохкорпусної випарної установки з природною циркуляцією), розглянуто особливості розрахунку та вибору допоміжного устаткування. Увагу приділено особливостям розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі, концентрації розчину за корпусами, продуктивності вакуум-насоса. Надано приклад оформлення курсової роботи в середовищі текстового редактора та в середовищі MathCAD.

Індекс рубрикатора НБУВ: Л112.5-51

Рубрики:

Випарювання

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: Л112.5-51

Рубрики:

Випарювання

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ