2.2. Теплоотдача в перемешивающих устройствах при получении жировых смесей и эмульсий

Анализ процесса теплоотдачи от перемешиваемой среды в аппаратах с мешалками показывает, что критериальное уравнение теплообмена в стационарных условиях при вынужденной конвекции имеет вид

Nu = f (К_n, Re, Pr), (2.15)

где Nu – критерий Нуссельта; К_n – критерий мощности; Re – критерий Рейнольдса; Pr – критерий Прандтля.

Вопросы теплоотдачи от перемешиваемой среды в аппаратах с мешалками относятся к наиболее изученным. В литературе приводится большое число эмпирических и полуэмпирических выражений для различных типов мешалок.

Теплоотдача от перемешиваемой среды в аппаратах с мешалками достаточно точно определяется с помощью известного расчетного уравнения

Nu = D/ = 0,283КRePr (D/d_м)(D/H)(/_ст), (2.16)

где  – коэффициент теплоотдачи;  – коэффициент теплопроводности; Re_ц – критерий Рейнольдса центробежный; Pr – критерий Прандтля;  – вязкость среды; _ст – вязкость среды у стенки теплообменника.

Уравнение (2.16) получено на основе предположения о том, что диссипация энергии вблизи теплообменной поверхности близка к средней по аппарату величине ₀, которае определяется по формуле (2.11). Использование этого уравнения распространяется на случаи теплообмена в аппаратах с гладкими приварными рубашками при наличии или отсутствии отражательных перегородок. Тип мешалки и ее размеры при одинаковых удельных затратах энергии не влияют на коэффициент теплоотдачи.

Для количественной оценки интенсивности теплообмена предложена следующая преобразованная из уравнения (2.16) зависимость:

 = 0,267  с (₀ )^0,25 / Рr^0,75, (2.17)

где с – удельная теплоемкость среды;  – кинематическая вязкость среды.

Уравнение (2.17) используется для случаев, когда диссипация энергии вблизи теплообменной поверхности близка к средней по аппарату величине. При этом высота заполнения рабочей емкости аппарата равна диаметру цилиндрической части емкости. Этот вывод согласуется с другими данными по теплообмену в аппаратах различных типов и масштабов.

Процесс теплообмена жировых продуктов или жиросодержащих эмульсий определяется как режимными параметрами процесса, так и геометрическими характеристиками оборудования для обработки продукта при перемешивании мешалками различных типов в смесительных емкостях различной вместимости с отражательными перегородками и без них в условиях поддержания температуры для обра-зования устойчивой дисперсной системы.

Анализ теплообмена при перемешивании жидких сред в процессах получения эмульсий показывает, что выполненные работы затрагивают вопросы, касающиеся исследований теплофизических свойств перемешиваемых фаз, а также собственно конструкций аппаратов и перемешивающих устройств.

Согласно технологическим регламентам и другим литературным источникам, в отечественных линиях А1-МЛМ и А1-ЖЛУ, линиях фирм «A.Johnson & Co Ltd» и «TMCI Chemtech Ltd» (Англия) процесс подготовки и получения жиросодержащих эмульсий происходит в смесителях емкостью от 1100 до 3000 л с гладкой приварной рубашкой.

Для расчета теплоотдачи в перемешивающих устройствах при получении жиросодержащих эмульсий 60–82 %-й жирности (при ₀ = (0,961,08)  Вт/кг и значении критерия Pr в пределах от 700 до 1100) может быть использовано выражение вида

 = B  с ^0,25/Рr^0,75, (2.18)

где B = 0,267 с^–0,75 · м^0,5;  = (921948) кг/м³; с = (35004700) Дж/(кг · К); Рr = 7001100;  = (4080) мПа · с.

Результаты изучения процессов теплоотдачи для жировых эмульсий различной жирности, полученные при перемешивании в смесителях емкостью от 18 до 3000 л, показали, что значение коэффициента теплоотдачи находится в пределах от 500 до 630 Вт/(м²К).