УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСУ САТУРАЦІЇ ТА РОЗРОБКА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ НАСИЧЕННЯ НАПОЇВ ДІОКСИДОМ ВУГЛЕЦЮ

Краткое содержание

Основний зміст роботи

У вступі  розглянуто основні питання проведення процесу сатурації напоїв та його теоретичні основи. Обґрунтовано актуальність представленої роботи, сформульовано її мету, наукову новизну та практичну цінність.

розглянуто такі питання: основні характеристики газованих напоїв; складові компоненти газованих напоїв та їх вплив на процес сатурації; фактори, що впливають на процес насичення напоїв СО₂; способи насичення та основні типи сатураторів; аналіз конструкцій кавітаційних пристроїв та область їх застосування.          

На процес насичення напоїв значний вплив мають п’ять основних факторів: 1) тиск подачі СО₂ в напій; 2) питомі витрати діоксиду вуглецю на насичення; 3) склад напою; 4) температура напою; 5) розрідження, що створюється при попередній деаерації води. При кавітаційному насиченні до основних факторів також відносяться: здатність до зв’язування (коефіцієнт абсорбції), питома площа оновлюваної поверхні та тривалість контакту фаз. Чим більша площа поверхні контакту рідинної та газової фаз, тим більша кількість діоксиду вуглецю поглинається за одиницю часу. Саме цей фактор є одним із основних при використанні ГДКП. Пояснення цьому дає плівкова теорія, доповнена ідеєю В.М. Стабнікова про оновлення поверхні контакту фаз. Суть її полягає в тому, що вирішальну роль в процесі масопередачі відіграє не загальна, а заново утворювана поверхня контакту фаз з елементами, які ще не брали участі в дифузії. Поверхня оновлюється внаслідок проникнення до межі поділу фаз турбулентних вихорів, які оголюють нові шари контактуючих середовищ, що призводить до утворення нових поверхонь контакту фаз.

Найбільш інтенсивно нова поверхня контакту фаз утворюється під час явища кавітації. Гідродинамічна кавітація виникає під час руху рідини через місцеве звуження трубопроводу, коли швидкість потоку зростає, а тиск знижується. Якщо при цьому абсолютний тиск досягає значення, меншого за тиск насиченої пари цієї рідини при даній температурі, то в цьому місці потоку відбувається інтенсивне пароутворення і виділення газів з утворенням кавітаційних бульбашок. У розширеній частині трубопроводу швидкість потоку зменшується, а тиск збільшується, тому виділення пари і газів припиняється. Утворена пара конденсується, гази миттєво розчиняються.

Гідродинамічна кавітація також виникає в місці розриву рідинного потоку за рахунок встановлення на його шляху кавітаторів та під час примусового введення рідини або газу в основний потік рідини (штучна кавітація).

Більшість моделей, що пояснюють механізм кавітаційної дії, ґрунтуються на кумулятивній гіпотезі. Згідно неї процес кавітаційного впливу пов'язаний, в основному, з утворенням кумулятивних мікроструменів високого енергетичного потенціалу, що виникають в заключній стадії захлопування кавітаційних бульбашок і впливають на поверхню поділу фаз.

Різке захлопування кавітаційних бульбашок сприяє утворенню гідравлічних ударів, що призводить до виникнення хвиль стискання і розтягування в рідині з ультразвуковою частотою. Якщо ударна хвиля зустрічає на своєму шляху перешкоду, то вона руйнує або значно деформує її поверхню. Кавітаційних бульбашок надзвичайно багато і захлопування їх відбувається тисячі разів в одиниці об’єму, тому кавітація може сприяти значним руйнуванням.

Захлопування бульбашок на межі поділу фаз «рідина-тверді частинки», «рідина-рідина» або «рідина-газ» супроводжується диспергуванням твердих частинок, рідини або газу в рідину з утворенням суспензій, емульсій та сумішей. В усіх цих випадках відбувається руйнування межі поділу фаз з утворенням гомогенної суміші.

Сумісна дія кумулятивних мікроструменів і гідравлічних ударів сприяє стерилізації оброблюваних продуктів; емульгуванню рідин, які, зазвичай, не змішуються (мазут-вода); подрібненню до мікронного рівня твердих частинок та газу в рідині; гомогенізації оброблюваного продукту; інтенсифікації хімічних реакцій в десятки, а інколи і в тисячі разів.

Кавітаційні пристрої, що використовуються на даний час для насичення напоїв СО₂ в потоці мають певні недоліки і потребують вдосконалення. До їх недоліків належить недостатній і короткотривалий контакт рідинної та газової фаз через нерівномірний розподіл діоксиду вуглецю по всьому перетину потоку рідини; відсутність перемішування напою з СО₂ на ділянці насичення; незначна область кавітації, що зменшує площу оновлюваної поверхні контакту фаз.

Аналіз існуючої науково-технічної інформації, а також наявний досвід використання кавітаційних пристроїв в харчовій промисловості дозволяє стверджувати, що з усіх відомих видів гідромеханічного впливу на оброблювані середовища кавітаційний вплив найбільш ефективний.

Таким чином, можна зробити висновок, що гідродинамічна кавітація є ефективним методом інтенсифікації процесу сатурації. Однак незначна кількість робіт в даній області і той факт, що вони носять описовий характер, вказує на необхідність продовження досліджень в даному напрямку.