Estudio sobre la distribución del tiempo de estancia del intercambiador de calor de raspador

Otro parámetro de diseño importante del intercambiador de calor del raspador es la distribución del tiempo de estancia (distribución del tiempo de estancia, rtd), que se utiliza para caracterizar el tiempo de estancia de la fase líquida y las partículas en el intercambiador de calor del raspador. el tiempo de estancia afecta directamente el proceso de procesamiento de los alimentos en el intercambiador de calor del raspador, especialmente la eficiencia de uso en el procesamiento térmico. A través del estudio del tiempo de estancia, los estudiosos pueden entender los diferentes efectos de las diferentes características de diseño en la transferencia de calor de la fase líquida y las partículas. en general, para el proceso de tratamiento térmico, el tiempo de estancia se determina por el tipo de intercambiador de calor del raspador (instalación vertical o horizontal), el número de raspadores circulares, la velocidad de rotación del eje principal, los parámetros estructurales, la presión del material y las características del líquido de alimentación (viscosidad, partículas, etc.).

Bot y otros [62] estudiaron los efectos de la viscosidad del fluido, el número de raspadores y la velocidad de rotación en el tiempo de retención de la fase líquida en los intercambiadores de calor de raspador instalados verticalmente, estudiando el tiempo de retención monitoreando la concentración de salida del pulso de tinte inyectado (curva e) y utilizando el tiempo de retención promedio para calcular la retención del material en los intercambiadores de calor de raspador, en estos ensayos, el tiempo de retención promedio medido a la velocidad de rotación aumentada también aumentó, además, el aumento de la viscosidad aumentó significativamente el tiempo de retención promedio en los intercambiadores de calor de raspador vertical. Milton y otros [63] utilizaron el método de pulso (distribución de la salida de la señal de entrada de pulso) y el método de paso (respuesta de salida bajo la acción de la señal de entrada de paso) para estudiar una serie de fluidos no newtonianos en intercambiadores de calor de raspador de calentamiento, tubos de aislamiento térmico y intercambiadores de calor de raspador de enfriamiento. según los resultados del estudio, se analizó la tasa de supervivencia del botox y se encontró que el tiempo promedio de estancia de los fluidos no newtonianos disminuyó con el aumento de la velocidad de flujo. Russell y otros [64] estudiaron la distribución del tiempo de permanencia de la mezcla de diluyentes y helados en intercambiadores de calor tipo raspador, utilizando también la tecnología de respuesta del rastreador para medir el tiempo de permanencia del fluido, y los experimentos encontraron que debido a que la distribución de la velocidad axial a través de la brecha anular se vuelve más suave y la dispersión del flujo axial se reduce, el grado de dilución de corte (índice de comportamiento del flujo) tiene un impacto más significativo en el tiempo de permanencia que el tamaño de la viscosidad aparente. Temans y otros [65] estudiaron la diferencia de tiempo de permanencia entre la fase líquida y las partículas sólidas durante el tratamiento del intercambiador de calor tipo raspador. Se llega a la conclusión de que el tiempo medio de permanencia de las partículas sólidas es ligeramente más largo que el de la fase líquida en condiciones de funcionamiento específicas.También se resumen los principales factores que afectan el tiempo de estancia: tamaño de las partículas, distribución del tamaño de las partículas, concentración de fase sólida, diferencia de densidad sólido - líquido y viscosidad líquida, así como factores basados en el proceso de operación, como el flujo, la velocidad del raspador, los parámetros estructurales del intercambiador de calor del raspador, etc. Alhamdan y otros [66] estudiaron los efectos de la forma de las partículas sólidas (cubos, cilindros, esferas), la concentración de partículas, el tipo de partículas y la viscosidad del líquido) en el tiempo de permanencia en el líquido de carga, y encontraron que el tiempo de permanencia de las partículas cilíndricas es más largo que el de las partículas cúbicas, tanto la reducción de La concentración de partículas como el aumento de la viscosidad del flujo pueden acortar el tiempo de permanencia. además, se encontró que la velocidad del eje principal del intercambiador de calor del raspador está en un rango de 30 a 90 r / min, y el aumento o disminución de la velocidad no tiene ningún efecto en el tiempo de Li y otros [67 - 69] estudiaron en detalle el efecto de los parámetros del proceso en el tiempo de permanencia del sistema alimentario modelo compuesto por partículas de Papa a través de una serie de trabajos. Se encontró que el modo de instalación del intercambiador de calor del raspador (instalación vertical y horizontal), la viscosidad, la velocidad de flujo, el tamaño de las partículas y otros parámetros tienen un impacto en el tiempo de estancia. Por lo general, los intercambiadores de calor de raspador instalados verticalmente tienen un tiempo medio de estancia más alto y una distribución más amplia del tiempo de estancia que los intercambiadores de calor de raspador instalados horizontalmente, lo que explican con la diferencia en la contribución de la gravedad al modo de flujo. Al mismo tiempo, también se encontró que el tiempo medio de permanencia sin cambios significativos al aumentar la concentración de entrada de la Papa en un rango del 0% al 30%, similar a los estudios de alhamdan y otros [66], encontraron que en los intercambiadores de calor tipo raspador, el aumento de la velocidad del eje principal de 60 R / MIN a 110 r / MIN tuvo un pequeño impacto en el tiempo medio de permanencia de las partículas de papa, lo que indica que la mayoría de las distribuciones de tiempo de permanencia de partículas individuales en los intercambiadores de calor tipo raspador instalados horizontalmente se pueden caracterizar por una distribución normal o un modelo de distribución gamma.

Chen y otros [70] utilizaron el método de cálculo de la red neuronal para simular la función de distribución del tiempo de estancia (rtd) del cubo de zanahoria en la solución de almidón del intercambiador de calor de raspador instalado verticalmente - la curva de distribución del tiempo e (t) y la curva de distribución de la función de concentración de partículas acumuladas F (t). utilizando el método de propagación inversa, la red neuronal se optimizó a través del número de diferentes capas ocultas, el número de neuronas en cada capa oculta y el funcionamiento del aprendizaje, así como la combinación de reglas de aprendizaje y funciones de transferencia. el modelo de red neuronal entrenado se verificó a través de un conjunto de datos de prueba independientes y Se comparó el modelo de red neuronal con el modelo convencional basado en la tecnología de regresión múltiple. Los resultados muestran que los valores de prueba y los valores de predicción del modelo de red neuronal tienen una buena consistencia. Arellano y otros [71] observaron que el aumento de la fracción de volumen de hielo provocaría un aumento de la viscosidad aparente del producto durante la producción de helado con intercambiadores de calor tipo raspador, un efecto que alteraría las características del flujo de fluidos, la distribución del tiempo de permanencia y la distribución de la temperatura dentro del equipo, y utilizaron el método colorimétrico para probar el tiempo de permanencia en el intercambiador de calor piloto de raspado. Los experimentos han demostrado que el aumento del flujo del producto conduce a una distribución más estrecha del tiempo de estancia, reduciendo así la dispersión axial, causada por el aumento de la mezcla radial y la disminución de la viscosidad aparente del producto.

Fayol y otros [72] para estudiar el impacto de las condiciones de funcionamiento en la calidad del helado, se estableció un modelo de flujo simple adecuado para el proceso de cristalización de intercambiadores de calor tipo raspador, que primero se verificó en un dispositivo experimental de mezcla de agua y sacarosa, y luego se utilizó un intercambiador de calor de placa de raspado piloto para estudiar la distribución del tiempo de permanencia en la producción real de helado (figura 4). los resultados muestran que el tiempo de permanencia no tiene mucho que ver con el flujo y la velocidad de la espátula, lo que es muy diferente de las conclusiones de Milton y otros [64]. Abichandani y otros [73] a través del estudio de la distribución del tiempo de estancia, se predijeron las características de flujo de los intercambiadores de calor de raspador. Realizaron 32 pruebas en diferentes caudales, número de raspadores y velocidad del eje principal. Se dibuja la curva de distribución de salida de la señal de entrada de pulso. Los resultados muestran que el tiempo de estancia ha cambiado con el aumento del flujo, y el efecto de transferencia de calor ha mejorado significativamente con el aumento del número de raspadores o la velocidad del eje principal, sin embargo, el impacto del número de raspadores es más profundo que la velocidad del eje principal. Nombres y otros [1] estudiaron los efectos de parámetros como la velocidad de flujo mixto, la velocidad de flujo de aire y la temperatura del refrigerante en la distribución del tiempo de permanencia de los intercambiadores de calor de raspador durante la cristalización de la producción continua de helado inflable. el estudio encontró que el aumento de la velocidad de flujo mixto y de aire causó una disminución del tiempo mínimo de permanencia y el tiempo medio de permanencia en los intercambiadores de calor de raspador. se propuso que el modelo de Distribución gamma pudiera describir bien los fenómenos de flujo observados. los resultados de la investigación tienen el potencial de aplicarse a futuros estudios de flujo multifásico en los intercambiadores de calor de raspador.

Aunque el tiempo de estancia tiene un impacto muy grande en el proceso de cristalización o esterilización del producto, debido a las diferencias en los diversos objetos de materiales procesados, el impacto de los parámetros de operación en el tiempo de estancia en el intercambiador de calor del raspador, especialmente en los alimentos que contienen partículas e inflables, aún no se ha estudiado a fondo. Por ejemplo, aunque se sabe que propiedades como la densidad y el tamaño de las partículas afectan el flujo de partículas en los intercambiadores de calor de raspador, no hay estudios suficientes para cuantificar estos efectos y es necesario medir, modelar, simular y predecir más a fondo el tiempo de permanencia en los intercambiadores de calor de raspador. Durante el proceso de esterilización, el tiempo de estancia está estrechamente relacionado con el grado de destrucción microbiana en los alimentos. durante el proceso de cristalización, el tiempo de estancia promedio está directamente relacionado con el tamaño promedio de los cristales de hielo, por lo que es necesario estudiar más a fondo las leyes del tiempo de estancia promedio y la formación de núcleos de cristal, el crecimiento de núcleos de cristal y la recristalización durante el proceso de procesamiento de productos específicos para obtener los cristales de hielo necesarios; En muchas aplicaciones de procesamiento de alimentos, la calidad y las características del producto final están estrechamente relacionadas con la historia del procesamiento de fluidos. por lo general, al producir el producto, es necesario completar varios procesos como el intercambio de calor, la emulsión, la cristalización y la inflación en el intercambiador de calor del raspador. el tiempo de estancia también se ve afectado por parámetros como la inflación y la escalera de temperatura. por lo tanto, con la profundización de la investigación, la investigación del tiempo de estancia bajo el acoplamiento de campo físico múltiple también será un nuevo foco de Investigación.