Вестник МГТУ. 2017, том 20, № 3.

Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 3. С. 547–555. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-3-547-555 547 УДК 66.048.5-956 О. А. Голубева, О. М. Грекова Кризис теплообмена первого рода при выпаривании молока: проблема и способы решения Рассматривается проблема исследования и устранения кризиса теплообмена первого рода для многокомпонентных гетерогенных пищевых смесей на примере молока. Целью работы является создание рациональных режимов выпаривания молока, без возможности возникновения кризиса теплообмена первого рода. Планирование экспериментов произведено по методу комбинационных квадратов. Недостающие теплофизические характеристики (ТФХ) исследуемой пищевой смеси определены методом динамического С-калориметра. Исследование данного вида кризиса теплообмена проведено в два этапа с применением моделирования процесса выпаривания с соблюдением геометрического, гидравлического и теплового подобия. Статистическая обработка результатов экспериментов по определению теплофизических характеристик молока методом нелинейной регрессии проведена при помощи программы DataFit v 9.1.32; результаты определения первой критической плотности теплового потока обрабатывались в два этапа: на первом этапе – при помощи программы StatGraphics Plus v 5.0.1, на втором – DataFit v 9.1.32. Результат выполненной работы представлен в виде математических моделей основных ТФХ молока и эмпирического коэффициента А для уравнения первой критической плотности теплового потока многокомпонентных гетерогенных пищевых смесей; а также диапазона плотности обогрева парогенерирующей трубы, вызывающего возникновение кризиса теплообмена первого рода, рекомендаций по его исключению и поддержанию рациональных промышленных режимов выпаривания молока. Адекватность полученных математических моделей определена критерием Фишера и коэффициентом детерминации. Расширены границы применения зависимости по определению первой критической плотности теплового потока для неоднородных многокомпонентных смесей в условиях естественной конвекции при атмосферном давлении, что позволяет сделать очередной шаг к созданию универсального уравнения для ее определения и прогнозированию возникновения кризиса. Ключевые слова: молоко, кризис теплообмена первого рода, первая критическая плотность теплового потока. Введение Согласно Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 г. "остается ниже рекомендуемых медицинских норм потребление населением таких важнейших продуктов, как молоко и молокопродукты... Так, в 2014 г. среднедушевое потребление составило: молока и молокопродуктов – 244 кг при норме 320–340 кг" 1 . В связи с этим к 2020 г. в Стратегии предусматривается увеличение производства молока до 38,2 млн т, что уменьшит поставки импортной продукции на 29,9 %. "К основным проблемам, сдерживающим развитие молочной отрасли, относятся недостаточность объемов производства молочного сырья, сезонность производства, низкий удельный вес молочного сырья высшего сорта, недостаток холодильных установок на молочных фермах, а также физический и моральный износ основных фондов молокоперерабатывающих заводов, большая часть которых была построена в 70-х годах прошлого века и не соответствует современным требованиям по энергоэффективности и экологии. Степень износа основных фондов коммерческих организаций (без субъектов малого предпринимательства) по виду деятельности "Производство молочных продуктов" на конец 2014 г. составила 49,5 %, в целом по обрабатывающим производствам – 44,7 %" 2 . Перед пищевой и перерабатывающей промышленностью поставлена задача повышения эффективности работы производства и конкурентоспособности вырабатываемой продукции. В последние 10 лет в рационе питания россиян отчетливо появился дефицит белка, содержащего все незаменимые аминокислоты. "Молоко улучшает соотношение составных частей пищевого рациона, повышая их усвояемость. В нем содержатся все необходимые для человеческого организма питательные вещества – белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины в легкопереваримой форме. При этом соотношение питательных веществ в молоке является сбалансированным, т. е. оптимальным для удовлетворения потребности организма в них" [1]. 1 О внесении изменений в Стратегию развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года : распоряжение Правительства РФ от 30.06.2016 N 1378-р. [Электронный ресурс]. Доступ из справ.-поиск. системы "Консультант Плюс". URL: http://www.consultant.ru/ document/cons_doc_LAW_200858/. 2 Там же.