Multistage electrodynamic dehydrator with heat pumps

Abstract

The aim of this work is the utilization of the secondary steam energy through its thermal transformation in electrodynamic dehydrators developed by the authors. To achieve this goal, the use of heat pumps is proposed. A hypothesis is formulated that the use of electromagnetic energy sources in the process of removing moisture from food solutions, followed by the transformation of secondary steam energy, will allow for the formation of reverse energy flows. A method for calculating energy efficiency in the presence of direct and reverse flows is presented. Multistage dehydrators, where electrodynamic systems are used at the final stage and heat pumps at the previous stages, are analyzed. It is shown that the formation of reverse flows significantly increases the overall energy efficiency. The use of an electrodynamic apparatus at the final stage solves the problems of obtaining a highly concentrated quality solution. The application of heat pumps at the remaining stages allows for the efficient use of secondary steam energy. The most significant result is the matching schemes of heat pumps with the dehydrator and the environment. The importance of the work lies in the substantiation and confirmation of the high energy efficiency of organizing reverse energy flows, and the proposed installation with combined systems — electrodynamic and heat pump. By calculation, the modes have been established in which the overall efficiency for two-stage apparatuses with heat pumps can be increased from 0.4 to 0.6, and for four-stage dehydrators from 0.4 to 0.8.

Целью работы является утилизация энергии вторичного пара путем его термотрансформации в разработанных авторами электродинамических дегидраторах. Для достижения поставленной цели предлагается использование тепловых насосов. Сформулирована гипотеза, что применение электромагнитных источников энергии в процессе удаления влаги из пищевых растворов, с последующей трансформацией энергии вторичного пара позволит сформировать реверсные потоки энергии. Приведена методика расчета энергетической эффективности при наличии прямых и реверсных потоков. Анализируются многоступенчатые дегидраторы, у которых на последней ступени используются электродинамические системы, а тепловые насосы — на предыдущих ступенях. Разработана программа расчета и оптимизации многоступенчатых дегидраторов с тепловыми насосами. Приведены результаты вычислительного эксперимента с двухступенчатым и четырехступенчатым дегидраторами. Показано, что за счет формирования реверсных потоков значительно повышается итоговый энергетический КПД. Обсуждаются вопросы оптимизации систем с реверсными потоками. Использование на последней ступени электродинамического аппарата решает проблемы получения высококонцентрированного качественного раствора. Применение на остальных ступенях тепловых насосов позволяет эффективно использовать энергию вторичного пара. Наиболее существенным результатом являются схемы согласования тепловых насосов с дегидратором и окружающей средой. Значимость работы заключается в том, что обосновано и дано подтверждение высокой энергетической эффективности организации реверсных потоков энергии, предложена установка с комбинированными системами — электродинамическими и теплонасосными. Установлены режимы эксплуатации таких установок и их оптимизации. Обоснованы режимы работы двухступенчатых и четырехступенчатых комбинированных электродинамических и теплонаcосных систем. Определены пути повышения энергетической эффективности. Расчетным путем установлены режимы, при которых для двухступенчатых аппаратов с тепловыми насосами итоговый КПД можно повысить с 0,4 до 0,6, а для четырехступенчатых дегидраторов с 0,4 до 0,8.

Scopul lucrării este de a utiliza energia secundară a aburului prin transformarea sa termică în deshidratoare electrodinamice dezvoltate de autori. Pentru atingerea acestui scop, se propune utilizarea pompelor de căldură. S-a formulat o ipoteză că utilizarea surselor de energie electromagnetică în procesul de îndepărtare a umidității din soluțiile alimentare, urmată de transformarea energiei secundare a aburului, va permite formarea fluxurilor de energie inversă. Este prezentată o metodologie de calcul al eficienței energetice în prezența fluxurilor directe și inverse. Se analizează deshidratoarele cu mai multe trepte, în care sistemele electrodinamice sunt utilizate în ultima treapta, iar pompele de căldură sunt folosite în etapele anterioare. Se arată că, datorită formării fluxurilor inverse, eficiența energetică finală este semnificativ crescută. Utilizarea unui aparat electrodinamic în ultima treapta rezolvă problema obținerii unei soluții foarte concentrate, de înaltă calitate. Utilizarea pompelor de căldură în etapele rămase permite utilizarea eficientă a energiei aburului secundar. Rezultatul cel mai important îl reprezintă schemele de coordonare a pompelor de căldură cu deshidratorul și mediul. Semnificația lucrării constă în faptul că a fost fundamentată și confirmată eficiența energetică ridicată a organizării fluxurilor de energie inversă; a fost propusă o instalație cu sisteme combinate — electrodinamică și pompă de căldură. Prin calcul s-au stabilit moduri în care la aparatele cu două trepte cu pompe de căldură randamentul final poate fi crescut de la 0,4 la 0,6, iar la deshidratatoarele cu patru trepte de la 0,4 la 0,8.