Автор работы: Пользователь скрыл имя, 05 Января 2013 в 23:55, шпаргалка
1. Возникновение и развитие науки о процессах и аппаратах. Классификация процессов пищевой технологии.
2. Барботажные массообменные аппараты с колпачковыми, клапанными и чешуйчатыми тарелками. Назначение, устройство, принцип действия и область применения.
3. Основные свойства пищевых продуктов, сырья, воды, пара и влажного воздуха. Физические и теплофизические
параметры.
Процессам и Аппаратам
Учение о процессах и аппаратах возникло в начале нашего века, одновременно и независимо в нашей стране и в США. В России основы науки о процессах и аппаратах были заложены известными учеными-инженерами А. К. Крупским в Петербургском технологическом институте и И. А. Тищенко в Московском высшем техническом училище. При этом были использованы богатый фактический материал, накопленный в промышленности, и то огромное идейное наследие в области химической технологии, которое оставил Д. И. Менделеев. В 1909 г.
Впервые в России систематический курс основных процессов и аппаратов химической технологии был прочитан И. А. Тищенко в 1913 г. Быстрый прогресс этой науки начался в 20—30-х гг. Идеи А. К. Крупского были развиты в Ленинградском технологическом институте Д. П. Коноваловым и впоследствии А. А. Кировым, Л. Ф. Фокиным, К. Ф. Павловым и их учениками. Большим событием в развитии химической технологии как науки стала книга Л. Ф. Фокина «Методы и орудия химической техники», вышедшая в 1923 г. одновременно с известной монографией американских ученых В. Уокера, В. К. Льюиса и В. X. Мак-Адамса «Принципы химической техники».
Большой вклад в разработку отдельных разделов науки о процессах и аппаратах внесли И. А. Тищенко — автор расчетов выпарных установок, Д. П. Коновалов — автор классических исследований в области перегонки жидкостей, опубликовавший в 1924— 1925 гг. курс «Материалы и процессы химической технологии». Одной из главных задач химической технологии, отличающих ее от чистой химии, является установление наивыгоднейшего хода операции и проектирование соответствующих ему заводских приборов и механических устройств — так определил задачи химической технологии Д. П. Коновалов.
В Москве наука о процессах и аппаратах получила особое развитие в Химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева, организованном в 1920 г. Научную школу здесь возглавили А. Г. Касаткин и В. В. Кафаров; в МИХМе — А. Н. Плановский, в МИТХТе им. М. В. Ломоносова — Н. И. Гельперин.
Наука о процессах и аппаратах призвана играть большую роль в интенсификации развития пищевой и смежных отраслей промышленности и тем самым способствовать удовлетворению потребностей населения в продуктах питания.
КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ ПИЩЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Развитие науки о процессах
и аппаратах позволило создать
систему понятий и научно обоснованную
классификацию процессов
Производственный процесс (от лат. processus — продвижение) — это совокупность последовательных действий для достижения определенного результата.
Технология — это ряд приемов, проводимых направленно с целью получения из исходного сырья продукта с наперед заданными свойствами. Задача технологии как науки заключается в выявлении физических, химических, механических и других закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов.
Технологический аппарат (от лат. apparatus — оборудование) — это устройство, приспособление, оборудование, предназначенное для проведения технологических процессов.
Машина — устройство, выполняющее механические движения с целью преобразования энергии или материалов. Технологические машины преобразуют форму, свойства и положение обрабатываемого материала.
Все многообразие основных процессов пищевой технологии в зависимости от закономерностей их протекания можно свести к пяти основным группам: гидромеханические, теплообменные, массообменные, механические, биохимические.
Гидромеханические процессы — это процессы, скорость которых определяется законами механики и гидродинамики. К ним относятся процессы перемещения жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, перемешивания в жидких средах, разделения суспензий и эмульсий путем отстаивания, фильтрования, центрифугирования, псевдоожижения зернистого материала.
Теплообменные процессы — это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел (или сред) к менее нагретым. К ним относятся процессы нагревания, пастеризации, стерилизации, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. п. Скорость тепловых процессов определяется законами теплопередачи.
Массообменные, или диффузионные, процессы — процессы, связанные с переносом вещества в различных агрегатных состояниях из одной фазы в другую. К ним относятся абсорбция и десорбция, перегонка и ректификация, адсорбция, экстракция, растворение, кристаллизация, увлажнение, сушка, сублимация, диализ, ионный обмен и др. Скорость массообменных процессов определяется законами массопередачи.
Механические процессы — это процессы чисто механического взаимодействия тел. К ним относятся процессы измельчения, классификации (фракционирования) сыпучих материалов, прессования и др.
Химические и биохимические процессы — процессы, связанные с изменением химического состава и свойств вещества, скорость протекания которых определяется законами химической кинетики.
Колпачковые тарелки снабжены переливными устройствами (например, сливными трубками, рис. 7.10), а проход газа или пара осуществляется через небольшие по высоте патрубки, сверху закрытые колпачками. Пар или газ под действием разности давлений под тарелкой и над тарелкой барботирует через прорези в колпачке и слой жидкости. В отличие от ситчатых тарелок колпачковые не засоряются твердой примесью, содержащейся в разделяемой смеси, и поэтому широко используются в спиртовой промышленности.
Клапанные тарелки. Над прямоугольным или круглым отверстием в тарелке лежит плоский клапан, который при отсутствии давления снизу перекрывает отверстие. Когда давление под тарелкой возрастает, клапан приподнимается и пропускает газ или пар. Высота подъема клапана в пределах свободы, предоставляемой кронштейнами-ограничителями, зависит от разности давлений. Последнее обстоятельство позволяет поддерживать постоянную скорость движения пара или газа, что делает работу колонны устойчивой даже при колебаниях давления.
Совершенство тарелок оценивают по достигаемой площади поверхности контакта фаз, гидравлическому сопротивлению газу или пару, устойчивости работы при колебаниях подачи газа или пара. Колпачковые тарелки по этим показателям совершеннее ситчатых, но уступают клапанным тарелкам.
Многие пищевые продукты представляют собой однородные и неоднородные смеси.
К однородным
смесям относятся растворы, например
сахарные, водно-спиртовые, соки и т.
д. Однородные смеси характеризуются концентр
К неоднородным относятся смеси твердого вещества с жидкостью, а также смеси различных нерастворимых одна в другой жидкостей. Для характеристики неоднородных смесей вводят понятие объемной или массовой доли, например доли твердого вещества в жидкости.
Все свойства веществ можно разделить на физические (плотность, удельный вес, вязкость, поверхностное натяжение и др.) и теплофизические (удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и др.). Данные об этих свойствах для различных веществ и растворов в зависимости от температуры и давления приводятся в справочниках.
Рассмотрим основные свойства веществ.
Плотность q — это отношение массы М тела (вещества) к его объему V. Описывается формулой q=MIV и выражается в килограммах на 1 м3, тоннах на 1 м3 или граммах на 1 см3.
Плотность представляет, собой величину, обратную удельному объему v , т. е. объему, занимаемому единицей массы вещества; q=l/vyB, где vya=V/M.
Плотность раствора зависит от его концентрации С
Отношение плотностей двух веществ называется относительной плотностью.
Удельный вес — это отношение веса тела (вещества) к его объему. В отличие от плотности удельный вес не является физико-химической характеристикой вещества, так как зависит от места измерения. Между удельным весом и плотностью существует соотношение
Вязкость — это свойство газов и жидкостей сопротивляться действию внешних сил, вызывающих их течение.
Поверхностное натяжение — это величина, численно равная работе, которую нужно затратить для того, чтобы при постоянной температуре увеличить на единицу площади поверхность раздела фаз. Поверхностное натяжение жидкости определяют так же, как величину, численно равную силе, действующей на единицу длины контура поверхности раздела и стремящейся сократить эту поверхность до минимума. Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара.
Поверхностное натяжение зависит от температуры и уменьшается с повышением ее.
Теплоемкость — это отношение количества теплоты, подводимой к веществу, к соответствующему изменению его температуры. Теплоемкость единицы количества вещества называется удельной теплоемкостью. В расчетах используют массовую, объемную и мольную удельные теплоемкости.
Удельная теплоемкость зависит от того, при каком процессе (изобарном, изохорном, адиабатном, политропическом, изотермическом) происходит обмен энергией между веществом и окружающей средой..
Массовая удельная теплоемкость показывает, какое количество теплоты надо сообщить веществу массой 1 кг, чтобы повысить его температуру на один градус.
Теплоемкость жидкостей и газов зависит от температуры и увеличивается с повышением ее.
Теплопроводность — это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц, приводящий к выравниванию температуры тела.
Интенсивность теплопроводности в твердых материалах, жидкостях и газах характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, который является теплофизическим параметром вещества и показывает, какое количество теплоты проходит через 1 м2 поверхности в течение 1 ч при градиенте изменения температур в направлении, перпендикулярном к изотермической поверхности, равном 1.
Оборудование для отстаивания и осаждения по принципу действия делится на гравитационные отстойники, отстойные центрифуги, гидроциклоны и сепараторы.
Отстойники бывают периодического, непрерывного и полунепрерывного действия.
Отстойник периодического действия представляет собой плоский бассейн без перемешивающих устройств. Бассейн заполняется суспензией, которая отстаивается в нем в течение необходимого для разделения времени. Затем осветленный слой жидкости сливают (декантируют) через штуцера, расположенные выше слоя осадка. Осевший осадок (шлам) выгружают вручную.
Размеры и форма отстойников зависят от концентрации дисперсной фазы и размеров частиц. С увеличением плотности и размеров частиц размеры отстойника уменьшаются. Продолжительность отстаивания зависит от вязкости дисперсионной фазы, которая снижается с повышением температуры. Поэтому для ускорения процесса отстаивания суспензию подогревают (если это не противоречит технологии).
Непрерывнодействующий отстойник с гребковой мешалкой (рис. 7.3) представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем и внутренним кольцевым желобом вдоль верхнего края отстойника. Мешалка с наклонными лопастями, на которых расположены гребки для перемещения осадка к разгрузочному люку, вращается с переменной частотой от 0,02 до 0,5 мин"1.
Суспензия непрерывно подается по трубе в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и отводится из отстойника. Шлам удаляется при помощи диафрагменного насоса. Извлечение жидкости из шлама, если она является ценной для производства или ее извлечение необходимо по технологическим условиям, производится в установке для противоточной промывки. В таких отстойниках достигаются равномерная плотность осадка, эффективное его обезвоживание. Недостатком гребковых отстойников является их громоздкость.
В многоярусных отстойниках, которые представляют собой несколько отстойников, поставленных один на другой, или цилиндрический резервуар с коническим днищем, внутри которого имеются конические перегородки, разделяющие отстойники на ярусы (рис. 7.4)/В результате этого значительно снизилась громоздкость и увеличилась площадь поверхности отстаивания. Такие отстойники используют на сахарных заводах для сгущения сатур'а-ционных соков.