Технологии производства пищи

Коэффициент массопередачи отражает уровень интенсификации процесса: чем больше величина К, тем меньше их размеров требуется аппарат для передачи заданного количества вещества. Одновременно следует воздействовать и на величину поверхности контакта фаз, стремясь ее максимальному развитию и обновлению в единице объема аппарата. Наибольшее влияние на интенсивность массоперенос оказывают гидродинамические и конструктивные факторы.

44. Отстаивание. Назначение, сущность и способы осуществления процесса

Отстаивание - медленное расслоение жидкой дисперсной системы (суспензии, эмульсии, пены) на составляющие её фазы: дисперсионную среду и диспергированное вещество (дисперсную фазу), происходящее под действием силы тяжести. В процессе отстаивания частицы дисперсной фазы оседают или всплывают, скапливаясь соответственно у дна сосуда или у поверхности жидкости. Концентрированный слой из отдельных капелек у поверхности, возникший при О., называют сливками. Частицы суспензии или капли эмульсии, скопившиеся у дна, образуют осадок.

Отстаивание - распространённый способ очистки жидкостей от грубодисперсных механических примесей. Его используют при подготовке воды для технологических и бытовых нужд, обработке канализационных стоков, обезвоживании и обессоливании сырой нефти, во многих процессах химической технологии. Оно является важным этапом в естественном самоочищении природных и искусственных водоёмов. О. применяется также для выделения диспергированных в жидких средах различных продуктов промышленного производства или природного происхождения.

Отстаивание - это частный случай разделения неоднородных жидких или газообразных систем в результате выделения твердых или жидких частиц под действием гравитационного поля.

Осаждение применяется для грубого разделения суспензий, эмульсий и пыли. Этот способ разделения характеризуется низкой скоростью процесса. Осаждением не удается полностью разделить неоднородную смесь на дисперсную и дисперсионную фазы.

Рассмотрим процесс отстаивания неоднородной системы, при котором наблюдается постепенное увеличение концентрации частиц в аппарате по направлению сверху вниз. Осаждение протекает в несколько стадий.

При этом в аппарате образуются четыре зоны: зона 1 - слой осадка; зона 2 - сгущенная суспензия; зона 3 - свободного осаждения; зона 4 - осветленная жидкость. В зоне сгущенной суспензии проходит стесненное осаждение частиц, сопровождающееся трением и взаимными столкновениями. При этом мелкие частицы тормозят движение более крупных.

В начале отстаивания осаждаются преимущественно крупные частицы, вызывающие наиболее интенсивное обратное движение жидкости. Однако по мере уменьшения концентрации этих частиц тормозящее влияние обратного тока жидкости ослабевает и скорость отстаивания возрастает до момента установления динамического равновесия между действующей силой и силой сопротивления жидкости. В последующий период времени совместное осаждение частиц происходит с постоянной скоростью.

45. Циклы и способы измельчения

Измельчение - разрушение твердых тел до требуемых размеров. По размеру (крупности) измельченного продукта различают: грубое (300-100 мм), среднее (100-25 мм) и мелкое (25-1 мм) дробление; грубый (1000-500 мкм), средний (500-100 мкм), тонкий (100-40 мкм) и сверхтонкий ( < 40 мкм) помол. Цель дробления - получение кускового продукта необходимой крупности и гранулометрического, или фракционного, состава, подготовка к помолу. Цель помола - увеличение дисперсности твердого материала, придание ему определенных гранулометрич. состава и формы частиц (остроугольные, скатанные, чешуйчатые и т. п.), дезагрегирование. Измельчение. способствует: улучшению однородности смесей (напр., произ-во СК); ускорению и повышению глубины протекания гетерог. хим. р-ций (в произ-ве минер. удобрений, ультрамарина и др.); повышению интенсивности сочетаемых с ним др. технол. процессов (перемешивание, сушка, обжиг, хим. р-ции); снижению применяемых т-р и давлений (напр., при варке стекла); улучшению физ.-мех. св-в и структуры материалов и изделий (твердые сплавы, бетон, керамика, огнеупоры и т. п.); повышению красящей способности пигментов и красителей, активности адсорбентов и катализаторов; переработке полимерных композиций, включающих высокодисперсные наполнители (напр., сажу, слюду, хим. и иные волокна), отходов произ-ва, бракованных и изношенных изделий (резиновые шины, термо- и реактопласты и др.) и т. д. Осн. характеристики процесса: изменение дисперсности; степень Измельчения. - отношение среднего размера кусков (зерен) исходного материала к среднему размеру кусков (зерен, частиц) измельченного продукта; уд. энергетич. затраты (в кВт. ч на 1 т продукта). Главные характеристики продукта И. - гранулометрич. состав (в %) и уд. пов-сть (в см 2/г). Измельчение. может быть сухим (как правило, при грубом и среднем дроблении) и мокрым (часто при мелком дроблении и помоле). Сухое Измельчение. проводят в воздушной среде или в инертных газах (при переработке окисляющихся, пожаро- и взрывоопасных, а также токсичных материалов). Мокрое Измельчение. (исходный материал смешивают с жидкостью, преим. с водой) применяют при обогащении руд методомфлотации, при послед. обработке измельченного материала в виде суспензии (напр., в произ-ве ТiO2), при повыш. влажности материала и наличии в нем комкующих примесей, при необходимости исключить пылеобразование. Измельчение. может осуществляться периодически либо непрерывно. Периодич. процесс применяют при небольших масштабах произ-ва, т. к. он сравнительно малоэкономичен, сопровождается сильными нагреванием (Измельчение. происходит в замкнутом объеме) и агрегированием обрабатываемого материала и дает возможность получать продукт только широкого гранулометрич. состава, содержащий значит. кол-ва мелких и крупных фракций. Непрерывный процесс осуществляют по двум осн. схемам. При работе в открытом цикле, используемом чаще всего для грубого и среднего Измельчения., материал проходит через измельчитель только один раз, не возвращаясь в него, и также характеризуется широким гранулометрич. составом. Наилучшие показатели по качеству продукта, производительности измельчителя и энергетич. затратам достигаются в случае И. в замкнутом цикле с непрерывным отбором тонкой фракции. Тонкое дробление (или помол) производят, как правило, в замкнутом цикле "И. - классификация". В нем материал с размерами кусков больше допустимого предела многократно возвращается в машину на доизмельчение, а целевая фракция отбирается в результате послед. классификации с помощью: 1) грохотов при дроблении, 2) гидравлических либо воздушных сепараторов соотв. при сухом и мокром помоле. При содержании в исходном материале не менее 30-40% требуемого тонкого продукта измельчения. в открытом или замкнутом цикле проводят с предварит. классификацией сырья. При высокой степени измельчения. резко возрастает расход энергии. С целью его снижения процесс осуществляют в неск. стадий (обычно в две, реже в три), направляя материал в установленные последовательно дробилки или мельницы для грубого, среднего и тонкого Измельчения. Для измельчения. используют разл. способы. В пром. измельчителях чаще всего применяют след. виды мех. воздействий: свободный удар, раздавливание, истирание, а также их комбинации. Выбор усилия зависит от крупности и прочности материала. Машины для измельчения. подразделяют на дробилки и мельницы.. Дробление производят в осн. с помощью дробилок четырех типов: щековых, конусных, валковых, роторных. Щековые дробилки служат для грубого и среднего дробления, напр., серного колчедана в произ-ве H2SO4. В них материал раздавливается между неподвижной и подвижной плитами, наз. щеками, рабочие пов-сти к-рых имеют зубчатую форму; расстояние между щеками уменьшается в направлении движения материала. Осн. достоинства: высокая производительность, простота конструкции, широкая область применения (в т. ч. для дробления крупнокусковых материалов большой твердости), компактность, легкость обслуживания; недостатки: периодичность воздействия на материал (только при сближении щек), неполная уравновешенность движущихся масс, что является причиной шума и сотрясений зданий, где работают дробилки.

46. Осаждение неоднородных систем под действием центробежных сил

Осаждение неоднородных систем под действием центробежных сил называется центрифугированием.

Центробежное поле создается двумя способами:

вращением потока при неподвижном корпусе аппарата (циклонный процесс);

вращением потока вместе с вращением корпуса аппарата (центрифугирование).

По первому способу осаждение жидкости происходит в гидроциклонах. Несмотря на более простое устройство, скорость осаждения в них невелика, а гидравлическое сопротивление более высокое. По указанным причинам степень очистки в гидроциклонах небольшая и они в промышленности используются ограниченно. В данном учебном пособии этот способ не рассматривается.

По второму способу осаждение жидких неоднородных систем происходит под действием центробежных сил в осадительных центрифугах. Осадительные центрифуги применяются для разделения суспензий с концентрацией твердой фазы до 40 % и диаметром частиц 0,005... 10 мкм и для разделения эмульсий. После разделения суспензий образуется осадок с небольшим содержанием жидкости и фугат.

Важной характеристикой центрифуг является отношение центробежного ускорения и2/r к ускорению силы тяжести g, которое равно отношению центробежной силы к силе тяжести данного тела. Это отношение называется фактором разделения:

Кр = w2/rg = щr/g = 4р2n2r/g = 4n2r.

неоднородный химический жидкий осаждение центробежный

Осаждение под действием центробежных сил проводится в барабанах, вращающихся со скоростью щ и имеющих радиус вращения r. Жидкая неоднородная система вводится в барабан снизу. Под действием центробежной силы и силы тяжести свободная поверхность жидкости принимает форму параболоида вращения.

Различают центробежное осветление и центробежное отстаивание.

Центробежное осветление проводится для очистки жидкостей, содержащих небольшое количество твердых частиц (тонкие суспензии, коллоидные растворы). При малой концентрации дисперсной фазы четкой границы между фугатом и осадком нет. По физической сущности центробежное осветление можно рассматривать как свободное осаждение частиц в поле центробежных сил.

Центробежное отстаивание проводится для разделения суспензий и эмульсий. При повышении концентрации твердых частиц в суспензии образуется четкая граница раздела фаз. На первом этапе процесса происходит образование осадка, на втором -- его уплотнение.

Отличием процессов осаждения под действием сил тяжести от центробежных сил является то, что центробежная сила не постоянна по сечению барабана: она увеличивается с увеличением радиуса вращения. Кроме того, в отстойниках частицы проходят через постоянные поперечные сечения аппарата, а в центрифугах -- через возрастающие по радиусу поперечные сечения кольцевого слоя.

47. Теория конвективного теплообмена

Теория конвективного теплообмена позволяет определить коэффициенты теплоотдачи для подобных случаев теплообмена путем обобщения экспериментальных данных. Для этого применяются критериальные числа подобия:

Теплоотдающей поверхностью в опытах по определению коэффициента теплоотдачи конвективного теплообмена служит поверхность металлической трубы.

Внутри трубы, установленной на стойках, находится электрический нагреватель, мощность которого регулируется автотрансформатором и измеряется ваттметром. Мощность нагревателя W в условиях стационарного теплового режима равна полному тепловому потоку Qполн с поверхности нагретой трубы в окружающую среду.

Применение теории подобия позволяет обобщить результаты экспериментальных исследований теплоотдачи в виде критериальных уравнений для конкретного класса явлений. Критериальные уравнения подобия теплоотдачи устанавливают зависимость критерия Нуссельта от определяющих критериев (Pr,Gr). Как правило, эти уравнения представляются в виде степенных функций. В условиях свободной конвекции критериальное уравнение имеет вид:

ж = с ( Grж Prж ) n.

Эмпирические коэффициенты c и n, входящие в уравнение, определяются путем статистической обработки многочисленных экспериментальных данных. Для теплоотдачи с поверхности горизонтальной трубы при свободной конвекции в диапазоне величин 510 2 Grж Prж 210 7 эти коэффициенты имеют постоянные значения :

c = 0,5 ; n = 0,25,

а критериальное уравнение теплоотдачи принимает следующий вид:

ж = 0,5 ( Grж Prж ) 0,25.

Практическое использование эмпирических уравнений подобия заключается в нахождении коэффициентов теплоотдачи по значению ж, вычисленному из критериального уравнения для данного класса явлений.

48. Понятие термодиффузии

Движение влаги под действием только градиента влагосодержания называют диффузией. Под этим общим термином подразумеваются различные виды молярного и молекулярного переноса свободной и связанной жидкости,-- в зависимости от вида тел и форм связи влаги с материалом различают: капиллярную диффузию и пленочное движение, а также концентрационную и избирательную диффузии.

При малом влагосодержании тела и (или) при интенсивном подводе тепла возникает температурный градиент. Движение влаги под действием температурного градиента называют термодиффузией.

Этот термин объединяет следующие виды переноса жидкости и пара: капиллярную термодиффузию жидкости, термодиффузию пара, неизотермическое пленочное движение жидкости и тепловое скольжение жидкости и пара.

При температуре тела более 100 °С (и при меньшей, если тело нагревается изнутри -- при сушке в электромагнитном поле) интенсивное парообразование приводит к тому, что парциальное давление насыщенного пара становится больше барометрического давления окружающего воздуха.

В процессах диффузии, термодиффузии и при наличии градиента давления пар перемещается от участков с большими влагосодержанием, температурой, давлением к участкам с меньшими значениями параметров -- в направлении, противоположном вектору соответствующего градиента.

Особенности влагопереноса в различных телах. В капиллярно-пористых телах влага в основном связана в макро- и микрокапиллярах, но имеется также незначительное количество адсорбционной влаги.

Коэффициент диффузии капиллярно-пористого тела возрастает с увеличением влагосодержания и температуры тела. Относительный коэффициент термодиффузии капиллярно-пористого тела зависит от влагосодержания и температуры, причем характер кривых kKn(U) определяется видом влагопереноса. Для большинства тел он увеличивается с повышением влагосодержания, достигает наибольшего значения, затем остается постоянным или уменьшается. Для типичных коллоидных тел характерны адсорбционная, осмотическая связи и связь влаги в микрокапиллярах, средний радиус которых того же порядка, что и размер молекул и мицелл коллоидного тела. Коэффициент диффузии типичного коллоидного тела зависит от влагосодержания: с повышением влагосодержания он несколько увеличивается, достигает некоторого максимума, затем уменьшается. Относительный коэффициент термодиффузии коллоидных тел /гтк зависит от влагосодержания и температуры. Зависимость kTV.(U) имеет четко выраженный максимум, положение которого определяет границу между адсорбционной и осмотической связями влаги. С повышением температуры kJK уменьшается.

Осмотически связанная влага легко удаляется лишь с поверхности типичного коллоидного тела. Движение ее внутри тела замедленно, так как на пути к поверхности она преодолевает многочисленные стенки клеток или, оказавшись в межклеточном пространстве, движется как влага микрокапилляров. Попытки интенсифицировать процесс сушки приводят к образованию поверхностной корки: наружные слои быстро обезвоживаются, дают сильную усадку, роговеют, теряют способность пропускать влагу. По этим причинам сушку типичных коллоидных тел следует проводить при умеренных градиентах влагосодержания и температуры.

49. Основные критерии гидродинамического подобия

Гидродинамическое подобие-это подобие потоков несжимаемой жидкости, включающее в себя подобие геометрическое, кинематическое и динамическое. Под геометрическим подобием понимается подобие поверхностей, которые ограничивают потоки жидкостей соответственно модели и натуры . Под кинематическим подобием понимается подобие линий тока жидкостей и пропорциональность сходственных скоростей. Под динамическим подобием понимается пропорциональность сил, действующих на сходственные элементы кинематически подобных потоков, и равенство углов, характеризующих направления действия этих сил.

В гидравлике рассматриваются критерии подобия Ньютона, Рейнольдса, Эйлера, Фруда, Дарси.

Критерий подобия Ньютона

Ne=FL/mv2= idem (10.7)

выражает зависимость между равнодействующими силами F, массами m, скоростями v и линейными размерами L в динамически подобных потоках жидкости в самом общем виде. Под силой F понимается любая сила, действующая в жидкости: давления, трения, тяжести, вязкости и др. Критерий подобия Рейнольдса используется для систем, где определяющей силой в потоке жидкости является сила внутреннего трения

Fтр= nrSdv/dy. (10.8)

Эта сила характерна для потоков вязкой жидкости в трубопроводах. Подставляя выражение (10.8) в соотношение (10.7) вместо силы F и произведя некоторые преобразования, получим безразмерный комплекс, называемый критерием Рейнольдса,

Re= vL/n= idem,

где n- кинематическая вязкость жидкости.

50. Прессование. Назначение, сущность и виды прессования

Прессовамние -- процесс обработки материалов давлением, производимый с целью увеличения плотности, изменения формы, разделения фаз материала, для изменения механических или иных его свойств. Как правило, для прессования применяют прессы высокого давления. Прессование используют в различных отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве. Сущность процесса прессования заключается в том, что металл, помещенный в замкнутый объем -- контейнер, подвергается высокому давлению и выдавливается сквозь отверстие, принимая его форму. Прессование применяют для изготовления прутков, труб и изделий сложных профилей. Наружные размеры и форма каждого профиля определяются размерами и формой отверстия матрицы, а внутренняя -- формой и наружными размерами иглы .Прессование может быть прямое и литьевое. Литьевое прессование применяется для изготовления изделий сложной конфигурации с небольшой толщиной стенок и когда предъявляется повышенное требование к точности размеров изделия. Прямое прессование применяется при изготовлении изделий значительной массы и объёма, с большой толщиной стенок, а также при переработке низкотекучих высоконаполненных композиций. Жидкофазное прессование (горячее). Этим методом получаются изделия из термо- и реактопластов, а также резиновых смесей. Метод заключается в пластическом деформировании материала при совместном воздействии тепла и давления с последующей фиксацией формы. К достоинствам метода прессования можно отнести: -более высокую точность профилей, по сравнению с аналогичными профилями, получаемыми при прокатке; -возможность избежать малопроизводительных отделочных операций; -высокую производительность; -возможность получения сложных профилей. Наряду с достоинствами у прессования есть и существенные недостатки: значительный износ инструмента, большой отход металла, особенно при прессовании труб большого диаметра.

51. Температурное поле. Градиент температуры

Температурное поле - совокупность значений температур во всех точках рассматриваемого пространства в данный момент времени. Математически Т. п. может быть описано уравнением зависимости температур от 3 пространственных координат и от времени (нестационарное трёхмерное Т. п.). Для установившихся (стационарных) режимов Т. п. от времени не зависит. Во многих случаях может рассматриваться зависимость Т. п. от двух, а иногда от одной координаты. Графически Т. п. изображают посредством изотермических поверхностей, соединяющих все точки поля с одинаковой температурой, а для двухмерного поля -- посредством семейства изотерм. Расстояние между изотермами обратно пропорционально Градиенту температуры; при этом скалярному Т. п. соответствует векторное поле градиентов температуры. Градиент температуры вертикальный или вертикальный термический градиент-- падение температуры воздуха на каждые 100 м в вертикальном направлении. В сухом воздухе градиент температуры составляет около 1°, в насыщенном водяным паром -- около 0,5°.

52. Общие признаки массообменных процессов

Массообменными процессами называют такие технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую конвективной и молекулярной диффузией: абсорбция, перегонка и ректификация, экстракция, сушка, адсорбция, кристаллизация и др. Аппараты, в которых протекают эти процессы, называют массообменными аппаратами. В массообмене участвуют, как минимум, три вещества: распределяющее вещество (или вещества), составляющее первую фазу; распределяющее вещество (или вещества), составляющее вторую фазу; распределяемое вещество (или вещества), которое переходит из одной фазы в другую. Массопередача имеет место в процессах абсорбции, перегонки и ректификации, экстракции и выщелачивания, сушки, адсорбции, кристаллизации и др. Все массообменные процессы обладают рядом общих признаков.

1. Они применяются для разделения смесей.

2.В любом процессе участвуют по крайней мере две фазы: жидкая и паровая (перегонка, ректификация), жидкая и газовая (абсорбция), твердая и парогазовая (адсорбция), твердая и жидкая (адсорбция, экстракция), две жидких (экстракция).

3.Переход вещества из одной фазы в другую осуществляется за счет диффузии.

4.Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций (градиент концентраций) фактической в данной фазе G и равновесной с фактической в другой фазе L. Процесс протекает в направлении той фазы, в которой концентрация компонента меньше, чем это следует из условия.

5.Перенос вещества из одной фазы в другую происходит через границу раздела фаз.

6.Диффузионные процессы обратимы, т. е. направление процесса определяется законами фазового равновесия, фактическими концентрациями компонентов в обеих фазах и внешними условиями (температура, давление). Так, например, при повышении температуры и понижении давления поглощение газа жидкостью (абсорбция) может перейти в обратный процесс -- в удаление газа из жидкости (десорбция).

7.Переход вещества из одной фазы в другую заканчивается при достижении динамического равновесия. При этом обмен молекулами через границу раздела фаз не прекращается, однако концентрации компонентов в обеих фазах остаются неизмененными и равными равновесным.

53. Аппараты для прессования. Устройство и принцип работы

В пищевой промышленности применяют прессы самых разнообразных конструкций. Их можно разделить на две большие группы: гидравлические и механические.

Гидравлический пресс работает по законам гидравлики. Основной узел пресса -- рабочий цилиндр, внутри которого перемещается плунжер, соединенный с подвижной плитой. Гидравлические прессы широко применяют при переработке фруктов и овощей с целью получения соков, для производства ликеров и эссенций

В сахарной промышленности для обезвоживания жома применяют наклонные горизонтальные и вертикальные шнековые прессы с одно- и двусторонним отжатием. Прессы двустороннего отжатия более производительны, чем одностороннего, и позволяют отжимать жом до более низкой конечной влажности.

Штемпельные и ротационные прессы применяют для брикетиро- зания сухого жома. Спрессованный материал на выходе из отверстия матрицы срезается ножом и лопастью направляется в выгрузочный лоток.

Дисковый пресс, используется в производстве прессованного сахара-рафинада. Матрицы пресса выполнены в виде латунных коробок, которые вставлены в отверстия диска.

Из таблетирующих машин наибольшее распространение в пищевой промышленности получили ротационные. В этих машинах материал прессуется пуансонами (штемпелями), вмонтированными в ротор по его окружности на двух уровнях

Двухшнековый формовочный пресс используют в производстве конфет, в частности пралине, методом формования конфетной массы через кадиброванные отверстия.

Дражировочный гранулятор представляет собой чашеобразный корпус с вогнутым дном, который совершает сложное движение в горизонтальной плоскости. В результате происходит окатывание ядра оболочкой, что приводит к росту гранул. Ядром служат обычно кристаллы сахара, изюм и орехи, ягоды и т. д. Оболочка состоит из сахарной цедры, порошка какао, кофе

54. Факторы разделения. Аппараты для центробежного разделения

Центрифуга - аппарат для механического разделения смеси на составные части действием центробежной силы. Применение центробежной силы для процессов разделения суспензий и эмульсий значительно интенсифицирует процесс.

Центробежные жидкостные сепараторы широко применяются в пищевой промышленности, в частности для сепарации молока (отделения от молока сливок).

Фактор разделения

Эффективность центрифуги оценивается по фактору разделения.

Фактор разделения - один из основных показателей работы центрифуги, показывает во сколько раз ускорение центробежного поля, развиваемого в данной центрифуге больше ускорения гравитационного поля. Математически - отношение центробежного ускорения к ускорению свободного падения. Зависит от числа оборотов и радиуса ротора.

Рассчитывается по формуле:

Fr = w2R/g = 112g10-5 Rn2

где:

w = рn/30 угловая скорость 1/с;

n - число оборотов ротора в минуту;

R - внутренний радиус ротора , м ;

g- ускорение гравитационного поля , м/с2.

Сепаратор - аппарат для разделения смесей на составные части.

Сепараторы различных видов используют множество разнообразных способов сепарации, основанных на разнице в качественных характеристиках компонентов в смеси: в размерах твёрдых частиц, в их массах, в форме, плотности, коэффициентах трения, прочности, упругости, смачиваемости поверхности, магнитной восприимчивости, электропроводности, радиоактивности и других.

Сепараторы по принципу действия можно разделить на центробежные, центробежно-вихревые, центрифужные, прессо-шнековые, вибрационные и отстойные.

Пищевая промышленность

При производстве сливок, обезжиренного молока и других молочных продуктов встаёт проблема разделения белков, жиров и жидких компонентов молока, для чего используется пищевые сепараторы. Используются для отделения сливок от молока, творога от сыворотки и пр.

Пищевая промышленность/производство спирта

При производстве спирта каждый спиртзавод, в качестве отходов, вырабатывает огромное количество барды от 300 мі/сутки. Спиртовая барда, отправляемая в отстойники и на поля фильтрации, является серьёзной проблемой, загрязняя окружающую среду. Многие страны в законодательном порядке запрещают эксплуатацию заводов и фабрик, производящих спирт, если на предприятии не решен вопрос с утилизацией спиртовой/ послеспиртовой барды. Прессошнековый сепаратор способен справиться с этой проблемой. Спиртовая барда, поданная на сепаратор разделяется на твердую фракцию (кек) и на жидкую фракцию (фугат). Твердая фракция используется для корма животных в чистом виде либо отправляется на производство комбикормов.

Пищевая промышленность/производство пива

При производстве пива каждый пивзавод, в качестве отходов, вырабатывает огромное количество пивной дробины от 100 мі/сутки. Пивная дробина является серьёзной проблемой, загрязняя окружающую среду. Прессо-шнековый сепаратор способен справиться с этой проблемой. Пивная дробина, поданная на сепаратор разделяется на твердую фракцию (кек) и на жидкую фракцию (фугат). Твердая фракция используется для корма животных в чистом виде либо отправляется на производство комбикормов.

55. Движущая сила теплообменных процессов. Уравнение теплопередачи. Физический смысл коэффициента теплопередачи

Движущей силой любого процесса теплообмена является разность температур теплоносителей (tx -- t2). Движущая сила процессов теплопередачи при переменных температурах изменяется в зависимости от вида взаимного направления движения теплоносителей.

Чаще всего для определения поверхности теплообмена используют следующее уравнение:

Уравнение справедливо в предположении, что t1 и t2 остаются постоянными по всей поверхности теплообмена, однако эти условия выполняются только в частных случаях. В общем случае t1 и t2 изменяются по поверхности и, следовательно, изменяется и температурный напор Дt= t1 - t2.

Коэффициент теплоотдачи характеризует процесс передачи тепла от некоторого теплоносителя (жидкость или газ) к твердой стенке. Определяется параметрами данного теплоносителя (режим течения, скорость, теплофизические характеристики типа плотности, вязкости и теплопроводности), а также характеристиками той части стенки, которая омывается данным теплоносителем (характерный размер, наличие оребрения и.д.).

Коэффициент зависит:

-от вида теплоносителя и его температуры;

-от температуры напора, вида конвекции и режима течения;

-от состояния поверхности и направления обтекания;

-от геометрии тела.

Поэтому б -- функция процесса теплоотдачи; величина расчётная, а не табличная; определяется экспериментально.

Эквивалентная запись:

Из вышеприведённой дифференциальной формулировки можно вывести интегральную:

Количество теплоты, отданное через площадку на границе раздела тел площадью S за время t, пропорционально разности температур этих тел (если считать, что она остаётся за это время постоянной):

Коэффициент теплопередачи k характеризует процесс передачи тепла между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку. Определяется коэффициентами теплоотдачи обоих теплоносителей и параметрами теплопередающей стенки (ее толщина и теплопроводность).

Разница между теплоотдачей б и теплопередачей k состоит в следующем. Суммарный перенос тепла складывается из нескольких стадий: стадия теплопереноса в первой среде, стадия теплопереноса от первой среды к стенке, стадия теплопереноса в самой стенке, стадия теплопереноса от стенки ко второй среде, стадия теплопереноса во второй среде. Коэффициенты теплоотдачи описывают отдельные стадии этого суммарного теплопереноса на стадии среда-стенка. А коэффициент теплопередачи описывает суммарный теплоперенос в целом со всеми его стадиями. По этой причине вначале всегда рассчитываются коэффициенты теплоотдачи б, а затем через них рассчитывается коэффициент теплопередачи k.

56. Классификация процессов пищевых производств

Принципы классификации процессов пищевых производств.

Естественные процессы пищевой технологии в зависимости от закономерностей их протекания можно подразделить на ряд основных групп:

-гидромеханические,

-механические,

-теплообменные,

-массообменные,

-физические,

-биологические.

Гидромеханические процессы - это процессы в жидкостных или газовых системах, скорость которых определяется законами механики и гидродинамики. Основой гидромеханических процессов является гидростатическое или гидромеханическое воздействие на сырье и материалы. К ним относят процессы транспортирования жидкостей и газов, разделения жидкостных и газовых систем, перемешивания в жидких средах, диспергирования, пенообразования и псевдоожижения, отстаивания, фильтрования, центрифугирования и сепарирования. Движущей силой гидромеханических процессов является перепад давления.

Механические процессы - это процессы чисто механического взаимодействия тел. Они являются физическими процессами и связаны с преобразованием формы, положения, размеров, соотношения твердых тел в смесях. К ним относят процессы измельчения, резания, прессования, смешивания, сортирования неоднородных сыпучих систем и др. Механические процессы описываются законами механики твердых тел, движущей силой которых является сила механического давления, или центробежная сила, разность усилий в различных точках обрабатываемого объекта.

Теплообменные процессы - это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел (или сред) к менее нагретым. К ним относят процессы нагревания, пастеризации, стерилизации, охлаждения, конденсации, выпаривания и т.п. Скорость тепловых процессов определяется законами теплопередачи, их движущей силой является разность температур.

Массообменные, или диффузионные, процессы - это процессы, связанные с переносом вещества в различные агрегатные состояния из одной фазы в другую. К ним относят абсорбцию, адсорбцию, экстракцию, ректификацию и перегонку, сушку, кристаллизацию, растворение и др. Движущая сила разнообразных массообменных процессов представляет собой разность концентраций вещества в различных фазах.

Физические процессы - это процессы переработки пищевых продуктов, основанные на законах физики в сочетании с другими процессами. Так, гель-фильтрацию и обратный осмос можно отнести к гидромеханическим процессам. Особо следует рассмотреть обработку в электростатическом поле, электродиализные процессы.

Биологические процессы - это процессы, осуществляемые с помощью живых микроорганизмов и подчиняемые биологическим законам их жизнедеятельности. К таким процессам относят брожение, микробиологический синтез, ферментацию

57. Определение продолжительности и эффективности процессов смешивания

Смешивание материалов - сложный механический процесс. Основной качественный критерий завершенности процесса смешивания - однородность конечного продукта.

Однородной считается смесь, в которой содержание компонентов в любом ее объеме не отличается от заданного содержания всей смеси. Для достижения однородности (гомогенности) применяют смесители непрерывного и периодического действия. Первые смесители обычно применяют после дозаторов непрерывного действия, а смесители периодического действия - после дозаторов периодического действия.

Эффективность смешивания зависит как от физических свойств компонентов (гранулометрический состав, форма и характер поверхности частиц, влажность, плотность), так и от параметров смесителя (продолжительность смешивания, скорость рабочих органов смесителя, степень заполнения и других показателей).

Невозможно определить, насколько равномерно распределены все компоненты в смеси. Проследить за равномерностью распределения можно. Однако определить равномерность распределения этих компонентов можно лишь в тех случаях, когда методы их количественного определения сравнительно просты и наличие других компонентов не мешает анализу. Такими компонентами могут быть поваренная соль или мел, называемые «ключевыми» компонентами.

Эффективность смешивания, которое рассматривают как стохастический (случайный) процесс, определяют на основе статистических характеристик смеси. Такой характеристикой обычно служит коэффициент вариации (неоднородности) распределения «ключевого» компонента в смеси.

Коэффициент вариации определяют по формуле:

где - среднее содержание «ключевого» компонента в смеси, %;

- содержание «ключевого» компонента в каждой из проб, %;

n - число проанализированных проб.

Для оценки процесса смешивания следует придерживаться следующих показателей:

если Vc < 3% , то качество смеси отличное; если 3% < Vc < 7% - хорошо, 7% < Vc < 15% - удовлетворительно, Vc > 15% - плохое.

Эффективность смешивания в смесителях периодического действия зависит в основном от продолжительности процесса. Однородность смеси быстро возрастает в первые минуты процесса, но по истечении некоторого времени практически не изменяется. Поэтому важно установить оптимальное время для достижения достаточной однородности. Это позволит, во-первых, обеспечить высокую однородность, во-вторых, затратить на процесс столько времени, сколько необходимо для того, чтобы не расходовать лишнюю электроэнергию и не снижать производительности смесителя.

58. Классификация неоднородных систем и способы их разделения

Неоднородная система - система, которая состоит из двух или нескольких фаз, каждая из которых имеет свою поверхность раздела и различается по физическим и химическим свойствам. В зависимости от свойств внешней дисперсной среды различают жидкие и газовые системы.

В зависимости от размера твёрдых частиц суспензии бывают: грубые >100мкм, тонкие 0,1 - 100 мкм, коллоидные растворы <0,1 мкм. Эмульсии с размером частиц >0,4-0,5 мкм расслаиваются (под действием сил гравитации), а меньшие устойчивые.

Основными методами разделения неоднородных систем пищевой технологии является осаждение и фильтрование.

Осаждение - процесс разделения жидких и газовых неоднородных систем под действием гравитационных сил (отстаивание), центробежных сил, центрифугирования и сил электрического поля.

Отстаивание - разделение под действием гравитационных сил - частный случай процесса осаждения, характеризуется скоростью осаждения частиц, скоростью движения потока и качеством получаемого продукта.

Отстойники являются малоэффективными и требуют больших площадей рабочих помещений, поэтому с целью интенсификации разделения пылей, суспензий и эмульсий процесс осаждения проводят под действием центробежной силы.

Для создания поля центробежных сил используют 2 технических приема:

1.Поток поступает в неподвижный аппарат и вращается в нем - циклонный процесс, аппарат - циклон;

2.Поток жидкости, газа поступает во вращающийся аппарат и вращается вместе с ним - отстойное центрифугирование, аппарат - центрифуга или сепаратор.

Гидроциклоны - применяются для осветления, обогащения суспензий, классификации твёрдых частиц по размерам от 15 до 150 мкм. Для осветления также вод после мойки пищевых продуктов.

Сепараторы используют для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий. В промышленности нашли распространение одно и много камерные, тарельчатые сепараторы. В тарельчатых сепараторах благодаря установке в роторе пакета конических тарелок поток жидкости разделяется на большое число тонких слоев. Это обеспечивает ламинарный режим прохождения жидкости и уменьшает путь осаждающихся частиц.

Фильтрование - процесс разделения жидких и газовых неоднородных систем (смесей) с использованием перегородки задерживания частицы.

Фильтрование под действием центробежной силы проводят на фильтрующих центрифугах.

Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного действия разделяются по расположению вала на: вертикальные и горизонтальные, по способу выгрузки осадка: - с гравитационной, - ручной, - пульсирующей, - центробежной.

При разработке новых видов фильтровального оборудования следует ориентироваться на создание компактных аппаратов с развитой фильтровальной поверхностью, позволяющих проводить ее регенерацию без остановки технологического процесса.

59. Классификация теплообменных аппаратов

По принципу действия теплообменники делятся на рекуперативные. регенеративные и смесительные.

В рекуперативных теплообменниках теплоносители разделены стенкой и теплота передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку. В зависимости от конструкции разделяются на кожухотрубчатые, типа «труба в трубе», змеевиковые, пластинчатые, спиральные, оросительные и аппараты с рубашками. Особую группу составляют трубные выпарные аппараты.

В регенеративных теплообменниках одна и та же теплообменная поверхность омывается попеременно горячим и холодным теплоносителями. При омывании горячим теплоносителем поверхность нагревается за счет его теплоты, при омывании поверхности холодным теплоносителем она охлаждается, отдавая теплоту. Таким образом, теплообменная поверхность аккумулирует теплоту горя чего теплоносителя, а затем отдает ее холодному теплоносителю.

В смесительных аппаратах передача теплоты происходит при непосредственном взаимодействии теплоносителей. Бывают:

мокрого (предназначен для конденсации пара водой, хлаждающая вода вводится в конденсатор через сопла) и сухого (взаимодействие пара и охлаждающей воды происходит в противотоке) типов. Теплота в них передается от одного теплоносителя к другому при их смешении.

60. Общие закономерности технологических процессов

Общие кинетические закономерности процессов пищевой технологии, за исключением механических процессов, формулируются в виде общего закона: скорость процесса прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению. Величина, обратная сопротивлению, называется коэффициентом скорости процесса.

Согласно определению общее кинетическое уравнение имеет вид

где V-- количество массы или энергии; F-- площадь, через которую проходит масса или энергия; т -- продолжительность процесса; -- движущая сила; R-- сопротивление; К -- коэффициент скорости, обратный сопротивлению.

В общем случае движущей силой процесса является разность потенциалов, а в частных случаях -- перепад давлений р между входом потока в трубопровод или аппарат и выходом потока из трубопровода или аппарата (для гидромеханических процессов), разность температур между теплоносителями, обменивающимися теплотой (для теплообменных процессов), разность концентраций распределяемого между фазами вещества (для массообменных процессов). Коэффициенты скорости процессов зависят от режимов движения потоков материалов, которые определяются законами гидродинамики.

Материальный баланс составляют на основании закона сохранения массы: количество поступающих материалов УGв должно быть равно количеству конечных продуктов УGK, получаемых в результате проведения процесса:

УGв=УGK.

На основании материального баланса определяют выход продукта, т.е. выраженное в процентах отношение полученного количества продукта к максимально возможному. Выход продукта рассчитывают на единицу затраченного сырья.

Материальный баланс составляют для всех веществ либо для одного вещества за выбранную единицу времени или за одну операцию.

Тепловой баланс составляют на основе закона сохранения энергии: количество энергии УQн, введенной в процесс, должно быть равно количеству выделившейся энергии:

УQн = УQк + УQп,

где УQк -- количество отводимой теплоты; УQп -- потери теплоты в окружающее пространство.

Вводимая в процесс теплота УQн складывается из теплоты Q1 поступающей с исходными материалами, подводимой, например, теплоносителями, теплоты Q2 и теплоты физических или химических превращений Q3

Количество отводимой теплоты УQк складывается из теплоты, уходящей с конечными продуктами и отводимой теплоносителями.

Из теплового баланса определяют расход греющего пара, воды и других теплоносителей.

61. Материальный баланс процессов разделения

Разделению подлежит неоднородная система, состоящая из вещества а (дисперсионная фаза) и взвешенных частиц b (дисперсная фаза).

Gc -- количество исходной смеси, кг;

хс -- содержание вещества b в исходной смеси, мае. %;

Gп -- количество продукта, кг;

ха -- содержание вещества b в очищенном продукте, мае. %;

G0 -- количество осадка, кг;

х0 -- содержание вещества b в осадке, мае. %;

да и дb -- плотности веществ а и b.

При отсутствии потерь веществ материальный баланс разделения можно представить так:

по общему количеству веществ Gc=Gп+G0;

по количеству взвешенных веществ (дисперсной фазе)



Совместное решение этих уравнений позволяет определить количество очищенного продукта

Содержание взвешенных частиц в очищенном продукте и в осадке выбирается в зависимости от технологических требований и зависит от метода разделения.

Эффективность разделения характеризуется эффектом разделения

62. Определение средней разности температур при теплообмене

Движущая сила теплообменных процессов -- разность температур теплоносителей.

Для определения средней температуры строят температурный график и из него в каждом конкретном случае движения среды устанавливают большую и меньшую разности температуры.

и .

Затем устанавливают величину соотношения между ними, и если:

63. Критерии гидродинамического подобия

Из соотношения сил инерции и трения получим безразмерный комплекс , который называется критерием Рейнольдса и характеризует гидродинамическое подобие:

Здесь d -- диаметр трубопровода; d является характерным линейным размером, м -- динамическая вязкость; v -- скорость

Из соотношения сил давления и инерции получим критерий Эйлера

,

а из соотношения сил тяжести и инерции -- критерий Фруда

Fr=gd/v2.

Отношение сил инерции позволяет получить критерий гомохронности

Ho=vф/d

который характеризует временное подобие в нестационарных процессах.

Полученные критерии подобия, за исключением критерия Эйлера, состоят только из параметров, входящих в условия однозначности, следовательно, они являются определяющими, а критерий Эйлера -- определяемым (давление не входит в условия однозначности и является искомой величиной).

На основании второй теоремы подобия связь между критериями представим в виде критериального уравнения

Eu=f(Re, Fr, Но, Г),

где Г=lld -- параметрический критерий; l -- длина трубопровода.

Для стационарного процесса из уравнения следует исключить критерий гомохронности Но:

Eu=f1(Re, Fr, Г).

В случае развитого турбулентного режима силы тяжести не оказывают влияния на движение жидкости и уравнение имеет вид

Eu=f2(Re, Г),

64. Отстаивание

Отстаивание - разделение жидкой грубодисперсной системы (суспензии, эмульсии) на составляющие её фазы под действием силы тяжести. В процессе отстаивания частицы (капли) дисперсной фазы выпадают из жидкой дисперсионной среды в осадок или всплывают к поверхности. Отстаивание как технологический приём используют для выделения диспергированного вещества или очистки жидкости от механических примесей. Эффективность отстаивания возрастает с увеличением разницы в плотностях разделяемых фаз и крупности частиц дисперсной фазы. При отстаивании в системе не должно быть интенсивного перемешивания, сильных конвекционных потоков, а также явных признаков структурообразования, препятствующих седиментации. Отстаивание -- распространённый способ очистки жидкостей от грубодисперсных механических примесей (см. Отстойники). Его используют при подготовке воды для технологических и бытовых нужд, обработке канализационных стоков, обезвоживании и обессоливании сырой нефти, во многих процессах химической технологии. Оно является важным этапом в естественном самоочищении природных и искусственных водоёмов. Отстаивание применяется также для выделения диспергированных в жидких средах различных продуктов промышленного производства или природного происхождения.

Процесс разделения гетерогенных систем можно существ енно интенсифицировать, проводя процесс под действием центробежных сил. Для создания поля центробежных сил обычно используют два технических приема: первый обеспечивает вращательное движение потока в неподвижном аппарате, при втором - поток направляют во вращающийся аппарат, где он начинает вращаться вместе с аппаратом. В первом случае процесс проводят в циклоне и называют циклонным; во втором в отстойных (осадительных) центрифугах, а процесс называют отстойным (осадительным) центрифугированием. Если в отстойной центрифуге обрабатывается малоконцентрированная суспензия, причем задачей обработки является полное удаление частиц дисперсной фазы из жидкости, т.е. осветление последней (очистка машинных масел от тонких взвесей), то такая центрифуга называется осветляющей, а процесс центрифугирования центробежным осветлением.

К отстойным центрифугам относятся тарелочные сепараторы, с помощью которых производится сепарирование эмульсий и осветление тонких суспензий.

65. Схемы движения теплообменных сред

Противоток. В противоточном теплообменнике два теплоносителя движутся параллельно друг другу, но в противоположных направлениях.

Параллельное однонаправленное течение. В теплообменниках этого типа два теплоносителя движутся также параллельно друг другу, но в одном и том же направлении.

Перекрестный ток. В теплообменнике с перекрестным током два теплоносителя движутся иод прямым углом друг к другу. Например, первый поток может течь внутри труб, собранных в пучок, тогда как второй поток может двигаться в пространстве между трубами в направлении, в целом перпендикулярном оси этих труб.

Перекрестный ток с противотоком. В некоторых случаях конфигурация течения теплоносителей в реальных теплообменниках приблизительно соответствует идеализированным схемам, приведенным на рис. 4. Эти схемы классифицируются как перекрестный ток с противотоком. Теплообменники со смешанным течением теплоносителей (перекрестный ток с противотоком) можно рассматривать как компромиссный вариант между требованием высокой эффективности аппарата и простотой конструкции. Чем больше число ходов в таком теплообменнике, тем ближе ои по экономичности к противоточному варианту.

Многоходовое течение в межтрубном пространстве и трубах. В пределах одного теплообменника можно осуществить комбинацию некоторых характерных черт, свойственных теплообменникам с однонаправленным движением теплоносителей и противоточным теплообменникам. Это достигается поворотом труб внутри единого корпуса. Такие повороты можно осуществлять многократно.

Имеются и другого класса теплообменники, именуемые регенераторами, в которых два потока теплоносителей проходят через одно и то же пространство попеременно. В регенераторах теплота, переданная от одного из теплоносителей твердым стенкам канала, аккумулируется ими, а затем отдается второму теплоносителю, когда наступает его очередь движения через аппарат.

66. Основы теории подобия. 3я Теорема подобия

Объединение математических методов с экспериментом с помощью теории подобия позволяет распространить результаты единичного опыта на целую группу явлений. Понятие подобия распространяется на любое физическое явление. Физические явления считаются подобными, если они относятся к одному и тому же классу, протекают в геометрически подобных системах, и подобны все однородные физические величины, характеризующие эти явления. Однородными называются такие величины, которые имеют один и тот же физический смысл и одинаковую размерность. Таким образом, для подобных физических явлений в сходственных точках и в сходственные моменты времени любая величина ц? первого явления пропорциональна величине ц?? второго явления, т. е. ц?=cц·ц??. При этом каждая физическая величина ц имеет свой множитель преобразования cц? численно отличный от других. Аналогично геометрическому подобию уравнения, описывающие подобные физические явления, после приведения их к безразмерному виду становятся тождественно одинаковыми. При этом в сходственных точках все одноименные безразмерные величины, в том числе и безразмерные параметры, будут равны.

Первая теорема подобия (теорема Ньютон-Бертрана): подобные явления характеризуются численно равными критериями подобия.

Вторая теорема подобия (теорема Бэкингем-Федермана): решение любого дифференциального уравнения, связывающего между собой переменные, влияющие на процесс, может быть представлено в виде зависимости между критериями Кподобия. Такие уравнения называются уравнениями обобщенных переменных, или критериальными уравнениями

...