КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ, ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕЛ

Лекция №1

ВВОДНАЯ

1. Значение курса при подготовке инженеров-технологов при переходе экономики на рыночные отношения.

2. Содержание и назначение курса.

3. Общие закономерности протекания технологических процессов.

Переход экономики на рыночные отношения требует коренной перестройки общественного питания с целью выживания отрасли. Поэтому возникает необходимость в кратчайшие сроки внедрять в производство новейшие достижения науки и техники.

Для выполнения задач, стоящих перед общественным питанием, инженеру-технологу требуется глубоко знать сущность процессов, протекающих в аппаратах, установленных на предприятиях общественного питания, смело внедрять в практику интенсивные способы приготовления пищи на базе передовых достижений науки в области технологических процессов; знать новую технику и аппараты, обеспечивающие быстрое и качественное приготовление пищи с минимальными затратами.

Это позволит при вашей дальнейшей практической деятельности правильно организовать производственный процесс, технически грамотно эксплуатировать и модернизировать действующее оборудование, эффективно внедрить и осваивать новые технологические процессы и высокопроизводительные аппараты.

Возникшие в экономические условия ставят перед нами задачу перевода общественного питания на индустриальные рельсы, на основе чего добиться повышения качества продукции, снижения энергетических и материальных ресурсов, резкого повышения производительности труда в отрасли. Все это невозможно без качественного улучшения подготовки специалистов, которым необходимо решать поставленные задачи.

Курс «Процессы и аппараты пищевых производств» является переходной дисциплиной от общеинженерных дисциплин к специальным. В курсе излагаются основные вопросы теории и практики, происходящие при приготовлении пищи процессы, проблемы и некоторые пути их решения, а также основные операции, присущие как всем отраслям пищевой технологии, так и специфическим процессам и аппаратам.

Курс «Процессы и аппараты пищевых производств» основывается на ранее полученных студентами знаниях по высшей математике, физике, химии, теоретической механике, теплотехнике, прикладной механике. В свою очередь курс «Процессы и аппараты пищевых производств» составляет помимо самостоятельного значения научную и теоретическую базу для углубленного восприятия таких дисциплин как «Оборудование предприятий О.П.», «Технология производства продукции О.П.»

Программа курса предусматривает чтение лекций, проведение лабораторных и практических занятий.

В последнее десятилетие промышленность развивается достаточно интенсивно, за счет чего значительно расширились представления о сущности и сложности технологических процессов, которые при переработке пищевых продуктов очень сложны. Научно-техническая революция привела к разработке эффективных методов исследования процессов переработки продуктов, базирующихся на достижениях биохимии, физики, биофизики, учениях о тепло- и массопереносе, физико-химической механики, прикладной математики и т.д. Эти достижения обусловили переход от описательного подхода к процессам О.П., к методологии, составленной на качественных изменениях, что впервые позволило издать ряд оригинальных работ, в том числе справочников по свойствам пищевых продуктов: теплофизическим, электрофизическим, акустическим, оптическим, структурно-механическим.

Производство характеризуется как видом перерабатываемого сырья, так и определенными органолептическими свойствами готовой продукции. Цель обработки – добиться желаемых показателей путем обработки сырья, чтобы задержать его порчу, либо вызвать более глубокие изменения в сырье и сделать готовый продукт не похожим на исходный.

В П. пр. обычно используется сырье животного или растительного происхождения (мясо, рыба, овощи, фрукты, яйца и т.д.). В живых клетках этих продуктов протекают ферментные реакции, характерные для живых организмов. После гибели клеток ферментные реакции нарушаются, в результате чего происходят изменения, которые приводят к порче продуктов. Другие виды порчи вызваны развитием микроорганизмов или протеканием чисто химических реакций (окисление). В некоторых видах сырья (молоко), не имеющих клеточного строения, происходят спонтанные ферментативные, микробиологические и химические реакции, которые вызывают соответствующие изменения или порчу.

Состав сырья и его характеристики зависят от разных условий: климатические, состава почвы, местных обычаев и т.п., что оказывает большое влияние на пригодность сырья для тех или иных целей. Это говорит о нестабильности показателей, характеризующих сырье. В этой связи статистические методы являются незаменимыми при изучении степени пригодности сырья того или иного вида.

Основным способом оценки пищевых продуктов является определение органолептических показателей, измерять которые достаточно сложно. Если количественно измерить цвет легко с помощью стандартных методик, то очень сложно количественно оценить внешний вид пищевых продуктов (мяса, фруктов и др.), это же относится к текстуре, вкусу и запаху. Т.е. в этом случае возможна только статистическая оценка дегустаторов.

Редко удается вывести корреляционные зависимости между органолептическими показателями теста, сопротивление мяса резанию, содержанием летучих соединений специй и степенью порчи продукта. Поэтому для правильной оценки сырья и осуществления производственного контроля требуется наличие количественных критериев. Органолептическая оценка, полученная при дегустации, абсолютно непригодна для постоянного контроля за различными стадиями процесса.

Основным показателем является пищевая ценность продукта, т.к. он предназначен для потребления человеком. Готовый продукт является источником белков, жиров, витаминов, микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности человеческого организма. Известно более 50 различных соединений, необходимых человеку (аминокислоты, полиненасыщенные жирные кислоты, стимуляторы роста, минеральные соли и т.д.). Известны научно-обоснованные значения общей потребности этих элементов и составлен их баланс. Существующие аналитические методы позволяют определять все эти компоненты в сырье и готовом продукте. Однако, установлены корреляции между аналитическими показателями и пищевой ценностью продукта осложняются рядом факторов: сложной организацией животных (особенно человека, мы знаем, как кормить практически любых животных, но не знаем, как кормить себя), психическими явлениями и др.

Человек создавал свои навыки питания в течение длительного времени, он узнал, какие продукты растительного или животного происхождения являются токсичными, а какие полезными, как можно их изменить, чтобы сделать более приемлемыми для питания. Традиционно сложившийся опыт дополняет современная биохимия, выявляет оптимальные способы обработки продуктов с точки зрения пригодности их для питания человека.

В последние годы критикуют пр.п. за изменение «натуральности» продуктов в связи с новыми технологическими методами и процессами. Однако вредно считать. Что продукт пригоден к пище только потому, что он «натурален». Так, в фасоли содержатся цианиды, в соевых бобах – ингибиторы трипсина, нарушающие биологические процессы в организме человека; картофель содержит солонин, токсичный для человека. Использование натуральных антиокислителей привело к ряду несчастных случаев, а потребление копченостей служит причиной заболевания раком желудка.

Тепловая обработка продуктов, содержащих белки и редуцирующие сахара, приводят к уменьшению усвояемости лизина; в других случаях нагревание белков (яичного) необходимо, чтобы сделать его усвояемым. Во многих продуктах находятся микотоксин, а в посоленных мясопродуктах – нитрозоамины. Путем традиционной ферментации вин из некоторых деликатесных фруктов получают бренди, который после дистилляции содержит 2-3% метанола.

Напротив, технологической обработкой можно устранить эти недостатки и даже улучшить качество пищевых продуктов. Сливочное масло можно добавить в витамин D. Спецобработкой молока можно инактивировать лактазы, которая не усваивается определенной группой людей, увеличить противобактериальную стойкость. Из алкогольных напитков алкоголь можно удалить бактериальной ферментацией, из дыма можно удалить канцерогенную фракцию, можно использовать безопасные неабсорбируемые полимерные вещества, полимерные красители и антиокислители.

Производство пищевых продуктов на промышленной основе подразумевает применение одного или комбинацию ряда способов. Так, при помоле пшеницы в результате отделения эндосперма от зерен получают муку и некоторые побочные продукты. Крахмал необходимо очищать. Экстракция масел представляет процесс разделения с помощью щелочных растворов, адсорбентов или путем выпаривания. При выработке сливочного масла используют сепарирование и коалесценцию.

Есть много других примеров разделения (сушка, дистилляция, механическая обработка сырья и др.)

Производство колбас, молочных изделий, майонеза, кондитерских изделий заключается в перемешивании ингредиентов в хорошо изученных условиях. Копчение мяса и рыбы со смешиванием некоторых газовых компонентов дыма с продуктом. Зачастую операции разделения и перемешивания происходят одновременно с коалесценцией или фазовым переходом.

Имеется очень много примеров протекания простых или сложных химических реакций. Например, гидрогенизация жиров или кислотный гидролиз крахмала – это простые, кинетику которых можно изучить классическими методами. Обжарка кофе, цикория, выпечка хлебобулочных изделий основаны на важнейших реакциях между группами NH₂ и редуцирующими сахарами (реакция Майара), которые бывают ответственными за изменение вкуса, запаха и цвета в процессе тепловой обработки. Изучение этих реакций – дело сложное, т.к. в продуктах реакций глюкозы и глицерина насчитывают несколько сотен.

Ферментацию используют при приготовлении пива, вина, квашеной капусты и т.п. Готовый продукт существенно отличается от исходного сырья. Ферментацию используют также при очистке сточных вод ( что очень важно для охраны окружающей среды, опыт г.Одессы). Ферментные реакции происходят без участия микроорганизмов ( переход ячменя в солод – пивное сусло, созревание мяса, фруктов, приготовление деликатесных продуктов на основе сои и рыбы). Широко используются очищенные или даже иммобилизованные ферменты.

Консервирование увеличивает продолжительность хранения обработанных продуктов, в результате чего расширяются возможности их потребления во времени и территориально. В этом случае приходится бороться с микробиальными, ферментными и чисто химическими изменениями в продуктах. Для предотвращения микробиальной порчи используют тепловую обработку, охлаждение, понижение равновесной влажности, снижение рН, добавление химических консервантов, облучение ионизирующее и гамма-излучение и стерилизующую фильтрацию.

При тепловой обработке продолжительность и летальная температура зависят от рН продукта, так, например, при рН меньше 4, для уничтожения всех жизнеспособных микроорганизмов достаточно Т=100С. Для менее кислых повышают температуру и давление. Можно подвергать тепловой обработке фасованную и бестарную продукцию, в последнем случае возникает проблема асептической упаковки.

В результате охлаждения до ⁰С рост микроорганизмов лишь замедляется, а при замораживании наступает почти полное их ингибирование.

Понижение равновесной влажности добивается сушкой, либо добавлением растворимых веществ (сахар, соль).

рН молочной продукции снижают ферментацией, а других продуктов – добавлением кислоты. Разработаны некоторые химические консерванты (сорбиновая кислота, антибиотики, нитрофуран).

Ионизирующее облучение используют для уничтожения многоклеточных микроорганизмов и микробов, например, трихенелл в мясе.

Стерилизующая фильтрация щироко применяется в виноделии, пивоварении, производстве фруктовых соков, очистке сточных вод.

Для предотвращения ферментативных изменений используют тепловую обработку с добавлением ряда веществ (двуокись серы, аскорбиновая кислота). Необходимо учитывать, что энергия инактивации ферментов отличается от энергии разрушения микроорганизмов и, как правило, более длительна при более низких температурах.

Когда устранена возможность микробиальных и ферментных изменений (замороженный, обезвоженный, консервированный продукт) качество продукта зависит от чисто химических изменений. Надо знать, что если продукт обезвожен полностью, то при хранении протекают реакции Майера, сопровождающиеся потемнением, пересушенный продукт становится чувствительным к окислению.

Процессы пищевого производства чаще всего сопровождаются массотеплопереносами количества движения. Массоперенос между фазами без значительного обмена энергии происходит при экстракции жира, копчении, рафинировании масел и ионообменной деминерализации, аэробной и анаэробной ферментации. Так перенос молочной кислоты и катионов внутри сыра карамбер обеспечивает гомогенность созревания, газоперенос при хранении фруктов регулирует их изменение после сбора урожая.

Пастеризация молока и стерилизация консервов сопровождается теплопереносом между фазами, этот процесс определяет скорость разрушения микроорганизмов и изменения в обрабатываемом продукте. Теплоперенос оказывает существенное влияние на многие химические и ферментативные реакции в процессе приготовления продуктов.

При статической и центробежной седиментации любая масса перемещается с определенной скоростью под действием силы. Скорость переноса жидкости в трубе и скорость фильтрации жидкости или газа обуславливается переносом количества движения.

При кристаллизации происходит одновременно тепло- и массоперенос, а также движение молекул на поверхности кристаллов. При сушке горячим воздухом, играющим большую роль в пищевой промышленности, осуществляется одновременный перенос массы из продукта, теплоты от нагревательных элементов к воздуху и из воздуха внутрь его и количества движения в результате трения между воздухом и продуктом.

Во время дистилляции массо- и теплоперенос, а также перенос количества движения, происходит между паром и жидкостью на каждой тарелке.

При осуществлении таких операций как измельчение, сортировка по размерам, прессование, агломерация, перемешивание твердых и пастообразных тел, эмульгирование и др., не всегда происходит одновременный перенос. Однако законы, которым подчиняются эти операции, очень часто аналогичны законам, описывающим процессы переноса. Так, например, процесс чистки и мойки нельзя рассматривать как простой массоперенос, но при определенных допущениях чистку и промывку можно изучить на базе одновременного массопереноса и количества движения.

В предлагаемом курсе будут изучаться не все вышеперечисленные процессы, часть некоторых будут изучаться при чтении других дисциплин: «Тепловое оборудование», «Технология приготовления пищи», «Физиология питания» и др.

Основы законов пищевой промышленности

Процесс – это последовательное изменение состояния тела или явления, происходящего в природе. Процессы могут быть естественные и искусственные (воспроизведенные человеком).

Производственные и технологические процессы предназначены для переработки сырья с целью получения готового продукта или полуфабриката. На протяжении технического процесса несколько тел находятся во взаимодействии, имеющем механический, тепловой или диффузный характер.

Процессы делятся на:

1. Механические и гидромеханические

2. Тепловые

3. массообменные

Кинетическое уравнение процесса сводится к одному образцу:

I = L*x

где І – скорость процесса,

L – скалярная величина, характеризующая проводимость,

х - двигающая сила процесса.

Изучение основных технологических процессов приготовления пищи зиждется на двух основных физических законах, отражающих реальную сущность окружающей нас среды. Это закон сохранения массы и закон сохранения энергии.

Закон сохранения массы читается:

Массовое количество веществ G₁ и G₂, поступивших в переработку, равно массовому количеству полученного продукта G₃ с учетом потерь или отходов G₄, т.е. G₁+G₂ = G₃+G₄

Это уравнение называется уравнением материального баланса. Иногда уравнение материального баланса записывают графически.

Рассмотрим процесс варки. С левой части графика располагают массу перерабатываемого сырья, G₁ и G₂, с правой – выход готовой продукции G₃, а сверху и снизу – потери массы сырья в процессе переработки G_4.

G₄ = ΔW+W₂

ΔW – испарившаяся влага;

W₂– отброшенная влага.

Материальный баланс может быть составлен не только для одного вещества, но и для любой его составной части. Например, при фильтрации можно составить два уравнения:

по суспензии G_c=G_ф+G₀

по твердой фазе G_c*x₁=G₀*x₂

где:

G_c – масса фильтруемой суспензии, кг;

G_ф– масса фильтрата после процесса, кг;

G₀– масса влажного осадка, кг;

х₁- % начальное содержание сухих веществ в суспензии;

x₂ – содержание сухих веществ во влажном осадке.

Решая систему этих уравнений (при допущении, что сухие вещества не попадают в фильтрат) определяют либо количество энергии тепловой, механической или электрической) равен ее расходу. Из курса теплотехники вы уже знакомы с основным уравнением теплового баланса при нагреве аппарата за счет энергии, выделяющейся при сжигании топлива:

Q_общ= Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆

Q_общ– количество тепла, выделившегося при сжигании топлива, кДж

Q₁ – полезное тепло, пошедшее на технологический процесс, кДж

Q₂ – количество теплоты, вытесненное продуктами сгорания, кДж

Q₃– количество теплоты, вытесненное горючими элементами (химический недожег), кДж

Q₄– количество теплоты, вытесненное несгоревшими частицами топлива (механический недожег), кДж

Q₅– количество теплоты, теряемого аппаратом во внешнюю среду, кДж

Q₆– количество теплоты, пошедшее на разогрев аппарата до конечной температуры, кДж

Условия равновесия системы, характеризующие статику процессов, можно определить по второму закону термодинамики или законам физического равновесия.

Лекция №2

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ, ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕЛ

При изучении технологических процессов из большого количества путем группировки выделяют ограниченное число основных процессов, а при изучении основных процессов и их отдельных групп используют единые закономерности.

В зависимости от основных закономерностей, характеризующих протекание процессов, последние классифицируют на следующие группы:

а) механические I= k*Δ P

б) гидромеханические I= k*Δ P

в) тепловые I= k*Δ t

г) массообменные I= k* f (Δ t; ΔС)

д) биохимические и процессы, осложненные химической реакцией I= k*ΔС

К механическим процессам, основой которых является механическое воздействие на твердые материалы, относят перемешивание, отстаивание, фильтрование, центрифугирование и очистку воздуха и газов. Движущей силой этих процессов является гидростатическое или гидродинамическое давление или ц/б сила.

К тепловым процессам, основой которых является изменение теплового состояния взаимодействующих сред относят нагревание, выпаривание, конденсацию и получение искусственного холода. Движущей силой этих процессов является разность температур взаимодействующих сред.

К массообменным (диффузным) процессам, в которых наряду с теплоотдачей большую роль играет переход вещества из одной фазы в другую за счет диффузии, относят абсорбцию, адсорбцию, сушку, перегонку и ректификацию, экстрагирование и кристаллизацию. Движущей силой этих процессов является разность концентраций переходящего вещества во взаимодействующих фазах (ΔС).

Биохимические процессы и процессы, осложненные химической реакцией протекают за счет разности концентраций веществ во взаимодействующих фазах. Эти процессы будут рассматриваться в специальных курсах.

Все процессы делятся на непрерывные, периодические и комбинированные.

Непрерывный процесс характеризуется стабильностью воздействующего поля (давление, температура, концентрация), изменение параметров во времени равно 0 и зависит только от координат. В непрерывных процессах происходит непрерывная загрузка и выгрузка продуктов.

Периодические процессы характеризуются изменением действующего поля во времени. Величина любого параметра процесса является функцией координаты времени:

ΔР = f(X,Y,Z,Т)

Загрузка и выгрузка продукта производится периодически.

Комбинированные процессы – сложные многочленные, когда некоторые процессы протекают непрерывно, а некоторые - периодически (подвод тепла непрерывно, а загрузка – периодически, замена фильтров и т.д.). Говоря о технологических процессах необходимо помнить, что влияние человеческой деятельности на окружающую среду настолько возросло, что приходится бороться с загрязнением окружающей среды (очистка сточных вод, продуктов сгорания). Кроме того, идет непрерывный процесс потребления полезных ископаемых, который грозит истощением источников, что требует экономного расходования этих запасов (топлива, минерального сырья, воды и т.д.)

Комплексный подход при использовании природных ресурсов с одновременными мероприятия по охране природы создает предпосылки для развития общества без ущерба для окружающей среды.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЫРЬЯ И ПРОДУКТОВ

К техническим свойствам относят структурно-механические, теплофизические и физико-химические свойства продуктов, которые используются в технических расчетах.

От этих свойств зависит устройство, размеры аппаратуры, его производительность, режим работы материала для изготовления. Эти свойства зависят от строения, количественного и качественного содержания в них компонентов воды, углеводов, минеральных веществ и т.д., температуры, давления и других факторов. Многие свойства хорошо изучены, но многих еще не достает.

Структурно-механические материалы характеризуются напряжением разрушения (твердые и сыпучие), вязкостью (жидкие, газы, вязкие вещества), структурным сопротивлениям фильтрации.

Например, ткани мяса не имеют четко выраженной оболочки, наряду с клетками входят волокна. Для растительного сырья характерно наличие плотной оболочки и ядра. Для зерен характерны такие параметры как прочность, упругость, пластичность. Так, например, под прочностью зерна понимают величину нагрузки, при которой происходит его разрушение. Сыпучие пористые материалы характеризуются объемной массой и пористостью (порозность).

Насыпная масса ρ_нсвободно насыпаемого материала имеет ту же размерность кг/м³, что ρ_т– плотность твердых частиц. Тогда:

ρ_н = ρ_т(1-Є)

Є – порозность, лежит в пределах 0.38-0.42

Суспензии, эмульсии и растворы характеризуються плотностью, концентрацией внутренней фазы и вязкостью.

Плотность определяется плотнометром (ареометром), а в суспензии - по сумме объемов твердой и жидких фаз.

Обозначив массовую долю твердой фазы получаем 1/ – объем суспензии:

и пл.тверд. и жидк.фаз

Аналогичные формулы можно получить для эмульсий. Так для определения концентрации суспензии в массовых долях выраженную в %:

где, 1000 кг/м³ – плотность воды, т.к. в общественном питании нас интересуют водные растворы продукта.

Вязкость является очень важной технологической жидкостей и газов, т.к. оказывает большое влияние на скорость протекание таких процессов как перекачка, фильтрация, осаждение, перемешивание, массо- и теплообмен, поэтому коэффициент вязкости входит в расчетное уравнение этих процессов. Значение коэффициента вязкости зависит от концентрации, количества твердой фазы, температуры. Вязкость различают:

1) Динамическую

μ [Па*с]

[м²/c]

2) Кинематическую

Так, например, для суспензий с содержанием твердой фазы

Па*с

Для растительного масла при t°C

Теплофизическая свойства пищевых сред (продуктов) характеризуются теплоемкостью и теплопроводностью. Теплоемкость пищевого сырья и жидких полупродуктов в (кДж/кг°К)

где: - кДж/кг°К – теплоемкость сухих веществ

– влажность продукта в %.

Теплоемкость жира выше точки плавления

С = 1.541 + 88t кДж/кг°К

Теплопроводность – это количество тепла, прошедшее через продукт определенной толщины

Для большинства органических жидкостей в пределах температур 0-120°С

Вт/м

Для воды

o) = 0.55-0.68 Вт/м

Для жирных продуктов

= 0.14-0.17 Вт/м

Теплопроводность смеси определяют как средне массовую

где коэффициент теплопроводности компонентов,

– массовая доля компонентов.

Физико-химические свойства материалов характеризуются растворимостью, поверхностным натяжением, коэффициентом диффузии, испарения и др. Их значения обычно находят в справочной или специальной литературе.

ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТАМ

Аппаратом называется устройство, в котором протекает какой-то один или совокупность технологических процессов.

Все аппараты должны отвечать следующим требованиям:

1. Эксплуатационным. Это соответствие аппарата своему целевому назначению (фильтрованию, пастеризации, варке, экстрагированию и т.д.), максимальной интенсивности протекания процессов, хорошего качества готового изделия, простота обслуживания.

2. Конструктивным. Это простота устройства, сборка и разборка, регулирование, малые габариты и масса, антикоррозийность соприкасающихся с продуктами поверхностей.

3. Экономическим. Это дешевизна аппарата, небольшие экспуатационные расходы, стоимость энергоносителя, долговечность, автоматизация.

4. Требования безопасности труда. Это безопасность работы, достаточная прочность аппарата, автоматика безопасности.

5. Санитарным. Это минимальная загрязненность помещений от технологического процесса, происходящего в аппарате, соблюдение асептических условий ведения процесса.

6. Требования технической эстетики. Аппарат должен быть не только полезным, но и красивым. Надлежащий внешний вид в сочетании с рациональным цветовым оформлением, освещенностью и микроклиматом снижает напряжение обслуживающего персонала, облегчает труд, повышает производительность труда, способствует получению продуктов высокого качества.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АППАРАТОВ И ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

В П.П. и О.П. для изготовления аппаратов используют широкий ассортимент различных материалов, сплавов, пластмасс и т.д.

В большинстве пищевых производств среда не отличается повышенной агрессивностью и оборудование изготавливают из обычных углеродистых сталей.

Открытые аппараты, работающие при атмосферном давлении Ст.о., испытывающие резкие колебания температур (топочных газов) Ст.2, по давлением Ст.3: мешалки, барабаны Ст.4.

Качественные углеродистые стали. Для режущих ножей: У7А-У10А, ШХ15, 4Х13.

Однако при соприкосновении с продуктом стали могут не только загрязнять его ржавчиной, но и химически переходить в продукт, придавая темный цвет и неприятный металлический привкус. Поэтому используют либо защитное покрытие (эмаль, лужение), либо нержавеющие стали марок Х18Н10Т, Х21Н5Т и др. Весьма перспективны сплавы титана ВТ-1, ВТ5-1, ОТ4 и др. Выбирая чугун, следует знать, что из него в продукт может переходить сера, придающая продукту неприятный запах.

Медь обладает высокой коррозийной стойкостью, разрушает витамин С, непригодна в молочной промышленности, образует ядовитый окисел. Используют лужение, спец.сплавы.

Широко используют алюминий, образующий на поверхности стойкую пленку окисла Al₂O₃, но он не пригоден для щелочных сред. Может происходить точечная коррозия (чума) в атмосферных условиях.

Из неметаллических материалов – железобетон, стекло, пластмассы (фаолит, полиэтилен, винипласт, асбовинил, текстолит, фторопласты). Следует отметить, что фторопласт-4 и фторопласт-3 исключительно стойки к агрессивным средам при высокой температуре до 400°С причем, фторопласт-3 можно напылять как защитное покрытие. Фторопласт-4 практически не прилипает к продуктам (раскаточные машины, транспортерные ленты, столы и т.д.).

В качестве защитного покрытия от коррозии наиболее применимы эмаль (эмалирование) и олово (лужение, тара для консервов).

Кроме того, для покрытия рабочих поверхностей аппаратов применяют керамические, кислотоупорные плиты, покрытие на основе титановых порошков, эпоксидные смолы, резины различных марок, бакелитовый или полихлоровиниловые лаки, пластмассы и др.

Следует выделить прокладочные материалы: пищевая резина – жидкости до 120°С, паронит – пар, жидкости свыше 120°С, азбестовый шнур и картон, резина, медь, свинец, фибра, плотная бумага, картон.

ОСНОВЫ РЕОЛОГИИ

Реология – наука о течении и деформации реальных тел (техническая механика реальных тел или дисперсных систем). Реология изучает свойство существующих продуктов и разрабатывает методы расчетов, процессов, протекающих в рабочих органах машин.

Задача реологии:

1. Познать законы формирования структур дисперсных систем с заранее заданными свойствами.

2. Уточнение механизма действия малых добавок, поверхностно-активных веществ в процессах структурообразования при контактном взаимодействии, деформировании и разрушении материалов.

3. Определения эталонных показателей реологических свойств, основанных на методах оценки качества продуктов.

4. Комплексное изучение свойств в значительном интервале изменения определяющих технологических факторов и для установлений аналогий между свойствами, их моделирование, прогнозирование и расчет как свойств продукта, так и производительности оборудования и приборов контроля.

Лекция №3

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ

Академик А.И.Крылов писал: «Хороший инженер всегда правильно сочетает два основных способа – теорию и эксперимент. В одних случаях он главным образом основывается на теоретических расчетах, в другом – на опыте».

Существует три метода расчета процессов и аппаратов:

1. Аналитический

2. Эмпирический

3. Моделирование

Аналитический отличается высокой точностью результатов и основан на использовании математического метода решения технической задачи. В этом случае процесс описывается, решение которого производится для каждого конкретного случая. Например, процесс теплопроводности (передача тепла через тело) описывается дифференциальным уравнением:

время

Решение которого для плоской стенки

Для цилиндрической стенки

К сожалению, аналитический метод на практике практически не применяется, т.к. решение большинства описывающих процесс дифференциальных уравнений очень громоздко и сложно.

Эмпирический способ основан на эмпирических формулах, полученных практическим путем, на основе многолетнего опыта (метод проб и ошибок), отличается высокой точностью, дает настолько хорошие результаты, что они хранятся в строгом секрете. Промышленный шпионаж – когда стараются узнать секрет фирмы – привести примеры (подшипники, приготовление фритюра).

Основной недостаток – формулы плохо отражают ход процесса при изменении конструкции аппарата и абсолютно непригодны при разработке новых аппаратов.

Моделирование – это способ, предусматривающий изготовление модели аппарата, размеры которого уменьшаются в определенно-постоянном масштабе 1/3, 1/10, 1/50 натуральной величины. На модели изучают закономерности протекающих процессам и затем переносят на действительный аппарат. Метод позволяет создавать совершенные конструкции аппаратов, применять интенсивные технологические процессы, проводить оптимизацию заданных параметров и т.п.

История человечества показывает, что уже на заре своего развития люди прибегали к моделированию. Простейшая модель – чертеж крепости – помогал полководцам находить их слабые места. Суворов моделировал часть стены Измаила для обучения солдат, что привело к успешному штурму.

Большую лепту в теорию моделирования внесли кораблестроители, строители плотин, гидроэлектростанций, теплостанций, самолето- и автомобилестроения. Для того, чтобы построить корабль сначала строили его модель и пускали ее на воду. Как правило, побеждала модель, развившая максимальную скорость (моделирование хранилось в глубоком секрете). Никаких теоретических расчетов не было, за незнание законов моделирования человечество расплачивалось жизнями моряков. Еще Дефо писал, что после моряков-путешественников, наиболее склонными к фантазированию людей надо считать кораблестроителей. Тому подтверждение – трагическая эпопея «Клиперов», связанных с чайной и золотой лихорадкой. Опыт набирался ценой гибели людей и кораблей, клиперы ломались пополам, опрокидывались при шквалах. И только Бертран в середине прошлого столетия развил учение о механическом подобии до такой степени, что им можно было пользоваться при исследовании моделей кораблей. В 1870 году Фруд построил первый в мире опытный бассейн, в котором плавали и тонули модели кораблей. Этому предшествовали трагические события. В 1870 году в Англии был построен корабль «Кэптэн». Стальная громадина имела низкие борта. Известный кораблестроитель Рид изготовил модель и после проверки заявил, что посылать в море на «Кэптэне» - преступление. 07.09.1870 г. в сравнительно тихую погоду корабль затонул. Из 550 человек уцелело 17. В Лондоне установлена бронзовая доска «С вечным порицанием невежеству и упрямству лордов Адмиралтейства». В 1893 году броненосец «Виктория» - флагман английского флота при абсолютном штиле пошел на дно после столкновения. Адмирал Макаров, исследовав модель «Виктории» в 1/48 величины, снабдил ее переборками и дал основные положения теории непотопляемости. В 1900 году он дал предположение о модернизации русских броненосцев, но правительство было глухо. В 1904 году Макаров героически погиб вместе с броненосцем «Петропавловск».

Проводя исследования моделей кораблей, Фруд установил связь между длиной модели, ее скоростью и выразил эту связь числом. «Мое число должно быть одинаковым и у модели, и у настоящего корабля». Но он принебрег вязкостью и плотностью. Это исправил Рейнольдса: в его число входит и вязкость, и плотность. «У модели и корабля должно быть одинаковое «мое число»». Но, к удивлению многих, обнаружилось, что требования противоречат друг другу, хотя оба числа должны характеризовать сопротивление жидкости, оказываемое при давлении судна.

Разгадку дал Крылов: для расчетов сначала пользовались числом Рейнольдса, учитывая поверхность, погруженную в воду, а для расчетов влияния формы корабля стали пользоваться числом Фруда. Так интуитивно пришли к первым критериям подобия.

При строительстве мостов долгое время использовалась идея американца Гау. И только русский инженер Журавский доказал, что только неоправданно большой запас прочности спасал от неминуемой катастрофы, создав модель со струнами.

При строительстве гидростанции на реке Свири молодой Графтио впервые в мире смоделировал укладку плотины на глинистое дно, вопреки предсказаниям гениального американца Купера, первым спроектировав приливную станцию. В 1936 году рухнула плотина в Северной Японии (высотой 61 метр и длиной 213 метров); модель полностью воспроизвела картину катастрофы.

В 1923 году в Испании рухнула плотина «Глено», унеся 500 человеческих жизней. Падение плотины Сан Френсис высотой 62,5м. погубила 400 человек.

В 1924 году М.В.Кирпичев в своей работе «О теплопередаче в тепловых котлах» заложил основу моделирования тепловых процессов. Тепловым моделированием, на тот момент, не занимался никто. Великолепное подтверждение практическим результатам, предсказанным на модели было наградой ученому-академику. Его работы продолжили Михеев, Кутатиладзе и др.

Заслуга этих ученых заключалась в доказательстве того, что критерии подобия не просто комплекс безразмерных величин, а решение частного случая дифференциального уравнения. Так, при передаче от плоской стенки к жидкости в точке соприкосновения происходит два вида теплопередачи: теплопроводность и конвекция.

Приравниваем правые части

Заменив выражения и заменив переменные на безразмерные величины N=n/n_o Q=t

тогда переменная n=n_oN

Q=t/

Получим безразмерный комплекс, являющийся решением дифференциального уравнения – критерий Нуссельта. Таким же образом находятся и другие критерии подобия. Эти числа имеют удивительные свойства: при совпадении численных значений моделей аппарата, протекающие в них процессы одинаковы.

Из-за сложности протекающих в аппаратах пищевой промышленности процессов все разработки новых процессов начинаются с лабораторных опытов, а затем на полупроизводственных моделях и установках, при помощи которых устанавливают как должен протекать процесс, чтобы он был экономичным и технически наиболее целесообразным. При этом, на основе глубокого изучения решаются принципиальные вопросы о форме и размерах аппаратов, условиях проведения процесса, определяют выход продукта, удельные расходы сырья, энергии и т.п. Завершающей стадией эксперимента является испытание промышленного образца или установки.

Для того, чтобы изучаемые процессы были идентичны на моделях и аппаратах, широко используют теорию подобия. Подобны геометрическому подобию треугольников, подобные процессы подчиняются своим закономерностям.

Рассмотрим поток жидкости в трубах двух диаметров D₁и d₁

Если скорости жидкостей подобны, то соотношение скоростей в сходственных точках будет одинаковым:

Это отношение остается одинаковым для всех сходственных точек. В связи с этим справедливо и обратное положение: если отношение скоростей в сходственных точках одинаковы, то скорости жидкостей в обоих потоках подобны.

Теория подобия формулирует три основных теоремы:

1. Подобные явления должны быть качественно одинаковы и описываться одинаковыми дифференциальными уравнениями.

2. Условия однозначности подобных процессов должны быть одинаковы ко всем, кроме численных значений постоянных, содержащихся в этих условиях.

3. Одноименные определяющие критерии подобных процессов должны иметь одинаковую численную величину.

Третья теорема является основой моделирования, а две первые характеризуют порядок обработки экспериментальных данных.

Таким образом, зависимость между величинами, характеризующими процесс может быть представлено в виде зависимости между критериями подобия или в виде обобщенного критериального уравнения.

Основные критерии подобия названы по имени ученых.

Характеризуют подобия процессов, где действуют силы вязкого трения и определяют режим потока: 2320< <10000

Эйлер

Характеризует подобия, в которых действуют силы давления или инерции.

Фруд

Характеризует подобия процессов, в которых действуют силы тяжести и инерции.

Архимед

Характеризует процесс при движении в жидкости в следствие разных плоскостей.

Нуссельт

Характеризует процесс теплообмена между поверхностью и жидкостью.

Прандтль

Характеризует подобия теплофизических свойств потока.

Галилей

Характеризует подобия потоков, в которых действуют силы вязкого трения и силы тяжести.

Грасгоф

Характеризует подобия потоков, в которых действуют силы вязкого трения за счет разности температур.

Кутателадзе

Характеризует фазовые превращения вещества.

Лекция №4

ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ. ГИДРОСТАТИКА И ГИДРОДИНАМИКА

Основные определения.

Жидким телом (жидкостью) называется тело, которое легко изменяет свою форму под действием внешних сил, обладает большой подвижностью молекул и принимает форму сосуда.

Различают жидкости капельные и газообразные (которые не имеют своего объема).

Жидкости не оказывают заметного сопротивления растягивающим усилиям (0.0036 Н/см²), поэтому считают, что эти силы отсутствуют, но оказывают существенное сопротивление сдвигающим силам, которые проявляются при движении жидкости в виде сил внутреннего трения. Учет этих сил является одной из задач гидравлики.

Силы, действующие на ограниченный объем жидкости, принято делить на внутренние и внешние. Внутренние – это силы взаимодействия между частицами, внешние делятся на поверхностные (силы, действующие на поверхность жидкости, и силы реакции стенок) и объемные – непрерывно распределенные по объему (силы тяжести).

Идеальная жидкость – обладает абсолютной несжимаемостью, отсутствием температурного расширения и отсутствием вязкости, т.е. не оказывает сопротивления растягивающим и сдвигающим усилиям.

Основные единицы системы СИ:

Масса – 1кг;

Время – 1 секунда;

Единицы длины – 1м;

Давление – 1 Паскаль (давление единицы массы на 1 м²).

Плотность – масса, отнесенная к единице объема:

Для воды:

По сравнению с капельными жидкостями газы обладают значительно меньшими значениями плотности. Для совершенных газов согласно законам Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

или пользуются ареометром.

Очень часто пользуются обратной величиной – удельным объемом:

Сжижаемость:

Модуль упругости жидкости:

Коэффициент температурного расширения:

Для воды:

Поверхностное натяжение – обусловлено силами взаимного притяжения на поверхности жидкости, под действием которых жидкость оказывается под натянутой пленкой, старающейся придать наименьшую поверхность.

В капиллярах возникают добавочные силы, создающие избыточное давление (разрежение). По уравнению Лапласа:

– коэффициент поверхностного натяжения, (Н/м);

R₁и R₂ – главные радиусы кривизны.

Для капиллярных трубок:

а высота поднятия уровня для воды в стеклянной трубке:

для ртути:

Эти силы приходится учитывать при фильтрации и других явлениях.

Гидростатическое давление.

В объеме выделим площадку , тогда:

при

Это будет истинное гидростатическое давление [H/м²], Па

Гидростатическое давление распределяется во все стороны равномерно и зависит только от высоты слоя жидкости.

Закон Паскаля:

На этом принципе работают гидростатические машины.

Гидравлический процесс

Сила Р₁, Н

Гидравлический аккумулятор

Полная работа, совершаемая аккумулятором:

Сообщающиеся сосуды

h ₁ ρ₁= h ₂ ρ₂

Используются как приборы измерения давления, U-образные манометры, диф.манометры, некоторые аппараты – кипятильники.

Давление на плоские стенки

Давление на стенку будет:

где Р_с– гидростатическое давление в центре тяжести стенки.

Для днища:

Центр давления – точка приложения силы давления на стенке, совпадающая с ее направлением. Для симметричных поверхностей центр давления находится на оси симметрии, тогда для его определения надо найти только вертикальную координату I_o.

Воспользуемся выражением моментов сил относительно оси Х:

Заметим, что

– момент инерции стенки, который зависит только от ее конфигурации.

, откуда:

Т.е. точка приложения давления (центр давления) всегда ниже центра тяжести плоскости.

По специальным таблицам можно определить центр давления любой фигуры.

1. Прямоугольное сечение:

2. Круглое сечение

Эпюры давления

Расчет сосудов

Откуда:

На разрыв в горизонтальной плоскости:

Допускаемое напряжение на растяжение:

Равновесие тел в покоящейся жидкости

Полное давление на любое тело с объемом V и плотностью ₁, погруженное в жидкость с плотностью будет R= кг и всегда направлено вверх – закон Архимеда, открыт за 250 лет до н.э.

Имеем 3 случая:

1. G < – тело плавает;

2. G > – тело тонет;

3. G = – безразличное равновесие.

ГИДРОДИНАМИКА

Гидродинамика – это раздел, изучающий законы движения жидкостей, которое очень сложно по сравнению с движением твердого тела.

Основные понятия и определения

Рассмотрим частицу жидкости в некотором потоке. При переходе ее в другую точку изменится скорость и давление, которые и будут являться функцией кооординат.

Изменение скоростей называется полем скоростей;

изменение давлений – полем давлений.

Если скорость в каждой точке не меняется со временем – это установившееся движение, если зависит от времени – неустановившееся движение.

(1) Истечение при постоянном уровне

(2) Истечение при переменном уровне

Траекторию движения частицы назыывают линией тока. В сечении жидкость можно представить как пучок элементарных струек.

Площадь живого сечения потока – это площадь нормальная к движению потока.

Смоченный периметр потока – это периметр твердых стенок, смоченных водой.

Когда смоченный периметр совпадает с периметром твердых стенок наблюдается напорное движение жидкости, когда смоченный периметр меньше – безнапорное движение.

Отношение площади живого сечения к смоченному периметру называют гидравлическим радиусом сечения:

Вводится понятие геометрического эквивалентного диаметра:

(определяется):

Расходом потока называют количество жидкости, протекающее через поперечное сечение потока в единицу времени:

Средней скоростью потока называют отношение расхода к площади живого сечения.

Уравнение сплошности

В виду того, что жидкость практически не сжимается, а подвижность ее настолько велика, что она принимает форму сосуда, предполагают, что жидкость может передвигаться без пустот – неразрывном потоком.

Тогда логично записать: сумма прирощения скоростей по оси координат равна нулю:

Уравнение Бернулли: полный напор двигающей жидкости в любой точке.

складывается из геометрического положения точки Z, пъезометрического давления Р отнесенного к плотности и скоростного (или динамического) напора.

Для идеальной жидкости:

Для реальной жидкости вводится поправка на потерю напора на трение h₁, тогда:

Отсюда вводится понятие гидравлического уклона:

График уравнения Бернулли:

Для измерения скорости часто используют уравнение Бернулли

Но , тогда h =

но тогда

(м³/с)

Трубка Прандтля

НАСОСЫ

Гидравлическими машинами называются такие устройства, в которых рабочим телом является жидкость. Они делятся на две большие группы:

1. Гидравлические двигатели – которые преобразуют энергию жидкости в механическую или электрическую.

2. Насосы – которые преобразуют электрическую или механическую в гидравлическую энергию жидкости. Насосы используются для подъема жидкости на заданную высоту, создания напора в системе, для восполнения потерь напора при перекачке жидкостей по трубопроводам.

Поршневой насос

Поршневой насос состоит из неподвижного цилиндрического корпуса 1, внутри которого двигается поршень 2, снабженный уплотнительными кольцами. Поршень жестко связан со штоком 3, которому от привода передается возвратно-поступательное движение (кривошипный механизм, от электропривода, поршень паровой и т.д.). Полость цилиндра 1, находящаяся под поршнем 2, соединена каналом 4 с клапаном коробкой 5, внутри которого находится всасывающий клапан 6, соединенный со всасывающим трубопроводом 8, нагнетательный клапан 7, над которым располагается нагнетательный клапан 9.

Принцип действия. При движении поршня 2 вверх в рабочей полости цилиндра создается разрежение, которое передается на клапанную коробку, за счет чего клапан 7 закроется, а клапан 6 откроется, и за счет атмосферного давления жидкость из резервуара поступает по патрубку 8 в клапанную коробку, через канал 4 в рабочую полость под поршень (происходит цикл всасывание). При движении поршня вниз , поршень 2 давит на жидкость, расположенную в рабочем пространстве, появляется избыточное давление, которое передается в клапанную коробку 5, за счет чего закроется клапан 6 (давление сверху), а клапан 7 откроется (давление снизу), и жидкость начинает поступать в патрубок ( цикл нагнетания). За полный цикл осуществляется два цикла. Так как жидкости практически не сжигаемы, потери перехода от всасывания к нагнетанию и обратно незначительны.

Производительность насоса:

D – диаметр цилиндра, м;

Н – ход поршня, м;

n – число ходов поршня в минуту;

η – гидравлический к.п.д. насоса

Распределение давления по пульсирующему графику

Создаваемый напор р зависит от усилия на штоке Р:

К достоинствам насоса относятся:

А) Самовсасывание, т.е. возможность работы с жидко-газовой смесью;

Б) Высокая надежность;

В) Сравнительная простота устройства.

Недостатки: пульсация давления в трубопроводах. Для ликвидации этих недостатков насосы делают многоцилиндровые (двухцилиндровые при 4-х рабочих полостях) или устанавливают воздушные демферы.

Центробежные насосы

Центробежный насос состоит из корпуса-улитки 1; крыльчатки 2, жестко насаженной на вал 3; сальникового уплотнителя 4; всасывающего патрубка 5, снабженного обратным патрубком 6; рабочей лопатки 7; нагнетательного патрубка 8.

Принцип действия. При вращении вала 3 вращается крыльчатка 2, за счет наличия рабочих лопаток жидкости, находящейся внутри нее, придается вращательное движение. Возникает Ц/Б сила, которая начинает перемещать массу воды от центра на периферию крыльчатки, в центре создается разрежение, за счет чего атмосферным давлением вода из резервуара непрерывно поднимается по патрубку 5, обеспечивая всасывающий цикл. Вода, дойдя до наружней кромки рабочей лопатки, выбрасывается в корпус-улитку со скоростью w₁, т.е. в корпусе создается определеннный скоростной напор, за счет которого жидкость поступает в нагнетательный патрубок 8:

Зная относительную скорость w_отн и окружную скорость: , угол отброса струи α, гидравлическое к.п.д. η_г и коэффициент к, учитывающий число лопаток, можно определить полный напор, создаваемый ц/б насосом:

Это уравнений Эйлера, выведенное в 1754 году.

Расход центробежного насоса зависит от ширины лопаток и определяется по довольно сложным формулам.

Достоинства ц/б насосов:

А) постоянное значение напора

Б) высокая производительность

В) отсутствие трущихся частей

Недостатки:

А) не могут работать с газо-жидкостными смесями

Б) максимальная высота всоса – не больше 6 м.

В) капризны в эксплуатации (наличие сальника)

Шестеренчатые и винтовые насосы

Шестеренчатый насос состоит из корпуса 1, внутри которого расположены две прямозубые шестерни 2 и 3, последняя насажена на вращающийся вал 6. К корпусу 1 присоединены всасывающий патрубок 4 и нагнетательный патрубок 5.

Принцип действия. При вращении находящихся в зацеплении шестерен в жидкости, последняя заполняет пространство между зубьями. Входя в зацепление зубья вытесняют жидкость, за счет чего создается избыточный напор (нагнетание). Выходя из зацепления, образуется свободное пространство, за счет чего создается разрежение, обеспечивающее цикл всасывания.

Такие насосы предназначены для перекачки вязких жидкостей, т.к. имеется зазор между корпусом и шестернями, через который проходит перетекание жидкости из полости нагнетания во всасывающую полость. Максимальное давление порядка 10-15 атм.

Винтовые насосы принципиально не отличаются от шестеренчатых и могут состоять из двух или трех винтов, вращающихся в разные стороны, или одного неподвижного, предназначенного для очень вязких жидкостей.

Лекция №5

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.

Получение гомогенных и гетерогенных систем.

Характеристика и методы оценки дисперстных систем.

В пищевой промышленности и общественном питании широко используются гидромеханические процессы. К ним относятся:

1. разделение жидкостей от жидкостей (разделение жиров от воды, сливок от молока, отчистка масел, рыбьего жира и т.д.). Для чего используют методы гравитационного или центробежного разделения.

2. разделение жидкостей и твердых материалов:

а) центрифугированием – выделение крахмала, масла от молока, отчистка сточных вод и т.д.

б) фильтрованием – отделение крахмала, твердых примесей растворов, осветление напитков и т.д.

в) прессованием – выделение масла из семян, получение фруктовых соков, удаление влаги перед сушкой и т.д.

3. перемешивание жидких растворимых и нерастворимых фаз:

а) размешиванием (разбалтыванием) – разбавление сахарных сиропов, заквасок, пюре, мороженого, предупреждение отделения сливок, жира, влаги и т.д.

б) гомогенизацией – молоко, салатные приправы, сосисочный фарш.

4. перемешивание твердых частиц в текущих фазах и высоковязких системах:

а) диспергированием – растворение кристаллического сахара, сухого молока, шоколада и т.д.

б) замешиванием – получение теста.

Классификация неоднородных систем

Каждая неоднородная система (н.с.) состоит из двух фаз. Сплошная фаза, внешняя, называется дисперсионной. А внутренняя, мелкораздробленная, дисперстной. Между этими фазами имеются поверхности раздела (в отличие от растворов, которые их не имеют). Смеси, дисперстными фазами которых являются твердые тела, называются суспензиями, жидкие тела – эмульсиями, газовые тела – пенами или газовыми гетерогенными системами. Газовые н.с. с твердодисперстной фазой называются пылями, с жидкодисперстной фазой – туманами (аэрозолями).

Н.с.условно классифицируются по размерам частиц на:

- грубые (0.5-100)мк – суспензии

- средние (0.5-0.1)мк – мути

- мелкие меньше 0.1мк – коллоидные

Принято использовать в качестве определяющего размера эквивалентный диаметр d_э, который равен диаметру шара, объем которого равен объему частицы:

Классификация по эквивалентному диаметру:

1. крупнозернистые d_э ≥ 1мм;

2. среднезернистые d_э = 100мкм;

3. мелкозернистые d_э = 5-100мкм;

4. тонкие d_э = 100нм – 5мкм;

5. коллоидные d_э = 1-100 нм.

К тонким можно отнести эмульсии, а пыли – к мелкозернистым и тонким.

Процесс перемешивания

Перемешиванием называется процесс приведения в тесное соприкосновение сыпучих, жидких или газообразных тел.

Перемешивание часто применяется для усреднения концентрации составных частей (ингридиентов), для осреднения температуры внутри смесей, ускорения тепловых, массообменных и биохимических процессов.

Перемешивание ингридиентов

Основным показателем перемешивания является его эффективность и расход энергии.

Эффективностью перемешивания жидких, сыпучих и пластических тел оценивается степенью однородности:

где b – средняя заданная концентрация основного компонента, %

а – среднее отклонение от заданной концентрации.

Зная степень однородности определяют истинную величину дисперсии (степень гетерогенности системы):

где x = b±a – каждого замера

х_ср = b – среднее значение концентрации.

Движущей силой является степень гетерогенности

где – исходная величина дисперсии;

– конечная величина дисперсии.

Скорость процесса перемешивания есть функция и коєффициент скорости к:

При перемешивании для усреднения температуры и биохимических ингридиентов, ускорения тепло-массообменных процессов используются несколько другие формулы.

По способу использования энергоносителя перемешивание может быть:

1. механическим

2. циркуляционным

3. поточным

4. пневматическим.

На практике, можно перемешивать твердые материалы; жидкости; твердые материалы с жидкостями и т.д. Иногда вводят газы, чаще всего воздух (взбивалки для приготовления кремов, теста, коктейлей). Процесс перемешивания может ппротекать непрерывно или периодически.

Перемешивание в жидкой среде, наиболее часто встречается в пищевых предприятиях и общественном питании.

Механическое перемешивание

Механическое перемешивание осуществуется мешалками различных конструкций. Наибольшее распространение получили лопастные, пропеллерные, турбинные, якорные, рамные. Вал мешалки устанавливается вертикально, горизонтально или под углом в зависимости от конструктивного исполнения.

Лопастные мешалки применяют для перемешивания смесей с умеренной вязкостью μ = 0.001-3.0 Па*с при средних скоростях лопастей w = 1.5-5.0 м/с.

Установлено, что равномерное перемешивание при минимальном расходе энергии достигается при высоте слоя мешалки, при увеличении резко возрастает расход энергии. Тогда устанавливают два или три ряда лопастей. Для суспензий лопасти устанавливают под углом 45° для созданияне только горизонтальных, но и вертикальных токов жидкости. Соотношение размеров аппарата d _м = 0.6-0.7 D, а ее ширины b = 0.1 D. При технологической возможности ставят вертикальные перегородки на емкости шириной b _п = 0.1 D.

Пропеллерные мешалки применяют для интенсивного перемешивания жидкостей с μ = 0.001-4 Па*с. Профиль лопасти изогнут от 0 до 90°; жидкость отбрасывается по многим направлениям, обеспечивая хорошее перемешивание.

Основные параметры w = 16-38 м/с; d = 0.25-0.3 D. На пропеллер надевают короткий насадок с раструбом – диффузор.

Турбинные мешалки обеспечивают хорошее перемешивание вязких жидкостей или смесей с твердыми частицами. Рабочим органом являются турбинки открытого или закрытого типа. d = 0.25-0.3 D w = 2.5-12 м/с при μ = 0.001-25 Па*с.

Турбинные мешалки

Якорные мешалки применяются при перемешивании густых вязких сред. Лопасти изогнуты по форме стенки и днища аппарата, вращаясь с частотой 50-60 об/мин на расстоянии 5-8 мм от стенки, лопасть очищает их от налипшей массы (используется в аппаратах для улучшения теплообмена при выпаривании).

Окружная скорость мешалки w является параметром, от которого зависит качество перемешивания. Равномерность достигается тогда, когда осевой поток становится равным или несколько большим скорости осаждения частиц, тогда наступает равновесие (частицы удерживаются во взвешенном состоянии). Оптимальные обороты определяются по формуле:

где c₁, x, y – табличные показатели. Они определяются экспериментально для разных типов мешалок.

Расход энергии при механическом перемешивании

Потребление мощности мешалкой N зависит от вязкости, плотности, числа оборотов и определяющего размера d:

Или согласно теореме размерностей можно записать:

Решив это уравнение, подставив размерности величин, получим:

Тогда критериальное уравнение, описывающее процесс перемешивания:

Пропеллерная мешалка

n = 150-1000 об/мин., до 6 н.с./м²

Турбинная мешалка

n = 200-2000 об/мин., = 1-500 н.с./м²

Для взмучивания осадков или перемешивания твердых частиц; до 60% твердой фазы размеры до 25 мм.

Планетарная мешалка

Расход энергии на перемешивание зависит от вязкости жидкости , плотности смеси , числа оборотов n и диаметра мешалки d.

или

Согласно П-теореме число критериев будет число переменных (здесь их 5) – 3.

5-3 = 2

Распишем размерности всех переменных параметров:

Составим уравнение размерностей:

Составим систему уравнений основных единиц:

Выразим все единицы через х:

y = 1-x

z = 3-x

m = 2+x = 3(1-x) = 5-2x

Перепишем уравнение (1):

Составим комплекс:

Проанализируем комплекс:

Подставим:

Поточные мешалки

Поточные мешалки производят перемешивание в потоке непрерывного действия за счет сложного движения потоков.

Широко используются пневматические мешалки за счет движения пузырьков газа или пара барботери, а процесс называется барботаж.

Пузырьки увлекают за собой смесь, которая оседает навстречу другим потокам, вязкость до 100 н.с./м².

Используют эффект инжекции.

Для периодически и непрерывного действия мешалок расход воздуха 0.4-1 м³/мин на 1 м²свободной поверхности.

Н – напор столба жидкости

Н_т – потеря напора на трение

Перемешивание сыпучих и вязких тел

Шнековые мешалки широко используют для вязких и сыпучих тел.

Для вязких тел широко используют тестомешалки и взбивалки.

Псевдосжижение

Сущность псевдосжижения заключается в том, что при продувании воздуха с определенной скоростью через слой зернистого продукта, лежащего на решетке, он переходит во взвешенное состояние, приобретая свойства текучести. Такой слой напоминает внешне кипящую жидкость.

Псевдосжижение широко применяется в промышленности для интенсификации таких процессов как сушка, адсорбция, кристаллизация, пневмотранспортирование и т.п.

При движении воздуха (газа, жидкости) через зернистый слой возможны следующие состояния:

1. При небольших скоростях воздуха он фильтруется через неподвижный слой, причем порозность (отношение объема пустот к объему занимаемого продукта):

Остается неизменной

2. При скорости воздуха, когда подъемная сила становится равной весу слоя частиц, слой приобретает текучесть и переходит в псевдосжиженное состояние. Скорость w_n называется первой критической скоростью или скоростью начала псевдосжижения. При этом порозность увеличивается и , как правило, лежит 1 .

3. При скорости воздуха, когда подъемная сила становится больше веса слоя, частицы увлекаются потоком и перемещаются вместе с ним. Вторая критическая скорость, процесс уноса – пневмотранспорта w_у.

Основными показателями псевдосжиженного слоя являются:

1. Период давлений в слое, т.е. его гидравлическое сопротивление.

2. Скорость начала сжижения w _н и скорость начала уноса w_y.

3. Степень однородности зернистого материала по размерам или массе его частиц.

Гидравлическое сопротивление сжиженного слоя представляют в виде кривой псевдосжижения, выражающей зависимость от w.

Различают идеальную и реальную кривые псевдосжижения. Реальная кривая отличается тем, что участок ОА` зависит от плотности засыпки (чем больше, тем круче). Кроме того, в реальной жидкости при переходе к псевдосжижению часть энергии затрачивается на преодоление сил сцепления между частицами А`A и несколько увеличивается сопротивление слоя за счет интенсивного перемешивания частиц.

При увеличении скорости воздуха увеличивается высота слоя и его порозности при условии , т.к. нет потери массы.

На участке дальше точки В за счет потери массы падает сопротивление слоя. Для выбора воздухопродувки определяющей является – необходимый период давления. Находится из равенства сопротивления п.п.с. и веса частиц в нем G_c,площадь решетки аппарат f_c:

Вес слоя. Зная его высоту при сжижении Н_н, его плотность , плотность воздуха и порозность , можно составить уравнение:

Подставим значение в уравнение (1):

Этол уравнение соответствует уравнению из гидродинамики о силах, действующих на тело, погруженное в жидкость (т.е. процесс псевдосжижения подчиняется законам гидравлики реальных жидкостей).

Найдем оптимальный режим работы:

Т.к. в процессе псевдосжиженияАВ, то

Так как процесс псевдосжижения протекает по законам реальных жидкостей (имеем погруженное тело), то при моделировании должен иметь место критерий Ar, а имея принудительную подачу воздуха – критерий Re, т.е. процесс описывается уравнением:

R = f ( Ar )

Для начала процесса имеется зависимость:

Для начала процесса уноса:

Оптимальная скорость:

Обеспечивает самое интенсивное перемешивание слоя. Отношение w ₀ к w _нназывается оптимальным числом:

При большем числе образуются воздушные каналы, частицы выбрасываются, нарушается контакт между фазами, ухудшается течение процесса.

Диспергирование

Диспергирование – это процесс измельчения жидкой и твердой фазы в жидкости или газе за счет образования значительного градиента скоростей.

Цель – получение устойчивых дисперстных систем для интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет резкого увеличения поверхностей раздела контактирующих фаз.

Диспергирование подразделяется на:

1. Эмульгирование

2. Гомогенизацию

3. Распыление жидкости

Эмульгирование. Применяется с целью получитить устойчивую дисперстную систему нерастворимых жидкостей типа «жир-вода». Очень часто для устойчивости дисперстной системы применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые способствуют уменьшению сил поверхностного натяжения на границах контакта между дисперсной фазой и дисперсной средой.

В пищевых процессах в качестве ПАВ используются: яичный белок, желатин, казеин, казенаты натрия.

В других процессах – мыло, всевозможные стиральные средства (порошки, жидкости, пасты), дубильный экстракт, жидкость ДБ и др.

Аппараты для эмульгирования называют эмульгаторы. По характеру движения рабочего органа делятся на:

а) мешалочные

б) циркуляционного типа

в) центробежные

г) коллоидные мельницы

д) ультразвуковые

Мешалочные – это различные взбивалки, работают по принципу рассмотренных выше мешалок. Они отличаются увеличением скорости рабочего органа (рассматривались раньше).

Циркуляционные – используют энергию движения жидкости и газа.

Центробежные – по расположению рабочего органа разделяют на вертикальные и горизонтальные.

Процесс измельчения происходит за счет создания давления внутри вращающегося ротора и преобразования его в скорость истечения за счет резкого перепада.

Если принять усилие на внутреннюю стенку ротора:

Давление на стенку ротора:

Где

Тогда

Скорость истечения:

Производительность:

Коллоидные мельницы

0.1 0.3

1. неподвижный корпус

2. ротор конический с насечкой

3. вал ротора

Применяются для приготовления высокодисперстных эмульсий. Смесь под высоким давлением подается в корпус аппарата. За счет вращения корпусного ротора, имеющего на поверхности мелкую насечку и малый зазор, происходит измельчение дисперсной среды.

Ультразвуковый эмульгатор

Для дробления мелких частиц под воздействием применяется измельчение (сонизация) с эффектом кавитации, при котором возникают давления, измеряющиеся тысячами атмосфер. Используется эффект колебания пластин в резонансном режиме в диапазоне ультразвуковых колебаний. Эффективность аппарата зависит от числа колебаний и числа частиц, попавших в зону его воздействия. Так как число колебаний задано (постоянно), то процесс разделения прямопропорционален числу частиц, проходящих через зону разрушения в единицу времени:

Если начальное число частиц при ,то черезкакое-то время останется n частиц, т.е., все частицы не могут быть разрушены, ибо . Но это и не требуется для идеального завершения процесса. Нет большой беды, если 1-2 частицы из 1000 останутся не разрушенными (однако, этот процесс нельзя использовать для пастеризации разрушения микробов, если останутся целыми несколько штук, пропадает весь эффект).

Принцип действия: если струя жидкости вытекает под напором из сопла на кромку металлической пластинки, закрепленной в четырех точках, для получения резонансных колебаний необходимо соблюдать условие:

– длина волны;

– скорость звука в среде;

– частота колебаний.

Частота собственных колебаний пластинки:

- толщина пластины;

– расстояние между креплениями;

Е – модуль упругости;

– плотность

Сталь: Е = 2.15*10¹² эн/см²; = 7.85 г/см².

Гомогенизация

1 – корпус, 2 – клапан, 3 – пружина, 4 – зазор.

Применяется для получения высокодисперсныхсистем с размерами частиц меньше 1-2 микрона. Гомогенизатор для молока состоит из корпуса, клапана и пружины. Молоко под давлением 150-200 атм подается под клапан, образуя щель 4. За счет перепада давлений образуется сверхкритическая скорость, за счет чего происходит разрыв частицы на мельчайшие частицы.

Жир.капля

На графике приведена зависимость диаметра частиц от давления. Видно, что эффективность резко снижается после 150 атм. Для создания такого давления используются плунгерные насосы.

Расчет мощности можно определить из следующей формулы:

Секундный расход:

Тогда:

Распыление жидкостей

Распыление жидкостей применяется с целью получения мельчайших частиц жидкости в газовой среде (создание туманов) с целью интенсификации процессов тепло-массообменов: сушка молока, крови, белков, горение и т.д.

Распыление вращающимся диском.

Струя подается на вращающийся корпус (n = 10000 об/мин). Жидкость тонкой пленкой поднимается и за счет ц/б силы разрывается на мельчайшие частицы.

По этому же принципу производится распыление струйными форсунками паровыми или воздушными распылом. Струя пара (газа) срывает с поверхности струи жидкости частички и перемешивает струю. Недостаток высокая полидисперность.

Форсунки с механическим распылом

Под давлением 10-12 атм жидкость подают в насадку и раскручивают. Под воздействием ц/б силы происходит вращение струи с огромной скоростью за счет перепада давлений. Под действием ц/б силы разрывается струя и каждая капелька жидкости.

При распылении резко увеличивается поверхность контакта поверхности жидкости с воздухом. Площадь поверхности можно определить по формуле:

– количество продукта, кг;

– плотность, кг/ ;

– диаметр капель, м.

Количество частиц можно найти:

Опыт показывает, что из 1 кг продукта образуется до 15*10⁹ частиц с с S = 100-130 (для сравнения: 1 дм³ S = 0.06 м).

Средний диаметр определяется по эмпирическим формулам Лурье для дисковых распылителей:

– число оборотов диска, 1/с;

– радиус диска, м.

Для форсуночного распылителя размер капель определяется по формуле Пакасенкова:

r – радиус капли, м;

D – диаметр форсунки, м;

Re – число Рейнольдса, характеризующее движение в сопле форсунки.

Формулы дают точные результаты и удобны для инженерных расчетов.

Распыление можно производить при помощи пульсации струи путем перекрытия каналов или ввода воздуха.

Ультразвуком – жидкость подают на магнитостринт.

Второй способ – акустический – вибрирует среда воздуха.

Электрический – жидкость распыливают в сильном электрическом поле, за счет чего происходит распыление. Удобно при покрасках, направленных движениях и т.д.

Распыление используется для нанесения защитных пленок с целью повышения стойкости продукта, придания внешнего вида, цвета.

Пенообразование

Процессы пенообразования могут быть подразделены на пенообразование и взбивание. Сущность их одинакова – диспергирование в жидкость газа или воздуха.

Пенообразование в общественном питании применяется в технологических целях (приготовление кислородных коктейлей) и в эксплуатационных целях (вспенивание моющих средств для мойки посуды и инвентаря).

Образование пены производят путем барюотирования газа в жидкость. Выходящие из отверстий трубки струйки газа распределяются на пузырьки, которые, поднимаясь с большей или меньшей равномерностью распределяются в массе жидкости.

Для получения устойчивой пены необходимо добавлять ПАВ (яичный и молочный белок, казеинат натрия, желатин).

Для характеристики пены используют два основных показателя:

1. Газосодержание (газонаполнение) – отношение объема газа к объему пены:

– число пузырьков;

d_ср – диаметр пузырьков, м;

– объем пены, м³.

2. Удельная поверхность фазового контакта между газом и жидкостью в единице объема пены:

Из этих формул можно вывести:

На графике показана зависимость от концентрации ПАВ (казеинат натрия).

В упрощенном виде процесс взбивания можно определить как процесс наполнения вязкой системы пузырьками газа, чаще всего воздухом.

С увеличением времени процесса плотность падает.

Для большинства продуктов хорошая степень взбиваемости достигается при:

Следовательно, во сколько раз увеличивается объем. – применимы как и пенообразование.

Следует отметить влияние материала на процесс взбивания (подтверждается мудрость древних кулинаров, что наиболее устойчивые взбитые продукты получаются в аппаратах, изготовленных из меди).

Для приготовления мороженого в общественном питании используется процесс фризерования, включащий в себя одновременно процесс взбивания и замораживания.

Используют охлаждаемые взбивалки и мешалки с вращающимися навстречу друг другу лопастями.

Мойка сырья, посуды, инвентаря, оборудования

В соответствии с принятой классификацией мойка входит в процессы разрушения и удаления инородных поверхностны слоев, которые могут образовываться на различных продуктах, посуде, инвентаре, оборудовании.

Это остатки грунта на овощах, загрязнение поверхностей мяса и рыбы в процессе хранения и транспортировки частицами пыли, а также в результате микробиологических процессов.

На посуде и оборудовании остатки пищи в виде налипших частиц, жидких пленок и пригара.

Разрушение и удаление инородных поверхностных слоев, которые представляют загрязнение, в значительной мере осуществляется за счет их измельчения и диспергирования в моющей жидкости.

Процесс мойки классифицируется на четыре группы:

1. Мойка сырья

А) животного происхождения

Б) растительного происхождения

2. Мойка посуды

А) металлической

Б) стеклянной и керамической

3. Мойка тары и инвентаря

4. Мойка оборудования.

Как видно из классификации, различия в процессах мойки огромны. Однако во всех случаях целевое назначение одинаково. Оно заключается в обеспечении потребителя чистыми продуктами и посудой с точки зрения отсутствия посторонних примесей и болезнетворных микробов. Последние являются непременным условием качественной и своевременной мойки оборудования и инвентаря.

Все процессы мойки основаны на взаимодействии объекта мойки с моющими средствами и устройствами. Эффективность процесса мойкилюбых продуктов зависит от следующих параметров:

1. Интенсивность механического и физико-химического воздействия

Осуществляется за счет:

а) применения скребков, щеток, воздействия струи, за счет перемешивания или перемещения объекта (механическое воздействие). При повышении механического воздействия интенсивность мойки увеличивается, но есть ограничения – нарушение свойств объекта мойки (картофель и ягоды, мясо и поверхности оборудования, посуды);

б) набухание, отмачивания, растворения в моющей жидкости (физико-химическое воздействие).

2. Продолжительность процесса. Увеличивается эффективность, но снижает производительность. Принимают минимально-допустимую.

3. Состав и активность моющих средств. Должны обеспечивать смачиваемость, набухание и диспергирование инородных поверхностных слоев. Должны обладать П.А. для стабилизации диспергированных частиц в жидкости, т.е. быть эмульгаторами. Должны содержать для санитарной обработки дезинфецирующие и стерилизующие вещества, способные уничтожать микроорганизмы. Ограничения – агрессивность к объекту воздействия, ядовитость, должны хорошо смываться водой.

4. Температура моющих жидкостей. Оказывает очень большое влияние на эффективность мойки, в общем случае увеличивает эффект. Ограничения – воздействие на человеческий организм при ручном процессе, воздействие на объект (приварка, коагуляция), термоудар для стеклянной посуды.

5. Количество моющих жидкостей. Прямопропорционально эффекту мойки. Ограничено экономическими требованиями и пропускной способностью объекта мойки.

6. Концентрация моющих жидкостей. Ограничивается зоной воздействия, опасностью работы, легкой смываемостью, при направлении в канализацию не должно быть отрицательного влияния на окружающую среду.

В аппаратах для мойки широко используется эффект воздействия жидкостных струй. Из гидравлики известно, что наибольшее механическое воздействие оказывает струя, направленная перпендикулярно к поверхности. Поэтому в совершенных сопловых аппаратах применяют вращающиеся сопла, охватывающие 100% поверхности.

Интенсификация за счет ультразвука самой среды или объекта. Распространения не получила, но исследования продолжаются.

Лекция № 6

РАЗДЕЛЕНИЕ ГЕТЕРОГЕННЫХ ЖИДКИХ СИСТЕМ В ПОЛЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ И ЦЕТРОБЕЖНЫХ СИЛ

Процесс разделения применяется, если необходимо выделить из гетерогенной системы тот или иной компонент (извлекают ценный компонент или удаляют нежелательные примеси).

Осаждение (отстаивание) в поле силы тяжести применяют для разделения суспензий, эмульсий, пылей, дымов. Сущность его заключается в том, что неоднородная система, находящаяся в аппарате в состоянии покоя или движущаяся с малой скоростью, разделяется на составные части под силой тяжести.

Небольшая скорость осаждения частиц не обеспечивает выделение из смеси тонкодисперсных частиц, поэтому осаждение (отстаивание) применяют только для глубокого разделения неоднородных систем. Основными параметрами, характеризующими процесс осаждения, является скорость осаждения (отстаивания) частиц, линейная скорость потока, время прибывания потока, качество получаемых фракций.

Процессы разделения в общественном питании используются для осветления напитков, бульонов (осаждение частичек мяса и костей), очистки фритюра и т.п. В пищевой промышленности – для выделения крахмала, сахара, разделения и очистки молока, чистка сточных вод (отделение жира и грязи).

При осаждении частицы могут перемещаться в жидкости:

1. в ламинарном режиме;

2. в переходном режиме;

3. в турбулентном режиме.

В первом случае – плавное сгибание частицы <2.

Во втором случае – за частицей возникают завихрения жидкости 2> >500.

В третьем случае – за частицей образуются вихревые потоки >500.

Наиболее предпочтительный ламинарный режим перемещения частиц.

Для определения скорости осаждения твердой шарообразной частицы диаметром d, на которую действует сила тяжести Gт, подъемная сила А и сила сопротивления среды R:

Подъемная сила:

Движущая сила, под действием которой частица осаждается:

Сила R направлена в обратную сторону и состоит из сил трения и инерции. Т.к. при осаждении частица сначала движется с ускорением, а потом с =Const, т.е. при P=R. Это и есть скорость осаждения .

Независимо от режима движения сопротивление среды по Ньютону:

ξ – коэффициент сопротивления среды.

При <2 ξ=24/Rc

При 2> >500 ξ=

При >500 ξ=0, 44

- площадь проекции на плоскость, ,

- скорость осаждения, м/с.

Подставляем значение Rc:

(I)

(II)

Подставив в форму (II):

(Ш)

Эта формула известна как формула Стокса.

Если решим (I) относительно ξ:

(IV)

Умножим обе части уравнения на

Краевое значение: при Rc=2 Ач=36 макс, т.е. при ламинарном режиме осаждения А< 36.

Таким же образом можно определить краевые условия для любого режима.

Для ускорения процесса суспензию часто нагревают до температур, допустимых технологическими условиями или же применяют коагулянты – желатин, пектин, бентонит (минерал из окислов алюминия и железа), под действием которых частички слипаются в хлопья, образую конгломерат. Теория предполагает разрушение коагулятами электрических зарядов частиц (одноименные отталкиваются).

Выведенные формулы справедливы только для шарообразных частиц, для другой формы вводятся поправки f:

Округлые – f=0.77;

Угловатые – f=0.66;

Продолговатые – f=0.58;

Пластинчатые – f=0.43.

Кроме того, рассматривался случай свободного осаждения одной частицы. В системе частицы будут сталкиваться, находиться в стесненных условиях. Это явление учитывается графиком как функция объемной доли твердой фазы в суспензии φ

Процессы отстаивания производятся на аппаратах периодического и непрерывного действия.

Продолжительность отстаивания определяется по простейшей формуле:

Простейший отстойник для непрерывного действия – гетерогенный. Смесь непрерывно поступает и отводится.

Эффективность осаждения частиц будет тогда, когда продолжительность движения слоя будет равна или больше времени осаждения:

Если в результате отстаивания на площади F образовался слой осветленной жидкости h, то производительность аппарата:

но

тогда:

т.е. не зависит от высоты слоя. Поэтому отстойники делают многоярусными с развитой поверхностью диаметром до 10-12 м.

Количество осветленной жидкости и влажного осадка находится из уравнения материального баланса.

Пусть в кг суспензии содержится твердой фазы, получается кг осадка с содержанием твердой фазы .

Осаждение под действием ц/б сил. Недостатки отстойников – громоздкие размеры и незначительные скорости осаждения . Их не применяют при мкм или .

Разделение под действием ц/б сил.

Ц/б сила:

Сила тяжести:

т.е. ц/б сила больше силы тяжести.

Ф – фактор разделения.

Для барабанов и центрифуг:

приняв

т.е. эффект достигается увеличением числа оборотов или радиуса барабана. – лучше.

При ламинарном режиме скорость осаждения находится по формуле Стокса:

Гидроциклон

С движением к центру скорость увеличивается, возникает воздушный столбик, который заставляет жидкость двигаться вверх.

Р=250кПа.

Центрифуга непрерывного действия

Сепараторы

из уравнения расхода:

или с учетом формулы Стокса:

Дата добавления: 2022-11-11; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!