Классификация основных процессов химической (пищевой) технологии
ТЕМА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАУКИ О ПРОЦЕССАХ И АППАРАТАХ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ.
Содержание учебных материалов темы №1:
1. Аннотация к лекционным темам
2. План лекции с указанием временных затрат
3. Перечень основных источников
4. Перечень дополнительных источников
5. Учебное пособие (тексты лекции по темам)
6. Контрольные вопросы для самопроверки
7. Тестовые задания
8. Основные понятия по теме
Аннотация лекции
История развития науки о процессах и аппаратах. Классификация процессов пищевых производств. Принципы анализа и расчета процессов и аппаратов. Кинетические закономерности основных процессов пищевой технологии. Общие принципы расчета машин и аппаратов пищевых производств. Требования, предъявляемые к машинам и аппаратам и оценка их технико-экономической эффективности. Моделирование и подобие процессов пищевой технологии.
Целью лекции является изучение теории основных процессов пищевых производств и движущих сил, под действием которых они протекают. Осуществление поставленной цели обусловило необходимость решения следующих задач:
1) Рассмотреть классификацию основных процессов.
2) Выявить достоинства и недостатки непрерывных и периодических процессов.
3) Рассмотреть кинетические закономерности.
4) Дать определение материального и теплового балансов.
5) Рассмотреть теорию подобия, как современную теорию эксперимента.
В результате изучения темы студент должен знать:
- классификацию процессов пищевых производств;
- кинетические уравнения;
- законы, использующиеся для составления материального и энергетического балансов;
- теоремы теории подобия.
Студент должен уметь:
- применять кинетические закономерности;
- составлять уравнения материального и теплового балансов.
План лекции:
1. История развития науки о процессах и аппаратах.
2. Классификация процессов пищевых производств
3. Кинетические уравнения
4. Основные законы науки о процессах и аппаратах
5. Понятие о теории подобия, критерии подобия
6. Контрольные вопросы для самопроверки.
7. Тестовые задания.
Основные источники:
1. Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств - М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с.
2. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии М.: Колос, 1999. – 551 с.
3. Романков П.Г., Павлов К.Ф., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу Процессы и аппараты химической технологии. - Л.: Химия, 1987.
4. Малахов Н.Н., Плаксин Ю.М., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств: Учебник.- Орел: Изд. Орловского государственного технического университета, 2001.- 687 с.
Дополнительные источники:
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии -М.: Химия, 1971
2. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. – М.: Химия 1987
Учебное пособие
История развития науки о процессах и аппаратах
Временем возникновения курса «Процессы и аппараты химической технологии» - принято считать 1909 г. В этом году проф. Петербургского технологического университета Александр Кириллович Крупский опубликовал труд под названием «Начальные главы учения о проектировании химической технологии».
Это учебное пособие по праву считается прообразом современного курса «Процессы и аппараты». В своем труде проф. А.К. Крупский сформулировал основное методологическое направление курса: «В обширной области учения о химической технологии путь обобщения является наиболее успешным и плодотворным как для системы изложения, так и для целей его – дать техническому пониманию направление, способствующее выработке самостоятельного мышления».
В 1912 г. начал работу над этим курсом «Процессы и аппараты проф. И.А. Тищенко. Он ввел его на химическом факультете МВТУ в качестве самостоятельной дисциплины.
Идеи создания курса, намеченные Крупским и Тищенко, в дальнейшем успешно развивались Д.П. Коноваловым, А.Ф. Фокиным, К.Ф. Павловым, А.М. Трегубовым, А.Г. Касаткиным и др.
Д.П. Коновалов провел классические исследования в области различных жидких смесей и установил два закона об упругости паров; им же была выяснена природа нераздельно-кипящих растворов. Им был написан курс «Материалы и процессы химической технологии» (1924-1928 г.г.). В этой книге освещались процессы нагревания, перегонки, умеренного и глубокого охлаждения, а также устройство и работа заводских печей.
А.Ф. Фокин (1923 г.) – «Обработка газов» (1925 г.). Обработка жидкостей. В них были изложены основные теоретические положения для типовых технологических процессов, связанных с обработкой газов и жидкостей, и описаны конструкции типовых химических аппаратов и машин.
1929 г. – первое издание, 1932 – второе издание книги К.Ф. Павлова «Методы расчета типовой химической аппаратуры», содержащей, главным образом, расчетную часть курса.
1937 г. – книга Павлова «Холод в химической промышленности».
В связи с проектированием и строительством новых химических заводов (в годы первых пятилеток) возникла необходимость более полного систематического изложения курса «Процессы и аппараты». Отдельные главы книги начали издаваться в 1932, 1935 годах и в 1936 г. – вторая часть книги «Основные процессы и аппараты химической технологии».
Наиболее значительными работами проведенными в последнее время отечественными учеными являются:
| Плановский | 1. | Разработана теория непрерывных процессов |
| 2. | Представлены новые методы расчета диффузионных процессов и предложен новый метод определения оптимальных скоростей потоков в насадочных колоннах. | |
| Н.М. Жаворонков | 1. | Проблемы разделения жидких неоднородных смесей. |
| Н.И. Гильперин | 1. | Разработаны некоторые методы расчета химической аппаратуры. |
| вышли книги: 1931 г. «Тепловой насос»; 1947 г. «Выпарные аппараты»; 1948 г. «Дистилляция и ректификация». | ||
| П.Г. Романов | 1. | Экспериментальные исследования процессов сушки, фильтрации, центрифугирования, перемешивания, сепарация пылегазовых смесей. |
| М.Д. Кузнецова, К.Н. Шабалина, М.Е. Позина | - | Изучение процессов абсорбции. |
Крупный вклад в учение о процессах и аппаратах вносят своими исследованиями отечественные ученые, работающие в областях, близких к химической технологии. Это Кирпичев Н.В., Гухман А.А., Михеев М.А. по теории подобия и моделирования, на основе которой в настоящее время строится учение о процессах и аппаратах.
Далее необходимо отметить исследования Л.К. Разина, А.В. Лыкова, М.Ю. Лурье по теории и практике сушки, исследования Н.А. Шилова, М.М. Дубинина по теории адсорбции.
Курс «Процессы и аппараты» основывается на общих законах физики и химии и по существу является теоретической основой химической технологии, позволяющей проанализировать и рассчитать процесс, найти наивыгоднейшие его параметры, а также разработать и рассчитать аппаратуру, необходимую для проведения этого процесса.
Таким образом «Изучение процессов свойственных всем отраслям химической технологии, и общих начал этих процессов составляет предмет и задачу «Процессы и аппараты».
1.2. Классификация процессов пищевых производств
Процессы пищевых производств разделяются в зависимости от закономерностей характеризующих их протекание, на 5 основных групп.
Первая группа – гидромеханические процессы, скорость их протекания определяется законами гидродинамики. К ним относятся – осаждение взвешенных частиц в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести, центробежной силы или сил электрического поля, фильтрование жидкостей или газов через слой зернистого материала, происходящее под действием разности давлений, перемешивание в жидкой среде. Движущей силой гидромеханических процессов является разность давлений или разность плотностей.
Вторая группа – тепловые процессы, скорость которых определяется законами теплопередачи. В эту группу входят процессы нагревания, выпаривания, охлаждения и конденсации. Движущей силой тепловых процессов является разность температур.
Третья группа – массообменные процессы. Скорость этих процессов определяется скоростью перехода веществ из одной фазы в другую, т.е. законами массопередачи. К диффузионным процессам относятся – абсорбция, экстракция, ректификация, адсорбция, сушка. Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций.
Четвертая группа – химические процессы, связанные с превращением веществ и изменением их химических свойств. Скорость этих процессов определяется закономерностями химической кинетики.
Пятая группа – механические процессы – включают измельчение твердых материалов, классификацию однородных сыпучих материалов и смешение их.
В соответствии с указанным делением процессов целесообразно классифицировать химическую аппаратуру по следующим группам:
1) Гидромеханические аппараты;
2) Тепловые аппараты;
3) Массообменные аппараты;
4) Реакторы - для осуществления химических превращений.
Классификация основных процессов химической (пищевой) технологии
Процессы каждой из этих групп могут быть:
1) Периодическими;
2) Непрерывными;
3) комбинированными.
Периодический процесс – характеризуется единством места протекания отдельных его стадий и неустановившимся состоянием во времени. Периодические процессы осуществляются в аппаратах периодического действия, в которых конечный продукт выгружается полностью или частично из аппарата через определенные промежутки времени. После разгрузки аппарата в него загружают новую порцию исходных материалов, и производственный цикл повторяется снова.
Вследствие неустановившегося состояния при периодическом процессе, отдельные физические величины или параметры (например – температура, давление, концентрация, теплоемкость, скорость и др.) подвергающихся обработке веществ меняются за время протекания процесса.
Непрерывный процесс – характеризуется единством времени протекания всех его стадий, установившемся состоянием и непрерывной выгрузкой конечного продукта. Непрерывные процессы осуществляют в аппаратах непрерывного действия. Вследствие установившегося состояния в любой точке массы обрабатываемого материала или в любом сечении непрерывнодействующего аппарата, физические величины или параметры в течение всего времени протекания процесса остаются практически неизменными.
Комбинированный процесс – представляет собой либо непрерывный процесс отдельных стадий которого проводятся периодически, либо такой периодический процесс, одна или несколько стадий которого проводятся непрерывно.
Непрерывные процессы имеют ряд преимуществ по сравнению с комбинированными и периодическими. К таким преимуществам можно отнести:
Достоинства непрерывных процессов:
1. большая производительность;
2. меньшие габариты;
3. их проще механизировать и автоматизировать;
4. продукты имеют стабильное качество;
5. роль обслуживающего персонала – наблюдение за приборами.
Недостатки периодических процессов:
1. требуется большая затрата труда при их обслуживании;
2. сложно автоматизировать;
3. ухудшение качества продукции (вследствие сложности соблюдения постоянного режима).
Кинетические уравнения
1. При движении объема V жидкости или газа через живое сечение F аппарата за время τ:
| где: | Δ P | - перепад давлений в аппарате – движущая сила гидромеханического процесса; |
| R1 | - гидравлическое сопротивление аппарата; | |
| K1=1/R1 | - коэффициент скорости. |
2. При передаче количества тепла Q через поверхность F теплообмена за время τ:
| где: | Δ t | - разность между температурами сред – движущая сила тепловых процессов; |
| R2 | - термическое сопротивление; | |
| K2=1/R2 | - коэффициент теплопередачи. |
3. При передаче массы M вещества из одной фазы в другую через поверхность F контакта фаз за время τ:
| где: | Δ c | - разность концентраций переходящего вещества в фазах – движущая сила массообменных процессов; |
| R3 | - сопротивление при массопередаче; | |
| K3=1/R3 | - коэффициент массопередачи. |
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 942; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!