Введение. Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины

КУРС ЛЕКЦИЙ

Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины

«Процессы и аппараты пищевых производств»

методом дистанционного обучения

для студентов заочной формы обучения и МИППС

специальностей 260201, 260202, 260203, 260204, 260301, 260302, 260303, 260401, 260501, 260503, 260504, 260505, 260601, 260602, 190603

Краснодар

Составители:

канд. техн. наук, доц. А.А. Лобанов, д-р техн. наук, проф. Е.Н. Константинов, канд. техн. наук, проф. В.Н.Мамин, д-р. техн. наук, проф. В.В. Деревенко.

УДК 664.01/09(07)

Курс лекций. Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины «Процессы и аппараты пищевых производств» методом дистанционного обучения для студентов заочной формы обучения и МИППС специальностей 260201, 260202, 260203, 260204, 260301, 260302, 260303, 260401, 260501, 260503, 260504, 260505, 260601, 260602, 190603/ Сост.: А.А. Лобанов, Е.Н. Константинов, В.Н. Мамин, В.В. Деревенко; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. процессов и аппаратов пищевых производств.– Краснодар: Изд. КубГТУ, 2007.– 128 с.

Приведен курс лекций на темы «Теплообмен», «Выпаривание», «Сушка», «Гидромеханические процессы», «Перегонка и ректификация». Предназначено для дистанционного изучения дисциплины «Процессы и аппараты пищевых производств».

Печатается по решению методического совета Кубанского государственного технологического университета

Рецензенты:

канд. техн. наук, доц. кафедры технологии молочных и консервированных продуктов М.К. Алтуньян; канд. техн. наук, доц. каф. ПиАПП Т.Г. Короткова.

Содержание

Введение ………………………….………………………...……... Классификация процессов …………………………………..………. Законы сохранения …………………………………………………..... Законы переноса ………………………………..………………..…… 1. Тепловые процессы …………………...…..………………....……. 2 Выпаривание …………………............…………………….…...…… 3 Сушка ………………………………………………………..……..… 4. Гидромеханические процессы ……………………………………… 5. Перегонка и ректификация ………………………………………… Список рекомендуемой литературы ……….………........………..…..

Любая технологическая схема состоит из аппаратов, связанных материальными и тепловыми потоками. В аппаратах осуществляются типовые процессы: нагревание, охлаждение, выпаривание, сушка, перегонка, фильтрование и др.

В курсе «Процессы и аппараты пищевых производств» изучается:

1. Физическая сущность основных процессов пищевой технологии и закономерности, которым они подчиняются.

2. Устройство и принцип действия аппаратов, где эти процессы осуществляются.

3. Методика расчета процессов и аппаратов.

Классификация процессов

Технологические схемы состоят из типовых процессов, которые объединены прямыми и обратными связями, то есть потоками вещества и теплоты (энергии). Целью функционирования технологической схемы является превращение исходного сырья в продукты.

1) По скорости их протекания (по лимитирующей стадии).

1. Тепловые процессы. Их скорость определяется скоростью теплопередачи и они описываются законами теплопередачи (нагревание, охлаждение, конденсация, кипение, выпаривание).

2. Массообменные (диффузионные). Их скорость определяется законами массопередачи или диффузией (экстракция, перегонка, ректификация, абсорбция, адсорбция, сушка).

3. Гидромеханические. Скорость определяется законами гидродинамики (отстаивание, фильтрование, центрифугирование).

4. Механические. Связаны с законами, которым подчиняются твердые тела (дробление, перемещение, сепарация).

5. Химические. Определяются кинетикой химических реакций.

2) Процессы бывают:

– стационарные;

– нестационарные.

В настоящее время все схемы настроены на то, чтобы сделать процессы стационарными. Стационарный (установившийся) – это неизменный во времени процесс в данной точке пространства (то есть параметры процесса неизменны во времени). Не стационарное состояние процесса возникает, например, в период пуска и изменения режима работы установок непрерывного действия.

где – температура; – время.

3) По способу проведения:

1. Периодические.

2. Непрерывные.

В непрерывном процессе все стадии протекают одновременно и разобщены пространством. В периодическом процессе все стадии разобщены во времени и протекают в одной области пространства. Все периодические процессы не стационарны, так как все стадии процесса осуществляются в одном аппарате, но в разное время.

Все процессы подчиняются законам сохранения массы и энергии.

Законы сохранения

Законы сохранения массы, энергии и импульса допускают только такие превращения, при которых суммы массы, энергии и импульса внутри системы остаются неизменными (т.е. конечная сумма равна сумме в начальном состоянии). Законы сохранения принимают форму уравнений баланса (например, материального и теплового), составление которых является важной частью анализа и расчета технологических процессов.

Закон сохранения массы. Общий материальный баланс.

Рассмотрим стационарный процесс (неизменный во времени) без химических превращений. В аппарат поступают несколько потоков и выходят несколько потоков.

Рисунок 1.1 – Схема аппарата вместе с потоками вещества.

Уравнение общего материального баланса:

, (1.1)

где – расход, кг/с (м³/с). Это количество вещества, проходящего по трубе в единицу времени;

– число потоков.

Материальный покомпонентный баланс

Каждый поток состоит из нескольких компонентов. В общем случае номер компонента обозначим за . Номер потока обозначим за . Тогда массовую долю -го компонента в -ом потоке обозначим за .

Рисунок 1.2 – Схема аппарата вместе с потоками, содержащими -й компонент.

Запишем уравнение материального баланса аппарата по -му компоненту:

, (1.2)

где – массовая доля -го компонента в -том потоке, кг/кг;

– расход -го компонента в -том потоке.

,

где – расход -того потока, ;

– число компонентов в -том потоке.

Для каждого потока сумма концентраций всех составляющих его компонентов равна единице.

.

Система уравнений общего и покомпонентного материальных балансов используются для нахождения неизвестных расходов потоков и концентраций компонентов. Система уравнений материального баланса должна включать в себя столько уравнений, сколько компонентов в перерабатываемых потоках.

Закон сохранения теплоты. Тепловой баланс

Имеется система, аппарат или процесс, работающие в стационарном режиме. В эту систему входят потоки тепла и вместе с материальными потоками, и выходят потоки тепла: и вместе с материальными потоками и – потери теплоты в окружающую среду.

Рисунок 1.3 – Схема аппарата вместе с потоками теплоты.

Уравнение теплового баланса будет иметь вид:

, (1.3)

где – количество теплоты с потоком вещества, Вт (Дж/с).

Уравнение теплового баланса процесса используется, как правило, для нахождения затрат энергии на его проведение и, в частности, теплоты. По расходу теплоты рассчитывают расход греющего теплоносителя, например, греющего пара.

Количество теплоты с потоком жидкостей, твердых материалов и неконденсирующихся газов рассчитывается по выражению (, ):

, (1.4)

где – удельная теплоемкость потока, Дж/кг∙К. Это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 ⁰С (для воды Дж/кг∙К);

– температура -того потока, ⁰С.

Количество теплоты с потоком греющего пара () и потоком конденсата греющего пара () рассчитывается по выражениям:

, (1.5)

, (1.6)

где – расход греющего пара (конденсата), кг/с.

– энтальпия греющего пара, Дж/кг;

– энтальпия конденсата греющего пара, Дж/кг.

Значения и определяются из таблиц свойств насыщенного водяного пара по давлению пара ();

Давление ­ – это сила, действующая на единицу поверхности. С другой стороны, давление – это энергия в единице объема.

В технике энтальпия – это теплосодержание. Это такое количество теплоты, которое надо сообщить 1 кг вещества, чтобы довести его до данного состояния от начала отсчета. Для воды энтальпия отсчитывается от 0 ⁰С (при 0 ⁰С =0).

Рисунок 1.4 – Зависимость энтальпии воды от температуры.

Энтальпия конденсата греющего пара – это теплосодержание 1 кг воды при температуре конденсации (которая зависит от давления в системе).

, (1.7)

где – удельная теплоемкость воды;

– температура кипения воды (температура конденсации пара или температура насыщения паров) при давлении .

Для воды при атмосферном давлении = 99,64 ⁰С.

Удельная теплота парообразования , Дж/кг, равна разности энтальпии пара и энтальпии конденсата при температуре :

. (1.8)

Законы переноса

массы, теплоты, количества движения

В пищевой и химической технологии процессы переноса наиболее часто протекают в жидкой или паровой фазах, обычно при их движении или перемешивании.

Вещество переносится от большей концентрации к меньшей; теплота переносится от точек пространства большей температуры к точкам пространства с меньшей температурой; количество движения от тех точек пространства, где его больше к тем точкам, где его меньше. Все процессы стремятся к равновесию.

Дата добавления: 2014-01-04