Процессы и аппараты пищевых производств

1.

Процессы и аппараты пищевых
производств
Лекция № 1
Раздел 1: ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И СЫРЬЯ
РЕМНЕВ
Алексей Ильич
доктор технических наук, профессор

2.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ ПИЩЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Производственный процесс - совокупность последовательных
действий для достижения определённого результата.
Технологический аппарат - устройство, приспособление,
оборудование,
предназначенное
для
проведения
технологических процессов.
Машина — устройство, выполняющее механические
движения с целью преобразования энергии или материалов.
Гидромеханические процессы — процессы, скорость которых
определяется
законами
механики
и
гидродинамики:
(перемещения жидкостей и газов по трубопроводам и
аппаратам, перемешивания в жидких средах, разделения
суспензий и эмульсий путём отстаивания, фильтрования,
центрифугирования и т. п.)
Теплообменные процессы — процессы, связанные с переносом
теплоты от более нагретых тел (или сред) к менее нагретым:
(процессы
нагревания,
пастеризации,
стерилизации,
охлаждения, конденсации, выпаривания и т. п.)

3.

Массообменные, или диффузионные, процессы—связанные с
переносом вещества в различных агрегатных состояниях из
одной фазы в другую. К ним относятся абсорбция и десорбция,
перегонка и ректификация, адсорбция, экстракция, растворение,
кристаллизация, увлажнение, сушка, сублимация, диализ,
ионный обмен и др. Скорость массообменных процессов
определяется законами массопередачи.
Механические процессы—связанные с механическим
взаимодействием тел. К ним относятся измельчение,
классификация сыпучих материалов, прессование и др.
Химические и биохимические процессы—связанные с
изменением химического состава и свойств вещества, скорость
протекания которых определяется законами химической
кинетики.
В пищевой промышленности перерабатывают сырье и
получают готовые продукты в различном агрегатном
состоянии: твердом, жидком, паро- и газообразном.
Для расчета процессов и аппаратов необходимо знать

4.

СВОЙСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И СЫРЬЯ
Все свойства веществ можно разделить на физические (плотность,
удельный вес, вязкость, поверхностное натяжение и др.) и
теплофизические
(удельная
теплоемкость,
теплопроводность,
температуропроводность и др.).
Плотность ρ — масса М единичного объема V вещества.
ρ = M / V , (кг/м3 , т/м3 , и гр/см3).
Плотность также представляет собой величину, обратную удельному
объему Vyд, т. е. объему, занимаемому единицей массы вещества:
ρ = 1 / Vуд , где Vуд = V / M .
Соотношение плотностей двух веществ называется относ итель ной
плотность ю. Плотность суспензии: ρс = ρтвφ + ρж(1-φ), (ρтв —
плотность твердых частиц в суспензии, кг/м3; φ - доля твердой фазы в
суспензии; ρж — плотность жидкости, кг/м3.
Для характеристики сыпучих продуктов (зерна, сахарного песка,
картофельной крупки и т. д.) вводят понятие нас ыпно й плотност и ,
кг/м3, ρн = (1 - ε)ρтв , где ε — порозность (пористость) сыпучего материала
(ε = Vп / Vн , здесь Vп — объем пустот свободно насыпанного материала, м3;
Vн — объем свободно насыпанного материала, м3); ρтв — действительная
плотность частиц материала, кг/м3.

5.

Рис. 1.Зависимость концентрации этилового спирта С в водно-спиртовом
растворе от плотности раствора ρ. (Плотность раствора зависит от его
концентрации С).

6.

ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА И РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ
Кинетика — учение о скоростях и механизмах процессов
(гидродинамических, тепло- и массообменных), является
научной основой создания новых и совершенствования
существующих процессов пищевой технологии.
Знание кинетических закономерностей процессов необходимо для
расчета основных размеров аппаратов. Общие кинетические
закономерности процессов пищевой технологии, за исключением
механических процессов, формулируются в виде о бщ е г о з а к о н а :
с к о р о с т ь п р о ц е с с а п р я м о п р о п о р ц и о н а л ь н а д в и жу ще й с и л е
и обратно пропорциональна сопротивлению .
Величина, обратная сопротивлению, называется коэффициентом
скорости процесса.
Согласно определению общее кинетическое уравнение имеет вид:
dv
k ,
Fd R
—количество массы или энергии; F — площадь, через которую
проходит масса или энергия; τ — продолжительность процесса; ∆—
движущая сила; R — сопротивление; К— коэффициент скорости,
обратный сопротивлению.

7.

КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ
В общем случае движущей силой процесса является разность
потенциалов, а в частных случаях — перепад давлений ∆р между
входом потока в трубопровод или аппарат и выходом потока из
трубопровода или аппарата (для гидромеханических процессов),
разность температур между теплоносителями, обменивающимися
теплотой (для теплообменных процессов), разность концентраций
распределяемого между фазами вещества (для массообменных
процессов).
Расчет машин и аппаратов предусматривает определение массовых потоков перерабатываемых материалов, количеств
необходимой энергии, оптимальной площади тепломассообменной
поверхности (объёма) аппарата, продолжительности процесса,
размеров машин и аппаратов.
Анализ процессов и расчёт аппаратов проводят:
- составляют материальный и энергетический балансы процесса;
- исходя из статики, определяют направление течения процесса и
условия равновесия;

8.

- вычисляют движущую силу;
- на основании кинетики определяют скорость процесса.
По данным о скорости процесса и величине движущей силы при
найденном оптимальном режиме процесса определяют основной
размер аппарата — рабочий объем или рабочую площадь
поверхности. По основному размеру определяют все остальные
размеры аппарата.
Материальный баланс составляют на основании закона сохранения
массы: количество поступающих материалов
количеству конечных продуктов
должно быть равно
, получаемых в результате
проведения процесса:
=
.
На основании материального баланса определяют выход продукта, т.
е. выраженное в процентах отношение полученного количества продукта
к максимально возможному. Выход продукта рассчитывают на единицу
затраченного сырья.

9.

Тепловой баланс составляют на основе закона сохранения энерги
количество энергии
количеству
поступившей в процесс, должно быть равн
выделившейся
энерги
ΣQK — количество отводимой теплоты;
- потери теплоты
окружающее пространство.
Вводимая в процесс теплота ΣQH складывается из теплоты Q
поступающей с исходными материалами, теплоты Q2 и теплот
физических или химических превращений Q3. Количество отводимо
теплоты ΣQK складывается из теплоты, уходящей с конечным
продуктами и отводимой теплоносителями. Из теплового блан
определяют расход греющего пара, воды и других теплоносителей.
По величинам, характеризующим рабочие и равновесные параметры
определяют движущую силу процесса, затем рассчитывают кинетик
процесса и определяют коэффициент скорости процесса.
Подинт
енсивност
ью процессапонимаютег
орез
ульт
ат
, от
несенный
единицевременииединицеповерхност
иилиобъемааппарат
а.

10.

Интенсивность процесса характеризуется количеством энергии
или массы, прошедшей в единицу времени через единицу
поверхности
или
единицу
рабочего
объема
аппарата.
Интенсивность процесса пропорциональна движущей силе. Мерой
интенсивности процесса является коэффицент его скорости К.
При оценке конструкции аппарата или машины решающее
значение имеет их технико-экономическая характеристика.
Оптимальным считается такой аппарат (машина), который
обеспечивает конечный результат с наименьшими затратами.
К аппаратам и машинам предъявляют следующие требования:
1) аппарат (машина) должен быть высокоэффективным
(высокопроизводительным);
2) надежным;
3) малоэнерго- и металлоемким;
4) удовлетворять требованиям безопасности работы и быть
удобным в обслуживании.
Непременные условия длительной и бесперебойной работы
оборудования — его механическая надежность и конструктивное
совершенство.

11.

Процессы и аппараты пищевых
производств
Лекция 1
Спасибо за внимание