ПАПП_Лекция № 4

1. Лекция № 4 Научные основы процессов и аппаратов. Гидромеханические процессы

2. Цель и задачи дисциплины

Цель и задачи дисциплины заключаются в подготовке решения
следующих профессиональных задач:
анализ проблемных производственных ситуаций, связанных с
гидромеханикой, тепло- и массообменом в технологических средах;
анализ состояния и динамики показателей качества работы
технологического оборудования;
интенсификация реализуемых процессов;
разработка технологических линий, включающих гидромеханические,
тепловые и массообменные устройства при производстве продуктов
питания.
2

3. Основные понятия

Аппарат – это устройство или приспособление без движущихся частей,
предназначенное для проведения того или иного процесса.
Машина – устройство, выполняющее механические движения с целью
преобразования энергии или материалов.
Технологические машины преобразуют форму, свойства и положение
обрабатываемого материала.
3

4. Основные понятия

Производственный процесс – это совокупность последовательных
действий для достижения определенного результата.
Технология – это ряд приемов, проводимых направленно с целью
получения из исходного сырья продукта с заданными ранее свойствами.
Движущая сила – физическая величина, под воздействием которой
происходит протекание процесса.
4

5. Классификация машин и аппаратов

Классификация оборудования может быть проведена по различным
признакам. При формировании групп оборудования различных линий
основным объединяющим признаком является общность функций,
выполняемых в процессе переработки сырья и полуфабрикатов. По этому
признаку можно выделить три группы оборудования:
1) для подготовительных операций,
2) для основных операций и обработки продукта,
3) для выполнения отделочных и финишных операций.
5

6. Оборудование для ведения механических и гидромеханических процессов

Подразделяется на:
мойки сырья и тары;
очистки и сепарирования (камнеотборники, сепараторы, просеиватели);
инспекции, калибрования и сортирования плодов и овощей (транспортеры, калибровочные и
сортировочные машины);
очистки растительного и животного сырья от наружного покрова (щеточные машины,
машины для шелушения, машины для очистки картофеля и корнеплодов, протирочные
машины, машины для снятия шкур с животных и оперения с птиц);
измельчения пищевого сырья (вальцовые станки, дробилки, мельницы, резательные
машины);
сортирования сыпучих продуктов (ситовеечные и дробильно-сортировочные машины);
разделения жидких неоднородных пищевых сред (отстойники, центрифуги, сепараторы,
фильтры, прессы);
смешивание пищевых сред (мешалки, месильные машины);
формование пищевых сред (машины для формования штампованием, отливкой и
прессованием).
6

7. Оборудование для ведения тепло- и массообменных процессов

Подразделяется на:
повышения концентрации пищевых сред (выпарные и сусловарочные
аппараты);
темперирования сред (ошпариватели и бланширователи для фруктов и
овощей, пастеризаторы и стерилизаторы);
сушки пищевого сырья (сушильные агрегаты, СВЧ-сушилки);
выпечки и обжарки (печи с паровым и пароводяным обогревом, жаровни,
оборудование для ошпарки и опаливания, для варки и запекания);
охлаждение и замораживание пищевых сред (охладители, желатинезаторы,
камеры охлаждения и морозильные аппараты, ледогенераторы);
ведение процессов диффузии и экстракции (экстракторы); ректификации.
7

8. Классификация технологических процессов

Технологический процесс может быть осуществлен при различных параметрах.
Оптимизация - поиск параметров технологических процессов (затраты энергии,
скорость, выход продукции, затраты живого труда и материалов), при которых
затраты были бы наименьшими, а выход готовой продукции – наибольшим.
Для оценки эффективности процесса на основании экспериментальных и
теоретических исследований выводится критерий оптимизации, куда входят
параметры, противоположно влияющие на процесс. Оптимизация при этом
будет означать поиск компромисса между этими параметрами.
8

9. Классификация технологических процессов

Каждый процесс может быть периодическим или
непрерывным.
Периодические процессы проводят в аппаратах, в
которые через определенные промежутки
времени загружаются исходные материалы, а
после их обработки в течении необходимого
времени из этих аппаратов выгружают конечный
продукт. После разгрузки аппарат вновь загружают
и процесс повторяется. Т.о., периодический
процесс характеризуется тем, что все его стадии
протекают в одном месте, но в различных
промежутках времени.
9

10. Классификация технологических процессов

Непрерывный процесс осуществляется в
проточных аппаратах, при этом поступление
исходных продуктов и выгрузка готового продукта
происходит одновременно. Процесс
характеризуется тем, что все его стадии протекают
в одно время, но разобщены в пространстве.
10

11. Классификация технологических процессов

Гидромеханические процессы:
отстаивание
фильтрование
центрифугирование
сепарирование
перемещение жидких и газовых сред
перемешивание жидких материалов
баромембранные (обратный осмос, диализ, электродиализ, ультрафильтрация,
микрофильтрация).
11

12. Классификация технологических процессов

Тепловые процессы:
нагревание
охлаждение
замораживание
конденсация
выпаривание.
12

13. Классификация технологических процессов

Массообменные процессы:
адсорбция
абсорбция
экстракция (жидкостная)
экстрагирование из твердых веществ
тепломассообменные (сушка, кристаллизация, перегонка и ректификация,
растворение, выпечка, обжарка, бланширование, разваривание).
13

14. Классификация технологических процессов

Биохимические процессы:
ферментация
брожение
соление
созревание
копчение.
14

15. Классификация технологических процессов

Механические процессы:
перемешивание твердых материалов
измельчение
сортирование
формообразование.
15

16. Гидромеханические процессы

Неоднородные системы и методы их разделения
Неоднородные, или гетерогенные системы, состоят из двух или нескольких фаз.
Любая неоднородная бинарная система состоит из дисперсной (внутренней) фазы
и дисперсионной среды (внешней фазы), в которой распределены частицы
дисперсной фазы. В зависимости от физического состояния фаз различают
суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы (пыли, дымы и туманы
представляют собой аэрозоли).
В пищевой технологии применяют следующие основные методы разделения:
осаждение, фильтрование, центрифугирование и сепарирование. Выбор метода
разделения обусловливается размерами взвешенных частиц, разностью плотностей
дисперсной и дисперсионной фаз, а также вязкостью дисперсионной фазы.
16

17. Гидромеханические процессы

Осаждение — это процесс разделения неоднородных смесей на фракции, при котором
взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной
фазы под действием силы тяжести, центробежных или электростатических сил.
Осаждение, происходящее под действием силы тяжести, называется отстаиванием.
Фильтрование — это процесс разделения суспензий при помощи пористых,
фильтровальных перегородок, способных пропускать жидкость или газ, но задерживать
взвешенные в среде твердые частицы (осадок).
Центрифугирование — это процесс разделения неоднородных суспензий и эмульсий
на фракции в поле центробежных сил. Различают отстойное и фильтрационное
центрифугирование.
Сепарирование — это процесс разделения неоднородных жидких смесей на фракции,
различающиеся по плотности, в поле действия центробежных сил.
17

18. Гидромеханические процессы. Осаждение

Проведение ряда процессов пищевой технологии (осаждение твердых
частиц из суспензий (и пылей) под действием сил тяжести и
центробежных сил, механическое перемешивание в жидких средах и
др.) связано с движением твердых тел в жидкостях. При движении тела
в жидкости возникает сопротивление, которое зависит от режима
движения и формы обтекаемого тела.
18

19. Гидромеханические процессы. Осаждение

Отстаивание проводят в аппаратах, называемых отстойниками, или сгустителями.
Различают аппараты периодического, непрерывного и полунепрерывного действия,
причем непрерывно действующие отстойники, в свою очередь, делятся на
одноярусные, двухъярусные и многоярусные.
Периодически действующие отстойники представляют собой низкие емкости без
перемешивающих устройств. Такой отстойник заполняется суспензией, которая
остается в состоянии покоя в течение определенного времени, необходимого для
оседания твердых частиц на дно аппарата. После этого слой осветленной жидкости
сливают через сифонную трубку, расположенную выше уровня осевшего осадка.
Последний, обычно представляющий собой подвижную текучую густую жидкую
массу, выгружают вручную через верх аппарата или удаляют через нижний спусковой
кран.
19

20. Гидромеханические процессы. Осаждение

Отстойник непрерывного действия со скребковой мешалкой: 1 — корпус; 2 —
кольцевой желоб; 3 — мешалка; 4 — лопасти со скребками; 5 — труба для подачи
исходной суспензии; 6 — штуцер для вывода осветленной жидкости; 7 —
разгрузочное устройство для осадка; 8 — электродвигатель.
20

21. Гидромеханические процессы. Осаждение

Одноярусный отстойник непрерывного действия со скребковой мешалкой (рис.)
представляет собой цилиндрический резервуар 1 с коническим днищем и
внутренним кольцевым желобом 2. В резервуаре установлена мешалка 3 с
наклонными лопастями, на которых имеются скребки 4 для непрерывного
перемещения осаждающегося материала к разгрузочному отверстию 7.
Одновременно скребки слегка взбалтывают осадок, способствуя этим более
эффективному его обезвоживанию.
Мешалка вращается медленно, чтобы не нарушать процесс осаждения.
Исходная суспензия непрерывно подается через трубу 5 в середину резервуара.
Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб 2 и удаляется через
штуцер 6. Вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя 8 через
редуктор.
21

22. Гидромеханические процессы. Осаждение

Расчет отстойников непрерывного действия. Производительность отстойника по
осветленной жидкости (м3/с):
Vотс = vпbh,
где vп — скорость потока жидкости вдоль отстойника (м/с); b — ширина
отстойника прямоугольного сечения (м); h — высота слоя осветленной жидкости
(м).
Время прохождения τ (с) суспензией отстойника:
τ = l/vп,
где l — длина отстойника прямоугольного сечения (м).
За это же время частицы, осаждающиеся со скоростью vос (м/с), должны пройти
наибольший путь h (м). Следовательно, время отстаивания:
τ = h/vос.
22

23. Гидромеханические процессы. Фильтрование

Схема процесса фильтрования: 1
— фильтр; 2 — фильтровальная
перегородка; 3 — суспензия; 4
— фильтрат; 5 — осадок.
Процесс фильтрования основан на задержании
твердых взвешенных частиц фильтровальными
перегородками, способными пропускать только
жидкость и задерживать частицы твердой фазы. При
разделении суспензии на пористой перегородке за
счет разности давлений до и после перегородки
жидкая фаза проходит через поры перегородки и
собирается в виде освобожденного от твердых
примесей фильтрата, а твердые частицы
задерживаются на поверхности фильтровальной
перегородки, образуя слой осадка (рис.).
23

24. Гидромеханические процессы. Фильтрование

Основное дифференциальное уравнение фильтрования имеет вид: