1.ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ НАУКИ О ПРОЦЕССАХ И АППАРАТАХ. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПИЩЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ. Учение о процессах и аппаратах возникло в начале нашего века, одновременно и независимо в нашей стра-не и в США. В России основы науки о процессах и аппаратах были заложены извест учеными-инженерами А. К. Крупским в Петербургском технологич-м институте и И. А. Тищенко в Мос-ковском высшем техническом училище. При этом были исполь-зованы богатый фактический материал, накопленный в про-мышл-ти, и то огромное идейное наследие в области хим техно-логии, к-е оставил Д. И. Менделеев. В 1909 г. Впервые в России систематический курс основных ПиА хим технологии был прочи-тан И. А. Тищенко в 1913 г. Быстрый прогресс этой науки на-чался в 20—30-х гг. Идеи А. К. Крупского были развиты в Лени-нградском технологич-м институте Д. П. Коноваловым и впосле-дствии А. А. Кировым, Л. Ф. Фокиным, К. Ф. Павловым и их уче-никами. Большим собы­тием в развитии хим технологии как нау-ки стала книга Л. Ф. Фокина «Методы и орудия хим техники», вышедшая в 1923 г. одновременно с известной монографией америк-х ученых В. Уокера, В. К. Льюиса и В. X. Мак-Адамса «Принципы хими­ческой техники». Большой вклад в разработку отдельных разделов науки о ПиА внесли И. А. Тищенко — автор расчетов выпарных установок, Д. П. Коновалов — автор класс-сич-х исслед-й в области перегонки жидкостей, опубликовав-ший в 1924— 1925 гг. курс «Материалы и процессы хим техно--логии». Одной из главных задач хим технологии, отличающих ее от чистой химии, является установление наивыгоднейшего хода операции и проектирование соответствующих ему заводс-ких приборов и механ-х устр-в — так определил задачи хим те-хнологии Д. П. Коновалов. В Москве наука о ПиА получила осо-бое развитие в Химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева, организованном в 1920 г. Научную школу здесь возглавили А. Г. Касаткин и В. В. Кафаров; в МИХМе — А. Н. Плановский, в МИТХТе им. М. В. Ломоносова — Н. И. Гельперин. Наука о ПиА призвана играть большую роль в интенсификации развития пищ и смежных отраслей промышл-ти и тем самым способствовать удовлетворению потребностей населения в про-дуктах питания. КЛАССИФ-Я ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ ПИЩ ТЕХ-НОЛОГИИ Развитие науки о ПиА позволило создать систему понятий и научно обоснованную классифик-ю процессов пищ технологии. Производств-й процесс-это совок-ть последов-х действий для достижения определ-го рез-та. Технология — это ряд приемов, проводимых направленно с целью получения из исходного сырья продукта с наперед заданными св-ми. Задача технологии как науки заключается в выявлении физ, хим, ме-хан и др закономерностей с целью определения и использован-ия на практике наиболее эффективных и экономичных произво-дств-х процессов. Технологич-й аппарат (от лат. apparatus — оборудование) — это устройство, приспособление, оборудова-ниие, предназначе-е для проведения технологич-х процессов.

Машина — устр-во, выполняющее механ движения с целью преобразования энергии или материалов. Технологич-е машины преобразуют форму, св-ва и положение обрабатыв-го материа-ла. Все многообразие осн-х процессов пищ технологии в завис-ти от закономерностей их протекания можно свести к 5 осноным группам: гидромехан-е, теплообменные, массообменные, меха-нич-е, биохим-е. Гидромехан-е процессы — это процессы, ско-рость к-х определяется законами механики и гидродинамики. К ним относятся процессы перемещения жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, перемешивания в жидких средах, разделения суспензий и эмульсий путем отстаивания, фильтро-вания, центрифугирования, псевдоожижения зернистого мате-риала Теплообменные процессы — это процессы, связанные с перено­сом теплоты от более нагретых тел (или сред) _к менее нагретым. К ним относятся процессы нагревания, пастеризации, стерилизации, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. п. Скорость тепловых процессов опред-ся законами теплопереда-чи. Массообменные, или диффузионные, процессы — процессы, связанные с переносом в-ва в различ-х агрегатных состояниях из одной фазы в другую. К ним относят-ся абсорбция и десорбция, перегонка и ректификация, адсорб-ция, экстракция, растворение, кристаллизация, увлажнение, сушка, сублимация, диализ, ион­ный обмен и др. Скорость массообменных процессов определяется законами массопе-редачи. Механ-е процессы — это процессы чисто механ взаимо-д-я тел. К ним относятся процессы измельч-я, классифи-и (фра-кционирования) сыпучих материалов, прессования и др/ Хим и биохим процессы — процессы, связанные с изм-ем хим состава и св-в в-ва, скорость протекания которых опред-ся законами хим кинетики.

2.БАРБОТАЖНЫЕ МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ С КОЛПАЧКОВЫМИ, КЛАПАННЫМИ И ЧЕШУЙЧАТЫМИ ТАРЕЛКАМИ. В барботажных абсорберах поверх-ть контакта фаз созд-ся потоками газа (пара) и жид-ти. Тарельчатые барботажные колонны явл-ся эффект-ми и наиболее распр-ми аппаратами, внутри которых одна под др размещено определ-е кол-во горизонт-х перфорированных перегородок — тарелок, обеспечивающих течение жидкости сверху вниз, а пара — снизу вверх. Тарельчатые колонны бывают с колпачковыми, клапанными, провальными ситчатыми тарелками, на к-х имеет место неорганизованный перелив жидкости через отверстия, и с ситчатыми тарелками с переливными устр-ми. В колоннах с провальными тарелками газ проходит через отверстия тарелки и распределяется в слое жид-ти, находящейся на тарелке, в виде струек и пузырьков. На тарелках одновременно происходят барботаж пара ч/з слой жидкости и частичный проход жидкости через отверстия тарелок. Такие конструкции тарелок очень чувствительны к расходу и давлению пара в колонне. Более устойчиво работают ситчатые тарелки с переливными устройствами. Эти аппараты (рис1) имеют горизонтальные тарелки, переливные устройства и пороги. пороги. Порог 3 служит для разрушения пены, стекающей с вышерасположенной тарелки, а порог4-для поддерж-я высоты столба жид-ти на тарелке. Жид-ть поступает на верх-юю тарелку, перелив-ся ч/з переливные устр-ва сверху вниз и удаляется из нижней части аппарата. Газ (пар) вводится в нижнюю часть аппарата и перемещ-ся вверх, распределяясь на каждой тарелке в виде пузырьков или факелов. На рис 2-колпачковая тарелка с сегментными перелив-ми устр-ми. Тарелки предст соб стальной диск, к-й крепится на прокладке болтами к опорному кольцу. Жид-ть на тарелку поступает ч/з переливной порог 3 с вышерасположенной тарелки. Для равномер-го распред-я жид-ти по площади тарелки имеется порог 8. Высота слоя жид-ти на тарелке поддерж-ся с пом-ю регулируемого переливного порога 3. Газ (пар) на Тарелку поступает ч/з паровые патрубки колпачков, диспергируясь прорезями на отд-е струи. Прорези колпачков выполн-ся в виде зубцов прямог формы. Струи газа или пара при движении ч/з слой жид-ти распад-ся на отд-е пузырьки. Жид-ть сливается с тарелок ч/з сливное устр-во.

Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости пара и высоты слоя жидкости на

тарелке. Для создания большой площади поверхности массопередачи на тарелках устанавл-ся большое число колпачков. Разрез капсульного колпачка показан на рис.2 Расстояние от тарелки до нижнего обреза колпачка регулируется с помощью втулки 4 и гайки 2. Тарелки с капсульными колпачками наиболее широко распространены в пром-ти. Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу (пару) и жидкости. Их недостатками являются сложность конструкции, высокая стоимость и относительно высокое гидравлическое сопротивление. Рис: капсульный калпачок: 1-шайба, 2-гайка, 3-болт, 4-втулка, 5-колпачок, 6-патрубок.

Клапанные тарелки (рис. 17.13) объединяют свой­ства ситчатых и колпачковых тарелок. Барботаж газа (пара) через жидкость происходит через клапаны, которые в зависимости от ско­рости газового или парового потока перемещаются по вертикали. Для клапанных тарелок характерна стабильность работы в широких диапазонах изменения нагрузок по газовому или паровому потоку. Струйная тарелка выполняется в виде наклонных параллельных пластин, между которыми проходит газ или пар. Поверхность контакта фаз развивается струями газа или пара в слое жидкости, протекающей по тарелке.

На колпачковых, клапанных и струйных тарелках взаимодей­ствие газа (пара) с жидкостью происходит в условиях перекрестного движения потоков. Пар проходит через отверстия в тарелке, а жид­кость поступает и сливается с тарелки через диаметрально располо­женные переливные устройства, как и на колпачковых тарелках. Эффективность описанных выше тарелок зависит от гидродина­мических режимов их работы. В зависимости от скорости пара и расхода жидкости различают в основном три режима работы барбо-тажных тарелок: пузырьковый, пенный и струйный. В каждом режиме барботажный слой имеет характерную структуру, которая определяет гидравлическое сопротивление и величину поверхности массопередачи. При небольших скоростях пара наблюдается пузырьковый режим. Он характеризуется тем, что пар движется через слой жид­кости в виде отдельных пузырьков. Такой режим неэффективен. С увеличением расхода пара выходящие из прорези колпачков или отверстий тарелок струи распадаются с образованием большого количества отдельных пузырьков. При этом на тарелке образуется пена, что приводит к резкому увеличению поверхности массопере­дачи. При струйном режиме, который образуется в случае дальней­шего увеличения скорости пара, паровые струи инжектируют через слой жидкости. При этом поверхность массопередачи резко сокра­щается и начинается унос жидкости с тарелки на вышерасположен­ную.ЧЕШУЙЧАТАЯ СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА Пар направляется в сторону движения жидкости и способствует уменьшению падения уровня жидкости на тарелке

3.ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, СЫРЬЯ, ВОДЫ, ПАРА И ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА. ФИЗИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ.

Многие пищевые продукты предст. собой однородные и неоднородные смеси. К однородным смесям относятся р-ры, н-р сахарные, водно-спиртовые, соки и т. д. Однородные смеси хар-ся концентрацией раст-го в-ва. К неоднородным относятся смеси тв в-ва с жидко­стью, а также смеси различных нерастворимых одна в другой жид­костей. Для хар-ки неоднородных смесей вводят понятие объемной или массовой доли, н-р доли тв в-ва в жидкости.

Все св-ва в-в м/о разделить на физ.(плот­ность, удельный вес, вязкость, поверхностное натяжение и др.) и теплофизические (удельная теплоемкость, теплопроводность, тем­пературопроводность и др.). Данные об этих св-х для различ­ных в-в и раст-в в зависимости от температуры и давления приводятся в справочниках.

Рассмотрим основные свойства веществ.

Плотность q -это отношение массы М тела (вещества) к его объему V. Описывается формулой q=MIV и выражается в кг на 1 м³, т на 1 м³ или гр на 1 см³.

Плотность представляет, собой вел, обратную удельному объему v , т. е. объему, занимаемому единицей массы вещества; q=l/v_yB, где v_ya=V/M.

Плотность раствора зависит от его концентрации С

Отношение плотностей двух в-в н-ся относи­тельной плотностью

_{Удельный вес} — это отношение веса тела (вещества) к его объ­ему. В отличие от плотности удельный вес не явл физ-хим хар-ой в-ва, т.к зависит от места измерения. Между удельным весом и плотностью существует соот­ношение

Вязкость-это св-во газов и жид-й сопрот дей­ствию внешн сил, вызывающих их течение.

Поверхностное натяжение — это вел, численно = работе, к-ю нужно затратить для того, чтобы при постоянной температуре увеличить на единицу площади пов-сть раздела фаз. Поверхностное натяжение жид опред так же, как вел, численно= силе, действ на единицу длины контура поверх раздела и стремящейся сократить эту поверх­ность до min. Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара.

Поверхностное натяжение зависит от температуры и умень­шается с повыш ее.

Теплоемкость-это отношение кол-ва теплоты, подводи­мой к в-ву, к соот-му измен его температуры. Теплоемкость единицы кол-ва в-ва н-я удельной теплоемкостью. В расчетах используют массовую, объемную и мольную удельные теплоемкости.

Удельная теплоемкость зависит от того, при каком процессе (изобарном, изохорном, адиабатном, политропическом, изотерми­ческом) происходит обмен энергией между веществом и окружаю­щей средой..

Массовая удельная теплоемкость показывает, какое количество теплоты надо сообщить веществу массой 1 кг, чтобы повысить его температуру на один градус.

Теплоемкость жидкостей и газов зависит от температуры и уве­личивается с повышением ее.

Теплопроводность-это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в рез-те теплового дв-я и взаим-я микрочастиц, приводящий к выравниванию темпе­ратуры тела.

Интенсивность теплопроводности в тв материалах, жид-х и газах хар-ся коэфф теплопровод λ, к-й явл теплофизическим параметром в-ва и пока­зывает, какое кол-о теплоты проходит через 1 м² поверх в течение 1 ч при градиенте измен температур в направлении, перпендикулярном к изотермической поверхности, равном 1.

4.ВИДЫ ОТСТОЙНИКОВ И ИХ СХЕМЫ. ПРОИЗВ-ТЬ ОТСТОЙНИКА. НАЗНАЧ-Е, УСТР-ВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ. Оборуд-е для отстаивания и осаждения по принципу действия делится на гравитационные отстойники, отстойные центрифуги, гидроциклоны и сепараторы. Отстойники бывают периодич-го, непрерыв-го и полунепрерывного действия. Отстойник период действия предст собой плоский бассейн без перемешивающих устр-в. Бассейн заполн-ся суспензией, к-я отстаивается в нем в теч необ для разделения времени. Затем осветленный слой жид сливают ч/з штуцера, расположенные выше слоя осадка. Осевший осадок (шлам) выгружают вручную. Размеры и форма отстойников зависят от конц ДФ и размеров частиц. С ↑ плотности и размеров частиц размеры отстойника↓ Продолж-ть отстаивания зависит от вязкости ДФ, к-я снижается с ↑ t. Поэтому для ускорения процесса отстаивания суспензию подогревают (если это не противоречит технологии). Непрерывнодействующий отстойник с гребковой мешалкой (рис. 7.3) представляет собой цилиндрич резервуар с коническим днищем и внутр кольцевым желобом вдоль верхнего края отстойника. Мешалка с наклонными лопастями, на к-х расположены гребки для перемещения осадка к разгрузочному люку, вращается с переменной частотой от 0,02 до 0,5 мин"¹. Суспензия непрерывно подается по трубе в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и отводится из отстойника. Шлам удаляется при помощи диафрагменного насоса. Извлечение жид-ти из шлама, если она явл ценной для произ-ва или ее извлечение необ по технолог усл, производ-ся в установке для противоточной промывки. В таких отстойниках достигаются равномерная плотность осадка, эффективное его обезвоживание. Недостатком гребковых отстойников является их громоздкость. В многоярусных отстойниках, к-е предст собой неск отстойников, поставленных один на другой, или цилиндр резервуар с коническим днищем, внутри к-о имеются конические перегородки, разделяющие отстойники на ярусы(рис. 7.4).В результате этого значительно снизилась громоздкость и↑ площадь поверхности отстаивания. Такие отстойники используют на сахарных заводах для сгущения сатура-ционных соков. Отстойник имеет общий вал, на к-м расположены гребковые мешалки. Суспензия ч/з распределит-е устр-во подается по трубам в стаканы каждого яруса отстойника. Осветленная жидкость собирается ч/з кольцевые желоба в коллектор. Ярусы соединены стаканами для удаления шлама. Стакан каждого вышерасположенного яруса опущен нижним концом в слой шлама нижерасположенного яруса.Т.о. ярусы отстойника последоват-но соед по шламу. Шлам удаляется т/о из нижнего яруса ч/з разгрузоч-й конус, в к-м установлен скребок. Отстойник для непрерывного разделения эмульсий (рис. 7.5) сост из неск-х частей. Эмульсия подается в левую часть отстойника, откуда поступает в сред сепарационную камеру. Перегородки 2 позволяют регулировать высоту уровня смеси. В сепарационной части исходная смесь разделяется на составляющие под действием сил тяжести. Легкая жидкость поднимается и вытекает из отстойника ч/з верхний штуцер. Тяжелая жид опускается, проходит под правой перегородкой 3 и вытекает ч/з нижний штуцер. Каналы для вых жид образуют сообщающиеся м/у собой сосуды.

Многоярусный отстойник.1-распределит-е устр-во, 2-трубы, 3-стакан, 4-гребковая мешалка,5 -разгрузочный конус,

6-коллектор, 7-скребок, 8-рама

5.Законы сохранения массы и энергии. Законы равновесия системы. Принцип движущей силы и законы переноса массы и энергии.

Равновесие. Равновесные системы. Если в любой точке рассмат­риваемой системы или поля потенциал одинаков, т. е. движущая сила переноса равна нулю, то говорят, что нет причин для переноса. Система находится в равновесии. Отсутствие потенциала свиде­тельствует о равновесии в системе.

Следовательно, перенос возможен, только если система не нахо­дится в состоянии равновесия, а движущая сила переноса тем боль­ше, чем дальше от состояния равновесия находится система. Это положение, справедливое для любых процессов, особенно важно при выражении движущей силы процессов переноса массы.

Законы переноса массы и энергии. Основное кинетическое уравне­ние. Экономическая эффективность всякого производства в значи­тельной степени зависит от скорости протекания технологических процессов. Эта скорость тем больше, чем больше движущая сила, и тем меньше, чем больше сопротивление осуществляемому дей­ствию. Эти простые рассуждения можно сформулировать уравне­нием

где у — скорость протекания процесса; R — сопротивление; Δ— движущая сила.

Величину 1/R можно заменить проводимостью к, и полученное выражение изменит вид:

Это выражение носит название основного (общего) кинетического уравнения. Зная движущую силу конкретного процесса, воспользо­вавшись общим кинетическим уравнением, можно написать основ­ное уравнение для любого процесса.

Так, для процесса теплопередачи можно записать

6.АДСОРБЕРЫ С ПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ АДСОРБЕНТА. НАЗНАЧ, УСТР-вО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ. Адсорберы непрерывного действия бывают с движущимся плотным или псевдоожиженным слоем адсорбента. Адсорберы с движущимся слоем зернистого адсорбента предст собой полые колонны с перегородками и переливными патрубками и аппараты с транспортирующими приспособ-лениями. На рис.показан многосекционный колонный адсорбер для очистки парогазовых смесей, состоящ из холод-ка, подогревателя и распределит-х тарелок. В первой секции адсорбент охлаждается после регенерации. Эта секция выполнена в виде кожухотрубчатого теплообм-ка. Охлаждающая жид-ть подается в межтрубное простр-во теплообм-ка, а адсорбент проходит по трубам. Вторая секция предст соб собственно адсорбер, в к-м адсорбент взаимод-ет с исходной парогазовой смесью. Из 1-й секции во 2-ю адсорбент перетекает ч/з патрубки и распределит-е тарелки, обеспечивающие равномерное распред-е адсорбента по сечению колонны и служащие затворами, разграничивающими 1-ю и 2-ю секции. Далее адсорбент поступает в десорбционную секцию, представляющую соб кожухотрубный теплообменник, в к-й нагревается и взаимод-ет с десорбирующим агентом — острым водяным паром. Регенерированный адсорбент удаляется из адсорбера через шлюзовой затвор. Адсорберы с псевдоожи-женным тонкозернистым адсорбентом бывают одноступен-чатыми и многоступенчатыми. Одноступенчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем показан на рис. Он предст соб цилиндрич-й вертик-й корпус, внутри которого смонтированы газораспределительная решетка и пылеулавливающее устр-во типа циклона. Адсорбент загружается в аппарат сверху через трубу и выводится через трубу снизу. Исходная парогазовая смесь вводится в адсорбер при скорости, превышающей ско-рость начала псевдоожижения, под газораспределительную решетку через нижний патрубок, а выводится через верхний патрубок, пройдя предварительно пылеулавливающее устр-во. Многоступенчатый тарельчатый адсорбер с псевдо-жиженным слоем показан на рис. 21.9. Он предст собой колонну, в к-й расположены газораспределительные решетки с переливными патрубками, служащими одновременно затворами для газового потока. Адсорбент поступает в верхнюю часть адсорбера и перетекает с верхней тарелки на нижнюю. С нижней тарелки адсорбент через шлюзовой затвор выгружается из адсорбера. Исходная парогазовая смесь поступает в адсор-бер снизу и удаляется через верхний патрубок. Многоступен-чатый адсорбер отличается от одноступенчатого тем, что работает по схеме, близкой к аппаратам идеального вытесне-ния, что позволяет проводить процесс адсорбции в противо-токе. Применяют установки с адсорбцией с псевдоожиженным слоем и десорбцией в движущемся слое адсорбента.