УКРАЇНА

MIHICTEPCTBО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Одеський технічний коледж

Одеської національної академії харчових технологій

Методичні вказівки

та завдання для самостійної роботи студентів

з предмету «Процеси та апарати харчових виробництв»

для студентів 3 курсу технологічного відділення

денної форми навчання

за напрямом підготовки 5.05170104

«Виробництво хліба, кондитерських, макаронних

виробів і харчоконцентратів»

Частина 1

Одеса 2012 р.

Укладач: Точилкін Юрій Георгійович, викладач комісії спецтехнології,

предмет «Процеси та апарати

харчових виробництв».

MIHICTEPCTBО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Одеський технічний коледж

Одеської національної академії харчових технологій

ЗАТВЕРДЖУЮ

заст. директора з НР

_________ В.І.Уманська

Методичні вказівки

та завдання для самостійної роботи студентів

з предмету «Процеси та апарати харчових виробництв»

для студентів 3 курсу технологічного відділення

денної форми навчання

за напрямом підготовки 5.05170104

«Виробництво хліба, кондитерських, макаронних

виробів і харчоконцентратів»

Частина 1

РОЗГЛЯНУТО

на засіданні циклової

комісії спецтехнології

протокол № __ від ________

Голова комісії:

__________Г.П. Михайлюк

(підпис)

Одеса 2012 р.

Зміст

1. – Методичні вказівки до самостійної роботи №1 6

2. – Методичні вказівки до самостійної роботи №2 19

3. – Методичні вказівки до самостійної роботи №3 38

4. – Література 56

Методичні вказівки

до самостійної роботи №1

Вступ

Стислий історичний нарис розвитку курсу.

Вчення о процесах та апаратах зародилося в кінці 19 в. одночасно та незалежно в Росії та США. Основні начала цієї дисципліни були закладені Д.І. Менделєєвим, котрий в 1897 р. в книзі “Основи фабрично-заводської промисловості” вперше чітко сформулював класифікацію основних процесів хімічної технології та звернув серйозну увагу на розвиток безупинних процесів. Потім в 1909 р. А.К. Крупський в учбовім посібнику, присвяченому питанням розрахунку апаратів, викладених методом узагальнень в науці о процесах та апаратах, що полягає в слідую чому:

1. з багатої кількості технологічних процесів шляхом групування виділяється обмежена кількість основних процесів;

2. при вивченні основних процесів та їх окремих груп використовують єдині закономірності.

Заходи по охороні природи та поліпшенню використання природних ресурсів.

Сучасний період характеризується небувалим зусиллям виробничого використання природних умов і ресурсів. Науково-технічна революція озброює людей все більш потужними засобами впливу на природу. Якісно змінюються співвідношення сил між суспільством та природою, і важко передбачити можливі наслідки впливу людини на неї.

По мері прискорення технічного прогресу більшу небезпеку для природного круговороту в природі представляють відходи виробництва та споживання; інтенсивність усіх видів електромагнітного випромінювання та шумового ефекту, що впливають шкідливо на навколишнє середовище та її мешканців.

Вода – одно з важливих природних багатств. Сучасне виробництво, сільське господарство та наш упоряджений побут споживають її в величезній кількості. В процесі використання вода забруднюється, тому її треба очищати для охорони чистоти водойм, в котрі її можуть скидати. Забруднення же водних джерел викликає додаткові капітальні та експлуатаційні витрати на очищення води. Використовувані в харчової технології недостатньо чистої води погіршує якість продуктів харчування та прискорює знос апаратів. Від забруднення водойм особливо сильно страдає рибне господарство.

Унікальною особливістю мінерально-сировинною бази нашої країни є наявність практично усіх видів корисних викопних, необхідних для інтенсивного розвитку сучасного виробництва. Разом з тим слідує відмітити, що прискорений ріст видобутку та підчас нераціональне використання кам'яного вугілля, нафти, газу та інших природних ресурсів, а також тепловий та інших видів енергії та води викликають певні побоювання в убезпеченні ними виробничих потреб на перспективу. В зв’язку з цим визначаються можливості більш раціонального використання природних ресурсів, що відкриває нові перспективи для більш ефективного розвитку суспільного виробництва з одночасним припиненням забруднення водойм, атмосфери та псування грунтово-рослинного покриву.

Збереження сприятливої для життя людини навколишнього середовища особливе велике значення для густонаселених територій з високою концентрацією промислових підприємств. Визначення меж подальшого виробничого використання природних ресурсів з наступним їх відтворенням усюди стає життєво важливою необхідністю.

З цією метою в нашій країні в першу чергу намічено здійснювати слідуючи заходи:

• організувати посилений контроль за шкідливими викидами виробничих, транспортних і побутових відходів; більш ефективно використовувати очисні установки та спорудження;

• установити гранично припустимі норми забруднення, з огляду на регіональні особливості контрольованої території;

• установити більш строгу відповідальність керівників галузей та підприємств за забруднення навколишнього середовища та нераціональне використання природних ресурсів;

• організувати поступовий перехід до безвідхідної технології як виробництва, так і невиробничої сфери, створити спеціальні галузі, що використовують як сировину відходи виробництва та споживання.

Комплексний підхід при використанні природних ресурсів з одночасними заходами по охороні природи створює передумови для розвитку суспільства без збитку для навколишнього середовища.

1 Загальні положення

1.1 Основні закономірності протікання технологічних процесів і положення теорії подібності

Закони збереження маси та енергії.

Закони збереження маси та енергії, відкриті М.В. Ломоносовим, Лавуазьє, Майєром та Джоулем, грають в науці о процесах та апаратах основну роль. Вини встановлюють, що в природі та техніці мають місце тільки такі перетворення, при яких маса та енергія усередині системи залишаються незмінними. В науці о процесах та апаратах ці закони здобувають форму матеріальних і енергетичних балансів.

Матеріальний баланс, заснований на законі збереження маси, складають для визначення витрати вихідних речовин чи виходу готових продуктів.

Для систем, що знаходяться в русі (потокових систем), закон зберігання маси представляється рівнянням нерозривності. Для двох перетинів апарата F₁ та F₂ (мал. 1)з швидкостями потоку w₁ та w₂, має силу рівняння нерозривності

F₁w₁ =F₂w₂, (1.1)

де F₁ – перетин більшого діаметру, м²;

F₂ – перетин меншого діаметру, м²;

w₁ – швидкість в більшому перетині, м/с;

w₂ – швидкість в меншому перетині, м/с.

Кожна речовина, вхідне в апарат, є носієм визначеної кількості енергії. Допустимо, що ця енергія виражається в теплових одиницях. Крім того, в апарат може бути введена енергія зовні Q_п, наприклад шляхом електричного підігріву.

При протіканні процесу частина теплоти Q_пот втрачається в навколишній простір (мал. 2). На основі закону збереження енергії можливо написати таке рівняння:

Q_А +Q_В +Q_С +Q_п =Q_D +Q_Е +Q_пот, (1.2)

де Q_А – теплота, введена з компонентом А, Вт;

Q_В – теплота, введена з компонентом В, Вт;

Q_С – теплота, введена з компонентом С, Вт;

Q_п – теплота, введена зовні, Вт;

Q_D – теплота, відведена з компонентом D, Вт;

Q_Е – теплота, відведена з компонентом Е, Вт;

Q_пот – теплота, втрачена в навколишній простір, Вт.

Рівняння (1.2) називається рівнянням енергетичного балансу. В частковому випадку воно називається рівнянням теплового балансу.

Рівняння матеріального і теплового балансу лежать в основі вивчення кожного технологічного процесу.

Закони рівноваги системи.

Умови рівноваги системи, що характеризує так звану статику процесу, можна визначити по другому закону термодинаміки, законам фазової рівноваги та інші.

Фаза – визначена кількість речовини, фізично однорідне в усієї масі.

Оброблювані в апараті матеріали піддаються гідромеханічному, тепловому чи фізико-хімічному впливу, причому цей процес протікає до установлення в системі рівноваги. Якщо система не знаходиться в становищі рівновазі, то рушійна сила процесу, що показує відхилення системи від становища рівноваги, завжди прагне привести систему до рівноваги, при цьому чим більш рушійна сила, тим вище швидкість чи так звана кінетика процесу.

Поняття «рушійна сила» є основним при розгляді кожного процесу. Вона представляє собою якусь різницю потенціалів, характерну для кожного виду процесів.

Оброблювані в апараті матеріали піддаються гидромеханическому. тепловій або фізико-хімічній дії, причому цей процес протікає до встановлення в системі рівноваги. Так, при нагріванні тепло передається від більше нагрітого тіла до менш нагрітого до встановлення рівності температур; цукор або сіль розчиняються у воді до утворення насиченого розчину і так далі

Якщо система не знаходиться в стані рівноваги, то рушійна сила процесу, що показує відхилення системи від стану рівноваги, завжди прагне привести систему до рівноваги, при цьому чим більше рушійна сила, тим вище швидкість або так звана кінетика процесу.

Під швидкістю процесу розуміють об'єм потоку рідини або газу, кількість тепла або речовини, що передається в апараті через одиницю площі в одиницю часу. Кінетика процесів (окрім механічних), що вивчаються, виражається наступним загальним законом: швидкість процесу прямо пропорційна рушійній силі і обернено пропорційна до опору.

Відповідно до цього закону і приведеної вище класифікації процесів можна написати наступні кінетичні рівняння:

1. При прямуванні об’єму V рідини або газу через живий переріз F апарата за час τ

(1.3)

де ΔР – перепад тисків в апарату – рушійна сила гідромеханічних процесів;

R₁ – гідравлічний опір апарата;

К₁ = 1 / R₁ – коефіцієнт швидкості.

2. При передачі кількості тепла Q через поверхню F теплообміну за час τ

(1.4)

де Δt – різниця між температурами середовищ – рушійна сила теплових процесів;

R₂ – термічний опір;

К₂ = 1 / R₂ – коефіцієнт теплопередачі.

3. При переносі маси М речовини з однієї фази в іншу через поверхню F контакту фаз за час τ

(1.5)

де Δс – різниця концентрацій перехідного речовини у фазах – рушійна сила масообмінних процесів;

R₃ – опір при масопередачі;

К₃ = 1 / R₃ – коефіцієнт масопередачі.