Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая технология пищевых производств. Учебное пособие
.pdf
2. Удельный объем. Плотность представляет собой величину,
обратную удельному объему vуд, т.е. объему, занимаемому единицей
массы вещества (2.2)
уд=
, (2.2)
где ρ–плотность, кг/м3.
3. Насыпная плотность (масса). Для характеристики сыпучих
продуктов (зерна, сахарного песка и т.д.) вводят понятие насыпной
плотности(массы) и пористость (порозность, 2.3.)
м=
(
1 −
т
)
, (2.3)
ρт – плотность твердых частиц, кг/м3;
ε – пористость (порозность), характеризующая степень
уплотнения сыпучего материала, представляет собой отношение
объема пустот между частицами к полному объему материала. Для
свободно насыпанных материалов порозность обычно находится в
пределах ε = 0,38-0,42.
4. Плотность газов вычисляют по формуле Клапейрона-
Менделеева (2.4)
pV =
, (2.4)
где р– давление, Н/м2;
V–объем газа, м3;
m–масса газа, кг;
R–универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К);
Т – температура газа, К;
М – молекулярная масса газа.
5. Удельный вес. Отношение веса тела к объему называют
удельным весом и обозначают через γ (2.5)
=
, (2.5)
где G– вес жидкости, Н;
V–объем жидкости, м3.
31
Подставив в выражение (2.1) значение m=G/g и заменив
G/Vчерез γ, получим связь между удельным весом и плотностью (2.6)
γ=ρ·g, (2.6)
где g– ускорение свободного падения, м/с2.
6. Вязкость. Вязкостью называют свойство жидкости оказывать
сопротивление силам, вызывающим относительное перемещение ее
частиц при ламинарном течении. Различают динамическую и
кинематическую вязкость.
Причиной вязкостного сопротивления движению является
молекулярное взаимодействие между частицами жидкости, а также
взаимодействие между молекулами жидкости и движущегося в ней
твердого тела.
Вязкостью обусловлена сила внутреннего трения, которая
направлена в сторону, противоположную движению слоя,
перемешающегося с большей скоростью, и действует на этот слой.
Тем самым сила внутреннего трения вызывает сопротивление
движению этого слоя жидкости.
Вязкость является основным отличием реальной жидкости от
идеальной, которая вязкости не имеет.
Первоначальные основы закона внутреннего трения между
слоями жидкости даны Ньютоном в 1686 г. и сводятся, в частности, к
следующему:
а) вязкость и сила внутреннего трения практически не зависят от
давления;
б) сила внутреннего трения прямо пропорциональна
относительной скорости перемещения смежных слоев, или градиенту
скорости. Под относительной скоростью в данном случае понимают
приращение скорости при переходе от одного слоя (а) к другому (b)
по нормали к направлению движения жидкости.
7. Теплоемкость. Это отношение количества теплоты,
подводимой к веществу, к соответствующему изменению его
температуры. Теплоемкость единицы количества вещества называют
удельной теплоемкостью. В расчетах используют массовую,
объемную и мольную удельные теплоемкости.
Удельная теплоемкость зависит от того, при каком процессе
(изобарном, изохорном, адиабатном, политропическом,
32
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. Экспериментальные значения
удельных теплоемкостей пищевых продуктов приводятся в
соответствующих справочниках в виде таблиц и эмпирических
формул.
8. Теплопроводность. Теплопроводностью называют процесс
переноса энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым
в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц,
приводящий к выравниванию температуры тела.
9. Температуропроводность. Температуропроводностью
называют процесс изменения температуры в окрестности данной
точки в объеме вещества при изменении температурного поля
(распределения температур) в этом объеме.
10. Поверхностное натяжение. Всякая молекула,
расположенная в глубине жидкости, притягивается соседними
молекулами. Силы этого притяжения взаимно уравновешены и
поэтому незаметны. Иная картина распределения сил у тех молекул,
которые расположены не в глубине, а в поверхностном слое
жидкости. Они притягиваются снизу и со всех сторон, но не сверху,
так как там находится уже не жидкость, а другая среда. В результате
поверхностный слой находится как бы в натянутом состоянии,
подобно упругой пленке. Поверхностное натяжение определяется
природой жидкости.
Поверхностный слой оказывает давление на всю остальную
массу жидкости. Это так называемое молекулярное давление, как
оказалось, значительное. Для эфира, например, оно составляет 140,
для спирта 240, а для воды 1100. В этом может заключаться одна из
причин того, что капельные жидкости практически несжимаемы.
Ведь обычное внешнее давление ничтожно по сравнению с тем,
которое жидкость уже испытывает от действия своих же молекул –
молекул поверхностного слоя. Вторая причина ее несжимаемости –
малые расстояния между молекулами, половина из которых связаны
внутренними межмолекулярными связями.
33
При создании новой поверхности жидкости требуется затрата
энергии для преодоления сил внутреннего давления, которая
характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения о,
измеряемым в ньютонах на метр.
Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе,
действующей на единицу длины поверхности раздела жидкости и
соприкасающейся с ней среды, а также может рассматриваться как
работа, требуемая для образования единицы новой (межфазной)
поверхности. С увеличением температуры жидкости поверхностное
натяжение уменьшается, снижаясь до нуля в критической точке.
3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОРГАНИЗАЦИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТОКА
КАК СИСТЕМЫ ПРОЦЕССОВ
3.1. Основные понятия о системности технологического потока
Чем сложнее структура созданного технологического потока,
чем больше в нем операций и связей, тем больше требуется усилий
для организации его нормального функционирования.
Методологический цикл создания высокоэффективной
технологической линии должен быть следующим: технологический
поток → система процессов → система машин.
Системы в зависимости от рода связи между состоянием
элементов бывают детерминированными и стохастическими.
Большое значение имеет терминология системного подхода.
Рассмотрим основные термины.
Система – упорядоченное множество разнородных элементов,
взаимосвязанных и образующих некоторое целостное единство,
свойства которого больше суммы свойств составляющих его
элементов.
Элементы – объекты, которые в совокупности образуют систему.
Подсистемы – образованные элементами системы группировки,
внутри которых связь между элементами отличается от характера
связи между самими группировками.
34
Деление системы на подсистемы представляет собой
расчленение большого процесса на подпроцессы с
соответствующими входами и выходами.
Структура системы – определенная упорядоченность связей
между элементами системы.
Связи системы – это взаимодействие элементов системы,
обеспечивающее возникновение и сохранение структуры и целостных
свойств системы. Связи осуществляют обмен веществом, энергией и
информацией между элементами системы, а также между системой и
внешней средой.
Входы и выходы системы различаются по материальному,
энергетическому и информационному характеру, т.е. в процессе
взаимодействия системы с внешней средой происходит поглощение и
выделение вещества, энергии и информации. Одни системы по мере
совершенствования превращаются в другие.
Целостность системы – совокупность элементов,
взаимодействие которых обусловливает наличие новых качеств
системы, не свойственных образующим ее частям. В соответствии с
общей теорией систем целостная система должна иметь цели
функционирования (которые определяют ее основное назначение),
управление (т.е. процесс упорядочения системы), определенную
структуру (которая может распадаться на ряд подсистем),
иерархичность строения (каждый ее компонент, в свою очередь,
может рассматриваться как система, а сама она является лишь одним
из компонентов системы более высокого порядка), непрерывное
изменение состояния элементов системы без изменения ее
структурного графа (графической модели структуры).
Технологический поток представляет собой совокупность
технологических операций и обладает новым, системным качеством,
которого не имеют образующие его элементы. При создании
технологической линии возникает новое качество системы,
изменяются свойства исходных элементов и при известных условиях
образуются новые части ее. Технологическая система процессов
активно воздействует на свои элементы и преобразует их, в
результате чего исходные элементы, из которых первоначально была
образована система, изменяются, совершенствуются технологические
режимы и оборудование, улучшаются условия труда. В целостной
технологической системе связь между частями ее тесна и органична.
35
Изменение одних частей вызывает изменения других частей системы.
При взаимодействии с окружающей средой технологическая система
выступает как единое целое вследствие того, что связь элементов
целостной системы значительно устойчивее, чем связь ее элементов с
внесистемными образованиями. В технологической системе можно
выделить внутренние связи между ее подсистемами и внешние связи,
устанавливаемые с другими системами той большой системы, в
которую она входит. При низком уровне организации
технологическая система по своим свойствам приближается к сумме
частей, при высоком – резко отличается по своим свойствам от
простой суммы элементов. Целостность технологической системы
отражает способность составляющих ее элементов вступать в такие
взаимодействия, которые обусловливают новые, интегративные
качества системы, не свойственные образующим ее частям.
Целостность технологического потока обеспечивают факторы
целостности. Целостность технологических систем обусловлена
качеством взаимосвязи протекающих в них материальных,
энергетических и информационных процессов преобразования,
хранения, передачи, а также качеством их управления.
Материальный, энергетический и информационный обмен
между компонентами целого объединяет их в единое образование.
Этот обмен представляет собой важную специфическую
закономерность возникновения, строения, функционирования и
развития целостных систем. Возникновение качественно новых
свойств при агрегировании элементов – отражение закона перехода
количества в качество. Явление возникновения нового качества
называют эмерджентностью (emergence – возникновение, появление
нового).
За элемент технологической системы принята технологическая
операция, являющаяся пределом расчленения по качеству
технологической системы и представляющая нерасчленимый далее
элементарный носитель именно этого качества.
Элементы технологической системы являются своеобразным ее
стержнем или обслуживают ведущий компонент, в то же время
активно воздействуя на него. Такое различие в значении частей
приводит к понятию централизованной системы, т.е. ведущей роли
одного или группы компонентов.
36
Огромное значение в определении специфики технологической
системы имеет ее структура. Каждой конкретной технологической
системе присуща своя структура. С усложнением технологии,
увеличением числа операций усложняется и структура
технологической системы. Структура технологической системы
является пространственно-временной. Она предполагает
определенную динамическую устойчивость пространственновременных связей компонентов целого. Однако структура системы –
выражение не только связи, но и размежевания составляющих ее
элементов. При изменении элементов и связей структура системы в
определенных пределах остается постоянной, при этом сохраняется
соответствие производственного процесса технологической инструкции.
Технологическая система содержит сложнейший клубок
причинных связей между отдельными элементами, системой в целом
и ее частями, отдельными подсистемами, а также между системой и
внешней средой. При функционировании технологической системы
необходимые причинные связи переплетаются со случайными
воздействиями. Оценить роль и значение случайных причин и
принять необходимые меры для сохранения выхода системы в
заданных границах позволяют методы математической статистики и
теории вероятностей. Среди характеристик связей сложных систем
важное место занимает корреляция, обусловливающая некоторое ее
вероятностное состояние, что приводит к постоянному колебанию
показателей деятельности системы вокруг неких средних параметров.
Это помогает системе сохранять равновесное состояние. Наличие
свободы компонентов (меры, степени свободы) является важным
показателем целостности системы.
Технологическая система функционирует во взаимосвязи с
окружающей средой производственного цеха, которую составляют
внешние по отношению к системе процессы – с ними так или иначе
взаимодействует система. Технологические системы по-разному
взаимодействуют с окружающей средой. Реакция частей системы
определяется их чувствительностью к неустойчивым факторам
среды. Системные методы исследования и совершенствования
больших промышленных комплексов требуют определения границ
между технологической системой и окружающей средой.
Необходимо как можно более точно разграничивать их. Это имеет
37
большое значение для оптимизации функционирования поточной
линии и создания предпосылок для ее развития.
Отношение системы к среде характеризуют точностью,
устойчивостью, надежностью функционирования, а также
управляемостью. Эти показатели определяются качеством самой
системы (уровнем целостности структуры, уровнем стохастичности
связей, уровнем чувствительности элементов). На входы
технологической системы поступают потоки вещества, энергии и
информации. Ввиду неидеальности систем и специфических
особенностей используемых технологических процессов выходные
потоки несут меньше вещества и энергии, чем те, которые поступают
на вход системы. Определенные части вещества и энергии
рассеиваются внутри системы и в окружающей среде. Это вызывает
неэффективное использование материальных и энергетических
ресурсов, вредное воздействие на окружающую среду. Избежать
этого позволяет использование ресурсо- и энергосберегающих
технологий, и техники, а также разработка экологически чистых
технологических систем.
Общей количественной характеристикой системы является
такой ее показатель, как сложность, определяемая числом типов
компонентов и связей. Оценка сложности структур рассматривается в
теории сложных систем. Простейший показатель сложности системы
учитывает число и сложность элементов, из которых состоит данная система.
3.2. Понятие об операции как составной части
технологического потока
Технологическая операция выполняет две основные функции:
обработку объекта (технологический процесс) и подачу объекта в
рабочую зону (транспортный процесс). Исходя из этого и учитывая,
что технологический поток должен быть непрерывным, было
предложено разделить все технологические операции на четыре
класса.
Операции первого класса. В этих операциях технологическая
обработка массы происходит только после завершения транспортного
процесса (подачи формы в рабочую зону) и наоборот, т.е. один
процесс прерывается другим. Это операции дискретного действия.
38
Операции второго класса. Для них характерно совпадение во
времени транспортного и технологического процессов.
Транспортный процесс непрерывен, а транспортная и
технологическая скорости равны между собой.
Операции третьего класса. Эти операции отличаются от
операций второго класса взаимной независимостью транспортного и
технологического процессов. Объекты обрабатываются при их
непрерывном транспортировании совместно с рабочими органами
через рабочую зону по какой-либо замкнутой траектории. Машины,
созданные по этому принципу, получили название роторных,
поскольку транспортный процесс первоначально был реализован как
вращательное движение. В отличие от операций второго класса
скорость транспортирования в операциях третьего класса не
ограничивается технологической скоростью. При их создании
повышение производительности теоретически связано только с увеличением
транспортной скорости.
Операции четвертого класса. Для них также характерна
независимость скорости транспортного процесса от технологической
скорости. В операциях четвертого класса обработка осуществляется
при массовом транспортировании объектов в произвольном
положении через рабочую зону.
Понятие «рабочий орган» заменяется понятием «рабочая
среда». Она осуществляет технологическое воздействие
непосредственно на весь поток, проходящий через рабочую зону.
Производительность машин, реализующих операции первого
класса, обусловлена технологическими параметрами операции и
динамическими возможностями механизма перемещения продукта в
зону и из зоны обработки. Отсюда следует, что производительность в
каждом конкретном потоке для каждой конкретной операции задана
однозначно и не может быть выбрана из условий экономической
окупаемости производительности.
На базе операций первого класса нецелесообразно компоновать
машины и аппараты в линии будущего из-за различия
технологических и транспортных перемещений, а также
технологических и транспортных скоростей разных операций.
Неодинаковыми окажутся и циклы операции, что обусловит
различную производительность машин и аппаратов в потоке.
Поэтому условие равной производительности, необходимое при
39
объединении машин для осуществления различных операций первого
класса в единую систему, не выполняется, т.е. технологические
операции первого класса не могут служить основой для создания
высокоэффективных линий.
Существенным отличием операций второго класса является то,
что вследствие совмещения во времени технологический и
транспортный процессы не прерывают друг друга и могут
происходить непрерывно с постоянной скоростью. В отличие от
операций первого класса высокая производительность совместима с
оптимальными динамическими условиями работы механизмов. В
этом заключается важное преимущество операций второго класса.
Однако и совокупность операций второго класса нельзя рассматривать как
линии будущего.
В операциях третьего класса, имеющих значение при создании
автоматических линий, также важен характер соотношения между
производительностью, динамическим режимом работы машин и
технологическим режимом процесса. Если в операциях первого
класса высокая производительность несовместима с оптимальными
технологическими и техническими режимами, а в операциях второго
класса – только с оптимальными технологическими режимами, то в
операциях третьего класса существует возможность достижения
высокой производительности без использования высоких ускорений в
механизмах привода и высокой скорости технологического процесса.
Возможности операций третьего класса не ограничиваются
свойствами обрабатываемого сырья, промежуточного продукта,
динамикой привода и рабочих органов машин, а производительность
машин определяется лишь скоростью процесса транспортирования.
В автоматических линиях использование операций третьего
класса весьма перспективно, поскольку при высокой (в пределе
неограниченной) производительности могут быть сохранены
оптимальные технологические и динамические режимы, которые
обусловливают и технологическую, и конструктивную надежность,
что ведет к стабильному качеству продукции, минимальному
простою оборудования по разным причинам и максимальному
коэффициенту использования машин и аппаратов в технологической
линии. Таким образом, операции третьего класса наиболее пригодны
для организации технологического потока, близкого к идеальному.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]