2. Класифікація процесів та їх призначення
В курсі “Процеси і апарати харчових виробництв” розглядаються три основні групи процесів.
механічні та гідромеханічні;
теплові;
фізико-хімічні (масообмінні).
До механічних відносять процеси, основою яких являється механічний вплив на матеріали, а теплові і фізико-хімічні явища являються тільки супутніми.
Механічними процесами являються:
подрібнення;
сортування;
пресування;
перемішування;
осідання;
фільтрація.
Рушійними силами цих процесів являється сила механічного тиску, центр обіжна сила, гідростатичний і гідродинамічний тиск.
До теплових відносяться такі процеси, основою яких являється зміна теплового стану середовища, що приймають участь в процесі.
Ці процеси включають:
нагрів та охолодження;
випарювання;
конденсація;
заморожування, розморожування.
Рухомою силою цих процесів являється різниця між температурами двох середовищ.
До фізико-хімічних відносять такі процеси, в яких поряд з явищами теплообміну велику роль відіграє масообмін між фазами.
Масообмінними процесами являються:
сорбцій ні (абсорбція і адсорбція);
сушіння;
перегонка, ректифікація;
кристалізація і розчинення; екстрагування;
електрофізичні процеси.
В курсі “Процеси і апарати харчових виробництв” розглядаються не тільки процеси, але і апарати, в яких протікають ці процеси. Створюючи апарат його зобов’язані пристосувати до процесу, який в ньому буде протікати. В поняття апарати харчових виробництв включають і машини.
Під апаратом розуміють любий устрій, в якому протікає технологічний процес.
3. Основи раціональної побудови апаратів
Загальні відомості про вимоги, що подані до апаратів
Для здійснення любого з процесів застосовують відповідні апарати. Раціонально побудований апарат повинен задовольняти різнобічним вимогам. Для зручності ці вимоги можуть бути класифіковані на групи: експлуатаційні, конструктивні, економічні, енергетичні, естетичні.
Експлуатаційні вимоги. Відповідність апарата цільовому призначенню.
Цільове призначення апарата заключається в створенні визначених умив для протікання процесу. Ці умови визначаються типом процесу, агрегатним станом обробляємих мас, їх хімічним складом і фізичними властивостями (в’язкість, пружність, пластичність і т.п.)
Щоб апарат відповідав своєму цільовому призначенню, його форма повинна забезпечити можливість створення цих умов, які називають технологічними.
До них відносяться тиск, при якому протікає процес; температура; швидкість руху і ступінь турбулентності потоку обробляємих мас; тісний їх контакт; механічні, теплові і електричні впливи.
Розглянемо приклад.
Необхідно перемішати і підігріти в’язкий розчин, що містить зважені тверді частиці органічної речовини ( наприклад, розчин цукру, що містить кристали цукру). Застосуємо для цієї мети апарат, що зображено на рисунку 1.
Схема апарата з якірною мішалкою
1— стінка апарата; 2 — лопать (якір);
3 — парова сорочка
В такому апараті неминуче осадження частить твердої речовини на днище і в кутках. В цих місцях буде відбуватись прогорання продукту і його руйнування. Отже, форма цього апарата не створює необхідних технологічних умов для протікання процесу. Більш задовольняє цільовому призначенню апарат, зображений на рисунку 2. Цей апарат має сферичне днище, з’єднане з циліндричним корпусом. Мішалка в цьому апараті якірного типу. Вона попереджає утворення осаду і пригорання його на стінках днища. З цього елементарного прикладу видно, що для того щоб сконструювати апарат, необхідно знати і враховувати властивості обробляємої системи. Нехтування технологічними вимогами веде до псування продукту. В цьому випадку апарат не задовольняє цільовому призначенню.
До експлуатаційних вимог відноситься також висока інтенсивність роботи апаратів.
Основною характеристикою апарата є його продуктивність – кількість сировини, що переробляється в апаратах за одиницю часу, або кількість готового продукту, що видається апаратом за одиницю часу.
Матеріал, з якого побудовано апарат, повинен бути стійким при впливі на нього обробляємих середовищ.
Апарат повинен бути доступним для огляду, чистки та ремонту.
Конструктивні вимоги
До цієї групи відносяться вимоги, пов’язані з проектуванням, виробництвом, транспортуванням і установкою апарата.
Основні з них:
стандартність та заміняємість деталей апарата;
найменша працеємкість при збірці;
зручність розробки та ремонту;
зручність транспортування апарату від місця виготовлення до місця уставки;
мінімальна маса як всього апарату, так і його окремих частин.
Економічні вимоги
Економічні вимоги можуть бути розділені на дві категорії:
вимоги, що пред’являються до проектування і спорудження апарата;
вимоги, що пред’являються до побудованої машини, що знаходиться в експлуатації.
З точки зору цих вимог вартість проектування, спорудження і експлуатації машини повинна бути якнайменшою.
Апарати, що задовольняють експлуатаційним і конструкторським вимогам, невід’ємно відповідають також і економічним вимогам. При впровадженні нової техніки і більш сучасних апаратів можливо, що більш сучасний апарат буде більш дорогим.
Однак у цьому випадку, як правило, вартість експлуатації апаратів зменшується, а якість продукції покращується, що робить доцільним впровадження нового апарата.
Вимоги охорони праці і охорони навколишнього середовища
Основні вимоги, що пред’являють до апаратів на підприємствах, являються безпечність і зручність їх обслуговування.
Тому апарат повинен бути розрахований і споруджений з належним запасом міцності, оснащений огорджувальними устроями для рухомих частин, а також запобіжними клапанами для попередження вибухів і аварі.
Операції по завантаженню та вигрузці готової продукції повинні бути зручні та безпечні для робочого персоналу. Найбільш безпечні в цьому відношенні герметично закриті апарати безперервної дії з безперервним потоком матеріалів.
Для зручності обслуговування керування апаратом повинно проводитись з одного пункту, де встановлено пульт керування. Це особливо легко здійснити, якщо організований дистанційний контроль і дистанційне керування апаратом. Вищою формою являється повна автоматизація контролю і керування. Керування апаратом не повинно вимагати значної затрати фізичної праці.
Великі незручності в обслуговуванні та безпека для працюючих створює використання пасової передачі для приводу апарата. З цієї точки зору необхідно віддавати перевагу індивідуальному електроприводу.
Інша важлива вимога, специфічна для апаратів харчових виробництв, витікає з призначення продукції харчових підприємств.
На харчових виробництвах повинні бути забезпечені високі санітарно-гігієнічні умови, які попереджали б можливість інфекціювання продукції або забруднення її продуктами взаємодії середовища і матеріалу, з якого побудовано апарат. Це забезпечується герметичністю апаратів, конструктивними формами, які дозволяють проводити ретельну очистку, автоматизацію керування без доторкування людських рук і підбором відповідного матеріалу для побудови апарату.
В тих випадках, коли промислове підприємство чи умови праці не задовільняють нормативи безпеки і екологічності, необхідно проведення комплексу заходів, спрямованих на поліпшення цих показників. Згідно з санітарними нормами №1042-73 основними напрямками для цього є:
- заміна сучасних способів переробки матеріалів, які обумовлюють запиленість;
- заміна процесів і технологічних операцій, пов’язаних з виникненням шуму, вібрації та інших шкідливих факторів;
- герметизація обладнання з вбудованими відсосами, автоблокування технологічного та санітарно-технічного обладнання;
- повне вловлювання та очищення технологічних викидів;
- заміна шкідливих речовин нешкідливими або менш шкідливими;
- заміна твердого палива газоподібним;
- застосування малоліквідних та безвідходних технологій виробництва;
Нове обладнання та машини проходять вхідну експертизу на відповідність вимогам безпеки та екологічності. Вона здійснюється відділом головного механіка з залученням механіка-енергетика цього ж підрозділу де планується її використання.
Якщо обладнання не відповідає встановленим вимогам, воно не допускається до експлуатації. При цьому складають рекламацію на адресу заводу-виробника.
Основні принципи забезпечення безпечності і екологічності промислового обладнання:
1. Врахування нормативних показників безпечності і екологічності або прогнозування міри технологічного ризику.
2. Врахування вимог екологічності і безпечності в проектній документації.
3. Експертиза проектної документації.
4. Врахування вимог безпеки та екологічності при підготовці виробництва.
5. Врахування ергономічних вимог як факторів безпеки.