Материал: Технологии производства пищи

Nu = 0,17Gr0,1 Re0,35Pr0,43(Pr/Prст)0,25 еl

где Gr - критерий Грасгофа, характеризующий соотношение между подъемной силой, возникающей вследствие разности плотностей неравномерно нагретой среды, и силой молекулярного трения; еl - поправочный коэффициент, учитывающий влияние начального термического участка трубы; Nu - число Нуссельта характеризует интенсивность теплоотдачи между твердой стенкой и жидкостью и определяет отношение термического сопротивления теплопроводности слоя жидкости некоторой толщиной к термическому сопротивлению теплоотдачи; Re - характеризует характер движения жидкости около твердой стенки и определяет соотношение сил

При турбулентном движении и вынужденной конвекции (при Re>10000):

Nu = 0,021 Re0,8Pr0,43(Pr/Prс)0,25еl

где еl - коэффициент длины, обычно равный единице; Re - критерий Рейнольдса, характеризующий режим движения жидкости; Pr - критерий Прандтля, определяющий физические свойства жидкости. В множителе (Pr/Prc)0,25, который входит в уравнение подобия конвективного теплообмена, Pr и Prc - числа Прандтля среды при средних температурах пограничного слоя tm и наружной поверхности емкости tc изменения происходят: при конденсации, плавлении и отвердевании, замораживании и размораживании, при кипении жидкостей.

Массоопередача, массоотдача и массопроводность. Основное уравнение массопередачи

Массопередача - массообмен через поверхность раздела или проницаемую стенку между двумя веществами или фазами.

Массоотдача - конвективный массообмен между движущейся средой и поверхностью раздела с др. средой (твердым телом, жидкостью или газом).

Массопроводность (диффузия) - объектом изучения является распределение концентрации с(x,t) ключевого вещества в некоторой среде. Главным образом, рассматриваются распределения жидкости в другой жидкости или газа в другом газе. Хорошей наглядной моделью является диффузия чернил в воде, где концентрация чернил соответствует «темноте» чернильно-водяной смеси.

Основное уравнение массопередачи.

Известны два вида переноса вещества - молекулярная и конвективная диффузия Молекулярная диффузия обусловлена переносом молекул вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией и протекает в неподвижной среде или ламинарных пограничных слоях.

Скорость переноса вещества из одной фазы в другую dM пропорциональна движущей силе процесса D, характеризующей степень отклонения систем от состояния равновесия, и поверхности контакта фаз dF .

Следовательно:

( 4 )

где К коэффициент масссопередачи.( аналогично с теплопередачей)

Коэффициент массопередачи характеризует массу вещества, переданную из одной фазы в другую в единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе процесса, равной единице.

Коэффициент массопередачи отражает уровень интенсификации процесса: чем больше величина К, тем меньше их размеров требуется аппарат для передачи заданного количества вещества. Одновременно следует воздействовать и на величину поверхности контакта фаз, стремясь ее максимальному развитию и обновлению в единице объема аппарата. Наибольшее влияние на интенсивность массоперенос оказывают гидродинамические и конструктивные факторы.

Перемешивание. Критерий мощности

Перемешивание - способ получения однородных смесей и(или) интенсификации тепло- и массообмена в хим. аппаратуре. В соответствии с агрегатным состоянием B-B или материалов различают Перемешивание жидких сред и перемешивание твердых сыпучих материалов. П. производится преим. в емкостных аппаратах с перемешивающими устройствами (обычно мешалками). Процесс заключается в распределении растворенных в-в, взвешенных частиц и теплоты, а также в диспергировании капель и пузырьков в жидкости путем приведения ее в вынужденное движение. При этом возникает циркуляц. течение жидкости по окружности и(или) в меридиональном направлении, сопровождающееся появлением напряжений сдвига. Характер и интенсивность перемешивания зависят от конструкций аппаратов и мешалок.

Перемешивающие устройства

Перемешивающие устройства применяются в химической промышленности для следующих целей:

• · получение однородных растворов;
• · получение эмульсий и суспензий;
• · увеличение поверхности межфазного контакта;
• · интенсификация процессов тепло- и массопередачи.

Известны три основных способа перемешивания:

• 1. Пневматическое.
• 2. Гидравлическое.
• 3. Механическое.

Критерий мощности.

p - плотность среды, кг/м3

u - скорость тела

Основные положения расчета теплообменных аппаратов

Диаметр корпуса цилиндрического кожухотрубного теплообменника

D=(1,3…1,5)(b-1)dн+4 dн ,

где b - число труб, расположенных по диагонали наибольшего шестиугольника;

b=2а-1

(здесь а - количество труб, расположенных

по стороне наибольшего шестиугольника);

dн - наружный диаметр трубы.

Общее количество и длина труб в теплообменнике

n=3a(a-1)+1.

Длина труб в при известном диаметре определяется в зависимости

от площади поверхности теплообмена:

L=F/(р dcрn).

Расход греющего пара

D=Q/(i"-i'),

где Q - количество теплоты, переданной потребителям;

i";i' -энтальпия пара и конденсата соответственно.

Гидравлическое сопротивление теплообменника

ДР=(лl/d+Уе)V2с/2,

где л - коэффициент трения;

l - длина трубы;

d - диаметр трубы;

Уе - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

V - скорость среды;

с - плотность среды.

Классификация теплообменных аппаратов:

• - рекуперативные теплообменники
• - теплообменники типа "труба в трубе"
• - погружные змеевиковые теплообменники
• - оросительные теплообменники
• - пластичные теплообменники
• - регенеративные теплообменники

Основное уравнение массопередачи

Известны два вида переноса вещества - молекулярная и конвективная диффузия Молекулярная диффузия обусловлена переносом молекул вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией и протекает в неподвижной среде или ламинарных пограничных слоях.

Скорость переноса вещества из одной фазы в другую dM пропорциональна движущей силе процесса D, характеризующей степень отклонения систем от состояния равновесия, и поверхности контакта фаз dF .

Следовательно:

( 4 )

где К коэффициент масссопередачи.( аналогично с теплопередачей)

Коэффициент массопередачи характеризует массу вещества, переданную из одной фазы в другую в единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе процесса, равной единице.

Коэффициент массопередачи отражает уровень интенсификации процесса: чем больше величина К, тем меньше их размеров требуется аппарат для передачи заданного количества вещества. Одновременно следует воздействовать и на величину поверхности контакта фаз, стремясь ее максимальному развитию и обновлению в единице объема аппарата. Наибольшее влияние на интенсивность массоперенос оказывают гидродинамические и конструктивные факторы.

Отстаивание. Назначение, сущность и способы осуществления процесса

Отстаивание - медленное расслоение жидкой дисперсной системы (суспензии, эмульсии, пены) на составляющие её фазы: дисперсионную среду и диспергированное вещество (дисперсную фазу), происходящее под действием силы тяжести. В процессе отстаивания частицы дисперсной фазы оседают или всплывают, скапливаясь соответственно у дна сосуда или у поверхности жидкости. Концентрированный слой из отдельных капелек у поверхности, возникший при О., называют сливками. Частицы суспензии или капли эмульсии, скопившиеся у дна, образуют осадок.

Отстаивание - распространённый способ очистки жидкостей от грубодисперсных механических примесей. Его используют при подготовке воды для технологических и бытовых нужд, обработке канализационных стоков, обезвоживании и обессоливании сырой нефти, во многих процессах химической технологии. Оно является важным этапом в естественном самоочищении природных и искусственных водоёмов. О. применяется также для выделения диспергированных в жидких средах различных продуктов промышленного производства или природного происхождения.

Отстаивание - это частный случай разделения неоднородных жидких или газообразных систем в результате выделения твердых или жидких частиц под действием гравитационного поля.

Осаждение применяется для грубого разделения суспензий, эмульсий и пыли. Этот способ разделения характеризуется низкой скоростью процесса. Осаждением не удается полностью разделить неоднородную смесь на дисперсную и дисперсионную фазы.

Рассмотрим процесс отстаивания неоднородной системы, при котором наблюдается постепенное увеличение концентрации частиц в аппарате по направлению сверху вниз. Осаждение протекает в несколько стадий.

При этом в аппарате образуются четыре зоны: зона 1 - слой осадка; зона 2 - сгущенная суспензия; зона 3 - свободного осаждения; зона 4 - осветленная жидкость. В зоне сгущенной суспензии проходит стесненное осаждение частиц, сопровождающееся трением и взаимными столкновениями. При этом мелкие частицы тормозят движение более крупных.

В начале отстаивания осаждаются преимущественно крупные частицы, вызывающие наиболее интенсивное обратное движение жидкости. Однако по мере уменьшения концентрации этих частиц тормозящее влияние обратного тока жидкости ослабевает и скорость отстаивания возрастает до момента установления динамического равновесия между действующей силой и силой сопротивления жидкости. В последующий период времени совместное осаждение частиц происходит с постоянной скоростью.