Материал: Технологии производства пищи

Основные критерии гидродинамического подобия

Гидродинамическое подобие-это подобие потоков несжимаемой жидкости, включающее в себя подобие геометрическое, кинематическое и динамическое. Под геометрическим подобием понимается подобие поверхностей, которые ограничивают потоки жидкостей соответственно модели и натуры . Под кинематическим подобием понимается подобие линий тока жидкостей и пропорциональность сходственных скоростей. Под динамическим подобием понимается пропорциональность сил, действующих на сходственные элементы кинематически подобных потоков, и равенство углов, характеризующих направления действия этих сил.

В гидравлике рассматриваются критерии подобия Ньютона, Рейнольдса, Эйлера, Фруда, Дарси.

Критерий подобия Ньютона

Ne=FL/mv2= idem (10.7)

выражает зависимость между равнодействующими силами F, массами m, скоростями v и линейными размерами L в динамически подобных потоках жидкости в самом общем виде. Под силой F понимается любая сила, действующая в жидкости: давления, трения, тяжести, вязкости и др. Критерий подобия Рейнольдса используется для систем, где определяющей силой в потоке жидкости является сила внутреннего трения

Fтр= nrSdv/dy. (10.8)

Эта сила характерна для потоков вязкой жидкости в трубопроводах. Подставляя выражение (10.8) в соотношение (10.7) вместо силы F и произведя некоторые преобразования, получим безразмерный комплекс, называемый критерием Рейнольдса,

Re= vL/n= idem,

где n- кинематическая вязкость жидкости.

Прессование. Назначение, сущность и виды прессования

Прессовамние -- процесс обработки материалов давлением, производимый с целью увеличения плотности, изменения формы, разделения фаз материала, для изменения механических или иных его свойств. Как правило, для прессования применяют прессы высокого давления. Прессование используют в различных отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве. Сущность процесса прессования заключается в том, что металл, помещенный в замкнутый объем -- контейнер, подвергается высокому давлению и выдавливается сквозь отверстие, принимая его форму. Прессование применяют для изготовления прутков, труб и изделий сложных профилей. Наружные размеры и форма каждого профиля определяются размерами и формой отверстия матрицы, а внутренняя -- формой и наружными размерами иглы .Прессование может быть прямое и литьевое. Литьевое прессование применяется для изготовления изделий сложной конфигурации с небольшой толщиной стенок и когда предъявляется повышенное требование к точности размеров изделия. Прямое прессование применяется при изготовлении изделий значительной массы и объёма, с большой толщиной стенок, а также при переработке низкотекучих высоконаполненных композиций. Жидкофазное прессование (горячее). Этим методом получаются изделия из термо- и реактопластов, а также резиновых смесей. Метод заключается в пластическом деформировании материала при совместном воздействии тепла и давления с последующей фиксацией формы. К достоинствам метода прессования можно отнести: -более высокую точность профилей, по сравнению с аналогичными профилями, получаемыми при прокатке; -возможность избежать малопроизводительных отделочных операций; -высокую производительность; -возможность получения сложных профилей. Наряду с достоинствами у прессования есть и существенные недостатки: значительный износ инструмента, большой отход металла, особенно при прессовании труб большого диаметра.

Температурное поле. Градиент температуры

Температурное поле - совокупность значений температур во всех точках рассматриваемого пространства в данный момент времени. Математически Т. п. может быть описано уравнением зависимости температур от 3 пространственных координат и от времени (нестационарное трёхмерное Т. п.). Для установившихся (стационарных) режимов Т. п. от времени не зависит. Во многих случаях может рассматриваться зависимость Т. п. от двух, а иногда от одной координаты. Графически Т. п. изображают посредством изотермических поверхностей, соединяющих все точки поля с одинаковой температурой, а для двухмерного поля -- посредством семейства изотерм. Расстояние между изотермами обратно пропорционально Градиенту температуры; при этом скалярному Т. п. соответствует векторное поле градиентов температуры. Градиент температуры вертикальный или вертикальный термический градиент-- падение температуры воздуха на каждые 100 м в вертикальном направлении. В сухом воздухе градиент температуры составляет около 1°, в насыщенном водяным паром -- около 0,5°.

Общие признаки массообменных процессов

Массообменными процессами называют такие технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую конвективной и молекулярной диффузией: абсорбция, перегонка и ректификация, экстракция, сушка, адсорбция, кристаллизация и др. Аппараты, в которых протекают эти процессы, называют массообменными аппаратами. В массообмене участвуют, как минимум, три вещества: распределяющее вещество (или вещества), составляющее первую фазу; распределяющее вещество (или вещества), составляющее вторую фазу; распределяемое вещество (или вещества), которое переходит из одной фазы в другую. Массопередача имеет место в процессах абсорбции, перегонки и ректификации, экстракции и выщелачивания, сушки, адсорбции, кристаллизации и др. Все массообменные процессы обладают рядом общих признаков.

• 1. Они применяются для разделения смесей.
• 2. В любом процессе участвуют по крайней мере две фазы: жидкая и паровая (перегонка, ректификация), жидкая и газовая (абсорбция), твердая и парогазовая (адсорбция), твердая и жидкая (адсорбция, экстракция), две жидких (экстракция).
• 3. Переход вещества из одной фазы в другую осуществляется за счет диффузии.
• 4. Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций (градиент концентраций) фактической в данной фазе G и равновесной с фактической в другой фазе L. Процесс протекает в направлении той фазы, в которой концентрация компонента меньше, чем это следует из условия.
• 5. Перенос вещества из одной фазы в другую происходит через границу раздела фаз.
• 6. Диффузионные процессы обратимы, т. е. направление процесса определяется законами фазового равновесия, фактическими концентрациями компонентов в обеих фазах и внешними условиями (температура, давление). Так, например, при повышении температуры и понижении давления поглощение газа жидкостью (абсорбция) может перейти в обратный процесс -- в удаление газа из жидкости (десорбция).
• 7. Переход вещества из одной фазы в другую заканчивается при достижении динамического равновесия. При этом обмен молекулами через границу раздела фаз не прекращается, однако концентрации компонентов в обеих фазах остаются неизмененными и равными равновесным.

Аппараты для прессования. Устройство и принцип работы

В пищевой промышленности применяют прессы самых разнообразных конструкций. Их можно разделить на две большие группы: гидравлические и механические.

Гидравлический пресс работает по законам гидравлики. Основной узел пресса -- рабочий цилиндр, внутри которого перемещается плунжер, соединенный с подвижной плитой. Гидравлические прессы широко применяют при переработке фруктов и овощей с целью получения соков, для производства ликеров и эссенций

В сахарной промышленности для обезвоживания жома применяют наклонные горизонтальные и вертикальные шнековые прессы с одно- и двусторонним отжатием. Прессы двустороннего отжатия более производительны, чем одностороннего, и позволяют отжимать жом до более низкой конечной влажности.

Штемпельные и ротационные прессы применяют для брикетиро- зания сухого жома. Спрессованный материал на выходе из отверстия матрицы срезается ножом и лопастью направляется в выгрузочный лоток.

Дисковый пресс, используется в производстве прессованного сахара-рафинада. Матрицы пресса выполнены в виде латунных коробок, которые вставлены в отверстия диска.

Из таблетирующих машин наибольшее распространение в пищевой промышленности получили ротационные. В этих машинах материал прессуется пуансонами (штемпелями), вмонтированными в ротор по его окружности на двух уровнях

Двухшнековый формовочный пресс используют в производстве конфет, в частности пралине, методом формования конфетной массы через кадиброванные отверстия.

Дражировочный гранулятор представляет собой чашеобразный корпус с вогнутым дном, который совершает сложное движение в горизонтальной плоскости. В результате происходит окатывание ядра оболочкой, что приводит к росту гранул. Ядром служат обычно кристаллы сахара, изюм и орехи, ягоды и т. д. Оболочка состоит из сахарной цедры, порошка какао, кофе

Факторы разделения. Аппараты для центробежного разделения

Центрифуга - аппарат для механического разделения смеси на составные части действием центробежной силы. Применение центробежной силы для процессов разделения суспензий и эмульсий значительно интенсифицирует процесс.

Центробежные жидкостные сепараторы широко применяются в пищевой промышленности, в частности для сепарации молока (отделения от молока сливок).

Фактор разделения

Эффективность центрифуги оценивается по фактору разделения.

Фактор разделения - один из основных показателей работы центрифуги, показывает во сколько раз ускорение центробежного поля, развиваемого в данной центрифуге больше ускорения гравитационного поля. Математически - отношение центробежного ускорения к ускорению свободного падения. Зависит от числа оборотов и радиуса ротора.

Рассчитывается по формуле:

Fr = w2R/g = 112g10-5 Rn2

где:

w = рn/30 угловая скорость 1/с;

n - число оборотов ротора в минуту;

R - внутренний радиус ротора , м ;

g- ускорение гравитационного поля , м/с2.

Сепаратор - аппарат для разделения смесей на составные части.

Сепараторы различных видов используют множество разнообразных способов сепарации, основанных на разнице в качественных характеристиках компонентов в смеси: в размерах твёрдых частиц, в их массах, в форме, плотности, коэффициентах трения, прочности, упругости, смачиваемости поверхности, магнитной восприимчивости, электропроводности, радиоактивности и других.

Сепараторы по принципу действия можно разделить на центробежные, центробежно-вихревые, центрифужные, прессо-шнековые, вибрационные и отстойные.

Пищевая промышленность

При производстве сливок, обезжиренного молока и других молочных продуктов встаёт проблема разделения белков, жиров и жидких компонентов молока, для чего используется пищевые сепараторы. Используются для отделения сливок от молока, творога от сыворотки и пр.

Пищевая промышленность/производство спирта

При производстве спирта каждый спиртзавод, в качестве отходов, вырабатывает огромное количество барды от 300 мі/сутки. Спиртовая барда, отправляемая в отстойники и на поля фильтрации, является серьёзной проблемой, загрязняя окружающую среду. Многие страны в законодательном порядке запрещают эксплуатацию заводов и фабрик, производящих спирт, если на предприятии не решен вопрос с утилизацией спиртовой/ послеспиртовой барды. Прессошнековый сепаратор способен справиться с этой проблемой. Спиртовая барда, поданная на сепаратор разделяется на твердую фракцию (кек) и на жидкую фракцию (фугат). Твердая фракция используется для корма животных в чистом виде либо отправляется на производство комбикормов.