Материал: Технологии производства пищи

Классификация неоднородных систем и способы их разделения

Неоднородная система - система, которая состоит из двух или нескольких фаз, каждая из которых имеет свою поверхность раздела и различается по физическим и химическим свойствам. В зависимости от свойств внешней дисперсной среды различают жидкие и газовые системы.

В зависимости от размера твёрдых частиц суспензии бывают: грубые >100мкм, тонкие 0,1 - 100 мкм, коллоидные растворы <0,1 мкм. Эмульсии с размером частиц >0,4-0,5 мкм расслаиваются (под действием сил гравитации), а меньшие устойчивые.

Основными методами разделения неоднородных систем пищевой технологии является осаждение и фильтрование.

Осаждение - процесс разделения жидких и газовых неоднородных систем под действием гравитационных сил (отстаивание), центробежных сил, центрифугирования и сил электрического поля.

Отстаивание - разделение под действием гравитационных сил - частный случай процесса осаждения, характеризуется скоростью осаждения частиц, скоростью движения потока и качеством получаемого продукта.

Отстойники являются малоэффективными и требуют больших площадей рабочих помещений, поэтому с целью интенсификации разделения пылей, суспензий и эмульсий процесс осаждения проводят под действием центробежной силы.

Для создания поля центробежных сил используют 2 технических приема:

• 1. Поток поступает в неподвижный аппарат и вращается в нем - циклонный процесс, аппарат - циклон;
• 2. Поток жидкости, газа поступает во вращающийся аппарат и вращается вместе с ним - отстойное центрифугирование, аппарат - центрифуга или сепаратор.

Гидроциклоны - применяются для осветления, обогащения суспензий, классификации твёрдых частиц по размерам от 15 до 150 мкм. Для осветления также вод после мойки пищевых продуктов.

Сепараторы используют для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий. В промышленности нашли распространение одно и много камерные, тарельчатые сепараторы. В тарельчатых сепараторах благодаря установке в роторе пакета конических тарелок поток жидкости разделяется на большое число тонких слоев. Это обеспечивает ламинарный режим прохождения жидкости и уменьшает путь осаждающихся частиц.

Фильтрование - процесс разделения жидких и газовых неоднородных систем (смесей) с использованием перегородки задерживания частицы.

Фильтрование под действием центробежной силы проводят на фильтрующих центрифугах.

Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного действия разделяются по расположению вала на: вертикальные и горизонтальные, по способу выгрузки осадка: - с гравитационной, - ручной, - пульсирующей, - центробежной.

При разработке новых видов фильтровального оборудования следует ориентироваться на создание компактных аппаратов с развитой фильтровальной поверхностью, позволяющих проводить ее регенерацию без остановки технологического процесса.

Классификация теплообменных аппаратов

По принципу действия теплообменники делятся на рекуперативные. регенеративные и смесительные.

В рекуперативных теплообменниках теплоносители разделены стенкой и теплота передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку. В зависимости от конструкции разделяются на кожухотрубчатые, типа «труба в трубе», змеевиковые, пластинчатые, спиральные, оросительные и аппараты с рубашками. Особую группу составляют трубные выпарные аппараты.

В регенеративных теплообменниках одна и та же теплообменная поверхность омывается попеременно горячим и холодным теплоносителями. При омывании горячим теплоносителем поверхность нагревается за счет его теплоты, при омывании поверхности холодным теплоносителем она охлаждается, отдавая теплоту. Таким образом, теплообменная поверхность аккумулирует теплоту горя чего теплоносителя, а затем отдает ее холодному теплоносителю.

В смесительных аппаратах передача теплоты происходит при непосредственном взаимодействии теплоносителей. Бывают:

мокрого (предназначен для конденсации пара водой, хлаждающая вода вводится в конденсатор через сопла) и сухого (взаимодействие пара и охлаждающей воды происходит в противотоке) типов. Теплота в них передается от одного теплоносителя к другому при их смешении.

Общие закономерности технологических процессов

Общие кинетические закономерности процессов пищевой технологии, за исключением механических процессов, формулируются в виде общего закона: скорость процесса прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению. Величина, обратная сопротивлению, называется коэффициентом скорости процесса.

Согласно определению общее кинетическое уравнение имеет вид

где V-- количество массы или энергии; F-- площадь, через которую проходит масса или энергия; т -- продолжительность процесса; -- движущая сила; R-- сопротивление; К -- коэффициент скорости, обратный сопротивлению.

В общем случае движущей силой процесса является разность потенциалов, а в частных случаях -- перепад давлений р между входом потока в трубопровод или аппарат и выходом потока из трубопровода или аппарата (для гидромеханических процессов), разность температур между теплоносителями, обменивающимися теплотой (для теплообменных процессов), разность концентраций распределяемого между фазами вещества (для массообменных процессов). Коэффициенты скорости процессов зависят от режимов движения потоков материалов, которые определяются законами гидродинамики.

Материальный баланс составляют на основании закона сохранения массы: количество поступающих материалов УGв должно быть равно количеству конечных продуктов УGK, получаемых в результате проведения процесса:

УGв=УGK.

На основании материального баланса определяют выход продукта, т.е. выраженное в процентах отношение полученного количества продукта к максимально возможному. Выход продукта рассчитывают на единицу затраченного сырья.

Материальный баланс составляют для всех веществ либо для одного вещества за выбранную единицу времени или за одну операцию.

Тепловой баланс составляют на основе закона сохранения энергии: количество энергии УQн, введенной в процесс, должно быть равно количеству выделившейся энергии:

УQн = УQк + УQп,

где УQк -- количество отводимой теплоты; УQп -- потери теплоты в окружающее пространство.

Вводимая в процесс теплота УQн складывается из теплоты Q1 поступающей с исходными материалами, подводимой, например, теплоносителями, теплоты Q2 и теплоты физических или химических превращений Q3

Количество отводимой теплоты УQк складывается из теплоты, уходящей с конечными продуктами и отводимой теплоносителями.

Из теплового баланса определяют расход греющего пара, воды и других теплоносителей.

Материальный баланс процессов разделения

Разделению подлежит неоднородная система, состоящая из вещества а (дисперсионная фаза) и взвешенных частиц b (дисперсная фаза).

Gc -- количество исходной смеси, кг;

хс -- содержание вещества b в исходной смеси, мае. %;

Gп -- количество продукта, кг;

ха -- содержание вещества b в очищенном продукте, мае. %;

G0 -- количество осадка, кг;

х0 -- содержание вещества b в осадке, мае. %;

да и дb -- плотности веществ а и b.

При отсутствии потерь веществ материальный баланс разделения можно представить так:

по общему количеству веществ Gc=Gп+G0;

по количеству взвешенных веществ (дисперсной фазе)

Совместное решение этих уравнений позволяет определить количество очищенного продукта

Содержание взвешенных частиц в очищенном продукте и в осадке выбирается в зависимости от технологических требований и зависит от метода разделения.

Эффективность разделения характеризуется эффектом разделения

Определение средней разности температур при теплообмене

Движущая сила теплообменных процессов -- разность температур теплоносителей.

Для определения средней температуры строят температурный график и из него в каждом конкретном случае движения среды устанавливают большую и меньшую разности температуры.

и .

Затем устанавливают величину соотношения между ними, и если: