Материал: Технологии производства пищи

Классификация по изменению параметров во времени

Стационарные - каждый параметр постоянный и зависит только от положения точки в пространстве.

Не стационарные - параметр зависит не только от положения точки в пространстве, но и во времени

Псевдоожижение

Это процесс, подобный сжижению, в котором вещество, состоящее из зернистых частиц, переводится из состояния со свойствами, подобными свойствам твёрдой статической массы, в состояние со свойствами, подобными свойствам динамической жидкой массы.

Как правило этот процесс происходит, когда жидкость (капельная жидкость или газ) движется вверх через зернистый материал. Данный процесс псевдоожижения основан на действии (противодействии) сил: аэродинамического лобового сопротивления и гравитационных сил.

Так же создание псевдоожиженного слоя возможно в результате действия (противодействия) сил: аэродинамического лобового сопротивления и центробежных сил. Данный принцип применен в аэродинамическом диспергаторе.

Когда поток газа вводится через дно смеси зернистого материала с жидкостью или газом, этот поток будет двигаться вверх через пустоты между зёрнами материала. При низких скоростях газа, силы аэродинамического лобового сопротивления каждого из зёрен, действующие со стороны потока газа, также невелики, и поэтому слой остаётся в связанном состоянии. При увеличении скорости потока газа силы аэродинамического лобового сопротивления, действующие на зёрна, возрастают и начинают противодействовать силам гравитации, что принуждает слой к увеличению его объёма. Последнее обусловлено тем, что твёрдые зёрна стремятся двигаться друг от друга. Дальнейшее увеличение скорости потока приводит к тому, что объём достигает некоторого критического значения, при котором поднимающие зёрна вверх силы аэродинамического лобового сопротивления становятся равными гравитационным силам, тянущим зёрна вниз. Это приводит зёрна к тому, что они «висят» в потоке газа или жидкости. При критическом объёме слой обладает свойствами жидкости. При дальнейшем увеличении скорости потока газа, «единая плотность» («средняя плотность») слоя будет продолжать уменьшаться, и процесс псевдоожижения будет становиться более интенсивным до тех пор, пока зёрна не перестанут образовывать единый слой и частицы не начнут подниматься вверх, увлекаемые потоком газа.

Псевдоожиженный слой ведёт себя подобно жидкости или газу. Подобно воде в ведре слой будет принимать форму занимаемой ёмкости, его поверхность остаётся перпендикулярной гравитационным силам; зёрна с плотностью, меньшей чем «единая плотность» слоя будут подниматься на поверхность, в то время как объекты с плотностью более высокой чем «единая плотность» слоя опускаются на дно. Эти свойства позволяют транспортировать массу из твёрдых зёрен по трубам как жидкости, не прибегая к помощи механического транспорта (в частности, ленточных конвейеров). Свойства псевдоожиженной массы зёрен используются также в системах выгрузки раствора цемента в автоцементовозах.

В качестве наиболее простого обыденного примера применения псевдоожижения можно привести аппарат для приготовления попкорна. Зёрна попкорна, стандартизированные и почти одинаковые по массе и форме, зависают в потоке горячего воздуха, поднимающегося со дна камеры. Интенсивное перемешивание частиц попкорна, подобно перемешиванию кипящей жидкости, позволяет выровнять температуру по всему объёму камеры, минимизируя количество подгоревших зёрен. После «взрыва», теперь уже увеличенные зёрна под действием сил аэродинамического лобового сопротивления поднимаются наверх, и выталкиваются во внешнюю ёмкость, в то время как «не взорвавшиеся» зёрна движутся на дно камеры.

Число псевдоожижения- отношение скорости потока воздуха, лежащего в диапазоне между 1-й и 2-й критическими скоростями к 1-й критической скорости

Кп = Vo/V'кр ? 2

Понятие критической скорости

Скорость газа, при которой начинается псевдоожижение, называется критической скоростью псевдоожижения Wкр. Начиная с Wкр перепад давления в слое =const, т.к. при увеличении скорости газа W слой свободно увеличивается в объеме, т.е. порозность его растет.

При дальнейшем увеличении скорости газа наступает второе критическое состояние слоя зернистого материала - начало уноса частиц. Скорость газа, соответствующая началу уноса,называется скоростью витания Wвит, порозность при этом достигает максимального значения =1, взвешенный слой прекращает свое существование.

Классификация процессов по кинетическим закономерностям

Гидромеханические процессы -- это процессы, скорость которых определяется законами механики и гидродинамики. Движущая сила - перепад давления. К ним относятся процессы перемещения жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, перемешивания в жидких средах, разделения суспензий и эмульсий путем отстаивания, фильтрования, центрифугирования, псевдоожижения зернистого материала.

Теплообменные процессы -- это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел (или сред) к менее нагретым. Движущая сила - разность температур. К ним относятся процессы нагревания, пастеризации, стерилизации, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. п. Скорость тепловых процессов определяется законами теплопередачи.

Массообменные, или диффузионные, процессы -- процессы, связанные с переносом вещества в различных агрегатных состояниях из одной фазы в другую. К ним относятся абсорбция и десорбция, перегонка и ректификация, адсорбция, экстракция, растворение, кристаллизация, увлажнение, сушка, сублимация, диализ, ионный обмен и др. Скорость массообменных процессов определяется законами массопередачи.

Механические процессы -- это процессы чисто механического взаимодействия тел. Движущая сила - разность усилий в различных точках материала. К ним относятся процессы измельчения, классификации (фракционирования) сыпучих материалов, прессования и др.

Химические и биохимические процессы -- процессы, связанные с изменением химического состава и свойств вещества, скорость протекания которых определяется законами химической кинетики.

Микробиологические - законы биологической жизнедеятельности микроорганизмов (брожение)

Электрофизические - движущая сила - разность электрических потенциалов. Законы электрического тока.

Перемешивание в жидкой сред е применяется для получения суспензий, эмульсий и гомогенных систем (растворов), а также для интенсификации тепловых, диффузионных и биохимических процессов

Смешиванием называется процесс соединения объемов различных веществ с целью получения однородной смеси, т.е.создания равномерного распределения частиц каждого компонента во всем объеме под действием внешних сил.

Устройства, с помощью которых осуществляется этот процесс, называют смесителями, а их рабочие органы -мешалками. В зависимости от агрегатного состояния смешиваемых веществ (компонентов) требуется различное аппаратурное оформление.

Наиболее просто получить систему « жидкость-жидкость» в виде раствора или однородной эмульсии. С помощью насоса эмульсатора готовят заменители цельного молока. Несколько труднее получить устойчивую взвесь (суспензию), представляющую собой смесь жидкой фазы с твердой.

Трудности встречаются при смешивании твердых веществ; среди них легче смешиваются сыпучие и зернистые материалы. Практически не смешиваются длинноволокнистые материалы.

Смеси (кроме жидких) представляют собой механические системы из сыпучих (зернистых или волокнистых) материалов, крайними состояниями являются полное смешивание или полное распределение.

Для перемешивания используются смесители различных конструкций.

Процесс смешивания материалов зависит от конструкции смесителя и заключается в выравнивании концентраций каждого из компонентов смеси по всему объему рабочей камеры с образованием однородной смеси

Способы смешивания.

Перемешивание производят разными способами. Наиболее распространено перемешивание при помощи:

• -движущихся лопастей;
• -вращения камеры
• (резервуара) смесителя;
• -пропускания массы через сопла;
• -сжатого воздуха, пара или жидкости;
• -вибраций, ультразвука, электрогидравлического эффекта и др.

Первые три способа называют механическими, четвертый -пневматическим, последние - кавитационными или импульсными. Смешивание может быть основным или сопутствующим технологическим процессом.

Процесс смешивания складывается из элементарных процессов:

• -образование в массе слоя скользящих друг по другу плоскостей
• -срезающее смешивание;
• -перемешивание групп частиц из одного положения в другое
• -конвективное смешивание;
• -перемена позиции единичными частицами слоя
• -диффузионное смешивание;
• -рассеяние единичных частиц под влиянием их столкновений или ударов о стенки аппарата
• -ударное смешивание;
• -деформация и растирание частиц
• -измельчение.

Пневматическое перемешивание осуществляется с помощью сжатого газа (в большинстве случаев воздуха), пропускаемого через слой перемешиваемой жидкости.

Циркуляционное перемешивание осуществляется с помощью насоса, перекачивающего жидкость по замкнутой системе «смеситель -насос-смеситель».

Интенсивность циркуляционного перемешивания зависит от кратности циркуляции, т. е. отношения подач и циркуляционного насоса в единицу времени к объему жидкости в аппарате. В ряде случаев вместо насосов могут применяться паровые инжекторы.

Статическое смешивание жидкостей невысокой вязкости, а также газа с жидкостью осуществляется в статических смесителях за счет кинетической энергии жидкостей или газов.

Статические смесители устанавливают в трубопроводах перед реактором или другой аппаратурой или непосредственно в реакционном аппарате.

Механическое перемешивание используют для получения гомогенных и гетерогенных систем, а также для интенсификации гидромеханических процессов (диспергирования), тепло- и массообменных, биохимических процессов в системах « жидкость-жидкость» , « газ-жидкость» и « газ-жидкость-твердое тело» . Осуществляют его с помощью различных перемешивающих устройств-мешалок. Мешалка представляет собой комбинацию лопастей, насаженных на вращающийся вал.