Министерство образования Российской Федерации

Восточно-Сибирский государственный технологический

университет

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Программа, контрольные задания и методические

указания по их выполнению для студентов

заочного обучения специальности 655800

«Пищевая инженерия»

Составители: Г.И. Николаев

Г.И. Хараев С.С. Ямпилов г. Улан-Удэ, 2001 г.

ПРОГРАММА КУРСА “ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ”

Введение Современное пищевое производство. Технологические процессы пищевых производств. Особенности курса «Процессы и аппараты», связь его с другими дисциплинами, место курса в учебном плане. Историческая справка о создании и развитии курса. Классификация основных процессов, рассматриваемых в курсе.

Тепловые процессы Теплообменные аппараты Основные принципы классификации теплообменных аппаратов. Рекуперативные, регенеративные и контактные теплообменники. Характеристика теплоносителей и основных типов теплообменных аппаратов. Теплообменники: газовые, паровые, водяные, с применением высококипящих теплоносителей, с использованием электроэнергии.

Основы расчета теплообменных аппаратов. Материальный и тепловой расчеты. Определение коэффициента теплопередачи в теплообменных аппаратах; выбор скорости рабочих тел; определение термических сопротивлений и т.д. Определение средней скорости температур. Гидравлический и механический расчеты теплообменного аппарата. Пути интенсификации процессов теплообмена и повышение технико-экономических показателей.

Выпаривание и выпарные аппараты Применение процесса выпаривания в пищевой промыш-ленности. Физические свойства растворов и изменение их в процессе выпаривания. Материальный и тепловой расчет.

Расчет многокорпусной выпарной установки. Распределение общего количества выпаренной воды по корпусам, определение температуры кипения раствора, температурные потери в выпарной установке, расчет расходов греющего пара, расчет коэффициентов теплопередачи и поверхности нагрева.

Основные типы выпарных аппаратов. Особенности и значение циркуляции растворов.

Методы повышения скорости циркуляции. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора. Выпарка с тепловым насосом. Пути повышения технико-экономических показателей выпарных установок.

Массообменные процессы Основы массопередачи Основные теории процессов массообмена. Массообмен в технологических процессах пищевых производств. Потенциал массопереноса и силы массообмена. Кинетические коэффициенты в уравнениях массообмена. Дифференциальное уравнение массообмена и его краевые условия. Критериальные уравнения массообмена. Диффузионный молярный перенос. Особенности переноса в системах: твердое тело-газ, жидкость-пар и жидкостьжидкость. Общие методы интенсификации массообмена.

Процессы сушки и сушильные установки Процессы сушки в пищевой промышленности. Основные проблемы теории и техники сушки. Параметры влажного воздуха. Основы инженерного расчета сушильных установок.

План расчета. Расчет количества испаренной влаги. Расчет расхода воздуха и пути снижения расчета воздуха в сушильных аппаратах. Расчет габаритов сушильной камеры для различных типов сушильных установок. Тепловой расчет адиабатной и действительной сушильной установки. Термодинамический анализ процесса сушки в диаграмме, построение в ней процесса. Варианты сушильного аппарата и их графо-аналитический расчет. КПД сушильной установки и пути его повышения Квалификация сушильных установок, основные типы, применение в пищевой промышленности.

Новые методы сушки, их физическая сущность и особенности расчета: конвективная сушка в кипящем слое и во взвешенном состоянии, сушка инфракрасными лучами, сушка в электрическом поле высокой частоты, комбинированные методы сушки, сушка сублимацией. Пути повышения технико-экономических показателей сушильных установок.

Сорбционные процессы и аппараты.

Процессы абсорбции и адсорбции и применение их в пищевой промышленности. Основные характеристики сорбционных процессов-движущие силы, материальный баланс, основные уравнения и коэффициенты. Метод графического расчета. Основные типы абсорберов и адсорберов. Характеристика адсорбентов, применяемых в пищевой промышленности.

Регенерация поглотителей. Пути интенсификации сорбционных процессов.

Процессы перегонки и ректификации.

Процессы перегонки и ректификации в пищевой промышленности. Основные теории перегонки. Квалификация разделяемых бинарных смесей, основные законы перегонки, графическое изображение свойств разделяемых смесей на диаграмме "состав-температура" и диаграмма равновесия. Понятие о дифлегмации. Квалификация процессов перегонки и области их применения. Простая перегонка в атмосферных условиях и в вакууме. Перегонка с водяным паром. Сложная перегонка: многокубовые аппараты, колонные аппараты. Особенности процесса ректификации. Процессы, протекающие на тарелках, и определение числа тарелок ректификационных аппаратов. Определение минимального флегмового числа. Материальный и тепловой балансы. Типы ректификационных аппаратов: аппараты с тарелками, насадочные колонны, пленочные колонны, ротационные аппараты. Пути повышения технико-экономических показателей ректификационных аппаратов.

Гидравлические и механические процессы.

Процессы разделения различных материалов Разделение неоднородных систем с твердой дисперсной средой.

Неоднородные твердые системы в пищевых производствах, их характеристика и классификация. Методы разделения неоднородных систем и области их применения. Силы, действующие на частицу, при движении на решете. Расчет скорости движения частиц и анализ параметров ее определяющих. Решетные сепараторы, их характеристика и основы их расчета. Методика расчета решетных сепараторов. Определение габаритов решет, расчет кинематического режима, выбор электродвигателей. Эффективность работы сепараторов. Пути повышения эффективности работы сепараторов. Классификация и устройство решетных сепараторов.

Процессы измельчения Процессы измельчения в пищевой промышленности. Классификация способов дробления. Теория дробления. Общие требования, предъявляемые к дробилкам. Устройство и принцип работы основных типов дробилок. Методика расчета дробилок. Классификация устройств для резания. Теория резания. Типы машин для резания. Пути повышения техникоэкономических показателей.

Теоретические вопросы Номер 1 2 3 4 5 6 7 8 9 варианта 7 8 9 10 1 2 3 4 5 Номер 11 12 13 14 15 16 17 18 19 вопроса 27 28 29 30 21 22 23 24 25 1. Напишите выражение коэффициента теплопередачи К и поясните, в каких случаях можно пренебречь тепловым сопротивлением стенки.

2. Укажите порядок цифровых величин для коэффициентов теплопередачи для важнейших случаев теплообмена («стенка – вода», «стенка – пар», «стенка – газ»).

3. Каковы преимущества и недостатки нагревания «острым» и «глухим» паром?

4. Какие типы водоотводчиков применяются в промышленности у теплообменников технологического оборудования и какой контроль должен быть за этими водоотводчиками?

5. В каких случаях при расчете теплообменников цилиндрическую (трубчатую) поверхность можно считать как плоскую?

6. Как рассчитывается толщина изоляционного слоя на горячих поверхностях оборудования и коммуникаций?

7. Для чего и в каких случаях применяются ребристые поверхности нагрева?

8. Зависит ли средняя разность температур от схемы движения теплоносителей (прямоток, противоток), если температура одного из теплоносителей остается постоянной?

9. Перечислите основные способы нагревания, применяемые в технике, и дайте их сравнительные характеристики.

10. Нарисуйте схемы кожухотрубных, оросительных погружных трубчатых теплообменников.

11. Дайте определения понятий «абсолютная влажность», «относительная влажность» и «влагосодержание» влажного воздуха и покажите, какая связь между этими величинами.

12. Нарисуйте схему многозонной сушки с промежуточными подогревом и зонной рециркуляцией. Постройте процесс работы этой сушилки и диаграмме «I – d» и поясните ее преимущества и недостатки.

13. Нарисуйте схемы основных типов абсорберов.

14. Каковы преимущества и недостатки метода сушки на горячей поверхности (контактная сушка) по сравнению с воздушной сушкой?

15. Какими факторами определяется емкость сушилки по загруженному в нее материалу?

16. Нарисуйте кривые изменения температур материалов в процессе сушки при контактной и при воздушной сушке?

17. Как влияет на интенсивность сушки парциональное давление водяного пара в окружающем воздухе?

18. Почему невыгодно высушивать ниже равновесной влажности?

19. Какие основные параметры подлежат контролю в процессе сушки?

20. Какое значение имеет рециркуляция рабочего воздуха в процессе сушки?

21. Каково назначение выпарных аппаратов?

22. В каких случаях целесообразно применение многокорпусных выпарных установок?

23. Нарисуйте схему однокорпусного аппарата и напишите уравнение его теплового баланса.

24. Когда нужно применять вакуум-выпаривание?

25. Кривые фазовые равновесия бинарных жидких смесей и их значение при расчете ректификационных колонн.

26. Нарисуйте схему непрерывно действующей ректификационной колонны.

27. Нарисуйте схему аппарата для экстрагирования при обычной температуре.

28. Нарисуйте схему аппарата с регенерацией растворителей.

29. Укажите случаи применения абсорбции и адсорбции и совместное их использование при разделении однородной смеси.

30. Какие хладоносители применяются в холодильной технике для получения умеренного холода?

Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха, выходящего из распылительной сушилки, по следующим данным:

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по процессам разделения неоднородных систем, конструкции материалов и их расчетам [1, 2, 3].

Диаметр циклона определяется по формуле:

где V – расход воздуха, м3/с;

г – плотность воздуха, кг/м3;

Ц – условная скорость воздуха, м/с.

Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения:

где - гидравлическое сопротивление (в Па);

– коэффициент сопротивления циклона.

Данный коэффициент определяют по выбранному типу циклона (таблица 1).

Плотность воздуха определяется:

После подстановки найденных величин ц и Г определяем диаметр циклона D, выбрав тип циклона по табл.1. определяем параметры циклона.

Циклон (ЦН-24) - предназначен для улавливания крупной пыли;

(ЦН-15) – обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении;

(ЦН-11) – рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя.

Гидравлическое сопротивление циклона (н/м2 или м.вод. ст.) определяем из уравнения:

Основные размеры циклонов даны в таблице 1.

Рассчитать кожухотрубный нагреватель воды по следующим данным:

Количество нагреваемой воды –G, кг/с;

Коэффициент теплопередачи – K, Вт/м2 0К;

Требуется:

1. Рассчитать поверхность нагрева аппарата – F, м2;

2. Определить количество нагревательных трубок в аппарате – n, шт;

3. Определить расход греющего пара –D, кг/с;

4. Начертить схему аппарата с указанием подачи пара и воды.

Перед решением задачи необходимо, изучить разделы учебника по основам теплообмена в пищевой аппаратуре, конструкциям теплообменных аппаратов и их расчетам [2.3].

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи: Qполн=KFtср Тепло, полученное водой от пара, равно:

Здесь G – количество нагреваемой воды – надо взять в кг/с, а удельную теплоемкость «с» необходимо выбрать по таблице физических свойств воды (см. приложение 1) в зависимости от средней температуры в нагревателе.

Температурный напор определяется: