bannerka.ua

Кинетические закономерности технологических процессов — часть 2

Один из самых распространенных мер рационального использования энергоресурсов и оборудования — организация движения технологических потоков по противоточного или перекрестными схемами, когда входной поток сырья или промежуточного продукта к агрегату подогревается теплом выходного потока, температуру которого необходимо снизить. Такие схемы широко применяются в конструкциях проточных подогревателей, пастеризаторов, сушилок, ректификационных колонн и т. п.. Вторым важным способом экономии тепловой энергии является использование вторичных теплоносителей в виде соковой пары, конденсата или других отработанных теплоагентив на тех технологических операциях, на которых их температура еще достаточно. По этому принципу работают многокорпусные вакуум-выпарные установки при производстве концентрированных томатопродуктов.

Существенным фактором рационального использования энергоресурсов и оборудования является также строгое соблюдение технологического режима для предотвращения холостой работы агрегатов или, наоборот, задержки сырья или промежуточного продукта в агрегате больше нужного времени, для исключения несогласованности параметров исходящих и входящих потоков, которые приводят к нарушению стабильности процесса, необходимости операции хранения. В технологических процессах, которые построены по периодической схеме, стабильность процесса достигается либо подбором оборудования с одинаковой производительностью и продолжительностью рабочего цикла (что маловероятно при большом количестве единиц оборудования), или созданием параллельных участков, на которых одна и та же операция выполняется поочередно в разных машинах (участок стерилизации в консервном производстве), или введением в процесс операции хранения (межоперационные накопители). С внедрением в пищевых производствах оборудование с программным автоматическим управлением достижения стабильности периодического процесса становится возможным и экономически целесообразным. В непрерывных или комбинированных процессах стабильность достигается благодаря четкой согласованности параметров потоков между операциями или использованием операции хранения.

Важным мероприятием для экономии энергии на производстве является уменьшение ее потерь в окружающую среду путем тщательной изоляции паро — и водопроводов, зоны нагрева термоагрегата, теплоизоляции производственных помещений и т. д..

К сверхнормативных энергоресурсов и неэффективного использования оборудования может привести применение некачественной или некондиционного сырья, периодического режима работы оборудования, устаревших технологий и технологического оборудования. Исходя из требований принципов рационального использования энергии и оборудования, вытекают основные задачи проектировщиков технологических процессов и конструкторов технологического оборудования: обеспечение стабильности работы агрегатов и всего процесса в целом, внедрение ресурсо-и энергосберегающих технологий, достижения оптимальной производительности каждого агрегата, максимальная автоматизация управления процессом, безопасные условия работы, низкая стоимость и материалоемкость оборудования, его ремонтопригодность и надежность в работе, легкость в управлении и изменении режимов работы (перепрограммирования).

Принцип интенсификации технологических процессов

Во Интенсификацией технологического процесса понимается увеличение скорости его протекания следствием чего является рост производительности за единицу времени. Согласно общему кинетическим законом этого можно достичь увеличением потенциала процесса, увеличением кинетического коэффициента или одновременным увеличением обоих факторов. В практике пищевых производств используются отдельные или все эти способы интенсификации в зависимости от особенностей конкретного процесса.

При использовании в качестве фактора интенсификации потенциала процесса необходимо иметь в виду, что поведение равновесной системы определяется не только значением потенциала, но и значением движущей силы — удаленностью системы от состояния равновесия:

Исходя из уравнения, увеличить движущую силу можно тремя путями: увеличением текущего потенциала Хт , снижением потенциала равновесия Хр Или одновременным изменением обоих потенциалов. На практике чаще используется способ, заключающийся в максимально возможном увеличении первоначального потенциала (Х0) При Т = 0 — Это достигается за счет увеличения градиентов переноса — градиенту температуры, давления, концентрации, напряжения тока или иной переносим субстанции.

Согласно молекулярно-кинетической теории взаимодействия повышение температуры в зоне реакции приводит к увеличению скорости движения молекул (ионов, атомов), из-за чего возрастает вероятность их столкновения и взаимодействия. Кроме того, повышение температуры увеличивает внутреннюю энергию взаимодействующих частиц, а это увеличивает количество эффективных контактов между ними. По Правилом Аррениуса Банг-Гоффа повышение температуры в зоне реакции на 10 ° С увеличивает скорость реакции в 2-4 раза. Таким образом, влияние повышения температуры на скорость процесса имеет комплексный характер. Оно влияет как на потенциал, так и на кинетический коэффициент. Проявлением последнего является рост коэффициентов диффузии, тепло — и массообмена и др..

Путем повышения температуры интенсифицируют процессы термической сушки, уваривания, выпаривания, растворения, десорбции и других. Для этого повышают температуру в рабочей зоне или предварительным нагревом продуктов или подогревом рабочей зоны с помощью барботирования горячего пара, змеевиков или обогревательных кожухов. В случае обратных процессов — конденсации, кристаллизации, абсорбции, адсорбции, сублимации увеличение скорости процесса достигают снижением температуры в рабочей зоне. Это возможно путем предварительного охлаждения продукта или непосредственным охлаждением рабочей зоны аппарата.

Значительно большего эффекта интенсификации можно достичь путем одновременного сочетания влияния температуры и давления. Чаще всего такое сочетание используется при проведении процессов, часть или все компоненты которых находятся в газовой фазе. Следствием увеличения давления является повышение парциальных давлений газовых компонентов, что равнозначно увеличению их концентрации.

Сочетание изменения температуры и давления широко используется в пищевых технологиях при проведении сорбционных, химических, гидромеханических и других процессов. Так, например, в сахарной промышленности, вино — и пиворобному, безалкогольном производствах для ускорения насыщения растворов углекислотой повышают ее давление и снижают температуру жидкой фазы. Для интенсификации процессов сушки, выпаривания, уваривания сочетают повышение температуры до наиболее возможного предела со снижением давления (вакуумированием). В процессах конденсации, напротив, снижают температуру и повышают давление. Для ускорения фильтрации и мембранных процессов давление или увеличивают над мембраной, или уменьшают под ней.

Но наиболее распространенным в пищевых технологиях способом интенсификации является изменение концентраций взаимодействующих компонентов, ее обеспечивают или повышением начальной концентрации исходных компонентов, или уменьшением равновесной за счет отвода целевого продукта из рабочей зоны. Для повышения начальной концентрации, в зависимости от агрегатного состояния компонентов, проводят сортировки, очистки, обогащения твердых видов сырья, а в случае жидкостей или газов — концентрирование, очистка от вредных примесей, повышение давления. Отвод целевого продукта можно осуществлять различными способами в зависимости от его агрегатного состояния: твердого — осаждением, фильтрованием, центрифугированием; газо — или парообразного — удалением, конденсацией, избирательной адсорбцией или абсорбцией; жидкого — кристаллизацией, диализом, отсосом т. д..

В гетерогенных процессах увеличению движущей силы способствует росту или обновления поверхности фазовых контактов реагирующих веществ. Это приводит к увеличению вероятности контактов и взаимодействия реагентов, что равнозначно повышению концентрации. Увеличение поверхности фазовых контактов в гетерогенной системе газ — жидкость обычно достигают такими средствами, как:

♦ образованию тонкого слоя или пленки жидкости путем ее распределения на поверхности насадок или других носителей (барабанные сушилки, насадочные абсорберы, пленочные выпарные аппараты);

♦ создание жидкого аэрозоля путем распыления, разбрызгивания жидкости в определенном рабочем объеме газа (распылительные сушилки, льдогенераторы, коптильные агрегаты с редкими аэрозолями);

♦ диспергирования газовой фазы в жидкости (реакторы-барботер, тарельчатые ректификационные аппараты, сатураторы, пенные аппараты с зависшим слоем).

В гетерогенных системах газ — твердое тело или жидкость — твердое тело увеличение поверхности фазовых контактов обеспечивается следующими средствами:

♦ уменьшением размера частиц твердой фазы и равномерным их распределением в рабочем объеме жидкости или газа;

♦ интенсивным механическим перемешиванием измельченной твердой фазы в рабочем объеме;

♦ создание зависшего (кипящего) слоя измельченной твердой фазы путем продувки через него газа или пропусканием потока жидкости.

Эти средства увеличения или обновления поверхности фазовых контактов широко используются в конструкциях многих технологических машин и агрегатов для сушки, копчения, соления, очистки, освещения пищевых продуктов.

Интенсификацию технологических процессов можно, как указано выше, обеспечить также путем увеличения кинетических коэффициентов. Разработано большое количество таких способов ускорения течения преобразований. В их основу положены разрушение или уменьшение толщины пограничного равновесного слоя, изменение свойств или структуры взаимодействующих в процессе компонентов. Для разрушения или уменьшению равновесного слоя образуется на границе раздела фаз, используют различные методы возбуждений: вибрацию, турбулизации, активацию поверхности, импульсные изменения (пульсацию) температуры, давления, напряжения и т. п..

Контрольные вопросы

1. Приведите кинетические закономерности технологических процессов.

2. Опишите уравнения физико-химической кинетики.

3. Что такое принцип Ла-Шателье?

4. Какие условия равновесия системы?

5. Опишите закон Фуре.

6. Приведите определение и математическое выражение закона Ньютона.

7. Приведите определение и математическое выражение закона Дарси.

8. Приведите определение и математическое выражение закона Гука.

9. Приведите определение и математическое выражение закона Ома.

10.Охарактеризуйте принцип рационального использования сырья.

11.Охарактеризуйте принцип интенсификации технологических процессов.

12.Охарактеризуйте принцип рационального использования энергоресурсов и оборудования.

13.Охарактеризуйте принцип сокращения длительности процесса.

Tagged with: , , , , ,
Posted in Теоретические основы технологии пищевых производств
Перечень предметов
  1. Бухучет в ресторанном хозяйстве
  2. Введение в специальность 4к.2с
  3. Высшая математика 3к.1с
  4. Делопроизводство
  5. Информационные технологии в области
  6. Информационные технологии в системах качества стандартизаціісертифікаціі
  7. История украинской культуры
  8. Математические модели в расчетах на эвм
  9. Методы контроля пищевых производств
  10. Микробиология молока и молочных продуктов 3к.1с
  11. Микропроцессорные системы управления технологическими процессами
  12. Научно-практические основы технологии молока и молочных продуктов
  13. Научно-практические основы технологии мяса и мясных продуктов
  14. Общая технология пищевых производств 4к.2с
  15. Общие технологии пищевых производств
  16. Организация обслуживания в предприятиях ресторанного хозяйства
  17. Основы научных исследований и техничнои творчества
  18. Основы охраны труда
  19. Основы пидприемницькои деятельности и агробизнеса
  20. Основы физиологии и гигиены питания 3к.1с
  21. Пищевые и диетические добавки
  22. Политология
  23. Получения доброкачественного молока 3к.1с
  24. Прикладная механика
  25. Прикладная механика 4к.2с
  26. Теоретические основы технологии пищевых производств
  27. Технологический семинар
  28. Технологическое оборудование для молочной промышленности
  29. Технологическое оборудование для мьяснои промышленности
  30. Технология продукции предприятий ресторанного хозяйства
  31. Технология хранения консервирования и переработки молока
  32. Технология хранения, консервирования и переработки мяса
  33. Технохимическому контроль
  34. Управление качеством продукции ресторанного хозяйства
  35. Физика
  36. Физическое воспитание 3к.1с
Возможно Вы искали: