Материал: Новоселов АГ Процессы и аппараты пищ производств Ч1

где М – масса вещества, переносимого из одной фазы в другую, кг; S – поверхность контакта фаз (поверхность массопереноса), м2; C – движущая сила процесса; R3 = 1/ Km – диффузионное сопротивление; Km – коэффициент скорости процесса (для случая массоотдачи – это коэффициент массоотдачи , для массопередачи –

коэффициент массопередачи K).

Зависимость (1.1) является следствием единства законов переноса в материальном мире. Все приведенные выше уравнения изоморфны, т. е. имеют одинаковую по форме математическую запись.

Из уравнения (1.1) вытекает основной принцип интенсификации процессов переноса, который заключается в увеличении движущей силы и снижении сопротивления переносу.

В данном учебно-методическом пособии рассматриваются только гидромеханические процессы, которые широко используются при производстве пищевых продуктов.

1.2. Общие принципы расчета аппаратов

Основными целями расчета аппаратов являются:

определение массовых потоков обрабатываемых материалов; определение энергетических затрат на процесс; вычисление основных размеров аппарата.

Рассмотрим общую последовательность расчета, которой рекомендуется придерживаться при проектировании нового аппарата.

Расчету предшествует анализ кинетических закономерностей процессов, что позволяет найти рациональные условия для их проведения.

1.Исходя из законов гидродинамики или термодинамики, выявляют условия равновесия и определяют направление течения процесса и его движущую силу . Например, если температуры двух сред равны, то переноса теплоты между ними через разделяющую их стенку не будет. Если же температуры не равны, то возникает поток теплоты, причем, чем больше разность температур (система больше удалена от состояния равновесия), тем выше скорость переноса теплоты.

2.На основании закона сохранения материи составляют уравнение материального баланса.

6

Для установившегося процесса

Например, на вход в аппарат поступают компоненты А, B и С, а на выходе из аппарата имеем компоненты D и F. Для этого аппарата уравнение материального баланса можно записать

3. На основании закона сохранения энергии составляют уравнение теплового баланса. Запишем уравнение для аппарата (рис. 1.1):

где Qвх – теплота, поступающая в аппарат с исходными компонен-

тами; Q – дополнительная теплота, подводимая к аппарату от внешних источников (например с помощью встроенного калорифера);

Qвых – теплота, уходящая из аппарата; Qn – тепловые потери.

4.По теоретическим или экспериментальным зависимостям находят коэффициент скорости процесса Ki.

5.На основании полученных выше величин определяют основной размер аппарата (например, поверхность теплопередачи или контакта фаз в диффузионном процессе, площадь поперечного сечения аппарата и т. д.).

Расчет выполняется с использованием соотношения (1.1):

где S – основной размер аппарата; М – производительность (мощность) аппарата.

7

Таблица 2.1

Классификация дисперсий

Классификация методов разделения

Различают два основных метода разделения – осаждение и фильтрование, которые, в свою очередь, можно разделить в зависимости от движущей силы процесса:

Сила тяжести …………………………… Осаждение, отстаивание

Центробежная сила …………………….. Центрифугирование, циклонный процесс

Разность давлений ……………………... Фильтрование

Электрические силы …………………… Осаждение в электрическом поле

Сила поверхностного натяжения ……... Мокрая очистка

Эффективность процесса разделения характеризуется «эффектом разделения» или степенью очистки , %

где Cн, Ск – начальная и конечная концентрации дисперсной фазы.

9

Образующийся осадок должен иметь минимальную влажность

(U, %):

U mж 100 %,

mос

где mж – масса жидкой фазы в осадке; mос – масса влажного осадка.

2.2.Осаждение в гравитационном поле (отстаивание)

2.2.1.Методы расчета скорости осаждения

Осаждение (отстаивание) является простейшим из гидромеханических методов разделения неоднородных систем и характеризуется использованием простых аппаратов, низкой себестоимостью процесса. Существенным недостатком метода является низкая скорость процесса, что приводит к увеличению габаритов аппаратов и малому эффекту разделения.

Осаждение применяется для грубого разделения суспензий, эмульсий, пыли, дымов.

Рассмотрим движение одиночной частицы массой m в неподвижной вязкой жидкости.

Уравнение движения для частицы (второй закон Ньютона)

уравнение (2.1) запишем в проекции на ось ОХ:

10