Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ВСТУП
Завдання дисципліни “Процеси і апарати харчових виробництв”
Процес – це зміна стану будь-якої системи, що відбувається в природі, лабораторії, техніці, суспільстві.
Технологічний процес – сукупність технологічних операцій переробки сировини в кінцеві продукти.
В техніці відбуваються штучно створюємі процеси, які відтворюються з визначеною технологічною метою. Технологічні процеси являються предметом вивчення курсу “Процеси і апарати харчових виробництв”.
При виробництві харчових продуктів відбуваються різнобічні технологічні процеси, однак на більшості харчових виробництв здійснюються однакові процеси. Наприклад, процес перемішування зустрічається у всіх без виключення харчових виробництвах, так як для здійснення будь-якого хімічного процесу необхідно забезпечити тісний контакт між регулюючими речовинами, а це досягається перемішуванням; хімічні реакції та розчинення твердих речовин мають місце в кожному хімічному та харчовому виробництві.
Розглянемо інший процес – випарювання, метою якого є збільшення концентрації сухих речовин в розчинах.
В кожному окремому виробництві, крім того, мають місце процеси, специфічні тільки для даного виду виробництва, і загальні, які зустрічаються в більшості харчових виробництв.
Таким чином, технологічні процеси харчових виробництв можуть бути розділені на дві групи – специфічні, характерні для даного виду виробництва, і загальні, які зустрічаються в більшості харчових виробництв.
В курсі “Процеси і апарати харчових виробництв” розглядається процес не окремого виробництва, а процес взагалі, незалежно від того, в якій конкретній технології він використовується.
Таким чином, ми будемо вивчати, наприклад, перемішування з загальної точки зору, а не перемішування в харчовому виробництві.
Для вивчення курсу “Процеси і апарати харчових виробництв” студент повинен мати знання в галузі технічної механіки, гідравліки, теплопередачі, хімії.
Курс “Процеси і апарати харчових виробництв” являється вступом до вивчення спеціальних технологій і спеціального обладнання. Кури спеціальної технології і спеціального обладнання базується на курсі “Процеси і апарати харчових виробництв”.
Курс “Процеси і апарати харчових виробництв” містить основи теорії процесів, основи методики розрахунку машин і апаратів, основні принципи конструювання апаратів і дає раціональну класифікацію. Тому цей курс являється базою для курсового проектування.
2. Основні закономірності техногічних процесів
Технологічні процеси харчових виробництв протікають згідно загальним фізичним і фізико-хімічним законам.
А Припустимо, що в апараті здійснюється
Д будь-який процес. В цей апарат надходять
В різні компоненти А;В і С, що приймають
Е участь у процесі. Це можуть бути пари, рідини
С або тверді тіл. В результаті процесу, що
протікає в апараті, з нього будуть виходити
речовини Д і Е.
Зрозуміло, що загальна масова кількість речовин, що входять в апарат, не може бути більше або менше масової кількості речовин, що виходять з апарата. Це витікає з закону збереження матерії.
З викладеного витікає рівність :
РА + РВ + РС = РД + РЕ (І)
Кожна речовина, що входить в апарат, являється носієм визначеної кількості енергії. Припустимо, що ця енергія виражається в теплових одиницях. Крім того, в апарат може бути введена енергія ззовні Q n ( наприклад, шляхом електричного підігріву).
Схема енергетичного балансу
QА, QВ, QС - тепло, відведене з компонентом А, В, С;
QД, QЕ - тепло, відведене з компонентом Д, Е;
QВm – тепло, що втрачене в навколишнє середовище;
Qn - тепло, що введене ззовні;
QВн – тепло, що виділяється при протіканні процесів в апараті.
В результаті процесів, що відбуваються в апараті, може утворюватись деяка кількість тепла., наприклад в процесі горіння QВн. Частина тепла при протіканні процесу буде втрачатись в навколишнє середовище QВm.
На основі закону збереження енергії можна записати:
QА +QВ + QС + QВн +Qn = QД + QЕ + QВm (ІІ)
Рівняння (ІІ) називається рівнянням балансу енергії або рівнянням теплового балансу. Рівняння (І) і (ІІ) являються виразом основних законів збереження речовин і енергії. Вони лежать в основі вивчення любого технологічного процесу.
Рівноважні та не рівноважні системи
При протіканні в апаратах технологічного процесу два або декілька тіл знаходяться у взаємодії. Ця взаємодія носить або механічний, або тепловий (передача тепла), або дифузійний (передача маси) характер. Така сукупність взаємодіючих сил називається системою.
Системи, що вивчаються в курсі “Процеси і апарати харчових виробництв” можуть бути однорідними або неоднорідними. Однорідні системи (газ, рідина або розчин) у всіх своїх частинах мають однакові властивості. Неоднорідні, або багаторазові, системи складаються з декількох фаз, відокремлених одна від іншої поверхнями розділу (суспензії, піни і т.п.)
Системи можуть знаходитись в стані рівноваги або ж можуть бути виведені з стану рівноваги. Рівноважними називаються такі системи, стан яких не міняється в часі. Такими системами являються, наприклад, однорідні системи, у яких тиск і температура однакові у всіх частинах системи.
Щоб рівноважну систему вивести з стану рівноваги, необхідно впливати на цю систему ззовні, наприклад шляхом застосування механічних сил або теплового впливу.
Основними і найбільш загальними законами, що визначають умови рівноваги систем, являється Ле-Шательє і правило фаз Гіббса.
Згідно принципу Ле-Шательє в системі, що виведена з стану рівноваги, відбуваються зміни, напрямки яких протилежні силам, що виводять систему з рівноваги. Застосовуючи принцип Ле-Шательє можливо вияснити, як впливає зміна тієї або іншої умови рівноваги (тиск Р, температура t, концентрація С на стан системи.
В курсі “Процеси і апарати харчових виробництв” розглядаються три основні групи процесів.
До механічних відносять процеси, основою яких являється механічний вплив на матеріали, а теплові і фізико-хімічні явища являються тільки супутніми.
Механічними процесами являються:
Рушійними силами цих процесів являється сила механічного тиску, центр обіжна сила, гідростатичний і гідродинамічний тиск.
До теплових відносяться такі процеси, основою яких являється зміна теплового стану середовища, що приймають участь в процесі.
Ці процеси включають:
Рухомою силою цих процесів являється різниця між температурами двох середовищ.
До фізико-хімічних відносять такі процеси, в яких поряд з явищами теплообміну велику роль відіграє масообмін між фазами.
Масообмінними процесами являються:
В курсі “Процеси і апарати харчових виробництв” розглядаються не тільки процеси, але і апарати, в яких протікають ці процеси. Створюючи апарат його зобов’язані пристосувати до процесу, який в ньому буде протікати. В поняття апарати харчових виробництв включають і машини.
Під апаратом розуміють любий устрій, в якому протікає технологічний процес.
ОСНОВИ РАЦІОНАЛЬНОЇ ПОБУДОВИ АПАРАТІВ
Для здійснення любого з процесів застосовують відповідні апарати. Раціонально побудований апарат повинен задовольняти різнобічним вимогам. Для зручності ці вимоги можуть бути класифіковані на групи: експлуатаційні, конструктивні, економічні, енергетичні, естетичні.
Експлуатаційні вимоги. Відповідність апарата цільовому призначенню.
Цільове призначення апарата заключається в створенні визначених умив для протікання процесу. Ці умови визначаються типом процесу, агрегатним станом обробляємих мас, їх хімічним складом і фізичними властивостями (в’язкість, пружність, пластичність і т.п.)
Щоб апарат відповідав своєму цільовому призначенню, його форма повинна забезпечити можливість створення цих умов, які називають технологічними.
До них відносяться тиск, при якому протікає процес; температура; швидкість руху і ступінь турбулентності потоку обробляємих мас; тісний їх контакт; механічні, теплові і електричні впливи.
Розглянемо приклад.
Необхідно перемішати і підігріти в’язкий розчин, що містить зважені тверді частиці органічної речовини ( наприклад, розчин цукру, що містить кристали цукру). Застосуємо для цієї мети апарат, що зображено на рисунку 1.
Схема апарата з якірною мішалкою:
1— стінка апарата; 2 — лопать (якір); 3 — парова сорочка
В такому апараті неминуче осадження частить твердої речовини на днище і в кутках. В цих місцях буде відбуватись прогорання продукту і його руйнування. Отже, форма цього апарата не створює необхідних технологічних умов для протікання процесу. Більш задовольняє цільовому призначенню апарат, зображений на рисунку 2. Цей апарат має сферичне днище, з’єднане з циліндричним корпусом. Мішалка в цьому апараті якірного типу. Вона попереджає утворення осаду і пригорання його на стінках днища. З цього елементарного прикладу видно, що для того щоб сконструювати апарат, необхідно знати і враховувати властивості обробляємої системи. Нехтування технологічними вимогами веде до псування продукту. В цьому випадку апарат не задовольняє цільовому призначенню.
До експлуатаційних вимог відноситься також висока інтенсивність роботи апаратів.
Основною характеристикою апарата є його продуктивність – кількість сировини, що переробляється в апаратах за одиницю часу, або кількість готового продукту, що видається апаратом за одиницю часу.
Матеріал, з якого побудовано апарат, повинен бути стійким при впливі на нього обробляємих середовищ.
Апарат повинен бути доступним для огляду, чистки та ремонту.
Конструктивні вимоги
До цієї групи відносяться вимоги, пов’язані з проектуванням, виробництвом, транспортуванням і установкою апарата.
Основні з них:
стандартність та заміняємість деталей апарата;
найменша працеємкість при збірці;
зручність розробки та ремонту;
зручність транспортування апарату від місця виготовлення до місця уставки;
мінімальна маса як всього апарату, так і його окремих частин.
Економічні вимоги
Економічні вимоги можуть бути розділені на дві категорії:
З точки зору цих вимог вартість проектування, спорудження і експлуатації машини повинна бути якнайменшою.
Апарати, що задовольняють експлуатаційним і конструкторським вимогам, невід’ємно відповідають також і економічним вимогам. При впровадженні нової техніки і більш сучасних апаратів можливо, що більш сучасний апарат буде більш дорогим.
Однак у цьому випадку, як правило, вартість експлуатації апаратів зменшується, а якість продукції покращується, що робить доцільним впровадження нового апарата.
2.Вимоги охорони праці і охорони навколишнього середовища.
Основні вимоги, що пред’являють до апаратів на підприємствах, являються безпечність і зручність їх обслуговування.
Тому апарат повинен бути розрахований і споруджений з належним запасом міцності, оснащений огорджувальними устроями для рухомих частин, а також запобіжними клапанами для попередження вибухів і аварі.
Операції по завантаженню та вигрузці готової продукції повинні бути зручні та безпечні для робочого персоналу. Найбільш безпечні в цьому відношенні герметично закриті апарати безперервної дії з безперервним потоком матеріалів.
Для зручності обслуговування керування апаратом повинно проводитись з одного пункту, де встановлено пульт керування. Це особливо легко здійснити, якщо організований дистанційний контроль і дистанційне керування апаратом. Вищою формою являється повна автоматизація контролю і керування. Керування апаратом не повинно вимагати значної затрати фізичної праці.
Великі незручності в обслуговуванні та безпека для працюючих створює використання пасової передачі для приводу апарата. З цієї точки зору необхідно віддавати перевагу індивідуальному електроприводу.
Інша важлива вимога, специфічна для апаратів харчових виробництв, витікає з призначення продукції харчових підприємств.
На харчових виробництвах повинні бути забезпечені високі санітарно-гігієнічні умови, які попереджали б можливість інфекціювання продукції або забруднення її продуктами взаємодії середовища і матеріалу, з якого побудовано апарат. Це забезпечується герметичністю апаратів, конструктивними формами, які дозволяють проводити ретельну очистку, автоматизацію керування без доторкування людських рук і підбором відповідного матеріалу для побудови апарату.
В тих випадках, коли промислове підприємство чи умови праці не задовільняють нормативи безпеки і екологічності, необхідно проведення комплексу заходів, спрямованих на поліпшення цих показників. Згідно з санітарними нормами №1042-73 основними напрямками для цього є:
- заміна сучасних способів переробки матеріалів, які обумовлюють запиленість;
- заміна процесів і технологічних операцій, пов’язаних з виникненням шуму, вібрації та інших шкідливих факторів;
- герметизація обладнання з вбудованими відсосами, автоблокування технологічного та санітарно-технічного обладнання;
- повне вловлювання та очищення технологічних викидів;
- заміна шкідливих речовин нешкідливими або менш шкідливими;
- заміна твердого палива газоподібним;
- застосування малоліквідних та безвідходних технологій виробництва;
Нове обладнання та машини проходять вхідну експертизу на відповідність вимогам безпеки та екологічності. Вона здійснюється відділом головного механіка з залученням механіка-енергетика цього ж підрозділу де планується її використання.
Якщо обладнання не відповідає встановленим вимогам, воно не допускається до експлуатації. При цьому складають рекламацію на адресу заводу-виробника.
Основні принципи забезпечення безпечності і екологічності промислового обладнання:
1. Врахування нормативних показників безпечності і екологічності або прогнозування міри технологічного ризику.
2. Врахування вимог екологічності і безпечності в проектній документації.
3. Експертиза проектної документації.
4. Врахування вимог безпеки та екологічності при підготовці виробництва.
5. Врахування ергономічних вимог як факторів безпеки.
Контрольні запитання:
1. Охарактеризуйте закон збереження енергії.
2. Класифікація процесів харчових виробництв, їх призначення та відмінні
особливості.
3. Конструктивні, економічні вимоги та вимоги охорони праці та навколишнього середовища, що пред’являються до апаратів.