Шпаргалки к экзамену по Процессам и аппаратам пищевых производств - файл n1.docx

приобрести
Шпаргалки к экзамену по Процессам и аппаратам пищевых производств
скачать (1190.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx1191kb.07.07.2012 03:15скачать

n1.docx

  1   2   3

  1. Классификация неоднородных систем. Методы разделения неоднородных систем. Материальный баланс процессов разделения.

Неоднородная система – система, которая состоит из двух или нескольких фаз, каждая из котор. имеет свою поверхность раздела и различается по физич. и химич. свойствам. В зависимости от св-в внешней дисперсн. среды различают жидкие и газовые системы.

Неоднородные сис-мы

Внешние (дисперсн.фаза)

Внутренние (дисперсн.фаза)

Суспензии, паста, гели, коллоидн. р-ры

жидкость

тв.

Эмульсии, кремы

ж

ж

Пены

ж

газ

Дыма, пыли

газ

тв.

Туманы

газ

ж

В зависим. от размера тв. частиц суспензии бывают: грубые >100мкм, тонкие 0,1 – 100 мкм, коллоидн. р-ры <0,1 мкм. Эмульсии с размером частиц >0,4-0,5 мкм расслаиваются (под действ. сил гравитации), а меньшие устойчивые. В пыли размер частиц в тв. фазе 3-70 мкм,в дымах 0,3-5 мкм, в тумане 0,3-3 мкм. Каждая из этих систем характеризует конец внутр. фазы и размерами ее частиц.

Основными методами разделения неоднор. с-м пищевой технологии явл. осаждение и фильтрование.

Осаждение – процесс разделения жидких и газовых неоднор. с-м под действием гравитац. сил (отстаивание), центробежных сил, центрифугирования и сил электр. поля.

Фильтрование – процесс разделения жидких и газовых неоднор. С-м (смесей) с использованием перегородки задерживания частицы.

Материальный баланс процессов разделения. При отсутствии потерь в-ва матер. баланс процессов разделен. у общего кол-ва в-в: Gсусп = Gпрод+Gосадка, где Gc – кол-во исходной суспензии, Gп – кол-во продукта (осветлен. жидкости), Gо – кол-во осадка.

По кол-ву взвешенных частиц дисперсной фазы: Gc*xc = Gп*Хп+Gо*Хо, где Хс – концентрация дисперсн. фазы в исх. сусп. %масс или долях, Хп – содержание (концентр.) дисп. фазы в продукте (очищенном), Хо - -//- в осадке %массы. Решение с-мы этих ур-ний получим кол-во очищенного продукта: Gп = Gc((Хо-Хс)/(Хо-Хп)), а также кол-во осадка Gо = Gc((Хс-Хп)/(Хо-Хп)).


  1. Отстаивание. Силы, действ. на осажд. частицу. Вывод формулы для определ. скорости осажд. частицы.

Отстаивание – разделение под действ. гравитац. сил – частн. случай процесса осаждения, характериз-ся скоростью осаждения частиц, скоростью движения потока и качеством получаемого продукта.

Через некот. Время можно наблюдать разделение на зоны: 1.Зона осветл. жидкости (в ней отсуств. частицы тв. фазы 2.Зона свободного осаждения (еще присуств. тв. частицы. но их кол-во так мало, что при движении вниз не влияют друг на друга) 3.Зона стесненного осаждения (кол-во частиц тв. фазы велико и они испыт. влияние друг на друга (а также проявл. силы трения, тормозящие процесс осаждения) 4.Зона плотного осадка (частицы соприкас. друг с другом и жидкость наход-ся в порах (каналах) этого осадка (шлам). Рассмотр. осаждение одиночной шарообразной частицы:

1.на осажд. частицу действ. сила Архимеда: А =?cреды g ?d3/6 2.Сила тяжести: G = ?частицы g ?d3/6, где d – диаметр частицы, ? – плотность, g = 9,81 м*c2 3.Результирующая сила, под действ. Котор. Частица оседает или всплывает: Р = G-А = g ?d3/6 (?част- ?cреды)

4.R – сила сопротивл. Среды, препятств. процессу осаждения. В нач. момент, когда Р>R частица оседаетускоренно, а с момента когда Р = R – равномерно. Скорость осаждения соотв. этому моменту, явл. расчетной. Величина R по 2ому з-ну Ньютона определ. Независимо от режима движ-я частиц из ур-я: R = ?F?среды2/2, где ? – коэф. Сопротивл. среды, F – площадь сечения частицы перпендик. или нормальная осаждению, F = ?d2/4, Wo – скорость осаждения частицы, м/с. Wo = - Универсальная формула для определения скорости осаждения при ламинарном и турбул. режимах обтекания Re<2. Поток плавно обтекает частицу и не образует за ней завихренных потоков. При турбул. режиме Re>500 за частицей образ-ся завихрения потоки, а вместе и с ними и разряжение, котор. препятств. Осаждению. Характерно для крупных частиц и маловязких жидкостей. Коэф. сопротивл. ? явл. функцией f(Re).


  1. Способы расчета скорости осаждения частицы под действием силы тяжести. Формула Стокса для скорости осаждения при ламинарном режиме.

Способы расчета: аналитически (Стокс), графо-аналитически (график зависимости Лященко от Рейнольдса), критериальный (по справочн. график Re=f(Ar). При ламинарном режиме Re<2, ? = 24/Re, Re = , ?среды – коэф. динамич. вязкости среды, Па*с, ? = ?среды/?с – кинемат. вязкость, м2/с, подставл. полученю знач-я в универсальн. ф-лу, получим: W = – формула Стокса. Расчет скорости осажд. частиц по универс. формуле затруднен из-за сложности определ-я ?. ля области переходного режима ?=18,5/Re0,6 (2500). Для определения скорости осаждения частиц использ. метод Лященко П.В. Из универсальн. формулы выражаем коэф-т сопротивления:?=, левую и правую части этого ур-я умножим на Re2: ?Re2==-критерий Архимеда, Ar=, ?Re2=4/3Ar-основное критериальное ур-е процессов осаждения, Ly=-критерий Лященко.


  1. Расчет отстойников

Сводится к определению их производительности по осветл. жидкости, площади осаждения и геометр. Размеров отстойников принятой конструкции. При осаждении должны соблюдаться след. условия: 1.Продолжительность пребывания разделяемого потока в аппарате должна быть равна или больше времени осаждения частиц 2.Линейная скорость потока должна быть меньше скорости осаждения, иначе будет взмучивание 3.Производительность отстойника по осветл. жидк-ти (объемная): Vo = Fh/?, м3/с, где F – площадь пов-ти осаждения, м2, h- высота слоя осветл. Жид-ти, м, ? – прололжит-ть осаждения, с, Время осаждения частиц на участке h: ? = h/Wo, где Wo – скорость осаждения (отстаивания частиц), 4.Vo = F*Wo, т.о. производительность отстойника зависит от площади пов-ти отстаивания и скорости осаждения частиц и не зависит от высоты отстойника. Принимают конструктивно при заданной высоты отстойника для данной суспензии, следоват-но необходимая по-ть осаждения осветл. жид-ти F = Vo/?, объемный расход осветл. жид-ти (продукта): Vo = Gп/?п, Gп – массовый расход осветл. жид-ти, кг/с. Исходя их ур-ний матер. баланса кол-во осветл. жид-ти: Gп = Gc((Хо-Хс)/(Хо-Хп)), тогда F = , если содерж. тв. фазы в продукте можно пренебречь: F = (1 – (Хс/Хо)).


  1. Устройство и принцип действия отстойников периодического и непрерывного действия

Отстойники периодического действия – представл. собой плоский бассейн без перемешивающих устройств. Бассейн заполн. суспензией, котор. Отстаивается в нем в теч-нии времени, необходимом для разделения суспензии. Декантат (неосветл. часть). сливается через штуцеры над осадком, осадок удаляется вручную.

Отстойники полунепрерывного действия – суспензия попеременно огибает наклонные перегородки сверху вниз и снизу вверх. Перегородки увеличивают продолжительность и площадь пов-ти отстаивания. Осадок (шлам) собирается в конических бункерах и удаляется периодически.

Отстойники непрерывного действия – самым распр. отстойником явл. одноярусный отстойник Дорра, котор. представл. собой цилиндрич. резервуар с коническим днищем и кольцевым желобом , вдоль внутр. (внешнего) верхнего края отстойника. 1 – корпус аппарата, 2 - Мешалка с лопатками, 3 – желоб кольцевой, 4 – стакан для подвода суспензии. D = 12м. h= 2м (высота ). В центре установлена мешалка со скребками (лопатками) для перемешивания осадка. n = 0,02-0,5 об/мин – частота вращения.

Недостаток – громоздкость.

Для осветления больших объемов применяют многокорпусные отстойники.


  1. Методы интенсификации процесса отстаивания

Для оценки процесса осаждения и выявления факторов, влияющих на его интенсивность, воспользуемся ф-лой Стокса: W = ; F = Vo/Wo. Анализируя, целесообразно: 1.Увеличить диаметр осаждающихся частиц – с этой целью в суспензию вводят специальн. в-ва, назыв. коагулянтами (способств. слипанию частиц), пептин, желатин, полиакриламид, бетонит, активная кремниевая к-та и др.

2.Уменьшить вязкость дисперсной среды, предварительно нагрев суспензию перед отстаиванием 3.Заменить ускорение силы тяжести центробежным ускорением, т.е. центрифугированием Интенсифицировать процесс отстаивания возможно также увеличением необходимой площади отстаивания – их выполняют многоярусными.


  1. Осаждение под действием центробежной силы. Фактор разделения. Определение продолжительности осаждения частицы.

Отстойники явл. малоэффективными и требуют больших площадей рабочих помещений, поэтому с целью интенсификации разделения пылей, суспензий и эмульсий процесс осаждения проводят под действием ц.б. силы. Для создания поля ц.б. сил использ. 2 технич. приема:

1.Поток поступает в неподвижный аппарат и вращается в нем – циклонный процесс, аппарат – циклон;

2.Поток жидкости, газа поступает во вращающийся аппарат и вращается вместе с ним – отстойное центрифугирование, аппарат – центрифуга или сепаратор

Величина ц.б. силы действ. на частицу: Gц = mW2R, где m – масса частицы, кг, W – скорость угловая вращения рад/с, R – радиус вращения,м. Gт = mg – сила тяжести, g- ускорение свободного падения, m – масса. Из совместного решения этих уравнений получим: Gц = Gт, т.е. ц.б. сила > силы тяжести в W2R/g; величина W2R/g = W2/Rg = Kр – наз-ся фактором разделения центрифуги, W = WR – окружная скорость вращения центрифуг. частицы, м/с. Фактор разделения явл. важной характеристикой центрифуг-щих устройств, определяющей их разделяющую способность. Для центрифуг и сепараторов с вращающимся рабочим барабаном при угловой скорости W = ?n/30, Kр = ?2n2R/900g, ?2 = g; когда Кр = n2R/900, n -об/мин. Для центрифуг и сепараторов идут по пути увеличения частоты вращения (т.к. n2) делая их небольших размеров, т.к. это связано с меньшим расходом металла и лучшими условиями для их центровки.

При центрифугирю скорость осаждения частиц по сравнению с отстаиванием больше в W2R/g, поэтому при условии ламинарного режима осаждения частиц скорость м.б. рассчитана по Стоксу: Wц = * Расчет скорости осаждения в поле ц.б. сил проводится по тем же соотношениям что и при отстаивании, только вместо Аr (критерий Архимеда) использ. Arm = KpAr -модифицированный критерий. Продолжительность процесса разделения м.б. определена из выражения: Wц = dr/d?, ? = ; =ln

зависимость от массы частицы и величины ц.б. силы, действ. на нее, радиус вращения R явл. величиной переменной от 0 по оси центрифуги (оси вращения) до Rmax = Rб

график.


  1. Устройство и принцип действия циклонов, гидроциклонов.

Гидроциклоны – применяются для осветления, обогащения суспензий, классификации тв. частиц по размерам от 15 до 150 мкм. Для осветления транспортно-моечных вод, а также вод после мойки пищев. продуктов. Гидроциклоны сост. из цилиндрич. корпуса и конического днища. качество разделения зависит от угла конусности и составл. 10-15°.

1 – цилиндрич. корпус (обечайка), 2 – коническое днище, 3 – перегородка, 4 – штуцер для подвода суспензии, 5 – штуцер для отвода осветл. жид-ти, 6 – патрубок для отвода осадка. Суспензия подается тангенсально через штуцер 4 и приобретает вращательное движение под действ. ц.б. силы частицы отбрасывает к стенкам аппарата, а осветл. жидкость движется во внутр. спиральном потоке вверх, вдоль оси гидроциклона и удаляется через патрубок 5. Скорость суспензии 5-25 м/с. В зависимости от цели применения диаметр гидроциклона меняется от 10-15 мм для тонких суспензий, до 100-350 мм для грубых. Чем меньше диаметр тем выше эффективность разделения. Гидроциклоны малых размеров объединяют в мультигидроциклоны, работающие параллельно по суспензиям. Циклоны – позволяют разделять пыли по ц.б. силам. Наибольшее распр. получили циклоны конструкции НИИОГаза диаметром от 100-1000мкм. Эффективность разделения зависит от наклонного патрубка под углами 11°,15°,24°, подводящие по касательной исходную неоднородную систему. применяют для очистки газовых выбросов, улавливания из газовых потоков пищевого сырья (сахара, сухого молока), а также в качестве разгрузочного устройства при пневмотранспортировке сыпучих материалов, иногда их объединяют в тарельчатый циклон.


  1. Устройство и принцип действия сепаратора

Для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий. В промышленности нашли распр-е одно и много камерные, тарельчатые сепараторы. В тарельчатых сепараторах благодаря установке в роторе пакета конических тарелок поток жидкости разделяется на большое число тонких слоев. Это обеспечивает ламинарный режим прохождения жидкости и уменьшает путь осаждающихся частиц. Неоднородная смесь поступает во вращающийся вместе с барабаном 1 центральную трубу 2 и опускается вниз, затем под действ. ц.б. силы отжимается к периферии, далее ее путь зависит от конструкции тарелок.

На внутр. пов-ти тарелок напаены напки (шипики) высотой 0,2-0,8 мм и образующими между тарелками зазоры. кол-во тарелок 60-70 шт. в межтарельчатом пространстве под действием ц.б. силы тяжелый компонент устремляется к переферии, а более легкий к центру в зазоре образуется 2 противоположно направленных потока: - поток легкого продукта перемещается по внешней стороне тарелки; - поток тяжелого компонента по внутр. части тарелки от центра. Сгущенная фаза отводится по наружной, а осветленная фаза по внутренней части распределительной тарелки 4. Преимущества – высокопроизводительность, компактность, герметичность, просты в обслуживании.


  1. Фильтрование. Классификация осадков и фильтровальных перегородок. Движущая сила процесса фильтрования

Фильтрование – процесс разделения суспензий, пыли и туманов через пористую перегородку, способную пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные частицы. Фильтрование разделяют на процесс, проходящий с отложением осадка на пов-ти перегородки и с закупориванием пор. Фильтровальные перегородки – х/б, термостойкие, инертные и т.д. Для повышения скорости фильтрования при разделении суспензий с небольшой концентрацией тв. фазы или сод. слизистые в-ва фильтрование проводят в присуствии вспомогат. в-в, слой котор. наносят (намывают) на фильтров. перегородку перед фильтрованием суспензий. В кач-ве вспомогат. в-в используют полидисперсные угли, фиброфло, перлит, асбест, аксонит, бетонит и др. Различают: сжимаемые и несжимаемые осадки. Под несжимаемыми осадками понимают такие, в котор. пористость (отношение объема пор к объему осадка), не уменьшается при увеличении разности давлений. Они состоят из кристаллич. части, не изменяющей своей формы под давлением. Пористость сжимаемых осадков (аморфных, хлопьевидных) уменьшается в процессе фильтрования, а их гидравлич. сопротивление потоку жидкой фазы возрастает с увеличением разности давлений. Увеличение слоя осадка увеличивает сопротивление процессу и уменьшает производительноть фильтра по фильтрату.

Движущей силой процесса фильтрования явл. разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки (либо ц.б. сила). Разность давлений можно получить: 1.Созданием избыточн. давления над фильтровальн. перегородкой. 2.Созданием вакуума под фильтров. перегородкой. В зависимости от величины ∆р различают фильтрование: 1. С постоянным перепадом давления ∆р = const, при этом с накоплением слоя осадка на фильтре скорость фильтрования снижается, такое фильрование наз. нестационарным, 2.С постоянной скоростью dv/d?=const, при этом ∆р повышается в процессе фильтрования с увеличением слоя осадка – стационарный процесс.
11. Основное дифференциальное уравнение фильтрования. Фильтрование при постоянной скорости.

Основное диффернц. уравнение имеет вид:

где V – объем фильтрата, м3, F- площадь пов-ти фильтров, м2, ? – продолжительность фильтрования, ∆р – перепад давления, Па, ? – динамич. вязкость, Па*с, Rос – сопротивление осадка, м-1, Rфп – сопротивление фильтровальной перегородки. Если при прохождении 1 м3 фильтрата через фильтр (перегородку) образуется Хо м3 осадка, то Хо*V = hо*F, hо = ХоV/F – высота слоя осадка. Допустим, что сопротивл. слоя осадка пропорц. его высоте: Rос = roho = roXoV/F, где rо – удельное сопротивление осадка, м-2. Физический смысл –сопротивление слоя высотой 1 м с площадью основания 1 м2.Значение rо находят в справочной лит-ре в зависимости от структуры осадка. Подставляя в ур-ние:

, пренебрегая сопротивл. фильтров. перегородки: ro =∆р/?Vho,

В нач. момент фильтров. V = 0: Rфп = ∆р/V?.

Фильтрование при постоянной скорости: ,

V2?roXo+Rфп?FV = ∆рF2?; V2+FV = F2? – основное уравнение стационарного фильтрования. Вывод: перепад давления возрастает с увеличением продолжительности фильтрования.
12. Фильтрование при постоянном давлении. Константы процесса фильтрования.

При фильтровании при ∆р = const из ур-я после интегрирования в пределах от 0-V, 0-?: +Rфп)dV =

V2 + 2FV = 2F2?, из этого ур-я следует, что с увеличением продолжительности фильтрования, объем фильтрата увеличивается. Это ур-е применимо как и к сжимаемым, так и не к сжимаемым осадкам.

Обозначим С = , м32 – постоянная процесса фильтрования – константа, характериз-я гидравлич. сопротивл.фильтров. перегородки, k = м2/с – константа фильтрования, учитывающая режим фильтрования и физико-химич. св-ва осадка и жидкости.

Тогда ур-е м.б. записано в виде:V2+2CFV = kF2?, F = 1м2 после диффернцир. кр-я по V: =V+C – ур-е прямой линии, наклонной к горизонтальн. оси под углом ?, tg? = 2/k, по найденным значениям k и С определяют ro и Rфп.
13. Периодический процесс фильтрования. Конструкции фильтров периодического действия.

В фильтрах периодического действия осадок удаляется после прекращения процесса фильтрования, в фильтрах непрерывного действия по мере необходимости без остановки процесса.

Рамный фильтр-пресс – используется во многих областях пищевой промышл-ти ( для осветления виноматериалов, вина, молока, пива, соков, сахарных сиропов, растворов). Сост. из чередующихся рам и плит установленных на 2-х параллельных брусьях. Плиты покрыты фильтрующими перегородками (салфеткой). Число рам в одном фильтре 10-60 шт. Давление, создаваемое в процессе фильтрования 0,3-0,4МПа (3-4атм), температура 60-70°С. При фильтровании суспензия вводится через канал 1 и распредел. по всем рамам. Фильтрат стекает по дренажным и сборным каналам в плитах и отводится через канал 5. при промывке осадка промывная жидкость под давлением вводится через канал 2 обратным током, промывает осадок. Недостатки: трудоемкость выгрузки осадка и замены фильтров. салфетки.
14. Конструкции фильтров непрерывного действия. Барабанный вакуум-фильтр.

К фильтрам непрерывного действия в котор. все стадии фильтрования в т.ч. просушка, промывка и снятие осадка осуществл. одновременно относится барабанный вакуум-фильтр, применяемый для разделения суспензии концентр-ции 50-500 кг/м3. Вращающийся горизонтальный перфарированный барабан с частотой 0,12 об/мин разделен перегородками на несколько секций одинаковой формы, котор. за 1 оборот барабана проходят 4 рабочие зоны:фильтрования, просушки, промывки, отдувки осадка. Осн. устройствами управл. работой фильтра явл. распределительная(подвижная и неподвижная) головка, через котор. секции барабана в определ. послед-ти присоедин. к магистралям вакуума сжатого воздуха и промывной жидкости. В стадии фильтрования зона фильтра под фильтров. тканью соединена с вакуумом и фильтрат из корыта проходит через ткань, осадок откладывается на ее пов-ти.

Рис.Барабанный вакуум-фильтр с распределительной головкой:

1 — перфорированный барабан; 2 — фильтровальная ткань; 3 — ножевое устройство (для среза осадка); 4 — секция; 5 — корыто; 6 — мешалка; 7 — труба; 8 — разбрызгиватель; 9 -распределительная (подвижная) головка (диск). Зоны: 1-фильтрования, 2-подсушки, 3-промыва осадка,4-отдувки.

1-отбор фильтрата, 2-отбор промоя, 3-подача сжатого воздуха. Промытый и подсушенный осадок непрерывно срезается ножом, чтобы частицы не оседали корыто снабжено качающейся мешалкой. Вакуум в зонах фильтрования, просушки и промывки осадка составл. 550-600 мм.рт.ст. Давление сжатого воздуха в зоне отдувки 0,5-1 атм. Оптимальная толщина слоя осадка ?12 мм, температура суспензии 85°С.
15. Фильтрование под действием центробежной силы. Расчет фильтрующих центрифуг.

Проводят на фильтрующих центрифугах. Перфорир. барабаны выкладываются изнутри дренажными (подкладными) сетами и фильтр. перегородками (сетами), под действием ц.б. силы в массе фильтр. суспензии развивается давление, обеспеч-е ц.б. фильтрование (движущая сила).

Элементарный объем кольца: dV = 2?rHdr = Fdr,

ц.б. сила, действ. на массу элементарн. кольца dGц = dmW2/r = dmώ2/r, где W-окружная скорость, ώ – угловая скорость, W2 = ώr, ώ = ?n/30, dm – масса элементарного кольца (элементарная масса) м.б. выражена через объем, ? – плотность суспензии: dGц = Fdr?ώ2r = Fώ2?rdr. проинтергир. от r2 до r1, получим давление на фильтров. перегородку, развиваемое всей массой суспензии в барабане:

p = , фильтров.пов-ть центрифуг рассчит. как средняя по ф-ле: F = ?H(r1+r2).
16. Способы интенсификации работы фильтров. Конструкция фильтрующей центрифуги с центробежной выгрузкой осадка.

Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного действия раздел-ся по расположению вала на: вертикальные и горизонтальные, по способу выгрузки осадка: - с гравитацион., - ручной, - пульсирующей, - центробежной. Чаще фильтры центрифуги изготавл. с подвесным барабаном по след. схеме: Барабан при помощи розетки подвешен на валу, кортор. с помощью муфты соединен с валом электродвигателя. Электродвигатель имеет 2 скорости (n = 320 об/мин и 900 об/мин). Суспензия подается на загрузочный диск 3 при низкой частоте вращения. Нижняя часть барабана имеет коническую форму, причем угол наклона >угла естественного относа осадка.

После окончания цикла фильтрования, котор. произв-ся при высокой частоте, происход. переключение на низкую частоту и поднятие конуса. Из-за резкого торможения осадок оседает со стенок и удаляется. Продолжительность цикла 1,5-4мин.

При разработке новых видов фильтровального оборудования следует ориентироваться на создание компактных аппаратов с развитой фильтровальной поверхностью, позволяющих проводить ее регенерацию без остановки технологич. процесса.
17. Перемешивание. Способы перемешивания. Типы мешалок.

Процесс перемешивания применяют для равномерного распределения составных частей в жидких и газовых смесях, а также для ускорения и интенсификации гидромеханич., тепловых, массообменных, химических и биохимич. процессов.

Способы перемешивания: 1.Механическое – осуществл. с помощью мешалок различной конструкции, из котор. наибольшее распр. получили лопастные, винтовые (устаревшие пропеллеровые) и турбинные, 2.Циркуляционное – с помощью насоса, перекачив. жидкость по замкнутой системе, 3.Поточное – за счет кинетической энергии жидкости или газа, 4.Пневматическое – с помощью жатого воздуха, пропускаемого через слой перемешиваемой жидкости, В отдельных случаях применяют специальные типы мешалок: барабаррые, якорные, рамные, ленточные, дисковые. По расположению вала мешалки бывают: вертикальные, горизонтальные, наклонные.

Лопастные мешалки относятся к тихоходным 30-90 об/мин. Окружная скорость на конце лопасти (для вязких жидкостей) 2-3м/с. Диаметр лопастей обычно составл. (0,3-0,8)D аппарата. Ширина лопасти (0,1-0,25)d лопасти. В аппаратах большей высоты на валу расположено несколько пар лопастей, повернутых друг относительно друга на 90°С с расстоянием (0,3-0,8) d мешалки. Для перемешивания суспензий, содерж. тв. частицы, примен. наклонные лопасти, под углом 30-45° к оси вала, при этом усиливаются вертикальн. токи жидкости, что способств. подъему тв. частиц со дна аппарата. Для предотвращения образования воронки на пов-ти жидкости на стенках аппарата по образующей выполняют контр лопасти (2-4 ребра жесткости). Для интенсивного перемешивания жидкостей вязкостью до 10Па*с применяют винтовые мешалки, окружная скорость котор. достигает 10 м/с. Рабочим органом мешалки явл. винты (пропеллерные лопасти )(2-6шт). При работе мешалки образ-ся потоки в различных направлениях (радиальные, осевые, окружные), что повышает эффективность перемешивания. d мешалки = (0,25-0,3)D аппарата. Винтовые мешалки обладают насосным эффектом, поэтому их часто помещают в диффузоры. Диффузор может устанавливаться также наклонно. Турбинные мешалки применяют для перемешивания жидкостей вязкостью до 500 Па*с, в т.ч. грубых суспензий. Их изготавл. в виде колес турбин с плоскими наклонными и криволинейными лопастями. Бывают: открытого и закрытого типа. Закрытые имеют 2 диска с отверстиями в центре для прохода жидкости. жидкость входит в колесо по оси через центр и получает ускорение от лопаток, выбрасывается из колеса в радиальном направлении. Якорные мешалки применяются для перемешивания густых и вязких сред (>100 Па*с), n = 50об/мин. Мешалки имеет форму днища аппарата, очищают стенки и дно смесителя от налипающих загрязнений.
18. Расчет мощности перемешивания.

Для перемешивания сред очень важно правильно выбрать необходимую скорость вращения лопастей, обеспеч. эффективное перемешивание. При большой окружной скорости резко возрастает расход энергии на перемешивание, неоправданной повышением эффективности процесса. По данным Павлушенко оптимальная частота вращения мешалки, при котор. достигается практически равномерное распределение тв. частиц суспензии находится:

n = c, где dr – диаметр тв. частицы, м, ?ч – плотность частицы. кг/м3, ?с – плотность среды, Dx – диаметр аппарата, d-диаметр мешалки, с – опытный коэффициент, с, х, у – коэффициенты, находят в справочнике в зависимости от типа мешалки. В работе мешалки различают пусковой и рабочий периоды, во время пуска энергия расходуется на преодоление сил энергии жидкости, а в рабочий периодна преодоление сопротивления вращения лопасти. В пусковой период расход энергии в 1,5-2 раза больше, чем в рабочий период, однако этот период не продолжителен (доли секунды) и поэтому подбор электродвигателя ведут по расходу энергии в рабочий период с запасом на 20-30% во время пуска. Сила сопротивления среды вращающейся лопасти по Ньютону: R=?F, где ? - коэффициент сопротивл. среды, F=?d2/4 –площадь ометаемая лопастью, d-диаметр лопасти мешалки, ? – плотность жидкости или среды, кг/м3, w-окружная скорость вращения на конце лопасти, м/с.

R= ?; =?, тогда R=?d2w2?. Для работающей мешалки принимаем что сила R=P, Р- сила, действующая на лопасть, тогда: Р=?d2w2? – потребляемая мешалкой мощность в рабочий период, Nр= Рw, после подстановки значения Р и окружной скорости w =?dn, получим: Np = ??3d5n3?, KN = ??3 – коэф. мощности, зависящий от режима вращения мешалки, Np = KNd5n3?, коэф. мощности KN = f(Re) явл. функцией Рейнольдса. Re = wd?/? = ?dnd?/? = ?d2n?/? = nd2?/?, исключив ? как постоянную величину по найденному значению из графика находим KN по котор. рассчитываем мощность перемешивания. Мощность электродвигателя определяют по ур-ю: Nэдв = кВт, ή =0,8-0,9 коэф. передачи, 1,3-коэф. 30% запаса мощности на пусковой период. Приведенный расчет относится к мешалкам,перемешивающим жидкости с умеренной вязкостью. Высота слоя жидкости в аппарате равна H=D – для нормализованных мешалок.

19. Классификация теплообменных процессов. Дифференциальное уравнение теплопроводности (закон Фурье). Основной закон теплоотдачи (закон Ньютона). Температурное поле и температурный градиент.

Теплообмен – самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел к менее нагретым. К ним относятся технологические процессы, скорость которых определяется скоростью подвода, либо отвода теплоты (нагревание, охлаждение, конденсация, испарение, выпаривание). Перенос теплоты возможен 3 способами: - теплопроводность, -конвекция, -излучение. Теплопроводность (кондукция) – процесс распространения теплоты между микрочастицами тела, наход-ся в непосредств. соприкосновении (передача теплоты от частицы к частице при отсуствии их перемещения).

Основной закон теплопроводности (закон Фурье) – гласит, что количество теплоты dQ переданное теплопроводностью пропорционально градиенту температуры dt/dl, времени d? и поверхности dF, перпендикулярной направлению теплоового потока. dQ = -? dt/dl d? (Дж), «-» означает в сторону уменьшения температур, ? – коэф. теплопроводности веществ (Вт/мК)-зависит от их природы и определенного состояния температуры и давления. Конвекция – процесс переноса теплоты вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газов и жидкостей, различают свободную и вынужденную конвекцию. Свободная – предпологает перемещение частиц, вызванное разностью плотностей жидкости или газа в различных частях занимаемого объема вследствии разности температур. Вынужденная – перемещение частиц жидкости под действием внешних сил насоса вентилятора. Под конвективным т/о понимают процесс распр. теплоты в жидкости или газе от пов-ти тв. тела или к его пов-ти одновременно конвекцией и теплопроводностью, такой процесс наз-ся теплоотдачей. Основной закон теплоотдачи (закон Ньютона) – количество теплоты dQ переданного от окр. среды к т/о пов-ти прямо пропорц. пов-ти. dQ=?(tст1-tf)Fd? Дж, где (tст1-tf) – разности температур поверхности и окр. среды, ?-продолжительность процесса, ? – коэф. теплоотдачи, Вт/м2К. Для установившегося процесса, когда в любой точке аппарата с течением времени t остается постоянной ?=const: Q=?F∆t, Вт – закон конвективного переноса. Излучение – наз. процесс переноса теплоты в виде электомагнитных волн, сопровожд. превращением тепловой энергии в лучистую и обратно лучистой в тепловую. Температурное поле и температурный градиент – совокупность значения температур в данный момент времени для всх точек рассматр. среды температурного поля. t поле выражается функцией, t = f(x;y;z;r)-представл. собой ур-е установившегося (не стационарного) температурного поля. В частном случае t явл. функцией только пространств. координат, а t поле явл. установившимся (стационарн.) процессом. Значение температурн. градиента определяют ниабольш. скорость изменения температуры в данной точке температурного поля. Поток теплоты может возникать только при условии, что температ. градиент равен нулю. lim(∆t/∆l)l?0 = dt/dl = ∆t/∆l = grad t. Перемещение теплоты всегда происходит по линии темпер. градиента, но в сторону противоположную этом градиенту.

  1   2   3


Классификация неоднородных систем. Методы разделения неоднородных систем. Материальный баланс процессов разделения
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации