Кінетичні закономірності технологічних процесів — частина 2

Один з найпоширеніших заходів раціонального викорис­тання енергоресурсів і устаткування — організація руху техно­логічних потоків за протиточними або перехресними схемами, коли вхідний потік сировини чи проміжного продукту до агре­гату підігрівається теплом вихідного потоку, температуру яко­го необхідно знизити. Такі схеми широко застосовуються в конструкціях проточних підігрівачів, пастеризаторів, суша­рок, ректифікаційних колон тощо. Другим ефективним спосо­бом економії теплової енергії є використання вторинних теп­лоносіїв у вигляді сокової пари, конденсату або інших відпрацьованих теплоагентів на тих технологічних операціях, на яких їхня температура ще достатня. За цим принципом пра­цюють багатокорпусні вакуум-випарні установки при вироб­ництві концентрованих томатопродуктів.

Суттєвим фактором раціонального використання енерго­ресурсів та устаткування є також суворе дотримання техно­логічного режиму для запобігання "холостої" роботи агрегатів або, навпаки, затримки сировини чи проміжного продукту в агрегаті більше потрібного часу, для виключення неузгодженостей параметрів вихідних і вхідних потоків, що призводять до порушення стабільності процесу, необхідності операції зберігання. В технологічних процесах, які побудовані за періодичною схемою, стабільність процесу досягається або підбором обладнання з однаковою продуктивністю і три­валістю робочого циклу (що є малоймовірним при великій кількості одиниць обладнання), або створенням паралельних дільниць, на яких одна і та ж операція виконується почергово в різних машинах (дільниця стерилізації в консервному ви­робництві), або введенням в процес операції зберігання (міжопераційні накопичувачі). З впровадженням у харчових вироб­ництвах обладнання з програмним автоматичним уп­равлінням досягнення стабільності періодичного процесу стає можливим і економічно доцільним. У безперервних або комбінованих процесах стабільність досягається завдяки чіткій узгодженості параметрів потоків між операціями або використанням операції зберігання.

Важливим заходом для економії енергії на виробництві є зменшення її втрат в оточуюче середовище шляхом ретельної ізоляції паро — та водопроводів, зони нагріву термоагрегатів, теплоізоляції виробничих приміщень і т. ін.

До наднормативних витрат енергоре­сурсів та неефективного використання обладнання може при­зводити застосування неякісної або некондиційної сировини, періодичного режиму роботи устаткування, застарілих техно­логій та технологічного обладнання. Виходячи з вимог прин­ципів раціонального використання енергії та устаткування, витікають основні завдання проектувальників технологічних процесів та конструкторів технологічного обладнання: забез­печення стабільності роботи агрегатів і всього процесу в ціло­му, впровадження ресурсо- та енергозберігаючих технологій, досягнення оптимальної продуктивності кожного агрегату, максимальна автоматизація управління процесом, безпечні умови роботи, низька вартість і матеріаломісткість обладнан­ня, його ремонтоздатність та надійність в роботі, легкість в уп­равлінні та зміні режимів роботи (перепрограмуванні).

Принцип інтенсифікації технологічних процесів

Під Інтенсифікацією технологічного процесу розуміється збільшення швидкості його перебігу наслідком чого є зростан­ня продуктивності за одиницю часу. Згідно з загальним кіне­тичним законом цього можна досягти збільшенням по­тенціалу процесу, збільшенням кінетичного коефіцієнту або одночасним збільшенням обох факторів. В практиці харчових виробництв використовуються окремі або всі ці способи інтенсифікації в залежності від особливостей конкретного процесу.

При використанні в якості фактора інтенсифікації по­тенціалу процесу необхідно мати на увазі, що по­ведінка рівноважної системи обумовлюється не тільки значен­ням потенціалу, а й значенням рушійної сили — віддаленістю системи від стану рівноваги:

Виходячи з рівняння, збільшити рушійну силу можна трьома шляхами: збільшенням поточного потенціалу Хт , зниженням потенціалу рівноваги Хр Або одночасною зміною обох потенціалів. На практиці частіше використовується спосіб, що полягає в максимально можливому збільшенні по­чаткового потенціалу (Х0) При Т = 0 — Це досягається за раху­нок збільшення градієнтів переносу — градієнту температури, тиску, концентрації, напруги струму або іншої переносимо субстанції.

Згідно з молекулярно-кінетичною теорією взаємодії підви­щення температури в зоні реакції призводить до збільшення швидкості руху молекул (іонів, атомів), через що зростає ймовірність їх зіткнення і взаємодії. Крім того, підвищення температури збільшує внутрішню енергію взаємодіючих час­ток, а це збільшує кількість ефективних контактів між ними. За Правилом Ареніуса Банг-Гоффа підвищення температури в зоні реакції на 10°С збільшує швидкість реакції в 2-4 рази. Та­ким чином, вплив підвищення температури на швидкість про­цесу має комплексний характер. Воно впливає як на потенціал, так і на кінетичний коефіцієнт. Проявом останнього є зростан­ня коефіцієнтів дифузії, тепло — та масообміну й ін.

Шляхом підвищення температури інтенсифікують проце­си термічного сушіння, уварювання, випарювання, розчинен­ня, десорбції та інших. Для цього підвищують температуру в робочій зоні або попереднім нагрівом продуктів, або підігрівом робочої зони за допомогою барботування гарячої пари, змійовиків або обігрівальних кожухів. У випадку зворотних процесів — конденсації, кристалізації, абсорбції, адсорбції, сублімації збільшення швидкості процесу досягають зниженням температури в робочій зоні. Це можливо шляхом попереднього охолодження продукту або безпосереднім охо­лодженням робочої зони апарата.

Значно більшого ефекту інтенсифікації можна досягнути шляхом одночасного поєднання впливу температури і тиску. Найчастіше таке поєднання використовується при проведенні процесів, частина або всі компоненти яких знаходяться в га­зовій фазі. Наслідком збільшення тиску є підвищення парціальних тисків газових компонентів, що рівнозначно збільшенню їх концентрації.

Поєднання зміни температури і тиску широко використо­вується в харчових технологіях при проведенні сорбційних, хімічних, гідромеханічних та інших процесів. Так, наприклад, у цукровій промисловості, вино — і пиворобному, безалкоголь­ному виробництвах для прискорення насичення розчинів вуглекислотою підвищують її тиск та знижують температуру рідкої фази. Для інтенсифікації процесів сушіння, випарюван­ня, уварювання поєднують підвищення температури до найбільш можливої межі зі зниженням тиску (вакуумуван­ням). У процесах конденсації, навпаки, знижують температуру і підвищують тиск. Для прискорення фільтрування та мемб­ранних процесів тиск або збільшують над мембраною, або зменшують під нею.

Але найбільш поширеним у харчових технологіях спосо­бом інтенсифікації є зміна концентрацій взаємодіючих компо­нентів, її забезпечують або підвищенням початкової концент­рації вихідних компонентів, або зменшенням рівноважної за рахунок відведення цільового продукту з робочої зони. Для підвищення початкової концентрації, в залежності від агрегат­ного стану компонентів, проводять сортування, очищення, збагачення твердих видів сировини, а у випадку рідин або газів — концентрування, очищення від шкідливих домішок, підвищення тиску. Відведення цільового продукту також можна здійснювати різними способами в залежності від його агрегатного стану: твердого — осадженням, фільтруванням, центрифугуванням; газо — або пароподібного — видаленням, конденсацією, вибірковою адсорбцією або абсорбцією; рідкого — кристалізацією, діалізом, відсмоктуванням тощо.

В гетерогенних процесах збільшенню рушійної сили сприяє зростання або оновлення поверхні фазових контактів реагуючих речовин. Це призводить до збільшення ймовірності контактів та взаємодії реагентів, що рівнозначно підвищенню концентрації. Збільшення поверхні фазових контактів в гете­рогенній системі "газ — рідина" зазвичай досягають такими за­собами, як:

♦ утворення тонкого шару або плівки рідини шляхом її розподілу на поверхні насадок або інших носіїв (бара­банні сушарки, насадкові абсорбери, плівкові випарні апарати);

♦ створення рідкого аерозолю шляхом розпилювання, розбризкування рідини в певному робочому об’ємі газу (розпилювальні сушарки, льодогенератори, коптильні агрегати з рідкими аерозолями);

♦ диспергування газової фази в рідині (реактори-барботери, тарілчасті ректифікаційні апарати, сатуратори, пінні апарати з завислим шаром).

В гетерогенних системах "газ — тверде тіло" або "рідина — тверде тіло" збільшення поверхні фазових контактів забезпе­чується такими засобами:

♦ зменшенням розміру часток твердої фази та рівномір­ним її розподілом в робочому об’ємі рідини або газу;

♦ інтенсивним механічним перемішуванням подрібненої твердої фази у робочому об’ємі;

♦ створення завислого ("киплячого") шару подрібненої твердої фази шляхом продування через нього газу або пропусканням потоку рідини.

Ці засоби збільшення або оновлення поверхні фазових контактів широко використовуються в конструкціях багатьох технологічних машин та агрегатів для сушіння, коптіння, соління, очищення, освітлення харчових продуктів.

Інтенсифікацію технологічних процесів можна, як зазна­чено вище, забезпечити також шляхом збільшення кінетичних коефіцієнтів. Розроблено велику кількість таких способів при­скорення перебігу перетворень. В їх основу покладено руйну­вання або зменшення товщини прикордонного рівноважного шару, зміну властивостей або структури взаємодіючих у про­цесі компонентів. Для руйнації чи зменшення рівноважного шару, що утворюється на межі розділення фаз, використову­ють різні методи збуджень: вібрацію, турбулізацію, активацію поверхні, імпульсні зміни (пульсацію) температури, тиску, на­пруги тощо.

Контрольні питання

1. Наведіть кінетичні закономірності технологічних процесів.

2. Опишіть рівняння фізико-хімічної кінетики.

3. Що таке принцип Ла-Шателье?

4. Які умови рівноваги системи?

5. Опишіть закон Фурє.

6. Наведіть визначення і математичний вираз закону Ньютона.

7. Наведіть визначення і математичний вираз закону Дарсі.

8. Наведіть визначення і математичний вираз закону Гука.

9. Наведіть визначення і математичний вираз закону Ома.

10.Охарактеризуйте принцип раціонального використання сировини.

11.Охарактеризуйте принцип інтенсифікації технологічних процесів.

12.Охарактеризуйте принцип раціонального використання енергоресурсів та устаткування.

13.Охарактеризуйте принцип скорочення тривалості процесу.

Реферати

Реферати :

Вам буде цікаво:

Tagged with: , , , , ,
Posted in Теоретичні основи технології харчових виробництв
Перелік предметів:
  1. Інформаційні технологіі в галузі
  2. Інформаційні технологіі в системах якості стандартизаціісертифікаціі
  3. Історія української культури
  4. Бухоблік у ресторанному господарстві
  5. Діловодство
  6. Мікропроцесорні системи управління технологічними процесами
  7. Науково-практичні основи технологіі молока і молочних продуктів
  8. Науково-практичні основи технологіі м’яса і м’ясних продуктів
  9. Організація обслуговування у підприємствах ресторанного господарства
  10. Основи наукових досліджень та технічноі творчості
  11. Основи охорони праці
  12. Основи підприємницькоі діяльності та агробізнесу
  13. Політологія
  14. Технологічне обладнання для молочноі промисловості
  15. Технологічне обладнання для м’ясноі промисловості
  16. Технологічний семінар
  17. Технологія зберігання консервування та переробки молока
  18. Технологія зберігання консервування та переробки м’яса
  19. Технологія продукціі підприємств ресторанного господарства
  20. Технохімічний контроль
  21. Технохімічний контроль
  22. Управління якістю продукціі ресторанного господарства
  23. Вища математика 3к.1с
  24. Вступ до фаху 4к.2с.
  25. Загальні технології харчових виробництв
  26. Загальна технологія харчових виробництв 4к.2с.
  27. Мікробіологія молока і молочних продуктів 3к.1с
  28. Математичні моделі в розрахунках на еом
  29. Методи контролю харчових виробництв
  30. Основи фізіології та гігієни харчування 3к.1с
  31. Отримання доброякісного молока 3к.1с
  32. Прикладна механіка
  33. Прикладна механіка 4к.2с.
  34. Теоретичні основи технології харчових виробництв
  35. Технологія зберігання, консервування та переробки м’яса
  36. Фізика
  37. Харчові та дієтичні добавки
  38. Фізичне виховання 3к.1с

На русском

  1. Методы контроля пищевых производств
  2. Общая технология пищевых производств
  3. Теоретические основы технологий пищевых производств
  4. Технология хранения, консервирования и переработки мяса
LiveInternet