Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Разделение жидких и газовых неоднородных систем




Не однородной наз. систему сост-ю из нескольких фаз имеющих разное агрегатное сост-ие. Фаза кот. находится в мелкораздробленном состояние наз. дисперсной фазой(внутренняя). А фаза предст-я собой среду в кот. распред-ны частицы дисперсной фазы наз. дисперсионной фазой (внешняя ). В зав. от сочет-я и размеров дис-й фазы имеется классиф-я:

внешняя фаза внутр-я фаза размер ч-ц внутр-й фазы наим-е системы примечание
газ тв.ч-цы 5-100 пыль механич-я газовая сис-а
г тв.ч-цы 0,3-5 дым
г ж 0,3-3 туман конден-я газ. с-а, аэрозоль
жидкость тв.ч-цы св.100 грубая суспензия взвеси
ж тв.ч-цы 0,5-100 тонкая суспензия
ж тв.ч-цы 0,1-0,5 муть
ж тв.ч-цы менее 0,1 коллоид-ный р-р
ж ж менее 0,5 эмульсия сущ. возм-ти перехода дисп-й фазы в дисп-оную и обратно (инверсия)
ж г - пена

Методы разделения: 1) отстаивание - движущей силой явл. Fтяж; 2) осаждение - дв. силой явл. Fтяж, Fц, эл. и окустич-е поле; 3) фильтрование. При отст-и и осаж-и выделяют две разнов-ти этих проц-в: свободное отст-е/осаж-е (ч-цы дисперсной фазы дв-ся не контактируя с сосед-ми ч-ми) и стесненное отст-е/осаж-е (ч-цы сталкив-ся с сос-ми ч-ми). В проц-се осаж-я/отст-я выдел-т 3 режима движ-я дисперсной фазы: ламинарный, перех-ый и турбулентный. В целом ивес-е законом-ти процесса свободного осаж-я/отст-я ч-ц показ-т,что скорость осаж./отст. увел-ся с увел-ем размеров и плотности ч-ц, и умен-ся с увел-ем плотности и вязкости дисперсной фазы в кот происх-т проц-сы осаж./отст.. При осаж-и под дейст-ем Fц обычно созд-ся усл. когда Fц (явл. движущ-й силой) в несколько раз превышает Fтяж. Степень прев-ния Fц над Fтяж наз. фактором разделения Kp2R/g,где ω-частота вращ-я, R-радиюс вращ., g-ускорение своб-го падния.

Отстойники - аппараты для раздел-я неоднородных систем отстаиваниия. В отст-ках должны собл-ся два усл.: 1. продолж-ть прибыв-я потока в апп-те должна быть равна или больше времени осажд-я ч-ц.; 2. линейная скорость потока должна быть меньше скорости осажд-я ч-ц.. Отст-ки делятся на три группы по цикличности работы: периодического дей-я; непрерывного д-я; полу-непрерывного/полу-периодического д-я. В апп-х переод-го д-я подача исх. матер-ла и удаление разл. фаз производ-ся период-ки. В ап-х непрер-го д-я и подача исх. мат-ла и удал-е разл. фаз произ-ся непрер-но. В ап-х полу-непрер-го/полу-переод-го д-я подача исх. мат-ла произ-ся непрер-но, а удал-е осажд-й дисперсной фазы произ-ся период-ки. Для разд-я отст-я исп-т ап-ты предст-е собой резервуар с коническими или плоским днищем. Имеются особ-ти хар-ра отст-я: если плотность ч-ц дисперсной фазы больше плот-ти среды,то осадок накап-ся в нижней части ап-та, ести плот-ть ч-ы дсперсной фазы меньше плот-ти среды то осадок накап-ся в верх-й части ап-та. Расчет отст-в период-го д-я сводится к опред-ю площади отст-я и объема отст-ка. От площади отст-я (F0) зав-т произво-ть отст-ка,а то V зав-т объем нак-го осадка. Отст-ки полу-непрер-го д-я пред-т собой канал или длинную ванну: с одного края подается исх. мат-л и по каналу он течет медленно,с др. конца дисперсная фаза стекает. Отст-ки непрер-го д-я два вида: гребковые и безгребковые. Осадите-е отст-ки центрифуги. Основным рабочим орг-м явл.вращ-ся барабан. По величине фактора разделения делятся на 2 группы: 1. Kp≤3000-нормальные; 2. Kp<3000- ультра центрифуги. По режиму работы цент-ги под-т на 3 вида: периодич-го д-я,непрер-го д-я и полу-непр-го /полу-период-го д-я. Центр-ги бывают кассетные и барабанные. Распрас-й цент-гой непрер-го д-я явл. шнеквая цент-га. Для разд-я тонко диспер-х суспензий прем-т цент-ги сепараторы. Трубчатые сверх цент-ги ап-ты полу-непрер-го д-я. Циклоны- цен-ги в кот. нет вращ-ся барабана.вращ. сам исх-й барабан. Цикл-ны прем-т для разд-я неодн-х сис-м: ж-тв.ч-цы;г-тв.ч-ца;г-ж. Для повыш-я КПД аэроциклонов: а)цикл-ны расп-т с батареей с послед-м или парал-ым прохожд-я исх. мат-ла; б)расп-т один цикл-н внутри др.; в)объед-т циклоны с фильтрами(фильтр внутри цикл-на). Гпдроцикл-ны обычно имеют размеры от 10 до 500 мм. Мелкие цикл-ны объедин-т с батареей наз. мультициклоны.

Фильтрование

Фильт-ем наз проц-с раздел-я неоднор-й сис-мы тв. дисперсной фазой основан-й на задерж-и тв. ч-ц пористыми перегородками. По целевому назнач-ю фил-ре може быть: очистным (целевым продуктом явл. очищенная дисперсионная фаза-фильтрат) и продуктовым (целевой продукт-осадок). В процессе фильтр-я осадок может выдел-ся в виде слоя на поверх-ти фильт-й перегородки или в самой фильт-й перегородки забивая ее поры. В соотв-и с этим разл-т фильт-е: с образ-ем осадка; с забиванием пор. в кач-ве фильт-й перег-ки исп. ткани растит-го,животн-го ли минер-го происх-я, ткани из ситнет-х волокан,песок,гравий и тд. Иногда в кач. перегор-ки может служить слой осадка. Тогда для большей скорости раздел-я суспензии с малой конц. тв. фазы,либо сод-й,либо сод-й слизистую в-ва,фильт-е пров-т в присут-и спец. вспомогат-х в-в препятст-х закупорив-ю пор. В кач. вспомог-х в-в исп. много измельч-й актив-й уголь. Вспом-е в-ва добав-т в фильт-й мат-ал,либо предв-но носят на фильт-ю перег-ку.они способ-т слипанию ч-ц осадка в более крупныеагр-ты кот. не проникают в поры фильт-й перег-ки и обл-т большей пористостью т.е. пониженным гидвавл-м сопротив-м. Осадки получ-е при фильт-и могут быть сжимаемые - уплотняются при повыш-и давления на них; несжимаемые -не уплотняются. Движущий слой проц-са фильт-я явл. разность давления по сторонам фильт-й перег-ки. Разность получ-т разл-ми способами: созд-е избыточного давл-я со стороны фильт-о мат-ла; созд-ем разряжения со стороны выхода фильт-и. Фильт-е ведут 1. при постоян-й природе давл-я; 2. пост-й скорости фильт-и; 3. при одноврем-м измен-и и преада давл-и и скорости фильт-я. Наиболее часто фильт-е проводят при пост-м перепа-де давле-я. Осн-е уравн-е фильт-я: dV/dτ=ΔP/μ(Rф.п.+Rос), где dV- изм-е объема отфильт-й массы прод-та; dτ- прод-ть фильт-я; dV/dτ -скорость фильт-я; ΔP -перепад давления по сторонам фильт-й прег-ки; Rф.п -сопрот-е фильт-й прег-ки; Rос -сопрот-е осадка; μ -вязкость ж. фазы.
Дисков-е ф-ры изб-го давл-я: работает в присут-и вспом-х в-в (накрыв-т ф-р матер). Оно способ-т укреп-ю ч-ц осадка. Вспом-е в-ва: актив-й уголь, бентонит. Мембранное раздел-е. Ультрафил-ия. Осн-но на примен-и спец. полупрониц-х мемб-н. Полупрон-е мебр-ны сортируют жидкие и газооб-е среды по размеру мол-л среды т.е. мемб-на пропускает низкомолек-е в-ва (пр. вода) и задерживает высокомоек-е (пр.белковые, крахмальные мол-лы). В кач. таких мемб-н исп. спец. пленки, Ме фольгу, пористое стекло и др. Движ-й силой мемб-го разд-я может быть: разница давлений по сторонам мемб-ны; раз-ца темпер-р или Эл. потанц-ла. Если движ. сила разность давлений то мемб-е разд-е наз.Ультрофильтрацией. Процесс ультроф-и зимеет пренц-е раз-е от обычной фильт-и закл-ся в том, что в нем не обр-ся осадка. В рез-те ульт-и получ-т два раст-ра: 1 обогащен высокомол-ми в-ми, др. низкомол-ми вещ-ми. Сущ-т два апп-в мемб-го раз-я: ап-ты с плоскими камерами и ап-ты с труб-ми элем-ми. Типы фильт-х аппар-в:

Тепловые и массообменные процессы.

Теплообменом наз. симопроиз-й необратимый перенос теплоты в простр-ве с неоднород-м полем темпер-ры. Поле темпер-ры -совок-ть значений темп-ры во всех точках некот-й простран-й области в данный момент времени. Перенос теплоты всегда происх-т от более горячего к менее горячиму. Три способа передачи теплоты: Теплопроводность (в тв. телах); Конвекция (в ж. и г. вещ-х); Излучение (радиация)-передача теплоты электромагнит-ми волнами. Перенос теплоты излуч-м обуслов-н оптич-ми св-ми и темп-й тел. Передача теплоты м/д тв. телами при их непосредст-м контакте наз. кондукивной теплопередачей. Передача теплоты м/д тв., ж и газооб-ми телами наз. конвектированием. Тела участ-е в тепло обмене наз. теплоносителями. В зав. от целей технол-й в пищ. произ-х сущ. след. тепло-е проц-сы: 1. нагревание и охлождение; 2.конденсация паров; (испрение); 3.кипение жид-ти.

Нагревательные реагенты и способы нагрев-я. Самым распр-м теплоносит-м в пищ. произ-ве явл. водяной пар. Достоин-ва вод. пара: 1)обл. высокой удельной теплотой пара образ-я. 2) постоянство темп-ры его кондин-и при заданном давлении. 3)не таксичен. 4)взрывоопасно безопасен. 5)дешев. Иногда исп-т перегретый пар.Его исп-т при усл. что перегрев не велик в пределах 30º. Недост-к: необх-ть созд-я относит-но высокого давления для получ-я темп-р св. 160º. Два способа нагрев-я вод. паром:обогрев глухим паром и обогрев острым паром.При обог-ве глух. паром тепло от пара нагрет-му мат-лу перед-ся ч/з какую-либо перегородку(стенка теплооб-го ап-та). При обогр-е острым паром пар непоср-но контакт-ет с нагрев-м мат-м. 2 по маштабам прем-я теплонос-я явл. горячая вода. Её исп-т для нагрев. до 100ºС. Коэф-т теплоотдачи принагр-и горяч.водой во много раз ниже чем при теплоотд-чи вод. пара при его кондин-и. Нагрев. горяч. водой сопров-ся сниж-м её темп-ры вдоль поверх-ти теплооб-на по ходу движ-я.Иногда исп. перегрет-ю воду,недост-м её явл. то,что для ее получ треб-ся очень высокие давл-я. В теплооб-х устан-х с обогр-м горяч.водой и др. жид-ми обычно исп. циркулир-й способ обогрева при кот.пригон-й теплоносит-ль пост-но циркул-т м/д источн-м теплоты и теплооб-м ап-м. Цирк-я теплонос-ли может осущ-ся как принудит-но(имеется насос кот. заставл-т двиг-ся), так и естест-м путем. Высокотемп-е орг-е насит-ли(ВОТ). Могут примен-ся как в ж. так и пара обр-м сост-и. Исп. для нагрев. до 400 ºС. Это могут быть масла, минер-е масла, этиленгликоль, глицерин, нафталин и др..Осн. дост-во ВОТов в том,что можно получ. высокие темп-ры без высок давл-й. В кач. теплон-й могут исп. топочнве газы, еще исп. электрич-й способ наг-я. Электронагрев осущ. разл-ми способ-ми: 1.нагр. эл. сопрот-м,ткой нагрев осущ. при прох-и эл. тока ч/з спец. эл-ты обл. высоким эл. сопрот-м или прох-м эл.тока ч/з нагрев-е тело(нагрев до 1000 ºС). 2.индуктивное нагр-е. 3.высококач-е нагр.(печки СВЧ) исп. для мат-в не пров-х эл. тока. Охлад-е агенты. Для охл-я до тем-р 10-30 ºС наиб-е часто исп. воду и воздух.Атм-й воздух исп. как охл-й агент исп.при его принуд-й циркул-и с пом-ю винтелят-в. Массовый расход возд. по ср. с водой примерно в 4 раза выше при один-й степени охл-я. Это обусл-но тем,что у воды коэф-т теплоотд-чи у возд. меньше чем у воды. Кроме того часто исп-т охл-е льдом (до 0ºС). Если исп. смесь льда с повар-й солью,то можно получ. темп-ру до 20 ºС.Самую назкую тем-ру охл.(-21 ºС) можно получ при смеси льда и 29% смеси повар-й соли. Охл-е до тем-р ниже 0 ºС прим-т спец. хладагенты таки как аммиак и гр. в-в хладоны.

Теплообменные аппараты.

Теплооб-ки- это ап-ты в кот. проис-т телооб-н м/д греющей и нагрев-й средами. По принц-пу дейст-я теплооб. подр-т на поверх-е,смесит-е и регенератив-е. Поверх-е делятся на: смесители с трубчатой поверх-ю теплооб., с плоской поверх-ю и блочные и шековые. С трубчат-й поер-ю под-ся на кожухо-трубчатые, погружные змеивекавые, оросительные и типа «труба в трубе».Теплооб-ки с плоской поверх-ю теплооб. бывают: пластинчатые, спиральные, с оребрионой поверх-ю, поверх-ю теплооб-на обр-й стенками апп-та. Смесит-е теплооб-ки: градирни, кондин-ры смеш-я, ап-ы с барбатажом газа, ап-ты с погр-ми горелками. Регенерат-е: с неподвиж-й насадкой и подвиж-й насад-й. Теплооб-ки в зав. от назнач-я,технол-х целей наз. или подогревателями, или испарит-ми,или конденсаторами, или холод-ми и т.д.

Поверхе теплооб-е ап-ты. В них греющие и нагре-е среды раз-ны стенкой (перег-й). Самые расп-е это кожухо-труб-е: теплооб. такого типа бывают одноховые,двуход-е,многоход-е. При этом многоход-е иогут быть многоход-е по трубному прост-ву,по межтруб-му прост-у и по межтр-у и труб-му.Для орган-и движ-я по межтруб-му прост-ву уст-ют перег-ки. Оребрионые теплооб.в них с целью увелич. поверх-ти тепооб-на сделано оребр-е трубок.

Смесительный теплооб-к. В этих теплооб-х нет разд-й стенки м/д теплонос-и.Теплооб-н происх-т при непосред-м контакте теплоносит-й. Различ-т ап-ты для прямоточного и противоточного смешив-я. Кроме них есть еще теплооб-е ап-ты с погружными горелками.Смес-е теплооб-ки обычно примен-ся для конденсации паров или для выпаривания жидких комп-в.

Регенеративные теплооб-ки. В этих т/обм передачав происх-т по сред-м соприкос-я одного теплонос-ля с др. теплонос-м кот. Заранее был нагрет или охлажден. Теплоон-ль кот. Предвар-но нагревают или охадж-т для т/обм наз насадкой. В кач. насадки исп-т Ме пластины, Ме шары, фольгу, кирпичи и камни.

Сушка жидких сред(выпар-е ап-ты). Для нагре-я выпар-х рас-ов до кипения исп-т водяной пар, электра обогрев, высокотем-е теплоносит-ли и редко топочные газы. Пар для обогрева ап-в наз. первичным паром,пар образ-ся при кипении р-ра.- вторичный. Ап-ты в кот. проис-т выпарив-е наз выпарными ап-ми. Эти ап-ты могут быть одно и много ступенчатыми, их еще наз. однокорпусные и многокорпусные ап-ты. В однокор-х ап-х вторичный пар либо выбр-ся в атм-ру, либо конд-ся и возв-ся в кательную. В многокорп-х ап-х вторич-й пар первых корпусов исп-ся для нагрева послед-х ап-в. По методу выпар-я устан-ки дел-ся: 1.Выпарные уст-ки повер-го типа в кот. р-р контак-т с пов-ю теплообмена. 2.Выпа-е уст-ки контак-го типа в кот. р-р непосред-но соприк-ся с греющим теплоносит-м. 3.Выпар-е уст-ки адиабатного испар-я. Все выпар-е ап-ты можно раз-ть на ап-ты со свобод-й цирк-ей р-ра, естест-й цирк-й р-ра и принуд-й цирк-й р-ра. Пленчатые выпарные ап-ты. Эти ап-ты исп-т для упарив-я вязких и пастооб-х р-в, а так же для р-ов чувст-х к высоким темп-м. В пленч-х ап-х выпарен-й р-р движиться в доль поверх-ти теплооб-на в виде тонкой пленки, что позволяет осущ-ть упарив-е за один проход р-ра без его рециркуляции. Темпер-й напор в плен-х ап-ов сост-т 2-3º,а в трубча-х 10-12º. По способу орг-и движения плен-е ап-ты дел-ся на вертикальные с падающей или восходящей пленкой и горизонт-е трубные. По принципу дей-я пленч-е ап-ты разд-т на: ап-ты с гравитацион-м течением пленки по поверх-ти нагрева; с разиазыв-ем р-ра по повер-ти обмена. Выпар-е ап-ты контактного типа. В этих ап-х греющий теплонос-ль непосред-но контакт-ет с нагрев-м р-ом. К ним отн-ся испарители с барбатажем газа. Чаще всего греющим агентом в этих ап-х явл. топочные газы в чистом виде, реже спец.газы.

Массообменныепроцессы.

Массоб-ми наз. процессы в кот осущ-ся перенос в-ва из одной фазы в др.. В пищ-х технол-х больш-во тех-х операций явл. массооб-ми (основ-е опер-и), а все осальн-е (нагрев-е,охлож-е и т.д.) явл. вспмог-ми. Основ-ми массоб-ми проц-ми явл.: сушка - удаление влаги путем нагрев-я, влаг при этом переходит из влаж-го мат-ла (тв.фаза) в окр. атм-ру (газов-я фаза). Экстрагирование - извлеч-е к-л комп-та из в-ва нах-ся в тв. или ж. фазе к-л. раст-ем. Переход в-ва из тв. или ж. фазы в ж. фазу. Кристаллизация -переход в-ва из ж. или г. фазы в тв. Адсорбция/Абсорбция - переход в-ва из г.(ж.) фазы в тв. (г.) фазу. Перегонка(ректификация). Во всех переч-х проц-х в-ва кот. обмен-ся фазы должны перемест-ся внутри одной фазы к границе раздела фаз, пересечь границу и удалиться внутрь др. фазы. Эта совок-ть 3-х стадий в-ва наз. массопередачей (массообм-м). Перенос в-ва внутри фаз может осущ-ся 2-мя спос-ми: молекуляр-й диффузией или конвективным переносом. Молек-я диффуз-я связана с переем-ем молек-л внутри в-ва. Конек-й перенос проис-т в ж.,тв. в-х и связан с больш-ми объемами переем-ся мол-л. Совок-ть компон-в фазы не перем-ся в пределах этой фазы, а созд-х среду в кот. осущ-ся перенос др. комп-в наз. носителем. Массооб-е проц-сы клсиф-ся по след. признакам: агрегатному сост-ю фазы, по способу контакта фаз, по хар-ру взаим-я фаз.. По агр-му сост-ю фаз разл-т сочит-я: г.-ж.; г.-тв. в-во; ж.-ж.; ж.-тв. фаза; г.-г.; тв.тело-тв. тело. По способу конт-та фаз: массооб-е проц-сы осущ-е непоср-м конт-м фаз (больш-во проц-в); контак-м ч/з мембрану; без границы раздела фаз(термодеф-е проц-сы). По способу взаим-я фаз: проц-сы прямоточные и противоточные. При этом имеет знач-я процесс осущ-я в ап-х переод-го или непрер-го дейст-я. Процесс переноса в-ва из 1 фазы в др. изоб-т графиками изм-я конц. перех-го комп-та

в одной и др. фазе.

Кристаллизация и растворение.

Способ-ть в-ва р-ся в ж. хар-т показ-м растворим-ю. Растворы находся в равновесии с раств-й фазой наз. насыщ-ми раст-ми. В больш-ве случаях раст-ть в-ва пов-ся с увелич-ем тем-ры р-ра, это св-во наз. полож-й раст-ю. Однако есть в-ва у кот. рас-ть умен-ся с увел-ем тем-ры,это св-во наз отриц-й раст-ю. Иногда конц. раст-го в-ва может быть > его раст-ти их наз. пересыщенными, они обычно нестабильны. Крист-я любого раст-го в-ва возможна только из пересыщ-х р-ов. Для выдел-я раст-го в-ва в виде крест-ов надо довести р-р до сост-я пересыщ-я, это достиг-ся след. способами: сгущением р-ра (выпар-е р-ля); охлажд-ем р-ра для пониж-я раст-ти рас-го в-ва; добав-ем в р-р в-в связ-х раствор-ль. Скорость пр-са крис-и зав-т: от тем-ры р-ра, степени пересыщения р-ра, скоростиобр. зародышей кристалла и т.д. Зародыш или ценры крист-и обр-ся самопроиз-но, скорость их обр-я увел-ся при присут-и примесей в р-ре,при переем-ти, при встряхив-и р-ра, изм. тем-ры р-ра. При высокоскорос-м пересыщ-и р-ра набл-ся быстрое возник-е зарод-ей кристаллов причем скорость возн-я зарод-й больше скорости роста крист-ов в этом влучае в р-ре получ-ся много, но мелких кристаллов. Для получ-я круп-х крист-в пересыщ-е р-ры следует произ-ть медленно. В пром-ти прим-ют след. методы соз-я пересыщ-х р-ов: 1.Кристал-я с удален-ем части раст-ля при помощи выпарив-я (испарен-я) или вымораж-я. 2.Крис-я с охлажд-ем или нагрев-ем при пост-ом сод-и раст-ля в р-ре.

3. Комбинированный.

 

Процессы и ап-ты пищ-х про-в разделяются на 5 клаассов:

1. механические 2. гидромех-е 3. теплообменные 4. массообменные 5. химические (биохимические).

Мех-е пр-сы –это пр-сы содержанием и целью которых является воздействие на геометрические или простран-ые хар-ки материала. И осущ-ся это воздействием ч/з тело находящееся в тв. агрегатном состоянии.(измельчение, сортирование, прессование, транспортирование)

К гидромех-м относят процессы содержанием и целью которых явл-ся воздействие на геометрические или пространственные характеристики материала и осущ-ся это воздействием через тела находящиеся в жидком или газообр-м сост-и.(фильтрование, перемешивание, транспортирование)

К массообменным (диффузионным) относят процессы содерж-ем и целью к-х явл-ся перенос на молекулярном уровне одного вещ-ва внутри другого.(растворение, сушка, экстрагирование)

К теплооб-м относят процессы содержанием которых явл-ся передача теплоты.(олажд-е, нагрев)

К хим-м пр-м относ-ся пр-сы содерж-м и целью к-х явл-ся превращением одного вещ-ва в другое, сопровождающееся выделением осадка, тепла,света и т.д..

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...