 |
Семестр 1. Вторая половина
|
|
|
|
Конспект лекций
ЛЕКЦИЯ 8
Фильтрование
Процесс выделения твердой фазы из гетерогенных систем за счет пропускания через пористую перегородку (фильтр).
Различают следующие виды фильтрования:
1.С образованием осадка (не забивает поры фильтра).
2.С закупориванием пор (без осадка).
3.Промежуточный (с образованием осадка и закупориванием пор).
При этом направления силы тяжести и движения жидкости могут быть одинаковыми (рисунок 3.9.1), а могут быть противоположными (рисунок 3.9.2). Второй вариант лучше, т.к. поры меньше забиваются. Движущая сила (Δр) может создаваться за счет избыточного давления (рисунок 3.9.3) над фильтром (сжатый воздух, насос) или разряжения рисунок (3.9.1) за фильтром (вакуумный насос).
Рисунок 3.9 - Фильтрование
Скорость фильтрования: 
Где RП – сопротивление перегородки, RO – сопротивление осадка.
Мембранные методы разделения
Можно в некоторой степени отнести к фильтрационным методам.
Относят:
1.Обратный осмос.
2.Ультрафильтрация.
3.Микрофильтрация.
В качестве фильтрующих перегородок используют полупроницаемые мембраны (молекулярно-ситовые): пористые, непористые, гладкие.
Размер пор у пористых мембран 0,5мкм (10-1 – 10-10м) – пленки на ацетатцеллюлозной основе. Характеризуются – проницательностью, селективностью.
Селективность – способность избирательно пропускать те или иные вещества.
,
где Х – концентрация вещества в исходной системе и фильтрате.
Проницаемость, удельная производительность: 
Ультрафильтрация и обратный осмос
Осмос – вода проходит 2/3 мембрану и разбавляет раствор до равновесного состояния.
 |
Р<p Р=p Р>p
Н р-р Н Н2О
|
|
|
Н2О р-р
Н2О Н2О Н2О
Рисунок 3.10 – Схема обратного осмоса
P - осмотическое давление, р - гидростатическое давление.
РП – сила гидростатического давления, создаваемое столбом жидкости высотой Н.
Теоретически (уравнение Вант-Гоффа): 
Где i – постоянная Вант-Гоффа, М – масса, кг.
Движущей силой процесса является: 
Ризб – избыточное давление над раствором.
В осмотическом процессе: 
Ультрафильтрация: 
- разделение высокомолекулярных соединений.
 |
Рисунок 3.11 – Аппарат для обратного осмоса
Газоочистка
Разделение неоднородных газовых систем (газоочистка) – выделение из аэрозолей частиц твердой и жидкой фазы.
Цель: технологическая и защитная.
Технологическая – при сушке отделение сушильного агента (воздух), аэрация в биохимических процессах, пневмотранспорт.
Защитная – очистка воздуха от вредных примесей.
Различают 5 способов разделения и очистки:
1.Осаждение под действием силы тяжести (крупные частицы больше 100мкм);
2.Осаждение под действием центробежных сил (частицы больше 10 мкм);
3.Фильтрование (частицы меньше 10 мкм, пыль). От микробиологических, бактерицидных веществ.
4.Мокрая очистка (тонкодисперсные системы 5-30 и 2-5 мкм);
5.Осаждение под действием электростатических сил (почти не применяется в пищевой промышленности, так как трудно обеспечить безопасность).
1 – гравитационный осадитель, 2 - циклон, 3 – рукавный фильтр, 4 – аппарат для мокрой очистки, 5 – аппарат для электроочистки
3.12 – Аппараты для газоочистки
Степень очистки: 
Где Х1 – концентрация в аэрозоли, Х2 – концентрация в очищенном газе.
ЛЕКЦИЯ 9
Механические процессы
К механическим процессам относятся: измельчение,прессование, смешивание и сортировка сыпучих материалов.
Измельчение
Измельчение – деление твердого вещества материала на части.
|
|
|
В зависимости от размеров исходного и измельченного кусков различают:
1. Дробление, которое делится:
| dисх, мм | dкон, мм | |
| крупное | ||
| среднее | ||
| мелкое | 1–5 |
2. Помол, который подразделяют:
| dисх, мм | dкон, мм | |
| грубый | 1–5 | 0,1 –0,04 |
| средний | 0,1 – 0,04 | 0,015–0,053 |
| тонкий | 0,1 – 0,04 | 0,005 – 0,001 |
| коллоидный | 0,1 | < 0,001 |
Основной показатель - степень измельчения, которую подразделяют: 1. Линейная i = dН / dK
2. Объемная а = i3
dН и dK – начальный и конечный диаметр кусков материала, если куски имеют не шарообразную форму, то считают средний диаметр:
Циклы измельчения делятся (рисунок 4.1):
1. Открытые: 1.1 простой; 1.2 с предварительным сортированием.
2. Замкнутые: 2.1 с предварительным сортированием и поверкой; 2.2 с поверочным сортированием.
 |
Рисунок 4.1 – Циклы измельчения
Способы измельчения:
1 Раздавливание, материал деформируется по всему объему.
2 Раскалывание, материал контактирует с клинообразным рабочим элементом.
3 Разламывание, за счет изгибающих сил.
4 Резание, используется нож. Можно получать куски определенного размера и формы.
5 Распиливание, использование пилы. Также получают заданные форму и размер кусков материала.
6 Истирание, для тонкого помола.
7 Измельчение при ударе. Различают свободный (7.1) и стесненный (7.2) удары.
 |
Рисунок 4.2 – Способы измельчения
Работа на измельчение: 
Где As – работа на образование новой поверхности,
АV – работа на объемную деформацию материала,
Ауд – удельная работа образования одной единицы новой поверхности,
dн – начальный размер,
s - предел прочности,
Е – модуль упругости Юнга.
Для измельчения применяют следующие аппараты (рисунок 4.3):
1. дробилки: щековая (1), конусные (2), вальцовая или валковая (3), молотковая (4), дисковая (5).
2. шаровые мельницы (6).
3. жернова (7).
 |
Рисунок 4.3 – Аппараты для измельчения
Прессование
На продукт оказывается давление, под действием которого происходит изменение его свойств и формы. Различают:
1) отжатие (жидкость от твердых компонентов);
2) формование и штамповка (кондитерские изделия, котлеты и т.д.);
3) прессование или брикетирование (в т.ч. таблетки);
|
|
|
4) экструзия – продавливание материала через профилирующие головки с одновременной термообработкой.
Факторы, влияющие на процесс прессования: 1) давление, чем больше, тем эффективнее, производительнее, но потеря ценных компонентов, засорение жидкой фазы твердой, перерасход энергии;
2) прочность и размер прессуемого материала, толщина слоя (требуют повышения давления и расхода энергии);
3) продолжительность процесса;
4) температура.
Перечисленные в пп. 3 и 4 характеристики с ростом их значения повышают производительность, но повышают расход энергии, при этом может произойти снижение пищевых свойств продукта.
Расчетные характеристики:
Коэффициент уплотнения: 
; (3–20)
Коэффициент прессования: 
; (составляет 60–95 %)
Критерий Фурье: 
,
с – константа прессования, м2/с; h – высота слоя.
Работа прессования: 
,
S – поперечное сечение.
Аппараты: прессы, формовочные, штамповочные аппараты, экструдеры.
|
|
|
