Программа вступительных испытаний в аспирантуру по образовательным программам высшего образования – программам подготовки научно - педагогических кадров в аспирантуре (стр. 2 )

Ситовой анализ проводится для определения фракционного состава сыпучих материалов. Он осуществляется с помощью специального набора сит, которые устанавливают друг над другом. Диаметр отверстия в этих ситах уменьшается постепенно от верхнего сита к нижнему.

Сыпучие материалы принято характеризовать размером сита, задерживающего их со знаком "плюс". Так сырье, прошедшее через металлическое сито № 3 и задержанное ситом № 2, обозначается так: фракция (-3, +2) мм.

Прессование. Сущность процесса заключается во внешнем давлении на обрабатываемый материал при помощи прессов. При этом могут преследоваться следую­щие цели:

1) отделение жидкости от твердого тела, что связано с филь­трацией отжимаемой жидкости через капиляры осадка. Одновременно наблюдается уплотнение и брикетирование осадка;

2) придание пластическим телам определенной геометрической формы (формование и штампование);

3) связывание частиц зернистых материалов в более крупные аг­регаты определенной формы при помощи связующей жидкости и соот­ветствующего давления.

Отделение жидкости. В пищевой промышленности подвергаемые давлению массы имеют сложную клеточную структуру. Чтобы уменьшить сопротивление этих структур выделению из них жидкой фазы, перед отжатием их подверга­ют предварительной механической, гидротермической, тепловой или электрической обработке.

При отжатии на процесс влияют следующие основные факторы: давление, под которым происходит отжатие и качество материала т. е. характер его клеточной структуры и степень ее разрушения при предварительной обработке. Эти показате­ли характеризуются некоторой константой С; содержание жидкой фазы х0, измеряемое в массовых процентах;

продолжительность процесса;

термические условия отжатия;

толщина слоя материала.

При отжатии наблюдаются явления, свойственные процессу филь­трации, описываемых уравнением Пуазейля:

V=Δpd2 nFt/(32 μ l),

где V-расход жидкости, м3/с;

Δp - перепад давлений, Па;

d- диаметр пор, мм;

n- количество пор;

F- площадь поверхности, м2;

t - время, с;

μ - коэффициент динамической вязкости, Па. с;

l - длина пор, мм.

Формование пластических материалов.

Течение пластических вязких тел не подчиняется закону Ньютона для истинно вязких жидкостей. Бингам предложил для таких тел сле­дующее уравнение:

P/F= μ (dw/dy)+t0,

где P-усилие сдвига, Н;

F-площадь соприкасающихся слоев, м 2;

dw/dy-градиент скорости, м/с;

μ - динамическая вязкость, Па. с;

t0 - предел текучести, Н/м 2.

Течение пластических тел связано с релаксацией. Релаксацией называется уменьшение напряжения в теле при постоянной, фиксиро­ванной деформации. Для пластически вязких тел время релаксации имеет определенную продолжительность, характеризующую механические свойства тела. Под периодом релаксации понимают время, в течение которого напряжение при постоянной деформации падает в е раз, где е - основание натуральных логарифмов.

Прессование (брикетирование).

Прессование происходит в специальных формах (матрицах) при помощи пуансонов, сжимающих материал. Уплотнение массы характери­зуется коэффициентом прессования b:

b=((V1-V2)/V1)100,

где V1 и V2-объем массы до и после прессования, соответственно.

Степень уплотнения массы зависит от величины прилагаемого давления, свойств массы, конструктивных особенностей пресса и ре­жима прессования.

Давление прессования связано с величиной уплотнения уравнени­ем, предложенным :

b=b0-jln(p/p0),

где b-коэффициент уплотнения, равный отношению объема брикета к объему твердой фазы в нем при давлении прессования р;

b-то же в исходном продукте при давлении р0;

j-модуль прессуемости, зависящий от свойств вещества..

Данное уравнение выведено для идеального прессования т. е. для следующих допущений: отсутствуют потери давления о стенки матрицы; прессованию подвергается масса, состоящая только из твердой фазы и конструктивные факторы не влияют на процесс.

Вопросы для самопроверки по теме № 4

1.  Что такое ситовый анализ материала?

2.  Что такое дифференциальная и интегральная кривые распределения и как их строят?

3.  Как определяют средневзвешенный диаметр частиц?

4.  Что такое «сход» и «проход» материала?

Тема 5

Гидромеханические процессы. Краткие сведения по гидростатике и гидродинамике потока. Методы разделения неоднородных систем. Классификация неоднородных систем. Эффект разделения. Осаждение в гравитационном поле. Отстаивание. Кинетика осаждения Основы расчета отстойников. Осаждение в движущемся потоке жидкости. Конструкции отстойников периодического и непрерывного действия. Осаждение в поле центробежных сил. Сущность процесса. Центробежная сила и фактор разделения. Отстойное центрифугирование. Периоды работы отстойной центрифуги периодического действия. Центрифуги непрерывного действия. Суперцентрифуги. Однокамерные и многокамерные сепараторы. Применение центрифуг, циклонов и сепараторов в рыбной промышленности.

Осаждение в поле электриче­ских сил. Физическая сущность и механизм электроосажде­ния. Работа электрофильтра. Основы расчета элек­трофильтров. Элек­трокопчение и электропаниро­ва­ние. Принципиальные схемы ап­па­ратов для электрокопчения и электропанирования. Теория псевдоожижения. Критические скорости. Применение "кипящего слоя" в рыбной промышленности.

Литература

[4] стр. 16-45, [3] стр. 10-17, 28-39. [4], c. 114-125.

Методические указания

В пищевых производствах к гидродинамическим процессам отно­сятся: разделение неоднородных систем (осаждение и фильтрация), перемешивание и псевдоожижение сыпучих материалов.

Основой гидродинамических процессов является движение жид­кости или газа. Движущая сила процесса - гидростатическое или гидродинамическое давление.

Неоднородные (гетерогенные) системы возникают или естествен­ным путем или в результате производственного процесса. Определение неоднородной системы (НС). Фазы дисперсионная и дисперсной. Жидкие и газо­вые неоднородные системы.

В качестве определяющего размера принимают эквива­лентный диаметр частиц, dэкв .

Этот переход называют инвер­сией фаз или просто инверсией.

В технологических процессах пищевых производств часто прихо­дится разделять НС на составные части. Методы разделения выбирают в зависимости от вида НС, ее физических и химических характерис­тик. Два основ­ных метода разделения НС: осаждение и фильтрование. В процессе осаждения частицы движутся относительно сплошной среды. В зависимости от взаимного движения фаз различают частицы остаются неподвижными, а сплошная дисперси­онная среда движется через концентрированную дисперсную фазу или через специальную, пористую перегородку. В чистом виде ни один из этих процессов не имеет места. Процессы фильтрации в той или иной степени сопровождаются и осаждением.

Разделение НС производят в гравитационном, центробежном, электрическом поле и поле сил давления.

Осаждение. Условием для проведения процесса осаждения является наличие разности плотностей частиц и среды т. е. эффективной плотности ρэ = ρч-ρс.

Осаждение в гравитационном поле применяется для разделения суспензий, эмульсий, дымов и пылей. Скорость осаждения при этом не велика, поэтому процесс осаждения в гравитационном поле не эф­фективен для выделения из системы частиц с высокой степенью дис­персности. Силы действующие на частицу. Коэффициент сопротивления среды зависит от режима движения частицы, который определяется критерием Рей­нольдса Re. Для ламинарного режима скорость осаждения можно определить по формуле wос=d2 g(ρч - ρc)g/(18μc), которая носит название формулы Стокса. Для турбулентного режима можно получить уравнение Wос =5,45 d(ρч - ρc )/ρc)g. В практике возникает задача обеспечения необходимой произво­дительности отстойника. Производительность отстойника V можно оп­ределить из выражения V=WосF, где F-площадь поверхности осаждения, м2.

Два метода определения скорости осаждения: метод Стокса и метод Лященко.

Коэффициент формы f. Стесненное или солидарное осаждение. Коэффициент l, учитывающий объемную концентрацию. Аппараты для проведения процесса осаждения. Аппараты для проведения процесса осаждения в гравитационном поле называются отстойниками. По способу проведения процесса отс­тойники разделяются на периодического, полунепрерывного и непрерывного действия.

Разделение НС методом осаждения в поле центробежных сил на­зывают центробежным отстаиванием. Действующей силой процесса яв­ляется центробежная сила, а действующим ускорением - центробежное ускорение, т. е. а = ω2r, где ω - угловая скорость вращения частицы, 1/с; r - радиус вращения части­цы, м /с.

Применение центробежного осаждения оценивается фактором разделения - Fr. Фактор разделения представляет собой видоизменен­ный критерий Фруда.

Аппараты, применяющиеся для разделения НС в центробежном по­ле называются отстойными центрифугами. Основным органом центрифуги явля­ется барабан. Для отстойных центрифуг барабан выполняется сплош­ным, без отверстий. Все центрифуги условно по величине фактора разделения делят­ся на нормальные - с Fr < 3000- и сверхцентрифуги (ультрацентрифу­ги), с Fr > 3000.

Устройство и работа циклонов. Пути повышения эффективности разделения в циклоне. Аэро - и гидроциклон, батарейный циклон. Расчет циклона.

Вопросы для самопроверки по теме № 5

1.  Какие аппараты применяют для улавливания пыли?

2.  Устройство и принцип действия циклона.

3.  Каковы причины возникновения центробежной силы в циклоне?

4.  Что такое фактор разделения?

5.  Как влияют скорость газового потока и диаметр циклона на фактор разделения?

6.  С какой целью применяют батарейные циклоны?

7.  Что вы понимаете под степенью очистки?

8.  Каковы факторы, влияющие на гидравлическое сопротивление циклона?

9.  Чем отличается фиктивная скорость газа от действительной?