Программа вступительных испытаний в аспирантуру по образовательным программам высшего образования – программам подготовки научно - педагогических кадров в аспирантуре (стр. 3 )

10.  Что такое критическая скорость газа?

11.  При выполнении какого условия твердые частицы переходят во взвешенное состояние?

12.  Что такое порозность слоя?

13.  Пределы изменения порозности взвешенного слоя.

14.  Как изменяется зависимость порозности слоя от расхода газа?

15.  Какие факторы оказывают наибольшее влияние на критическую ско­рость?

16.  Как изменяется гидравлическое сопротивление слоя в зависимости от расхода газа?

17.  Что такое скорость уноса?

Тема 6

Фильтрация. Теория фильтрации. Ста­ционарная и нестационарная фильтрация. Классификация фильтрующих перегоро­док. Фильтрация при постоянном давле­нии. Фильтрация при постоянной скоро­сти. Фильтрация для жидкостей и фильтрация для газов. Фильтрующие центрифуги. Конструкции фильтров. Ис­пользование фильтров в рыбной про­мышленности. Мембранные процессы: микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос. Мембранные аппараты.

Литература

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

Целевая установка

Методические указания

Фильтрация - один из самых распространенных процессов пищевых производств. В процессе фильтрации поток суспензии проходит через пористую перегородку (фильтр), способную пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные частицы.

Чтобы заставить жидкий или газовый поток пройти через пористую перегородку, необходимо создать перепад давлений по обе стороны фильтрующей перегородки. В некоторых случаях фильтрация суспензий проводится в центробежном поле (центрифугирование).

Скорость фильтрации определяется объемом фильтрата, проходящего через 1 м2 поверхности фильтрующей перегородки в единицу времени:

Сопротивление фильтрации R складывается из сопротивления осадка Roс и сопротивления фильтрующей перегородки Rп, т. е.

,

где h - толщина слоя осадка, м;

r - коэффициент пропорциональности или удельное сопротивление осадка, Н×с/м4.

Объем осадка, образовавшегося на фильтре, равен произведению его площади F на толщину слоя осадка h.

Cкорость фильтрации может быть вы­ражена дифференциальным уравнением, проинтегрировав которое в пределах от 0 до t и от 0 до g, получим ,

где ,м и , м2/с - константы фильтрации, харак­теризующие условия проведения опыта.

Уравнение описывает процесс фильтрации при постоянном пере­паде давлений. Константы фильтрации вычисляются по результатам предварительно проведенных экспериментов.

Процессами мембранного разделения смесей, или мембранными
процессами, называются процессы разделения смесей посредством
полунепроницаемых мембран.

Процесс характеризуется двумя основными параметрами: проницаемостью и селективностью.

К основным мембранным методам относятся обратный осмос, ультрафильтрация, испарение через мембрану, диализ, электродиализ, диффузионное разделение газов.

В основе метода лежит явление осмоса - самопроизвольного перехода растворителя через полунепроницаемую мембрану в раствор.

Движущей силой обратного осмоса для идеально полунепроницаемой мембраны является разность давлений DР = Р‑p.

Для реальных мембран движущая сила выразится как разность

ΔР =Р -(π1-π2),

где π1 —осмотическое давление раствора;

π2 —осмотическое давление фильтрата.

Ультрафильтрация. Это процесс разделения высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений в жидкой фазе с использованием селективных мембран, пропускающих молекулы низкомолекулярных соединений.

Ультрафильтрацию применяют для разделения однофазных жидких систем, в которых молекулярная масса растворенных веществ много раз превышает массу растворителя.

Испарение через мембрану. Данный процесс наблюдается, когда разделяемая жидкая смесь соприкасается с мембраной с одной стороны, а проникающий компонент в виде паров отводится с другой стороны в вакуум, или поток инертного газа.

Диализ. Это процесс разделения через полунепроницаемые мембраны,

которые малые молекулы и задерживают макромолекулы и коллоидные частицы.

Электродиализ. Это диализ под действием постоянного электрического поля в растворе, когда ионы перемещаются к соответствующим электродам, проникая через ионообменные мембраны. Электрическое поле в десятки раз ускоряет очистку растворов от электролитов.

Диффузионное разделение газов. Основано на различии коэффициентов диффузии газов в непористых полимерных мембранах под действием градиента концентрации и подчиняется законам диффузии.

Механизма переноса веществ при мембранном разделении: теория просеивания, теория молекулярной диффузии, теория капиллярно-фильтрационной проницаемости. 

Вопросы для самопроверки по теме № 6

1.  Что называется фильтрацией?

2.  Понятие о фильтрате.

3.  Из чего складывается сопротивление фильтрации?

4.  От чего зависит скорость фильтрации?

5.  Понятие о стационарной и нестационарной фильтрации.

6.  Как влияет толщина слоя осадка на скорость фильтрации?

7.  Виды фильтрующих перегородок.

8.  Что характеризует константы фильтрации К и m?

9.  Методика определения констант фильтрации.

10.  Как изменяется производительность фильтра с течением времени?

Тема 7

Перемешивание. Перемешивание в жидкой среде. Механическое перемеши­вание. Расход энергии при механическом перемешивании и аэрации. Эффектив­ность перемешивания. Конструкции ме­шалок. Применение перемешивающих устройств в рыбной промышленности.

Литература

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

Методические указания

Перемешиванием называется процесс приведения в тесное соприкосновение сыпучих, жидких или газообразных тел.

Потребность в перемешивании возникает в производстве всякий раз, когда требуется интенсифицировать процесс тепло - или массообмена.

Аппараты, предназначенные для перемешивания материалов, называются смесителями. Устройство, с помощью которого осуществляется перемеши­вание материалов в смесителях, называется мешалкой. Механическое перемешивание жидкостей осуществляется мешалками различных конструкций. Наибольшее применение получили лопастные, пропеллерные и турбинные.

При условии геометрического подобия обобщенное критериальное урав­нение для определения мощности на валу мешалки имеет вид

.

В тех случаях, когда на поверхности однородной жидкости не образуется воронка (например, при установке отражательных перегородок); влияние силы тяжести будет незначительным и уравнение (8.1) можно упростить:

.

Вопросы для самопроверки по теме № 7

1.  В каких отраслях пищевой промышленности применяется процесс перемешивания?

2.  Почему в инженерных расчетах мешалок скорость движения жидкости в аппаратах заменяет произведением частоты вращения на диаметр мешал­ки?

3.  Каким прибором определяют частоту вращения мешалки?

4.  Как измеряют мощность на валу мешалки?

5.  Физический смысл критериев Рейнольсда и Фруда и мощности.

6.  Что называется эффективностью перемешивания?

7.  Как зависит эффективность перемешивания от режима движения жид­кости в аппарате?

Тема 8

Тепловые процессы. Основные законы теплопередачи. Способы передачи тепла: конвекция, теплопроводность и излучение. Основное уравнение теплопередачи. Определение расхода теплоносителя. Способы термической обработки продуктов: нагревание и охлаждение, замораживание и размораживание, стерилизация, обжарка и варка. Нагревание и охлаждение. Способы нагревания: дымовыми газами, электрическим током, СВЧ - энергия, водяным паром, горячей водой и инфракрасным излучением. Материальный и энергетический балансы процессов обжарки, варки и стерилизации. Схемы паровых аппаратов. Способы охлаждения.

Литература

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

Методические указания

Процессы, скорость которых определяется скоростью подвода или отвода тепла, называются теплообменными. К ним относятся нагревание, охлаждение, конденсация, кипение.

Нагревание  - это повышение температуры обрабатываемых материалов путем подвода тепла. Охлаждение  - понижение температуры веществ путем отвода от них тепла. Конденсация  - сжижение паров путем отвода тепла. Кипение  - перевод в парообразное состояние веществ путем подвода тепла. Частным случаем испарения является выпаривание  - растворов путем удаления растворителя в виде паров.

Основной характеристикой теплового процесса является количество передаваемого тепла, которое определяется из основного уравнения теплопередачи для установившегося процесса

Q = K Dtм F,

где K - средний коэффициент теплопередачи;

Dtм - средний температурный напор;

F - полная поверхность теплообмена.

Способы передачи тепла.

Теплопроводность  - процесс распространения тепла внутри тела вследствие колебательного движения частиц. Наблюдается в твердых телах и тонких слоях жидкостей или газов.

Конвекция  - перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.

Тепловое излучение  - распространение тепла в виде электромагнитных волн.

В большинстве случаев тепло распространяется одновременно двумя-тремя способами т. е. происходит сложный теплообмен.

Необратимый процесс переноса тепла в пространстве с неоднородным полем температуры называется теплообменом.

Распространение тепла теплопроводностью происходит в теле с неоднородным полем температуры. Температурное поле  - это совокупность значений температуры во всех точках области пространства в данный момент времени. Геометрическое место точек, имеющих одинаковую температуру, называется изотермической поверхностью. Предел отношения изменения температура Dt к расстоянию между изотермическими поверхностями по нормали Dn называется температурным градиентом