«Процессы и аппараты пищевых производств

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТОРГОВОЭКОНОМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра технического обеспечения торговых и технологических процессов

Методические указания к выполнению внеаудиторной самостоятельной работы студентов

по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств». (Контрольная работа)

Направление подготовки 260800.62 «Технология продукции и организация общественного питания»

Квалификация выпускника: бакалавр

Профиль подготовки: «Технология продукции и организация ресторанного дела»

Форма обучения: заочная, заочная(сокращенная)

Санкт-Петербург

2013г.

ОДОБРЕНЫ на заседании кафедры

«Технического обеспечения торговых и

технологических процессов»

Протокол № 11 от 21 мая 2013 г.

Зав. кафедрой

_________________ В.А.Гуляев

Составитель: Е.В.Сокольникова

Рецензент: В.П. Иваненко

Составлены в соответствии с учебным планом и рабочей программой дисциплины «Процессы и аппараты пищевых производств» для подготовки бакалавра по направлению подготовки 260800.62 «Технология продукции и организация общественного питания»

ст.преподаватель кафедры «Технического обеспечения торговых и технологических процессов»

ФГБОУ ВПО «СПбГТЭУ»

доцент кафедры «Технического обеспечения торговых и технологических процессов»

ФГБОУ ВПО «СПбГТЭУ»

2

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Курс «Процессы и аппараты пищевых производств» знакомит студентов, обучающихся по специальности 260800.62, с закономерностями физико-химических процессов, происходящих в аппаратах, при переработке сырья в готовые продукты питания, что поможет будущим товароведам квалифицированно оценивать качество продукции, правильно и грамотно обеспечивать их хранение.

Контрольная работа включает в себя теоретический вопрос по курсу и задачи. В теоретическом вопросе отражается физическая сущность процесса, дается описание конструкции и принципа действия аппарата (установки), предлагаются способы интенсификации процесса. Текст контрольной работы сопровождается графиками, рисунками, диаграммами и т.п.

Все расчеты проводятся в Международной системе единиц (СИ) с точностью до второй значащей цифры после запятой.

Выбор варианта контрольной работы производится по начальной букве фамилии и имени студента.

По начальной букве фамилии выбирается вариант теоретического вопроса, а по начальной букве имени – вариант задач. Номера вариантов вопросов и задач представлены в таблице 1. Исходные данные к задачам в приложении 1.

Вопросы теоретической части контрольной работы представлены в таблице 2.

		Таблица 1
Номер варианта	Теоретический вопрос -	Задачи -
	начальная буква фамилии	начальная буква имени
1	2	3
1	А,П	Щ,Т
2	Б,Р	Ц,Х
3	В,С	Р,Ф
4	Г,Т	Ш,У
5	Д,У	Э,С
6	Е,Ф	Ю,Р
7	Ж,Х	Я,П
8	З,Ц	Ж,И
9	И,Р	Е,З
10	К,Ш	Д,Г
11	Л,Щ	К,В
12	М,Э	Л,Б
13	Н,Ю	М,О
14	О,Я	Н,А

3

Таблица 2

Номер варианта

Вопрос

1.Способы измельчения материалов. Теория дробления.

2.Сортирование сыпучих материалов. Ситовый анализ.

3.Прессование. Факторы, влияющие на прессование. Прессы.

4.Перемешивание материалов. Оценочные характеристики процесса перемешивания.

5.Разделение неоднородных жидкостных систем в центробежном поле.

6.Мембранные методы разделения жидкостных систем.

7.Фильтрование. Теория фильтрования с образованием осадка. Фильтры.

8.Псевдоожижение.

9.Пастеризация и стерилизация пищевых продуктов.

10.Выпаривание. Схемы выпарных установок.

11.Сорбционные процессы. Установки и аппараты для проведения сорбционных процессов.

12.Сушка пищевых продуктов. Кинетика сушки. Способы сушки. Сушилки.

13.Кристаллизация. Растворение. Аппараты для проведения процессов кристаллизации и растворения.

14.Экстракция. Равновесие в процессах экстракции. Треугольная диаграмма. Экстракторы.

Задача №1

Определить эквивалентный диаметр dэ межтрубного пространства трубчатого

теплообменника при продольном протекании в нем жидкости (рис.1), если внутренний диаметр кожуха теплообменника D =1 м; внешний диаметр трубок, по которым движется охлаждаемая среда, - d ; число таких трубок - n .

4

Рис.1. Схема кожухотрубного теплообменника

Указания к решению задачи

При движении жидкости через поперечное сечение произвольной формы (отличной от круглой) в качестве расчетного линейного размера принимают гидравлический радиус, или эквивалентный диаметр.

Под гидравлическим радиусом понимают отношение площади свободного сечения трубопровода или канала, через которое протекает жидкость, к смоченному периметру:

	rΓ =	S	,
		П

где: S – площадь сечения потока жидкости, м2; П – смоченный периметр, м.

Диаметр, выраженный через гидравлический радиус, представляет собой эквивалентный диаметр:

	d э = 4rΓ
следовательно	d э= 4ПS .
	Задача №2

5

Вода в количестве V подается под абсолютным давлением p0 по магистральному трубопроводу диаметром d0 на охлаждение двух аппаратов I и II (рис.2)..

Ответвление к аппарату I имеет диаметр d1 , а ответвление к аппарату II – d2. Абсолютное давление воды на входе в аппарат I – p1. Разность геометрических высот z1-

z0=HI.

Определить скорость подачи Wi и расход воды V i в каждом аппарате (сопротивлением труб пренебречь).

Указания к решению задачи

Составить уравнение Бернулли для идеальной жидкости для точек 0 и 1. Затем определить скорость воды в магистральном трубопроводе из уравнения:

W =

V

,

м с

.

0

3600S0

Используя уравнение Бернулли, находят

é

p

0

- p

W 2

ù

W1 =

ê( z0

- z1 ) +

1

+

0

ú × 2g

, м/с.

ρg

2g

ë

û

Расход воды на аппарат I:

V1 = 3600w1 ×S1 ,м3/ч,

а расход воды на аппарат II: V2=V-V1, м3/ч.

Скорость воды в трубе, подающей воду к аппарату II:

W2

=

V2

, м с .

3600

× S2

Рис. 2. Схема охлаждающей установки (к задаче №2).

Задача №3

6

Определить диаметр Д1 отстойника непрерывного действия для отстаивания частиц в воде (рис.3), если: V – производительность отстойника, d1 – диаметр наименьших частиц, подлежащих отстаиванию; ρr – плотность частиц, ρс – плотность среды (воды), μ – динамический коэффициент вязкости ( 10 −3 Па ×с ).

7

Рис.3. Отстойник непрерывного действия 1 – корпус отстойника; 2 – труба-стакан для подачи исходной суспензии; 3 –

кольцевой желоб; 4 – мешалка; 5 – лопасти с гребками; 6 – штуцер для вывода осветвленной жидкости; 7 – разгрузочное устройство для осадка (шлама); 8 – коническая передача; 9 – электродвигатель.

Указания к решению задачи

Диаметр отстойника Д можно определить из уравнения

V=Fw 0=0 . 785 Д 2 w0 .

Скорость осаждения частиц определяется из закона Стокса.

Задача №4

Рассчитать поверхность нагрева и количество ходов многоходового кожухотрубного теплообменника, а также найти расход греющего пара для нагревания Gм кг/ч молока от

начальной температуры tнм до конечной tкм по данным:

-нагревание производится сухим насыщенным паром с давлением Рабс. Па, который подается в межтрубное пространство;

-молоко движется в трубном пространстве, делая несколько ходов.

Указания к решению задачи

Поверхность нагрева определяется по основному уравнению теплопередачи

F =	Q	, м2
	K tср

где Q – тепловая нагрузка теплообменника, Вт;

K – коэффициент теплопередачи, Вт/м2К;

tср – средняя разность температур между теплоносителями, 0С. Тепловая нагрузка теплообменника определяется из уравнения

	Q =	1	Gм Cм (t мк −t мн )	, Вт
		3600

где См – удельная массовая теплоемкость молока, Дж/кг·К.

Это тепло подводится к молоку от конденсирующегося пара. Коэффициент теплопередачи определяется по формуле

8

K =				1					, Вт/м2К
		1	+	δ	+		1
	α1			λ		α 2

где α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи от греющего пара к стенке и от стенки к нагреваемому теплоносителю (молоку), Вт/м2К;

δ – толщина стенки труб теплообменника, м; λ – коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлены трубы

теплообменника, Вт/мК.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара к стенке ориентировочно можно принять равным

α1=10000 Вт/м2К.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к молоку в прямых трубах может быть найден из выражения

α1 = Nuλм	2	К,
dвн	, Вт/м

а критерий Nu определяется из экспериментально полученных уравнений:

−для ламинарного режима движения (Re≤2320)

Nu= 0 . 15Re0. 33	Pr0,43 G r0. 1	;

−для переходного режима движения (2320< Re<1000)

Nu= 0 . 008Re0 .9	Рr0 . 43	;

−для развитого турбулентного режима движения (Re>1000)

Nu= 0 . 021Re0 .8

Рro0,43

.

Здесь:

Nu=

α2 d вн

- критерий Нуссельта;

λм

Rе=

wd вн ρм

- критерий Рейнольдса;

μм

Pr=

C м μм

- критерий Прандтля;

λм

ρ2

gd 3

β

м

Δt

Gr=

м

вн

- критерий Грасгофа,

μм2

где приняты следующие обозначения:

dвн = (d н −2δ) - внутренний диаметр труб теплообменника, по которым движется молоко, м;

dн - наружный диаметр труб теплообменника, м;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

∆t – разность температур внутренней поверхности трубы и теплоносителя (молока), 0С;

λм	- коэффициент теплопроводности молока, Вт/мК;
Cм	- удельная массовая теплоемкость молока, Дж/кгК;
ρм	- плотность молока, кг/м3;
μм	- динамический коэффициент вязкости молока, Па·с;

9

βм - термический коэффициент объемного расширения молока, 1/К.

При вычислении критериев Re, Pr, Nu, Gr физико-химические константы молока принимать при среднеарифметической температуре нагревания (приложение 2), а скорость w, входящую в критерий Re, следует принимать оптимальной, обеспечивающей приемлемые гидравлические сопротивления аппарата (примерно 1-1,5 м/с).

Средняя разность температур определяется по формуле

	tср =	tδ −	tм
		2,31g	tδ ,
			tм

где ∆tδ и ∆tм – большая и малая разности температур между теплоносителями на концах

теплообменника (

tδ = tn t м

и

t м =

tконд

t м

; здесь

tn

=

tконд ). При

δ

м

,

− н

− к

t

/

t

< 2

среднюю разность температур допускается рассчитывать по формуле

tср =

tδ

+

tм

.

2

При паровом обогреве жидкой среды направление движения теплоносителей и число

ходов теплообменника на расчет

tср

не влияют.

После определения F по приведенной выше формуле находят общее количество труб

n = F / πd ср l

,

где

dср = 0,5(d н −d вн )

- средний диаметр нагревательных труб, м.

Необходимое количество труб в одном ходу многоходового кожухотрубного

теплообменника можно найти из выражения

n =

Gм

,

3600ρ

м

πdвн2

w

4

а необходимое количество ходов теплообменника определить из отношения

m = n / nx .

Часовой расход греющего пара определяется из теплового баланса теплообменника

Q = Gм C м (t мк

−t мн )= Д (i'' −i' )

,

откуда

Д =

GмCм (tмк − tмн )

, кг/ч,

i′′ − i′

где

i'' −i'

- энтальпии греющего пара и конденсата, Дж/кг (прилож.3).

Постоянные величины для всех вариантов задачи 4:

dн

= 33 мм – наружный диаметр нагревательных труб теплообменника;

dвн = 30 мм – внутренний диаметр нагревательных труб теплообменника;

δ = 1,5мм – толщина нагревательных труб теплообменника;

l= 1,5-2 м – длина нагревательных труб теплообменника;

λ = 203,5 Вт/м·К – теплопроводность труб (алюминиевых) теплообменника; w = 1-1,5 м/с – скорость движения молока в трубах теплообменника;

βм = 5,11·10-4 1/К – термический коэффициент объемного расширения молока.

Задача №5

Рассчитать расход воздуха L и расход пара Д на подогрев этого воздуха в калорифере теоретической сушилки, если: количество продукта, поступающего в сушилку, G1; начальная влажность продукта, W1; конечная влажность продукта, W2; температура воздуха, поступающего в калорифер, t0, а относительная влажность его

10