Практическая работа 2 - Процессы и аппараты пищевых производств

# Процессы и аппараты пищевых производств

5B007280 - Технология перерабатывающих производств __ст.преводаватель__ Саидов А.М.

## Практическая работа 2

ЗАКОН ДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ. ПРИНЦИПЫ ОПТИМИЗАЦИИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ

Цель: сформировать представление о законах движущей силы и принципах оптимизации и моделирования

План

1 Закон переноса массы и энергии

2 Принципы оптимизации проведения процесса.

3 Принципы масштабного перехода и моделирования

1 Закон движущей силы (Закон переноса массы и энергии)

Для интенсификации производства необходимо, чтобы технологические процессы протекали с возможно большей скоростью.

Единство кинетических закономерностей групп основных гидромеханических, тепло – и массообменных процессов позволяет сформулировать общий закон, описывающий процессы массо- энергопереноса: скорость процесса переноса I прямо пропорциональна движений силе D и обратно пропорционально сопротивлению переноса R:

I= D/K = DK/

Величину K = 1/R, обратную сопротивлению, называют коэффициентом скорости процесса.

Для гидромеханических процессов, например для фильтрации, кинетическое уравнение может быть записано в виде

dV/(Fd)=(1/Rr)∆P=Kr∆P,

где V- это объем фильтра, м3 ; F – площадь поверхности фильтра, м2 ; …- время протекания процесса, с; Rr – гидравлическое сопротивление фильтра; Kr = 1/Rr – коэффициент проводимости фильтрующей среды; ∆P – разность давлений, Па (движущая сила процесса).

Для тепловых процессов кинетическое уравнение имеет вид

dQ/(Fd)=(1/RТ)∆t=K∆t,

где Q – количество теплоты, кДж; F- площадь поверхности теплообмена, м2 ; - время протекания процесса, с; RТ=1/К –сопротивление переносу теплоты; К – коэффициент теплопередачи (теплопроводимости), Вт/(м2*К); ∆t- разность температур (движущая сила процесса), К.

Для массообменных процессов кинетическое уравнение имеет вид

dM/(Fd)=(1/R’m)∆C=K’∆t,

где dM – масса вещества, переданного за время, кг; F – площадь поверхности массообмена, м2; R’m = 1/К’ – сопротивление массопередачи; ∆C – разность концентраций, кг/м3 (движущая сила процесса); К’ – коэффициент, характеризующий интенсивность передачи массы (коэффициент масопроводимости). Кг/(м2*с*кг/ м3).

2 Принципы оптимизации проведения процесса.

При проведении любого процесса всегда возникает возможность выбора нескольких вариантов решения.

Выбор наиболее целесообразного варианта называется оптимизацией.

В качестве критерия оптимизации чаще всего выбирается минимум времени и затрат на производство продукции. Следует отметить, что этот критерий связан со стоимостью энергии, рабочей силы и материалов, что создает некоторую его неустойчивость.

Оптимизация всегда сводится к нахождению наиболее выгодного компромисса между значениями параметров, противопроложно влияющих на процесс. Минимум затрат достигается выбором целесообразного проведения процесса и его аппаратурного оформления.

Каждый процесс требует индивидуальных условий его проведения. При этом существуют общие условия для всех процессов, к которым относятся следующие.

Непрерывность процесса. Процессы подразделяются на периодические, непрерывные и смешанные.

В периодическом процессе исходные компоненты поступают в аппарат, подвергаются в нем той или иной обработке, затем выгружаются. Аппарат загружают вновь. Отдельные операции процесса производятся в одном аппарате, но в определенной последовательности.

В непрерывном процессе отдельные операции процесса производятся одновременно в одном аппарате или в разных.

В смешанном процессе отдельные операции производятся периодически в аппаратах периодического действия, а остальные – в аппаратах непрерывного действия.

Направленность обменивающихся потоков. При изменении состояния системы, взаимодействующие потоки могут иметь разные направления: Могут идти параллельными потоками; Противотоком; Смешанным потоком.

Обновление поверхности контакта фаз. При проведении обменных процессов необходимо осуществлять более тесный контакт обменивающихся сред для интенсификации самого процесса обмена. Примером обновления поверхности контакта фаз может служить турбулентный режим движения сред при переносе массы и теплоты, предусматривающий обеспечение максимального сопротивления контактирующих сред при непрерывном обновлении поверхности контакта.

3 Принципы масштабного перехода и моделирования. Теория подобия

Разработка нового процесса обычно начинается с экспериментов на лабораториях, полупроизводственных моделях и производственных установках. С помощью них устанавливают, как долже протекать процесс, чтобы он был экономически и технологически наиболее совершенным.

Для изучения процессов аналитическим и опытным путем применяют теорию подобия в которой рассматривается, как нужно ставить опыты и обрабатывать опытные данные, чтобы, ограничившись минимальным числом экспериментов, обоснованно обобщить их результаты и получить закономерности для целой группы процессов, протекающих в условиях, отличных от экспериментальных.

Понятие подобия из геометрии и распространено на физические явления, процессы и аппараты. Отмечают, например, механическое подобие двух систем, подобие потоков жидкости или газа, подобие тепловых потоков и др.

Основы теории подобия в современном ее понимании были разработаны В. Л. Кирпичевым. Его идеи затем были развиты в работах Н. Нуссельта, М. В. Кирпичева, М. А. Михеева, А. А. Гухмана и др.

Теория подобия применина только к процессам одной и той же группы, которые можно описать аналитическими уравнениями одинаковой формы и физической сущности.

Из аналитических уравнений можно получить критерия подобия – безразмерные отношения физических величин. Они названы именами ученых, сделавших открытие в соответствующих областях науки, например: критерий Архимеда (Ar) – критерий свободной конвекции и свободного осаждения в жидкости; критерий Рейнольдса (Re) – критерий режима жидкости и др.

Так как подобные процессы имеют одинаковые критерии подобия, то при проведении опытов необходимо измерять те величины, которые входят в выражения для критериев подобия изучаемого процесса.

Зависимость между величинами, характеризующими процесс, может быть представлена в виде зависимости между критериями подобия или в виде обобщенного критериального уравнения.

Основываясь на знаниях теории подобия, разработку нового процесса или аппарата проводят в соответствии с принципами моделирования.

Модель должна быть теоретически подобной аппарату, и все процессы, протекающие в ней, должны быть подобны процессам, протекающим в аппарате.

Контрольные вопросы

1 Что является движущей силой в гидромеханических процессах?

2 Что называют оптимизацией?

3 В чем суть теории подобия?

4 Какие аппараты называют геометрически подобными?