Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf

тательных веществ и микроорганизмов во всем объеме жидкос­ ти, облегчается подвод питательной среды и кислорода к микро­ организмам, а также отвод продуктов их жизнедеятельности (углекислого газа, водорода и др.). Следует иметь в виду, что при аэрации примерно лишь десятая часть подаваемого в аппа­ рат кислорода поглощается жидкостью и эта доля уменьшается с повышением температуры жидкости и скорости проходящего через нее воздуха.

Количество кислорода, поглощаемого жидкостью в единицу времени при заданных температуре и давлении, выражается уравнением

Из формулы (105) видно, что при постоянном значении k ко­ личество кислорода, поглощаемого жидкостью, прямо пропорци­ онально поверхности контакта F и разности концентраций (сп—

— ст). Увеличение поверхности контакта фаз достигается повы­

шением степени диспергирования воздуха, т. е. распылением его через отверстия малых размеров в воздухораспределительной системе. В ней отверстия размещают на таком расстоянии, что­ бы предотвратить слияние струй воздуха, выходящего из смеж­ ных отверстий (для сохранения заданной дисперсности при ско­ рости истечения воздуха из отверстия 15—20 м/с рекомендуется шаг между отверстиями не менее 20 мм для отверстий диамет­ ром 2—3 мм и не менее 12 мм — для отверстий диаметром 1 мм).

Концентрация кислорода сн, соответствующая пределу насы­ щения, например при ращении дрожжей при 30° С равна 7 мг/л, а в процессе ращения поддерживают сх=0,44-0,5 мг/л; при

меньшей концентрации кислорода в среде накопление дрожже­ вой массы уменьшается. Наиболее эффективными аэрирующими устройствами в настоящее время являются:

разработанный Н. И. Дерканосовым дрожжерастильный ап­ парат (рис. 55, в) с пластинчатым воздухораспределителем в ви­ де коробов 1, установленных на днище аппарата. Диаметр от­ верстий в коробах около 0,5 мм;

аппарат Фогельбуша, оборудованный мешалкой с полыми лопастями с отверстиями диаметром 10 мм, направленными па­ раллельно плоскости вращения лопасти; диспергирование возду­ ха при этом происходит с помощью жидкости, обтекающей ло­ пасти. Частота вращения лопасти— 106 об/мин;

эрлифтная система аэрации, разработанная УкрНИИ спирто­ вой промышленности.

Представляет практический интерес барботажный метод аэрации жидкостей в сочетании с механическим перемешивани­ ем их, что, по данным К- Г. Федосеева, повышает степень насы­ щения жидкости кислородом и интенсифицирует процесс перено­ са его; это позволяет сократить расход воздуха и снизить энер­ гетические и капитальные затраты на его получение.

Расчет пневматических перемешивающих устройств сводится к определению необходимого давления и расхода сжатого воз­ духа. Приняв потери давления в воздуховоде равными 20% от сопротивления столба Н (в м) перемешиваемой жидкости плот­ ностью рж (в кг/м3) и Р0 (в Па) — давление над жидкостью, не­ обходимое давление Р (в Па) сжатого воздуха для перемеши­ вания можно определить по формуле

Р = 1,2Ярж § + Р 0.

Расход воздуха на 1 м2 поверхности жидкости в аппарате принимают 0,8 м3/(м2-мин)— при умеренном перемешивании и 1,0 м3/(м 2-мин) — при интенсивном. Необходимо иметь в виду, что при перемешивании воздухом возможно окисление органиче­ ских веществ с образованием нежелательных продуктов и унос летучих веществ.

3.ПЕРЕМЕШИВАНИЕ И СМЕШИВАНИЕ СЫПУЧИХ

ИПЛАСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Перемешивание и смешивание сыпучих материалов широко применяются на пищевых предприятиях, например смешивают различные партии муки на хлебозаводах, сыпучие компоненты-— в кондитерском производстве, перемешивание сахара-песка или солода при высушивании их и др. Для этой цели применяют уст­ ройства шнекового, лопастного и барабанного типа. Для повы­ шения эффективности перемешивания внутренние поверхности барабанов оборудуются насадкой в виде различных перегородок, полок или винтовой спирали на поверхности стенки (рис. 184).

Перемешивание пластических (полужидких) материалов ши- ' роко применяется в различных пищевых производствах. Напри­ мер, в хлебопекарном, кондитерском и макаронном производст-

Рис. 56. Рабочие органы для замеса сдобного теста.

98

вах перемешивают различные виды теста, в консервном — овощ­ ные и мясные фарши, в молочном — творог и сырковые массы и т. д. Образующиеся при этом однородные смеси из нескольких компонентов (воды, муки, дрожжей, сахара, соли, масла и др.) разминаются, приобретают определенные физико-механические свойства, а в отдельных случаях насыщаются воздухом (тесто) или подвергаются воздействию вакуума (фарши). Различные типы перемешивающих устройств для пластических материалов показаны на рис. 56.

4.ПСЕВДООЖИЖЕНИЕ («КИПЯЩИЙ» СЛОЙ)

Вразличных отраслях пищевой технологии за последние го­ ды для интенсификации таких процессов, как сушка, адсорбция

и др., протекающих с участием твердой фазы, применяется псев-

доожижение, или так называемый «кипящий» слой. В «кипя­ щем» слое, например, высушивают зерно, сахарный песок, дрож­ жи, желатин и др.

Сущность псевдоожижения заключается в том, что при про­ дувании воздуха с определенной скоростью через слой находя­ щегося на решетке зернистого материала последний переходит во взвешенное состояние и приобретает свойства текучести; внешне такой слой напоминает кипящую жидкость.

В зависимости от скорости воздуха различают следующие со­ стояния слоя (рис. 57):

1)при небольших скоростях воздуха он фильтруется через неподвижный слой; при этом порозность ес слоя (объемная доля свободного пространства между частицами) остается неизмен­ ной и'составляет <0,7;

2)с увеличением скорости воздуха до такого значения, при котором подъемная сила потока станет равной массе слоя часг тиц, слой приобретает текучесть и переходит в псевдоожиженное

состояние, а скорость wH, соответствующая этому моменту, на­ зывается скоростью начала псевдоожижения. При этом порозность слоя ес>0,7;

3) при большей скорости потока, подъемная сила его стано­ вится больше массы слоя, частицы увлекаются потоком и начина­ ют перемещаться вместе с ним, т. е. начинается пневмотранспорт материала; скорость wy, соответствующая этому моменту, назы­ вается скоростью уноса. Такого режима не должно быть при псевдоожижении.

Гидравлическое сопротивление слоя зернистого материала можно представить кривой псевдоожижения, выражающей зави­ симость перепада давления Ар в слое материала от скорости w воздуха (газа) (рис. 58). В неподвижном слое (участок АВ) перепад давления в слое с увеличением скорости возрастает ли­ нейно. Затем в момент перехода плотного слоя в псевдоожижен­ ное состояние на кривой отмечается пик давления, обусловлен­ ный тем, что на преодоление сил трения между частицами затрачивается часть энергии воздушного потока. Точка С харак­ теризует скорость wH, соответствующую началу псевдоожиже­ ния. Горизонтальный участок СД изображает псевдоожиженное состояние, характеризующееся равенством подъемной силы и массы слоя. Так как эта масса с увеличением скорости w не меняется, то остается постоянным и перепад давления Ар в псев­ доожиженном слое. Соответствующая точке Д скорость wY вы­ ражает скорость уноса. При w > w y массовое количество частиц в слое уменьшается и Ар понижается (участок Д Е ).

К основным технологическим параметрам псевдоожижения относят перепад давления Ар в слое, значения скоростей wHи wy, а также степень однородности частиц материала.

Величина Ар, определяющая выбор воздуходувки, находится из условия равенства силы гидродинамического сопротивления слоя и массы G взвешенных частиц, т. е.

Лр/с — G,

где fс — площадь поперечного сечения слоя (постоянного по высоте).

Учитывая порозность псевдоожиженного слоя е и выталкива­ ющую (архимедову) силу, пропорциональную разности плотно­ стей материала рм и воздуха рв, массу взвешенных частиц G можно определить по формуле

б = (Рм pB) g ( l Е) /с В , (105,а)

где Н — высота псевдоожиженного слоя, м.

Таким образом,

G

ДР = ~ Г = (Рм — Рв) g ( 1 — 8) Я ,

/С

Величина рв по сравнению с рм очень мала, и ею можно пре­ небречь.

Тогда

100

Часть четвертая

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Глава IX. ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

На пищевых предприятиях тепловая обработка производит­ ся при нагревании и охлаждении сред, сгущении растворов и со­ ков, конденсации паров, испарении влаги при высушивании ма­ териалов, замораживании продуктов и др. Все эти процессы свя­ заны с передачей тепла продукту или отнятием от него тепла и могут происходить лишь при наличии разности температур меж­ ду теплообменивающимися средами. Среда с более высокой температурой, отдающая тепло, называется теплоносителем, а среда с более низкой температурой, воспринимающая тепло, называется хладоносителем (хладагентом).

Как известно из курса теплотехники, тепло от одного тела к другому может передаваться теплопроводностью, конвекцией

итепловым излучением. По характеру протекания процесс пере­ дачи тепла может быть установившимся, когда он протекает не­ прерывно и с постоянным во времени температурным режимом,

инеустановившимся, протекающим периодически и с изменяю­ щимся во времени температурным режимом.

Теплопроводность — это процесс передачи тепла внутри тела от одних молекул к другим вследствие их движения и взаимного

п р о п о р ц и о н а л ь н о п о в е р х н о с т и т е п л о о б м е н а F, р а з н о с т и м е ж д у т е м п е р а т у р а м и о б е и х п о в е р х ­ н о с т е й с т е н к и At = tcn — tст2, в р е м е н и т е п л о о б м е ­ на т и о б р а т н о п р о п о р ц и о н а л ь н о т о л щ и н е с т е н ­ ки б (рис. 59):

KF Ш

102