Методические рекомендации к решению контрольной работы

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ………………………………………………………..4

Тематический план дисциплины

«Процессы и аппараты пищевых производств»……………….5

Требования к выполнению контрольной работы……………….6

Варианты заданий………………………………………………..15

Тестовые задания…………………………………………………19

Вопросы к экзамену………………………………………………43

Список литературы……………………………………………….45

Приложение……………………………………………………….46

Введение

Дисциплина "Процессы и аппараты пищевых производств" - общепрофессиональная дисциплина для специальности 110305.65 - Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции.

Цель и задачи дисциплины заключаются в подготовке выпускника к решению следующих профессиональных задач:

- анализ проблемных производственных ситуаций, связанных с гидромеханикой, тепло-массообменом в технологических средах;

- решение проблемных задач и вопросов, связанных с
совершенствованием или созданием новых производств;

- поиск путей и новых способов решения нестандартных производственных задач, связанных с эксплуатацией тепломассообменной аппаратуры;

- анализ состояния и динамики показателей качества работы технологического оборудования;

- интенсификация реализуемых процессов путем использования современных представлений по гидромеханике и тепломассообмену.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

- теоретические основы, способы, аппаратурное оформление и методы расчета процессов и аппаратов.

Студент должен уметь:

- рассчитывать режимы процессов и осуществлять аппаратурное оформление конкретных технологических процессов.

Студент должен обладать навыками исследования различных процессов общественного питания.

Тематический план дисциплины «Процессы и аппараты пищевых производств»

Требования к выполнению контрольной работы

В соответствии с индивидуальным заданием студент должен решить задачу. Данные для решения задачи выбираются студентом из таблицы по шифру.

При выполнении задания и оформлении работы необходимо соблюдать следующие требования:

1) выписать условие задачи и исходные данные;

2) решение задачи следует сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором необходимо указать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они взяты (из условия задачи, из справочника или были определены и т.д.);

3) размерности всех величин, подставляемых в расчетные формулы, должны быть выражены в системе СИ. Если исходная величина, взятая из справочников, выражена в другой размерности, последнюю надо перевести в систему СИ и только после этого подставлять эту величину в формулу;

4) после решения задачи должен быть выполнен краткий анализ полученных результатов.

5) контрольная работа выполняется с применением печатающих и графических устройств вывода ЭВМ. Каждый лист пояснительной записки оформляется рамкой и основной надписью по форме 2 (высотой 40 мм) для первого или заглавного листа и форме 2а (высотой 15 мм) для последующих листов. Расстояние по бокам от рамки формы до границ текста в начале и в конце строк – не менее 3 мм. Расстояние от верхней или нижней строки текста до верхней или

нижней рамки должно быть не менее 10 мм. Абзацы в тексте начинают отступом, равным 15-17 мм. Опечатки, описки и графические неточности, обнаруженные в процессе выполнения документа, допускается исправлять подчисткой или закрашиванием белой краской и нанесением на том же месте исправленного текста (графики) машинописным или рукописным способом.

Контрольная работа, выполненная не по своему индивидуальному заданию, к рассмотрению не принимаются.

Исходные данные для решения контрольной работы выбираются в соответствии с двумя последними цифрами номера зачетной книжки.

Студенты, выполнившие и защитившие контрольную работу, допускаются к экзамену.

Методические рекомендации к решению контрольной работы

Рассчитать воздушную сушилку барабанного типа для высушивания влажного материалаm_н(кг/ч). Начальная влажность материала - w_н (%), конечная - w_к %. Температура поступающего материала - t_Н. Расчет произвести раздельно для летних и зимних условий.

В результате расчета определить:

1. Удельные и полные расходы воздуха и тепла.

2. Основные размеры и число оборотов барабана.

3. Продолжительность сушки.

Дать схематическое изображение процесса сушки на I-d-диаграмме. Выполнить эскиз барабана сушилки (в масштабе).

МЕТОДИКА РАСЧЕТА

1. Определение влаги W, удаляемой в процессе сушки при изменении влажности материала от w_н до w_к (в процентах от общей массы)

Влага (кг/с) определяется по формуле:

,

где m_н - производительность по влажному материалу, кг/с.

2. Нахождение параметров воздуха

Из табл. 25 приложения для заданного географического пункта берется температура t_о (ºС) и относительная влажность j_о (%) атмосферного воздуха. По этим данным на I-d-диаграмме наносится точка А, характеризующая состояние атмосферного воздуха, и из диаграммы определяются влагосодержание d_о и энтальпия I_о (рис. 27).

Из точки А проводится линия постоянного влагосодержания d_o = d₁ = const до пересечения с изотермой t₁ в точке В. Температура t₁ находится из табл. 26 приложения как предельная для данного материала температура сушильного агента. Из точки В проводится линия постоянной энтальпии I₁ = const (линия теоретического процесса) до пересечения с изотермой t₂, соответствующей температуре воздуха на выходе из сушилки (точка С¢). Влагосодержание для этой точки - d¢₂.

Рис. 27. Построение действительного процесса на I-d-диаграмме

3. Определение тепловых потерь

а) Удельные тепловые потери на нагревание материала (Дж/кг)

,

где m_к - количество высушенного материала, кг/с

;

с - удельная теплоемкость высушенного материала, Дж/(кг×°К);

Q₂ - максимальная температура нагрева материала, ºС (берется из табл. 26 приложения).

Величина с (Дж/кг×°К) определяется с учетом влажности материала на выходе из сушилки по формуле:

с = с_в ,

где с_в - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг×°К);

с_см - удельная теплоемкость абсолютно сухого материала, Дж/(кг×°К).

б) Удельные тепловые потери в окружающую среду. Величина этих потерь (Дж/кг) принимается в размере 4¸6 % от тепла, затрачиваемого в теоретической сушилке.

q_пот = (0,04¸0,06)q_т,

где q_т - удельный расход тепла в теоретической сушилке, Дж/кг.

q_т =

где I₀, I₁ - энтальпия воздуха в точках А и В, Дж/кг;

d₀, d¢₂ - влагосодержание воздуха в точках А и С¢, г/кг.

4. Построение действительного процесса на I-d-диаграмме

Вычисляется степень покрытия тепловых потерь (Дж/кг) по формуле:

D = t_H ×c_в - (q_м + q_пот),

где c_в - удельная теплоемкость воды, Дж/(Кг×°К).

Определяется соотношение масштабов диаграммы:

m =

где M_i - число единиц энтальпии на 1 мм диаграммы, Дж/кг;

M_d - число единиц влагосодержания в 1 мм диаграммы, г/кг.

На линии ВС теоретического процесса берется произвольная точка Е, измеряется расстояние Еf до линии АВ в миллиметрах и вычисляется отрезок еЕ по формуле: еЕ = Еf

В зависимости от знака D отрезок еЕ может получиться отрицательным или положительным. Если D < 0, то отрезок откладывается вниз от точки Е, если D > 0 - вверх. Через точки В и Е проводится линия действительного процесса до пересечения с изотермой t₂ в точке С. По точке С находятся параметры d₂, I₂ отработанного воздуха.

5. Определение расходов воздуха и тепла

Удельный расход воздуха (кг/кг)

l =

Полный расход воздуха (кг/с)

L = l×W

Удельный расход тепла (Дж/кг)

q = l(I₂ - I₀) + q_м + q_пот - c_в ×t_H

Полный расход тепла (Вт)

Q = q×W

6. Определение основных размеров барабана

Диаметр барабана вычисляется по формуле:

Д_б = ,

где - секундный объем воздуха на выходе из сушилки, м³/с

= L×v₀,

где V₀ - удельный объем воздуха на выходе из сушилки, м³/кг (принимается для точки С из табл. 27 приложения);

w_в - допустимая скорость воздуха на выходе из сушилки, м/с.

Для окончательного выбора диаметра барабана рекомендуется пользоваться нормалями Главхиммаша, представленными ниже.

Длина барабана

L_б =

где - объем барабана, м³

= ,

где А - напряжение объема барабана по влаге, кг×м³/ч (принимается из табл. 26 приложения) в зависимости от свойств высушиваемого материала;

F - площадь сечения барабана, м².

По нормалям отношение должно находиться в пределах 3,5¸7,0.

Скорость воздуха уточняется по формуле:

w¢_в =

Скорость воздуха не должна превышать максимальную величину, указанную в табл. 26 приложения.

7. Определение продолжительности сушки

,

где r - средняя насыпная плотность материала, кг/м³ (см. табл. 26 приложения);

b - степень заполнения барабана (табл. 26 приложения);

G_ср - средняя масса материала, проходящего через барабан, кг/с.

G_ср =

8. Определение числа оборотов барабана (об/мин)

,

где а - коэффициент, зависящий от диаметра и конструкции барабана (для распределительной насадки величина берется из таблицы нормалей Главхиммаша (стр. 74);

a - угол наклона барабана, град.

На рис. 28 представлена диаграмма Рамзина для влажного воздуха.

Рис. 28. Диаграмма Рамзина i-x(d) для влажного воздуха

Вариант задания для выполнения контрольной работы выбирается из табл. 11.

Таблица 11

Варианты заданий

Продолжение табл. 11

Продолжение табл. 11

Окончание табл. 11

Тестовые задания

1. По закону сохранения материи определяют

- материальный баланс

- энергетический баланс

- тепловой баланс

- материальные потери

2. По закону сохранения энергии _H = _K + _{П .} определяют

- материальный баланс

- энергетический баланс

- тепловой баланс

- материальные потери

3. Гидромеханические процессы определяются

- законами гидродинамики – науки о движении жидкостей и газов

- законами теплопередачи – науки о способах распространения теплоты

- характеризуются переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз

- законами механики твердых тел

4. Тепловые процессы определяются

- законами гидродинамики – науки о движении жидкостей и газов

- законами теплопередачи – науки о способах распространения теплоты

- характеризуются переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз

- законами механики твердых тел

5. Массообменные (диффузионные) процессы определяются

- законами гидродинамики – науки о движении жидкостей и газов

- законами теплопередачи – науки о способах распространения теплоты

- переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз

- законами механики твердых тел

6. Механические процессы определяются

- законами гидродинамики – науки о движении жидкостей и газов

- законами теплопередачи – науки о способах распространения теплоты

- характеризуются переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз

- законами механики твердых тел

7. Геометрическое подобие предполагает

- чтобы в рассматриваемых подобных системах отношение физических констант двух любых сходственных точек или частиц, подобно размещенных в пространстве и во времени, были постоянными

- чтобы сходственные точки или части геометрически подобных систем, двигаясь по геометрически подобным траекториям, проходили геометрически подобные пути в промежутки времени, отношение которых выражается постоянной величиной

- что сходственные размеры данного тела и ему подобного параллельны, а их отношение выражается постоянной величиной

- что начальное состояние и состояние на границах систем подобны при условии наличия геометрического, временного и физического подобий

8. Временное подобие требует

- чтобы в рассматриваемых подобных системах отношение физических констант двух любых сходственных точек или частиц, подобно размещенных в пространстве и во времени, были постоянными

- чтобы сходственные точки или части геометрически подобных систем, двигаясь по геометрически подобным траекториям, проходили геометрически подобные пути в промежутки времени, отношение которых выражается постоянной величиной

- что сходственные размеры данного тела и ему подобного параллельны, а их отношение выражается постоянной величиной

- что начальное состояние и состояние на границах систем подобны при условии наличия геометрического, временного и физического подобий

9. Физическое подобие требует

- чтобы в рассматриваемых подобных системах отношение физических констант двух любых сходственных точек или частиц, подобно размещенных в пространстве и во времени, были постоянными

- чтобы сходственные точки или части геометрически подобных систем, двигаясь по геометрически подобным траекториям, проходили геометрически подобные пути в промежутки времени, отношение которых выражается постоянной величиной

- что сходственные размеры данного тела и ему подобного параллельны, а их отношение выражается постоянной величиной

- что начальное состояние и состояние на границах систем подобны при условии наличия геометрического, временного и физического подобий

10. Подобие начальных и граничных условий предполагает

- чтобы в рассматриваемых подобных системах отношение физических констант двух любых сходственных точек или частиц, подобно размещенных в пространстве и во времени, были постоянными

- чтобы сходственные точки или части геометрически подобных систем, двигаясь по геометрически подобным траекториям, проходили геометрически подобные пути в промежутки времени, отношение которых выражается постоянной величиной

- что сходственные размеры данного тела и ему подобного параллельны, а их отношение выражается постоянной величиной

- что начальное состояние и состояние на границах систем подобны при условии наличия геометрического, временного и физического подобий

11. Первая теорема подобия формулируется

- любая зависимость между переменными, характеризующими какое-либо явление, может быть представлена в виде зависимости между соответствующими критериями в форме уравнения подобия

- при подобии систем всегда могут быть найдены такие безразмерные комплексы величин, которые для сходственных точек данных систем одинаковы

- подобны те явления, которые описываются одной и той же системой дифференциальных уравнений и у которых соблюдается подобие условий однозначности

12. Вторая теорема подобия формулируется

- любая зависимость между переменными, характеризующими какое-либо явление, может быть представлена в виде зависимости между соответствующими критериями в форме уравнения подобия

- при подобии систем всегда могут быть найдены такие безразмерные комплексы величин, которые для сходственных точек данных систем одинаковы

- подобны те явления, которые описываются одной и той же системой дифференциальных уравнений и у которых соблюдается подобие условий однозначности

13. Третья теорема подобия формулируется

- любая зависимость между переменными, характеризующими какое-либо явление, может быть представлена в виде зависимости между соответствующими критериями в форме уравнения подобия

- при подобии систем всегда могут быть найдены такие безразмерные комплексы величин, которые для сходственных точек данных систем одинаковы

- подобны те явления, которые описываются одной и той же системой дифференциальных уравнений и у которых соблюдается подобие условий однозначности

14. При значении массы жидкости равной 120 кг ее плотность составляет 550 кг/м³ какой объем она будет занимать

- V =0,22 м³ - V = 0,8 м³ - V = 1,3 м³ - V = 5,6 м³

15. При массе жидкости 500 кг, она занимает объем 0,5 м³ , какой плотности жидкость

- ρ = 0,001 кг/м³ - ρ = 1000 кг/м³ - ρ = 2500 кг/м³ - ρ = 250 кг/м³

16. Жидкость занимает объем 1 м³ при плотности 0,1 кг/м³ , какую массу имеет жидкость

- m = 10 кг - m = 0,1 кг - m = 1 кг - m = 100 кг

17. Как изменится число Re при изменении диаметра трубопровода с d = 8 мм на d = 10 мм

скорость потока υ = 2 м/с, коэффициент кинематической вязкости, n = 0,013см²/с.

- Re = 15384, - Re = 12307, - Re = 1,54, - Re = 1538,4

18. При повышении температуры воды с 5° С до 20 ° С при диаметре трубопровода 10 мм и скорость потока υ = 2 м/с число Re равно

- Re = 13333, - Re = 20000, Re = 200, Re = 2000

19. Неустановившееся движение

- это такое движение, когда параметры движущейся жидкости в различных точках занимаемого ею пространства изменяются с течением времени

- это такое движение, когда параметры движущейся жидкости в различных точках пространства с течением времени не изменяются

- это такое движение, при котором скорости частиц жидкости в сходственных точках двух смежных сечений равны между собой

- это такое движение, при котором скорости частиц жидкости в сходственных точках двух смежных сечений не равны между собой

20. Установившееся движение

- это такое движение, когда параметры движущейся жидкости в различных точках занимаемого ею пространства изменяются с течением времени

- это такое движение, когда параметры движущейся жидкости в различных точках пространства с течением времени не изменяются

- это такое движение, при котором скорости частиц жидкости в сходственных точках двух смежных сечений равны между собой

- это такое движение, при котором скорости частиц жидкости в сходственных точках двух смежных сечений не равны между собой

21. Равномерное движение

- это такое движение, когда параметры движущейся жидкости в различных точках занимаемого ею пространства изменяются с течением времени

- это такое движение, когда параметры движущейся жидкости в различных точках пространства с течением времени не изменяются

- это такое движение, при котором скорости частиц жидкости в сходственных точках двух смежных сечений равны между собой

- это такое движение, при котором скорости частиц жидкости в сходственных точках двух смежных сечений не равны между собой

22. Неравномерное движение

- это такое движение, когда параметры движущейся жидкости в различных точках занимаемого ею пространства изменяются с течением времени

- это такое движение, когда параметры движущейся жидкости в различных точках пространства с течением времени не изменяются

- это такое движение, при котором скорости частиц жидкости в сходственных точках двух смежных сечений равны между собой

- это такое движение, при котором скорости частиц жидкости в сходственных точках двух смежных сечений не равны между собой

23. Суспензии -

- неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 3…70 мкм

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 0,3…3,0 мкм

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем капель жидкости размерами 0,3…3,0 мкм

- системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой

- системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа

24. Дымы

- неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 3…70 мкм

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 0,3…3,0 мкм

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем капель жидкости размерами 0,3…3,0 мкм

- системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой

- системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа

25. Туманы

- неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 3…70 мкм

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 0,3…3,0 мкм

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем капель жидкости размерами 0,3…3,0 мкм

- системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой

- системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа

26. Эмульсии

- неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 3…70 мкм

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 0,3…3,0 мкм

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем капель жидкости размерами 0,3…3,0 мкм

- системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой

- системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа

27. Пены

- неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 3…70 мкм

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 0,3…3,0 мкм

- системы, состоящие из газа и распределенных в нем капель жидкости размерами 0,3…3,0 мкм

- системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой

- системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа

28. К аэрозолям относят

- Пены, - Эмульсии, - Дымы, - Суспензии

29. Осаждение –

- процесс разделения неоднородных смесей на фракции, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, центробежных сил или электростатических сил

– процесс разделения суспензий при помощи пористых, фильтрующих перегородок, способных пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твердые частицы

– процесс разделения неоднородных суспензий и эмульсий на фракции в поле центробежных сил

– процесс разделения неоднородных жидких смесей на фракции, различающиеся по плотности, в поле действия центробежных сил

- процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой-либо жидкостью.

30. Мокрое разделение -

- процесс разделения неоднородных смесей на фракции, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, центробежных сил или электростатических сил

– процесс разделения суспензий при помощи пористых, фильтрующих перегородок, способных пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твердые частицы

– процесс разделения неоднородных суспензий и эмульсий на фракции в поле центробежных сил

– процесс разделения неоднородных жидких смесей на фракции, различающиеся по плотности, в поле действия центробежных сил

- процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой-либо жидкостью.

31. Фильтрование –

- процесс разделения неоднородных смесей на фракции, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, центробежных сил или электростатических сил

– процесс разделения суспензий при помощи пористых, фильтрующих перегородок, способных пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твердые частицы

– процесс разделения неоднородных суспензий и эмульсий на фракции в поле центробежных сил

– процесс разделения неоднородных жидких смесей на фракции, различающиеся по плотности, в поле действия центробежных сил

- процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой-либо жидкостью.

32. Центрифугирование –

- процесс разделения неоднородных смесей на фракции, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, центробежных сил или электростатических сил