Технологии пищевой промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. История развития науки о процессах и аппаратах

Над наукой о процессах и аппаратах работали как русские ученые, так и зарубежные. Основоположником изучения курса является Д.И.Менделеев, который изложил принципы построения курсов процессов и аппаратов и дал классификацию процессов химической технологии. Идеи Менделеева были развиты Крупским, Тищенко, Кировым, Павловым и другими. Крупский в 1909 г. изложил основополагающие идеи науки о процессах и аппаратах: 1.из большого количества технологических процессов, путем группирования выделяется ограниченное число основных процессов. 2. при изучении основных процессов используются единые закономерности. В дальнейшем эти идеи получили развитие в трудах профессора Тищенко. Значительную роль внес К.А. Гук, он впервые создал теорию пастеризации жидких сред в поточных теплообменных аппаратах. Храмцов- вопросы переработки сыворотки. Шленская- специалист в области общественного питания. Панасенков- вопросы сушки и сепарирования. Лисин- вопросы циклонной очистки воздуха. Основные теории процессов и аппаратов: теория основных процессов; принцип устройства аппаратов; методы расчета аппарата.

Основы гидравлики: она изучает законы движ. И равнов. жидкости, и применение их в разл отрослях практической деятельности гидростатика-из. з-ны покоя жидкости; гидродинамика-движения жидкости.

9. Классификация основных процессов пищевой технологии

Производственные процессы - совокупность последовательных действий для достижения определенного результата. Технология - ряд приемов, проводимых направленно, с целью получения из сырья продукта, с наперед заданными параметрами. Технологический аппарат - устройство оборудования, предназначенное для проведения технологического процесса. Процессы и аппараты - общие для различных отраслей пищевой промышленности, получили название основных процессов и аппаратов. Основные процессы подразделяются на: 1. механические процессы. Основой механических процессов является механическое воздействие на твердые материалы (измельчение, сортирование, прессование, центрифугирование, смешивание). Движущей силой этих процессов является механическое давление или центробежная сила. 2. гидромеханические процессы. Основы: гидростатическое или гидромеханическое воздействие на твердые материалы. Относятся к ним: перемешивание, осаждение, фильтрация. Движущей силой этих процессов является гидростатическое или гидродинамическое давление. 3. тепловые процессы. Основы: изменение теплового состояния, взаимодействующих сред (нагревание, охлаждение, выпаривание, конденсация, получение холода). Движущей силой является разность температур взаимодействующих сред. 4. массообменные (диффузионные). Основы: переход вещества из одной фазы в другую, за счет диффузии (экстракция, сушка, кристаллизация, адсорбция, абсорбция). Движущей силой является разность концентраций переходящего вещества взаимодействующих сред. 5. биохимические. Осуществляется с помощью живых микроорганизмов.

10. Теория подобия как метод моделирования процессов

Исследования процессов и аппаратов в промышленных условиях это сложный и дорогостоящий процесс, в связи этим большое значение имеет моделирование. Моделирование - изучение закономерности протекания процесса на моделях. Требования которые предъявляются к моделям: процессы в модели в оригинале должны описываться одними дифференциальными уравнениями; модель должна быть геометрически подобна оригиналу; начальные и конечные условия процесса для модели и оригинала должны быть одинаковы. Теория подобия - учение о методах научного обобщения эксперимента. Теория подобия указывает, как ставить опыты и как обрабатывать опытные данные. Подобными явлениями называются такие явления для которых отношения сходственных и характеристических их величин постоянны. Существуют геометрическое подобия и физическое. Критерий подобия - безразмерное отношение физических величин характеризующий изучаемый процесс.

Есть критерий гидромеханического подобия- кр.Рейнольдса( Re)- характеризует режим движения жидкости. Re <2300- ламинарный режим, 2300<Re<7000-переходный режим, Re>10000-турбулентный режим.

Re =щl/х

щ-скорость движения жидкости, l-линейный размер, х-коэффициент вязкости.

Безразмерная величина.

Критерий теплового подобия Нуссельта.

Nu=бl/л

б-коэффициент теплоотдачи, л-коэффициент теплопроводности.

Теоремы подобия:1.теорема Ньютона- если физические процессы подобны один другому, то их одноименные критерии подобия имеют одинаковую величину. Эта теория дает метод преобразования дифференциальных уравнений в критерий подобия.2.теорема Рябушкина или Федермана Бекингема- любая зависимость между переменными характеризующими какое-либо явление может быть представлено в виде зависимости между критериями подобия.3. теорема Кирпичева- подобны те явления,, условия однозначности которых подобны, и критерии подобия, состоящие из уравнения однозначности численно равны.

3 теорема является основой моделирования.

2. Основное уравнение гидростатики

Гидростатика изучает законы равновесия жидкости.

Поверхность жидкости на границе с газовой средой называется свободной поверхностью.

Р= Р₀+сgh

основное уравнение гидростатики. Величина P в формуле называется абсолютным гидростатическим давлением в определённой точке. Оно равно абсолютному давлению на свободной поверхности P0, сложенному с гидростатическим (весовым) давлением pgh, обусловленным весом самой жидкости. Разность между абсолютным и атмосферным давлением называется избыточным (манометрическим) давлением

Р изб=Р абс.- Рат.

Разность между атмосферным и абсолютным давлениями называется вакуумом

P вак = Pатм - Pабс.

Давление измеряется в технических атмосферах: кг*с/см².

3. Приборы для измерения давления

Для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления.Простейшим прибором является пьезометр- жидкостный манометр.

Стеклянная трубка диаметром не более 0,5 см, соединенная с атмосферой.

За счет разности давлений в сосуде и атмосферного давления жидкость поднимается в трубке на пьезометрическую высоту.

Р= сgh₁- избыточное давление в сосуде.

Пьезометры применяются для измерения небольших давлений от 0,03 до 0,04 МПа. Пружинные манометры измеряют избыточное давление. Вакууметры измеряют вакуум.

4. Уравнение неразрывности потока

Существует общая зависимость между скоростями в потоке жидкости, для которого соблюдается условие сплошности (неразрывности) потока, т.е. не образуется пустот, не заполненных жидкостью. Совокупность элементарных струек, представляющая собой непрерывную массу частиц, движущихся по какому-либо направлению, образует поток жидкости

v=хf- const,

Где v- объемный расход потока, м³/с, f-поперечное сечение потока, м/с. х- скорость частиц струйки.

5. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости

В реальной жидкости вязкость создает сопротивление движению жидкости в трубе, канале, которое обусловливает появление дополнительных потерь давления (hпот.). С учетом этих потерь уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости во всех ее сечениях напишется в виде :Основное уравнение гидродинамики:

Z+p/сg+х²/2g+ hпот =const,

где z- удельная энергия положения, p/сg - удельная энергия давления, Z+ p/сg - удельная потенциальная энергия, х²/2g-удельная кинетическая энергия. При переходе от уравнения Бернулли для элементарной струйки к уравнению потока реальной жидкости необходимо учитывать распределение скоростей элементарных струек жидкости в пределах живого сечения потока. Поскольку распределение скоростей в потоке неизвестно, то в гидравлике принимают эти скорости одинаковыми, но в слагаемое х²/2g вводят поправочный коэффициент альфа, учитывающий изменение кинетической энергии вследствие неравномерности распределения скоростей в живом сечении потока. Коэффициент альфа называется коэффициентом кинетической энергии или коэффициентом Кориолиса и определяется опытным путем. Тогда уравнение Бернулли для потока реальной жидкости

Z+p/сg+альфах²/2g+ hпот =const

Для установившегося движения среднее значение коэффициента Кориолиса принимается равным 1,05 - 1,1.

7. Режимы движения жидкости

При изучении течения всевозможных капельных жидкостей с различными физическими свойствами. Рейнольдс установил, что движение бывает ламинарным и турбулентным.

Ламинарным называется такой режим, когда поток жидкости движется отдельными струйками или слоями и траектории отдельных частиц между собой не пересекаются. В практике ламинарный режим имеет место при движении жидкостей с большой вязкостью, при движении воды через тонкие трубки, в трубопроводах при малых скоростях потока.

Турбулентным называется такой режим, когда струйчатость потока нарушается, все струйки перемешиваются и траектории движущихся частиц приобретают сложную форму, пересекаясь между собой. В практике чаще всего имеет место турбулентный режим движения жидкости.

Значения Re выше критического и до определённого предела относятся к переходному режиму течения жидкости, когда турбулентное течение более вероятно, но ламинарное иногда тоже наблюдается -- то есть, неустойчивая турбулентность.

Критерий гидромеханического подобия- кр.Рейнольдса( Re)- характеризует режим движения жидкости. Re <2300- ламинарный режим, 2300<Re<7000-переходный режим, Re>10000-турбулентный режим.

8. Классификация насосов

Насос - это гидравлическая машина, которая преобразует механическую энергию электродвигателя в энергию перемещаемой жидкости.

По принципу действия насосы можно подразделить на динамические и объемные. В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается со входом в насос и с выходом из него. В объемных насосах жидкость перемещается при периодическом изменении замкнутого объема жидкости, который попеременно сообщается со входом в насос и выходом из него. В лопастных насосах энергия сообщается жидкости при обтекании лопастей рабочего колеса насоса. В насосах трения жидкость перемещается преимущественно под воздействием сил трения. В объемных насосах с возвратнопоступательным движением рабочего органа жидкость получает энергию при возвратнопоступательном движении рабочего органа. В роторных насосах энергия сообщается жидкости при вращательном движении рабочего органа.

11. Основные параметры насосов

Основные параметры насосов - подача, напор и потребляемая мощность.

Подача (производительность) V (м3 /с) - это объемный расход жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод.

Напор насоса Н (м.) - удельная энергия, сообщаемая насосом единице массы перекачиваемой жидкости.

Полезная мощность Nп (Вт) -- затрачиваемая на создание в жидкости потенциальной энергии давления и равна произведению массового расхода жидкости рgV на напор Н:

Nп = рgVH

11. Основное уравнение теплопередачи

Основными кинетическими характеристиками процесса теплопередачи являются средняя paзность температур, коэффициент теплопередачи, количество передаваемой теплоты (от этой величины зависят размеры теплообменного аппарата)

Связь между количеством передаваемой теплоты и площадью поверхности теплообмена определяется основным уравнением теплопередачи где Q - количество переданной теплоты;К - коэффициент теплопередачи между средами;F - площадь поверхности теплообмена;

Дt - разность температур между средами - движущая сила процесса; dф - продолжительность процесса.теплопередачи. Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты(кДж) передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку площадью 1 м2 в течение1 ч при разности температур между теплоносителями 1 С.

12. Конвективный теплообмен (теплоотдача)

Теплоотдачей называется процесс теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой. Интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи, равным отношению плотности теплового поток а на поверхности раздела к температурному напору между поверхностью теплообмена и средой (теплоносителем). Различают теплоотдачу при свободной и вынужденной конвекции. Под свободной конвекцией понимают перемещение частиц жидкости или газа в объеме аппарата или теплообменных устройств вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости или газа. Ск-ть естественной конвекции определяется физич св-ми жидкости, разностью температур между горя.ч.и холод. частицами и объемом, в котором протекает процесс. Вынужденная, или принудительная, конвекция возникает под действием насоса или вентилятора и определяется физическими свойствами среды, скоростью ее движения, формой и размерами канала, в котором движется поток. При вынужденной конвекции теплообмен происходит значительно интенсивнее, чем при естественной.

Основной з-н конвективного теплообмена- з-н Ньютона;;ф-коэф-т теплоотдачи.,Коэф-т теплоотдачи показывает какое кол-во теплоты воспринимает 1 м² теплообмен. пов-ти от окруж-ей среды или отдает окр. среде за 1 ч. при разности t⁰ окруж. среды и теплообм. пов-ти 1⁰К

13. Теплопроводность

Теплопроводность- процесс переноса тепловой энергии внутри тела от одних молекул к другим в следствии их движения взаимного соприкосновения. Основной закон теплопроводности з-н Фурье:

Передача теплоты теплопроводности осущ-ся в тв. телах:;(Вт/мк).Коэффициент теплопр-ти показывает какое кол-во теплоты передается теплопроводностью через кв.метр поверхности стенки, толщиной один метр в течении одного часа при разности температур в один градус. Коэффициент зависит от t стенки и от свойств материала стенки. Передача теплоты конвекции осущ-ся в жидкостях и газах путем перемещения мх частиц. При передачи теплоты конвекции вдоль поверхности стенки образуется тонкий ламинарный слой. Тепло передается от пов-ти стенки к жидкости через пограничный ламинарный слой теплопроводности и от пограничного слоя к жидкости конвекции.

14. Тепловое излучение

Из всей лучистой энергии, которая попадает на пов-ть тела, часть энергии поглощается телом, часть отражается телом и часть проходит через тело. В общем случаеQa/Q + Qr/Q + Qd/Q = 1. В этом уравнении первый член характеризует поглощательную способность тела, второй - отражательную, третий - пропускательную. В ависимости от этого сущ-ет:-абсолютно черное тело(падающ-я энергия поглощается телом.); -абсолютно прозрачное тело (вся энергия проходит через тело); - абсолютно белое тело(вся энергия отражается телом).В природе нет абсолютно белых, черных и прозрачных тел, а есть серое тело. Закономерности теплового излучения описывается законами: з-н Кирхгофа- устанавливает соотношение между лучеиспускательной и поглощ-ся способностями тела. З-н Ламберта- выражает изменение интенсивности изменения по различным направлениям. Закон Стефана-Больцмана устанавливает зависимость между лучеиспускательной способностью тела Е, количеством энергии Q, излученной телом в течение 1 ч, и площадью поверхности тела F: = Q/F.

Энергия излучения зависит от длины волн л и температуры Т. Связь ежду лучеиспуск ательной способностью и температурой абсолютно черного тела выражается соотношением Е=К Т.

15. Методика расчета температуры стенки

Если подогреватель, то темпер-ра стенки должна быть меньше темпер-ры воспламенения теплоизоляц. материала. Если охладитель, то темпер-ра стенки должна быть больше точки россы.

; ;;;

16. Методы нагревания в пищевой технологии

Нагревание в пищ. промыш-ти применяется для ускорения гидромех., тепловых процессов, для проведения пастеризации и стерилизации пищ. прод-в. Теплоносители - насыщ.вод.пар, горячую воду, конденсат, гор.воздух, эл.ток. Вод.пар - самый распрастр. Для нагрева до 120-150с. Преимущества вод. пара: 1. повыш.коэф-т теплоотдачи. 2. небольш. расход благодаря повышенной удельной теплоты кондексации. 3. Легкое транспортирование. 4. Легкое регулирование. 5. Равномерность нагрева продукта, т.к. конденсация пара происходит при пост.тем-ре. Нагрев жид-ти возможен острым и глухим паром. Острым паром вводят в нагреваемую жид-ть.Барбартеры. 1. Глухим паром среда не соприкасается с паром (через стенку). 2. Нагрев гор.воздухом применяется для сушки молока, сахара. 3. Нагрев воздуха осущ-ся колориферами. 4. Эл.током до 1000С и выше. 5. Нагрев водой не выше 100С - пастреризация, стерилизация - выше 100С. 6. Воздух, вода, фреон, NH₃. Стерилизация в пищ. технологии применяется для уничтожения и подавления болезнетворных микроорг-в в сырье и полуфабрикатах. Подвергаются: консервы детского питания, соки, сиропы, прод-ты длит.хранения. Пастеризация (длит.- 60-70С при 15-20мин., кратк.- 20-30сек при 72-76С, мгн.- 2сек 85-95С)

17. Сущность процесса конденсации и область применения в пищевой технологии

Конденсация- это процесс сжижения пара или газа; он широко применяется в технике пищевой пром-ти для создания разрежения в выпарных аппаратах, использования теплоты конденсации для нагревания жидкостей, для разделения систем состоящих из компонентов с различными температурами сжижения, в холодильных, сушильных установках. Различают поверхностные и конденсаторы смешения. Поверхностные конденсаторы применяются в случае, когда конденсат надо сохранить в чистом виде.; эти конденсаторы представляют собой поверхностные(трубчатые) теплообменники, устройство которых обусловлено в основном способом охлаждения паров. Хладоносителем обычно являются вода или воздух. К конденсаторам смешения относятся прямоточные или противоточные смешивающие конденсаторы. Они применяются для создания разрежения в установках, работающих под вакуумом. Увеличение разрежения достигается в основном снижением температурыохлаждающей воды и удалением газов из конденсатора.

18. Процесс охлаждения продукта. Способы охлаждения продукта

Охлажение - процесс понижения тем-ры прод-та от нач. до конеч. Знач-я, кот. Выше тем-ры замерзания р-ра в пр-те (криоскопической тем-ры), кот. для большинства прод-в близка к -1С. Для охлаждения газов, паров и жидкостей до 25…30 °С в пищевой технологии используют воду и воздух. Для охлаждения продуктов до низких температур используют низкотемпературны е хладагенты - холодильные рассолы, фреоны, аммиак,, жидкий азот и др. Охлаждение водой осуществляется в теплообменниках, в которых теплоносители разделены стенкой либо обмениваются теплотой при смешивании. Для охлаждения применяется обычная вода температурой 15…25 °.Охлаждение льдом применяется для охлаждения ряда продуктов,например, мороженого, до температуры, близкой к нулю. Лед, отдавая теплоту, нагревается до 0 °С и плавится, отнимая теплоту от охлаждаемого продукта. Охлаждение воздухом проводится естественным и искусственным способами. При естественном охлаждении горячий продукт охлаждается за счет потерь теплоты в окружающее пространство. Искусственное охлаждение воздухом применяется для охлаждения воды в градирнях, в которых охлаждаемая вода стекает сверху вниз навстречу подаваемому снизу воздуху. При этом охлаждение происходит не только за счет теплообмена, но и в значительной степени за счет испарения части жидкости.

19. Сущность процесса выпаривания и область применения в пищевой технологии

Выпаривание- процесс сгущения р-ов, путем удаления из него части воды посредством испарения. На пищевых производствах выпаривают обычно водные р-ры - сиропы, пектиновый клей, молоко. Кипение происходит в объеме р-ра, когда давление паров р-ля равно общему давлению в надрастворном пространстве; особенностью процесса является постоянство температуры кипения при данном давлении и данном составе р-ра. Выпаривание производится в испарителях технологического назначения, называемых выпарными аппаратами ; при выпаривании под вакуумом эти аппараты называются вакуум-аппаратами. Выпаривание происходит при кипении. Применяется для: концентрации р-ов (твердых, не летучих в-в); полного выделения тв. вещ-ва из р-ра; получения р-ля в чистом виде. Выпаривание проводят в выпарных аппаратах, установках. Может быть периодическим, непрерывным. Выпаривание проводят при атмосферном давлении, при вакууме, при избыточном давлении. При выпаривании под вакуумом создается разряжение, вакуумом создается путем конденсации вторичных паров и отвода неконденсирующихся газов, с помощью вакуум - насосов. Выпаривание под вакуумом позволяет снижать температуру кипения р-ра.

20. Материальный и тепловой баланс процесса выпаривания

Выпаривание - процесс сгущения растворов, путём удаления из него части воды под средством испарения.

Выпаривание проводят с помощью выпарного аппарата, он может быть периодическим и непрерывным. Проводят при атмосферном, избыточном давлении или под вакуумом. Материальный баланс - это процесс изменения количеств раствора, растворителя и растворённых веществ за время сгущения раствора в аппарате. Массовое количество выпаренной из раствора воды и конечная концентрация раствора определяют материальным балансом сухих веществ.

G c - масса сырья, G c * %с. в. с./ 100 =G cгущ * %с. в. сгуш./100

G сгущ = Gс - W

W = Gc *(1-%с. в. с./ %с.в.сгущ.),W-кол-во испар влаги, свс-сух вещ в сырье, свсгущ-сух вещ в сгущ про-те

Тепловой баланс. Тепло поступает с: 1.начальным раствором SнСнtн, где Сн и tн - теплоёмкость и температура этого раствора, 2. с греющим паром Q=D(i-i), где D - расход пара, I - энтальпии.

Складывается тепловой баланс:

Qc + Qпара = Qсгущ. +Qвт. п. + Qконд. + Qпот.

Д - количество пара:

Д = Gc* Cc*(tкип-tнач)+W*z / (Iпара-Iконд) n

Cc- содержание сухих веществ

W - количество влаги

Z - скрытая тепловая парооб.

N - тепловой КПД

Поступающая теплота: уносится вторичным паром, уносится концентрированным раствором, уносится на покрытие тепловых потерь в окруж. среду.При выпаривании греющий пар расходуется на образование вторичного пара, на подогрев раствора до температуры кипения и на покрытие тепловых потерь.

21. Устройство выпарных аппаратов

Циркулирующий выпарной аппарат с вертикальными кипятильными трубками. Основной конструкцией является камера, куда поступает греющий пар, пространство с кипящей жидкостью и пространство с вторичным паром. Вспомогательные элементы: патрубки для подвода и отвода рабочих сред, для отвода конденсата первичного пара и не конденсирующих газов, сепаратор и ловушка для отделения пены и брызг от вторичного пара. Поверхность нагрева может быть рубашечной, змеевиковой, трубчатой, пластинчатой или ребристой. В зависимости от расположения рабочих сред аппараты могут быть паротрубными, или внутри трубок находится пар, или жидкостнотрубными, если жидкость кипит внутри трубок. Выносные камеры бывают с горизонтальными и вертикальными паровыми камерами. По режиму циркуляции различают аппараты с принудительным движением раствора, с организованной естественной циркуляцией и с неорганизованной естественной циркуляцией.

Плёночный выпарной аппарат широко применяется для выпаривания соков, молока, растворов глюкозы. Сок насосом подаётся в аппарат через подогреватель и поступает при помощи распределительного устройства в верхнюю часть кипятильных труб. Смесь быстрым потоком движется вниз по длинным кипятильным трубкам аппарата и выбрасывается в сепаратор, где происходит разделение пара от сгущённого сока.

22. Классификация неоднородных систем

Неоднородными называются системы, состоящие из двух фаз: дисперсной (внутренней), и дисперсионной (внешней), в которой распределены частицы дисперсной фазы. Они подразделяются на суспензии, эмульсии, пены, пыли и дымы. Суспензия - неоднородная система, состоящая из жидкой дисперсионной и твердой дисперсной фаз.

Эмульсия - неоднородная система, состоящая из двух жидких фаз, не смешивающаяся одна с другой.

Пена - неоднородная система, состоящая из жидкой дисперсионной и газовой дисперсной фаз. Пена по своим свойствам близка к эмульсии. Пыли и дымы - неоднородные системы, состоящие из газа и распределенных в ней твердых частиц. Пыли образуются обычно при дроблении, смешивании и транспортировке твердых материалов. Дымы образуются при конденсации паров и газов при переходе их в жидкое или твердое состояние.

Туманы - неоднородные системы, состоящие из газа и распределенной в нем жидкой фазы. Пыли, туманы и дымы представляют собой аэродисперсные системы или аэрозоли.

23. Способы разделения неоднородных систем

В пищевой промышленности применяют следующие основные методы разделения неоднородных систем: осаждение, фильтрование, центрифугирование.

Осаждение - процесс разделения жидких и газовых неоднородных систем под действием силы тяжести, центробежной силы или электрических сил.

Применяется главным образом для грубого разделения неоднородных систем.

Фильтрование - процесс разделения жидких и газовых неоднородных систем с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы. Фильтрование осуществляется под действием сил давления или центробежных сил. Применяется для более тонкого разделения неднородных систем. Центрифугирование - процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил.

24. Перемешивание жидких сред и сыпучих материалов

Перемешиванием наз-ся процесс приведения в тесное соприкосновение сыпучих, жидких или газообразных тел. Перем-ние применяется для образования эмульсий и суспензий и является средством для создания контакта между реагирующими массами жидкости и твердыми телами.

Перемешивание жидких сред.

Пневматическое перем-ие осущ-ся с помощью сжатого газа воздуха, который пропускают через слой перемешиваемой жидкости.

Циркуляционное перемеш-ние осуществляется с помощью насоса, который перекачивает жидкость по замкнутой с-ме (смеситель-насос-смеситель). Интенсивность перемеш-ния зависит от кратности перемеш-я.

Кратность - отношение подачи циркуляц. насоса к объему жидкости в аппарате.

Статическое перемеш-ние применяется для жидкости невысокой вязкости. Осущ-ся в статич. смесителе за счет кинетич. энергии жидкости. Механич. перем-ние исп-т для интенсификации гидромеханич., тепловых и массообменных процессов. Способ осущ-ся с помощью различных механ. устройств - мешалок.

Все перемеш-ие устр-ва в пищ. промыш-ти делятся на 2 группы:

- лопастные, турбинные и пропеллерные мешалки

- спец. мешалки - винтовые, шнековые, ножевые, которые служат для перемеш-ния пластинчатых и сыпучих материалов.

Перемешивание сыпучих материалов.

Для смешивания сыпучих мат-в (мука) применяют устр-ва шнекового, лопастного, ударного и барабанного типа.

Лопастный смеси-тель имеет две лопасти, вращающиеся в противоположных направлениях. Материал, поступающий в смеситель, подвергается энергичному воздействию лопастей.

На пищевых производствах широкое распространение полу-чили шнековые смесители с подвижной осью - ворошители. Ворошители применяются в производстве солода.

В барабанных смесителях перемешивание осуществляется при вращении барабана, снабженного внутренними лопатками, обеспечивающими пересыпание материала. Материал подается в барабан шнеком, который служит и для выгрузки смешанной массы.

В смесителях ударного типа интенсивное перемешивание достигается вследствие ударов билами о смешиваемые частицы; билы насажены на диски, быстро вращающиеся в противопо-ложных направлениях.

25. Теоретические основы разделения обратным осмосом и ультрафильтрацией

жидкость конденсация ультрафильтрация выпаривание

Фильтрование - процесс разделения суспензии, пыли через пористую фильтровальную перегородку, которая пропускает жидкость, но задерживает взвешенные в ней частицы.

Фильтрация - движение жидкости сквозь пористую среду (например, просачивание воды через грунт).

В настоящее время получили широкое применение методы разделения, основанные на применении полупроницаемых мембран.

Методы обратного осмоса и ультраф-ии заключается в фильтр-нии растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, которые избирательно пропускают растворитель и полностью или частично задерживают молекулы раств. в-ва.

Обр. осмос и ультр-ция имеют принципиальные отличия от фильтр-ния:

1. При фильтр-нии осадок откладывается на фильтр-ной перегородке, то при обр.осмосе и ультр-ции образуется 2 раствора, один из которых обогащен раств. в-вом.

В этих процессах накопление осадка на мембранных перегородках недопустимо.

Обр. осмос и ультр-ция имеют общее:

1. Для их осуществления используют мембраны, изготовленные из одного и того же материала, но имеющие разные размеры пор.

В процессе ультр-ции в мембране задерживаются в-ва с молек. массой>=500 г/моль, а низкомолекулярные в-ва и растворитель свободно проходят через поры.

При обратном осмосе мембраной задерживаются как высоко-, так и низкомолек-ные в-ва, а проходит чистый раств-ль.

Ультрафитрация - способ концентрирования высокомолек-ных в-в.

Обр. осмос - способ концентрирования всех в-в(как высоко-, так и низкомолек-ных в-в).

В основе этих способов лежит явление осмоса - самопроизвольного перехода раств-ля в раствор.

Давление в растворе, заставляющее раств-ль переходить через мембрану, называется осмот. давлением и определяется по ур-нию Вант-Гоффа:

,

где

i - коэф-т Вант-Гоффа, i = 1+б, где б - степень диссоциации раств. в-ва

R- газ. постоянная

T-абсолютная температура, К

x - концентрация раств. в-ва, г/л

M - молекул. масса раств. в-ва, г/моль

Осмот. давление р-ров прямо пропорционально их Т, х и обратно пропорциональна М раств. в-ва.

Требования к мембранам:

1. Должны иметь высокую разделяющую способность или селективность

2. Избирательно пропускать одни в-ва и не пропускать другие

3. Иметь высокую удельную производительность или проницаемость.

26. Процесс фильтрования. Виды фильтрования

Фильтрование - процесс разделения суспензии, пыли через пористую фильтровальную перегородку, которая пропускает жидкость, но задерживает взвешенные в ней частицы.

Фильтрация - движение жидкости сквозь пористую среду (например, просачивание воды через грунт).

При разделении суспензий в зависимости от фильтр. перегородки фильтр-ние может происходить:

1. С образованием осадка на поверхности перегородки (Dчастицы > Dпор перегородки). Поры перегородки перекрываются частицами, образуется слой осадка, толщина которого увеличивается по мере фильтрования. По мере увеличения толщины слоя возрастает сопротивление фильтрованию и снижается его скорость.

2. Закупоривание пор перегородок (твердые частицы проникают в поры перегородок). Этот процесс имеет место при фильтр-нии вязких суспензий. Твердые частицы проникают в капилляры и застревают там, задерживаясь за счет прилипания. Накапливаясь в порах фильтра, частицы осадка закупоривают их и вследствие скорость фильтр-ния снижается.

3. С тем или иным явлением одновременно.

Движущая сила и скорость фильтр-ния.

Движ.сила процесса фильтр-ния - разность давлений по обе стороны фильтр-ной перегородки либо является центробежная сила.

Разность давлений можно получить след. способами:

1.Создание избыточного давления над фильтр-ной перегородкой.

2. Подсоединение пространства под фильтр-ной перегородкой к вакуумной линии.

В этих случаях фильтр-ние происходит при перепаде давлений и скорость процесса прямо пропорциональна давлению и обратно пропорциональна сопротивлению осадка.

Процесс фильтр-ния описывается:

,

где

dV-объем фильтрата, м³

ф-продолжительность фильтр-ния, сек

?Р-перепад давления, Па

м-динамическая вязкость, Па*с

F-площадь повер-сти фильтр-ния,м²

R-сопротивления осадка и фильтр. перегородки

Фильтрование под действием центробежной силы происходит в фильтр. центрифугах, которые имеют перфорированный барабан, который обтянут фильтр-ной тканью.

Суспензия под действием центроб.силы отбрасывается на фильтр-ную ткань, жидкая фаза фильтруется, а взвешенные частицы задерживаются на фильтровальной ткани.

Процесс фильтр-ния можно разделить на 3 периода:

1. Образование осадка

2. Уплотнение осадка

3. Отжим

При центроб. фильтр-нии на массу частицы действует центробежная сила:

где

dm-масса элемент. кольца, кг

r-расстояние кольца от оси вращения

щ-угловая скорость, рад/сек

Отношение центробеж.силы к силе тяжести наз-ся фактором разделения, который характеризует процесс разделения.

27. Измельчение и классификация твердых материалов

Измельчение-процесс увел-ия поверхности твер. материалов путем их раздавливания, раскалывания и стирания, ударов. Применяется в алкогольной, мукомольной, мясном и пивоваренных производствах. В процессе измельчения увел-ся поверхность твер. материалов и повышаются биохимические и диффузные процессы.

Процессы измельчения подразделяются на:

1. Дробление

а) крупное

б) среднее

в) мелкое

2. Измельчение

3. Резание

Классификация - процесс разделения однородного сыпучего материала по величине его частиц.

Процесс измельчения характеризуется степенью измельчения

В зависимости от начальных и конечных размеров материала измельчение делится на:

1. Крупное d_нач = 1500-2000мм d_кон = 250-25мм

2. Среднее d_нач = 200-25мм d_кон = 25-5мм

3. Мелкое d_нач = 25-5мм d_кон = 5-1мм

4. Тонкое d_нач = 5-1мм d_кон = 1-0,075мм

5. Коллоидное d_нач = 0,2-0,1мм d_кон = 1*10^-4 мм

Крупное и среднее измельчение проводят сухим способом; тонкое, мелкое и коллоидное - в воде.

1. Раздавливание. При раздавливании материал помещают между нажимной и опорной плитой. На нажимную плиту действует сила F, под действием которой внутреннее напряжение в материале постепенно возрастает. И когда внутреннее напряжение в материале превысит предел прочности сжатия, материал разрушается.

2. Раскалывание. Возникает в результате создания больших нагрузок при контакте материала с клинообразным рабочим органом.

3. Разламывание. Осуществляется за счёт воздействия на материал, который находится между 2 опорами, изгибочных сил.

28. Прессование

Для обезвоживания, брикетирования твердых материалов, гранулирования и формования пластичных материалов в пищевой промышленности применяется прессование. Прессование заключается в том, что обрабатываемый материал подвергается внешнему давлению в специальных прессах.

Под избыточным давлением проводятся обезвоживание, брикетирование, формование и штампование различных пищевых материалов.

Обезвоживание под давлением применяется в ряде отраслей пищевой промышленности: в сахарном производстве для отжима воды из свекловичного жома, сока из сахарного тростника. Брикетирование применяется для получения брикетов, т. е. брусков прямоугольной или цилиндрической формы спрессованного материала. Брикетирование применяется в сахарном производстве для получения брикетов свекловичного жома и сахара-рафинада. Физическая сущность прессования сводится к сближению и сцеплению частиц твердой фазы, т.е. к уплотнению и упрочению разрыхленной массы путем механического давления.В качестве характеристики брикетируемости (гранулируемости)служит степень уплотнения лупл, представляющая собой отношение объема V порции материала до прессования к объему VK полученного брикета. При уплотнении в камере с постоянной площадью поперечного сечения будет справедливо выражение

лупл =V/Vк, = h/hк,

где h и hк - высота слоя до и после прессования в камере постоянногосечения.

29. Массообменные процессы. Осн. з-ны массопередачи

Массобменными называются процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества из одной фазы в другую конвективной и молекулярной диффузией. Виды: Абсорбция - процесс селективного поглощения газов жидким поглотителем (абсорбентом). Перегонка - процесс разделения жидкой смеси на составляющие компоненты. Экстракция - процесс извлечения веществ из жидкости или твердой фазы с помощью растворителя. Сушка - удаление влаги из материала путем ее испарения. Кристаллизация - переход вещества из жидкой фазы в твердую за счет возникновения и роста кристаллов в растворе.

Мас-е процессы обратимы, т.е. распред. между фазами вещество может переходить из одной фазы в др в зависимости от условий равновесия фаз. Массопередачей называют процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия. Основные з-ны масс-чи: 3акон молекулярной диффузии (1з.Фъка), диффузия в газах и растворах жидкостей происходит в р-те беспорядочного теплового движения молекул, атомов, ионов, коллоидн. частиц, приводящего к переносу вещества из зоны высоких концентраций в зону низких конц-ций, гласит: “Масса вещества dm, продиффундировавшего за время dt через элементарную поверхность ds,пропорциональна градиенту концен-цииdc/dnэтого вещества“:

Закон конвективной диффузии позволяет определить количество вещества, переносимого в одной фазе к границе или от границы (при массоотдаче) раздела фаз. В процессе массопередачи участвуют 3 в-ва: 1.G - в-во носитель, сост.1фазу; 2.L- в-во носитель, сост.2 фазу; 3. М- распределяемое в-во, перех. из одной фазы в др. Скорость массоотдачи определяется: для фазыG: для фазы L:

(3-9)

Входящие в эти уравнения разности концентраций и представляют собой движущую силу процесса массоотдачи соответственно в фазах G иL, причем y и x - средние концентрации в основной массе (ядре потока) каждой из фаз; и - конц-ции у границы соответствующ. фазы.

Коэф-ты массоотдачи и показывают какая масса в-ва переходит от поверхности раздела фаз в ядро фазы (или в обратном направ-нии) через ед-цу площади поверхности в ед-цу времени при движущей силе массоотдачи, равной единице.

Осн. ур-е массопередачи, где

М-кол-во в-ва, перех. из одной фазы в др., кг/с

К- коэф-т массопередачи, показ. какое кол-во в-ва переходит из одной фазы в др. в единицу времени через единицу пов-ти фазового контакта при движ. силе=1, F- пов-ть сопр-я фаз

?С- движущая сила массообм. процессов, м/с

30. Экстракция в с-ме ж-ть-ж-ть. Экстракция в с-ме тв.тело-ж-ть

Экстракция- процесс извлечения растворен. в-ва из жид-ти с помощью др. жид-ти, кот ре паствор. в 1 жид-ти, но растворяет экстрагированные компоненты.

Исходный р-р F, кот. поступает в экстактор содержит эктсраг. в-во М и растворитель L (F=M+L). Е-жид-ть, использ. для извлечения компонента - экстагент. Получен. в рез-те экстракции смесь поступает в разделитель, где распределяется на экстракт Э - р-р экстрагиров. в-ва в экстагенте. Р - рафинат (остаточный р-р), из кот. экстрагированы извлекаемые компоненты.

Равновесие в процессе экстракции хар-ся коэф-том ц (распред.). Он равен отношению равновесных конц-й экстрагируемого в-ва в экстракте и рафинате.

где у_р, х - равновесные конц-и экстрагиров. в-ва в экстракте и рафинате.

Кинет. закон-ти процесса экстракции в с-ме ж-ть-ж-ть опр. з-ми массопередачи.Для увеличения эффек-ти экстракции одну из фаз диспергируют в вид капель в др. жидкойсплошной фазе. Экстраг.в-во диффундирует из сплошной фазы к пов-ти капель, затем внутрь этой капли, либо наоборот - из капли через пов-ть раздела фазв сплошную фазу.

Выщелачивание - экстракция из ТВ. тела одного или неск. в-в с помощью растворителя. В пищ. пром-ти выщелачиванием обрабатывают капеллярные поритсые тела растворителями животного происхожденичя. Выщелачивание - сл. процесс, кот состоит из неск. стадей: 1.Диффузия растворителя в поры тв. тела. 2. Раствор-е извлекаемыз в-в. 3. Диффузия экстрагируемыз в-в внутри тела на пов-ти раздела фаз. ;. Массопередача экстр. в-в в жлдком растворителе от пов-ти раздела фаз к ядру.

Коэф-т массопров-ти зависит от: внутр. стр-ы тв.тела; физ св-в экстрагента; конц-и экстраг. в-в; тем-ты процесса.

31. Сущность процесса абсорбции и область прим-я в пищ. Технологии

Абсобция- процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем - абсобент. Газ (пар) - абсорбтип. Абсорция - обратимый процесс - десорбция. Дан. процесс исп-т в пром-ти для насыщения жид-ти газом (углекислым). При брожении, в пр-ве шипучих вин, спирта, эфира. Существует физическая (в процессе растворения газа в жмд-ти хим.р-я не происходит) и химическая (хим. р-я).

Поглощение газа абсобентами теоретически происходит до достижения равновесия. При пост. тем-те или давлении кажд. конц-и распределе. в-ва в одной фазе соот-т строго опред. конц-я в др. фазе. В условии равновесия при пост. тем-те зав-ть между равновесными конц-ми выр-ся з-ном Генри: при дан. тем-ре мольная доза газа в р-ре прямо пропорциональна давлению газа над жид-тью.

Р-Е*х, где р-порциальное давление газа, равновес. с р-ром, Е - константа Генри (зависит от абсорбента, абсотбтива, тем-ры), х-конц-я.

С ростом тем-ры пастворимость газов в жид-ти понижается, т.е. прцессу абсобции способствует низкая тем-ра жид-ти и повыш. давление газа.

Материальный баланс процесса абсорбции хар-ся ур-м:

G-кол-во инертного газа, кг/с

L-кол-во поглотителя

у- сод-е компонента в газовой фазе

х- сод-е компонента в жид.фазе.

32. Сущьность процесса адсорбции и область применения в пищевой технологии

Адсорбцией назыв. избирательное поглощения газов или паров из газовых смесей или раств. веществ из раствора твердого поглотителя (адсорбента). Поглощенное вещество назыв адсорбтивом. Различают химическую и физическую адсорбцию. Физическая объясняется взаимным притяжением адсорбента и молекул адсорбтива без хим реакций. Химическая происходит с помощью хим реакций между адсорбентом и молекулами адсорбтива. При поглощении паров адсорбента может произойти конденсация этих паров и пары заполняются жидкостью. Этот процесс называется капиллярной конденсацией. В пищевой промышленности:очистка сока и сахарных сиропов в сахарном производстве;осветление пива. Процесс адсорбции является обратимым.Поглащенное вещество может быть извлечено из адсорбента путем соотн. обр-ки. Этот процесс назыв дисорбцией. В пищевой промышленности исп-ся следующие виды адсорбентов:1) ??тивные угли-получают при сухой перегонке углесод. веществ (дерево, торф). 2)селикогели- продукт обезвоживания геля кремниевой кислотой.. 3) Цеолиты- водные алюмосиликаты селикотического или набур-го пр-я. 4)глины и др природные глинистые адсорбенты. Свойства адсорбентов: все адсорбенты характеризуются поглотительной активностью(количество вещества поглощенное единицей массы и объемом адсорбента). Различают статическую поглатит. активность- максимальное возможное количество вещества, поглощенное единицей массы адсорбента. Динамическая- количество вещества, поглащ единицей массы адсорбента от начала адсорбции до «проскока» адсорбтива через слой адсорбента. Процесс адсорбции происходит в 4 стадии: 1)процесс адсорбции2)десорбция3)сушка адсорбента4)охлаждение адсорбента. Движущей силой адсорбции явл разность между концентрацией адсорбтива в имеющ газовой фазе и в равновесной фазе.

33. Перегонка и ректификация

Это методы разделения жид однород смесей, состоящих из нескольких летучих компонентов. Перегонка-простое разделение смеси. Ректификация-сложная перегонка. Оба процесса основаны на различной летучести компонентов смеси при одной температуре. Компонент смеси с повышенной летучестью кипит при низкой температуре и наоборот. В простейшем случае смесь состоит из 2 компонентов. C=K+2-Ф, где К-число компонентов,Ф- число фаз, С- число степеней свободы. Состояние системы определяется 3 параметрами: температура, давление, концентрация. В зависимости от взаимн раств компонентов смеси, бинарные смеси делятся: 1)с неограниченной растворимостью а) идеальные(смешение компонентов без выделения теплоты и без изменения объема смеси). б)реальные(выделение теплоты и изменение объема). 2)с частичной растворимость.ю компонентов дрг в друге. 3) с взаимно неразличимыми компонентами. Способы перегонки: отбор фракции; дефлегмация(пары попадают в дефлегматор, где частично конденсир-я,образуется флегма, состоящая из труднолетучих компонентов. Снова слив-я в куб, а пары с легколетучими комп-и поступают в конденсат); с водяным паром(проводят с целью понижения температур кипения этой смеси и комп-ы этой смеси нараст в воде).Ректификация - разделение смеси в результате многократ частичного испарения жидкости и конденсации паров. Ее проводят к колонных аппаратах,процесс взаимодействия пара с жидкостью происходит в противотоке и в каждом контакт устройстве пары конденсируются,а жидкость частично испаряется за счет теплоты конденсации пара. Правила при расчете ректификационных установок: 1)при конден. 1к/моль пара испаряется 1кмоль жидкости, количество пара этой установке одинаково в любом его сечении 2)при конденсации пара в дефлегматоре не происходит изменение состава пара. Этот состав пара, исходящий из установки=составу дестилятора 3)при испарении жидкости не происходит изменения ее состава. Состав пара, образ-й при испарении=составу кубового остатка.

34. Сущность процесса сушки и область применения

Многие виды сырья содержат много воды.Но продукты должны выпускаться с минимальным количеством влаги(с целью лучшего сохранения,транспортабельности). Влага из материалов может быть удалена механическим, физико-химическим, тепловым способами. Высушиванию подвергаются и твердые, и жидкие материалы. Процесс сушки связан с подводом к высушиваемому телу тепла, за счет которого происходит испарение влаги. Для отвода испаряемой влаги применяются сушильные агенты (воздух, перегретый пар, топочные газы), которые насыщаются влагой, диффундирующей с поверхности материала. Сушка-сложный технологический процесс, в результате которого изменяются свойства материала. В сушилку поступает влажный материал, соприкасается с подогретым воздухом или перегретым паром, соприкасаясь с материалом, нагревает его, в результате происходит испарение с поверхности материала. Влага диффундирует в воздух, который увлажняется и уносит влагу, выходя из сушилки. Сушка- термический процесс удаления влаги, происходящий вследствие ее испарения и диффузии. Сушка играет огромное значений в свеклосахарном производстве (сахар-песок, сахар-рафинад, жом),в спиртовом производстве высушиваются барда,пищевые и кормовые дрожжи, В пивоваренном сушке подвергается солод. Высушивают крахмал. Так же для производства сгущенного молока, сухих фруктов и овощей. Для получения сухарей. В производстве макарон, пастилы.

35. Методы сушки

Помимо нормального сушильного процесса могут быть построены и иные, отличающиеся способами подвода тепла к сушильному агенту. Существуют сушилки с подогревом воздуха в сушильной камере, с промежуточным подогревом воздуха, с возвратом отработавшего воздуха. По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие методы сушки:1) конвективная сушка - путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы (как правило в смеси с воздухом);2) контактная сушка - путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

3) радиационная сушка - путем передачи тепла инфракрасными лучами, тут тепло подводится термоизлучателем; 4) диэлектрическая сушка - путем нагревания в поле токов высокой частоты;

5) сублимационная сушка - сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме.

Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с влажным газом.

36. Формы связи влаги с материалом

Форма связи играет большую роль в технологии процесса сушки. Связь может быть: химическая (ионная, молекулярная), физико-химическая (адсорбционная, осмотическая, структурная), механическая (влага в капиллярах, влага смачивания). Наиболее прочным видом связи является химическая. При помощи сушки можно удалить влагу, связанную с материалом физико - химически. Адсорбционно-связанная влага удерживается у поверхности раздела коллоидных частиц с окружающей средой. Коллоидные структуры имеют большую адсорбционную способность. Влага прочно связана с материалом, она назыв связанной водой. Эта вода настолько связана с коллоидными частицами, что она не участвует в растворении кристаллических веществ, если они добавлены в коллоидный раствор. Адсорбция влаги сопровождается выделением тепла, кот назыв теплом гидратации. Осмотически удержанная и структурная влага. Эта влага отличается тем, что при присоединении влаги этих видов не выделяется тепло. Эта влага связана с материалом не очень прочно. К этой влаге может быть отнесена влага, заключенная в клетках растительных тканей. Влага, наименее прочно связанная с материалом,удерживаемая механически. Механическая влага содержится в капиллярах тела и на его поверхности. Та, что на поверхности тела назыв влагой смачивания. Влага смачивания и влага макропор не прочно связана с материалом, может бытьь удалена механическим способом. Такая влага назыв свободной. Влага в материале распределена неравномерно. Поэтому различают среднюю концентрацию в материале. Влажность материала W=(m_вл/m)100. В ряде случаев влагу относят к абсолютно сухому веществу, тогда

е=m_вл/(m-m_вл)

37. Процесс сушки на диаграмме I-D

Воздух, поступитвший в сушилку, передает свое тепло влаге материала, кот. Нагревается и испаряется. Образовавшиеся пары со всем теплом, полученным от воздуха, смешивается с воздухом. Поэтому теплосодержание воздуха остается постоянным, хотя тем-ра его снижается. Точка А соотв-т сост-ю воздуха при его входе в подогреватель. Процесс подогрева воздуха изобразится линией АВ. Процесс сушки изобразится линией ВС. Точка С хар-т воздух при выходе его из сушильной камеры. Процесс в сушилке изображается ломаной линией. Прицесс, изор. На рис. Наз-ся нормальным теорет. Процессом сушки с многократным промежуточным подогревом воздуха

...