Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ-МСХА имени К.А. ТИМИРЯЕВА»

(ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева)

Технологический институт

Кафедра «Процессы и аппараты перерабатывающих производств»

Контрольная работа

Основные задачи реологии пищевых сред. Классификация реологических тел

Логвина Лидия Александровна,

студентка группы Д-Т405

Москва, 2023

Оглавление

• Введение
• 1. Основные задачи реологии пищевых сред
• 2. Объекты исследований пищевой реологии
• 3. Расчет трубопроводной системы
• Заключение
• Список литературы


Введение

Реология - наука о деформации и течении различных тел. Слово «реология» происходит от греческого «», что означает «теку». Деформацией называется относительное смещение частиц материального тела, при котором не нарушается непрерывность самого тела. Если под действием конечных сил деформация тела увеличивается во времени непрерывно и необратимо, то это означает, что материал течет. При деформации обычно происходит изменение формы или размеров данного тела; однако есть случаи, в которых эти явления не обнаружены, например при ламинарном потоке в зазоре ротационного вискозиметра. Успехи реологии пищевых продуктов, достигнутые исследователями, обусловливают все более широкое использование реологических методов в промышленности на качественно новой основе. Они применяются не только в традиционных случаях, таких, как изучение физических величин и расчет движения продуктов в рабочих органах машин, но и для оценки ряда технологических, в том числе и качественных, показателей продуктов, управления ими и получения заранее заданных технологических характеристик. Оба направления имеют существенное значение в совершенствовании техники и технологии. При этом первоначальной, главной задачей является изучение и определение значений структурно-механических характеристик в широком диапазоне изменения основных определяющих технологических, механических и других параметров.

В Реологии существует несколько подразделов:

1. Теоретическая реология - занимает промежуточное положение между гидромеханикой и теориями упругости, пластичности и ползучести. Она устанавливает зависимости между напряжениями, вызываемыми деформациями и их изменением во времени. Основное внимание обращается на сложное реологическое поведение вещества, когда появляются, например, вязкие и упругие свойства или вязкие и пластичные и т.д.

2. Экспериментальная реология - определение реологических свойств с помощью специальных приборов и испытательных машин.

3. Микрореология - исследует деформации и течение в микрообъемах, например, в объемах соизмеряемых с размерами частиц дисперсной фазы в дисперсных системах.

4. Биореология исследует течение разнообразных биологических жидкостей, деформации различных тканей у человека и животных.

Классическая реология как наука о течении и деформации реальных тел (техническая механика реальных тел или дисперсных систем) ставит своей задачей изучение свойств существующих продуктов и разработку методов расчета процессов течения их в рабочих органах машин. Физико-химическая механика как наука о способах и закономерностях формирования структур дисперсных систем с заранее заданными свойствами ставит своей задачей: а) установление существа образования и разрушения структур в дисперсных и нативных системах в зависимости от совокупности физикохимических, биохимических, механических и других факторов; б) исследование, обоснование и оптимизацию путей получения структур с заранее заданными технологическими свойствами.

1. Основные задачи реологии пищевых сред

При помощи инженерной реологии, на основе биохимических, биофизических, физико-химических и органолептических показателей, решают следующие задачи:

1. изучение свойств существующих продуктов и разработка методов расчета процессов течения их в рабочих органах машин;

2. выявление величин основных реологических характеристик, необходимых для расчета и совершенствования технологических процессов и оценки качества изделий;

3. разработка методов измерения характеристик, а также методик расчета реологических характеристик;

4. определение «эталонных» показателей реологических свойств сырья и готовых продуктов, основанных на существующих в настоящее время методах оценки качества изделий;

5. управление структурой и качеством пищевых продуктов путем внесения добавок, изменения режимов и способов механической и технологической обработки и пр.; 6. комплексное исследование величин различных физических свойств для установления аналогии между изменениями свойств, их моделирования, прогнозирования и т.п.;

6. получение необходимых данных для расчета и создания специализированного технологического оборудования.

2. Объекты исследований пищевой реологии

Объектом исследования в пищевой реологии являются пищевые материалы.

Для проведения реологических исследований свойства тел выражают в виде математических (идеализированных) моделей или уравнений, которые с той или иной степенью точности характеризуют поведение реального тела в процессе деформирования. Недостаток теоретической реологии заключается в том, что простые и понятные модели не пригодны для практического использования, а приемлемые для практики модели - чрезвычайно сложны. Это положение относится к белковым пищевым продуктам, которые имеют сложное физико-химическое строение и чувствительны к изменению внешних факторов. Для точного описания процессов течения и деформирования этих продуктов необходимы составные комплексные модели теоретической реологии и соответствующие дифференциальные уравнения, что неприемлемо для практических целей. Поэтому приходится находить приближенные решения на основе различных гипотез и соображений. В инженерной реологии обычно ориентируются на отыскание возможно простых зависимостей, так как для практики требуются только некоторые средние, суммарные характеристики. С этой целью в теоретических и экспериментальных исследованиях используются различные реологические методы: дифференциальный и интегральный, методы анализа закономерностей и подобия. Разработка и проведение экспериментов, и их обобщение в таком направлении позволяют получить физически обоснованные решения, применимые для практических целей.

Реологические свойства продукта во многом определяются его структурой и текстурой. Структура - от лат. structura - совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе; текстура - от лат. textura - ткань, связь, строение. Многие пищевые массы помимо твердого и жидкого состояний обладают структурами, которые по физическим свойствам занимают промежуточное положение. К ним относятся белковые и углеводные студни, суспензии разной концентрации (пасты, эмульсии, пены и др.). Наличие внутренней структуры придает таким системам определенные механические свойства - упругость, пластичность, вязкость, прочность, которые объективно характеризуют их консистенцию. Механические свойства зависят от природы входящих в систему веществ и их соотношения, а также от сил взаимодействия между ними. В соответствии с представлениями академика П.А. Ребинде-ра принято различать два основных типа дисперсных структур: коагуляционную и конденсационнокристаллизационную. Коагуляционные структуры удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, действующими через жидкие прослойки. Основные условия их образования - неоднородность поверхности соприкосновения частиц и наличие гидрофобных участков, на которых возникают точечные контакты - начальные звенья будущей структуры. Эти структуры могут обладать свойствами неньютоновских жидкостей и сильно изменяются при нагреве, введении ПАВ, изменении кислотности и других воздействиях. Конденсационно-кристаллизационные структуры образуются в процессе конденсации полимеров или кристаллизации их растворов и расплавов; их существование определяется прочными химическими связями, отдельные частицы срастаются, жидкие прослойки между ними отсутствуют. Системы с такой структурой обладают большей прочностью, хрупкостью и необратимостью при разрушении. Коагуляционные структуры могут переходить в конденсаци-оннокристаллизационные в процессе обработки продукта, когда создаются условия для удаления жидких прослоек между частицами, например при сушке или прессовании. Пищевые продукты, включая сырье и полуфабрикаты, в зависимости от состава, дисперсного строения и структуры обладают различными реологическими свойствами и текстурными отличительными признаками (таблицы 1 и 2).

Таблица 1. Типы дисперсных систем пищевых продуктов

Таблица 2. Сложные дисперсные системы пищевых продуктов

Наиболее сложными реологическими свойствами обладают высоко концентрированные дисперсные системы (таблица 3) с пространственными структурами. Образование и изменение структур, обусловленные физико-химическими, биохимическими, коллоидно-химическими или чисто физическими процессами, всегда приводят к изменениям их реологических свойств.

Таблица 3. Классификация пищевых продуктов по реологическим свойствам и текстурным признакам

реология пищевой текстурный

В реологии существуют модели простых идеализированных тел. Реальные тела отличаются от идеальных тем, что в них одновременно присутствуют и упругие и пластические и вязкие свойства. Выражать реологические свойства реальных тел можно механическими моделями. При составлении механических моделей исходят из положения, что деформация сложного тела является результатом наложения деформаций элементарных механических моделей идеализированных тел, отражающих основные реологические свойства. К основным реологическим свойствам, которые наблюдаются у реальных тел, относятся: вязкость, упругость и пластичность.

Основными являются три элемента:

· упругий (винтовая пружина) - упругое тело Гука (H);

· вязкий (гидравлический амортизатор) - вязкая жидкость Ньютона (N);

· пластичный (пластинка с сухим трением на фрикционной подложке) - жесткопластичное тело Сен-Венана (StV).

3. Расчет трубопроводной системы

Расчетные данные:

Фарш котлетный 930 кг/м3

Производительность системы 3700 кг/смена

Примерная усредненная скорость движения 0,5 м/с

Предел напряжения сдвига при единичном значении градиента скорости 410 Па*с

Индекс течения 0,24

КПД 0,91

Длина системы 7,6 м

1. Производительность системы определяется по формуле:

М_с = (кг/с), (1)

где М_см - выработка за смену, кг;

ф - время работы системы в смену, ч.

М_{с =} 0,128 кг/с

2. Общая длина трубопровода 1 м, с учетом поворотов (отношение радиуса закругления к диаметру трубы должно быть больше 6 с тем, чтобы не учитывать потери в местных сопротивлениях).

3. Примерная усредненная скорость движения определяется примерными данными отрасли и составляет 0,5 м/с.

4. Расчет объемного расхода определяется по формуле:

V₀ = (м²), (2)

где с - плотность материала кг/м³

V₀= = 0,00014 м².

5. Определение диаметра трубопровода производится по формуле:

d₀= , (3)

где w₀ - усредненная скорость движения, м/с

d₀ - диаметр трубопровода, м.

d₀= = 0,019 м

6. Определение действительной средней скорости

w = , (4)

где w - действительная средняя скорость

w = = 0,111 м/с

7. Определение консистентной переменной (градиент скорости) Э, с^-1, вычисляется по формуле:

Э = , (5)

Э = = 44,4 с^-1

8. Определение консистентной переменной (напряжение сдвига), Па:

д = АЭⁿ, (6)

где А - предел напряжения сдвига при единичном значении градиента скорости, Па*с

n - индекс течения.

д = 410 Па*с * (44,4с^-1)^0,24= 1019 Па

9. Определение потерь давления, Па в трубопроводной системе:

р=, (7)

p = = 1,55*10⁶Па

10. Определение полезной мощности двигателя насоса, кВт

N = pV_c*10^-3, (8)

N = 1,55 *10⁶*0.00014м²*10^-3 = 0,217кВт

11. Определение действительной мощности двигателя насоса, кВт

N_d= , (9)

где а - коэффициент запаса мощности,

К - КПД (системы).

N_d= = 0,36 кВт

Исходя из полученных данных, можно предположить, что подходящий по характеристикам насос - это шестиренчатый.

Заключение

Реология пищи дает необходимые сведения из теоретической реологии, знакомит с результатами реологических испытаний пищевых материалов, методами расчета пищевых машин и аппаратов с учетом реологических особенностей перерабатываемого ими продукта и предлагает принципы объективного приборного контроля качества продуктов и управления технологическими операциями и процессами.

В данной работе были рассмотрены следующие вопросы: основные задачи реологии пищевых сред и классификация реологических тел. Также были произведены расчет трубопроводной системы и подбор по соответствующим показателям насос.

Список литературы

1. Горбатова А.В. «Структурно-механические характеристики пищевых продуктов». М. - Легкая и Пищевая промышленность, 1982-237с

2. Перебейнос А.В. «Технологии производства функциональной продукции из продовольственного сырья». М. - Легкая и Пищевая промышленность, 2002-230с

3. Рогов И.В. «Физические методы обработки пищевых продуктов. М. - Пищевая промышленность» 2004-584с

4. Березовский Ю.М., Бредихин С.А., Андреев В.Н., Мартеха А.Н. «Инженерная реология. Физико-химические свойства сырья и методы их обработки». Лань, 2022-192 с.

Размещено на Allbest.ru