Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Метою викладання дисципліни "Основи технології харчових виробництв" є вивчення закономірностей, що лежать в основі технологічних процесів виробництва харчових продуктів. Закономірності - теоретичні поняття процесів харчової технології пояснюють сутність отримання харчових продуктів, що відрізняються за своєю структурою від сировини, що переробляється.
До завдань дисципліни відносяться:
- засвоєння теоретичних основ технологічних процесів виробництва продуктів харчування;
- визначення базових процесів в кожній конкретній технології;
- вивчення взаємозв'язків процесів, що відбуваються при виробництві окремих продуктів харчування;
- ознайомлення з основними видами устаткування, яке застосовується для обробки сировини, приготування напівфабрикатів і отримання готових продуктів харчування.
Вивчення теоретичних закономірностей необхідно, тому що сучасні прогресивні технології продуктів харчування базуються на знанні фундаментальних дисциплін. Процеси, що відбуваються при виробництві продуктів харчування, можливо пізнати і регулювати за умови знання законів фізики, термодинаміки, хімії, мікробіології та ін.
Знання теоретичних основ виробництва продуктів харчування сприяє створенню нових ефективних технологічних схем переробки сировини, в тому числі по безвідходної технології, створення продуктів харчування підвищеної харчової цінності, з регульованим хімічним складом.
Теоретичні поняття технологічних процесів виробництва продуктів харчування
В основі науки про технологічні процеси виробництва продуктів харчування лежать закони природи - закон збереження маси і закон збереження енергії. Необхідно пам'ятати, що поряд з цими законами, технологіям виробництва продуктів харчування притаманні свої специфічні поняття і закони. Харчові технології включають комплекс процесів, характерних для кожної конкретної технології.
За типом перенесення і рухається силі процеси класифікуються на механічні, гідромеханічні, теплові та массообменниє. Однак для спеціальних технологій характерні процеси хімічні, біохімічні, мікробіологічні, теплофізичні.
Вивчення багатьох технологічних процесів дозволило виділити щось спільне, характерне для всіх виробництв. Це - наявність одного з двох можливих видів перенесення на кожній стадії перетворення сировини в напівфабрикат або кінцевий продукт. Це перенесення енергії і перенесення маси.
На прикладі будь-якого технологічного апарату простежте закон збереження маси і складіть рівняння матеріального балансу для технологічного апарату і рівняння нерозривності потоку для рідини, що рухається в потоці, який змінює свою конфігурацію.
Рівняння матеріального балансу для технологічного апарату набуде вигляду:
åМвх = åМвих. де Мвх і Мвих - сума мас продуктів, що входять в апарат і виходять з нього.
Рівняння енергетичного балансу відповідно дорівнює:
åЕВХ = åЕвих. де ЕВХ і евих - теплота матеріалів - ентальпія, а також кінетична енергія рухомих потоків.
Закони перенесення маси і енергії
Економічна ефективність будь-якого виробництва залежить від швидкості протікання технологічних процесів. Ця швидкість тим більше, чим більше рушійна сила, і тим менше, чим більше опір дії, або
Де L - швидкість протікання процесу,
R - опір переносу,
D- рушійна сила.
1 / R замінимо провідністю К, отриманий вираз набуде вигляду
Цей вислів називається основним (загальним) кінетичним рівнянням.
Для процесу теплопередачі
де q - швидкість переносу теплоти, питома потік, Дж / (м 2 К с)
k - коефіцієнт теплопередачі, Дж / (м 2 К с) або (Вт / м 2 К)
Dt - рушійна сила, тобто середня різниця температур, К (або 0 С)
Тепловий потік - це кількість теплоти, що переноситься через одиницю поверхні в одиницю часу,
де Q - кількість теплоти, Дж.
F - площа поверхні, через яку передається теплота, м 2,
Для процесу массопередачи питомий потік маси [кг / (м 2 с)]:
де Km - коефіцієнт масопередачі, м / с
DС - середня різниця концентрацій, кг / м 3
де М - кількість стерпного речовини, кг,
F - площа поверхні, через яку здійснюється перенесення, м 2
Класифікація основних процесів
Всі процеси по рушійну силу і типу перенесення можна поділити наступним чином:
Сушка, екстракція, адсорбція, абсорбція, кристалізація, розчинення і т. Д.
Сировина для харчових виробництв як об'єкт біологічного походження
Сировиною для харчових виробництв є продукти рослинного і тваринного походження, що відносяться до органічних речовин. Майже всі органічні речовини, з яких сконструйовані живі організми, проявляють біологічну активність. Біоорганізми - відкриті системи, вони обмінюються речовиною і енергією з навколишнім середовищем.
Вода - найбільш поширене мінеральна речовина в природі. Її вміст становить 70% від маси більшості організмів. Сильне тяжіння між молекулами води обумовлює властивості води як розчинника біомолекул. Однак функція води не зводиться до ролі простого розчинника.
Поділ неоднорідних систем
У харчових виробництвах багато технологічних процесів супроводжуються утворенням неоднорідних сумішей, які в подальшому необхідно розділити.
Неоднорідними називають системи, утворені двома або більшою кількістю фаз, які взаємно нерозчинні одна в одній. Неоднорідні системи мають різний ступінь стійкості і можуть бути розділені під впливом механічних сил.
Неоднорідні суміші відрізняються від розчинів тим, що мають дві або більше фаз, які відокремлені один від одного поверхнею розділу. Одну з фаз, суцільну, називають дисперсійним середовищем, а іншу, мелкораздробленного і розподілену в першій - дисперсною фазою.
Залежно від виду дисперсійного середовища розрізняють неоднорідні суміші, рідкі та газові.
Поділ неоднорідних систем відбувається під дією сили тяжіння, якщо система складена з компонентів, щільність яких істотно різна, це - поділ грубих суспензій, промислового пилу.
Для поділу тонких суспензій і мутей, що містять дрібні частинки, а також емульсій застосовують відцентрову силу.
Процес розділення неоднорідних систем за рахунок «просіювання» їх через систему фільтрів перегородку називають фільтруванням. Ці процеси використовують для розділення рідких і газових систем. Рушійною силою є сила тяжіння, фільтрування можна здійснювати і в відцентровому полі.
Ефект поділу - це відношення кількості компонента, виділеного з дисперсійного середовища, до початкового його кількості в суміші:
де Go - кількість осаду, кг
Gн - кількість дисперсної фази в початковій суміші, кг
Ефект поділу в різних галузях промисловості називають по-різному. При оцінці якості циклонів його називають ККД циклону, при очищенні стічних вод - ефектом очищення, при сепарування молока - ступенем знежирення молока і т.п ..
Крім величезної ролі в основних технологічних процесах процеси розділення неоднорідних систем забезпечують захист навколишнього середовища від шкідливих викидів у водні і повітряні басейни.
Рушійною силою процесу фільтрування є різниця тисків по одну і іншу сторону фільтрувальної перегородки. Ця різниця може бути отримана за рахунок сили тяжіння - сили гідростатичного тиску (фільтрування у воронці). У промисловості різниці тисків можна домогтися за рахунок створення надлишкового тиску на стороні неоднорідною суміші або за рахунок створення вакууму з боку фільтрату.
У першому випадку рушійна сила тим більше, чим вище надлишковий тиск в герметично закритому апараті, куди подається неоднорідна суміш:
Фізично немає меж можливого збільшення надлишкового тиску, тобто lim # 8710; Р = Різб. - Ратм.
Беручи Ратм. = 10 5 Па, отримаємо lim # 8710; Р хат. ∞
Отже, цей спосіб фільтрування забезпечує можливість отримання необмежено великою рушійною силою.
У другому випадку рушійна сила тим більше, чим менше залишковий тиск Рвак.
Отже, рушійна сила при фільтруванні за рахунок створення вакууму теоретично не може перевищувати 10 5 Па, а на практиці і того менше, так як отримання глибокого вакууму пов'язано з великими витратами. Але фільтрування під вакуумом набуло поширення в промисловості, це пояснюється можливістю створення безперервного процесу, так як шар осаду фільтрується з боку атмосферного тиску і може легко віддалятися.
Осадження в поле гравітації (відстоювання) під дією сили тяжіння використовують для розділення суспензій, емульсій, димів і пилу.
Для осадження в поле гравітації застосовують відстійники - періодичної і безперервної дії. Для гравітаційних відстійників характерні громіздкість і тривалість перебування суспензії в апараті. Наприклад, відстійники для очищення сатураційного соку на цукрових заводах мають діаметр 4-5м при висоті 4-6,5м. Час перебування соку в таких апаратах близько 1,5 год. Це пов'язано з малою швидкістю осадження, яка залежить, наприклад, від в'язкості рідини і розмірів загрожених частинок. Для прискорення процесу осадження вдаються до нагрівання суміші перед відстоюванням, а для збільшення розміру часток вдаються до їх коагуляції - об'єднання декількох частинок в одну за рахунок додавання коагулянтів (розчинних у воді солей - електролітів).
Інший метод агрегування дрібних частинок - флокуляция - додавання в суспензію невеликої кількості речовини, яке, адсорбируясь на поверхні твердих частинок в суспензії, призводить до їх змішування між собою.
Для розділення неоднорідних сумішей використовують центрифуги, циклони, гідроциклони.
Центрифуги. На підприємствах харчової промисловості найбільшого поширення набуло отстойная центрифуга періодичної дії. Такі центрифуги застосовуються для розділення сумішей, що містять малу кількість твердої фази.
Тривалість роботи циклу центрифуги складається з чотирьох періодів:
де # 964; п - період пуску, розгону до робочої швидкості обертання, с;
# 964; 0 - період відстоювання, с;
# 964; т - період гальмування, с;
# 964; р - період видалення осаду, с.
У цьому циклі # 964; 0 - корисний час, коли відбувається поділ. Всі інші періоди - допоміжні.
Ефективність циклу оцінюється коефіцієнтом використання центрифуги: # 966; = # 964; 0 / # 964; ц
Циклони. Апарати для розділення газових неоднорідних систем, в яких використовується відцентрова сила, що виникає за рахунок обертання потоку. У циклонах немає обертових частин. Потік рідини або газу обертається в нерухомому апараті. Під обертається потоці на зважену частку діє відцентрова сила, під дією якої частинка рухається від центру до стінки апарату зі швидкістю, що дорівнює швидкості осадження.
Для отримання достатньої для очищення газу (рідини) відцентрової сили необхідно підтримувати високу швидкість потоку на вході в апарат.