Основные технологические процессы пищевых производств. Курс лекций по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств Большие неудобства в обслуживании и опасность для рабочих дает применение ременной передачи для приводя аппарата. С этой точки зрения
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Алматинский технологический университет
Типовая учебная программа дисциплины «Процессы и аппараты пищевых производств» для студентов дневной формы обучения
Преподаватель: Таубаев Талгат Мухажанович – кафедры «Механизация и автоматизация производственных процессов»
Семестр 2009-2010 учебного года
Специальность: 050727 - Технология продовольственных продуктов, 050728 - Технология перерабатывающих производств
Срок обучения – 4 года
Академическая степень – бакалавр
Название, номер (код) курса и количество кредитов:
Процессы и аппараты пищевых производств
Количество кредитов – 3
Семестр – 2,3
Форма итогового контроля (Final Examination) – Устный экзамен и тестирование. Устныйэкзамен проводит преподаватель, тестирование - ЦТ АТУ.
2.Пререквизиты курса (предварительные требования): высшая математика, физика
3.Постреквизиты: оборудование пищевых производств, технология пищевых производств.
4. Цель курса: Создание у студентов основ теоретической подготовки для овладевания знаниями по специальным курсам. Формирование у студентов научного мышления, понимания физико-химической сущности основных процессов, которые являются общими для многих отраслей пищевой промышленности, а также овладение знаниями принципов устройства и методов расчета аппаратов, предназначенных для проведения этих процессов. Освоение студентами методик проведения экспериментальных исследований, обработки полученных результатов, оценки степени их достоверности и определение погрешности измерений. К окончанию курса студенты должны иметь набор учебно-практических материалов (конспекты лекций, практических и лабораторных занятий, отчеты по СРС).
5.Краткое описание курса: Особенностью курса является изучение общих принципов всех технологических процессов с целью познания их внутренних закономерностей, а также освоение научно обоснованных методов расчета процессов и аппаратов. Курс состоит из лекций, практических и, лабораторных занятий, самостоятельной работы студентов. Курс лекций состоит из 6 разделов (блоков): 1 - общие сведения, классификация и принципы разработки процессов и аппаратов; 2 – основы гидравлики; 3 – гидромеханические процессы; 4 – механические процессы; 5 – тепловые процессы; 6 – массообменные процессы. На лекциях студенты должны получить теоретические знания оп изучаемому предмету. На практических занятиях студенты получают навыки расчета технологических процессов и аппаратов пищевых производств: определение материальных и тепловых потоков, геометрических размеров и конструктивных особенностей аппаратов, их производительности. Лабораторные занятия способствуют приобретению студентами навыков научных исследований, проведения экспериментов и обработки полученных результатов. СРС способствует развитию умения работы с литературными источниками, закреплению навыков в проведении расчетов. Оценка усвоения пройденного материала осуществляется с помощью промежуточного контроля – 3 контрольные работы в форме тестов, финальных экзаменов: устного и тестирования.
6. Информация об оценках:
Промежуточные виды контроля - 60 баллов (проставляет преподаватель)
Финальный устный экзамен - 15 баллов (проставляет преподаватель)
Финальное тестирование - 25 баллов (проставляет ЦТ АТУ)
Максимальное количество баллов, проставляемое за различные виды работ и формы контроля, приведено в таблице 1. Максимальный балл проставляется студенту при полном выполнении задания в указанные сроки, неполное или несвоевременное выполнение не позволяет получить максимальный балл и оценивается в процентах от максимального значения (0, 25, 50 и 75%).
Таблица 1
Итоговые оценки проставляются в балльной, буквенной и традиционной форме.
Сроки проведения промежуточного контроля:
Время сдачи домашних заданий, отчетов по СРС: суббота 9.30-11.20.
Внимание! При успешном освоении курса и своевременном выполнении всех заданий студент имеет право на получение максимальной оценки по финальному устному экзамену на основании своего рейтинга.
7.Данные о преподавателе .
Преподаватель: Таубаев Талгат Мухажанович – преподаватель кафедры «Механизация и автоматизация производственных процессов » АТУ
Офис: Алматы, ул. Толе би, 100, корпус №3, каб. 303
Телефон: 92-47-90 (внутренний - 215)
Время пребывания: 9.00 – 17.00 – ежедневно, кроме субботы и воскресения, в субботу – 9.30 – 12.00.
2 курс, русское отделение:
Лекции, Практические занятия, СРСП, Консультации:
8.Политика и процедура: запрещены опоздания, неуважительные пропуски занятий, несвоевременное предоставление работ, отсутствие на экзамене.
Требования к студентам:
· отработка пропущенных занятий по уважительным причинам в субботу 9.30-11.30;
· активно участвовать в учебном процессе;
· самостоятельно заниматься в библиотеке, дома, в Интернет-классе.
Нормы академической этики: Конфликтные ситуации должны открыто обсуждаться в академических группах.
9. Календарный и тематический план лекций, занятий:
Темы лекций
Лекция (неделя) | Дата | Тема и содержание лекции | Тема СРСП, СРС | Литература (разделы, страницы) |
29.01.2009 | Введение. Цель и задачи дисциплины. Основные понятия и определения. Общие закономерности протекания технологических процессов, их классификация. Основные этапы проектирования аппаратов. Элементы теории подобия и моделирование. Требования, предъявляемые к аппаратам. | Классификация процессов по классам, группам и видам | ||
5.02.2009 | Гидравлика. Свойства жидкостей. Основные законы гидростатики: Эйлера, Паскаля, Архимеда. | Уравнение равновесия Эйлера. Сообщающиеся сосуды. | ||
12.02.2009. | Основы гидродинамики. Режимы движения. Законы гидродинамики: неразрывности, Бернулли. Гидродинамическое подобие. | Распределение скоростей жидкости. Уравнение движения Эйлера. | ||
19.02.2009 | Истечение жидкостей. Основы реологии. | Критерии гидродинамического подобия. | ||
26.02.2009 | Гидравлические машины. Насосы. Компрессорные машины. | Характеристика центробежного насоса. | ||
09.10.2009 | Гидромеханические процессы. Характеристики дисперсных систем. Перемешивание и диспергирование. Пенообразование, взбивание, псевдоожижение. | Распыливание жидкостей. Процессы мойки. | ||
7 – 1 рейтинг | 5.03.2009 | Разделение гетерогенных жидкостных систем. Разделение в поле силы тяжести и в поле центробежных сил. | Сепараторы. | |
12.03.2009 | Фильтрование, мембранные методы разделения. Обратный осмос, ультрафильтрация. Газоочистка. | Газоочистка. | ||
19.03.2009. | Механические процессы. Основные понятия. Измельчение материалов. Основы теории измельчения. Циклы и способы измельчения. Прессование. Сущность и назначение процессов, их классификация. Основные факторы, влияющие на процесс прессования. Аппаратурное оформление процессов. | Смешивание и сортировка сыпучих материалов. | ||
26.03.2009 | Тепловые процессы. Общие сведения. Сущность и способы тепловой обработки. Теоретические основы теплообмена. Теплопроводность, теплоотдача, теплопередача, тепловое излучение, смешанный теплообмен. Основные критерии теплового подобия. | Критериальные уравнения. | ||
2.04.2009 | Типы теплообменных аппаратов, классификация, устройство, применение. Основы расчеты тепловой аппаратуры. Интенсификация тепловых процессов. | Аппараты с рубашкой, с внутренней поверхностью теплообмена, с лучистым теплообменом. | ||
9.04.2009 | Специфические процессы общего назначения. Пастеризация, стерилизация, выпаривание. Основы расчета и аппараты. Процессы замораживания и размораживания их виды и сущность, уравнения теплового и материального балансов, аппараты. | Процессы варки и жарки. | ||
16.04.2009 | Массообменные процессы. Теоретические основы массообменных процессов. Уравнение молекулярной диффузии. Массопроводность, массоотдача, массопередача. Классификация массообменных процессов. | Вывод уравнения молекулярной диффузии. | ||
23.04.2009 | Сорбционные процессы. Абсорбция и адсорбция. Основные понятия, уравнение фазового равновесия, материальный баланс процессов, аппараты. Экстракция. Сущность и назначение процесса, уравнение материального баланса, аппараты. Ректификация и простая перегонка. Сущность процессов, материальный и тепловой баланс, аппараты. | Десорбция. | ||
15 – 2 рейтинг | 30.04.2009 | Сушка. Физическая сущность процесса, влаго- и термовлагопроводность. Кинетика сушки, кривые сушки и скорости сушки. Основы расчета процесса. Виды сушки, аппараты. Растворение и кристаллизация. Сущность и назначение процессов. Кинетическое уравнение и его анализ, аппаратурное оформление. | Физические, химичесике и электрофизические методы обработки пищевых продуктов. |
10. Календарный и тематический план лабораторных занятий.
Перечень лабораторных работ (методические указания к лабораторным работам получить у преподавателя на кафедре МАПП, корп. №1, ауд. № 609).
Семестр 2
Конспект лекций по курсу «Процессы и аппараты пищевых производств»
ЛЕКЦИЯ 1
ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
В основе всех технологических производств лежат законы сохранения энергии и массы:
1. тепловой баланс
2. материальный баланс
Теплота в изобарных условиях без изменения агрегатного состояния:
Процесс – последовательные и закономерные изменения в системе, приводящие к возникновению в ней новых свойств.
Машина – механизм (их сочетание) предназначенных для преобразования механической энергии в полезную работу.
Аппарат – устройство для проведения какого-либо процесса.
Классификация процессов:
1. Организационно-техническая:
А) периодический
Б) непрерывный
В) комбинированный
2. По отношению ко времени:
А) установившиеся П≠ f (τ) П – параметр процесса
Б) неустановившееся П= f (τ)
3. По кинетическим закономерностям:
Скорость процесса прямо пропорциональна движущейся силе и обратно сопротивлению:
где х – движущая сила.
А) гидромеханические: X r =Δp
Б) механические: X M =ΔF
В) тепловые:X T =Δt
Г) массообменные: X мо =Δс
Д) химические
Е) микробиологические
Ж) электрофизические: X эл =ΔU
Для описания состояния и его изменения различных тел используют физические величины, для их измерения – единицы системы СИ.
Разработка новых процессов и аппаратов состоит из нескольких стадий:
1. Разработка технического предложения
2. Создание эскизного проекта
3. Создание технического проекта
4. Создание конструкторской документации
Данные стадии предусматривают аналитические и экспериментальные исследования – для этого теория моделирования:
1. Математическое моделирование:
1.1. Детерминированный подход – анализ элементарных явлений.
1.2.Стохатический – изучение влияния входных параметров на выходные.
2. Физическое моделирование – изучение процессов на конкретных моделях.
Основы теории подобия:
1. Процессы, происходящие в модели и натуральном аппарате, должны описываться одинаковыми уравнениями
2. Модель должна быть геометрически подобна натуральному образцу
3. Значения начальные и граничных условий процесса, выраженные в виде критериев, должны быть одинаковыми.
4. Все критерии и безразмерные компоненты во всех сходных точках должны быть одинаковыми.
Требования, предъявляемые к аппаратам:
1. Технологические – качество, короткое время, энерго-ресурсосберегающие.
2. Эксплуатационные – простота обслуживания при минимальных затратах и времени, доступность для ремонта и чистки.
3. Энергетические – энергосбережение.
4. Конструктивные – унификация, стандартизация, снижение материалоемкости, эстетичность и т.д.
5. Экономические
6. Защита окружающей среды.
ЛЕКЦИЯ 2
ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ
Жидкость рассматривают как непрерывно материальную среду.
Ее свойства:
1) плотность (кг/м 3)
2) удельный объем
3) упругость (коэффициент объемного сжатия)
модуль объемной упругости
4) коэффициент температурного расширения
5) Поверхность натяжения
6) Капиллярность
7) Вязкость
Где v – скорость, h – линейный размер поперечного сечения
Согласно уравнению Ньютона для ньютоновской жидкости удельная сила трения определяется:
Неньютоновские жидкости (Бингама) – тесто, фарш, творог.Для них: (2)
s ут – удельная сила трения, Па
s пт – предельное значения силы трения (Па), свыше которого жидкость приходит в движение.
Гидростатика
Основное уравнение гидростатики Эйлера :
(1)
(2)
Закон Паскаля
Обозначим h = Z 1 - Z 2 – глубина погружения.
Тогда из уравнения (2):
Давление на глубине h увеличивается на величину гидростатического давления gh.
Следствие: Давление создаваемое в любой точке передается всем точкам объема жидкости.
Закон Архимеда :
На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила равная весу вытесненной воды.
Рисунок 2.2- К закону Архимеда Рисунок 2.3 – Сообщающиеся сосуды
dp 1 = ж gh 1 dS
p 2 = ж gh 2 dS
dp b = dp 2 - dp 1 = ж ghdS
Сила тяжести p b = r t gV
Результирующая: р r =р т -p b =V(r т -r ж)g
Если r т >r ж , то (+ Р р) – тело тонет.
Если r т
Сообщающиеся сосуды
Отсюда: , если , то
ЛЕКЦИЯ 3
Гидродинамика
Изучает закономерности движения жидкостей.
Основные понятия:
1.Объемный расход V = v ср S
2.Массовый расход М=r v ср S
3.Средняя скорость v с р=
Гидравлический радиус канала r гид = , П - смоченный периметр
Эквивалентный диаметр: d э =4r гид
Режимы течения
1. Ламинарный - слои жидкости движутся параллельно друг другу без ускорения или равноускоренно.
2. Турбулентный – слои перемешиваются, наблюдаются завихрения и пульсации.
Рисунок 2.4 – Распределение Рисунок 2.5 – К уравнению скоростей неразрывности
Критерий Рейнольдса:
Rе=
Re кр =2320
v max = (p 1 -p 2) v r = v max ()
Уравнение неразрывности
V = v ср S = const
Объемный расход через любое сечение потока жидкости величина постоянная.
Уравнения движения Эйлера
- ускорение
M - сила, вызывающая движение m=rdV
Рисунок 2.6 – К уравнениям движения Эйлера
На элементарный объем действует силы давления и тяжести:
В равновесии приравниваем к силам вызывающим движение. После преобразования:
(1)
Уравнение Бернулли
Сложив и продифференцировав (1), получаем уравнение Бернулли для идеальной жидкости (без трения):
Рисунок 2.7 – К уравнению Бернулли
В соответствии с рисунком 2.7 с учетом потерь напора на преодоление сил трения можно записать:
(для реальной жидкости)
где , - полный напор Н
Z 2 – геометрический напор
Статический (пьезометрический) напор
Скоростной (динамический) напор
h – потеря напора. Возникает за счет трения. Коэффициенты потери напора по длине трубопровода:
ламинарный , турбулентный
Гидравлические сопротивления (трение и места возникновения):
1. Вводный и переходной патрубки 4. Поворот трубы
2. Сосуд большого объема 5. Вентили, краны
3. Сужение, расширение
Энергетический смысл уравнения Бернулли:
H – полная энергия;
Z – потенциальная энергия;
– удельная кинетическая энергия
Основы гидродинамического подобия
1. Геометрическое подобие
2. Гидродинамическое подобие – подобны поля физических величин характеризующих явление
критерий Ньютона ;
; Ne м – модель, Ne н – натура.
Критерий Фруда: , - соотношение силы тяжести и инерции;
Критерий Эйлера: , - соотношение силы давления и инерции;
Критерий Галлилея: , - соотношение силы вязкого трения и тяжести;
Критерий Грасгофа: , - соотношение силы вязкого трения и подъемной сила;
Критерий гомохронности: - неустановившийся характер движения.
Расчет диаметров трубопроводов
Важно при проектировании
Уравнение объемного расхода: . Отсюда определяют диаметр:
1¸3 м/с (для капельных жидкостей)
8 – 15 м/с (газ, воздух при небольшом давлении)
15 – 20 м/с (газ, воздух при высоком давлении)
20 – 30 м/с (насыщенный пар)
30 – 50 м/с (перегретый пар)
ЛЕКЦИЯ 4
Истечение жидкости
Используем уравнение Бернулли. Сначала исследуем истечение при постоянном уровне:
Н и – избыточное давление в метрах водяного столба.
Для получения струй применяются насадки (l /d=3¸5)
1 - Цилиндрические (j и =0,8), 2 - Конические: А - сужающиеся (j и =0,9–0,95, для дальнобойной струи), Б – расширяющиеся (j и =0,5–0,55, для большого расхода при малой кинетической энергии), 3 – Коноидальные (j=0,97).
Рисунок 2.9 - Насадки
Сила действия струи:
На плоскую стенку: F=rVu
На выпуклую стенку: F=rVu(1 – Cos a)
На вогнутую стенку: F=2rVu
Основы реологии
Неньютоновские жидкости (3 основные группы):
1. Скорость сдвига зависит от направления и не зависит от продолжительности воздействия – вязкие:
а) бингамовские s>s кр – коэффициент пластической вязкости (густые суспензии, пасты);
б) псевдопластичные малые значения s кр – кажущаяся вязкость h к, который уменьшается с увеличением градиента скорости (суспензии с асимметричными частицами);
в) дилантные - h к растет с увеличением градиента скорости (суспензии с большим количеством твердой фазы);
а) тиксотропные – со временем падает напряжение сдвига (разрушается структура);
б) реопектические – со временем растет напряжение сдвига.
3. Вязкоупругие (максвелловские) – текут при приложении напряжения, а после снятия восстанавливают частично форму (тесто).
При расчете трубопроводов определяют объемный расход:
где М – массовый расход, кг/с.
Затем - диаметр:
ЛЕКЦИЯ 5
Гидромашины
Технологические процессы требуют перемешивание, перекачивание, подвод и отвод жидкостей и газов.
Для жидкостей – насосы;
Для газов – компрессорные машины.
Определение напора, создаваемого насосом
Рисунок 2.10 – Определение необходимого напора насоса
Н г – высота геометрического подъема жидкости. Называют также полным напором;
Н н – высота нагнетания;
Н в – высота всасывания.
Н гсв – гидросопротивление во всасываемом трубопропроводе;
Н гсн – гидросопротивление в нагнетающем трубопроводе.
Если давление в резервуарах различно:
Теоретическая высота всасывания может быть равна атмосферному давлению, однако сильно зависит от температуры (закипание).
Так при t = 0 o C ® H B = 9 м, а при t = 65 o C ® H В =0
Насосы делятся на:
1) поршневые (плунжерные): простого и двойного действия, многоплунжерные
Рисунок 2.11 – Плунжерный насос
Двойного действия
2) центробежные: одно- и многоступенчатые – для перемешивания маловязких жидкостей. Перед пуском должен быть заполнен, поэтому устанавливается ниже уровня жидкости (рисунок 2.12)
Б - Винтовой насос В - Струйный насос
А - Мембранный насос
Рисунок 2.14 - Насосы
2.Компрессорные машины
Применяются для перемещения газов и делятся в зависимости от соотношения давлений на выходе Р 2 и входе Р 1 на:
1) вентиляторы: Р 2 / Р 1 < 1,1
2) газодувки: Р 2 / Р 1 < 3
3) компрессоры: Р 2 / Р 1 > 3
Основными задачами перерабатывающей промышленност
и Российской Федерации являются комплексная переработка сельскохозяйственного сырья, увеличение объемов вырабатываемой продукции, повышение ее качества, а также расширение ассортимента.
Решение указанных задач на крупных перерабатывающих предприятиях возможно при условии эксплуатации современного высокотехнологичного оборудования.
В перерабатывающих производствах применяются самые разнообразные виды оборудования и техники.
Классификация оборудования перерабатывающих производств осуществляется по следующим признакам:
По характеру воздействия на обрабатываемый продукт;
структуре рабочего цикла;
степени механизации и автоматизации;
принципу сочетания в производственном потоке;
функциональному признаку.
Кроме перечисленных признаков каждому виду оборудования присущи специфические признаки.
В зависимости от характера воздействия на обрабатываемый продукт технологическое оборудование подразделяется на аппараты и машины. В аппаратах осуществляются тепло-, массообменные, физико-химические, биохимические и другие процессы, в результате которых происходит изменение физических, химических свойств и агрегатного состояния обрабатываемого продукта. Характерным признаком аппарата является наличие реакционного пространства или камеры.
В машинах осуществляется механическое воздействие на продукт, в результате чего изменяются его форма и размеры. Конструктивная особенность машин - наличие движущихся исполнительных (рабочих) органов. В некоторых случаях технологическое оборудование является комбинацией машины и аппарата, поскольку в нем одновременно осуществляются механическое, физико-химическое и тепловое воздействия.
По структуре рабочего цикла оборудование может быть периодического, полунепрерывного и непрерывного действия. В оборудовании периодического действия продукт подвергается воздействию в течение определенного времени, после которого он выгружается.
В оборудовании полунепрерывного (циклического) действия загрузка продукта и воздействие на него осуществляются непрерывно в течение всего рабочего цикла, а выгрузка - через определенные промежутки времени.
В оборудовании непрерывного действия загрузка, обработка и выгрузка продукта осуществляются одновременно.
В процессе работы технологическое оборудование выполняет не только основные (измельчение, перемешивание, варка и т.п.), но и вспомогательные (загрузка, перемещение, контроль, выгрузка и т.п.) операции. В зависимости от степени механизации и автоматизации этих операций оборудование бывает неавтоматическое, полуавтоматическое и автоматическое. В неавтоматическом {простом) оборудовании вспомогательные, а также часть основных операций выполняются вручную.
В полуавтоматическом оборудовании все технологические и большинство вспомогательных операций выполняются без участия рабочего. Ручными остаются транспортные и контрольные операции, пуск и останов машины.
В автоматическом оборудовании все основные и вспомогательные операции выполняются оборудованием без участия человека. Частным случаем оборудования автоматического действия являются кибернетические машины (роботы).
По принципу сочетания технологического оборудования в производственном потоке различают отдельные единицы (выполняют одну операцию); агрегаты или комплексы (выполняют последовательно различные операции); комбинированные (выполняют законченный цикл операций) и поточные автоматические системы (выполняют все технологические операции в непрерывном потоке).
Одним из признаков, на основе которого возможна классификация оборудования, является общность функций, выполняемых им в процессе переработки сырья или полуфабрикатов. По этому признаку выделяют следующие укрупненные группы и подгруппы оборудования (табл. 1.):
1. Оборудование для подготовки сырья к переработке:
1.1) для очистки и сортировки;
1.2) мойки и увлажнения;
1.3) шелушения зерна.
2. Оборудование для механической обработки разделением:
2.1) для дробления и измельчения;
2.2) разделения продуктов измельчения зерна;
2.3) выделения из жидких гетерогенных систем взвешенных твердых и коллоидных частиц;
2.4) отделения жидкой фазы.
3. Оборудование для механической обработки соединением:
3.1) для перемешивания в целях получения жидких, сыпучих, тестообразных полуфабрикатов и готовых продуктов;
3.2) формования путем выдавливания, штампования.
4. Оборудование для проведения тепломассообменных процесс:
4.1) для проведения тепловых процессов;
4.2) проведения массообменных процессов;
4.3) сушки и обезвоживания;
4.4) разваривания и варки;
4.5) выпечки и обжарки;
4.6) охлаждения и замораживания.
5. Оборудование для проведения микробиологических процессов:
5.1) для солодоращения;
5.2) получения биомассы;
5.3) получения вторичных метаболитов.
6. Оборудование для выполнения финишных операций:
6.1) для санитарной обработки тары;
6.2) дозирования и укупоривания;
6.3) инспекции и этикетирования.
Приведенная классификация в большей мере относится к оборудованию пищевых производств и в недостаточной мере характеризует отдельные группы оборудования для переработки сельскохозяйственной продукции. Объясняется это тем, что в целом ряде технологических процессов по переработке сельскохозяйственного сырья применяется оборудование, которое по назначению, устройству и принципу действия очень специфично и требует для своей классификации отдельного подхода. Примером может служить оборудование для предубойного обездвиживания животных, убоя животных и птицы, сбора крови, съема шкур, поэтому оборудование для переработки сельскохозяйственной продукции удобнее классифицировать в зависимости от выполняемого технологического процесса.
Исходя из этого принципа оборудование для переработки сельскохозяйственной продукции подразделяется на:
1) оборудование для переработки продукции растениеводства;
2) оборудование для переработки продукции животноводства.
В свою очередь, вторая группа подразделяется на оборудование для переработки мяса и оборудование для переработки молока. Оборудование для переработки мяса включает в себя следующие группы:
линия убоя скота и птицы;
оборудование для первичной обработки туш свиней;
обработки продуктов убоя скота и птицы;
механической обработки мясного сырья;
тепловой обработки мясного сырья;
упаковывания мяса и мясных продуктов.
При более детальной классификации, например, оборудования для механической обработки мясного сырья оно подразделяется на оборудование для измельчения мяса и шпика, перемешивания мясного сырья, посола мяса и формования мясных продуктов.
Оборудование для переработки молока по общей классификации подразделяется на оборудование:
для транспортирования, приемки и хранения молока;
механической обработки молока;
тепловой обработки молока;
производства сливочного масла;
производства творога;
производства сыра;
производства мороженого;
производства сгущенных молочных продуктов;
производства сухих молочных продуктов;
фасования и упаковывания молока и молочных продуктов.
В качестве примера также можно привести общую классификацию оборудования зерноперерабатывающих предприятий. По функциональному признаку и способу воздействия на продукт оно подразделяется на сепарирующее, весодозирующее, смешивающее, измельчающее, формующее, а также оборудование для гидротермической обработки (ГТО) зерна.
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ МОДУЛЯ
Пищевая промышленность удовлетворяет потребности населения в пищевых продуктах. По размеру она производит около пятой части валовой продукции промышленности в Беларуси. В пищевой промышленности занято около 9% всего промышленно-производственных фондов страны.
О большом значении пищевой промышленности свидетельствует и то, что ее продукция составляет более 90% всего потребляемого населением продовольствия.
В состав пищевой промышленности входит много различных производств. При всем разнообразии технологии все эти производства объединяет, прежде всего общность назначения их продукции. Важнейшими отраслями пищевой промышленности являются: мукомольная, крупяная, хлебопекарная, сахарная, кондитерская, мясная, рыбная, консервная, маслобойная, сыроваренная, чайно-кофейная, винодельческая, пивоваренная и др.
Пищевая промышленность характеризуется чрезвычайно широким размещением. Широкому ее размещению способствует большое разнообразие и распространенность ее сырьевых ресурсов. Однако отдельные ее отрасли по особенностям их размещения сильно отличаются друг от друга, и в этом отношении пищевую промышленность можно разделить на три группы отраслей.
Одну группу составляют отрасли, перерабатывающие нетранспортабельное (или малотранспортабельное) сырье (свеклосахарная, плодоперерабатывающая промышленность, винодельческая, винокуренная промышленность). Эти отрасли размещают в районах производства сырья.
Другую группу составляют отрасли, перерабатывающие транспортабельное сырье и выпускающие малотранспортабельную или скоропортящуюся продукцию (хлебопечение, некоторые производства кондитерской, лекарственная, пивоваренная промышленности и др.) их размещают в районах потребления продукции.
В третью группу входят отрасли, которые можно размещать как в сырьевых, так и в потребительских районах (в зависимости от обстоятельств).
Дидактический модуль «Основные технологические процессы пищевых производств» рассчитан на самостоятельное изучение студентами экономических специальностей ряда вопросов организации технологических процессов хлебобулочного производства, переработки мяса и молока. Изучая данную тему, они должны получить четкое понятие о технико-экономических показателях эффективности технологий пищевых производств.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
1. Технология хлебобулочного производства.
2. Технология мяса и мясопродуктов.
3. Технология переработки молока.
1. ТЕХНОЛОГИЯ ХЛЕБОБУЛОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Процесс производства хлеба и булочных изделий слагается из 6 этапов:
1. прием и хранение сырья;
2. подготовка к пуску в производство;
3. приготовление теста;
4. разделка теста;
5. выпечка;
6. хранение выпеченных изделий и отправка их в торговую сеть.
Прием и хранение сырья охватывает период приема, перемещения в складские помещения, последующее хранение всех видов основного и дополнительного сырья, поступающего на хлебопекарное производство. К основному сырью относят муку, воду, дрожжи и соль, а к дополнительному - сахар, жировые продукты, яйца и другие виды сырья.
От каждой партии сырья берется анализ на соответствие их нормативам для производства определенных видов хлебобулочных изделий.
Подготовка сырья к пуску заключается в том, что на основании данных анализов отдельных партий муки, имеющихся на хлебозаводе, сотрудники лаборатории устанавливают целесообразно с токи зрения хлебопекаренных свойств смесь отдельных партий муки. Смешивание муки отдельных партий осуществляется в мукосмесителях, из которых смесь направляется на контрольный просеиватель и в бункер-накопитель, из которого по мере необходимости будет подаваться на приготовление теста.
Вода хранится в емкостях - баках холодной и горячей воды, из которых поступает в дозаторы, обеспечивающих ее необходимую температуру для приготовления теста.
Соль предварительно растворяется в воде, раствор фильтруется, доводится до необходимой концентрации и направляется для приготовления теста.
Прессованные дрожжи предварительно измельчаются и в мешалке превращаются в смеси с водой в суспензию, затем поступают для приготовления теста.
Приготовление теста. При безопарном способе приготовление теста состоит из следующих процессов:
Дозирование сырья. Соответствующими дозирующими устройствами отмериваются и направляются дежу тестомесильной машины необходимые количества муки, воды заданной температуры, дрожжевой суспензии, раствора соли и сахара.
Замес теста. После заполнения дежи необходимыми компонентами включают тестомесильную машину и производят замес теста. Замес должен обеспечивать однородное по физико-механическому составу тесто.
Брожение и обминка теста. В замешенном тесте происходит процесс спиртового брожения, вызываемый дрожжами. Углекислый газ, выделяющийся при брожении разрыхляет тесто, за счет чего оно увеличивается в объеме.
Для улучшения физико-механических свойств тесто во время брожения подвергают одной или нескольким обминкам. Обминка заключается в том, что тесто в деже повторно перемешивается 1 - 3 минуты. Во время обминки из теста механически удаляется излишняя часть углекислого газа.
Общая продолжительность брожения теста составляет 2 -4 часа. После брожения дежу с готовым тестом с помощью дежеопрокидывателя поворачивают в положение, при котором тесто выгружается в бункер - тестоспуск, расположенный под тестоделительной машиной.
Разделка теста. Деление теста на куски осуществляется на тестоделительной машине. Куски теста с делительной машины поступают в тестокруглитель, затем проходят несколько операций по формированию нужной формы хлебобулочного изделия. Поле этого тестовые заготовки проходят окончательную расстройку при tº 35 - 40º и влажности 80 - 85% на протяжении 30 - 55 мин. в специальной камере. Правильное определение оптимальной длительности окончательной расстройки оказывает большое влияние на качество хлебобулочных изделий. Недостаточная длительность расстройки снижает объем изделий, разрыв верхней корки, излишняя - приводит к расплывчатости изделий.
Выпечка. Выпечка тестовых заготовок хлебов массой 500-700г. происходит в пекарной камере хлебопекарной печи при температуре 240-280º в течение 20-24 мин.
Хранение выпеченных изделий и отправка их в торговую сеть. Выпеченные хлебобулочные изделия направляются в хлебохранилище, где укладываются в лотки, которые загружаются в транспорт и перевозятся в торговую сеть.
На хлебобулочные изделия имеются стандарты, по которым определяется их качество. Отклонение от этих стандартов может быть вызвано рядом дефектов и болезней хлеба. Дефекты хлеба могут быть обусловлены качеством муки и отклонениями от оптимальных режимов проведения отдельных технологических процессов производства хлеба, его хранения и транспортировки.
К дефектам хлеба, вызванным качеством муки можно отнести:
Посторонний запах
Хруст на зубах, обусловленный наличием песка в муке.
Горький вкус.
Липкость мякины, если мука смолота из проросшего или морозобойного зерна.
К дефектам хлеба при неправильном проведении технологических процессов относятся:
1.Неправильное приготовление теста.
2.Неправильная разделка теста (растройка).
3.Неправильная выпечка (недостаток или избыток времени выпечки).
Наиболее распространенными болезнями хлеба являются картофельная болезнь и плесневение.
Картофельная болезнь хлеба выражается в том, что мякиш хлеба под действием микроорганизмов, вызывающих эту болезнь, делается тягучим и приобретает неприятный запах. Возбудителями этой болезни являются споровые микроорганизмы, которые имеются в любой муке. Важную роль играют концентрация этих микроорганизмов и температура выпечки хлеба.
Плесневение хлеба вызывается попаданием плесневых грибов и их спор на уже выпеченный хлеб.
2. ТЕХНОЛОГИЯ МЯСА И МЯСОПРОДУКТОВ
Для приемки партии скота по живой массе его рассортировывают по возрастным группам и категориям упитанности в соответствии со стандартами на живой скот. Крупный рогатый скот и молодняк разделяют на три категории: высшую, среднюю и ниже средней. Такая же классификация и у мелкого рогатого скота. Свиньи делятся по категориям: жирные, беконные, мясные и тощие. Птица и кролики делятся на 3 категории: 1, 2 и нестандартную.
Для создания необходимых условий подготовки животных к убою на мясокомбинатах созданы цехи предубойного содержания скота и птицы. Подготовка животных и птицы к убою заключается в освобождении их кишечно-желудочного тракта, чистке и мытья. Для освобождения желудочно-кишечного тракта кормление КРС прекращается за 24 часа, свиней - 12 часов, птицы - 8 часов. Поение животных и птицы не ограничивают.
После предубойной выдержки животные поступают на первоначальную переработку для получения мясной туши. Технологический процесс убоя скота и разделки туш осуществляется в следующей последовательности: оглушение, обескровливание и сбор пищевой крови, отделение головы и конечностей, съем шкуры, извлечение внутренних органов, распиловка туши на две полутуши.
Существует несколько способов оглушения: электрическим током, механическим воздействием, анестизация химическими веществами. Основной способ на мясокомбинатах - электроток.
После оглушения с помощью лебедки или элеватора животные подаются в убойный цех, где первоначально разрезают сонную артерию, зажимом перекрывают пищевод. Затем производится сбор крови (закрытая и открытая системы). После обескровливания с туши снимают шкуру, затем отделяют голову и конечности. Извлечение внутренних органов необходимо делать сразу же после убоя не позднее 30 мин. без повреждения желудочно-кишечного тракта. После извлечения внутренних органов туши распиливают на две половины. Эти полутуши поступают на реализацию или переработку.
Колбасными называют изделия, приготовленные на основе мясного фарша с солью, специями и добавками с тепловой обработкой или без нее. Соленые изделия - это продукты, приготовленные из сырья с неразрушенной или крупноизмельченной структурой.
В зависимости от сырья и способов обработки различают следующие виды колбасных изделий: варенные, полукопченые, копченые, фаршированные, кровяные колбасы и т.д. и т.п.
В течение последующих лет ученые и специалисты разных стран ведут исследования по созданию комбинированных мясопродуктов, сочетающих в себе традиционные потребительские свойства при использовании белка различного происхождения.
Решение задачи создания полноценных комбинированных мясопродуктов необходимо увязывать с развитием нового направления в пищевой технологии - проектированием продуктов питания.
Баночные консервы - это мясопродукты, фасованные в герметичную тару и стерилизованные или пастеризованные нагревом. По видам сырья консервы делят в натуральном соку, с соусами и желе.
По назначению консервы делят на закусочные, первое блюдо, второе блюдо, полуфабрикаты.
По способу подготовки пред употреблением консервы делят на используемые без тепловой обработки, используемые в нагретом состоянии, в охлажденном состоянии.
По длительности срока хранения различают консервы длительного хранения (3-5 лет) и закусочные.
Одной из основных задач технологов мясной промышленности является создание безотходных технологий переработки сырья. Этого можно достигнуть путем совершенствования существующих технологических схем с рациональным использованием запаса сырья, технологического оборудования, транспортных средств.
3. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОКА
Главное условие получения доброкачественных молочных продуктов - соблюдение санитарно-гигиенических правил при дойке и первичной обработке молока, а также условий кормления и содержания животных. Особое внимание необходимо уделять мойке вымени и молочного оборудования. Механическая обработка молока включает очистку от механических примесей и загрязнений биологического происхождения, сепарирование.
Очистка молока от механических примесей может осуществляться с помощью фильтрации под давлением через хлопчатобумажную ткань. Наиболее совершенным способ является использование сепараторов - молокоочистителей, в которых под действием центробежной силы происходит разделение молока и механических примесей. Для механической обработки молока используют кроме центробежных молокоочистителей сепараторы - сливкоотделители, универсальные сепараторы.
Тепловая обработка является важной и обязательной операцией в технологическом процессе производства молочных продуктов. Основная цель нагревания - обезвредить продукт в микробиологическом отношении и в сочетании с охлаждением предохранить от порчи в процессе хранения.
В молочной промышленности широко используются два основных вида тепловой обработки молока нагреванием - пастеризация и стерилизация.
Тепловая обработка молока при температурах ниже точки кипения называется пастеризацией. Цель пастеризации - уничтожение вегетативных форм микроорганизмов в молоке. На практике наиболее распространена кратковременная пастеризация (74-76º С, 20 сек.) молоко проходит через нагретые пластины.
Под стерилизацией понимается тепловая обработка молока при температурах свыше 100º С с целью полного уничтожения вегетативных форм бактерий и их спор. Стерилизованное молоко приобретает привкус кипячения.
На практике применяются следующие режимы стерилизации: I - стерилизация в бутылках при температуре 103-108º С в течение 14-18 мин, II - стерилизация в бутылках и стерилизаторах при температуре 117-120ºС, III - мгновенная стерилизация при температуре 140-142 ºС с разливом в бумажные пакеты.
После пастеризации молоко немедленно охлаждается до различной температуры в зависимости от технологического процесса выработки готового продукта.
Пастеризованное молоко выпускают в мелкой расфасовке, а также в цистернах.
Его вырабатывают по следующей технологической схеме: приемка сырья - качественная оценка - очистка молока (при 35-40ºС), охлаждение пастеризация (74-76ºС) охлаждение (4-6ºС), подготовка тары - укупорка и маркировка - хранение. Срок хранения пастеризованного молока при температуре 8º С не более 20 часов с момента выпуска. Качество пастеризованного молока контролируют по следующим показателям: температура, кислотность, содержание жира, оценка по запаху и вкусу.
Процесс производства пастеризованного молока осуществляется по двум принципиальным схемам: с одно и двухступенчатым режимом стерилизации. При одноступенчатом режиме стерилизации молоко подвергается термической обработке один раз - до или после разлива в бутылки. При этом лучше первый вариант. Технологическая схема: приемка сырья - качественная оценка - очистка - подогрев (75-80ºС) - стерилизация (135-150ºС) - охлаждение (15-20ºС) подготовка тары, разлив - проверка качества.
Более стойкий продукт получается при двухступенчатой стерилизации. При этом способе молоко стерилизуется дважды: до разлива (в потоке) и после разлива (в бутылках).
Топленое молоко - пастеризованное молоко при длительной термической обработке (топление 3-4 час., 95-99ºС).
Молоко с наполнителями: кофе, какао, фруктово-ягодные соки.
Витаминизированное молоко с добавлением витаминов А, Д, С.
Сливки: жирность - 8, 10, 20, 35%
К молочнокислым продуктам относятся: простокваша различных видов, ряженка, кефир, кумыс, йогурт и др. напитки. Общими признаками всех молочнокислых продуктов является брожение, протекающее при сквашивании молока чистыми культурами молочнокислых бактерий.
Различают две группы кисломолочных напитков: полученные только в результате молочнокислого брожения и при смешанном брожении - молочно - кислом и спиртовом.
К 1 группе относятся простокваша, ряженка.
Ко 2 группе - кефир, кумыс.
Существует два способа изготовления кисломолочных напитков: резервуарный и термостойный. Первый способ включает в себя: сквашивание молока в резервуарах - перемешивание - охлаждение в резервуарах - созревание - разлив в бутылки или пакеты. Второй способ состоит из следующих операций: разлив в бутылки - маркировка - охлаждение - созревание в холодильной камере.
Творог получают сквашиванием молока молочнокислыми бактериями с последующим удалением сыворотки. Различают творог из пастеризованного молока, предназначенный для непосредственного употребления в пищу и производства различных творожных продуктов, а также из непастеризованного молока, используемый для производства различных плавленых и других сыров, проходящих термическую обработку.
В зависимости от содержания жира творог делят на жирный (18 % жира), полужирный (9 %) и нежирный. Творог вырабатывается кислотным и сычужно-кислотным способом. По первому способу сгусток в молоке образуется в результате молочнокислого брожения, однако, при таком способе сквашивание жирного молока сгусток плохо отдает сыворотку. Поэтому таким способом получают только обезжиренный творог. Жирный и полужирный творог изготавливают сычужно-кислотным способом…
Сметана вырабатывается путем сквашивания пастеризованных сливок. Вырабатывают сметану жирностью 10 % (диетическая), 20, 25, 30, 36 и 40 % (любительская).
Сквашенные сливки перемешивают, расфасовывают, охлаждают до + 5—8 ° и оставляют на созревание на 24-48 часов.
Мороженое вырабатывают путем замораживания и взбивания молочных или фруктово-ягодных смесей в ассортименте более 50 наименований. Название мороженого зависит от состава, вкусовых и ароматических добавок. Несмотря на значительное разнообразие ассортимента производство мороженого осуществляется по схеме технологического процесса: приемка сырья - подготовка сырья - составление смеси - пастеризация (68° С, 30 минут) - гомогенизация смеси (взбивание) - охлаждение (2-6° С) - фризерование (замораживание) - расфасовка и закаливание (дальнейшее охлаждение) - хранение (18-25° С).
пищевых производств»
Принятые условные обозначения
– работа, Дж;
– удельная поверхность зернистого слоя, м 2 /м 3 ,
b – коэффициент температуропроводности, м 2 /с;
– удельная теплоемкость вещества, Дж/(кг·с);
– коэффициент диффузии, м/с 2 ;
– диаметр, м;
– поверхность теплообмена, м 2 ;
– площадь поперечного сечения, м 2 ;
g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;
H – напор насоса, высота, м;
h – высота, м; удельная энтальпия, Дж/кг;
– коэффициент скорости процесса (теплопередачи, Вт/(м 2 /К),
(массопередачи, кг/(м 2 ·с·ед. движ. силы);
– длина, м;
L – работа;
– массовый расход, кг/с;
– масса вещества, кг;
– частота вращения, с -1 ;
– мощность;
Р – сила, Н;
р – гидростатическое давление, Н/м 2 ;
Q – количество вещества, тепла (тепловой поток), Дж;
q – удельный тепловой поток, Дж/м 2 ;
– радиус, м;
Т – абсолютная температура, К;
– периметр, м;
– объем, м 3 ;
v – удельный объем, м 3 /кг ;
– объемный расход, м 3 /с;
– мольная, массовая, относительная массовая доля компонента жидкости в растворе;
– мольная, массовая, относительная массовая доля компонента газа в смеси;
– коэффициент теплоотдачи, Вт/(м 2 /К);
– коэффициент массоотдачи, кг/(м 2 ·с·ед. движ. силы);
– толщина стенки, пленки жидкости, пограничного слоя, зазор, м;
– порозность зернистого слоя, относительная шероховатость поверхности;
φ – угол, химический потенциал;
η – КПД системы, установки;
– коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);
μ – динамический коэффициент вязкости, Па·с;
– безразмерная температура;
– плотность вещества, кг/ м 3 ;
– коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;
τ – время, с;
– коэффициент местного сопротивления.
Лекция 1. Общие положения
Совокупность тел, взаимодействующих между собой, представляет систему . Изменение состояния какой-либо системы, ее беспрерывное движение и развитие, происходящие в природе, производстве, лаборатории, обществе представляют собой процесс.
Нами будут рассматриваться процессы, создаваемые в определенных технологических целях.
Технология – наука о практическом применении законов физики, химии, биологии и других базисных наук для проведения технологических процессов. Эта наука возникла как самостоятельная отрасль знания в конце XVIII века в связи с ростом крупного машинного производства.
В пищевой промышленности осуществляются разнообразные процессы, в которых исходные материалы в результате взаимодействия претерпевают глубокие превращения, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ. Совместно с химическими реакциями имеют место многочисленные механические, физические и физико-химические процессы. К ним относятся: перемешивание газов, жидкостей, твердых материалов; измельчение и классификация; нагревание, охлаждение и перемешивание веществ; разделение жидких и газовых неоднородных смесей; перегонка однородных многокомпонентных смесей; выпаривание растворов; сушка материалов и др. При этом тот или иной способ проведения того или иного процесса часто определяет возможность осуществления, эффективность и рентабельность всего технологического процесса в целом.
Для осуществления процессов необходимы машины и аппараты, иными словами процесс должен иметь определенное аппаратурное оформление.
Устройство, созданное человеком и выполняющее механическое движение для преобразования энергии, материалов и информации с целью полной замены или облегчения физического и умственного труда человека, увеличения его производительности, называется машиной .
Машины, предназначенные для преобразования обрабатываемого предмета (продукта), состоящего в изменении его размеров, формы, свойств или состояния, называются технологическими . К ним относятся также и аппараты.
Машины и аппараты, различающиеся по своему технологическому назначению и конструктивному оформлению, состоят в основном из типовых деталей и узлов.
Характерной особенностью машин является наличие неподвижных и движущихся элементов, включающих в себя рабочие органы, валы, подшипники, корпуса (станины), привод и т.п.
Аппараты состоят, как правило, из неподвижных элементов: обечаек, крышек, опор, фланцев и др.
Под словом «аппарат» понимается любое устройство, в котором протекает технологический процесс. Чаще всего аппарат является сосудом, снабженным различными механическими приспособлениями. Однако некоторые из рассматриваемых в дисциплине устройств, представляют собой типичные рабочие машины, например: центробежный экстрактор, дозатор, дробилку.
К числу основных аппаратов относятся тарельчатые и насадочные колонны, применяемые не только для проведения процессов ректификации, но и абсорбционных и экстракционных процессов и т.п.
Насосы, компрессоры, фильтры, центрифуги, теплообменники и сушилки также относятся к числу основных аппаратов и машин, которые в различных сочетаниях составляют типовое оборудование большинства пищевых производств.
Таким образом, в дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств» изучается теория основных процессов, принципы устройства и методы расчета аппаратов и машин, используемых для проведения технологических процессов .
Анализ закономерностей протекания основных процессов и разработка обобщенных методов расчета аппаратов производится исходя из фундаментальных законов природы, физики, химии, термодинамики и других наук. Курс построен на основе выявления аналогии внешне разнородных процессов и аппаратов независимо от отрасли пищевой промышленности, в которой они используются.
Идея об общности ряда основных процессов и аппаратов, применяемых в различных производствах, была высказана в России профессором Ф.А. Денисовым. В 1828 году он опубликовал «Пространное руководство к общей технологии или познанию всех работ, средств, орудий и машин, употребляемых в различных производствах». В этом труде основные процессы раскрываются с общих научных позиций, а не с точки зрения применения к тому или иному производству. Преимуществом такого обобщенного подхода к изучению процессов является то, что на основе использования законов базисных дисциплин (математики, физики, механики, гидродинамики, термодинамики, теплопередачи и др.) изучаются общие закономерности протекания процессов независимо от того, в каком производстве этот процесс используется.
Необходимость обобщенного изучения процессов и аппаратов была поддержана Д.И. Менделеевым, который в 1897 году опубликовал книгу «Основы фабрично-заводской промышленности». В ней он изложил принципы построения курса «Процессы и аппараты» и дал классификацию процессов, которая используется до сих пор.
Основываясь на идеях Д.И. Менделеева, профессор А. К. Крупский ввел новую учебную дисциплину по расчету и проектированию основных процессов и аппаратов в Петербургском технологическом институте.
Значительное развитие наука о процессах и аппаратах получила в трудах наших российских ученых: В.Н. Стабников, В.М. Лысянский, В.Д. Попов, Д. П. Коновалова, К. Ф. Павлова, А. М. Трегубова, А. Г. Касаткина, Н.И. Гельперина, В.В. Кафарова, А.Н. Плановского, П.Г. Романкова, В.Н. Стабникова и др.
За время становления курса «Процессы и аппараты пищевых производств» в него вошли четыре основные группы процессов: механические, гидромеханические, тепловые и массообменные. И при этом рассматриваются не только процессы, но и аппараты, в которых протекают эти процессы.
-
Сергей Савенков