Классификация ПП. Классификация процесса пищевых производств Процессы пищевых производств можно разделить на простыеи сложные

• Название: Классификация процесса пищевых производств Процессы пищевых производств можно разделить на простыеи сложные
• Дата: 03.10.2022
• Размер: 131.9 Kb.
• Имя файла: Классификация ПП.docx
• Тип: Документы; #711775

Классификация процесса пищевых производств

Процессы пищевых производств можно разделить на простыеи сложные. Вместе с тем практически любой реальный процесс переработки продукта достаточно сложный. Он неизбежно включает только процессы, относящиеся непосредственно к переработке, но и подготовительно-заключительные операции (подача продукта в рабочую зону и отвод из нее). Таким образом, почти каждый так называемый простой процесс можно разделить на еще болee простые.

Само понятие «процесс» предполагает некоторое преобразование материи, протекающее в пространстве и во времени.Оно происходит под воздействием побуждающих факторов и характеризуется начальным и конечным состояниями. Каждый элементарный акт проявления побуждающего фактора и его воздействия на продукт можно рассматривать как процесс, который, с одной стороны, является относительно простым, так как не приводит к полному преобразованию продукта, а с другой — допускает дальнейшее разбиение на более простые составляющие.

Введенное представление о степени сложности процессов, хотя и достаточно условное, позволяет относительно произвольно выделить удобные для рассмотрения и дальнейшего использования их модели, из которых при необходимости можно строить более сложные комбинации. Одно из таких удобных разбиений процессов пищевых производств — классификация по научным дисциплинам, методы которых служат основой для объяснения их закономерностей. Такой классификацией является показанное на рис. 1.1 разделение процессов на гидравлические, механические, гидромеханические, тепловые, массообменные, биохимические и микробиологические.

 



Гидравлические процессы. Реализуются при течении ньютоновских жидкостей по трубопроводам и элементам гидравлических систем, а также в гидравлических машинах — насосах и двигателях. Это весьма распространенный класс процессов, подчиняющаяся специфическим закономерностям. Без изучения гидравлических процессов невозможно правильное понимание большинства процессов в пищевых производствах. Этим объясняется их включение в классификацию.

Течение неньютоновских жидкостей, к которым относятся многие продукты пищевых производств, изучает выделившаяся в самостоятельную науку реология. Неньютоновские жидкости в большинстве являются полимерами. Их механика — это целый мир своеобразных закономерностей, не имеющих аналогов в механических мономеров. Без их понимания невозможно понять многие .процессы пищевых производств.

Механические процессы. К ним относят процессы измельчения (дробление и резание), сортирования, прессования, окатывания, округления и др. Они протекают под действием механических усилий, а их результатом является изменение размеров частиц продукта. Эти процессы реализуются в мельничных комплексах, дробилках, крупорушках, терках, волчках, измельчителях овощей и корнеплодов, очистителях их поверхностей, очистителях лука и чеснока и других продуктов от поверхностной шелухи, просеивающих машинах (ситовых поставах, буратах и др.), триерах, веялках, прессах, штампах, валковых и шнековых нагнетателях, устройствах сепарирования сыпучих веществ и др.

Гидромеханические процессы. К ним относят процессы перемешивания жидких и сыпучих продуктов, фильтрования, осаждения, мойки корнеплодов, пневмо- и гидротранспортирования, псевдоожижения сыпучих продуктов и др. Они протекают под влиянием суммы механических (в частности, центробежных или Гравитационных) и гидродинамических воздействий, а их результатом является пространственное перемещение отдельных агломератов продукта или элементов смеси продуктов. Эти процессы реализуются в пневматических и гидравлических классификаторах, фильтрах, осадителях, центрифугах, сепараторах, циклонах, пневмо-, гидро- и аэрозольных транспортирующих устройствах, гидромеханических моечных машинах, смесителях жидких и сыпучих продуктов, сушилках и др.

Тепловые и массообменные процессы. К тепловым процессам относят нагревание, охлаждение, выпаривание и конденсацию, к массообменным — сушку, сорбцию, перегонку, кристаллизацию растворение, экстрагирование, экстракцию и др. Они протекают под действием разностей температур или концентраций веществ. Результатом их является перемещение в пространстве теплоты (тепловой энергии) или отдельных компонентов смеси веществ. Данные процессы реализуются в нагревателях, охладителях, разварниках, абсорберах, адсорберах, перегонных устройствах (кубовые аппараты, ректификационные колонны и др.), выпарных аппаратах, сушилках, конденсаторах, кристаллизаторах, растворителях, экстракторах и др.

К тепловым процессам примыкают процессы получения холода. Они используют одни и те же термодинамические зависимости, одинаковые принципы решения теплотехнических проблем; часть теплотехнических устройств, использованных в них, являются одинаковыми. Однако традиционно тепловые и холодильные процессы рассматривают обособленно. Поэтому и в данном учебнике они находятся в разных разделах хотя эти разделы расположены рядом.

Химические процессы. Многочисленные химические процессы пищевых производств выделены в самостоятельную группу, включающую биохимические и физико-химические процессы.

К биохимическим относят процессы ферментации, брожения, стерилизации, пастеризации, дезинфекции, промывки тары и ее чистки и др. Результатом этих процессов является изменение в объеме продукта или на поверхности тары концентрации Сахаров, дрожжевых культур, бактерий и продуктов их жизнедеятельности, спор, загрязняющих веществ и др.

К физико-химическим процессам относят горение и взрывы. Подробно они изучаются специальными научными дисциплинами. В данном курсе дается лишь самое общее знакомство с ними, оправданное, в частности, необходимостью грамотной профилактики пожаро- и взрывоопасности мукомольных, комбикормовых и некоторых других производств.

Периодические и непрерывные процессы. Основные процессы пищевой технологии делятся по способу организации на периодические и непрерывные.

Периодические процессы характеризуются тем, что все стадии (загрузка сырья, обработка и выгрузка готового продукта) осуществляются в одном аппарате, но в разное время.

Непрерывные процессы характеризуются тем, что все их стадии протекают одновременно, но разделены в пространстве, так как осуществляются либо в разных частях проточного аппарата, либо составляющих данную установку.

Основные преимущества непрерывных процессов по сравнению с периодическими заключаются в следующем:

отсутствуют затраты времени на загрузку исходного сырья и выгрузку готового продукта появляется возможность создания качественной системы регулирования, режимных параметров, что позволяет обеспечить более высокую стабильность качества готовой продукции;

оборудование имеет меньшие габариты при равной производительности с периодически действующим оборудованием, что сокращает затраты на изготовление, ремонт, амортизационные отчисления, эксплуатацию и монтаж;

повышается тепловой коэффициент полезного действия, так как при отсутствии перерывов в работе более полно используется подводимая теплота, нет потерь ее при разгрузке продукции;

улучшаются условия обслуживания аппаратов путем устранения операций их загрузки и разгрузки, уменьшается потребность в обслуживающем персонале.

В зависимости от изменения параметров во времени (скоростей, температуры, концентраций и др.) процессы могут быть разделены на установившиеся (стационарные) и неустановившиеся (нестационарные, или переходные).

При установившемся процессе значение каждого из параметров зависит только от положения рассматриваемой точки в аппарате, но не зависит от времени. В неустановившихся процессах параметры переменные и зависят не только от положения рассматриваемой точки в объеме аппарата, но и от времени.

Для непрерывных процессов изменение параметров во времени, имеет место только в период пуска установок.

1.2. Классификация оборудования

 

Классификационные признаки. Оборудование пищевых производств насчитывает более двух тысяч единиц, относящихся к самым разным процессам. Изучение столь большой номенклатуры Машин и аппаратов невозможно без систематизации знаний, основанной на научно обоснованной классификации.

Основные используемые в настоящее время классификационные признаки оборудования пищевых производств следующие:

технологическая схема процесса. В соответствии с этим признаком различают аппараты поточные, противоточные и с поперечным током;

непрерывность процесса. По этому признаку различают аппа­раты, работающие периодически или непрерывно;

давление в рабочем объеме. Аппараты могут быть с атмосферным, повышенным или пониженным давлением в рабочем объеме;

температура процесса. Этот классификационный признак подразумевает разделение аппаратов на работающие при температурах, близких к температуре окружающей среды; при высоких температурах; при низких температурах;

конструктивные признаки. К ним относится использование конкретных конструктивных элементов (туннели, башни, сферы и т. д.); применение известных конструктивных решений по транспортированию и перемешиванию продуктов (вращающиеся барабаны, ленточные конвейеры, вибропривод, пневмотранспорт и т. д.); способ подвода теплоты (кондуктивный, конвективный, радиационный); способ создания давления (насосом, с помощью столба жидкости и пр.).

Требованияк оборудованию. Машины и аппараты пищевых производств должны удовлетворять технологическим, эксплуатационным, конструктивным, эргономическим, экономическим и другим требованиям.

Технологические требования определяются назначением аппарата и принятой технологией ведения процессов в нем. Они конкретизируются в зависимости от типа процесса, агрегатного состояния обрабатываемого продукта, его химического состава и физических свойств. Технологическими требованиями определяются форма рабочего объема аппарата и основные размеры элементов рабочей зоны, температура и давление в ней, скорость движения продуктов и степень турбулизации жидкостных потоков, необходимые площади контакта фаз, дополнительные воздействия на продукт, предотвращение инфицирования и загрязнения продукта.

Эксплуатационные требования чрезвычайно разнообразны. К ним относятся: высокая интенсивность процесса (производительность, отнесенная к какой-либо характеристике аппарата — объему рабочей камеры, площади нагревательных поверхностей); коррозионная устойчивость материалов; расход энергии; надежность; доступность для осмотра и ремонта и др.

Конструктивные требования зависят от многих факторов. К ним относятся: высокая степень унификации и взаимозаменяемости с другим оборудованием данного и родственных предприятий; малая трудоемкость сборки, монтажа и ремонта; удобство транспортировки и ремонта; минимальная масса, в том числе металлоемкость; технологичность изготовления и ремонта.

Эргономические требования включают эстетические требования и требования безопасности, в том числе требования обеспечения нормативных условий труда. Они направлены на предотвращение травм при эксплуатации оборудования, создание здоровых условий труда при безусловном выполнении санитарно-гигиенических требований к оборудованию, создание благоприятных психофизиологических условий для функционирования системы человек-машина—окружающая среда. Все эргономические требования стандартизованы.

Экономические требования формулируются из условия минимизации целевой функции затрат. В свою очередь, целевая функция затрат может учитывать условия проектирования, изготовления, монтажа, эксплуатации

Основные положения темы

1. Процессы пищевых производств можно разделить на простые и сложные. Практически любой реальный процесс достаточно сложный. Он неизбежно включает не только процессы, относящиеся непосредственно к переработке, но и подготовительно-заключительные операции.

2. Одна из наиболее удобных классификаций процессов пищевых производств — это классификация по научным дисциплинам, методы которых служат основой для объяснения их закономерностей. В соответствии с такой классификацией процессы разделяют на гидравлические, механические, гидромеханические, тепловые, массообменные, биохимические и микробиологические.

3. По способу организации процессы пищевой технологии делятся на периодические и непрерывные. Периодические процессы характеризуются тем, что все стадии (загрузка сырья, обработка и выгрузка готового продукта) осуществляются в одном аппарате, но в разное время. В непрерывных процессах все стадии протекают одновременно, но разделены в пространстве, так как осуществляются либо в различных частях проточного аппарата, либо в разных аппаратах, составляющих данную установку.

4. В установившемся процессе значения каждого из параметров зависят только от положения рассматриваемой точки в аппарате и не зависят от времени. В неустановившихся процессах параметры являются переменными и зависят не только от положения рассматриваемой точки в объеме аппарата, но и от времени.

5. К машинам и аппаратам пищевых производств предъявляют следующие требования: технологические, конструктивные, эксплуатационные, экономические, экологические, энергетические и др. Удовлетворение этих требований — сложная инженерная задача, требующая оптимизации технологий и производств по выбранным параметрам.

Тест для проверки знаний.

1. По какому признаку классифицируют процессы пищевых производств при их изучении?

Ответы. 1.1. По общности научных дисциплин, предметом изучения которых они являются.

1.2. По перерабатываемым продуктам.

1.3. По перечисленным значениям критериев подобия.

2. Для чего нужна типовая классификация машин и аппаратов пищевых производств?

Ответы. 2.1. Для создания единой методической базы.

2.2. Для разработки частных классификаций.

2.3. Для обеспечения их полноты.

3. К какой группе требований относится необходимость унификации элементов технологического оборудования?

Ответы. 3.1. Технологической.

3.2. Конструктивной.

3.3. Энергетической.

Основные виды воздействий на пищевые продукты в процессе их получения и переработки

Многообразие объектов переработки определяет исключительное многообразие применяемого сырья, а это в свою очередь вызывает необходимость применения весьма разнообразных технологических операций, форм воздействий, их интенсивности и характера подведения энергии к обрабатываемым материалам. В частности, имеются в виду такие виды воздействий, как тепловые, ультразвуковые, электрические и магнитные поля, СВЧ и давление, а иногда и ионизирующая радиация. Каждый из этих видов воздействий в отдельности или в сочетании позволяет существенным образом изменять свойства пищевых систем, однако с помощью совокупности указанных выше методов нельзя обеспечить изменение свойств систем во всем возможном диапазоне.
Если проанализировать технологические схемы производства основных видов пищевых продуктов, то окажется, что при переработке и получении почти всех продуктов механические воздействия на пищевые дисперсные системы составляют, как правило, Неотъемлемую часть технологических процессов. Этот вид воздействий реализуется в основном в аппаратах с внешним подводом механической энергии.
В одних случаях механические воздействия сообщаются перерабатываемой системе в одной или нескольких операциях технологического процесса, но основную роль играют термические, химические и биохимические процессы. Примером могут служить процессы рафинирования; дезодорации и гидрогенизации жиров, молочнокислого, спиртового и дрожжевого брожения ряда продуктов, расстойка мучного теста, созревание сливочного масла, ферментативно-микробиологический процесс свертывания молока и созревания сыра, осахаривание патоки ферментативным путем, сатурация сахарных растворов, ряд биохимических превращений в зерновых и крупяных культурах, в картофеле и какао-бобах, консервирование плодово-ягодных припасов, копчение колбасных изделий и. термическая обработка мясных фаршей, гидролиз и нейтрализация инвертных сиропов, экстракция, кристаллизация в результате образования пересыщений при охлаждении или выпаривании, фазовые превращения в результате перекристаллизации и т. п.
В других случаях термические, биохимические или химические процессы осуществляются в сочетании с механическими воздействиями при существенном возрастании роли последних, например, сушка, обжарка, уваривание, выпаривание, кристаллизация пищевых систем, химическая очистка сахарных растворов и жидких жиров, пастеризация, стерилизация и уперизация молочных продуктов, квитирование шоколадных масс, брожение опар, хлебопекарного теста и теста для галет и крекеров, приготовление сахарных сиропов и т. п. При этом, в частности, на фоне конвективного массообмена, например, при перемешивании могут протекать массообменные процессы под диффузионным контролем (сушка пористых Материалов).
Вместе с тем превалирующую роль в технологии пищевых производств занимают технологические операции и процессы, в которых решающее значение имеют чисто механические или гидромеханические процессы. Как правило, такого рода процессы сопровождаются механико-химическими явлениями.
Можно привести множество примеров технологических операций приготовления различных видов пищевых продуктов, в которых механические и в отдельных случаях гидромеханические процессы являются основными.
В сахарной промышленности — при мойке корней, их измельчении в стружку, очистке диффузионного сока, двух-трехразовой фильтрации соков, их осветлении, центрифугировании и просеивании сахара-песка.
В масло-жировой промышленности механические процессы играют важную роль при рафинации растительных и жидких жиров, в процессе их отбеливания активированными порошками; при получении гидрогенизированных твердых жиров на стадиях обработки с катализаторами и при фильтровании; в производстве маргарина — при смешивании компонентов, эмульгировании рецептурной смеси и пластификации стружки; при приготовлении майонезов — в процессах просеивания и растворения исходного сырья, получения пасты и гомогенизации готового продукта.
В крах мало-паточной промышленности — при получении картофельного крахмала — это мойка картофеля, его измельчение, смешивание с водой, выделение крахмала из крахмального молока, центрифугирование готового продукта; при производстве кукурузного крахмала — процессы грубого дробления, тонкого измельчения зерен, сепарирования мельничного молока, очистки сырого крахмала, механического обезвоживания крахмала и его просеивания.
В молочной промышленности чисто механические процессы реализуются при фильтрации, гомогенизации и сепарировании молока и молочных продуктов; при вальцевании творога, его пластификации и смешивании с рецептурными добавками для получения творожных изделий; в технологических процессах получения сливочного масла — при сепарировании и сбивании сливок, отжимании поверхностной влаги и получении монолита.
В мясной промышленности при получении мясопродуктов и колбасных изделий механические воздействия используются при разделке, обвалке, грубом и тонком измельчении мяса, вымешивании фаршей и формовании — шприцевании колбас.
В мукомольно-крупяной промышленности — при сепарировании, очистке, сортировании, смешивании зерна из разных партий для получения помольной смеси с необходимыми свойствами; измельчении и фракционировании муки; шлифовании и диспергировании крупок; очистки, сортировки, шелушении, обогащении, дроблении или разрезании, полировании крупяных изделий.
В хлебопекарной и макаронной промышленности механические процессы применяются при подготовке сырья, замесе теста, его отминке, делении на куски заданной массы, их округлении и формовании, получении макаронных изделий.
В кондитерской промышленности вследствие большого разнообразия выпускаемой продукции механические процессы представлены наиболее широко и играют, основную роль в технологии приготовления практически всех видов кондитерских изделий.
При производстве шоколада и шоколадных изделий все основные технологические операции связаны с механическими воздействиями: это очистка какао-бобов, их сортирование, дробление, освобождение от оболочек и разделение на фракции, получение какао тертого, его смешивание с какао-маслом и сахарной пудрой, измельчение, отминка и конширование шоколадной массы, ее дозирование и формование, уплотнение массы в формах и освобождение из форм после охлаждения.
При получении конфет, карамели, мучных кондитерских изделий, драже, пастильно-мармеладных изделий и халвы практически все технологические процессы (процессы очистки и мойки, диспергирования и дезагрегирования, просеивания и фильтрования, центрифугирования и сепарирования, смешивания и гомогенизации, транспортирования и дозирования, вальцевания и формования и т. д.) сопровождаются механическими воздействиями на перерабатываемые системы, причем эти воздействия играют определяющую роль.
Таким образом, роль механических воздействий в технологических процессах получения и переработки большинства пищевых продуктов чрезвычайно велика. По существу, нет области современной технологии пищевых производств, где не применялись бы механические воздействия на сырье или полуфабрикаты. При этом диапазон подводимой к пищевым системам энергии очень широк. В то же время воздействие, например, электрических и магнитных полей весьма избирательно и зависит от физических свойств дисперсной фазы и дисперсионной среды (например, от диэлектрической проницаемости).
Даже в тех случаях, когда по ряду причин использование электрических и магнитных полей оказывается целесообразным, обычно эти воздействия сочетаются с механическими.
Особенно эффективно-сочетание механических воздействий с ультразвуковыми высокочастотными воздействиями.
Вместе с тем большое разнообразие форм механических воздействий и технологических операций, используемых в пищевой промышленности, по мнению авторов, вызвано следующими обстоятельствами.
Обычно технология переработки различных пищевых продуктов в каждом конкретном случае в силу кажущейся специфики создается самостоятельно для каждой отрасли пищевой промышленности и для каждого вида продукта, тогда как между технологическими процессами в самых различных областях пищевой промышленности существует много общего как по однотипности свойств материалов, так и по характеру технологических операций.
Цель данной книги состоит в обосновании нового подхода к технологическим процессам с учетом их сложности и многообразия с единых общих позиций, которые могут быть определяющими для большинства процессов получения пищевых продуктов.