Коммуникация менеджмента. Конспект лекций для студентов дневного и заочного отделений направлений подготовки 240700
 Скачать 1.07 Mb.
|
|
Лекция 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ 5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ОБОРУДОВАНИЮ Для классификации технологического оборудования пищевой про- мышленности используют технолого-функциональный принцип, т.е. обо- рудование объединяют по функциям, выполняемым в процессе перера- ботки пищевой массы, и по месту оборудования в технологическом про- цессе. Укрупнённо выделяют следующие пять групп. 1. Оборудование для подготовки сырья, полуфабрикатов к основным технологическим операциям. 2. Оборудование для механической обработки (формование, соеди- нение, разделение). 3. Оборудование для температурной обработки (нагрев, сушка, вы- печка, охлаждение, замораживание). 4. Оборудование для биохимических и физико-химических процессов. 5. Оборудование для финишных операций (фасовка, упаковка). 34 По характеру воздействия на продукт технологическое оборудование делится на машины и аппараты. Машина – устройство, выполняющее ме- ханические движения для преобразования энергии, материалов или ин- формации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека. Аппарат – технологическое оборудование с рабочей ка- мерой для проведения тепловых, химических, физико-химических, мик- робиологических и биохимических процессов. Технологическое оборудование на предприятиях пищевой промыш- ленности объединено в поточные линии. Поточной линией называют со- вокупность специализированных технологических машин, расположен- ных в соответствии с определённым технологическим процессом и свя- занных между собой транспортными устройствами. Поточные линии классифицируют: по виду связей между машинами и аппаратами; по сте- пени механизации и автоматизации; по структуре потока; по компоновке. Оборудование поточных линий делят на основное (для проведения процессов в соответствии с технологическим регламентом) и вспомога- тельное (для транспортировки и хранения сырья, полуфабрикатов и гото- вых продуктов). Различают оборудование общетехнического (насосы, ёмкости, транспортёры, фасовочно-упаковочные автоматы и т.д.) и спе- циализированного назначения (куттеры, вирпулы, тянульные машины, глазиро-вочные агрегаты и т.д.). Оптимально построенная машина (аппарат) должна удовлетворять эксплуатационным, конструктивным, эргономическим, экономическим и экологическим требованиям. Эксплуатационные требования включают: 1. Соответствие аппарата целевому назначению, т.е. создание усло- вий, оптимальных для проведения процесса (давления, скорости движения и перемешивания и т.д.). В качестве примера на рис. 3 приведены две различ- ные конструкции аппарата для приготовления сиропа из сахара, патоки и воды. Аппарат со сферическим днищем и мешалкой якорного типа (рис. 3, б) обеспечивает более благоприятные условия протекания технологического процесса по сравнению с аппаратом с плоским днищем и мешалкой (рис. 3, а), так как предотвращает образование осадка и пригорание его на днище. а) б) Рис. 3. Конструкции аппаратов для приготовления сиропа Конденсат Конденсат 35 2.Высокую удельную производительность аппарата. Интенсифика- ция технологических процессов может быть достигнута заменой периоди- ческих процессов непрерывными, увеличением скорости движения рабо- чих органов, увеличением перепадов давления и т.д. 3. Коррозионную устойчивость материала аппарата, что необходимо как для увеличения срока его эксплуатации, так и недопущения загрязне- ния продуктами коррозии пищевых масс. 4. Малый расход энергии. Чем меньше расход энергии на единицу производимой продукции, тем лучшим считается аппарат при прочих равных технических характеристиках. 5. Надёжность оборудования, т.е. способность выполнять заданные функции, сохранять свои эксплуатационные показатели в заданных пре- делах в течение требуемого промежутка времени. Обуславливается безот- казностью, ремонтопригодностью и долговечностью аппарата. 6. Удобство монтажа, эксплуатации и ремонта. Конструкция аппара- та должна обеспечивать возможность рационального проведения этих операций. Конструктивные требования включают: 1) стандартность и взаимозаменяемость деталей; 2) минимальную массу аппарата (достигается за счёт выбора опти- мальных размеров аппарата и т.д.); 3) технологичность конструкции, т.е. возможность её изготовления с наименьшими затратами; 4) удобство сборки, транспортировки; монтажа (цельнометалличе- ская колонна и колонна из царг); Оборудование должно отвечать эргономическим требованиям и тре- бованиям техники безопасности. Эргономика – это наука, нацеленная на обеспечение оптимального взаимодействия в системе человек – техника. К этой группе требований относятся: удобство и безопасность аппаратов для обслуживающего персонала (возможность дистанционного управле- ния, герметичность, автоматизация и механизация вспомогательных опе- раций и т.д.); санитарно-гигиенические условия (оптимальная форма обо- рудования, позволяющая осуществить его мойку, стерилизацию и т.д.). Экономические требования включают: 1) минимальную стоимость проектирования аппарата; 2) минимальную стоимость изготовления аппарата; 3) минимальную стоимость эксплуатации аппарата; 4) минимальную себестоимость готовой продукции. Экологические требования направлены на минимизацию негативных воздействий на окружающую среду при изготовлении, эксплуатации и утилизации оборудования, т.е. минимизации техногенного влияния на биосферу на всех этапах жизненного цикла изделия. Рассмотрим эволюцию некоторых видов машин и аппаратов для ме- ханических, гидродинамических, тепловых и массообменных процессов в отдельных отраслях пищевой промышленности. 36 5.2. ЭВОЛЮЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Техника переработки зерна от момента зарождения до создания со- временных мукомольных заводов прошла долгий и сложный путь разви- тия. Первыми типами орудий для измельчения зерна были орудия ударно- го действия – ступа и пест. Позднее человек научился дробить зерно более эффективным способом – растиранием между двух камней путём прямо- линейно-возвратного движения одного камня по другому. Следующим, весьма важным этапом развития, явился период использования зернотё- рок, но уже с вращательным движением верхнего камня. Этим было по- ложено начало существованию жернового постава, который в измененном и усовершенствованном виде сохранился до наших дней. Дальнейшее совершенствование жёрнова проводилось в направлении увеличения его размеров (производительности) и применения в качестве двигательной силы: животных, ветряных и водяных мельниц. Изобретение паровой ма- шины позволило значительно увеличить мощность мукомольного произ- водства и дало толчок к совершенствованию существующих и созданию новых конструкций, улучшающих помол. Первые попытки создать новую, отличную по принципу действия от жёрнова, измельчающую машину были сделаны в 1822 г. механиком Миллером. В 1834 г. швейцарский инженер Зульцбергер успешно усо- вершенствовал конструкцию вальцового станка, в частности, предложил применять чугунные вальцы. Именно с этого времени вальцовый станок начинает вытеснять жернова. Главными рабочими органами вальцовых станков являются полые цилиндрические чугунные валки, которые вра- щаются друг навстречу другу с разными скоростями. В настоящее время помол зерна осуществляется на драных (вальцы рифленые и дробят зерно в крупку) и размольных (вальцы гладкие и превращают крупку в муку) системах. Схемы оборудования для измельчения приведены на рис. 4. Первый в мире опыт машинного замеса хлебопекарного теста был проведён в 1760 г. В 1796 г. французский булочник Ламберт изобрел ме- сильную машину, которая была первой, практически использовавшейся для замеса теста: «...Аппарат для замешивания муки в тесто состоит из чана, который вращается механическим приводом – зубчатыми колесами, получающими свое движение от паровой машины. В этот чан заваливает- ся мука и замешивается теплой водою... Для смешивания муки с водою служит мешалка. Ее рогулька входит в месильный чан, который во время мески вращается, в то же время вращается и рогулька. Этим достигается полное превращение муки в тесто». Конструктивные схемы некоторых типов тестомесильных машин, которые в настоящее время используются на хлебопекарных предприятиях, мало чем отличаются от описанной выше машины. Для них характерно 37 Рис. 4. Оборудование для измельчения: а – шековая дробилка; б – вальцовая дробилка: в – молотковая дробилка; г – барабанная мельница; д – жерновой постав; е – тёрка вертикальное расположение месильного рабочего органа. Ёмкость, в ко- торой ведётся замес, может быть жёстко соединена с рабочим органом, или напротив – отделена от него в виде так называемой подкатной дежи (рис. 5). В тестомесилках периодического действия есть и такой вариант, когда вал, несущий на себе рабочие месильные органы, расположен горизонтально. Рис. 5. Схемы тестомесильных машин периодического действия с подкатными дёжами 38 Рис. 6. Схемы барабанов сепараторов-разделителей (а)и сепараторов-осветлителей (б) Месильные лопасти этих машин могут располагаться на валу, образуя винтовую поверхность. Это позволяет в процессе замеса осуществлять перемещение тестовой заготовки вдоль корыта. Если при этом загружать муку и жидкие ингредиенты в одной части месильного корыта, а в другой части устроить выходное отверстие, то получим месильную машину уже непрерывного действия. Для разделения неоднородных систем в центробежном поле широ- ко используются центрифуги и сепараторы, которые в настоящее время являются основным видом технологического оборудования на предпри- ятиях молочной промышленности. По производственному назначе- нию их можно разделить следующим образом: сепараторы-сливко- отделители, разделяющие молоко на сливки и обезжиренную фракцию; сепараторы-молокоочистители, служащие для очистки молока от механи- ческих примесей; сепараторы-нормализаторы – в них получают молоко определённой жирности; сепараторы-классификаторы, предназначенные для очистки молока и его гомогенизации за счёт дробления жировых ша- риков; сепараторы универсальные, выполняющие все перечисленные опе- рации, а также специального назначения – для получения высокожирных сливок, отделения сыворотки от сгустка и т.д. Конструктивные схемы тарельчатых сепараторов представлены на рис. 6. По конструктивным особенностям и степени защиты процесса от доступа воздуха различают открытые, полузакрытые и закрытые сепара- торы. Выгрузка осадка из барабанов сепараторов может быть периодиче- ской или непрерывной в саморазгружающихся конструкциях. Сейчас все выпускаемые сепараторы оснащены электроприводом. С изобретением сепаратора и последующим его конструктивным усовершенствованием процесс отбора сливок из молока был ускорен в сотни раз. 5.3. ЭВОЛЮЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ Технологические операции, связанные с термообработкой сырья и полупродуктов, широко распространены в пищевой промышленности. В качестве примеров можно привести охлаждение карамельной массы, пастеризацию или стерилизацию молочных продуктов и т.д. а) б) 39 В молочной промышленности охлаждение и нагревание используют- ся для обеспечения сохранности молока. Для этого применяют теплооб- менные аппараты и установки самых различных конструкций и мощно- стей. В качестве тепло- и хладоагентов используют пар, горячую или хо- лодную воду, рассол. Первые пастеризаторы молока серийного изготовления представляли собой ванны или цистерны с двойными стенками, в межстенное простран- ство которых подавалась горячая вода. Для охлаждения молока стали Рис. 7. Теплообменники: кожухотрубчатый (а), пластинчатый (б), труба в трубе (в): Ж 1 – теплоноситель (хладоагент); Ж 2 – нагреваемый (охлаждаемый) продукт 40 применять оросительные устройства. Плоские оросительные охладители были изготовлены из двух медных гофрированных листов, между кото- рыми циркулировала холодная вода. Молоко наливали в верхний распре- делительный жёлоб, откуда оно сквозь мелкие отверстия в дне медленно стекало плёнкой по гофрированной поверхности, отдавая своё тепло через тонкие стенки движущейся противотоком холодной воде и собираясь в нижнем приёмном жёлобе. В более поздней конструкции охладитель был изготовлен из горизонтальных трубок, расположенных одна под другой. Гаррисон (1917) и Зелигман (1923) разработали конструкции разборных пластинчатых аппаратов для нагревания и охлаждения молока. В 30 – 40-х гг. XX в. были созданы многосекционные пакетные оро- сительные охладители, объединяющие несколько плоских охладителей на одной станине и под общим кожухом. Это позволило увеличить поверх- ность охлаждения в аппарате и добиться большей компактности конст- рукции. Дальнейшее совершенствование процессов пастеризации и охла- ждения было связано с созданием трубчатых и пластинчатых аппаратов для высокотемпературной тепловой обработки молока в потоке. Конст- руктивные схемы теплообменников представлены на рис. 7. В настоящее время для тепловой обработки молока в промышленно- сти используют в основном автоматизированные пастеризационно-охла- дительные установки с теплообменниками пластинчатого типа произво- дительностью до 5 т молока в час, имеющие высокие технико-экономи- ческие показатели. 5.4. ЭВОЛЮЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В пищевой отрасли широко применяются такие массообменные про- цессы, как сушка, кристаллизация, адсорбция, экстракция и ректификация. Решающим фактором, влияющим на эффективность массообменной колонны, является элемент конструкции, обеспечивающий контакт между жидкостью и паром или газом. Были защищены сотни авторских свиде- тельств и патентов, в которых предлагались новые контактные устройства. Из четырёх основных групп ректификационных аппаратов тарельчатых, насадочных, плёночных, ротационных в спиртовой и ликёро-водочной промышленности используются преимущественно тарельчатые (рис. 8). Кристаллизация является завершающей стадией технологического цикла многих производств: сахарного, лимоннокислого, глюкозного, а также часто сопутствует основному технологическому процессу, напри- мер, при получении мармелада на его поверхности образуется мелкокри- сталлическая корочка сахара. Несмотря на многовековую давность прак- тического использования процесса кристаллизации, аппаратурное оформ- ление его в пищевой промышленности не достигло такой степени совер- шенства, как, например, аппаратура для выпаривания и ректификации. Так, на первых сахарных заводах для кристаллизации сахара сироп разли- 41 вали в высокие конические горшки («бастры») с отверстиями внизу, за- ткнутыми матерчатыми пробками. В течение 50 дней в «бастре» происхо- дила кристаллизация сахара в виде сахарной головы, а патока вытекала из отверстия через пробки в ведро. Создание специальных аппаратов для кристаллизации относится к XX в. В пищевых производствах применяют в основном два типа мешалок-кристаллизаторов: корытного типа и вра- щающиеся барабанные кристаллизаторы. Ведутся работы по созданию оптимальных конструкций кристаллизаторов периодического действия и создания непрерывно действующих кристаллизаторов для сахарной про- мышленности. В пищевой промышленности сушка является одним из основных процессов и применяется почти в любом производстве (сушат сахар- песок, крахмал, солод, молоко, овощи, фрукты, макароны и т.д.). Так как материалы, подвергаемые сушке, различаются по структурно-механи- ческим и биохимическим свойствам, то применяются разнообразные по конструкции сушилки с различными режимами сушки. Камерные, шахт- ные, ленточные, коридорные сушилки используются для сушки овощей, фруктов, хлеба, крахмала, мармелада, пастилы и др. Широкое распространение в пищевой промышленности получили распылительные сушилки. Первая такая сушилка для пищевых продуктов была предложена в 1947 г. В настоящее время в производстве применяют разнообразные конструкции распылительных сушилок, отличающиеся формой корпуса, конструкцией распылителя и т.д. В пищевой промыш- ленности используются и специальные способы сушки: вакуумная, суб- лимационная, токами высокой частоты. Рис. 8. Схема ректификационная колонны и тарелок 42 Вопросы для самоконтроля и обсуждения 1. По каким признакам классифицируют оборудование пищевых производств? 2. Дайте характеристику основному и вспомогательному оборудо- ванию, оборудованию общетехнического и специального назначения. 3. Сформулируйте общие требования, предъявляемые к машинам и аппаратам пищевых производств. Что включают в себя конструктивные требования? 4. Какое оборудование используется для проведения подготови- тельных, основных и финишных операций? 5. Какие устройства используются в пищевой промышленности для механизации технологических процессов? 6. Почему необходимо изучать эволюцию различных типов техно- логического оборудования? Подтвердите Ваши тезисы примерами. 7. Какое оборудование использовалось в различные исторические периоды в мукомольной, молочной, спиртовой промышленности? 8. Назовите имена наиболее известных изобретателей машин и ап- паратов пищевых производств. 9. Что понимают под поточной линией? Как классифицируют по- точные линии в пищевой промышленности? 10. Приведите примеры машинно-аппаратурного решения инженер- ных задач на различных этапах развития пищевых производств. Лекция 6. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ОТРАСЛЕЙ ПИЩЕВОЙ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ 6.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РЕГИОНА Пищевая и перерабатывающая промышленность занимает сущест- венное место в агропромышленном комплексе области. В её состав входят 12 отраслей, 88 крупных и средних предприятий, 105 малых предприятий, 204 подсобных производства при непромышленных организациях и сель- скохозяйственных предприятиях, которые способны обеспечить област- ной продовольственный рынок всеми необходимыми продуктами пита- ния. Предприятия пищевой и перерабатывающей промышленности обес- печивают рабочими местами более 15 тысяч жителей области и являются крупнейшими налогоплательщиками в бюджеты всех уровней. Предпри- ятия пищевой и перерабатывающей промышленности области обеспечи- вают до 70% потребности региона в продуктах питания. Динамика производства по предприятиям пищевой и перерабаты- вающей промышленности позволяет утверждать, что тенденция падения |