Процеси та апарати харчових виробництв
 Скачать 0.54 Mb.
|
|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ПОЛТАВСЬКИЙ КОМЕРЦІЙНИЙ ТЕХНІКУМ ЦИКЛ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ДИСЦИПЛІН МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК по виконанню контрольної роботи з дисципліни "ПРОЦЕСИ ТА АПАРАТИ ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ" IV курс, VIIІ семестр заочна форма навчання на базі професійно-технічної освіти спеціальність: 181 " Харчові технології" галузь знань: 18 "Виробництво та технології" Полтава, 2016 Методичний посібник по виконанню контрольної роботи з дисципліни "Процеси та апарати харчових виробництв", IV курс, VIIІ семестр, заочна форма навчання, на базі професійно-технічної освіти спеціальність: 181 "Харчові технології" галузь знань: 18 "Виробництво та технології" Укладач: Даценко Н.Г. - викладач дисципліни "Процеси та апарати харчових виробництв " Рецензент: Гайворонська З.М.- зав. кафедрою загальноінженерних дисциплін ПУЕТ, кандидат технічних наук, доцент Розглянуто та затверджено на засіданні циклу технологічних дисциплін Протокол №_____ Від " ____"___________2016 р. Голова циклової комісії: _________________ Кукуєва О.М. Загальні методичні вказівки Методичний посібник по виконанню контрольної роботи з дисципліни "Процеси та апарати харчових виробництв" складено відповідно до навчального плану для підготовки молодших спеціалістів у навчальних закладах І-II рівня акредитації за спеціальністю 181 «Харчові технології», галузь знань: 18 «Виробництво та технології». Предметом вивчення дисципліни "Процеси та апарати харчових виробництв" є основи процесів, що відбуваються в машинах і апаратах та в продуктах, що обробляються під час виконання технологічних процесів. Основною метою викладання дисципліни є надання студентам системи знань щодо вивчення основ теорії процесів, що відбуваються в апаратах та у продуктах, які обробляються, а також сприяти розвитку пізнавальних інтересів, самостійності. Основними завданнями, що мають бути вирішені у процесі вивчення дисципліни є надання студентам знань, умінь і навичок, необхідних для: дослідження гідромеханічних, механічних, теплових, масообмінних процесів; забезпечення технологічних процесів апаратами для приготування й реалізації кулінарної та кондитерської продукції в закладах ресторанного господарства; раціонального використання машин і механізмів; ефективного освоєння та впровадження нових технологічних процесів і високопродуктивних машин і апаратів. Міждисциплінарні зв’язки: вивчається паралельно з дисциплінами «Технологія виробництва кулінарної продукції», «Устаткування закладів ресторанного господарства». Після вивчення курсу студент повинен вміти: здійснювати гідромеханічні та механічні процеси обробки продуктів; підбирати обладнання та найбільш оптимальні способи теплової обробки; вибирати оптимальні способи охолодження для технологічних потреб виробництва. РОЗДІЛ І. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І НАУКОВІ ОСНОВИ КУРСУ. Тема 1.1. Вступ. Класифікація процесів харчових продуктів. Вимоги до апаратів. Програма 1. Предмет і завдання дисципліни "Процеси та апарати харчових виробництв", його значення у підготовці технологів. Зв'язок з іншими навчальними дисциплінами: поняття "процес" і "апарат", "машина". 2. Класифікація основних технологічних процесів та їх відмінні особливості. Основні вимоги до апаратів: технологічні, експлуатаційні, конструктивні. Основні напрями інтенсифікації виробничих процесів і подальше підвищення ефективності роботи закладів ресторанного господарства. Методичні вказівки 1. У даний час апаратне оформлення досягло значної технічної досконалості на базі останніх наукових досліджень, загального технічного прогресу і автоматизації виробничих процесів; особливо широко у харчовій технології стали використовуватись досягнення фізики. У харчовій технології міцно зайняли місце техніка високих тисків, високого вакууму, глибокого охолодження, ультразвуку, струменів НВЧ, мембранного розділення. Все це набуває необхідність наукового обґрунтування різноманітних проблем, пов'язаних з виробництвом харчових продуктів. Ці завдання успішно розв'язуються наукою про процеси та апарати харчових виробництв. Завданням курсу є ознайомлення з тими процесами і апаратами, які є загальними для всіх харчових технологій. Сучасне вчення про процеси та апарати харчових виробництв спирається на базові дисципліни: хімію, фізику, математику, гідравліку, механіку, теплотехніку, електротехніку. Будь-який технологічний процес становить ряд взаємопов'язаних типових технологічних стадій, які відбуваються в апаратах певного класу. Але високі вимоги до якості продукції та ефективності виробництва визначили специфіку, яка відрізняє ці технологічні стадії одержання харчових продуктів та апаратно- технологічне забезпечення від подібних процесів в інших галузях народного господарства. Процеси харчових технологій у більшості значно складні і часто становлять поєднування гідродинамічних, теплових, масообмінних, біохімічних та механічних процесів. Курс є теоретичною основою харчової технології, яка дозволяє проаналізувати та розрахувати процес, визначити оптимальні параметри, розробити та розрахувати апаратуру для його здійснення. Технологічні процеси у масовому харчуванні та харчовій промисловості мало чим відрізняються один від одного. Відмінність полягає у тому, що на окремому підприємстві харчової промисловості займаються переробкою одного виду продуктів або кількох, а у масовому харчуванні практично усіх. Таким чином, у курсі " Процеси та апарати харчових виробництв" вивчаються основні закономірності перебігу процесів з метою їх прогнозування, а також принципи створення та розрахунків апаратів, у яких ці процеси реалізуються. Завданням дисципліни "Процеси та апарати харчових виробництв" є систематизоване знайомство з станами, стадіями технологічного процесу обробки продуктів і змінами, що при цьому відбуваються в продуктах. Будовою апаратів, процесами, що в них відбуваються. Тісний зв'язок з іншими предметами пояснюється сутністю та грунтовністю вивчення явищ, що спостерігаються у ході виготовлення продукції громадського харчування. Практично кожна тема дисципліни "Технологія виробництва кулінарної продукції" грунтується на поняттях і сутності процесів обробки продуктів і апаратного оформлення цих процесів. Це стосується тем: "Супи", "Соуси", "Страви і гарніри з овочів", "М'яса та м'ясопродуктів", "Страви з риби та нерибних морепродуктів". Вивчення теми: "Приготування страв для лікувально - профілактичного харчування" неможливе без знань по темі:"Сутність процесу нагрівання під вакуумом". Дисципліна "Устаткування закладів ресторанного господарства", яка вивчає всі види обладнання підприємств громадського харчування, також щільно пов'язана з дисципліною, що вивчається. Так, апаратне забезпечення технологічних процесів обробки сировини і продуктів, виготовлення напівфабрикатів, приготування готової продукції, розглядається на підставі знань з питань відповідного обладнання. Дисципліна " Санітарія і гігієна" допомагає при вивченні питань вимог охорони праці і техніки безпеки до апаратів підприємств громадського харчування, процесів миття сировини, посуду, тари, інвентарю, обладнання; процесу перемішування, теорії збивання харчових продуктів, процесів очищення, різання, дроблення, пресування, вибору режимів розігрівання смажених м'ясних охолоджених кулінарних виробів. Процес - це послідовні, закономірні зміни стану будь-якого тіла або явища, які відбуваються у природі. У курсі "Процеси і апарати харчових виробництв" розглядаються промислові та технологічні процеси, які пов'язані з переробкою продуктів , природи (сировини) у засоби виробництва і засоби споживання. Необхідною умовою протікання процесу є наявність рушійної сили. По характеру дії на продукт, що обробляється визначають два види обладнання: машини і апарати. Апарат - це пристрій, призначений для здійснення того чи іншого технологічного процесу ( котел, стерилізатор). Апарат - це таке обладнання, в якому продукт підлягає під фізико-механічну, біохімічну, теплову, електромагнітну та іншу дію, яка призводить до зміни його фізико - хімічних властивостей та агрегатного стану. Машина - механізм, призначений для перетворення механічної енергії у корисну роботу. Машини - це таке обладнання, в якому продукти підлягають під механічну дію, яка призводить до зміни його форми, розмірів, але при цьому його властивості залишаються незмінними. Машини характеризуються наявністю робочих органів, що перемішуються і діють механічно на продукт. Апарати - наявністю визначеного реакційного простору (робочої камери), в якому відбуваються дія на продукт з метою зміни його властивостей. Поділ обладнання на машини та апарати умовний, тому що не завжди можна провести чітку грань між цими поняттями. Іноді обладнання являє собою комбінацію машин і апарату, в якому однозначно відбуваються механічні, теплові, дифузійні та інші явища. 2. Виділяють три основні класифікації процесів харчових виробництв: за основними закономірностями перебігу та рушійною силою; за способом організації процесу або структурою робочого циклу; за зміною параметрів процесу в часі. За першою ознакою виділяються процеси: - гідромеханічні; механічні; теплові; масообмінні (дифузійні); хімічні та біохімічні; мікробіологічні; електрофізичні. До гідромеханічних процесів відносять ті процеси, які відбуваються у рідинних (або газових) системах під зовнішнім впливом. Рушійною силою гідромеханічних процесів є перепад тиску. Гідромеханічні процеси поділяються на процеси утворення неоднорідних рідинних та газових систем (перемішування, диспергування, піноутворення, псевдозрідження, емульгування, гомогенізація) та їх розділення (осадження, фільтрування, центрифугування, мембранні методи, електроосадження). Механічні процеси – описуються і підпорядковуються законам механіки твердих тіл. Рушійною силою механічних процесів є різниця зусиль у різних точках оброблюваного об'єкту. Сюди відносять процеси подрібнення, пресування, просіювання, перемішування. До теплових процесів відносяться процеси, які підпорядковані законам теплопереносу (термодинаміки). Рушійною силою цих процесів є різниця температур. Теплові процеси поділяються на процеси: без зміни агрегатного стану ( нагрів, охолодження); зі зміною агрегатного стану ( кипіння, конденсація, заморожування, плавлення); специфічні процеси (стерилізація, варіння, смаження). Масообмінні процеси - характеризуються переносом (переходом) одного або кількох компонентів вихідної речовини з однієї фази в іншу. Рушійною силою масообмінних процесів є різниця концентрацій. Виділяють такі масообмінні процеси: адсорбція, абсорбція, ректифікація, екстракція, розчинення, кристалізація, сушіння. Хімічні та біохімічні процеси - процеси, які пов'язані зі зміною хімічного складу і властивостей речовин, їх швидкість протікання визначається законами хімічної кінетики. Мікробіологічні процеси підпорядковуються біологічним законам життєдіяльності мікроорганізмів. Приклади таких процесів - сквашування молока, виготовлення дріжджів. Електрофізичні процеси - здійснюються під впливом електричного струму. Рушійною силою цих процесів є різниця потенціалів. Електрофізичні процеси розглядаються якщо процес характеризується ознаками двох основ (наприклад, масообміну і термодинаміки), то належність до того чи іншого класу визначається його цілеспрямованістю. Наприклад, сушіння - одночасно масообмінний і тепловий процес, однак мета його полягає у дифузійному видаленню вологи, тому сушіння відносять до класу масообмінних процесів. За способом організації всі процеси поділяють на 3 класи: періодичний; безперервний; комбінований. Періодичні процеси проводяться в апаратах, які працюють у циклічному режимі. Цикл починається із завантаження апарату вихідними речовинами. В апараті ведеться процес переробки, і через визначений проміжок часу, достатній для закінчення процесу, готовий продукт вивантажується з апарату. Періодичний процес характеризується тим, що всі стадії протікають в одному місці, але у різний час і при цьому стан матеріалу, що обробляється і параметри процесу міняються за часом. Безперервні процеси відбуваються у проточних апаратах, у яких надходження вихідної сировини та вивантаження готової продукції відбувається безперервно. Усі стадії безперервного процесу відбуваються одночасно, але вони роз'єднані у просторі. Комбіновані процеси - це процеси, які на окремих стадіях відбуваються безперервно, а на інших стадіях - періодично. Для більш чіткої характеристики періодичних і безперервних процесів використовують такі поняття і визначення. За третьою ознакою - за змінами параметрів процесу (температури, швидкості, концентрації, консистенції) у часі всі процеси поділяються на усталені (стаціонарні) та неусталені (нестаціонарні). В усталених процесах значення кожного з параметрів, що їх характеризують, є постійними у часі та залежать лише від положення даної точки системи у просторі. У неусталених процесах параметри, що їх характеризують, залежать не тільки від положення точки системи у просторі, а також від часу. Більшість періодичних процесів відноситься до неусталених. Як правило, безперервні процеси є стаціонарними, тому що у кожну мить часу у кожній конкретній точці системи параметри процесу залишаються постійними. РОЗДІЛ ІI. ОСНОВИ ГІДРАВЛІКИ, ГІДРАВЛІЧНІ МАШИНИ. ГІДРАВЛІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ПРОЦЕСИ. Тема 2.1. Процеси отримання одно- та неоднорідних рідинних систем. Суть процесу змішування. Програма 3. Суть процесу перемішування та його використання. 4. Типи апаратів для збивання та перемішування харчових продуктів у закладах ресторанного господарства. Методичні вказівки 3. Перемішуванням називається процес взаємного переміщення частинок однієї речовини в іншій з метою їх рівномірного розподілу за всім об'ємом, який перемішується. Перемішуванні системи можуть бути або рідинами, або сипкими матеріалами, при чому перемішувати можуть як речовини, що перебувають в однаковому агрегатному стані так і в різному. Перемішування може бути вільним або вимушеним. Вільне перемішування може відбуватися внаслідок молекулярної дифузії, різниці температур або густин у різних шарах рідини, або під впливом кількох цих факторів одночасно. Під час молекулярної дифузії речовини перемішуються в тому напрямку, де концентрація її менша, в такий спосіб концентрація вирівняється по всьому об'єму. Молекулярна дифузія - це дуже повільний процес перемішування, тому на практиці застосовують вимушене перемішування. Воно відбувається за рахунок підведення зовні механічної енергії. У харчовій промисловості та громадському харчуванні перемішування матеріалів застосовуються з метою: одержання однорідних розчинів, суспензій, емульсій і т.п.; рівномірного розподілу однієї фази в іншій; підтримання дисперсійної фази в завислому стані; збільшення швидкості хімічних, теплових та масообмінних процесів, тому як із збільшенням турбулентності покращуються умови підводу теплоти до поверхні теплообміну або речовини до границі розділу фаз. Це досягається в результаті зменшення товщини пограничного шару, збільшення і безперервного оновлення поверхні розділу взаємодіючих фаз; проведення фізико - хімічних процесів, наприклад, процесів сатурації, кристалізації; підігрівання рідкої системи; проведення оксидаційних процесів при поданні в систему повітря або кисню і т.ін. Приклади перемішування в громадському харчуванні: заміс тіста, перемішування і збивання кондитерських мас ( кремів, вершків, яєць, начинок і ін.), фаршу, сиру, вінегрету і салату, картопляного пюре і т.ін. Яке б цільове призначення не мав процес перемішування, загальні закономірності його здійснення залишаються однаковими. 2. Усі процеси перемішування можна поділити на 4 основних типи: механічне; пневматичне; циркулярне; пневматичне в потоці шляхом створення штучної турбуленції. Механічне перемішування застосовується майже виключно для перемішування краплених рідин, воно здійснюється мішалками різних конструкцій: однолопатеві, багатолопатеві, пропелерні, якірні, турбінні, шнекові чи у вигляді замкненої рамки. Кожен тип мішалок має свої сфери використання. Так, лопатеві та мішалку у вигляді замкненої рамки використовують для перемішування мало в'язких рідин, пропелерні для рідини поширеної в'язкості, турбінні для нев'язких і в'язких систем. У процесі пневматичного перемішування через рідинну систему чи її суміш з іншими компонентами пропускають стисле повітря чи будь - який інший газ. Циркулярне перемішування будується на тому, що рідинну систему пропускають декілька раз через насос по замкненому циклу " насос -ємність". Цей вид перемішування використовують при виготовленні тонізуючих напоїв. Перемішування в потоці відбувається шляхом створення штучної турбуленції і використовують якщо одна рідина добре розчиняється в іншій. При цьому в камері змішування необхідно підтримувати високі швидкості й рідини не повинні бути в'язкими. 4. Для механічного перемішування застосовують різні види мішалок -лопатеві, пропелерні, турбінні, якірні, вібраційні, дискові та ін. Вал мішалки може бути встановлений в апараті вертикально, горизонтально або з нахилом. За частотою обертання робочого органу перемішуючі пристрої поділяються на тихо - та швидкохідні. Лопатеві мішалки використовують для перемішування рідин з помірною в'язкістю. Вони мають одну або декілька плоских вертикальних пластин, закріплених на вертикальному валу. Такі лопаті надають рідині в основному обертальний рух. Щоб забезпечити переміщення рідини у вертикальному напрямку, установлюють також наклонні лопаті під кутом до горизонту від 45° до 60° . Діаметр лопатей d = ( 0,6 ... 0,7 ) D, де D -діаметр корпусу апарата. Колова швидкість на кінцях лопатей не перевищує 5 м/с. Частота обертання лопатевих мішалок зазвичай 20 ...30 об/хв. Оскільки на поверхні рідини під час обертання мішалки можливе утворення лійки ( воронки ), яка погіршує умови перемішування контактуючих фаз, до стінок корпусу закріплюють вертикальні відбиваючі перегородки шириною b = 0, 1 D. Пропелерні мішалки виготовляють з двома або трьома лопатями (пропелерами). Лопаті цих мішалок зігнуто по профілю пропелера, тобто зі зміною кута нахилу по їх довжині ( від 0° у вісі до 90° на кінці). Завдяки цьому частинки рідини відштовхуються гвинтом у багатьох напрямках, що забезпечує добре перемішування. Діаметр пропелера сі = ( 0,25 ... 0,3 ) D, частота обертання 150... 1000 об/хв. Для надання осьового напрямку потоку рідини, створюваному пропелером, його часто розмішують в дифузорі - короткому циліндрі з розтрубом. Турбінні мішалки забезпечують добре перемішування в'язких рідин і суспензій. Робочим органом турбінних мішалок є турбінне колесо діаметром сі = (0,25 ...0,3) D, що обертається на вертикальній осі. Принцип дії аналогічний роботі колеса відцентрового насоса. Рідина входить у колесо по осі крізь центральний отвір і, діставши прискорення від лопатей, викидається з колеса в радіальному напрямі. Іноді обертове колесо встановлюють усередині нерухомого напрямного колеса з лопатями. Цим досягають плавної зміни напрямку потоку рідини та зменшують гідравлічні витрати. Для кращого перемішування на вал мішалки насаджують дві турбінки. Частота обертання турбінних мішалок складає 200...2000 об/хв.. Якірна мішалка використовується для перемішування густих і в'язких рідинних середовищ. Лопаті цієї мішалки зігнуто за формулою стінки і дна апарата. Обертаючись з частотою 50...60 об/хв. на відстані 5...8 мм від стінки така лопать очищає стінки апарата від маси, що на них налипла. У дискових, конусних і кульових мішалках робочим органом є відповідно диск, порожнистий конус і куля, які обертаються на осі. У вібраційних мішалках робочий орган - це перфорований диск, закріплений на валу, що переміщується то вгору, то вниз. Напрям потоку рідини забезпечують профільовані отвори в диску. Енергетично ці мішалки дуже економічні, придатні для перемішування рідких сумішей і суспензій. Особливо доцільно їх використовувати в апаратах, які працюють під тиском, оскільки вал, що рухається у вертикальному напрямі, ущільнити значно легше, ніж обертовий. Мішалки цього типу можна використовувати як емульгатори і збивалки. Порівняно з обертовими мішалками, дія яких визначається до деякої міри також тертям рідини об стінки посудини, їх перевага у тому, що вони створюють вертикальний знакозмінний рух частинок, при якому немає потреби якось спрямовувати рух потоку. До того ж випадку вібраційного перемішування не утворюється лійкоподібна заглибина. Час, потрібний для розчинення, гомогенізації або диспергування, при вібраційному перемішуванні значно скорочується. Циркуляційне перемішування здійснюється багатократним перекачуванням рідини по контуру: апарат – циркулярний насос – апарат. Трубопроводи, по яких рідина нагнітається в апарат установлюють під деяким кутом до горизонталі та дотично до стінок апарату. Кінці трубопроводів постачаються спеціальними насадками, через які рідина розбризкується в об'ємі апарата. Такі устрої використовують замість механічного перемішування для одержання гомогенних (однорідних) розчинів і неоднорідних систем - суспензій або емульсій. Циркуляція збільшується по мірі збільшення продуктивності насоса. Проте цей спосіб не завжди придатний, тому що рідина, яка проходить по трубопроводах і через насос, поступово охолоджується, що може бути небажаним. Крім цього, для перекачування в'язких рідин потрібні спеціальні насоси. Для перемішування компонентів у потоці використовують різноманітні конструкції змішувачів. У них змішування потоків в корпусі досягається за рахунок багатократного перемішування їх на діафрагмах і розсікачах. Нерухомі устрої, які встановлюються в трубопроводі. Сприяють багатократній зміні напрямку руху, а також турбулізації потоку, що призводить до перемішування. Потоковий спосіб перемішування потребує витрат великої кількості енергії потоку рідини, тому він використовується у випадку взаємної розчинності та низької в'язкості рідинних компонентів суміші, тобто при великих швидкостях і відносно великій довжині трубопроводу. Пневматичне перемішування рідинних середовищ здійснюють в апаратах, які в якості перемішуючих пристроїв обладнуються: газорозподільними перфорованими решітками; пористими плитками; барботерами або ерліфтами. Барботер являє собою трубу (або систему труб ) з отворами або сіткою, встановленою біля дна посудини. У барботер подається під тиском повітря, інертний газ або водяна пара. Газ виходить через отвори барботера у вигляді багато чисельних струмин ( бульбашок ) в різні боки і захоплює за собою частинки рідини. Інтенсивність перемішування збільшується із зростанням тиску газового потоку. На перемішування з допомогою барботерів витрачається значно більше енергії, ніж на механічне перемішування. У ряді випадків барботери використовуються в харчовій промисловості для нагрівання і перемішування сировини водяною парою. У якості такого прикладу може бути процес дезодорації жирів і олій, який проводиться на маргаринових підприємствах. Через шар жиру барботує водяна пара, яка інтенсивно перемішує жир і захоплює з собою речовини, які зумовлюють його неприємний запах. Ерліфт ( повітряний підйомник) діє за рахунок стисненого повітря, яке, потрапляючи в нижню частину устрою (трубу), утворює в ній повітряно- рідинну суміш, густина якої менша густини рідини, що знаходиться зовні труби. Бульбашки повітря, рухаючись по центральній трубі, розширяються внаслідок зменшення тиску, і швидкість повітряно – рідинної суміші збільшується. При необхідності суміш повертається в апарат і цикл повторюється. Гранична приведена швидкість газу в ерліфтах – 2 м/с, циркуляційний потік досягає швидкості – 1 м/с. Витрата енергії під час пневматичного перемішування залежить від об’ємної подачі газу ( пари ) і витрат напору під час його руху через апарат. |