Процеси та апарати харчових виробництв
 Скачать 0.54 Mb.
|
|
Тема 2.4. Процеси розділення неоднорідних систем із твердих сипучих продуктів. Програма 15. Призначення й галузь застосування процесів сортування. Класифікація методів сортування за розмірами, якістю та аеродинамічними властивостями. Поняття проходу і сходу. Процеси сортування, калібрування і просіювання. 16. Робочі елементи апаратів для просіювання, їх характеристика. Характеристика і принцип дії апаратів для розділення неоднорідних сипучих продуктів. Методичні вказівки 15. Процес розділення сипких сумішей на окремі фракції дістав назву сортування ( або класифікації ) сипких продуктів. Сортування - це розподіл частинок за їхньою якістю. Калібрування - розподіл за величиною. Просіювання - відокремлення від сипких продуктів домішок. При сортуванні переслідують, в основному дві мети: одержання фракцій певної крупнисті або густини; відділення від матеріалів забруднюючих їх домішок (пилу, піску, каменів, металічних предметів та ін.). Процес сортування використовується у зернопереробній промисловості, на хлібозаводах, кондитерських, консервних, харчоконцентратних та інших підприємствах. У харчовій промисловості використовують такі способи сортування: за розміром; за формою; за густиною; магнітними та електростатичними властивостями частинок. Сортування за розмірами частинок називається просіюванням або грохоченням. Процес просіювання здійснюється за допомогою сит. Крізь отвори сита проходять частинки, розміри яких є менші за розміри отворів, а інші частини ( схід ) затримуються на ситі. Процес трієрування - широко застосовується для видалення із зерна домішок , що мають однаковий з ним поперечний переріз, але відрізняються за довжиною. Магнітне сепарування застосовується для відокремлення від сипкого матеріалу магнітних домішок - стальних і чавунних. Процес сепарування - полягає у тому, що суміш частинок різної густини у рідинному чи газовому потоці розділяється на фракції. Частини з більшою густиною мають більшу швидкість осідання, вони випадають раніше і створять першу фракцію, частинки з меншою густиною випадуть пізніше чи залишаться на поверхні рідини утворять другу фракцію. 16. Основним елементом апаратів для розділення сипких матеріалів є устрої для просіювання, до яких відносяться : металічні ( дротяні); неметалічні ( шовкові, поліамідні, капронові); плетені сита; решета із металічних чи полімерних листів із штампованими круглим або продовгуватими отворами. Плетені сита мають квадратні або прямокутні отвори шириною 0,15 -10 мм . Кожне сито характеризується живим перерізом і номером. Живий переріз сита - це відношення площі всіх його отворів до загальної площі, виражене у %. Номер сита відповідає розміру отвору сита в мм. Наприклад, плетене сито № 2 має квадратний отвір з довжиною сторони 2 мм. На якісну сторону процесу впливають такі фактори: товщина шару сипкого матеріалу на ситі; форма і розмір отворів і частинок; швидкість переміщення матеріалу; вологість матеріалу. Плоскі сита можуть бути як горизонтальні, так і нахилені. Зворотно - поступальний рух сит, які встановлені на опорах, здійснюється кривошипно - шатунним або ексцентриковим механізмом. Для того, щоб частинка переміщувалась по ситу, привідний вал повинен мати визначену частоту обертання. На борошномельних, крохмало - паточних та інших підприємствах для сортування продуктів помелу використовують машини з круговим поступальним рухом сит - розсіви. Сита у розсівах здійснюють кругові рухи, але не обертаються навколо вертикальної вісі, а переміщуються по колу. Схоже рухається сито у руках хазяйки, яка просіює муку. Звичайно розсів складається із двох або чотирьох корпусів, у кожному з яких розміщено від 12 до 20 встановлених одне над одним горизонтальних сит різних номерів, що дозволяє розділити продукт на декілька ( до семи ) фракцій. Бурати - машини з ситами, які обертаються, мають барабани циліндричної, шестигранної або конічної форми. Робочу поверхню барабана виконано із сит з отворами різної величини. Вісь циліндричного і шестигранного буратів зазвичай розміщують під кутом 5... 10° до горизонту, а конічного - горизонтально. Під дією сили тяжіння під час обертання барабана матеріал переміщується вздовж сита. Прохід зсипається у приймальний короб, який знаходиться під барабаном, а крупні частинки (відділені домішки ) проходять всю довжину барабана і сходять з нього, перевалюючись через край. Чим більша частота обертання барабана, тим більша продуктивність бурата. Однак із збільшенням частоти обертання зростає відцентрова сила, яка притискає матеріал до внутрішньої поверхні барабана. При визначеній частоті обертання матеріал може так притиснутися до стінок барабана, що почне обертатися разом з ним, не переміщуючись вздовж сита. Основний недолік буратів - невелика продуктивність у зв'язку з тим, що у роботі приймає участь тільки частина їх ситової поверхні. Вібраційні грохоти, порівняно з іншими сортувальними устроями, забезпечують більш високу продуктивність і чіткість розділення за меншої витрати енергії завдяки тому, що під час вібрування шар продукту на ситі інтенсивно розпушується, зменшується тертя між частинками; вони стають більш рухливими, що обумовлює відносний перерозподіл їх за розміром і прискорює виділення частинок на прохід. У вібраційному грохоті короб з ситом встановлений на пружинах. Під час обертання вала з дебалансами виникають відцентрові сили інерції, під дією яких коробу надається 900... 1500 коливань на хвилину за амплітуди коливань від 0,5 до 12 мм. Сортування за формою частинок широко використовується на борошномельних підприємствах для очищення зерна від сміття і різних домішок, які мають такі ж, як і зерно, розміри у поперечному перетині, але відрізняються більшою чи меншою довжиною. Для цього використовують барабанні трієри. До сортування за густиною та аеродинамічними властивостямичастинок відносяться гідравлічне, пневматичне та відцентрове сортування. Воно основане на тому, що частинки матеріалу з різною густиною мають неоднакову швидкість падіння ( осадження ) у воді чи повітрі. Спосіб очищення зерна від домішок і лушпиння за допомогою вітру відомий дуже давно. Цей процес назвали провіюванням, а устрої для його здійснення - віялками. Назустріч зерновій суміші, яка поступає із завантажувального бункера вентилятором через патрубок спрямовується струмінь повітря. Важкі частинки осідають у бункері, який розміщений ближче до завантажувального отвору. Більш легкі частинки ( оболонки зерна ) зі струменем повітря рухаються далі й осідають у наступних бункерах, які знаходяться від завантажувального отвору на більшій відстані. Отже, у кожному з бункерів збираються фракції продуктів помелу з відповідною густиною. Через патрубок повітрям виноситься найлегша фракція суміші. Матеріал, призначений для сортування, через завантажувальний бункер подається на швидкообертовий диск з привідним валом. На дискові частинки суміші набувають відцентрової сили і під її впливом злітають з диска. Залежно від густини та розмірів частинок відцентрова сила, що впливає на них, різна. Тому частинки з меншою густиною або розміром подають в збірники, які мають більшу густину або більший розмір, летять далі (до зб'рників). До відцентрових сепараторів відносяться і апарати циклонного типу. Гідравлічні сепаратори широко використовуються у спиртовому, бурякоцукровому та крохмалю - патоковому виробництвах для виділення піску, каменів та інших домішок із картоплі, буряка, кукурудзяних зерен, у консервному виробництві - для сортування зеленого горошку і зерен кукурудзи, які, залежно від ступеня зрілості, мають різну густину. Схему гідравлічного сепаратора - відстійника для сортування зеленого горошку, представлено на рисунку. Гідравлічний сепаратор - це ємність з завантажувальним бункером 4 патрубками: для подавання розчину, вивантаження легкої фракції, вивантаження важкої фракції. Горошок молочний ( консервної зрілості ) з густиною біля 1020 кг/м спливає вгору у розчині NaС1 густиною біля 1075 кг/м3, а горошок перезрілий, який має більшу густину, осідає у нижній частині апарату. Час перебування суміші горошку в сепараторі не менше 15с. Потім потоки перезрілого і зеленого горошку направляються на ситові барабани, де від них відокремлюються розчин і дрібні домішки. Сортування за магнітними та електростатичними властивостями. У сипких матеріалах зустрічаються випадкові домішки у вигляді стальних і чавунних частинок, які під час попадання до машин можуть викликати поломку робочих органів. Тому виділенню металічних домішок у виробництві надається особлива увага. Для цього використовують магнітні та електромагнітні сепаратори. Електромагнітний сепаратор є одночасно і основним барабаном стрічкового транспортера, який переміщує сипкий матеріал ( наприклад, цукор, зерно та ін.) з бункера. Всередині основного барабана розміщено електромагніт, який використовує постійний струм. Стрічка транспортера огинає цей барабан і металічні частинки затримуються на ній у зоні магнітного поля. Продукт (цукор, зерно), який не має магнітних властивостей, відокремлюється від поверхні стрічки і зсипається до збірника. Металічні частинки, які затримуються на стрічці у зоні впливу магніту, після виходу з неї знімаються з нижньої гілки стрічки скребком і падають до бункера. Крім електромагнітних сепараторів використовуються і сепаратори з постійними магнітами. Проте з часом підйомна сила постійних магнітів слабшає, тому більш надійними у роботі є електромагнітні сепаратори. Тема 2.5. Нетрадиційні процеси та апарати харчових виробництв. Програма 17. Нетрадиційні процеси та апарати харчових виробництв. 18. Розробка й впровадження принципово нових видів обладнання, прогресивних технологій, пов'язаних з дослідженнями закономірностей фізико-хімічних процесів. Методичні вказівки 17. До нетрадиційних процесів відносяться: обробка харчових продуктів інфрачервоним промінням; обробка харчових продуктів змінним електричним струмом; обробка харчових продуктів в електростатичному полі; обробка харчових продуктів за допомогою акустичних методів. Всі методи відносяться до фізичних методів обробки харчових продуктів. За останні роки розроблені високо інтенсивні процеси та апаратура, які основані на електрофізичних методах ( електротермія, включаючи струми ВЧ та НІЧ, інфрачервоний нагрів, електростатичне поле, ультразвук, імпульсна техніка та ін.), використання яких в харчовій промисловості дозволить в деяких випадках по-новому побудувати технологічний процес, значно підвищити продуктивність праці, підвищити вихід готового продукту та покращити його якість, знизити метало- та енергоємність машин та установок. Використання енергетичних полів в умовах промислового виробництва -складна науково - технічна задача, що потребує вирішення комплексу питань: - виявлення областей виробництва економічно - ефективних для застосування електрофізичних методів з врахуванням раціонального поєднання їх з традиційними технологічними рішеннями; - дослідження комплексу властивостей продукту: електрофізичних, структурно - механічних, теплофізичних та інших та встановлення взаємозв'язку; - дослідження процесів тепло - і масообміну в умовах використання нових концентрованих джерел енергії; - розробка теоретичних основ розрахунку та конструювання апаратів для обробки харчових продуктів в енергетичних полях, комплексна оцінка якості виробів. В технологічних процесах продукти обробляються різними енергетичними полями: механічними, електричними, акустичними та ін. Ефективність та інтенсивність дії цих полів на продукт визначається опором сировини, тобто її фізичними характеристиками. Величини опору особливо важні при проведенні процесів з використанням висококонцентрованих джерел енергії. Характеристика продукту складається з комплексу фізичних властивостей. Тому окремі властивості, наприклад електропровідність не відображає поведінку матеріалу навіть в найпростішому процесі електроконтактного нагріву. В даному випадку для раціонального вирішення питання необхідні знання динаміки зміни структурно - механічних, біохімічних та інших властивостей. Класифікація фізичних методів обробки харчових продуктів. Кожний діючий фактор має певні такі явища, які застосовуються для технологічних процесів: I. Діючий фактор - електростатичне поле явища: а) очистка: очистка газу, електрофільтрація; осадження продукту з електродиспергуванням при сушці; електрокопчення м'яса та риби; панірування м'яса та риби; нанесення консервуючих речовин на поверхню продуктів. б) сепарація: очистка зерна, чаю, олійного насіння, желатину; розділення продуктів помелу на фракції. в) зміна якості: покращення посівних якостей зерна; покращення хлібопекарських якостей зерна. II. Діючий фактор - струм постійний: а) електродіаліз: очистка продуктів бурякоцукрового виробництва з використанням іонітових мембран; демінералізація молочних продуктів для дитячого харчування. б) електрофорез: розділення білків молока; осадження твердих частин із суспензій; в) електрофлотація: підвищення концентрації сухих речовин ( білок, дріжджі, жири, м'ясні бульйони, кров ); очистка зливних та стічних вод, утилізація білків та жирів; очистка ( видалення завислих частин) вина, сиропів та інших рідких продуктів. г) електроімпульс: дроблення та гомогенізація; отримання емульсії та колоїдів; прискорення екстракції; прискорення хімічних реакцій; зниження мікрофлори; відділення масел з рослинних та жиру з тваринних клітин. III. Струм промислової частоти: а) електроплазмоліз: електроплазмоліз; електрокоагуляція білкової сировини; приготування заварок з пшеничного борошна; сушка листків тютюну; електропастеризація харчових рідин. IV. ВЧ і НВЧ: а) нагрів: розморожування м'яса, риби, вершкового масла та ін.; стерилізація консерви в скляній тарі; термічна обробка ковбасних та кулінарних виробів; сушка цукру - рафінаду, льодяників, вафель, плодів, хліба, попередньо заморожених ягід, тютюну, фруктових соків; дезінфекція зерна та крупи; бланшування овочів, кукурудзяних зерен, яблук, горошку, картоплі. б) орієнтація: - розділення неоднорідних біологічних дисперсій - молоко, кров, мікроорганізми в фізіологічному розчині. V. Інфрачервоне випромінювання: а) нагрів: термічна обробка м'яса, риби, овочів та ін.; смаження м'яса, риби, арахісу, мигдалю, кунжуту, кави, хрусткої картоплі; випічка кондитерських та хлібобулочних виробів, печива, хліба; сушка м'яса, риби, фруктово - ягідних напівфабрикатів, хліба, цукру та ін.; розшарування та бродіння тіста; бланшування м'яса для консервів; - очистка шкірки яблук, червоних томатів. VІ. Ультрафіолетове випромінювання: а) стерилізація: - дезинфекція води; стерилізація плодово - ягідних соків, меланжу, оцту, борошна, мінеральних вод перед розливом; знищення плісняви на рулетах, шинці і на інших харчових продуктах, мікрофлори на шкаралупі яєць при виробництві меланжу, на фільтрувальних тканинах, пергаменті, бочках. 18. На даний час інфрачервоне випромінювання достатньо широко застосовується в різних галузях промисловості, зокрема в кондитерській, хлібопекарній, м'ясній, молочній, так і в технологічних (термічних) процесах, при виконанні різного роду якісних та кількісних хімічних аналізів, дослідження молекулярної будови та ін. Потік ІЧ проміння, взаємодіючи з матеріалом перетворюється в тепло. Здатність матеріалу поглинати ІЧ промені залежить від його оптичних властивостей та довжини хвилі випромінювання, яка легко змінюється в необхідних межах. Це дозволяє широке застосування в різноманітних технологічних процесах. Діапазон хвиль умовно ділять на: довгі 750 - 25 мкм; середні 25 - 2,5 мкм; короткі 2,5 - 0,76 мкм. До 14 випромінювачів відносять 14 лампи, керамічні випромінюючі панелі. Основним елементом електричних випромінювачів є металевий дріт (ніхром, вольфрам), яку як правило виготовляють у вигляді спіралі, що поміщають в колбу, або в трубку (скло, кварц). При конструкції апаратів особливу увагу потрібно приділити створенню рівномірного променевого потоку, тому що будуть місцеві перегріви та опіки продукту. Апарат для виробництва ковбасних виробів без оболонки формує та дозує батони по всьому об'єму, обсмажує їх та синхронно транспортує вироби по зонам обробки. Апарат складається з станини, приводу, бункера, вакуумного та ротаційного насосу, формувального механізму конвеєра, обсмажувальної камери та пристрою для безперервної очистки деталей транспортеру від нагріву. Шафа жарочна обладнана двома розміщеними горизонтально безполум'яними горілками ІЧ випромінювання. Продукт знаходиться на стелажах робочої камери. Інфрачервоний апарат для підсушки та підігріву продуктів з використанням коптильної рідини виконана у вигляді горизонтального ізольованого тунелю, в якому розміщений конвеєр, який приводить в рух привід. Продукт, підвішений до конвеєра спеціальними затискувачами, проходить по нахиленій гілці через ванну з коптильною рідиною і попадає в зону ІЧ обробки, яка складається з двох каналів складених із дзеркальних ламп. Є апарат для комбінованої сушки риби ІЧ променями; апарат для бланшування ІЧ випромінюванням; сардино - шпротна установка з мокрим коптінням ; апарат для пастеризації соків; ІЧ випроміненням в поєднанні з нагрітою водяною парою; установка для опромінення ІЧ променями джему в скляних банках; установка для ІЧ термічної обробки бісквітів; конвеєрна ІЧ-піч, універсальна жаровня СКГ - Г 0,3. Електроконтактний нагрів володіє специфічною особливістю. Швидке підвищення температури по всьому об'єму виробу, що дозволяє створити новий проміжний процес - електрокоагуляцію - короткотривалий нагрів продукту в діелектричній формі t = 50 - 70° С. Вироби, які отримуються володіють пружною консистенцією та добре зберігають форму при подальшій обробці. Суть електроконтактного нагріву полягає в тому, що електричний струм, проходить через продукт, що володіє опором, нагріває його. Апарати: апарат для виробництва м'ясних хлібців з використанням ЕК нагріву, автомат для безперервного виробництва ковбасних виробів без оболонок, апарат для безперервного процесу виробництва сосисок. Електроплазмоліз - призначений для інтенсифікації пресового способу видалення соку з рослинної сировини. Суть цього методу полягає в попередній обробці рослинної сировини електричним ( змінним ) струмом промислової частоти, напругою 220 В відбуваються практично миттєве руйнування протоплазми, при цьому клітинна проникливість збільшується і соковідділення при наступному пресуванні підвищується. Апарат - електроплазмолізатори. Електрофлотація - дозволяє розділити рідкі неоднорідні системи. Суть процесу заключається в розкладенні постійним електричним струмом води на кисень і водень у вигляді дрібних бульбашок, які осідають на поверхні твердої фази та підіймають її вверх. Для флотації в основному використовують бульбашки водню, що виділяються на катоді, так як вони мають велику підйомну силу і по кількості їх в 2 рази більше. В різних областях техніки широко розповсюджені процеси із застосуванням високовольтної іонізації: електроочистка газів, електростатичне емалірування, електрокопчення, електросепарування. Всі ці процеси об'єднують метод. Суть цих процесів полягає в тому, що іонізований газ, переміщуючись в електричному полі, передає заряд тонко дисперсійним частинам речовини ( пил, фарба, коптильний дим та ін.), при цьому частини також здійснюють упоряджений направлений рух від одного електрода до іншого: електростатична очистка газів - трубчатий електрофільтр; електросепарування; -електрокопчення (електрофоретичне осадження компонентів коптильного диму на різних харчових продуктах представляє собою процес електрокопчення, цей спосіб також оснований на явищі самостійної іонізації). Обробка продуктів за допомогою акустичних методів. Значну групу технологічних процесів можна інтенсифікувати на базі акустичних методів з використанням ультразвукових та звукових хвиль -ультразвуковий апарат, для емульгування, апарат для диспергування тваринних жирів, ультразвукова установка для миття скляного посуду. Для харчової промисловості імпульсивний розряд є перспективним, тому є універсальним та має різносторонню дію. Диспергуючу дію електроімпульсного розряду можна використовувати з метою гомогенізації харчових продуктів, яка широко використовується в маргариновій, масло - жировій, молочній та інших галузях промисловості. Значне місце займають низькочастотні вібрації, а також перспективним є впровадження пульсаційної техніки. Пульсаційні методи при мінімальних затратах забезпечують доволі значну інтенсифікацію процесів перемішування, гомогенізації, екстракції, соління та ін.. РОЗДІЛ III. ТЕПЛОВІ ТА МАСООБМІННІ ПРОЦЕСИ. |