Міністерство освіти України
Тернопільський державний технічний університет
імені Івана Пулюя
Кафедра
обладнання харчових технологій
Методичний посібник
(частина І)
до виконання лабораторних робіт з технологічного обладнання харчових виробництв
для студентів спеціальностей
7.999221 «Обладнання харчових виробництв»,
7.091714 «Технологія консервування»
Тернопіль 1998р.
Методичні вказівки розроблені у відповідності з учбовими планами спеціальностей 7.090221 «Обладнання харчових виробництв», 7.091714 «Технологія консервування» та програмою дисциплін «Технологічне обладнання харчових виробництв» і «Технологічне обладнання галузей».
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1
Дослідження компресійно-фільтраційних характеристик стисливих харчових середовищ
УКЛАДАЧІ: К.Т.Н., доц. Шинкарик М.М., аспірант Формазюк Л.В., асистент Ворощук В.Я.
РЕЦЕНЗЕНТИ: акад. УАННП Яцюта М.О.,
К.Т.Н., СТ.ВИКЛ. ВІТОНЬКО Т.М.,
к.т.н., доц. Иетрик М.Р.
ВІДПОВІДАЛЬНИЙ ЗА ВИПУСК:
к.т.н., доц. Шинкарик М.М.
Мелодичні вказівки розглянуто і затверджено на засіданні кафедри обладнання харчових технологій.
Протокол №10 від 11.02.98р.
Схвалено і рекомендовано до друку Методичною Радою Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя.
Протокол № 4 від 19.02.98р.
Мета роботи: вивчити процес відтиску (пресування) харчових продуктів, ознайомитись з методикою компресійно-фільтраційних випробувань, визначити параметри процесу.
1 .Основні теоретичні відомості
Відтиск - складний механічний процес, який широко використовується у харчовій промисловості. Його можна розглядати як один з видів розділення продукту на фракції за допомогою тиску. Метою відтиску (пресування) є виділення із сировини та напівфабрикатів рідини. Відтиск рідини застосовується у виробництві для виділення соку із плодів і ягід, в молочній промисловості - для пресування сирів. За допомогою тиску віджимають рослинну олію із сім'я, воду з бурякового жому.
У спрощеному вигляді відтиск можна представити схемою, зображеною нарис.1.1.
Рис. 1.1. Схема процесу відтиску.
1 -форма; 2-рухома кришка; 3-дренажні отвори.
У форму 1 поміщається продукт. Зверху його закривають рухомою кришкою 2, до якої прикладають зусилля Р. Це спричиняє стискання харчової маси і виділення рідини, яку відводять через дренажні отвори 3 на дні форми, у кришці.
Харчові маси, які піддаються відтиску мають складну пористу структуру. Опір цієї структури виділенню рідини є досить значним. Тому дуже часто перед пресуванням сировину піддають попередній обробці.
При відтиску проходить два взаємопов'язаних процеси:
1. тверді частинки продукту під дією зовнішньго навантаження стискаються, проходить зсув одних частинок відносно інших, маленькі частинки
проникають у пори між великими, тобто проходить процес ущільнення
твердої фази;
2. процес фільтрування рідини - відтискувана рідина проходить певний шлях
по складній системі пор між твердими частинками і виділяється назовні.
Процес відтиску залежить від багатьох факторів. Суттєво впливає на кількість відтисненої рідини величина прикладеного навантаження і спосіб його прикладання. Різних результатів буде досягнуто при повільному збільшенні тиску на продукт до певного значення і при швидкій дії цього ж тиску. В останньому випадку зовнішні шари продукту ущільняться, це перешкоджатиме виходу рідини із всієї маси і відбудеться «запресовування вологи».
Механічна модель такого процесу може бути зображена наступним чином (рис. 1.2.):
стиснення скелету під дією тиску можна представити як стиснення пружини під дією зовнішнього зусилля;
фільтрування рідини через пористий продукт - як проходження рідини через перфорований поршень.
Рис. 1.2. Модель процесу відтиску.
Обидва ці процеси взаємопв'язані і взаємобумовлені: скелет не може стиснутися, якщо не виділиться рідина і рідина не виділиться (поршень не перемістиься), якщо скелет не стиснеться.
У сучасній науці аналогічні процеси достатньо глибоко досліджені для насичених вологою грунтів. Тому при вивченні пресування харчових продуктів використовують положення теорії фільтраційної консолідації, розробленої в механіці грунтів.
Систему тверда фаза (продукт) - рідина характеризують такі параметри:
1 .ε - пористість продукту - кількість пор в одиниці об'єму згустку, м3/м3.
2.е - коефіцієнт пористості - відношення загального об'єму пор Vp (об'єму рідини) до об'єму скелету Vск:
(1.1)
З.а - коефіцієнт стисливості, рівний відношенню зміни коефіцієнту пористості е до величини приросту тиску р:
(1.2)
Коефіцієнт стисливості характеризує здатність системи зменшувати свою пористість під дією навантаження.
Рівняння (1.2) описує лише частковий випадок процесу ущільнення, в загальному випадку:
(1.3)
Рівняння (1.3) називається законом ущільнення твердої фази. 4.При розрахунку процесу відтиску користуються модулем стисливості G:
(1.4)
З.Процес фільтрування рідини через шар продукту залежить від опору, який чинить згусток проходженню рідини і від природи самої рідини. Рух рідини по порах описується законом Дарсі:
(1.5)
де: v - швидкість руху рідини, м/с;
h - висота шару продукту, м;
k - коефіцієнт фільтрування, м2/(Па∙с).
(1-6)
де: μ -динамічна в'язкість рідкої фази, Па-с;
r - питомий опір фільтруванню - опір, який чинить шар осаду товщиною 1м, при проходженні через нього потоку рідини, 1/м2.