5. Системный подход

При исследовании действующих пищевых производств с целью повышения их эффективности и при проектировании новых производств с минимальными потерями сырья и энергии перед специалистами — технологами и механиками — встает необходимость решения трех проблем, К ним относятся анализ физико-технологических систем (ФТС), их оптимизация и синтез.

Анализ ФТС состоит в определении значений параметров выходных и промежуточных технологических потоков, а также показателя (или критерия) эффективности ФТС при заданных конструктивных и технологических параметрах аппаратов, в которых происходят определенные физико-технологические процессы. При этом структура технологических потоков между аппаратами известна, а значения параметров входных технологических потоков системы заданы.

Оптимизация ФТС заключается в нахождении таких значений конструктивных и технологических параметров аппаратов, а также параметров технологических потоков между аппаратами, которые при существующих типах и конструкциях аппаратов обеспечивают оптимальное значение показателя эффективности функционирования системы.

Синтез ФТС состоит в том, чтобы при известных способах переработки сырья в определенные пищевые продукты требуемого качества разработать оптимальную технологическую схему производства планируемого целевого продукта. Оптимальную технологическую схему производства разрабатывают путем выбора физико-технологических процессов требуемых типов и их аппаратурного оформления, создания рациональной структуры технологических связей между аппаратами, определения конструктивных и технологических параметров аппаратов, а также параметров технологических потоков системы, которые обеспечат оптимальное значение показателя эффективности функционирования ФТС.

Основные физические свойства пищевых продуктов и сырья

В пищевой промышленности перерабатывают сырье и получают готовые продукты в различном агрегатном состоянии: твердом, жидком, паро- и газообразном. Для расчета процессов и аппаратов необходимо знать свойства пищевых продуктов и сырья.

Многие пищевые продукты представляют собой однородные и неоднородные смеси.

К однородным смесям относятся растворы, например сахарные, водно-спиртовые, соки и т. д. Однородные смеси характеризуются концентрацией растворенного вещества.

К неоднородным относятся смеси твердого вещества с жидкостью, а также смеси различных нерастворимых одна в другой жидкостей. Для характеристики неоднородных смесей вводят понятие объемной или массовой доли, например доли твердого вещества в жидкости.

Все свойства веществ можно разделить на физические (плотность, удельный вес, вязкость, поверхностное натяжение и др.) и теплофизические (удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и др.). Рассмотрим основные свойства веществ.

1. Плотность

Отношение массы тела (вещества) к его объему называют плотностью. Плотность (кг/м³)

ρ = М/V,

где М – масса тела, кг; V – объем тела, м³

Плотность раствора зависит от его массовой доли. Отношение плотностей двух веществ называют относительной плотностью. Обычно относительную плотность веществ определяют относительно плотности дистиллированной воды

ρ_отн= ρ/ ρ_в

где ρ – плотность вещества, ρ_в – плотность дист. воды

Плотность суспензии (кг/м³)

ρ_с = ρ_твφ+ ρ_ж(1-φ)

ρ_тв – плотность твердых частиц в суспензии, φ – доля твердой фазы в суспензии, ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³

Для характеристики сыпучих продуктов (зерна, сахарного песка, картофельной крупки и т. д.) вводят понятие насыпной плотности

ρ_н = (1-ɛ) ρ_тв

ɛ - пористость (порозность) сыпучего материала, м³, ρ_тв – действительная плотность частиц материала, кг/м³

Для свободно насыпанных материалов порозность обычно находится в пределах ɛ = 0,38...0,42.