2. Література

1. Черевко О. І.., Поперечний А. М. Процеси и апарати харчових виробництв: Підручник. - Харків: ХДАТОХ, 2002. - 420 с.

2. Процеси и апарати харчових виробництв: Підручник / За ред. проф. І. Ф. Малежика. - К.: НУХТ, 2003. - 400 с.

3. Процеси и апарати харчових виробництв: Підручник / За ред. Поперечного А. М. - К.: Центр учбової літератури, 2007. - 304 с.

4. Стабников В. Н., Баранцев В. И. Процессы и аппарати пищевых производств. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 328 с.

5. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987. – 576 с

6. Стабников В. Н., Лысянский В. М., Попов В. Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с.

7. Поперечний А. М. Розрахунки по процесам и апаратов харчових виробництв. Навчальний посібник. - Донецьк: ДонДУЕТ, 2005 - 96 с.

8. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. Под. ред. В. Н. Стабникова. – Киев: Высшая школа, 1982. – 198 с.

9. Кавецкий Г. Д., Васильев Б. В. Процессы и аппараты пищевой технологии. – М.: Колос, 2000. – 551 с.

10. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств./ Гребенюк С. М., Михеева Н. С., Грачев Ю. П. и др. – М.: Агропромиздат. 1987. – 304 с.

11. Баранцев В. И. Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 136 с.

12. Лунин О. Г., Вельтищев В. Н. Теплообменные аппараты пищевых производств . – М.: Агропромиздат. 1987 – 239 с.

13. Аношин И. М.Теоретические основы массообменных процессов. – М.: Пищевая промышленность, 1970. – 344 с.

14. Гребенюк С. М., Васильева А. С., Гинзбург А. С. и др. Лабораторный практикум по процессам и аппаратам пищевых производств./ Под. ред. Гребенюка С. М.,-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1985. – 151 с.

15. Плаксин Ю. М., Малахов Н. Н., Ларин В. А. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: КолосС, 2005. – 760 с.

3. Методичні вказівки до самостійної роботи Змістовний модуль 1. Основні положення і наукові основи предмета

Перед вивченням курсу необхідно прочитати вступ. У цій частині студент отримує початкове уявлення про науку, до вивчення якої він приступає.

Необхідно засвоїти суть механічних, гідромеханічних, теплових і масообмінних процесів, зрозуміти рушійні сили цих процесів. Незважаючи на те, що окремі процеси засновані на різних явищах, вони підкоряються загальним законам. Ці закони лежать в основі вивчення процесів; необхідно їх ретельно розібрати. Необхідно зрозуміти, як складаються матеріальні і енергетичні баланси апаратів, як пишеться рівняння швидкості процесу в загальному вигляді.

Особливо необхідно зупинитися на основних фізичних властивостях харчових продуктів і розмінностях фізико-механічних величин. Належить чітко усвідомити, що ці властивості в значній мірі визначають будову та розміри апарату, його продуктивність, режим роботи і матеріал для виготовлення.

Серед цих властивостей важливе місце займають структурно-механічні та фізико-хімічні властивості.

У довідковій літературі наведено узагальнені і систематизовані дані по характеристикам основних видів харчових продуктів.

Однак необхідно пам'ятати, що харчові продукти і матеріали являють собою складні гетерогенні біологічно активні системи, їх теплофізичні, масовологообмінні і термодинамічні характеристики є функцією хімічного складу, структури, параметрів стану (щільності, температури, вологості тощо). Вони залежать від методу обробки , тому в технологічних процесах змінюються в широких межах. Необхідно також усвідомити основні параметри, які відображають структурно-механічні (щільність, в'язкість, граничне напруження руйнування, структурний опір при фільтрації), теплофізичні (теплоємність, теплопровідність) і фізико-хімічні (розчинність, коефіцієнт дифузії, випарювання, поверхневий натяг та ін.) властивості, знати їх визначення. Особливу увагу слід звернути на визначення щільності, в'язкості, питомої теплоємності і теплопровідності матеріалу.

Необхідно звернути увагу на вимоги, які пред'являються до апаратів при їх конструюванні: технологічні вимоги, як основний фактор; економічні; вимоги зручності обслуговування; вимоги зменшення витрат матеріалу при одних і тих же ємностях апарату; вимоги охорони праці та ін..

Теорії подібності, розмірності, моделювання є основною науковою базою при постановці експериментальних робіт та досліджень. Необхідно уважно вивчити і зрозуміти суть, а також застосування цих теорій. Особливо потрібно засвоїти основні практичні прийоми, які випливають із теорії подібності і зустрічаються в практичній роботі інженера.

До цих прийомів відносяться:

1. Одержання критеріїв подібності з фізичного рівняння конкретного процесу.

2. Обробка результатів дослідів в критеріальній формі.

3. Методика аналізу даних для моделювання процесу.

Необхідно звернути увагу на критерії Рейнольдса, Фруда, Гразгофа, Ейлера, Архімеда, Нуссельта, і добре розібратися в практичному використанні теорії розмірності.

Питання для самоперевірки: 1-20.

Змістовний модуль 2. Гідромеханічні процеси

До гідромеханічних процесів відносяться ті процеси, які відбуваються в рідинних або газових системах під зовнішніми впливами.

Приступаючи до вивчення гідромеханічних процесів зверніть увагу на види дисперсних (неоднорідних) систем, які мають місце у харчовій промисловості та ресторанному господарстві, способи їх створення і розділення. Всі дисперсні системи складаються не менше ніж з двох компонентів або фаз, одна з яких представляє собою дисперсну фазу, тобто найдрібніші частинки якоїсь речовини, друга - дисперсійне середовище, яким може бути рідина або газ. Розгляньте три основні методи, які використовуються для характеристики дисперсності: табличні, графічні, математичні.

Механічне перемішування та змішування рідин, пластичних і сипучих твердих тіл є досить поширеною операцією в харчовій промисловості. Воно здійснюється мішалками різних конструкцій. Знання опорів середовища, критеріальних залежностей, розрахунків витрат, потужності і конструкцій мішалок є обов'язковим.

У зв'язку з тим, що витрачена при перемішуванні потужність прямо пропорційна кубові частоти обертання мішалки і діаметру лопаті в п'ятому ступені, необхідно звернути увагу на розміри мішалок і частоту обертання мішальних пристроїв, пов'язуючи їх з ефективністю перемішування. Уважно вивчіть конструкції мішалок, їх позитивні якості і недоліки. Зв'яжіть застосування мішалок з в'язкістю рідин, які перемішуються.

Необхідно усвідомити суть і призначення основних процесів диспергування рідин (емульгування, гомогенізації і розпилення).

У ресторанному господарстві та харчових виробництвах використовується цілий ряд емульсій як прямого типу (молоко, майонез), так і зворотного (вершкове масло, маргарин). Для здійснення емульгування використовують апарати різних типів – перемішуючі, циркуляційні, відцентрові, колоїдні млини і ультразвукові емульсори.

Гомогенізація призначена для диспергування емульсій з метою отримання продукту, розмір дисперсійної фази якого не перевищує 1-2 мкм. Необхідно засвоїти конструкцію і принцип роботи клапанних гомогенізаторів, які в даний час найбільш розповсюджені. Розгляньте основні гіпотези, які пояснюють процес гомогенізації (Ребіндера П.А., Суркова В.Д., Вороновського Н.В. та ін.)

Розпилення рідини уявляє собою процес диспергування рідини в газове (повітряне) середовище. Воно буває гідравлічним, механічним, пневматичним, електричним, ультразвуковим, пульсаційним. Розпилення широко застосовується при сушінні молока, яєць, альбуміну, різних соків і т.п. Оскільки швидкість сушіння в значній мірі обумовлюється величиною частинок продукту, який висушується, то зрозуміло прагнення до максимального збільшення поверхні випаровування. Необхідно відзначити, що площа поверхні 1 кг розчину в результаті розпилення збільшується в кілька тисяч разів, досягаючи 600 м2.

Приступаючи до вивчення процесів піноутворення і псевдозрідження необхідно усвідомити, що суть піноутворення і збивання полягає в диспергуванні газу або повітря в рідині. Процес знаходить застосування при приготуванні різних коктейлів, кремів, суфле, морозива, виробництві олії методом збивання, вершків, піносушіння концентрованих фруктових та овочевих соків, паст і т.п. Стійку піну отримують при збиванні з емульгатором (ПАР), які додають з розрахунку 1-2% на суху речовину продукту. В якості емульгаторів (ПАР) використовують моностеарат гліцерину, метілцелюлозу, яєчний альбумін, молочний білок, сухе молоко, агар, желатин, розчинний крохмаль, казеїнат натрію і ін.. У деяких випадках для поліпшення піноутворення через збиту масу продувають повітря або інертний газ (азот, вуглекислий газ).

Ознайомтеся з основними поняттями і розрахунковими формулами, які характеризують процес псевдозрідженому зернистого матеріалу (число псевдозрідження, швидкість початку псевдозрідження, швидкість початку виносу частинок або швидкість витання).

При використанні псевдозрідження в системах пневмотранспорту швидкість повітря повинна бути більше ніж швидкість витання частинок.

Під поняттям "грануляція" необхідно розуміти поняття брикетування, грануляцію пресуванням і гранулювання нарощуванням (агломерація).

Таблетування (брикетування) - метод створення гранули шляхом створення тиску на матеріал, закладений у відповідну форму. Таблетування застосовується у фармацевтичній, харчовій, цукровій та інших галузях промисловості (цукор-рафінад, таблетки чаю, розчинної кави, бульйонні кубики, брикети сухого жому, комбікормів, відходів харчових виробництв та ін.).

Гранулювання обкатуванням широко використовується в сільському господарстві, фармацевтичній, кондитерській промисловостях. Воно здійснюється в барабанних, тарільчатих, вібраційних, адгезійних та інших грануляторах.

Необхідно усвідомити, що агломерацією називають процес, за допомогою якого з великої кількості дрібних частинок виходить продукт, який складається з згустків, з’єднаних один до одним, або зерен, які з'єдналися. В результаті виникає пориста, відкрита структура, яка складається з зерен більшого розміру, ніж початкові частинки. Прикладами такого процесу є: агломерація жирових кульок при виробництві вершкового масла збиванням, отримання різних швидкорозчинних сушених продуктів - молочного, кавового, соусного та інших порошків.

Одним з основних завдань, які вирішуються в харчовій промисловості та підприємствах ресторанного господарства, є поділ неоднорідної системи.

Розгляньте, під дією яких сил відбуваються процеси осідання і фільтрації та дайте їм порівняльну оцінку.

При ламінарному режимі руху дисперсної фази у відстійниках швидкість осідання частинок кулястої форми, легко може бути знайдена з умов рівності сили тяжіння і сили опору середовища. Тому необхідно запам'ятати виведення рівняння швидкості осідання частинок у відстійниках.

Осідання у полі відцентрової сили є одним із шляхів інтенсифікації процесу. Тому ретельно розгляньте процес осідання в полі відцентрової сили і фізичний зміст фактора розділення.

При вивченні процесу фільтрації зверніть увагу на теоретичні положення. Необхідно зрозуміти чому збільшується опір фільтруючого шару в процесі фільтрації.

Вивчаючи відцентрову фільтрацію, зверніть увагу на визначення відцентрової сили, фактора розділення, тиску при центрифугуванні.

При вивченні мембранних методів розділення рідинних систем усвідомте суть мембранного процесу та області його застосування. Методи поділу, засновані на застосуванні напівпроникних мембран, в даний час мають широке застосування для концентрування фруктових та овочевих соків, молока і молочних продуктів, пастеризації пива, очищення стічних вод і опріснення солоних вод. Напівпроникні мембрани виготовляють з полімерних (ацетатцелюлозних, поліамідних та ін..) плівок, пористого скла, металевої фольги та ін..

Розрізняють електродіаліз і гіперфільтрацію (зворотний осмос і ультрафільтрацію).

Зверніть увагу, що витрати енергії на мембранні процеси набагато менше, ніж при інших методах розділення. Наприклад, для опріснення морської води методом зворотного осмосу використовується близько 7 кВт ч/м³, в той час, як на опріснення такої води шляхом перегонки використовується близько 80кВт ч/м³.

Питання для самоперевірки: 21-75.

Механічні процеси

Хоч не завжди можна провести різку межу між механічними і гідромеханічними процесами, віднесемо до механічних: процеси подрібнення, сортування і пресування продуктів.

При вивченні процесу подрібнення необхідно звернути увагу на теорію подрібнення, яка розглядає витрати енергії на подрібнення матеріалів. Зверніть увагу, якій величині пропорційні витрати енергії при крупному і тонкому подрібненні. При вивченні машин для подрібнення необхідно побачити відмінність між подрібненням матеріалів і подрібненням їх на різальних машинах.

Вивчаючи процес пресування, перш за все зверніть увагу на мету обробки матеріалів тиском. Розгляньте конструкції пресів періодичної і безперервної дії, усвідомите переваги останніх.

Зверніть увагу на фактори, від яких залежить процес віджимання рідини, і на особливості процесу формування пластичних матеріалів.

При вивченні процесу сортування сипких матеріалів необхідно насамперед знати його призначення: виділення домішок, які відрізняються від частинок основного продукту фізичними властивостями, або отримання фракцій, однорідних за розмірами.

Найбільш поширеною операцією є просіювання на ситах. Вивчаючи роботу машин для просіювання з циліндричними ситами, які обертаються, визначте частоту звернення, при якій продукт, притискаючись, під дією відцентрової сили до ситу буде рухатися разом з ним. Потрібно усвідомити, чому на практиці вибирають меншу частоту обертання сита.

При просіюванні на плоских ситах необхідно, щоб продукт рухався по ситу. Це можливо в тому випадку, якщо сила інерції руху продукту перевищить силу тертя. Необхідно вміти визначити максимальну частоту обертання приводного механізму, при якій сила інерції перевищує силу тертя продукту по ситу. Необхідно усвідомити суть магнітної сепарації сипучих матеріалів. Питання для самоперевірки: 76-91.

Змістовний модуль 3. Теплові процеси

При вивченні теплових процесів необхідно згадати теорію теплопередачі, яка лежить в основі всіх процесів теплообміну. Необхідно згадати фізичні методи теплопередачі, основні параметри, фізичний зміст цього процесу. Вивчивши теорію теплопередачі, умови теплового подібності, і критерії подібності, які характеризують процес теплообміну, необхідно застосувати ці знання для обчислення коефіцієнтів тепловіддачі та теплопередачі, робочої різниці температур, поверхні нагріву і т.д. При практичному застосуванні теорії теплопередачі до розрахунку теплообмінних апаратів належить користуватися критеріальними рівняннями.

Необхідно вивчити і оцінити конструкції теплообмінних апаратів, методи розрахунку необхідних поверхонь і перевірочних розрахунків, а також засвоїти конструктивний і гідродинамічний розрахунки і зрозуміти, як здійснюється вибір теплообмінників для різних теплових процесів.

Процес випарювання застосовується на всіх харчових підприємствах, тому цей розділ курсу необхідно детально вивчити. Істотним питанням є розрахунок однокорпусних і багатокорпусних випарних установок. Необхідно навчитися складати матеріальний та тепловий баланси установок та окремих апаратів.

При вивченні процесів конденсації необхідно усвідомити їх призначення та способи здійснення. Необхідно розглянути основні схеми і принцип роботи поверхневих і змішувальних конденсаторів, розібратися в методиці розрахунку витрати охолоджуючої води і поверхні конденсатора по зонах, а також усвідомити визначення висоти і діаметра барометричної труби конденсатора змішування.

Розглядаючи специфічні теплові процеси необхідно крім тих, які широко застосовуються в харчовій технології-пастеризації і стерилізації, звернути увагу на процеси варіння і смаження, характерні для підприємств ресторанного господарства. Засвойте призначення і суть цих процесів, тепловий розрахунок апаратів варіння і смаження.

Особливу увагу необхідно приділити питанням інтенсифікації процесів теплообміну, методам підвищення коефіцієнта тепловіддачі.

Розглядаючи електрофізичні методи обробки харчових продуктів, зверніть увагу на фізичну суть і області застосування їх у харчовій промисловості та підприємствах ресторанного господарства. Розробка та впровадження у виробництво високо інтенсивних процесів і апаратів, заснованих на електрофізичних методах (електричне поле, струму ВЧ і НВЧ, інфрачервоне випромінювання, ультразвук, електродіаліз, імпульсна техніка та ін..) дозволяє в ряді випадків по-новому побудувати технологічний процес, значно збільшити продуктивність роботи, підвищити якість і вихід готового продукту, знизити метало- та енергоємність машин і установок.

При цьому необхідно зупинитися не тільки на способах промислового застосування зазначених електрофізичних методів, але також приділити увагу проведеним експериментальним дослідженням, які відкривають перспективу їх більш широкого застосування. Зверніть увагу на труднощі, пов'язані із застосуванням нових електрофізичних методів обробки продуктів.

Питання для самоперевірки: 92-133, 175-180.

Змістовний модуль 4. Масообмінні процеси

Процеси масообміну широко застосовуються в харчовій промисловості. До таких процесів належать: абсорбція, адсорбція, екстрагування, перегонка та ректифікація, кристалізація, сушіння.

Процес масообміну здійснюється шляхом дифузії, тому необхідно добре засвоїти закони дифузії і їх математичну інтерпретацію.

Дуже важливо також засвоїти складання матеріального балансу процесів масообміну. Рівняння масо передачі аналогічні рівнянням теплопередачі, тому їх легко засвоїти. Тут необхідно звернути увагу на критерії подібності дифузійних процесів, їх схожість з критеріями теплового подібності.

Необхідно усвідомити механізм процесу масообміну, поняття про пограничних плівках на поверхні поділу фаз, відмінність між молекулярною і конвекційної дифузією, а також зв'язок між коефіцієнтами масопередачі.

При вивченні сорбційних процесів необхідно засвоїти складання матеріального балансу і знати його графічне зображення. Особливо добре потрібно розібратися в понятті ступеня зміни концентрації, так як це необхідно для розрахунку числа тарілок не тільки в сорбційних, але і в інших апаратах.

При вивченні екстрагування необхідно пояснити механізм процесу, його види, особливості екстрагування з твердого тіла.

Необхідно засвоїти складання матеріального і теплового балансів і добре вивчити конструкції екстракторів та методику їх розрахунку.

Поясніть, який вплив мають швидкості внутрішньої і зовнішньої дифузії на швидкість сумарного процесу.

Особливу увагу приділіть використанню процесу екстрагування в різних галузях харчової промисловості та підприємствах ресторанного господарства.

При вивченні процесу сушіння необхідно засвоїти визначення основних параметрів вологого повітря (вологовміст, ступінь насичення, ентальпія та ін.) Важливо знати діаграму вологого повітря (діаграму Рамзіна Л.К.), за допомогою якої можна вирішити завдання, пов'язані з процесами сушіння. Навчіться зображати на діаграмі основні процеси зміни стану повітря.

Важливе значення для практики мають знання теорії процесу сушіння, знання кінетики і статики сушіння. Ці розділи необхідно ретельно розібрати і оволодіти аналітичним і графічним методами визначення витрат робочого повітря (газу) і теплоти, часу сушіння, визначення оптимальних режимів сушіння. Особливу увагу необхідно приділити розбору варіантів процесу сушіння та виявленню їх недоліків і позитивних сторін; встановіть області їх застосування. Уважно перегляньте описи нових методів сушіння (радіаційне сушіння, сушіння в полі НВЧ, сушіння в завислому стані).

Вивчаючи процес кристалізації, зверніть увагу на зародження, швидкість росту кристалів і кінетику кристалізації.

Перегонка застосовується для розділення суміші двох або більшої кількості рідин. При вивченні цього процесу спочатку рекомендується засвоїти основні закони перегонки бінарних сумішей і способи побудови кривих рівноваги. Приділіть увагу вивченню теорії процесів, складання матеріальних і теплових балансів, визначенню рушійної сили процесу масообміну при ректифікації (складній перегонці).

Питання для самоперевірки: 134-174.