Введение в технологии продуктов питания
Лекция 1
План:
-
Предмет и структура курса
-
Пищевая технология
-
Основные законы (сохранения массы и энергии)
-
Материальный баланс, энергетический баланс, уравнение материального баланса.
-
Перенос энергии и перенос массы
-
Движущая сила переноса (равновесны и неравновесные системы)
-
Классификация основных переносов.
-
Принципы оптимизации технологических процессов.
-
Предмет и структура курса
Курс «Введение в технологии продуктов питания» предназначен для студентов специальности 270500 «Технология бродильных производств и виноделие».
Целью предмета является изучение научно-теоретических основ технологических процессов в пищевой промышленности, рассмотрение основного и дополнительного сырья пищевой промышленности, а также требований к его качеству, условиям хранения и транспортирования.
В рамках курса предстоит изучить научно-теоретические основы технологии производства различных пищевых продуктов (сахара, хлеба, кондитерских и макаронных изделий, продуктов масло-жирового производства, солода, безалкогольных напитков и минеральных вод, хлебопекарных дрожжей, ликеро-водочных изделий, виноградных вин, чая, консервов и пищевых кислот).
Пищевая технология – это отрасль знания прикладного характера, занимающаяся изучением способов производства продуктов.
В данном случае нашей задачей является изучение основных отраслей пищевых производств, связанных с переработкой растительного и животного сырья (в большей степени растительного, поскольку технологии производства молока и мяса мы коснемся вскользь).
Технология пищевых производств, изучающая способы переработки сырья в продукты питания, базируется на закономерностях фундаментальных наук — физики, химии, биологии.
В основе науки о технологических процессах лежат основные законы природы — закон сохранения массы и закон сохранения энергии.
Вместе с тем этой науке присущи свои специфические понятия и законы, которым подчиняются технологические процессы, последовательно превращающие сырье в продукты питания.
В основе пищевых технологий лежит целый комплекс физико-химических, биохимических и микробиологических процессов, в результате которых и происходит превращение сырья в пищевые продукты.
Основные закономерности технологических процессов
Законы сохранения массы и энергии.
Законы сохранения массы и энергии относятся к числу фундаментальных. В этом смысле, они чем-то концептуально похожи с основными законами философии
Например: переход количества в качество – от кол-ва привнесенного извне тепла…. Изменяется что?
(структура. Пример, денатурация белка)
На их основе построены теоретические методы расчета различных физических процессов.
Законы сохранения отражают изменения в окружающем нас материальном мире при переходе материи из одного состояния в другое.
Как правило, переход материи из одного состояния в другое сопровождается изменением энергии самой системы, поэтому законы сохранения массы и энергии рассматриваются совместно.
Впервые закон сохранения массы был сформулирован в трудах М.В.Ломоносова.
Суть закона заключается в том, что материя не исчезает и не возникает вновь, а переходит из одного состояния в другое в равных количествах.
Закон сохранения массы справедлив для любых процессов.
По закону сохранения масса поступающих веществ должна быть равна массе веществ получаемых в результате проведения процесса, без учета потерь. Материальный баланс процесса или отдельного аппарата составляется на основе закона сохранения массы.
При анализе технологических процессов закон сохранения массы применяется к системам в целом или отдельным его частям (в том числе и бесконечно малым).
Общим для всех производств является наличие хотя бы одного из 2-х возможных видов переноса на каждой стадии превращения сырья в полуфабрикат или конечный продукт.
Это перенос энергии или перенос массы. Это обстоятельство было выявлено при изучении технологических процессов.
Например:
Возьмем какой-либо аппарат, в котором осуществляется технологический процесс (рис. 1).
В аппарат подаются сырье в количестве Мд и Мд и технологические добавки в количестве Мс, а из аппарата выходят готовый продукт в количестве Мр и отходы производства М%. Воспользовавшись законом сохранения массы, получим
Ма + Мв + Мс = Мd + Me
Или
Сумма М входящего = сумма М выходящих
Это уравнение называется уравнением материального баланса.
Из этого уравнения видно, что в процессе производства происходит перенос массы из одних компонентов, входящих в аппарат, в другие.
Для жидкости, движущейся в потоке, изменяющем свою конфигурацию
Уравнение материального баланса принимает форму уравнения неразрывности потока.
W1S1 = w2S2 = w3S3
Где w1, w2, w3 – средние скорости движения в соответствующих сечениях, S1, S2, S3 – площади живого сечения в плоскостях 1-1, 2-2, 3-3.
Живое сечение – это сечение, заполненное жидкостью. Если при безнапорном движении в трубе наблюдается свободная поверхность движущейся жидкости, то сечение соответствует только площади сечения самой жидкости.
При напорном движении площадь живого сечения совпадает с площадью сечения трубы.
Каждый компонент, входящий в аппарат и выходящий из него, вносит или выносит определенное количество энергии.
Что это за энергия?
Это – 1) теплота материалов, нагретых до определенной температуры (так называемая внутренняя энергия или энтальпия) Еа, Ев, Еd , Ef, а также 2). кинетическая энергия, движущихся потоков Ес. Кроме того, это 3) - любой вид энергии, сообщаемой потокам в аппарате для осуществления необходимых преобразований Епр, и необратимые потери энергии, которые возникают в результате протекания процессов, например потери теплоты в окр.Среду - Е(потерь) (Епот), и потери на трение при прохождении потоков через аппарат Етр(ения).
Закон сохранения энергии в этом случае выражается уравнением:
Это уравнение называется уравнением энергетического баланса аппарата.
Обычно при расчетах в аппаратов рассчитывают количество расходуемой теплоты .
И поэтому это ур-е называют еще уравнением теплового баланса.
Как же распространяется энергия или вещество от источника к месту дислокации.
От источника в пределах одного физического тела.