МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ
МОГИЛІВ-ПОДІЛЬСЬКИЙ ТЕХНОЛОГО-ЕКОНОМІЧНИЙ КОЛЕДЖ
ВІННИЦЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО АГРАРНОГО УНІВЕРСИТЕТУ
ПРОЦЕСИ І АПАРАТИ
ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ
Курс лекцій
Навчальний посібник для студентів спеціальності 5.05170101 «Виробництво харчової продукції»
НОМІНАЦІЯ: ДОСВІД ВПРОВАДЖЕННЯ ІННОВАЦІЙНИХ
ТЕХНОЛОГІЙ НАВЧАННЯ
2010
Автор: Цвігун С.П. – викладач вищої категорії Могилів-Подільського
технолого-економічного коледжу ВНАУ
Рецензент: Соляр Людмила Валентинівна – викладач вищої категорії,
методист Могилів-Подільського технолого-економічного
коледжу ВНАУ
У навчальному посібнику викладено
основні поняття, класифікацію
процесів та апаратів харчових
виробництв. Розглядаються основні
теорії гідромеханічних, механічних,
теплових і масообмін них процесів,
що мають місце в харчових
виробництвах, а також дається
коротка характеристика
апаратів, що використовують для
здійснення зазначених процесів.
Навчальний посібник
рекомендується для студентів вищих
навчальних закладів І-ІІ рівня
акредитації за спеціальністю
«Виробництво харчової продукції».
Розглянуто і схвалено
на засіданні конкурсної комісії
Протокол №___від ___20__ р
Голова конкурсної комісії
_________ /Г.Т.Главацька/
ЗМІСТ
Вступ……………………………………………………………………………....3
1. Основні положення та наукові основи курсу…………………………………..4
2. Гідромеханічні та механічні процеси
2.1. Процеси подрібнення……………………………………………………….11
2.2.Процеси сортування……………………………………………………........20
2.3. Процеси пресування………………………………………………………...25
2.4. Процеси перемішування...………………………………………………….33
2.5. Процеси розділення неоднорідних систем………………………………...47
2.6. Процеси осідання і фільтрування……………………………………….…50
3. Теплові і масообмінні процеси
3.1. Загальні відомості про теплові процеси…………………………………...59
3.2. Суть і способи нагрівання харчових продуктів…………………………...67
3.3. Суть процесу варіння і його апаратурне оформлення…………………....78
3.4. Суть процесу смаження і його апаратурне оформлення…………………86 3.5. Загальні відомості про масообмінні процеси………………………..........98
3.6. Процеси випарювання і конденсації……………………………………...101
3.7. Процес сушіння…………………………………………………………….108
3.8. Сорбційні процеси………………………………………………………..117
3.9. Процеси перегонки і ректифікації………………………………………128
3.10. Процеси екстракції……………………………………………………...133
3.11. Процеси кристалізації і розчинення…………………………………….140
3.12. Суть процесів охолодження……………………………………………..145
ВСТУП
Метою дисципліни є ознайомлення майбутніх спеціалістів з основами процесів сучасних технологій переробки харчової сировини.
Знання та застосування технологічних процесів у виробництві харчових продуктів необхідні працівникам харчової індустрії для підбору правильних режимів отримання високих харчових якостей продовольчих товарів.
Дисципліна «Процеси і апарати харчових виробництв» охоплює питання теорії основних процесів, які притаманні галузям харчової промисловості і є науковою та теоретичною базою для подальшого вивчення спеціальних дисциплін, товарознавства продовольчих товарів.
При виробництві харчових продуктів відбуваються різнобічні технологічні процеси, однак на більшості харчових виробництв здійснюються однакові процеси. Наприклад, процес перемішування зустрічається у всіх без виключення харчових виробництвах, так як для здійснення будь-якого хімічного процесу необхідно забезпечити тісний контакт між регулюючими речовинами, а це досягається перемішуванням; хімічні реакції та розчинення твердих речовин мають місце в кожному хімічному та харчовому виробництві.
Розглянемо інший процес – випарювання, метою якого є збільшення концентрації сухих речовин в розчинах.
В кожному окремому виробництві, крім того, мають місце процеси, специфічні тільки для даного виду виробництва, і загальні, які зустрічаються в більшості харчових виробництв.
Таким чином, технологічні процеси харчових виробництв можуть бути розділені на дві групи – специфічні, характерні для даного виду виробництва, і загальні, які зустрічаються в більшості харчових виробництв.
В курсі “Процеси і апарати харчових виробництв” розглядається процес не окремого виробництва, а процес взагалі, незалежно від того, в якій конкретній технології він використовується.
Таким чином, ми будемо вивчати, наприклад, перемішування з загальної точки зору, а не перемішування в харчовому виробництві.
Курс дисципліни “Процеси і апарати харчових виробництв” спирається на фундамент базисних дисциплін – фізики, математики, хімії, електротехніки.
Курс “Процеси і апарати харчових виробництв” являється вступом до вивчення спеціальних технологій і спеціального обладнання. Курс спеціальної технології і спеціального обладнання базується на курсі “Процеси і апарати харчових виробництв”.
1. Основні положення та наукові основи курсу
1. Основні закономірності технологічних процесів
2. Класифікація процесів та їх призначення
3. Основи раціональної побудови апаратів
1. Основні закономірності технологічних процесів
Процес – це зміна стану будь-якої системи, що відбувається в природі, лабораторії, техніці, суспільстві.
Технологічний процес – сукупність технологічних операцій переробки сировини в кінцеві продукти.
В техніці відбуваються штучно створюємі процеси, які відтворюються з визначеною технологічною метою. Технологічні процеси являються предметом вивчення курсу “Процеси і апарати харчових виробництв”.
Технологічні процеси харчових виробництв протікають згідно загальним фізичним і фізико-хімічним законам.
Закон збереження енергії
А
Припустимо,
що в апараті здійснюється
Д
будь-який процес. В цей апарат
надходять
В
різні
компоненти А;В і С, що приймають
Е участь у процесі. Це можуть бути пари, рідини
С або тверді тіл. В результаті процесу, що
протікає в апараті, з нього будуть виходити
речовини Д і Е.
Схема матеріального балансу
Зрозуміло, що загальна масова кількість речовин, що входять в апарат, не може бути більше або менше масової кількості речовин, що виходять з апарата. Це витікає з закону збереження матерії.
З викладеного витікає рівність :
РА + РВ + РС = РД + РЕ (І)
Де ра ,рв ,рс,рд ,ре – маса компонентів а,в,с,д,е.
Кожна речовина, що входить в апарат, являється носієм визначеної кількості енергії. Припустимо, що ця енергія виражається в теплових одиницях. Крім того, в апарат може бути введена енергія ззовні Q n ( наприклад, шляхом електричного підігріву).
Схема енергетичного балансу
QА, QВ, QС - тепло, відведене з компонентом А, В, С;
QД, QЕ - тепло, відведене з компонентом Д, Е;
QВm – тепло, що втрачене в навколишнє середовище;
Qn - тепло, що введене ззовні;
QВн – тепло, що виділяється при протіканні процесів в апараті.
В результаті процесів, що відбуваються в апараті, може утворюватись деяка кількість тепла., наприклад в процесі горіння QВн. Частина тепла при протіканні процесу буде втрачатись в навколишнє середовище QВm.
На основі закону збереження енергії можна записати:
QА +QВ + QС + QВн +Qn = QД + QЕ + QВm (ІІ)
Рівняння (ІІ) називається рівнянням балансу енергії або рівнянням теплового балансу. Рівняння (І) і (ІІ) являються виразом основних законів збереження речовин і енергії. Вони лежать в основі вивчення любого технологічного процесу.
Рівноважні та не рівноважні системи
При протіканні в апаратах технологічного процесу два або декілька тіл знаходяться у взаємодії. Ця взаємодія носить або механічний, або тепловий (передача тепла), або дифузійний (передача маси) характер. Така сукупність взаємодіючих сил називається системою.
Системи, що вивчаються в курсі “Процеси і апарати харчових виробництв” можуть бути однорідними або неоднорідними. Однорідні системи (газ, рідина або розчин) у всіх своїх частинах мають однакові властивості. Неоднорідні, або багаторазові, системи складаються з декількох фаз, відокремлених одна від іншої поверхнями розділу (суспензії, піни і т.п.)
Системи можуть знаходитись в стані рівноваги або ж можуть бути виведені з стану рівноваги. Рівноважними називаються такі системи, стан яких не міняється в часі. Такими системами являються, наприклад, однорідні системи, у яких тиск і температура однакові у всіх частинах системи.
Щоб рівноважну систему вивести з стану рівноваги, необхідно впливати на цю систему ззовні, наприклад шляхом застосування механічних сил або теплового впливу.
Основними і найбільш загальними законами, що визначають умови рівноваги систем, являється Ле-Шательє і правило фаз Гіббса.
Згідно принципу Ле-Шательє в системі, що виведена з стану рівноваги, відбуваються зміни, напрямки яких протилежні силам, що виводять систему з рівноваги. Застосовуючи принцип Ле-Шательє можливо вияснити, як впливає зміна тієї або іншої умови рівноваги (тиск Р, температура t, концентрація С на стан системи.