Л екція: Основні закономірності харчових технологій План

1.Харчове виробництво як хіміко-технологічна система

2. Технологічні закономірності харчових технологій

2.1.Особливості дії законів фундаментальних наук у харчовій технології

2.2. Принцип раціонального використання сировини

2.3 Принцип раціонального використання енергоресурсів та устаткування

2.4. Принцип інтенсифікації технологічних процесів

2.5. Принцип оптимального варіанта (принцип оптимізації)

Технологічний процес як технологічна система на сучас­них харчових виробництвах реалізується у вигляді техно­логічних ліній. Технологічна лінія, в свою чергу, як системний об'єкт складається з первин­них елементів — технологічних операцій, межі яких, як прави­ло, співпадають з межами машин і апаратів. Саме технологічна операція є первинним елементом технологічної системи тому, що тільки вона у взаємодії з іншими в межах процесу надає йо­му нову системну якість — цілісність.

Але, якщо розглядати технологічний процес як пла­номірну послідовну зміну властивостей сировини і формуван­ня властивостей готового продукту, то основою процесу є тех­нологічна операція (одиничний технологічний процес) як су­купність фізико-хімічних підсистем. Ці підсистеми склада­ються з типових фізичних, хімічних, біохімічних та мікробіологічних процесів, в ході яких і відбувається зміна ха­рактеристик сировини. Виходячи з цієї точки зору на техно­логічний процес, його, а відповідно й харчове виробництво як сукупність таких процесів, можна розглядати як певну хіміко-технологічну систему (ХТС).

Отже, хіміко -технологічна система — це сукупність пов'язаних між собою машин і агрегатів, в яких здійснюються одиничні технологічні процеси, необхідні для перетворення вихідної сировини в готовий продукт заданої якості і призна­чення. Саме ці перетворення складають фізико-хімічну сутність одиничного процесу, а тому через створення певних умов перебігу цих перетворень можна керувати технологічною операцією. 3 величезної кількості різноманітних перетворень, які відбуваються в харчовій сировині та проміжних продуктах під час процесу виробництва, можна виділити такі, що є типо­вими, повторюваними в багатьох харчових виробництвах. У технології вони отримали назву типових, а їх умовні графічні позначення називають технологічними процесорами. До них відносяться такі (табл. 2.1):

Оскільки технологічні операції, як правило, складаються з декількох типових процесів, які відбуваються в конкретній ма­шині одночасно, то й на графічних схемах операції відобража­ються комбінацією процесорів. Така комбінація процесорів, яка відповідає одиничному технологічному процесу, що відбу­вається в машині чи агрегаті, називається технологічним оператором. При проектуванні або модернізації техно­логічних ліній їх складові — операції розглядаються саме як технологічні оператори, через зміну вхідних та вихідних по­токів яких здійснюється контроль та регулювання техно­логічного процесу. Принципова схема багатофункціонального технологічного оператора наведена на рис. 2.1 .

Рис. 2.1. схема технологічного оператора:

х_х , х₂...х_п , х - індивідуальні та узагальнені характеристики вхідних потоків.

Уі, У₂…У_п і У - індивідуальні та узагальнені характеристики вихідних потоків.

Як і технологічні операції, оператори поділяють на основні і допоміжні в залежності від характеру перетворень продукту, яких він зазнає при проходженні через оператор. До основних відносяться технологічні оператори цільового призначення, а саме: хімічних, біохімічних, мікробіологічних перетворень, суттєвих фізичних змін (міжфазовий масообмін, подрібнення, змішування, розділення тощо). Допоміжними операторами вважаються ті, що відображають енергетичний та агрегат­ний стан технологічних потоків (охолодження, нагрівання, термостатування, зміна агрегатного стану та ін.).

Взаємодія технологічних операторів у складі системи відбувається за допомогою технологічних зв'язків, під якими розуміються матеріальні або енергетичні потоки. Ці внутрішні зв'язки, а також взаємодія системи з оточенням на графічних схемах зазвичай зображують стрілками, що вказують направ­лення потоків, частіше за все матеріальних. Серед багатьох варіантів поєднання операторів у технологічну систему виділя­ють п'ять основних типів технологічних зв'язків: послідовний, послідовно-обвідний (байпас), паралельний (колекторний), пе­рехресний та зворотний (рециклічний) (рис. 2.2 і 2.3).

Рис. 2.2. Типи зв’язків між операторами в технологічних системах: а — послідовний; б — послідовно-обвідний (байпасний); в — паралельний;

г — перехресний

Рис. 2.3. Технологічні системи з зворотним зв’язком операторів: .

а — послідовно-зворотним; б — паралельно-зворотним

Послідовним називають такий тип технологічних зв'язків, коли потік проходить через кожен оператор тільки один раз. Технологічні лінії, які будуються за допомогою такого типу зв'язків, називають відкритими. Такий зв'язок використо­вується частіше за все при об'єднанні декількох машин в тех­нологічний агрегат, в якому послідовно виконується одна й та ж операція або суміжні операції. Така схема поєднання опера­торів дозволяє поступово надавати продукту потрібних харак­теристик та ефективно використовувати оператори цього ти­пу. Наприклад, послідовне миття сировини в миєчному агре­гаті, розмелювання зерна на валкових млинах, уварювання то­матної пасти у вакуум-випарних апаратах.

При послідовно-обвідному (байпасному) типу зв'язків тех­нологічний потік розгалужується на два або більше і частина з них минають один чи декілька наступних операторів. Такий тип зв'язку використовується достатньо широко в харчових виробництвах при обробці сировини різними методами. Так, при виробництві соняшникової олії частина проміжного продукту піддається прямій екстракції, а інша проходить спочат­ку через прес для попереднього вилучення олії.

Паралельні технологічні зв'язки також дуже поширені в харчових виробництвах. При цьому типу зв'язку техно­логічний потік так само розгалужується на дві-три паралельні гілки, на яких, на відміну від попереднього типу зв'язків, гілки потоку проходять всі оператори, не минаючи жодного з них. Такий зв'язок використовують у разі наявності в складі проце­су періодичних (дискретних) операцій, в разі отримання з од­ного виду сировини різних продуктів та в інших випадках. Створення таких паралельних дільниць у складі системи хоча й пов'язано зі збільшенням кількості машин, апаратів та устат­кування, задіяних в процесі, та з додатковими витратами, зате дозволяє істотно підвищити продуктивність технологічної лінії, її надійність, стабільність режиму, безперервність проце­су. Прикладом такого типу зв'язків може слугувати дільниця стерилізації з двох або трьох ліній автоклавів у консервному виробництві.

Перехресним називають зв'язок, коли один технологічний потік (матеріальний) перехрещується за напрямом руху з іншим, частіше за все енергетичним. Цей тип зв'язку застосовують для більш ефективного використання виробни­чих площ, енергоресурсів, зменшення парку технологічного обладнання. За таким типом зв'язків здійснюється, наприклад, висушування макаронних виробів, плодів, овочів, дрібної ри­би на паралельних сітчастих конвеєрах, які продуваються по­током теплого повітря, або процес охолодження м'ясних туш, ковбасних виробів, або миття сировини методом душування.

Зворотним (або рециклічним) зв'язком називається такий, при якому технологічний потік розгалужується на два-три і частина з них повертається на попередню або декілька попе­редніх операцій. В залежності від кількості зворотних гілок розрізняють послідовно-зворотний і паралельно-зворотний типи зв'язку (рис. 2.3).

У системі зі зворотним зв'язком розрізняють прямий вхідний потік (А), прямий вихідний (D), головні (В і С) та зво­ротній (Е). Для характеристики такої системи використо­вується показник — коефіцієнт рециркуляції. Його розрахову­ють за такою формулою:

K_R=G_E/G_A (1)

де: K_R — коефіцієнт рециркуляції;

G_E та G_A — відповідно масові витрати прямого (А) та зворот­ного потоку (Е).

Системи зі зворотним зв'язком знайшли широке застосу­вання в харчових виробництвах тому, що вони забезпечують найбільш ефективне використання сировини, устаткування, енергії, сприяють підвищенню швидкості процесу та оп-тимізації технологічних режимів.

Підсумовуючи розглянуте, треба зазначити, що викорис­товуючи різні типові процеси, різне їх апаратурне оформлення та комбінуючи їх взаємодію за різними типами зв'язку, можна синтезувати дуже багато комбінацій ХТС. Це можливо тому, що кожний з елементів цього сполучення (одиничні процеси, технологічні оператори та їх зв'язки) існують у багатьох варіантах. Звідси завдання проектувальника технологічних систем — проаналізувати можливі комбінації ХТС та вибрати з них оптимальний за певними критеріями. Подібні ж завдан­ня вирішує і інженер-технолог під час модернізації діючих технологічних ліній з метою підвищення ефективності їх функціонування. Вирішення цих завдань значно полег­шується і прискорюється при використанні комп'ютерної техніки та інформаційних технологій.