Процессы и аппараты пищевых производств

Литература
Основная:
1. Плаксин Ю.М., Малахов И.Н., Ларин В.А. Процесс и аппараты пищевых производств. М.: КолосС, 2008.
2. Кавецкий Г.Д., Касьяненко В.П. Процессы и аппараты пищевой технологии. М.: Колос, 2008.
3. Аминов М.С., Мурадов М.С., Аминова Э.М. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Колос, 2000.
Дополнительная:
1. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. М.: Колос, 2000.
2. Горбатюк В.И. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Колос, 1999.
3. Антипов С.Т., и др. Машины и аппараты пищевых производств. М,: Высшая школа, 2001.
4. Процессы и аппараты химической технологии. Механические и гидромеханические процессы, т. 2/Д.А. Баранов, В.Н. Блиничев, А.В. Вязьмин и др. – М.: Логас. -2002.
5. Антипов С.Т., Добромиров В.Е., Кретов И.Т. и др. Введение в специальность»Машины и аппараты пищевых производств. –М.: КолосС, 2008.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Технологический процесс

Типы технологических процессов

Физическая плотность:
Удельный объем:
где M – масса тела, кг;
V – объем тела, м³.
Насыпная плотность:
где ε – порозность (пористость) сыпучего материала;
ρф – физическая плотность частиц материала, кг/м³.
объем пустот свободно насыпанного материала, м³;
объем свободно насыпанного материала, м³ ;
Относительная плотность:

Vп
Vн

График зависимости плотности водно-спиртового раствора p от его концентрации С.
Удельный вес: где – ускорение свободного падения, м/с² ( = 9,81 м/с² ).

Динамическая вязкость:
где Р – сила, возникающая между движущимися слоями, Н;
F – площадь приложения силы;
dl – изменение расстояние между слоями, м;
dv – скорость сдвига, м|c
Кинематическая вязкость:
где μ – динамическая вязкость (коэффициент динамической вязкости),Па·с;
ρ –плотность среды, кг/м³.
Закон внутреннего трения Ньютона:
где – напряжение сдвига, Па;
– градиент скорости, кг/м³.
График кривых течения
1 – концентрированная суспензия;
2 –чистая вода (ньютоновская жидкость);
3 – псевдопластичная жидкость;
4 – бингамовская жидкость.

Удельная теплоемкость зерна:
где w – влажность зерна, %.
Удельная теплопроводность жидкости при температуре t :
где Ɛ – температурный коэффициент; оС-1
Температуропрводность :

Теория подобия

Некоторые критерии подобия

Дробление
Степень измельчения:
Виды измельчения

Виды дробления

Расход энергии на дробление
Теории дробления
1. Поверхностная теория - при измельчении работа расходуется на преодоление сил молекулярного притяжения по поверхностям разрушения материала.
2. Объемная теория исходит из того, что при измельчении работа расходуется на деформации материала и пропорциональна уменьшению объема кусков материала перед их разрушением.
Уравнением Ребиндера
АД - работа, затрачиваемая на деформацию объема разрушаемого куска, Дж;
АП - работа, затрачиваемая на образование новой поверхности, Дж;
АИ - работа, затрачиваемая на износ и деформацию рабочих органов аппарата и образование тепла, Дж;
k1 - коэффициент пропорциональности, равный работе деформирования единицы объема тела;
ΔV - изменение объема разрушаемого тела, м³;
k2 - коэффициент пропорциональности, равный работе, затрачиваемой на образование единицы новой поверхности;
ΔF - приращение вновь образованной поверхности.

Схемы дробилок
а) Щековая дробилка:
Подвижная щека;
Неподвижная щека;
Измельчаемое сырье.
б) Конусная (гирационная) дробилка:
Подвижная дека;
Неподвижная дека;
Измельчаемое сырье.
в) Молотковая дробилка:
молоток;
ситовой пояс;
Патрубок для готового продукта.
г) Вальцовая дробилка:

Схемы мельниц

Схема зоны резания материала
1 — разрезаемый материал;
2— режущий инструмент;
3 — зона пластическая деформаций:
4— зона yпругих деформаций;
5— зола зона воздействия инструмента;
6 - линия разрушения

Машины для резки пищевого сырья

Схема машин для шлифования
Схема картофелеочистительной машины :
1 - конусный диск; 2 - абразивная вставка;
3 - крышка загрузочного люка; 4 - рабочая камера; 5 - разгрузочный люк.
Схема зерношелушителя;
1— корпус;
2— ротор с абразивными кругами

Отжимные прессы
Схема шнекового зерного пресса
1 - зеер (перфорированный конус);
2 - регулирующий конус.
3 - шнек

Схема вальцового отжимного пресса:
1 –валки;
2 - перфорированная резиновая лента

Продукция из связанных сыпучих материалов

матрица
Схема экструдирования

Схема раскатывания и закатывания
(тестозакаточная машина)
1 – пары раскаточных валков;
2 – завивающее устройство;
3 – ленточный транспортер;
4 – упор.

Схема разделения смеси
на плоском сите
1 - фракция прохода: 2 - фракция схода
Схема качающегося сита
1 - кривошип;
2 качающийся короб;
3 струны (подвес);
4 - смесь для разделения на фракции;
5- плоское сито;
6 - фракция схода;
7 - фракция прохода

Схема разделения смеси по толщине
а - ширина частицы;
b - толщина частицы; l- длина частицы;
D - рабочий размер сита;
l0 - длина отверстия сита
Схема гофрированного сита для разделения смеси по толщине

Разделение смеси по ширине
Воронкообразное сито

Удельная производительность отстойника
V=lbvo
Re – критерий Рейнольдса;
μж – кинематическая вязкость;
l – характеристический размер осаждаемых частиц;
pж – плотность дисперсной среды,
v0 – скорость отстаивания.

где Gτ — производительность отстойника, кг/с;
ρп — плотность продукта,
где m — масса частицы,
ωr — окружная скорость вращения, ωr = ω∙r=2πnr/60 м'с;
ω – угловая скорость вращения
r — радиус вращения, м.
n – частота вращения, об/мин

Схема непрерывнодействующей отстойной
горизонтальной шнековой центрифуги(НОГШ)
1— труба для подачи исходной смеси; 2 —- отверстия для выгрузки осветленной жидкости;
3 — бункер для выгрузки осветленной жидкости; 4—отверстие для поступления исходной смеси в ротор;
5 — бункер для выгрузки осадка; 6—ротор, 7—полый шнек; 8 — отверстия для выгрузки осадка.

Нутч-фильтр

Фильтр-пресс
1 - упорная плита; 2 - рама;
3 - плита; 4 - фильтрующая ткань;
5 – подвижная концевая плита;
6 - горизонтальная направляющая;
7 - зажимной винт; 8 - станина;
9 - желоб для сбора фильтрата или промывающей жидкости
а) фильтрование
б) регенерация

Барабанный
Вакуум-фильтр
1—корпус;
2— барабан:
3— перегородка.
4 —осадок;
5 — трубка;
6 — головка фильтра;
7—форсунки,
8— нож;
9— мешалка.

Барабанный вакуум-фильтр:
1 - насос для фильтрата: 2 - вакуум-насос:
3 - пеногаситель; 4 - фильтровальный элемент:
5 - барабан; б - труба для фильтрата

1) Классическая фильтрация (диаметр пор превышает 10 мкм, а перепад давлений на перегородке не более 0,06 МПа);
2) Микрофильтрация (диаметр пор 0,1...10 мкм, перепад давлений 0,06...0,1 МПа);
3) Ультрафильтрация (диаметр нор 3…100 нм, перепад давлений 0,1...2,0 МПа);
4) Обратный осмос (диаметр пор менее 3 нм. перепад давлений 1...25 МПа).
Селективность
где х1 и х2 - концентрации растворенного вещества соответственно
в исходном растворе и фильтрате.
Проницаемость
где V- объем фильтрата, л;
F- рабочая площадь поверхности мембраны, м2;
τ - продолжительность процесса, ч.

Движущая сила обратного осмоса
где р – избыточное давление раствора;
π– осмотическое давление растворителя.
Затраты энергии (работа Ам на ультрафильтрацию
где Ас - работа на сжатие жидкости, Дж;
Апр - работа на продавливание жидкости через мембрану, Дж.

Массообменные процессы
Участники массообменных процессов:
распределяющее вещество (или вещества) второй фазы;
распределяемое вещество
распределяющее вещество (вещества) первой фазы;
Основным уравнением массопередачи -
где M - количество вещества, перешедшего из одной фазы в другую;
F - площадь поверхности массопередачи;
τ - продолжительность процесса;
К - коэффициент скорости процесса, называемый в теории массопередачи
коэффициентом массопередачи;
∆- движущая сила.
Массообменные процессы пищевых производств:
абсорбция,
перегонка и ректификация,
экстракция,
сушка,
адсорбция,
кристаллизация .

Принципиальная схема экстракции жидкость - жидкость
F – исходный раствор;
Е – экстрагент;
D – диффузионный сок;
Э – экстракт;
R - рафинат

Растворители для выщелачивания по системе жидкость-твердое тело;
вода - для экстрагирования сахара из свеклы, кофе, цикория, чая;
спирт и водно-спиртовую смесь - для получения настоев в ликероводочном и
пивобезалкогольном производствах;
бензин, трихлорэтилен., дихлорэтан - в маслоэкстракционном
и эфиромасличном производствах и др.
Скорость процесса в этом случае равна
где M - количество вещества, перешедшего из одной фазы в другую;
F - площадь поверхности массопередачи;
τ - продолжительность процесса;
βy - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе;
yНАС - концентрация насыщенного раствора;
yСР - средняя концентрация экстрагируемого вещества в массе
экстрагента.

Диффузионный шнековый аппарат
1 – корпус;
2 – шнековый вал;
3 – приемный бункер;
4 – патрубок;
5 – сито;
6 – отводящий патрубок;
7 – греющие камеры

Шахтная сушилка

Схема камерной сушилки:
1 - камера;
2 – полка;
3 – калорифер;
4 – вентилятор;
5, 6, 7 – вентиляционные окна.

Схема туннельной сушилки:
1 - тележки;
2 - вентилятор;
3 – калорифер;
4 – двери.

Барабанная сушилка

Вальцовая (пленочная) сушилка:
1 – поддон, 2 – шнеки, 3 – вальцы- барабаны;
4 - ножи; 5 желоб, 6 – зонт, 7 – мельница.

Установка сублимационной сушки:
1 – сублиматор; 2 – плиты; 3 – противни;
4 – вымораживатель.

где Q – количество переданной теплоты, Дж;
К – коэффициент теплопередачи между средами, Вт/м2К;
F - площадь поверхности теплообмена,
м2;
∆tСР – средняяя разность температур
между средами – движущая сила процесса, К.
α1 и α2 – коэффициенты теплоотдачи внешней и внутренней стенок в окружающую среду, Вт/м2К;
δ – толщина стенки, м;
λ – теплопроводность стенки, Вт/мК.

Схема однокорпусной вакуум-выпарной установки
1-сборник, 2- насос. 3 – подогреватель, 4 – выпарной аппарат, 5 – сепаратор-ловушка,
6 – барометрический конденсатор, 7 – каплеуловитель, 8 – барометрическая труба,
9 – сборник, 10 – насос.

Схема трехкорпусной вакуум-выпарной установки:
W – вторичный пар, Е – экстрапар, D – греющий пар,

Выпарная установка с механическим тепловым насосом:
1 – выпарной аппарат;
2 – турбокомпрессор.
Выпарная установка с пароструйным тепловым насосом:
1 – выпарной аппарат; 2 – инжектор.

Кривая роста культуры микроорганизмов