Направление подготовки Лекций Лаборат. работ Курсовая работа Экзамен Технологическое оборудование… 36 72 + + Технология хлеба 36 36 + + Процессы и аппараты пищевых производств Кисимов Борис Михайлович, к.т.н., доц.
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 Тех. этап 1 Тех. этап 3 Тех. Этап 4 Готовый продукт Тех операции Тех операции Тех операции Тех. этап 2 Тех операции
Рис.1.1. Структурная схема линий по производству пищевых продуктов путем разборки исходного сырья на компоненты.
Рис.1.2. Структурная схема линий по производству пищевых продуктов путем разборки исходного сырья на компоненты.
Рис.1.3. Структурная схема линий по производству пищевых продуктов путем комбинированной переработки компонентов исходного сырья.
Физическая плотность: где M – масса тела, кг; V – объем тела, м ³. где ε – порозность (пористость) сыпучего материала; ρ ф – физическая плотность частиц материала, кг/м ³. Удельный объем: Насыпная плотность: объем пустот свободно насыпанного материала; объем пустот свободно насыпанного материала, м ³ ; объем свободно насыпанного материала, м ³ ; Относительная плотность:
V п V н
где – ускорение свободного падения, м/с ² ( = 9,81 м/с ² ). Удельный вес: График зависимости плотности водно-спиртового раствора p от его концентрации С.
Кинематическая вязкость: где μ – динамическая вязкость (коэффициент динамической вязкости),Па · с; ρ –плотность среды, кг/м ³. 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 Закон внутреннего трения Ньютона: где – напряжение сдвига, Па; – градиент скорости, кг/м ³. График кривых течения 1 – концентрированная суспензия; 2 –чистая вода (ньютоновская жидкость) ; 3 – псевдопластичная жидкость; 4 – бингамовская жидкость. dv / dl
Удельная теплоемкость зерна: где w – влажность зерна, %. Удельная теплопроводность жидкости при температуре t : где Ɛ – температурный коэффициент; о С -1 . Температуропрводность :
Теория подобия Геометрическое подобие Временное подобие Подобие физических величин
Критерий Формула Физический смысл Критерий Рейнольдса (критерий режима течения жидкости) Характеризует режим течения жидкости Критерий Галилея (критерий подобия силовых полей при свободном падении) Отношения сил вязкостного трения и тяжести в потоке Критерий Фруда (критерий подобия сил инерции и тяжести) Мера отношения сил инерции к тяжести. Критерий Пекле (подобие молекулярного и конвективного теплопереноса) Мера отношения молекулярного и конвективного теплообмена Критерий Прандтля (тепловой критерий физических свойств среды) Отношение способности среды передавать движение трением и передавать теплоту.
Степень измельчения: d н - средний размер куска материала до измельчения d с - средний размер куска материала после измельчения Вид измельчения d н, мм d к мм 1. крупное 1500…2000 250…25 2. среднее 200…25 25…5 3. мелкое 25…5 5…1 4. тонкое 5…1 1…0,075 5. коллоидное 0,2…0,1 До 1×10 -4 Виды измельчения
1- опорная плита; 2- материал; 3 - ударный инструмент 1. Дробление ударом 1 - опорная плита; 2 - материал; 3 –нажимная плита. 2. Дробление раздавливанием 1 – опорная плита; 2 – материал; 3 – клинообразный рабочий орган. 3. Дробление раскалыванием 1 – опорная плита; 2 – материал; 3 – нажимная плита. 4. Дробление истиранием
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 А Д - работа, затрачиваемая на деформацию объема разрушаемого куска, Дж; А П - работа, затрачиваемая на образование новой поверхности, Дж; А И - работа, затрачиваемая на износ и деформацию рабочих органов аппарата и образование тепла, Дж; k 1 - коэффициент пропорциональности, равный работе деформирования единицы объема тела; Δ V - изменение объема разрушаемого тела, м³; k 2 - коэффициент пропорциональности, равный работе, затрачиваемой на образование единицы новой поверхности; Δ F - приращение вновь образованной поверхности.
. При грубом дроблении : Работа деформации при сжатии: σ - разрушающее напряжение сжатия, Па; Δ V - уменьшение объема кусков материала в результате их деформации перед разрушением, м³; Е - модуль упругости материала, Па. При большой степени измельчения :
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 :
Дезинтегратор 1, 6 - валы; 2, 3 – диски; 4 – пальцы била; 5 – загрузочнвя воронка 7 – разгрузочная воронка.
а) шаровая (стержневая мельница б) струйная мельница в) коллоидная мельница 1 - вертикальный вал; 2 - чаши; 3 - горизонтальные оси; 4 - жернова (катки): 5 – кривошип. г) бегуны Схемы мельниц
1 — разрезаемый материал; 2— режущий инструмент; 3 — зона пластическая деформаций: 4— зона y пругих деформаций; 5— зола зона воздействия инструмента; 6- линия разрушения Схема зоны резания материала 4 5 6
6 5 А-А 1 3 2 4 А А Схема и внешний вид центробежной свеклорезки
Центробежная свеклорезка Ленточная пила для распила мяса и костей Колбасный куттер Волчок Машины для резки пищевого сырья
Схема картофелеочистительной машины : 1 - конусный диск; 2 - абразивная вставка; 3 - крышка загрузочного люка; 4 - рабочая камера; 5 - разгрузочный люк. Схема зерношелушителя; /— корпус; 2 — ротор с абразивными кругами 5
Схема гидравлического пресса. 1 - гидроцилиндр; 2 - подъемный стол; 3 - корпус; 4 – поршень; 5 - сито. 5 Схема шнекового зеерного пресса 1 - зеер (перфорированный конус); 2 - регулирующий конус. 3 - шнек
Схема вальцового отжимного пресса : 1 –валки; 2 - перфорированная резиновая лента
брикеты - 100...200 мм; окатыши - 20...40 мм; таблетки - 12...50 мм. гранулы и драже - 1...20 мм
Схема штампования пуансон матрица толкатель пуансон матрица Схема экструдирования Р Р
газ исходные вещества гранулы отработанный газ Схема гранулирования во псевдокипящем слое
раскатывание закатывание 4 Схема раскатывания и закатывания (тестозакаточная машина) 1 – пары раскаточных валков; 2 – завивающее устройство; 3 – ленточный транспортер; 4 – упор.
1 - фракция прохода: 2 - фракция схода Схема разделения смеси на плоском сите 1 - кривошип; 2 качающийся короб; 3 струны (подвес); 4 - смесь для разделения на фракции; 5- плоское сито; 6 - фракция схода; 7 - фракция прохода Схема качающегося сита Эффективность разделения где Q nc - масса продукта в исходной смеси; Q пф - масса продукта во фракции прохода или схода.
а - ширина частицы; b - толщина частицы; l - длина частицы; D - рабочий размер сита; l 0 - длина отверстия сита Схема разделения смеси по толщине Схема гофрированного сита для разделения смеси по толщине
Воронкообразное сито Разделение смеси по ширине Пример разделения смеси по форме
Установка Рейнольдса: 1 – напорный бак; 2 – термометр; 3 – бачок для красящей жидкости; 4 – капиллярная труба; 5 – труба; 6 – кран; 7 – сборник.
- ламинарный режим - переходный режим - турбулентный режим
Удельная производительность отстойника V = lbv o Re – критерий Рейнольдса; μ ж – кинематическая вязкость; l – характеристический размер осаждаемых частиц; p ж – плотность дисперсной среды, v 0 – скорость отстаивания.
где G τ — производительность отстойника, кг/с; ρ п — плотность продукта, где m — масса частицы, ω r — окружная скорость вращения, ω r = ω ∙ r =2π nr /60 м'с; ω – угловая скорость вращения r — радиус вращения, м. n – частота вращения, об/мин
Рис. Отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками: 1 — корпус. 2 — наклонные перегородки; 3— бункера Суспензия
. Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой: I — кольцевой желоб; 2 — мешалка; 3— гребок; 4 — разгрузочный люк; 5 — коническое днище; 6 —цилиндрический резервуар.
Рис. Многоярусный отстойник: 1 — распределительное устройство; 2 – трубы; 3. — стакан;.4 — грибковая мешалка; 5 - разгрузочный конус; 6 – скребки; 7 – коллектор; 8 рама.
Рис. Отстойник для непрерывного разделения эмульсий: 1 — корпус; 2 — левая перегородка; 3 — правая перегородка
Рис 7. Отстойная центрифуга: 1— вал; 2 —барабан; 3 - корпус
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. осадок Осветленная жидкость Исходная смесь
- осадок Внешний вид и схема барбанов сливкоотделительного (а) и молокоочистительного (б) центробежных тарельчатых сепараторов - тяжелая фракция;; - исходный продукт; - легкая фракция;;
Схема гидроциклона 1 — тангенциальный штуцер: 2 — патрубок: 3 — перегородка: 4 — цилиндрический корпус; 5 — коническое днище: 6 — штуцер для выхода шлама. 2 3
. Схемы фильтрования: а) — с образованием осадка : б) — с закупориванием пор :
фильтрат осадок сжатый воздух суспензия Нутч-фильтр
плита рама а) фильтрование б) регенерация 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
1 —корпус ; 2 — барабан: 3 — перегородка. 4 —осадок; 5 — трубка; 6 — головка фильтра; 7 —форсунки, 8 — нож; 9— мешалка. Барабанный Вакуум-фильтр
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 х 1 и х 2 - концентрации растворенного вещества соответственно в исходном растворе и фильтрате. Проницаемость где V - объем фильтрата, л; F - рабочая площадь поверхности мембраны, м 2 ; τ - продолжительность процесса, ч.
где р – избыточное давление раствора; π – осмотическое давление растворителя. Движущая сила обратного осмоса Затраты энергии (работа А м на ультрафильтрацию где А с - работа на сжатие жидкости, Дж; А пр - работа на продавливание жидкости через мембрану, Дж.
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. Участники массообменных процессов: распределяющее вещество (или вещества) второй фазы; распределяемое вещество распределяющее вещество (вещества) первой фазы;
Установка для фракционной перегонки: 1-куб, 2-конденсатор; 3 – сборник дистиллята.
Ректификационная установка непрерывного действия: 1-сборники; 2-подогреватель, 3-ректификационная колонна; 4-дефлигматор; 5-разделительный сосуд, 6-холодильник, 7 - насосы. 8 - кипятильник.
Экстрактор Разделитель F E D Э R 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; β y - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе; y НАС - концентрация насыщенного раствора; y СР - средняя концентрация экстрагируемого вещества в массе экстрагента.
Тарельчатый экстрактор: 1-цилиндрический корпус; 2-переливной устройство; 3-ситчатые тарелки. Экстракт Э Исходная c месь F Экстрагент Е Рафинад R Экстракт Э Роторно-дисковый экстрактор: 1,5-отстойные зоны, 2—корпус; 1-кольцевые перегородки; 4-ротор.
А А А-А Жом Экстрагент Теплоноситель Стружка Диффузионный сок 1 2 3 4 5 6 7 8 1 – корпус; 2 – шнековый вал; 3 – приемный бункер; 4 – патрубок;5 – сито; 6 – отводящий патрубок; 7 – греющие камеры
Двухколонный диффузионный аппарат: 1,5 -штуцера; 2-ротационный зябрасыватель; 3-барабан; 4-корпус; 6-цепь; 7-рамка. стружка
Горячий воздух 1 ая зона 2 ая зона Зона охлаждения Влажный продукт Сухой продукт Шахтная сушилка
Камерная сушилка: 1-корпус, 2-иагоиетка; 3-калориферы; 4-вентилятор; 5-шибер.
Схема камерной сушилки: 1 - камера; 2 – полка; 3 – калорифер; 4 – вентилятор; 5, 6, 7 – вентиляционные окна..
Туннельная сушилка: 1-двери; 2-газоход; 3-вентилятор; 4-калорифер; 5-корпус; 6-тележки с материалом
Схема туннельной сушилки : 1 - тележки; 2 - вентилятор; 3 – калорифер; 4 – двери.
Ленточная сушилка: кори):, 2 —- ленточный коиксйер..1 — ведущие ограбдны, а_ яедочьге барлбяиы; 5 — кл~ори- фсрь:, 6 — бункер с загруэочным устройство* Ленточная сушилка: кори):, 2 —- ленточный коиксйер..1 — ведущие ограбдны, а_ яедочьге барлбяиы; 5 — кл~ори- фсрь:, 6 — бункер с загруэочным устройство* Ленточная сушилка: 1 – корпус; 2 - ленточный конвейер;3 - ведущие барабаны, 4 - ведомые барабаны; 5 - калориферы:, 6 - бункер с загрузочным устройством.
А А горячий воздух отработанный воздух насадки Внутренние насадки: а) – подъемно-лопастная; б) - распределительна я в ) - перевалочная а) б) в) Барабанная сушилка
\ Вальцовая (пленочная) сушилка: 1 – поддон, 2 – шнеки, 3 – вальцы- барабаны; 4 - ножи; 5 желоб, 6 – зонт, 7 – мельница.
1 – вентиляторы; 2 – воздухоохладитель; 3 – циклон; 4 – корпус распылительной сушилки; 6 - калорифер; 7 – форсунка; 8 – впускной патрубок циклона; 9 – обратный патрубок циклона, 10 – тарелка. ледяная вода пар горячий воздух м холодный воздух сухое молоко М 5 6 7 1 2 3 4 8 9 Распылительная тарельчатая сушилка молоко 10
Установка сублимационной сушки: 1 – сублиматор; 2 – плиты; 3 – противни; 4 – вымораживатель.
Схема радиационной сушилки с излучателями: 1 - излучатель; 2 - конвейер; 3 - вытяжное устройство
Вторичный пар А-А 7 2 3 Сироп 6 4 5 5 8 А Б-Б А Утфель Пар Б 1 Б Схема вакуум-аппарата: 1 – корпус; 2 – греющая камера; 3 – сепаратор; 4 – тяга; 5 – трубы греющей камеры; 6 – циркуляционная труба; 7 – спускной клапан; 8 – вакуум-насос.
где Q – количество переданной теплоты, Дж; К – коэффициент теплопередачи между средами, Вт/м 2 К; F - площадь поверхности теплообмена, м 2 ; ∆t СР – средняяя разность температур между средами – движущая сила процесса, К. α 1 и α 2 – коэффициенты теплоотдачи внешней и внутренней стенок в окружающую среду, Вт/м 2 К; δ – толщина стенки, м; λ – теплопроводность стенки, Вт/мК.
А конденсат Пар Нагретая жидкость Холодная жидкость А А А
- греющая среда - нагреваемая среда среда
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 однокорпусной вакуум-выпарной установки
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
Схема ферментаторов а) - чан с мсшалкой и барботажем воздуха; б) – чан с пропеллерной мешалкой; в) – чан с циркуляцией; 1 – мешалка; 2 – циркуляционный насос.
