РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ИННОВАЦИОННЫЙ ЕВРАЗИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ
ПРОДУКТОВ
ОПОРНЫЕ КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ
ПАВЛОДАР 2012
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ
№ | Темы лекций | Кол-во часов |
Модуль 1 | ||
Лекция 1. Введение. Оборудование для транспортировки пищевых продуктов | ||
Лекция 2. Сортировочно-калибровочное оборудование | ||
Лекция 3. Моечное оборудование | ||
Лекция 4. Машины для измельчения продуктов | ||
Лекция 5. Машины для перемешивания продуктов | ||
Лекция 6. Очистительное оборудование | ||
Лекция 7. Оборудование для разделения неоднородных тел | ||
Лекция 8. Машины для обработки продуктов давлением | ||
Лекция 9. Фильтры, применяемые в перерабатывающей промышленности | ||
Лекция 10. Тепловое оборудование | ||
Лекция 11. Жарочно-пекарное оборудование | ||
Лекция 12. Оборудование для выпаривания | ||
Лекция 13. Оборудование для сушки перерабатываемого сырья | ||
Лекция 14. Оборудование для фасовки и упаковки пищевых продуктов | ||
Лекция 15. Оборудование для учета пищевых продуктов по массе и объему | ||
Итого: |
Лекция 1. Введение. Оборудование для транспортировки пищевых продуктов.
План лекции:
1. Задачи курса и его содержание.
2. Классификация технологического оборудования.
3. Подвесные пути, конвейеры и оборудование для их обслуживания.
4. Устройства для передачи продуктов по трубам.
1. Этот курс базируется на основе знаний, приобретенных при изучении общеинженерных и специальных дисциплин: теплотехники, гидравлики, процессов и аппаратов пищевых производств, общей технологии пищевых производств и т.п.
Дисциплина является одной из специальных дисциплин процесса обучения в ВУЗе и формирующей у студентов знания об оборудовании для механической обработки.
В задачи дисциплины входит:
Изучение физической сущности и механизма явлений, сопутствующих процессам переработки пищевых продуктов;
Изучение конструктивных форм рабочих органов технологического оборудования;
Изучение принципиальных основ конструкций современных технологических машин и аппаратов;
Изучение путей интенсификации и механизации производственных процессов.
В содержание курса входит изучение видов технологического оборудования для механической обработки. Структурные формы технологического оборудования. Виды технологических потоков, процессов и операций. Классификация современного технологического оборудования пищевой промышленности. Основные требования, предъявляемые к технологическому оборудованию и его рабочим деталям.
2. Оборудование для механической обработки принято классифицировать на:
Мойки сырья (зерна, сахарной свеклы, плодов и овощей, туш животных) и тары;
Очистки и сепарирования зерна (скальперагоры и камнеотборники, воздушно-ситовые сепараторы и просеиватели, триеры, падди-машины, воздушные и магнитные сепараторы и т.п.);
Инспекции, калибрования и сортирования плодов и овощей (инспекционные транспортеры, калибровочные и сортировочные машины и т.п.);
Очистки растительного и животного сырья от наружного покрова (обоечные и щеточные машины, машины для шелушения и шлифования зерновых культур, бичерушки, гребнеотделители, машины для очистки картофеля и корнеплодов, машины для отделения шелухи и плодоножек, протирочные машины, машины для снятия шкур с животных и для снятия оперения с птиц и т.п.);
Измельчения пищевого сырья (вальцовые станки, дробилки, мельницы, резательные машины и свеклорезки, плющильные машины, мясорубки, волчки и куттеры, гомогенизаторы и т.п.);
Сортирования и обогащения сыпучих продуктов, измельчения пищевого сырья (рассева и ситовеечные машины, вымольные машины и виброцентрофугалы, энтолсйторы и деташеры, дробильно-сортировочные машины и т.п.);
Разделения жидкообразных неоднородных пищевых сред (отстойники, центрифуги, сепараторы, фильтры и фильтрующие устройства, мембранные модули и аппараты, маслоизготовители и маслообразователи, прессы и т.п.);
Смешивания пищевых сред (мешалки для жидких пищевых сред, месильные машины для высоковязких пищевых сред, машины и аппараты для образования пенообразных масс, смесители для сыпучих пищевых сред и т.п.);
Формования пищевых сред (экструдеры, машины для формования штампованием, отливкой, отсадкой и прессованием, машины для нарезания пластов и заготовок из полуфабрикатов и т.п.).
3. Подвесные пути являются средством организации технологического потока и предназначены для передачи продукции, как в процессе её обработки, так и для межцеховой транспортировки массовых грузов.
Подвесные пути принято классифицировать по ряду наиболее важных признаков:
1) по наличию тяги они бывают с механической тягой - конвейерные (конвейеры) или без механической тяги - бесконвейерные.
2) по расположению - плоскостные (горизонтальные, вертикальные, наклонные) и пространственные.
3) по роду тягового органа - цепные, канатные, шнековые и штанговые.
4) по роду движения - с непрерывным и с ритмично - пульсирующим движением тягового органа и груза (т.е. движение с периодическими остановками).
5) по конструкции грузонесущих органов - со съемными тележками (троллеями) и крюками; с постоянно закрепленными крюками.
6) по типу передачи движения от конвейерной цепи к грузу - толкающие и грузонесущие.
7) по роду привода - с электрическим, гидравлическим и пневматическим приводом.
8) по количеству приводов - одноприводные, многоприводные и с групповым приводом.
9) по назначению - простые подвесные пути (конвейеры) для переработки одного вида скота; универсальные конвейеры для переработки нескольких видов скота (конвейер Захарова).
4. Для передачи таких продуктов, как жир, кровь, бульон применяют главным образом ротационные насосы типа шестеренчатых, эксцентриково-лопастных, ротационно-поршневых, шланговых, ротационно-диафрагменных, создающие напор вытеснением перекачиваемой массы. Они просты по конструкции, в них нет клапанов и золотников, что позволяет быстро разбирать и собирать их при санитарной обработке, что необходимо при работе с пищевыми и скоропортящими продуктами. На вращающихся валах этих насосов, при входе в рабочую зону имеется сальниковое уплотнение для предотвращения возможного попадания смазочного масла в перекачиваемую продукцию.
Вопросы для самопроверки : На чем базируется курс оборудование для механической обработки? Что входит в задачи дисциплины? Как принято классифицировать оборудование для механической обработки? Чем являются подвесные пути? Как принято классифицировать подвесные пути? Как делятся подвесные пути по назначению? Для чего служат ротационные насосы? Каких типов бывают ротационные насосы?
Основными задачами перерабатывающей промышленност
и Российской Федерации являются комплексная переработка сельскохозяйственного сырья, увеличение объемов вырабатываемой продукции, повышение ее качества, а также расширение ассортимента.
Решение указанных задач на крупных перерабатывающих предприятиях возможно при условии эксплуатации современного высокотехнологичного оборудования.
В перерабатывающих производствах применяются самые разнообразные виды оборудования и техники.
Классификация оборудования перерабатывающих производств осуществляется по следующим признакам:
По характеру воздействия на обрабатываемый продукт;
структуре рабочего цикла;
степени механизации и автоматизации;
принципу сочетания в производственном потоке;
функциональному признаку.
Кроме перечисленных признаков каждому виду оборудования присущи специфические признаки.
В зависимости от характера воздействия на обрабатываемый продукт технологическое оборудование подразделяется на аппараты и машины. В аппаратах осуществляются тепло-, массообменные, физико-химические, биохимические и другие процессы, в результате которых происходит изменение физических, химических свойств и агрегатного состояния обрабатываемого продукта. Характерным признаком аппарата является наличие реакционного пространства или камеры.
В машинах осуществляется механическое воздействие на продукт, в результате чего изменяются его форма и размеры. Конструктивная особенность машин - наличие движущихся исполнительных (рабочих) органов. В некоторых случаях технологическое оборудование является комбинацией машины и аппарата, поскольку в нем одновременно осуществляются механическое, физико-химическое и тепловое воздействия.
По структуре рабочего цикла оборудование может быть периодического, полунепрерывного и непрерывного действия. В оборудовании периодического действия продукт подвергается воздействию в течение определенного времени, после которого он выгружается.
В оборудовании полунепрерывного (циклического) действия загрузка продукта и воздействие на него осуществляются непрерывно в течение всего рабочего цикла, а выгрузка - через определенные промежутки времени.
В оборудовании непрерывного действия загрузка, обработка и выгрузка продукта осуществляются одновременно.
В процессе работы технологическое оборудование выполняет не только основные (измельчение, перемешивание, варка и т.п.), но и вспомогательные (загрузка, перемещение, контроль, выгрузка и т.п.) операции. В зависимости от степени механизации и автоматизации этих операций оборудование бывает неавтоматическое, полуавтоматическое и автоматическое. В неавтоматическом {простом) оборудовании вспомогательные, а также часть основных операций выполняются вручную.
В полуавтоматическом оборудовании все технологические и большинство вспомогательных операций выполняются без участия рабочего. Ручными остаются транспортные и контрольные операции, пуск и останов машины.
В автоматическом оборудовании все основные и вспомогательные операции выполняются оборудованием без участия человека. Частным случаем оборудования автоматического действия являются кибернетические машины (роботы).
По принципу сочетания технологического оборудования в производственном потоке различают отдельные единицы (выполняют одну операцию); агрегаты или комплексы (выполняют последовательно различные операции); комбинированные (выполняют законченный цикл операций) и поточные автоматические системы (выполняют все технологические операции в непрерывном потоке).
Одним из признаков, на основе которого возможна классификация оборудования, является общность функций, выполняемых им в процессе переработки сырья или полуфабрикатов. По этому признаку выделяют следующие укрупненные группы и подгруппы оборудования (табл. 1.):
1. Оборудование для подготовки сырья к переработке:
1.1) для очистки и сортировки;
1.2) мойки и увлажнения;
1.3) шелушения зерна.
2. Оборудование для механической обработки разделением:
2.1) для дробления и измельчения;
2.2) разделения продуктов измельчения зерна;
2.3) выделения из жидких гетерогенных систем взвешенных твердых и коллоидных частиц;
2.4) отделения жидкой фазы.
3. Оборудование для механической обработки соединением:
3.1) для перемешивания в целях получения жидких, сыпучих, тестообразных полуфабрикатов и готовых продуктов;
3.2) формования путем выдавливания, штампования.
4. Оборудование для проведения тепломассообменных процесс:
4.1) для проведения тепловых процессов;
4.2) проведения массообменных процессов;
4.3) сушки и обезвоживания;
4.4) разваривания и варки;
4.5) выпечки и обжарки;
4.6) охлаждения и замораживания.
5. Оборудование для проведения микробиологических процессов:
5.1) для солодоращения;
5.2) получения биомассы;
5.3) получения вторичных метаболитов.
6. Оборудование для выполнения финишных операций:
6.1) для санитарной обработки тары;
6.2) дозирования и укупоривания;
6.3) инспекции и этикетирования.
Приведенная классификация в большей мере относится к оборудованию пищевых производств и в недостаточной мере характеризует отдельные группы оборудования для переработки сельскохозяйственной продукции. Объясняется это тем, что в целом ряде технологических процессов по переработке сельскохозяйственного сырья применяется оборудование, которое по назначению, устройству и принципу действия очень специфично и требует для своей классификации отдельного подхода. Примером может служить оборудование для предубойного обездвиживания животных, убоя животных и птицы, сбора крови, съема шкур, поэтому оборудование для переработки сельскохозяйственной продукции удобнее классифицировать в зависимости от выполняемого технологического процесса.
Исходя из этого принципа оборудование для переработки сельскохозяйственной продукции подразделяется на:
1) оборудование для переработки продукции растениеводства;
2) оборудование для переработки продукции животноводства.
В свою очередь, вторая группа подразделяется на оборудование для переработки мяса и оборудование для переработки молока. Оборудование для переработки мяса включает в себя следующие группы:
линия убоя скота и птицы;
оборудование для первичной обработки туш свиней;
обработки продуктов убоя скота и птицы;
механической обработки мясного сырья;
тепловой обработки мясного сырья;
упаковывания мяса и мясных продуктов.
При более детальной классификации, например, оборудования для механической обработки мясного сырья оно подразделяется на оборудование для измельчения мяса и шпика, перемешивания мясного сырья, посола мяса и формования мясных продуктов.
Оборудование для переработки молока по общей классификации подразделяется на оборудование:
для транспортирования, приемки и хранения молока;
механической обработки молока;
тепловой обработки молока;
производства сливочного масла;
производства творога;
производства сыра;
производства мороженого;
производства сгущенных молочных продуктов;
производства сухих молочных продуктов;
фасования и упаковывания молока и молочных продуктов.
В качестве примера также можно привести общую классификацию оборудования зерноперерабатывающих предприятий. По функциональному признаку и способу воздействия на продукт оно подразделяется на сепарирующее, весодозирующее, смешивающее, измельчающее, формующее, а также оборудование для гидротермической обработки (ГТО) зерна.
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ МОДУЛЯ
Пищевая промышленность удовлетворяет потребности населения в пищевых продуктах. По размеру она производит около пятой части валовой продукции промышленности в Беларуси. В пищевой промышленности занято около 9% всего промышленно-производственных фондов страны.
О большом значении пищевой промышленности свидетельствует и то, что ее продукция составляет более 90% всего потребляемого населением продовольствия.
В состав пищевой промышленности входит много различных производств. При всем разнообразии технологии все эти производства объединяет, прежде всего общность назначения их продукции. Важнейшими отраслями пищевой промышленности являются: мукомольная, крупяная, хлебопекарная, сахарная, кондитерская, мясная, рыбная, консервная, маслобойная, сыроваренная, чайно-кофейная, винодельческая, пивоваренная и др.
Пищевая промышленность характеризуется чрезвычайно широким размещением. Широкому ее размещению способствует большое разнообразие и распространенность ее сырьевых ресурсов. Однако отдельные ее отрасли по особенностям их размещения сильно отличаются друг от друга, и в этом отношении пищевую промышленность можно разделить на три группы отраслей.
Одну группу составляют отрасли, перерабатывающие нетранспортабельное (или малотранспортабельное) сырье (свеклосахарная, плодоперерабатывающая промышленность, винодельческая, винокуренная промышленность). Эти отрасли размещают в районах производства сырья.
Другую группу составляют отрасли, перерабатывающие транспортабельное сырье и выпускающие малотранспортабельную или скоропортящуюся продукцию (хлебопечение, некоторые производства кондитерской, лекарственная, пивоваренная промышленности и др.) их размещают в районах потребления продукции.
В третью группу входят отрасли, которые можно размещать как в сырьевых, так и в потребительских районах (в зависимости от обстоятельств).
Дидактический модуль «Основные технологические процессы пищевых производств» рассчитан на самостоятельное изучение студентами экономических специальностей ряда вопросов организации технологических процессов хлебобулочного производства, переработки мяса и молока. Изучая данную тему, они должны получить четкое понятие о технико-экономических показателях эффективности технологий пищевых производств.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
1. Технология хлебобулочного производства.
2. Технология мяса и мясопродуктов.
3. Технология переработки молока.
1. ТЕХНОЛОГИЯ ХЛЕБОБУЛОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Процесс производства хлеба и булочных изделий слагается из 6 этапов:
1. прием и хранение сырья;
2. подготовка к пуску в производство;
3. приготовление теста;
4. разделка теста;
5. выпечка;
6. хранение выпеченных изделий и отправка их в торговую сеть.
Прием и хранение сырья охватывает период приема, перемещения в складские помещения, последующее хранение всех видов основного и дополнительного сырья, поступающего на хлебопекарное производство. К основному сырью относят муку, воду, дрожжи и соль, а к дополнительному - сахар, жировые продукты, яйца и другие виды сырья.
От каждой партии сырья берется анализ на соответствие их нормативам для производства определенных видов хлебобулочных изделий.
Подготовка сырья к пуску заключается в том, что на основании данных анализов отдельных партий муки, имеющихся на хлебозаводе, сотрудники лаборатории устанавливают целесообразно с токи зрения хлебопекаренных свойств смесь отдельных партий муки. Смешивание муки отдельных партий осуществляется в мукосмесителях, из которых смесь направляется на контрольный просеиватель и в бункер-накопитель, из которого по мере необходимости будет подаваться на приготовление теста.
Вода хранится в емкостях - баках холодной и горячей воды, из которых поступает в дозаторы, обеспечивающих ее необходимую температуру для приготовления теста.
Соль предварительно растворяется в воде, раствор фильтруется, доводится до необходимой концентрации и направляется для приготовления теста.
Прессованные дрожжи предварительно измельчаются и в мешалке превращаются в смеси с водой в суспензию, затем поступают для приготовления теста.
Приготовление теста. При безопарном способе приготовление теста состоит из следующих процессов:
Дозирование сырья. Соответствующими дозирующими устройствами отмериваются и направляются дежу тестомесильной машины необходимые количества муки, воды заданной температуры, дрожжевой суспензии, раствора соли и сахара.
Замес теста. После заполнения дежи необходимыми компонентами включают тестомесильную машину и производят замес теста. Замес должен обеспечивать однородное по физико-механическому составу тесто.
Брожение и обминка теста. В замешенном тесте происходит процесс спиртового брожения, вызываемый дрожжами. Углекислый газ, выделяющийся при брожении разрыхляет тесто, за счет чего оно увеличивается в объеме.
Для улучшения физико-механических свойств тесто во время брожения подвергают одной или нескольким обминкам. Обминка заключается в том, что тесто в деже повторно перемешивается 1 - 3 минуты. Во время обминки из теста механически удаляется излишняя часть углекислого газа.
Общая продолжительность брожения теста составляет 2 -4 часа. После брожения дежу с готовым тестом с помощью дежеопрокидывателя поворачивают в положение, при котором тесто выгружается в бункер - тестоспуск, расположенный под тестоделительной машиной.
Разделка теста. Деление теста на куски осуществляется на тестоделительной машине. Куски теста с делительной машины поступают в тестокруглитель, затем проходят несколько операций по формированию нужной формы хлебобулочного изделия. Поле этого тестовые заготовки проходят окончательную расстройку при tº 35 - 40º и влажности 80 - 85% на протяжении 30 - 55 мин. в специальной камере. Правильное определение оптимальной длительности окончательной расстройки оказывает большое влияние на качество хлебобулочных изделий. Недостаточная длительность расстройки снижает объем изделий, разрыв верхней корки, излишняя - приводит к расплывчатости изделий.
Выпечка. Выпечка тестовых заготовок хлебов массой 500-700г. происходит в пекарной камере хлебопекарной печи при температуре 240-280º в течение 20-24 мин.
Хранение выпеченных изделий и отправка их в торговую сеть. Выпеченные хлебобулочные изделия направляются в хлебохранилище, где укладываются в лотки, которые загружаются в транспорт и перевозятся в торговую сеть.
На хлебобулочные изделия имеются стандарты, по которым определяется их качество. Отклонение от этих стандартов может быть вызвано рядом дефектов и болезней хлеба. Дефекты хлеба могут быть обусловлены качеством муки и отклонениями от оптимальных режимов проведения отдельных технологических процессов производства хлеба, его хранения и транспортировки.
К дефектам хлеба, вызванным качеством муки можно отнести:
Посторонний запах
Хруст на зубах, обусловленный наличием песка в муке.
Горький вкус.
Липкость мякины, если мука смолота из проросшего или морозобойного зерна.
К дефектам хлеба при неправильном проведении технологических процессов относятся:
1.Неправильное приготовление теста.
2.Неправильная разделка теста (растройка).
3.Неправильная выпечка (недостаток или избыток времени выпечки).
Наиболее распространенными болезнями хлеба являются картофельная болезнь и плесневение.
Картофельная болезнь хлеба выражается в том, что мякиш хлеба под действием микроорганизмов, вызывающих эту болезнь, делается тягучим и приобретает неприятный запах. Возбудителями этой болезни являются споровые микроорганизмы, которые имеются в любой муке. Важную роль играют концентрация этих микроорганизмов и температура выпечки хлеба.
Плесневение хлеба вызывается попаданием плесневых грибов и их спор на уже выпеченный хлеб.
2. ТЕХНОЛОГИЯ МЯСА И МЯСОПРОДУКТОВ
Для приемки партии скота по живой массе его рассортировывают по возрастным группам и категориям упитанности в соответствии со стандартами на живой скот. Крупный рогатый скот и молодняк разделяют на три категории: высшую, среднюю и ниже средней. Такая же классификация и у мелкого рогатого скота. Свиньи делятся по категориям: жирные, беконные, мясные и тощие. Птица и кролики делятся на 3 категории: 1, 2 и нестандартную.
Для создания необходимых условий подготовки животных к убою на мясокомбинатах созданы цехи предубойного содержания скота и птицы. Подготовка животных и птицы к убою заключается в освобождении их кишечно-желудочного тракта, чистке и мытья. Для освобождения желудочно-кишечного тракта кормление КРС прекращается за 24 часа, свиней - 12 часов, птицы - 8 часов. Поение животных и птицы не ограничивают.
После предубойной выдержки животные поступают на первоначальную переработку для получения мясной туши. Технологический процесс убоя скота и разделки туш осуществляется в следующей последовательности: оглушение, обескровливание и сбор пищевой крови, отделение головы и конечностей, съем шкуры, извлечение внутренних органов, распиловка туши на две полутуши.
Существует несколько способов оглушения: электрическим током, механическим воздействием, анестизация химическими веществами. Основной способ на мясокомбинатах - электроток.
После оглушения с помощью лебедки или элеватора животные подаются в убойный цех, где первоначально разрезают сонную артерию, зажимом перекрывают пищевод. Затем производится сбор крови (закрытая и открытая системы). После обескровливания с туши снимают шкуру, затем отделяют голову и конечности. Извлечение внутренних органов необходимо делать сразу же после убоя не позднее 30 мин. без повреждения желудочно-кишечного тракта. После извлечения внутренних органов туши распиливают на две половины. Эти полутуши поступают на реализацию или переработку.
Колбасными называют изделия, приготовленные на основе мясного фарша с солью, специями и добавками с тепловой обработкой или без нее. Соленые изделия - это продукты, приготовленные из сырья с неразрушенной или крупноизмельченной структурой.
В зависимости от сырья и способов обработки различают следующие виды колбасных изделий: варенные, полукопченые, копченые, фаршированные, кровяные колбасы и т.д. и т.п.
В течение последующих лет ученые и специалисты разных стран ведут исследования по созданию комбинированных мясопродуктов, сочетающих в себе традиционные потребительские свойства при использовании белка различного происхождения.
Решение задачи создания полноценных комбинированных мясопродуктов необходимо увязывать с развитием нового направления в пищевой технологии - проектированием продуктов питания.
Баночные консервы - это мясопродукты, фасованные в герметичную тару и стерилизованные или пастеризованные нагревом. По видам сырья консервы делят в натуральном соку, с соусами и желе.
По назначению консервы делят на закусочные, первое блюдо, второе блюдо, полуфабрикаты.
По способу подготовки пред употреблением консервы делят на используемые без тепловой обработки, используемые в нагретом состоянии, в охлажденном состоянии.
По длительности срока хранения различают консервы длительного хранения (3-5 лет) и закусочные.
Одной из основных задач технологов мясной промышленности является создание безотходных технологий переработки сырья. Этого можно достигнуть путем совершенствования существующих технологических схем с рациональным использованием запаса сырья, технологического оборудования, транспортных средств.
3. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОКА
Главное условие получения доброкачественных молочных продуктов - соблюдение санитарно-гигиенических правил при дойке и первичной обработке молока, а также условий кормления и содержания животных. Особое внимание необходимо уделять мойке вымени и молочного оборудования. Механическая обработка молока включает очистку от механических примесей и загрязнений биологического происхождения, сепарирование.
Очистка молока от механических примесей может осуществляться с помощью фильтрации под давлением через хлопчатобумажную ткань. Наиболее совершенным способ является использование сепараторов - молокоочистителей, в которых под действием центробежной силы происходит разделение молока и механических примесей. Для механической обработки молока используют кроме центробежных молокоочистителей сепараторы - сливкоотделители, универсальные сепараторы.
Тепловая обработка является важной и обязательной операцией в технологическом процессе производства молочных продуктов. Основная цель нагревания - обезвредить продукт в микробиологическом отношении и в сочетании с охлаждением предохранить от порчи в процессе хранения.
В молочной промышленности широко используются два основных вида тепловой обработки молока нагреванием - пастеризация и стерилизация.
Тепловая обработка молока при температурах ниже точки кипения называется пастеризацией. Цель пастеризации - уничтожение вегетативных форм микроорганизмов в молоке. На практике наиболее распространена кратковременная пастеризация (74-76º С, 20 сек.) молоко проходит через нагретые пластины.
Под стерилизацией понимается тепловая обработка молока при температурах свыше 100º С с целью полного уничтожения вегетативных форм бактерий и их спор. Стерилизованное молоко приобретает привкус кипячения.
На практике применяются следующие режимы стерилизации: I - стерилизация в бутылках при температуре 103-108º С в течение 14-18 мин, II - стерилизация в бутылках и стерилизаторах при температуре 117-120ºС, III - мгновенная стерилизация при температуре 140-142 ºС с разливом в бумажные пакеты.
После пастеризации молоко немедленно охлаждается до различной температуры в зависимости от технологического процесса выработки готового продукта.
Пастеризованное молоко выпускают в мелкой расфасовке, а также в цистернах.
Его вырабатывают по следующей технологической схеме: приемка сырья - качественная оценка - очистка молока (при 35-40ºС), охлаждение пастеризация (74-76ºС) охлаждение (4-6ºС), подготовка тары - укупорка и маркировка - хранение. Срок хранения пастеризованного молока при температуре 8º С не более 20 часов с момента выпуска. Качество пастеризованного молока контролируют по следующим показателям: температура, кислотность, содержание жира, оценка по запаху и вкусу.
Процесс производства пастеризованного молока осуществляется по двум принципиальным схемам: с одно и двухступенчатым режимом стерилизации. При одноступенчатом режиме стерилизации молоко подвергается термической обработке один раз - до или после разлива в бутылки. При этом лучше первый вариант. Технологическая схема: приемка сырья - качественная оценка - очистка - подогрев (75-80ºС) - стерилизация (135-150ºС) - охлаждение (15-20ºС) подготовка тары, разлив - проверка качества.
Более стойкий продукт получается при двухступенчатой стерилизации. При этом способе молоко стерилизуется дважды: до разлива (в потоке) и после разлива (в бутылках).
Топленое молоко - пастеризованное молоко при длительной термической обработке (топление 3-4 час., 95-99ºС).
Молоко с наполнителями: кофе, какао, фруктово-ягодные соки.
Витаминизированное молоко с добавлением витаминов А, Д, С.
Сливки: жирность - 8, 10, 20, 35%
К молочнокислым продуктам относятся: простокваша различных видов, ряженка, кефир, кумыс, йогурт и др. напитки. Общими признаками всех молочнокислых продуктов является брожение, протекающее при сквашивании молока чистыми культурами молочнокислых бактерий.
Различают две группы кисломолочных напитков: полученные только в результате молочнокислого брожения и при смешанном брожении - молочно - кислом и спиртовом.
К 1 группе относятся простокваша, ряженка.
Ко 2 группе - кефир, кумыс.
Существует два способа изготовления кисломолочных напитков: резервуарный и термостойный. Первый способ включает в себя: сквашивание молока в резервуарах - перемешивание - охлаждение в резервуарах - созревание - разлив в бутылки или пакеты. Второй способ состоит из следующих операций: разлив в бутылки - маркировка - охлаждение - созревание в холодильной камере.
Творог получают сквашиванием молока молочнокислыми бактериями с последующим удалением сыворотки. Различают творог из пастеризованного молока, предназначенный для непосредственного употребления в пищу и производства различных творожных продуктов, а также из непастеризованного молока, используемый для производства различных плавленых и других сыров, проходящих термическую обработку.
В зависимости от содержания жира творог делят на жирный (18 % жира), полужирный (9 %) и нежирный. Творог вырабатывается кислотным и сычужно-кислотным способом. По первому способу сгусток в молоке образуется в результате молочнокислого брожения, однако, при таком способе сквашивание жирного молока сгусток плохо отдает сыворотку. Поэтому таким способом получают только обезжиренный творог. Жирный и полужирный творог изготавливают сычужно-кислотным способом…
Сметана вырабатывается путем сквашивания пастеризованных сливок. Вырабатывают сметану жирностью 10 % (диетическая), 20, 25, 30, 36 и 40 % (любительская).
Сквашенные сливки перемешивают, расфасовывают, охлаждают до + 5—8 ° и оставляют на созревание на 24-48 часов.
Мороженое вырабатывают путем замораживания и взбивания молочных или фруктово-ягодных смесей в ассортименте более 50 наименований. Название мороженого зависит от состава, вкусовых и ароматических добавок. Несмотря на значительное разнообразие ассортимента производство мороженого осуществляется по схеме технологического процесса: приемка сырья - подготовка сырья - составление смеси - пастеризация (68° С, 30 минут) - гомогенизация смеси (взбивание) - охлаждение (2-6° С) - фризерование (замораживание) - расфасовка и закаливание (дальнейшее охлаждение) - хранение (18-25° С).
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Алматинский технологический университет
Типовая учебная программа дисциплины «Процессы и аппараты пищевых производств» для студентов дневной формы обучения
Преподаватель: Таубаев Талгат Мухажанович – кафедры «Механизация и автоматизация производственных процессов»
Семестр 2009-2010 учебного года
Специальность: 050727 - Технология продовольственных продуктов, 050728 - Технология перерабатывающих производств
Срок обучения – 4 года
Академическая степень – бакалавр
Название, номер (код) курса и количество кредитов:
Процессы и аппараты пищевых производств
Количество кредитов – 3
Семестр – 2,3
Форма итогового контроля (Final Examination) – Устный экзамен и тестирование. Устныйэкзамен проводит преподаватель, тестирование - ЦТ АТУ.
2.Пререквизиты курса (предварительные требования): высшая математика, физика
3.Постреквизиты: оборудование пищевых производств, технология пищевых производств.
4. Цель курса: Создание у студентов основ теоретической подготовки для овладевания знаниями по специальным курсам. Формирование у студентов научного мышления, понимания физико-химической сущности основных процессов, которые являются общими для многих отраслей пищевой промышленности, а также овладение знаниями принципов устройства и методов расчета аппаратов, предназначенных для проведения этих процессов. Освоение студентами методик проведения экспериментальных исследований, обработки полученных результатов, оценки степени их достоверности и определение погрешности измерений. К окончанию курса студенты должны иметь набор учебно-практических материалов (конспекты лекций, практических и лабораторных занятий, отчеты по СРС).
5.Краткое описание курса: Особенностью курса является изучение общих принципов всех технологических процессов с целью познания их внутренних закономерностей, а также освоение научно обоснованных методов расчета процессов и аппаратов. Курс состоит из лекций, практических и, лабораторных занятий, самостоятельной работы студентов. Курс лекций состоит из 6 разделов (блоков): 1 - общие сведения, классификация и принципы разработки процессов и аппаратов; 2 – основы гидравлики; 3 – гидромеханические процессы; 4 – механические процессы; 5 – тепловые процессы; 6 – массообменные процессы. На лекциях студенты должны получить теоретические знания оп изучаемому предмету. На практических занятиях студенты получают навыки расчета технологических процессов и аппаратов пищевых производств: определение материальных и тепловых потоков, геометрических размеров и конструктивных особенностей аппаратов, их производительности. Лабораторные занятия способствуют приобретению студентами навыков научных исследований, проведения экспериментов и обработки полученных результатов. СРС способствует развитию умения работы с литературными источниками, закреплению навыков в проведении расчетов. Оценка усвоения пройденного материала осуществляется с помощью промежуточного контроля – 3 контрольные работы в форме тестов, финальных экзаменов: устного и тестирования.
6. Информация об оценках:
Промежуточные виды контроля - 60 баллов (проставляет преподаватель)
Финальный устный экзамен - 15 баллов (проставляет преподаватель)
Финальное тестирование - 25 баллов (проставляет ЦТ АТУ)
Максимальное количество баллов, проставляемое за различные виды работ и формы контроля, приведено в таблице 1. Максимальный балл проставляется студенту при полном выполнении задания в указанные сроки, неполное или несвоевременное выполнение не позволяет получить максимальный балл и оценивается в процентах от максимального значения (0, 25, 50 и 75%).
Таблица 1
Итоговые оценки проставляются в балльной, буквенной и традиционной форме.
Сроки проведения промежуточного контроля:
Время сдачи домашних заданий, отчетов по СРС: суббота 9.30-11.20.
Внимание! При успешном освоении курса и своевременном выполнении всех заданий студент имеет право на получение максимальной оценки по финальному устному экзамену на основании своего рейтинга.
7.Данные о преподавателе .
Преподаватель: Таубаев Талгат Мухажанович – преподаватель кафедры «Механизация и автоматизация производственных процессов » АТУ
Офис: Алматы, ул. Толе би, 100, корпус №3, каб. 303
Телефон: 92-47-90 (внутренний - 215)
Время пребывания: 9.00 – 17.00 – ежедневно, кроме субботы и воскресения, в субботу – 9.30 – 12.00.
2 курс, русское отделение:
Лекции, Практические занятия, СРСП, Консультации:
8.Политика и процедура: запрещены опоздания, неуважительные пропуски занятий, несвоевременное предоставление работ, отсутствие на экзамене.
Требования к студентам:
· отработка пропущенных занятий по уважительным причинам в субботу 9.30-11.30;
· активно участвовать в учебном процессе;
· самостоятельно заниматься в библиотеке, дома, в Интернет-классе.
Нормы академической этики: Конфликтные ситуации должны открыто обсуждаться в академических группах.
9. Календарный и тематический план лекций, занятий:
Темы лекций
Лекция (неделя) | Дата | Тема и содержание лекции | Тема СРСП, СРС | Литература (разделы, страницы) |
29.01.2009 | Введение. Цель и задачи дисциплины. Основные понятия и определения. Общие закономерности протекания технологических процессов, их классификация. Основные этапы проектирования аппаратов. Элементы теории подобия и моделирование. Требования, предъявляемые к аппаратам. | Классификация процессов по классам, группам и видам | ||
5.02.2009 | Гидравлика. Свойства жидкостей. Основные законы гидростатики: Эйлера, Паскаля, Архимеда. | Уравнение равновесия Эйлера. Сообщающиеся сосуды. | ||
12.02.2009. | Основы гидродинамики. Режимы движения. Законы гидродинамики: неразрывности, Бернулли. Гидродинамическое подобие. | Распределение скоростей жидкости. Уравнение движения Эйлера. | ||
19.02.2009 | Истечение жидкостей. Основы реологии. | Критерии гидродинамического подобия. | ||
26.02.2009 | Гидравлические машины. Насосы. Компрессорные машины. | Характеристика центробежного насоса. | ||
09.10.2009 | Гидромеханические процессы. Характеристики дисперсных систем. Перемешивание и диспергирование. Пенообразование, взбивание, псевдоожижение. | Распыливание жидкостей. Процессы мойки. | ||
7 – 1 рейтинг | 5.03.2009 | Разделение гетерогенных жидкостных систем. Разделение в поле силы тяжести и в поле центробежных сил. | Сепараторы. | |
12.03.2009 | Фильтрование, мембранные методы разделения. Обратный осмос, ультрафильтрация. Газоочистка. | Газоочистка. | ||
19.03.2009. | Механические процессы. Основные понятия. Измельчение материалов. Основы теории измельчения. Циклы и способы измельчения. Прессование. Сущность и назначение процессов, их классификация. Основные факторы, влияющие на процесс прессования. Аппаратурное оформление процессов. | Смешивание и сортировка сыпучих материалов. | ||
26.03.2009 | Тепловые процессы. Общие сведения. Сущность и способы тепловой обработки. Теоретические основы теплообмена. Теплопроводность, теплоотдача, теплопередача, тепловое излучение, смешанный теплообмен. Основные критерии теплового подобия. | Критериальные уравнения. | ||
2.04.2009 | Типы теплообменных аппаратов, классификация, устройство, применение. Основы расчеты тепловой аппаратуры. Интенсификация тепловых процессов. | Аппараты с рубашкой, с внутренней поверхностью теплообмена, с лучистым теплообменом. | ||
9.04.2009 | Специфические процессы общего назначения. Пастеризация, стерилизация, выпаривание. Основы расчета и аппараты. Процессы замораживания и размораживания их виды и сущность, уравнения теплового и материального балансов, аппараты. | Процессы варки и жарки. | ||
16.04.2009 | Массообменные процессы. Теоретические основы массообменных процессов. Уравнение молекулярной диффузии. Массопроводность, массоотдача, массопередача. Классификация массообменных процессов. | Вывод уравнения молекулярной диффузии. | ||
23.04.2009 | Сорбционные процессы. Абсорбция и адсорбция. Основные понятия, уравнение фазового равновесия, материальный баланс процессов, аппараты. Экстракция. Сущность и назначение процесса, уравнение материального баланса, аппараты. Ректификация и простая перегонка. Сущность процессов, материальный и тепловой баланс, аппараты. | Десорбция. | ||
15 – 2 рейтинг | 30.04.2009 | Сушка. Физическая сущность процесса, влаго- и термовлагопроводность. Кинетика сушки, кривые сушки и скорости сушки. Основы расчета процесса. Виды сушки, аппараты. Растворение и кристаллизация. Сущность и назначение процессов. Кинетическое уравнение и его анализ, аппаратурное оформление. | Физические, химичесике и электрофизические методы обработки пищевых продуктов. |
10. Календарный и тематический план лабораторных занятий.
Перечень лабораторных работ (методические указания к лабораторным работам получить у преподавателя на кафедре МАПП, корп. №1, ауд. № 609).
Семестр 2
Конспект лекций по курсу «Процессы и аппараты пищевых производств»
ЛЕКЦИЯ 1
ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
В основе всех технологических производств лежат законы сохранения энергии и массы:
1. тепловой баланс
2. материальный баланс
Теплота в изобарных условиях без изменения агрегатного состояния:
Процесс – последовательные и закономерные изменения в системе, приводящие к возникновению в ней новых свойств.
Машина – механизм (их сочетание) предназначенных для преобразования механической энергии в полезную работу.
Аппарат – устройство для проведения какого-либо процесса.
Классификация процессов:
1. Организационно-техническая:
А) периодический
Б) непрерывный
В) комбинированный
2. По отношению ко времени:
А) установившиеся П≠ f (τ) П – параметр процесса
Б) неустановившееся П= f (τ)
3. По кинетическим закономерностям:
Скорость процесса прямо пропорциональна движущейся силе и обратно сопротивлению:
где х – движущая сила.
А) гидромеханические: X r =Δp
Б) механические: X M =ΔF
В) тепловые:X T =Δt
Г) массообменные: X мо =Δс
Д) химические
Е) микробиологические
Ж) электрофизические: X эл =ΔU
Для описания состояния и его изменения различных тел используют физические величины, для их измерения – единицы системы СИ.
Разработка новых процессов и аппаратов состоит из нескольких стадий:
1. Разработка технического предложения
2. Создание эскизного проекта
3. Создание технического проекта
4. Создание конструкторской документации
Данные стадии предусматривают аналитические и экспериментальные исследования – для этого теория моделирования:
1. Математическое моделирование:
1.1. Детерминированный подход – анализ элементарных явлений.
1.2.Стохатический – изучение влияния входных параметров на выходные.
2. Физическое моделирование – изучение процессов на конкретных моделях.
Основы теории подобия:
1. Процессы, происходящие в модели и натуральном аппарате, должны описываться одинаковыми уравнениями
2. Модель должна быть геометрически подобна натуральному образцу
3. Значения начальные и граничных условий процесса, выраженные в виде критериев, должны быть одинаковыми.
4. Все критерии и безразмерные компоненты во всех сходных точках должны быть одинаковыми.
Требования, предъявляемые к аппаратам:
1. Технологические – качество, короткое время, энерго-ресурсосберегающие.
2. Эксплуатационные – простота обслуживания при минимальных затратах и времени, доступность для ремонта и чистки.
3. Энергетические – энергосбережение.
4. Конструктивные – унификация, стандартизация, снижение материалоемкости, эстетичность и т.д.
5. Экономические
6. Защита окружающей среды.
ЛЕКЦИЯ 2
ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ
Жидкость рассматривают как непрерывно материальную среду.
Ее свойства:
1) плотность (кг/м 3)
2) удельный объем
3) упругость (коэффициент объемного сжатия)
модуль объемной упругости
4) коэффициент температурного расширения
5) Поверхность натяжения
6) Капиллярность
7) Вязкость
Где v – скорость, h – линейный размер поперечного сечения
Согласно уравнению Ньютона для ньютоновской жидкости удельная сила трения определяется:
Неньютоновские жидкости (Бингама) – тесто, фарш, творог.Для них: (2)
s ут – удельная сила трения, Па
s пт – предельное значения силы трения (Па), свыше которого жидкость приходит в движение.
Гидростатика
Основное уравнение гидростатики Эйлера :
(1)
(2)
Закон Паскаля
Обозначим h = Z 1 - Z 2 – глубина погружения.
Тогда из уравнения (2):
Давление на глубине h увеличивается на величину гидростатического давления gh.
Следствие: Давление создаваемое в любой точке передается всем точкам объема жидкости.
Закон Архимеда :
На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила равная весу вытесненной воды.
Рисунок 2.2- К закону Архимеда Рисунок 2.3 – Сообщающиеся сосуды
dp 1 = ж gh 1 dS
p 2 = ж gh 2 dS
dp b = dp 2 - dp 1 = ж ghdS
Сила тяжести p b = r t gV
Результирующая: р r =р т -p b =V(r т -r ж)g
Если r т >r ж , то (+ Р р) – тело тонет.
Если r т
Сообщающиеся сосуды
Отсюда: , если , то
ЛЕКЦИЯ 3
Гидродинамика
Изучает закономерности движения жидкостей.
Основные понятия:
1.Объемный расход V = v ср S
2.Массовый расход М=r v ср S
3.Средняя скорость v с р=
Гидравлический радиус канала r гид = , П - смоченный периметр
Эквивалентный диаметр: d э =4r гид
Режимы течения
1. Ламинарный - слои жидкости движутся параллельно друг другу без ускорения или равноускоренно.
2. Турбулентный – слои перемешиваются, наблюдаются завихрения и пульсации.
Рисунок 2.4 – Распределение Рисунок 2.5 – К уравнению скоростей неразрывности
Критерий Рейнольдса:
Rе=
Re кр =2320
v max = (p 1 -p 2) v r = v max ()
Уравнение неразрывности
V = v ср S = const
Объемный расход через любое сечение потока жидкости величина постоянная.
Уравнения движения Эйлера
- ускорение
M - сила, вызывающая движение m=rdV
Рисунок 2.6 – К уравнениям движения Эйлера
На элементарный объем действует силы давления и тяжести:
В равновесии приравниваем к силам вызывающим движение. После преобразования:
(1)
Уравнение Бернулли
Сложив и продифференцировав (1), получаем уравнение Бернулли для идеальной жидкости (без трения):
Рисунок 2.7 – К уравнению Бернулли
В соответствии с рисунком 2.7 с учетом потерь напора на преодоление сил трения можно записать:
(для реальной жидкости)
где , - полный напор Н
Z 2 – геометрический напор
Статический (пьезометрический) напор
Скоростной (динамический) напор
h – потеря напора. Возникает за счет трения. Коэффициенты потери напора по длине трубопровода:
ламинарный , турбулентный
Гидравлические сопротивления (трение и места возникновения):
1. Вводный и переходной патрубки 4. Поворот трубы
2. Сосуд большого объема 5. Вентили, краны
3. Сужение, расширение
Энергетический смысл уравнения Бернулли:
H – полная энергия;
Z – потенциальная энергия;
– удельная кинетическая энергия
Основы гидродинамического подобия
1. Геометрическое подобие
2. Гидродинамическое подобие – подобны поля физических величин характеризующих явление
критерий Ньютона ;
; Ne м – модель, Ne н – натура.
Критерий Фруда: , - соотношение силы тяжести и инерции;
Критерий Эйлера: , - соотношение силы давления и инерции;
Критерий Галлилея: , - соотношение силы вязкого трения и тяжести;
Критерий Грасгофа: , - соотношение силы вязкого трения и подъемной сила;
Критерий гомохронности: - неустановившийся характер движения.
Расчет диаметров трубопроводов
Важно при проектировании
Уравнение объемного расхода: . Отсюда определяют диаметр:
1¸3 м/с (для капельных жидкостей)
8 – 15 м/с (газ, воздух при небольшом давлении)
15 – 20 м/с (газ, воздух при высоком давлении)
20 – 30 м/с (насыщенный пар)
30 – 50 м/с (перегретый пар)
ЛЕКЦИЯ 4
Истечение жидкости
Используем уравнение Бернулли. Сначала исследуем истечение при постоянном уровне:
Н и – избыточное давление в метрах водяного столба.
Для получения струй применяются насадки (l /d=3¸5)
1 - Цилиндрические (j и =0,8), 2 - Конические: А - сужающиеся (j и =0,9–0,95, для дальнобойной струи), Б – расширяющиеся (j и =0,5–0,55, для большого расхода при малой кинетической энергии), 3 – Коноидальные (j=0,97).
Рисунок 2.9 - Насадки
Сила действия струи:
На плоскую стенку: F=rVu
На выпуклую стенку: F=rVu(1 – Cos a)
На вогнутую стенку: F=2rVu
Основы реологии
Неньютоновские жидкости (3 основные группы):
1. Скорость сдвига зависит от направления и не зависит от продолжительности воздействия – вязкие:
а) бингамовские s>s кр – коэффициент пластической вязкости (густые суспензии, пасты);
б) псевдопластичные малые значения s кр – кажущаяся вязкость h к, который уменьшается с увеличением градиента скорости (суспензии с асимметричными частицами);
в) дилантные - h к растет с увеличением градиента скорости (суспензии с большим количеством твердой фазы);
а) тиксотропные – со временем падает напряжение сдвига (разрушается структура);
б) реопектические – со временем растет напряжение сдвига.
3. Вязкоупругие (максвелловские) – текут при приложении напряжения, а после снятия восстанавливают частично форму (тесто).
При расчете трубопроводов определяют объемный расход:
где М – массовый расход, кг/с.
Затем - диаметр:
ЛЕКЦИЯ 5
Гидромашины
Технологические процессы требуют перемешивание, перекачивание, подвод и отвод жидкостей и газов.
Для жидкостей – насосы;
Для газов – компрессорные машины.
Определение напора, создаваемого насосом
Рисунок 2.10 – Определение необходимого напора насоса
Н г – высота геометрического подъема жидкости. Называют также полным напором;
Н н – высота нагнетания;
Н в – высота всасывания.
Н гсв – гидросопротивление во всасываемом трубопропроводе;
Н гсн – гидросопротивление в нагнетающем трубопроводе.
Если давление в резервуарах различно:
Теоретическая высота всасывания может быть равна атмосферному давлению, однако сильно зависит от температуры (закипание).
Так при t = 0 o C ® H B = 9 м, а при t = 65 o C ® H В =0
Насосы делятся на:
1) поршневые (плунжерные): простого и двойного действия, многоплунжерные
Рисунок 2.11 – Плунжерный насос
Двойного действия
2) центробежные: одно- и многоступенчатые – для перемешивания маловязких жидкостей. Перед пуском должен быть заполнен, поэтому устанавливается ниже уровня жидкости (рисунок 2.12)