Загальні положення харчової технології

Вступ

РОЗДІЛ І. Загальні положення

Загальні положення харчової технології

План

1. Завдання та зміст предмету.

2. Класифікація та характеристика основних процесів.

3. Матеріальний та енергетичний баланси. Швидкість протікання процесів, їх кінематичні закономірності.

1. Учення про процеси і апарати народилося наприкінці 19 століття одночасно і незалежно в Росії та США. Основні начала цієї дисципліни були покладені Д.І.Менделєєвим, який в 1897 році в книзі «Основи фабрично-заводської промисловості» вперше чітко сформулював класифікацію основних процесів хімічної технології.

Великий внесок в розвиток даної дисципліни вклали вчені А.К. Крупський, І.А. Тіщенко, американські вчені Люіс, Уокер, Мак-Адамс, польські вчені Зюлковський, Циборовський.

2. В курсі «Процеси і апарати» вивчається фізико-хімічна сутність основних процесів, які є загальними для багатьох галузей харчової промисловості, а також принципи будови та методи розрахунку апаратів, призначених для проведення цих процесів.

Під час становлення курсу «Процеси і апарати харчових виробництв» визначились 4 основні групи вивчаємих процесів: механічні, гідродинамічні, теплові та масообмінні.

До механічних відносяться процеси, основою яких є механічний вплив на матеріали (подрібнення, сортування, пресування). Рухомою силою цих процесів є сила механічного тиску та відцентрова сила.

До гідродинамічних відносяться процеси, основою яких є рух в рідких та газоподібних системах (перемішування, фільтрування, осідання). Рухомою силою цих процесів є гідростатичний та гідродинамічний тиск.

До теплових відносяться процеси основою яких є змінення тепловогостану середовищ,які приймають участь в процесі (нагрівання, охолодження, випарювання,конденсація). Рухомою системою цих процесів є різниця між температурами двох середовищ.

До масообмінних відносяться процеси, основою яких є масообмін між фазами (абсорбція, адсорбція, екстракція, сушка, перегонка). Рухомою силою цих процесів є різниця концентрацій речовин в різних фазах.

Кожен з цих процесів може протікати періодично, безперервно та напівбезперервно.

3. Закони збереження маси і енергії, які відкрили М.В. Ломоносов, Лавуазьє і Джоуль, відіграють в науці о процесах і апаратах основну роль. Вони встановлюють, що в природі і техніці мають місце тільки такі перетворення, при яких маса і енергія всередині системи залишаються незмінними. В науці о процесах і апаратах ці закони набувають форму матеріальних та енергетичних балансів.

Матеріальний баланс

Матеріальний баланс, заснований на законі збереження маси,складають для визначення витрат вихідних речовин або виходу готових продуктів.

Припустимо, що в апараті відбувається будь-який процес.

А

ВВ

С

Д

Е

В цей апарат поступають компонентним А, В і С, які беруть участь у процесі. Це можуть бути гази, пара, рідина або тверді тіла. В результаті процесу, який відбувається в апараті, з нього виходить готовий продукт Д і втрати Є. Згідно закону збереження речовини масова кількість речовин М_А, М_В, М_С, які поступили на перероблення, дорівнює масовій кількості отриманого продукту.

М_Д – прихід речовини дорівнює її витратам. З урахуванням витрат М_Є, які мають місце у виробництві, матеріальний баланс має вигляд:

М_А + М_В + М_С = М_Д + М_Є,

де М_А, М_В, М_С – маса речовин А, В, С, що поступили на перероблення;

М_Д – маса готового продукту;

М_Є – маса втрат.

Енергетичний баланс

Qзов

Qвитр

QD

QA

QB

QC

Кожен компонент, який входить в апарат та виходить з нього, є носієм визначної кількості енергії. Це теплота, що вноситься або виноситься матеріалом, це і кінематична енергія рухомих потоків, і це витрати енергії в результаті протікання процесів.

Енергетичний баланс складають на основі закону збереження енергії, згідно якому у будь – якому процесі прихід енергії (теплової, механічної або електричної) дорівнює її витратам.

Рівняння енергетичного балансу має вигляд:

Q_A + Q_B+Q_С+Q_ЗОВ=Q_P+Q_ВИТ,

де Q_A, Q_B, Q_С – кількість теплоти, що була введена з компонентами А, В, С; Дж;

Q_ЗОВ – кількість енергії, що була введена зовні, Дж;

Q_P – кількість енергії, виведеної з готовим продуктом, Дж;

Q_ВИТ – кількість енергії, загубленої в оточуючий простір, Дж.

4. Для практичних розрахунків важливо знати шкідливість процесу в різних його стадіях, або так звану кінетику процесу.

Кінетика вивчаємих процесів виражається наступним законом: швидкість процесу прямо пропорційна рухомій силі і зворотно пропорційний опору.

У відповідності з цим законом напишемо основні кінетичні рівняння

1. При руху рідини або газу через живий переріз апарату:

де – об’єм рідини або газу;

F – живий переріз апарату;

r – тривалість процесу;

– перепад тиску в апараті – рухома сила гідродинамічного процесу;

– гідравлічний опір апарату;

- – коефіцієнт швидкості.

2.При передачі тепла крізь поверхню теплообміну:

де – кількість тепла;

– поверхня теплообміну;

– різниця між температурами – середовищ – рухома сила теплових процесів;

– термічний опір;

– коефіцієнт теплопередачі.

3.При переносі речовини з однієї фази в іншу через поверхню контакту фаз:

де – кількість перенесеної речовини;

– поверхня контакту фаз;

– різниця концентрацій речовини в фазах – рухома сила масообмінних процесів;

– опір при асо передачі;

– коефіцієнт масо передачі;

Коефіцієнт К₁, К₃, К₂ звичайна знаходять дослідним шляхом.

Д/з [1] с. 5-9, [2] с. 9-12