1. Классификация оборудования пищевых производств и требования к нему
Все технологические машины и аппараты можно классифицировать по виду процессов, происходящих в сырье, полуфабрикатах и готовых изделиях в ходе технологической обработки. В этом случае технологические машины и аппараты могут быть объединены в следующие группы:
технологические машины и аппараты для выполнения гидромеханических процессов (оборудование для осаждения, фильтрования, псевдосжижения, перемешивания, мойки, очистки, разделки, протирки);
технологические машины и аппараты для выполнения теплообменных и массообменных процессов (оборудование для тепловой обработки, экстракции, сушки и выпечки);
технологические машины и аппараты для выполнения механических процессов (оборудование для измельчения, взвешивания, дозирования, прессования, просеивания, калибрования, формования, упаковывания).
Требования, предъявляемые к аппаратам
Целесообразно построенный аппарат должен удовлетворять эксплуатационным, конструктивным, эстетическим, экономическим требованиям и требованиям техники безопасности.
Эксплуатационные требования
Соответствие аппарата целевому назначению. Целевое назначение аппарата заключается в создании условий, оптимальных для проведении процесса. Эти условия определяются типом процесса, агрегатным состоянием обрабатываемых масс, их химическим составом и физическими свойствами (вязкость, упругость, пластичность и т.п.). Аппарату должна быть придана форма, которая обеспечила бы необходимые технологические условия протекания процесса (давление, при котором проходит процесс; скорость движения и степень турбулизации потока обрабатываемых масс; создание необходимого контакта фаз; механические, тепловые, электрические и магнитные воздействия). Рассмотрим элементарный пример. Требуется подогреть и перемешать вязкий раствор, содержащий взвешенные частицы термонеустойчивого вещества (например, раствор сахара, содержащий кристаллы сахаря). Для этой цели могут быть применены два аппарата. В аппарате, изображенном на рис. 1, неизбежно осаждение частиц твердого вещества на дне и в углах. В этих местах будет происходить пригорание и разрушение продукта. Следовательно, форма этого аппарата но создает необходимых для протекания процесса условий. В большей степени удовлетворяет целевому назначению аппарат, изображенный на рис. 2. Аппарат имеет сферическое днище, сопряженное г цилиндрическим корпусом, и мешалку якорного типа. Все эго предотвращает образование осадка и пригорание его на стенках днища. Из приведенного примера видно, что, для того чтобы сконструировать аппарат, необходимо знать и учитывать свойства обрабатываемой системы. Пренебрежение технологическими требованиями ведет к порче продукта.
Высокая интенсивность работы аппарата. Одной из основный характеристик аппарата является его производительность-количества сырья, перерабатываемого в аппаратах за единицу времени, или количество готового продукта, выдаваемого аппаратом за единицу времени. При выработке штучных изделий производительность выражается количеством штук изделии за единицу времени. При выработке массовой продукция производительность выражается в массовых или объемных единицах за единицу времени. Интенсивность работы аппарата - это его производительность, отнесенная к какой-либо основной единице, характеризующей данный аппарат. Так, интенсивность работы сушилки выражается количеством удаленной из материала за 1 ч воды, отнесенным к 1 м3 объема сушилки; интенсивность работы выпарных аппаратов - количеством выпариваемой за 1 ч воды, отнесенным к 1 м2 поверхности нагрева.
Очевидно, что для достижении большой производительности при малых габаритных размерах аппаратов интенсификация процесса является основной задачей производства. Пути, которыми она достигается, различны для разных типов аппаратов. Однако можно установить некоторые общие методы повышения интенсивности работы аппаратов, не зависящие от их устройства. Интенсификация может быть достигнута, например, путем замени периодических процессов непрерывными: при этом ликвидируются затраты времени на вспомогательные операции, становится возможной автоматизация управления. В ряде случаев интенсивность работы аппарата может быть повышена увеличением скоростей движения его рабочих органов. Устойчивость материала аппарата против коррозии. Материал, из которого построен аппарат, должен быть устойчивым при воздействии на него обрабатываемых сред, В свою очередь, продукты взаимодействия среды и материала не должны обладать вредными свойствами в том случае, если продукт используется для питания. Малый расход энергии. Энергоемкость аппарата характеризуется расходом энергии на единицу перерабатываемого сырья или выпускаемой продукции. При прочих равных условиях аппарат считается тем совершеннее, чем меньше энергии расходуется на единицу сырья или продукции. Доступность для осмотра, чистки и ремонта. Для правильной эксплуатации аппарата его подвергают систематическим осмотрам, чистке и текущему ремонту. Конструкция аппарата должна обеспечивать возможность производить эти операции без длительных остановок. Надежность. Надежность аппарата и машины - способность выполнять заданные функции, сохранить свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность аппарата обусловливается его безотказностью, ремонтопригодностью, долговечностью. Надежность и долговечность - показатели, имеющие большое значение и определяющие целесообразность устройства аппарата. Требования техники безопасности. Эргономика На социалистических предприятиях к аппаратам предъявляются требования безопасности к удобства обслуживания. Аппарат должен быть рассчитан и сооружен с надлежащим запасом прочности, снабжен оградительными устройствами для движущихся частей, предохранительными клапанами, автоматическими выключателями и другими приспособлениями для предотвращения взрывов и аварий. Операции по загрузке сырья и выгрузке готовой продукции должны быть удобны и безопасны для рабочего персонала. Это обеспечивается целесообразной конструкцией люков и вентилей. Наиболее безопасны герметически закрытые аппараты непрерывного действия с непрерывным потоком материалов. Для удобства обслуживания управление аппаратом должна производиться из одного пункта, где установлен пульт управления. Это особенно легко осуществить, если организованы дистанционный контроль и дистанционное управление аппаратом. Высшей формой является полная автоматизация контроля и управления. Управление аппаратом не должно требовать значительной затраты физического труда. В условиях технической революции большое значение получила эргономика - наука о приспособлении условии труда к человеку. Эргономика рассматривает практические вопросы, возникающие при организации работы человека, с одной стороны, и механизмом и элементов материальной среды - с другой, В современных условиях, когда человек, управляющий процессом, имеет дело с быстропротекающими интенсивными процессами, возникает насущная потребность приспособления их к. физиологическим и психологическим возможностям человека дли обеспечения условий наиболее эффективной работы, которая не создает угрозы здоровью человека и выполняется им при меньшей затрате сил. При построении аппаратов требования эргономики заключаются в том, чтобы трудовой процесс аппаратчика был приспособлен к его физическим и психическим возможностям. Это должно обеспечить максимальную эффективность труда и устранить возможную угрозу для здоровья. Еще одно важное требование, специфическое для аппаратов пищевых производств, вытекает из назначении продукции пищевых предприятий. На пищевых производствах должны быть обеспечены высокие санитарно-гигиенические условия, предотвращающие возможность инфицирования продукции или загрязнения ее продуктами воздействия среды и материала, из которого построек аппарат. Это обеспечивается герметичностью аппаратов, конструктивными формами, позволяющими производить тщательную очистку, автоматизацией, дающей возможность вести процесс без прикосновения человеческих рук, подбором соответствующего материала для построения аппарата. Конструктивные и эстетические требования К эти и группе относятся требования, связанные с проектированием, транспортированием и установкой аппарата. Основные из них следующие: стандартность и заменяемость деталей аппарата; наименьшая трудоемкость при сборке; удобство транспортирования, разборки и ремонта; минимальная масса как всего аппарата, так и его отдельных частей. Рассмотрим требования, предъявляемые к массе аппарата. Уменьшение массы аппарата снижает его стоимость. Оно может быть достигнуто за счет устранения излишних запасов прочности, а также при изменении формы аппарата. Так, при конструировании аппаратов цилиндрической формы, если представляется возможность, следует выбирать такое отношение высоты к диаметру, при котором отношение площади поверхности к объему будет минимальным. Известно, что площадь поверхности цилиндрических сосудов с плоскими крышками минимальна при Н/Д = 2. При таком отношении минимальна и масса металла, расходуемого на построение цилиндрического аппарата. Расход металла может быть уменьшен также при замене плоских крышек выпуклыми. Во многих случаях к значительному уменьшению массы аппарата приводит переход от клепаных конструкций к сварным, рационализация устройства отдельных узлов, применение металлов повышенной прочности и пластических материалов (текстолита, винипласта и др.). При проектировании аппаратов необходимо также обращать внимание на технологичность оборудования. Технологичной (с точки зрения машиностроения) называют такую конструкцию, которая может быть изготовлена с наименьшими затратами времени и труда. Аппарат должен иметь по возможности приятную для взгляда форму и окраску. Экономические требования Понятие об оптимизации при проектировании. Экономические требования, предъявляемые к аппаратам, могут быть разделены на две категории: требования к проектированию и сооружению аппаратов и требования к построенной машине, находящейся в эксплуатации. С точки зрения этих требований стоимость проектирования, сооружении и эксплуатации машины должна быть возможно более низкой. Аппараты, удовлетворяющие эксплуатационным и конструктивным требованиям, неизбежно отвечают также и экономическим требованиям. При внедрении новой техники и более современных аппаратов может случиться, что более современный аппарат окажется более дорогим. Однако в этом случае, как правили, стоимость эксплуатации аппаратов уменьшается, а качество продукции улучшается, и, таким образом, внедрение нового аппарата становится целесообразным. Более подробно экономические требования рассматриваются в курсах организации производства и экономики промышленности. При проектировании аппарата необходимо стремиться к тому, чтобы процесс, протекающий в нем, осуществлялся в оптимальном варианте. Задача оптимизации заключается к той, чтобы выбрать такой вариант, при котором величина, характеризующая работу аппарата (критерий оптимальности), имела оптимальное значение. В качестве критерия оптимальности чаще всего выбирают стоимость продукции. В таком случае перед проектировщиком ставится задача - спроектировать аппарат с такими данными, которые обеспечат минимальную себестоимость продукции. Главнейшим этапом оптимизации являются выбор критерия оптимизации и составление математической модели аппарата. Пользуясь этой моделью, при помощи электронных вычислительных машин находят оптимальный вариант решения . полирование шлифование пищевой 2. Механические процессы
Шлифование
Шлифование и полирование применяется при переработке проса, овса и кукурузы (шлифование), риса, гороха, ячменя и пшеницы (шлифование и полирование). При шлифовании с поверхности шелушенного зерна удаляют плодовые и семенные оболочки, частично алейроновый слой и зародыш. Шлифование улучшает внешний вид, сохраняемость и кулинарные свойства крепы. Однако шлифование снижает биологическую ценность крупы, так как с клетчаткой и пентозанами удаляется значительная часть витаминов, полноценных белков, минеральных веществ, находящихся в зародыше, алейроновом слое и наружных частях мучнистого ядра . Вальцедековый станок СВУ-2
(рис.) предназначен для шелушения гречихи и проса. Имеет одну деку. Зерно шелушится между абразивным барабаном и неподвижной абразивной или резиновой декой.
Вальцедековый станок СВУ-2
Из приемного бункера 7 посредством питающего валка 2 и шарнирной заслонки 3 зерно, распределяясь по длине вращающегося барабана 4 и деки 5, попадает в рабочую зону 6. Основа барабана - цилиндр из листовой стали с угольниками 7, расположенными по образующим. Для регулирования размера и формы рабочей зоны служит механизм, состоящий из декодержателя 8 и подвижной части 9 суппорта, которые посредством гайки 10 и винта 77 могут перемещаться по суппорту 12. Поворачивая винт посредством штурвала 14, можно изменять размер и форму рабочей зоны станка. Это необходимо, например, для шелушения гречихи, когда требуется придать рабочей зоне серповидную форму. В нижней части декодержателя установлены с обеих сторон штыри 18, соединенные с винтовой тягой 19. Поворачивая маховик 20, можно изменять положение деки и придавать рабочей зоне клиновидную форму - оптимальную для шелушения проса. Продукты шелушения удаляются из машины через патрубок 17. Машина приводится в движение от электродвигателя 15 через клиноременную передачу 16. Для того чтобы снять деку, суппорт 12 вместе с декой поворачивают на соответствующий угол вокруг оси 13. Достаточно высоких технологических показателей достигают, применяя для шелушения гречихи песчаниковые барабан и деку, а для шелушения проса - абразивный барабан и эластичную деку из специальных резинотканевых пластин марки РТД. Для шелушения гречихи необходимо через 24…36 ч насекать песчаниковый барабан и деку бороздками глубиной 1,0…1,2 мм с наклоном 4…5° к образующей. Число бороздок принимают 4…6 на 1 см окружности барабана в зависимости от крупности обрабатываемых зерен. При шелушении проса нужно каждые 3…4 дня восстанавливать шероховатую поверхность абразивного барабана и притирать к валку прорезиненную деку. Рабочая поверхность барабана при обработке: гречихи - песчаниковая, проса - абразивная. Рабочая поверхность деки при обработке: гречихи - песчаниковая, проса - резиновая. Форма рабочей зоны станка при шелушении: гречихи - серповидная, проса - клиновидная. Шелушильно-шлифовальная машина A1-ЗШН-З
(рис. 4) предназначена для шелушения ржи и пшеницы при обойных помолах и ржаных сортовых помолах на мукомольных заводах, шлифования и полирования ячменя при выработке перловой крупы, шелушения ячменя на комбикормовых заводах. Ситовой цилиндр 4 машины установлен в корпусе 5 рабочей камеры, вал 3 с абразивными кругами 6 вращается в двух подшипниковых опорах 8 и 12. В верхней части он пустотелый и имеет шесть рядов отверстий, по восемь отверстий в каждом ряду.
Шелушильно-шлифовальная машина Al-ЗШН-З
На машине установлены приемный 7 и выпускной 1 патрубки. Последний снабжен устройством для регулирования продолжительности обработки продукта. Отводящий трубопровод крепят к фланцу патрубка, установленного в зоне кольцевого канала (для вывода мучки) корпуса 2. Привод машины осуществляется от электродвигателя 9 через клиноременную передачу 11. Корпус 5 рабочей камеры присоединен к корпусу 2, который в свою очередь устанавливается на станине 10. Зерно, подлежащее обработке, через приемный патрубок поступает в пространство между вращающимися абразивными кругами и неподвижным перфорированным цилиндром. Здесь благодаря интенсивному трению при продвижении зерна к выпускному патрубку происходит отделение оболочек, основная масса которых через отверстия перфорированного цилиндра и далее через кольцевую камеру удаляется из машины. С помощью клапанного устройства, размещенного в выпускном патрубке, регулируют не только количество выпускаемого из машины продукта, но и одновременно время его обработки, производительность машины и технологическую эффективность процесса шелушения, шлифования и полирования. Воздух засасывается через пустотелый вал и имеющиеся в нем отверстия, проходит через слой обрабатываемого продукта. Вместе с оболочками и легкими примесями через ситовой цилиндр он поступает в кольцевую камеру и далее в аспирационную систему. Одна из наиболее часто встречающихся неисправностей - повышенная вибрация машины, которая происходит из-за износа абразивных кругов. Большой износ кругов приводит также и к уменьшению интенсивности обработки. Поэтому за состоянием кругов необходимо тщательно следить и своевременно заменять их. При замене перфорированного цилиндра необходимо освободить от крепления только одну крышку, снять ее, а затем через образовавшуюся кольцевую щель вынуть цилиндр. Шелушильно-шлифовальные машины Al-ЗШН-З выпускают в четырех исполнениях с абразивными кругами для различных размеров зерен (от 80 до 120). (рис. 5) предназначена для шлифования риса-крупы.
Шлифовальная машина А1-БШМ - 2,5
Шлифованию подвергается шелушеный рис с содержанием нешелушеных зерен не более 2%. Шлифовальная машина состоит из двух шлифовальных секций 15 и 19, смонтированных в корпусе, и рамы 4. Каждая шлифовальная секция имеет питатель 18, приемный патрубок 12, откидную крышку 16, ситовой барабан 9, шлифовальный барабан 8, разгрузитель и электродвигатель 20. Машина снаружи закрыта стенками 7 и 7. Под шлифовальными секциями 15 и 19 установлен бункер 2 для сбора и вывода мучки из машины. Привод имеет защитное ограждение 13 и дверцу 14 для технического обслуживания. Шлифовальный барабан 8 набран из абразивных кругов. Со стороны поступления продукта он имеет шнековый питатель 10, а со стороны выхода - крыльчатку 5. Разгрузитель 6 представляет литой стакан с отверстием, которое перекрывается грузовым клапаном. На рычаге клапана по резьбе перемещается груз. Рисовая крупа через питатель поступает в шлифовальную секцию и шнеком подается в рабочую зону, где, проходя между вращающимися шлифовальным и ситовым барабанами с гонками, подвергается шлифованию. Мучка при этом через сито просыпается в бункер 2 и выводится самотеком из машины. Шлифованная крупа, преодолевая усилие грузового клапана, поступает в патрубок 3 и также выводится из машины. Настройка шлифовальной машины заключается в выборе оптимальной продолжительности обработки рисовой крупы. Для этого, как указано выше, разгрузители снабжены грузовыми клапанами, позволяющими путем изменения положения грузов на рычагах регулировать усилие подпора в рабочей зоне. Наблюдая визуально через люк разгрузочного патрубка за выходящим продуктом, а также за нагрузкой электродвигателя по показанию амперметра, подбирают требуемое усиление грузового клапана и положение нижней заслонки питателя .
3. Гидромеханические процессы
Основные закономерности фильтрования
Ввиду небольшого размера отверстий в слое осадка и фильтровальной перегородке, а также малой скорости движения жидкой фазы в них можно считать, что фильтрование протекает в ламинарной области. При этом условии скорость фильтрования в каждый данный момент прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна вязкости жидкости фазы и общему гидравлическому сопротивлению слоя осадка и фильтровальной перегородки. В связи с тем, что в общем случае в процессе фильтрования значения разности давлений и гидравлического сопротивления слоя осадка с течением времени изменяются, то переменную скорость фильтрования w
(м/сек) выражают в дифференциальной форме, а основное уравнение фильтрования имеет вид:
где V - объем фильтрата, м3; S -
поверхность фильтрования, м2; t -
продолжительность фильтрования, сек; DR -
разность давлений, Н/м2; m -
вязкость жидкой фазы суспензии, Н×сек/м2; Roc - сопротивление слоя осадка, м-1; Rф.п. -
сопротивление фильтровальной перегородки (его можно считать приблизительно постоянным). Величина Rос по мере увеличения толщины слоя осадка изменяется от нуля в начале фильтрования до максимального значения в конце процесса. Для интегрирования уравнения (1) необходимо установить зависимость между Rос
и объемом полученного фильтрата. Учитывая пропорциональность объемов осадка и фильтрата, обозначим отношение объема осадка Vос к объему фильтрата V через х0. Тогда объем осадка Vос = х0×v. Вместе с тем объем осадка может быть выражен как Vос = hoc×S, где hoc - высота слоя осадка. Следовательно:
V×xo=hoc×S.
Отсюда толщина равномерного слоя осадка на фильтровальной перегородке составит:
а его сопротивление
где ro - удельное сопротивление слоя осадка, м-2. Подставив значение Roc из выражения (3) в уравнение (1) получим:
. (4) .
Литература
1. Драгилев А.И., Дроздов В.С. Технологические машины и аппараты пищевых производств. - М.: Колос, 1999, - 376 с. Стабников В.Н., Лысинский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. - М.: Агропромиздат, 1985. - 503 с. Машины для шелушения и шлифования зерновых культур. #"justify">. Процессы и аппараты пищевых производств: конспект лекций по курсу ПАПП Часть 1. Иванец В.Н., Крохалев А.А., Бакин И.А., Потапов А.Н. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2002. - 128 с.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ЯРОСЛАВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии
УДК 66.011; 663; 664
B.C. САЛЬНИКОВ
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ
ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Курс лекций для студентов 3-го курса /6-й семестр/
Специальности 170600 "Машины и аппараты пищевых
Производств", направление 551800 "Технологические
Машины и оборудование".
ПАХТ. 46. 170600. 551800. КЛ
Ярославль – 2002 год.
посещаемости и успеваемости на 6-й семестр
Посещаемость: 38 + 12 + 20 = 70
Отчеты по лабораторным работам: 5 x 20 = 100
Реферат /по желанию студента/: 50 /печатный 60/
Итого: 70 + 100 + 50 = 220
Автоматический кафедральный зачет, собеседование и освобождение
от экзамена с оценкой:
220-210 – отлично, 200-190 – хорошо.
Кафедральный зачет – 140-150.
^ ТЕМАТИКА ЛЕКЦИЙ – 38 ч.
Вводная – 4 ч.
Гидромеханические процессы – 8 ч.
Тепловые процессы – 10 ч.
Массообменные процессы – 16 ч.
ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ – 8 ч.
Классификация, общая теория – 2 ч.
Фильтрование – 2 ч.
Псевдоожижение – 2 ч.
Перемешивание – 2 ч.
ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ – 10 ч.
Основы расчета теплообменника – 4 ч.
Выпаривание – 6 ч.
МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ – 16 ч.
Основы массопередачи – 4 ч.
Перегонка – 2 ч.
Ректификация – 4 ч.
Сушка – 6 ч.
ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ – 12 ч.
Расчет 3-х корпусной прямоточной выпарной установки – 4 ч.
Расчет ректификационной установки непрерывного действия для
разделения бинарной смеси – 4 ч.
Расчет конвективных сушилок: кипящего слоя и барабанной с применением топочных газов в качестве агента – 4 ч.
ТЕМАТИКА
ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ – 20 ч.
№ 28 – Фильтрование – 4 ч.
№ 27 – Псевдоожижение – 4 ч.
№ 21 – Механическое перемешивание – 4 ч.
№ 23 – Испытание теплообменника – 4 ч.
№ 24 – Кинетика конвективной сушки – 4 ч.
Целью проектирования является завершающая проверка освоения курса студентами, осуществляемая в процессе их самостоятельной инженерной работы.
Курсовой проект включает расчет типовой установки (выпарной, сушильной, ректификационной) и ее графическое оформление. Расчетно-пояснительная записка содержит описание схемы установки, конструкции аппаратов, материальные, тепловые, конструктивные и механические расчеты, мероприятия по технике безопасности, список использованной литературы. Объем записки составляет 20-40 машинописных страниц. Выполнение расчетов предполагает использование вычислительной техники.
Графическая часть курсового проекта состоит из чертежа общего вида установки в 2-3 проекциях и чертежа основного аппарата с разрезами и узлами, выполненными на листах формата А1.
В период работы студенты знакомятся с действующими ГОСТами, пользуются справочной литературой, приобретают навыки выбора аппаратуры.
^ 2.6. Содержание самостоятельной работы студента
Самостоятельная работа состоит в систематической проработке лекционного курса, самостоятельном изучении отдельных разделов и тем курса, освоении вопросов, выносимых на самостоятельное изучение и оформление лабораторных работ, выполнении и оформлении курсовых проектов, подготовке к зачетам и экзаменам.
Основная:
Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М., Химия, 1987.
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1973.
Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. М., Агропромиздат, 1985.
Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Хи-мия, 1981.
Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л., Химия, 1987.
Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Посо-бие по проектированию. М., Химия, 1983.
Отдельные технологические процессы: фильтрование, выпаривание, сушка и др. – были известны человечеству еще в глубокой древности и применялись исключительно для пищевых целей. Применялась весьма примитивная аппаратура. Но ПАПП являются родоначальником и исторически сложились ранее ПАХТ.
Понятие "глубокая древность" является в значительной мере относительным. У археологов нет пока стройной системы происхождения человека. Известно, что скелет самого древнего человека найден в Африке. Возраст скелета составляет 5 млн. лет. Однако появление культуры земледелия и скотоводства, связанной с разнообразными орудиями труда и предметами быта, относят обычно к концу ледникового периода, т.е. 75-100 тыс. лет назад. Это время мы и будем называть "глубокой древностью".
Существенное влияние на развитие ПАПП оказали сахарная и винокуренная промышленности. Первоначально сырьем для производства сахара служил сахарный тростник /родина – Индия, Китай, Океания/. Еще в древности на территории Индии получали сладкий сироп /выпаривание/. Твердый сахар /кристаллизация/, по-видимому, научились делать арабы 800 лет назад. Колумб привез черенки сахарного тростника на Антильские острова. После этого Куба и Пуэрто-Рико стали главными центрами производства сахара в мире.
В конце 18 века в России начались поиски заменителей сахарного тростника, которые увенчались открытием сахарной свеклы. Первый свеклосахарный завод был построен в России в 1802 году. Примерно в это же время возник первый завод в Германии, а спустя несколько лет – во Франции. В 1812 году был создан промышленный вакуум-выпарной аппарат, в 1820 г. – фильтрпресс.
В конце ледникового периода люди стали жить в стойбищах /деревянные и каменные поселения/. Когда мужчины охотились, женщины и дети собирали в окрестностях съедобные ягоды, плоды, коренья и травы. Излишки плодов и ягод складывали в глиняные ямки, прокаленные огнем. Через месяц хранения при температуре 25-30 °С за счет естественного брожения из плодов и ягод получалось сухое вино. Этот напиток избавил людей от многих кишечных заболеваний и способствовал продлению жизни /в среднем она составляла 30-35 лет/. Открытие алкоголя привело к созданию особой культуры человечества – виноделию. 7 тыс. лет назад в древнем Египте производство вина из винограда уже было поставлено на поток, в Китае – 5 тыс. лет назад. Применялись керамические и деревянные сосуды.
Первые попытки перегонки сухого вина были предприняты в древнем Египте /Александрия/ монахом по имени Зосима де Панополис. В 1334 году алхимик из Прованса /Франция/ Арно де Вилльнев получил дистилляцией винный спирт.
На Руси испокон веков готовили медовые пиво и брагу. Производство этой "медовухи" сохранилось до сих пор в Суздале. В 14 веке монах Исидор "подсмотрел" за границей устройство самогонного аппарата и соорудил такой жe в подмосковном монастыре. Для приготовления бражки стали применять зерно /пшеница, рожь, ячмень, овес/ и дрожжи /в Германии – картофель, в Швеции – целлюлоза/. В 1813 году была создана промышленная ректификационная колонна.
Нефть и горючие газы были известны людям с древнейших времен. Нефтью заполняли светильники, зажигательные бомбы, а в древнем Египте бальзамировали умерших. Перегонка, заимствованная из винокуренной промышленности, существенно повлияла на нефтепереработку. Промышленная переработка нефти появилась в 18 веке. Так, в 1745 году в Печорском крае на реке Ухте Федор Прядунов на заводе купца Набатова ежегодно вырабатывал 20 тыс. литров очищенного керосина. В Германии керосин получен из нефти в 1830 г. /Рейхенбах/, в США – 1858 г. /полковник Дрэк/.
Переработка нефти по сути сформировала химическую технологию. Привлекая значительные материальные ресурсы и научные кадры, ХТ в 20 веке стала доминирующей. Сама ХТ в свою очередь стала подразделяться на отдельные направления, отрасли: основной органический синтез /ООС/, технология синтетического каучука /СК/, лакокраска и др. Пищевая и химико-фармацевтическая промышленности стали составной частью ХТ. Например, барабанные сушилки, разработанные ХТ, могут быть использованы для сушки и кварцевого, и сахарного песка.
Ледниковый период, остатки которого наблюдаются и сейчас, являясь по сути природным холодильником, способствовал сохранению скоропортящихся продуктов: мясо, птица, рыба и др. – и, как ни странно, выживанию человечества. Туша мамонта, добытого летом, могла прокормить людей максимум в течение недели, далее мясо портилось. Зимой эта же туша могла прокормить людей в течение нескольких месяцев. До сих пор в некоторых хозяйствах заготовляют лед зимой, а летом держат его в подполье для сохранения продуктов. В слое вечной мерзлоты /тундра/ созданы специальные хранилища, в которых в течение года государство хранит стратегические запасы мяса.
По мнению отечественного астронома проф. И.С. Шкловского /Звезды: их рождение, жизнь и смерть. – 1984, с.146/ Земля переживает ледниковый период, который длится уже 2 млн. лет, а обычная длительность ледниковых периодов /они происходят каждые 200-300 млн. лет/ составляет 10 млн. лет. Сейчас мы имеем короткую передышку /15 тыс. лет/, но уже в этом веке астрономы ожидают резкое похолодание климата Земли. Парниковый эффект, возможно придуманный для назидания, расчетами не подтверждается.
Для переработки нефти природный холодильник оказался совершенно недостаточным. Нужно было конденсировать пары легколетучих углеводо-родов и сжижать газы. Потребовалось искусственное охлаждение. В 1845 году создается воздушная холодильная машина, в 1874 г. – парокомпрессионная, в 1895 г. появляется глубокое охлаждение / жидким азотом/. Пищевая промышленность не осталась без внимания ХТ: сейчас трудно найти пищевое или торговое предприятие, где бы не было парокомпрессионной холодильной машины /глубокое охлаждение тоже исполь-зуется для быстрого замораживания пищевых продуктов/.
Химическая технология в значительной мере работает на пищевую промышленность, например, поставляет сельскому хозяйству: горючесма-зочные материалы, минеральные удобрения /к сожалению, в России в настоящее время 85% удобрений идут на экспорт/, гербициды /от сорня-ков/, инсектициды /от вредных насекомых, удивительно, люди совсем забыли саранчу, а она вдруг объявилась летом 2001 года сначала в Казахстане, затем перекинулась на Дагестан и Ставропольский край/, микроэлементы роста растений и др.
Если царская Россия была в основном сельскохозяйственной стра-ной и экспортировала зерно /англичане до сих пор предпочитают черный хлеб, испеченный из русской ржи/, а также другие продукты, то в настоящее время Россия импортирует /ввозит/: мяса 34%, молоко и молочных продуктов 20% , сахар 70%, растительное масло 41%.
Недостаточность сельского хозяйства по обеспечению продуктами питания породила стремление по созданию искусственной пищи. Начало было положено химической технологией в 19 веке.
В 1854 г. Бертело /Бертло/ синтезировал жиры /глицерин + жирные кислоты/. В годы второй мировой войны в Германии был построен завод по производству десятков тыс. тонн заменителя сливочного масла /маргарина/. В настоящее время маргарин вырабатывается также из раститель-ного масла. Натуральное сливочное масло дороже маргарина в несколько раз. Парадокс состоит в том, что, как показала проверка, опубликован-ная в СМИ, в России сейчас остались только два вида вологодского натурального сливочного масла. Все остальное масло является маргарином, но продается по цене натурального сливочного масла.
Первый синтез сахара осуществил отечественный ученый А.М. Бутле-ров в 1861 году /параформальдегид + щелочь = сахар, близкий к глюкозе/. Синтез виноградного сахара, который встречается в природе /α – глюко-за/ был выполнен в 1890 году Эмилем Фишером /из глицерина/. Глицерин применяется также как косметическое средство и пищевая добавка.
С синтезом белков дело оказалось значительно сложнее и задача до сих пор далека от решения. Ученые-химики пошли по пути расщепления природных белков на аминокислоты, изучения структуры и синтеза последних, затем их объединение в белковые молекулы. Первая аминокисло-та – глицин – была получена Браконно в 1820 году /Л. и М. Физер. Органическая химия. – 1949, с. 359/. С тех пор изучено несколько десятков аминокислот, некоторые из них синтезированы. Получены белковоподобные вещества /пластеины/ с молекулярной массой 100 тыс. и более. Природные белки имеют мол. массу в несколько миллионов /протеины/. Работы получили химико-фармацевтическое и медицинское направление. В результате были развиты: ультрацентрифугирование, рентгеноструктурный анализ, экстракция /последняя входит в дисциплину ПАПП/. Канадским ученым Бантингу и Маклеоду за открытие инсулина /1921 г./ была присуждена Нобелевская премия. Однако гормональные белки /например, инсулин, тироксин, адреналин/, полученные синтетически, пока еще во многом уступают природным белкам, получаемым экстракцией из туши быка /поджелудочная и щитовидная железы, кора надпочечников/. Поэтому в дальнейшем мясокомбинату целесообразно иметь дополнительный цех в виде фармацевтической фабрики, т.к. лекарственные препараты, получа-емые из туши быка, по стоимости намного превосходят стоимость самого быка.
Для массового производства после второй мировой воины был создан кормовой белок из нефти и древесины. В последнее время все большее внимание пищевиков привлекает соя. Зерно сои содержит: 24-45% белка, 13-27% жира, 20-32% крахмала. Приготовление из сои молока и сыра /трудно отличить от коровьего/ было известно китайцам в глубокой древности. И опять казус: соевый белок, обработанный и сформированный в волокна, которые объединяются в кусочки "мяса", в настоящее время продается в консервных банках с этикеткой "говядина" и по цене говядины.
Этиловый спирт /этанол/ является важным сырьем в производствах ООС и СК. В 19 веке этанол получали спиртовым брожением, о котором уже говорилось. В 1855 г. Бертло в лабораторных условиях получил этанол сернокислотным методом гидратации этилена. В промышленности метод был осуществлен в 1919 г. /СССР – 1933 г./. В 1948 г. в США и СССР был осуществлен промышленный синтез этанола прямой гидратацией этилена /температура 290-300 °С, давление 7-8 МПа, катализатор – фосфорная кислота. Технический этанол, полученный по этому методу, содержит до 2% диэтилового эфира /температура кипения 34,5 °С, обладает приятным запахом. Последний очень токсичен: вызывает потерю сознания и может привести к внезапной остановке сердца. В последнее время технический спирт рекой хлынул в пищевую промышленность /был обнаружен даже на Ярославском ликероводочном комбинате/. В резуль-тате ежегодно в России от напитков с техническим спиртом погибает несколько десятков тысяч человек.
Таким образом, химическая промышленность, имеющая в основном крупнотоннажные производства, в настоящее время, а тем более в будущем, в состоянии обеспечить пищевую промышленность миллионами и миллионами тонн ежегодно синтетическим пищевым сырьем: жиры, углеводы, белки. По мнению врачей, искусственная пища не может полностью заменить пищу из натуральных природных продуктов, т.к. миллионы лет эволюции наилучшим образом приспособили человеческий организм именно к последней пище. Доказано, что отсутствие в пище природных белков /мясо, птица, рыба, молочные продукты и др./ приводит к истощению человеческого организма и даже к летальному исходу. Поэтому врачи выступают против вегетарианства и всякого рода "постов". Фальсификация природных пищевых продуктов, которая наблюдается в последнее время, должна преследоваться по закону.
Обобщение производственного опыта по химической и смежным технологиям относится к началу 19 века. В России в 1828 году проф. Ф.А. Денисов опубликовал труд под названием "Пространное руководство к общей технологии...", в котором выразил идею об общности ряда основ-ных процессов и аппаратов. В конце 90-х годов 19 века проф. Александр Кириллович Крупский ввел в Петербургском технологическом институте учебную дисциплину по расчету и проектированию основных процессов и аппаратов. В 1909 году А.К. Крупский опубликовал книгу под назва-нием "Начальные главы учения о проектировании по химической технологии", которая по существу является первым учебником по дисциплине ПАХТ. В 1912 году проф. Иван Александрович Тищенко ввел на химическом факультете МВТУ курс ПАХТ в качестве самостоятельной дисциплины.
В США только в 1923 году вышел в свет труд Уокера, Льюиса и Мак-Адамса под названием "Принципы науки о процессах и аппаратах". В качестве учебника в США в 1931 году вышла книга В. Бэджера и В. Мак-Кэба "Основные процессы и аппараты химических производств".
Большой вклад в разработку отдельных разделов науки о процессах
и аппаратах внесли отечественные ученые И.А. Тищенко /теория расчета
выпарных аппаратов/, Д.П. Коновалов /основы теории перегонки жидких
смесей/, Л.Ф. Фокин и К.Ф. Павлов /оригинальные и глубокие по содер-жанию монографии/. Далее идеи курса развивались отечественными учеными: A.M. Трегубовым, С.Н. Обрядчиковым, А.Г. Касаткиным, Н.М. Жаворонковым, А.В. Лыковым /ярославец, окончил ЯГПИ им. Ушиского/, П.Г. Романковым, А.Н. Длановским, Н.И. Гельпериным, В.Н. Стабниковым, В.В. Кафаровым и др.
Следует отметить труды проф. В.Н. Стабникова /Киевский пищевой институт/, автора учебника по дисциплине ПАПП.
Стабников В.Н., Харин С.Е. Теоретические основы перегонки и ректификации спирта. – Пищепромиздат, М., 1951.
Стабников В.Н. Ректификационные аппараты. – М.: Машгиз, 1965.
Стабников В.Н., Попов В.Д., Редько Ф.А., Лысянский В.М. Процессы
и аппараты пищевых производств. – М.: Пищепромгиз, 1966.
Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств
ректификационных и абсорбционных аппаратов. – Киев, Техника, 1970.
Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты
пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985.
Процессы и аппараты, общие для пищевой, химической, химико-фармацевтической и других смежных отраслей промышленности, получили название основных процессов и аппаратов.
Изучение теории основных процессов, принципов устройства и методов расчета аппаратов и машин составляет предмет и задачу курса.
Одной из задач курса является выявление общих закономерностей протекания различных процессов, например, для переноса вещества и тепла.
В курсе рассматриваются закономерности перехода от лабораторных процессов и аппаратов к промышленным, т.е. проблемы моделирования .
В курсе изучается так называемая макрокинетика , связанная с види-мым, массовым движением вещества: струйки, капли, пузырьки, твердые частицы и др. При этом только для объяснения некоторых явлений ис-пользуется микрокинетика , т.е. движение вещества на молекулярном уровне.
^ КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ
В зависимости от закономерностей, характеризующих протекание процессов, последние классифицируются:
ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ – смешение и разделение неоднородных газовых и жидких систем.
ТЕПЛОВЫЕ – перенос тепла от одного теплоносителя к другому.
МАССООБМЕННЫЕ – перенес /преимущественный/ вещества из одной фазы в другую для достижения равновесия.
В курс также входят холодильные, механические и химические процессы. Но для данной специальности они рассматриваются в других дисциплинах.
По организационно-технической структуре процессы можно разделить на периодические /нестационарные/ и непрерывные /стационарные/.
В периодическом процессе отдельные его стадии /например, нагревание – кипение – охлаждение/ осуществляются в одном аппарате, но в разное время. Экономически эти процессы целесообразны в производствах мелкого масштаба при разнообразном ассортименте выпускаемой продукции, что типично для пищевой промышленности.
В непрерывном процессе отдельные его стадии осуществляются одновременно, но в разных аппаратах /подогреватель – кипятильник – холодильник/. Экономически выгодны в средне- и крупнотоннажных произ-водствах /выпаривание/, позволяя провести механизацию и автоматизацию, а также применить стандартную аппаратуру.
^ ОБЩАЯ СХЕМА
ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ И РАСЧЕТА АППАРАТУРЫ
На основе законов статики устанавливают начальные и конечные значения параметров процесса и направление его течения.
На основе закона сохранения материи составляют материальный баланс .
На основе закона сохранения энергии составляют энергетический /тепловой/ баланс.
На основе законов кинетики устанавливают движущую силу и коэффициент скорости процесса.
По полученным данным определяют основной размер аппарата.
Рассчитывают несколько вариантов аппаратуры и на основе технико-экономического анализа определяют оптимальный вариант.
Законы статики и кинетики, сохранения материи и энергии, являясь фундаментальными законами природы, по сути сформировали дисциплину ПАПП в качестве науки. Наука отличается от других "учений" тем, что ответ на нарушение закона на каком-либо производстве следует незамедлительно: авария, пожар, взрыв, катастрофа и т.д. Во избежание этого техника безопасности /ТБ/ проходит через весь курс ПАПП. Рассмотрим изложенные выше пункты схемы чуть более подробно.
^ СТАТИКА ПРОЦЕССОВ
Любой процесс протекает до тех пор, пока система не придет в состояние равновесия. Статика рассматривает процесс в состоянии равновесия.
Различают гидростатику /учение о равновесии жидкостей/, а также тепловое, фазовое и химическое равновесие.
Например, фазовое или диффузионное равновесие для насыщенных растворов в воде при 100 °С /растворимость/:
Поваренная соль /хлористый натрий/ – 39,8 г/100 г воды; 28,5% мас.
Сахар – 487 г/100 г воды; 83% масс.
^ 2. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
В общем виде его можно записать так:
где 
– количество веществ, поступающих на переработку;
– количество веществ, полученных в результате переработки
Современные технологии должны предусматривать, что потерь и отходов не должно быть /безотходные технологии/. Но пока они есть.
Отходы в пищевой промышленности обычно используются для откорма животных /дополнительный цех/.
Потери химической промышленности довольно часто отравляют окружающую среду, в том числе и население. Например, Ярославский НПЗ /Славнефть/ ежегодно "теряет" в атмосферу 100 тыс. т углеводородов. В 1999 году выбросы загрязняющих веществ /не только от химической промышленности/ в атмосферу города Ярославля составили 270 тыс. т.
Из Западной Европы с попутным ветром в Россию ежегодно поступает 2 млн. т сернистого газа и 10 млн. т сульфатов.
^ 3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ /ТЕПЛОВОЙ/ БАЛАНС
В общем виде записывается так:
где 
– тепло, поступающее с исходными веществами,
– тепловой эффект процесса,
– тепло, уходящее с конечными продуктами,
– потери тепла в окружающую среду.
Потери тепла неизбежны; но они должны быть сведены к минимуму /подбор тепловой изоляции/ или утилизированы /тепловые потери аппаратов учитываются в системе отопления цеха/. Одним из лучших теплоизоляторов считается стекловолокно /маты/, плотность 120-200 кг/м 3 , коэффициент теплопроводности 0,04 Вт/м.°С, которое к тому же явля-ется надежной защитой от грызунов.
Потери тепла в виде "дымовой завесы" от печей, котельных и тепловых электростанций /ТЭС/ связаны с загрязнением окружающей среды. Так, ТЭС, работающие на каменном угле, на 1 млн. кВт-ч выра-батываемой электроэнергии выбрасывают в атмосферу: 15 т сернистого газа, 10 т золы и 3 т оксидов азота.
Дисциплина ПАПП имеет обширный арсенал аппаратуры для очистки /до ПДК – предельно допустимая концентрация/ дымовых газов от пыли и вредных газовых компонентов, а также для утилизации из них тепла: аппараты пылегазоочистки, контактные теплообменники, абсорберы, адсорберы и др.
^ 4. КИНЕТИКА ПРОЦЕССОВ
Кинетика рассматривает процессы в их развитии, в их стремлении к состоянию равновесия.
– Степень отклонения системы от состояния равновесия выражает движущую силу процесса.
Для процессов дисциплины ПАПП применима основная кинетическая закономерность :
– Скорость процесса прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению.
Для механических и химических процессов эта закономерность не применяется. Но эти процессы подчас находятся на производстве в одной технологической линии с основными процессами, например, сахарную свеклу перед выщелачиванием измельчают или шинкуют. Поэтому в некоторых вузах указанные процессы вводят в дисциплину ПАПП.
Для гидромеханических процессов основная кинетическая законо-мерность принимает вид:
/3/
где V – объем протекающей жидкости, м 3 ,
S – сечение аппарата, м 2 ,
τ – время, с,
ρ – плотность жидкости, кг/м 3 ,
G = 9,81 м/с 2 ,
R Г – гидравлическое сопротивление, кг/м 2 .с,
K Г – коэффициент скорости, м 2 .с/кг,
ΔH d – разность полных гидродинамических напоров, м.
Последняя величина определяется по уравнению Бернулли:
В учебной и технической литературе за гидравлическое сопротив-ление часто ошибочно принимаются потери напора в аппарате /Δp n или h n /.
Для тепловых процессов кинетическое уравнение записывается:
/5/
Где Q – количество переданного тепла, Дж,
F – поверхность теплопередачи, м 2 ,
Δt – разность температур между теплоносителями, К или °С,
R – термическое сопротивление, м 2 .К/Вт,
K – коэффициент теплопередачи, Вт/м 2 .К.
Для массообменных процессов:
/6/
Где М – количество вещества, перенесенного из одной фазы в другую, кг или кмоль,
F – поверхность контакта фаз /массопередачи/, м 2 ,
K Y – коэффициент массопередачи, кг/м 2 .c. 
,
R Y – диффузионное сопротивление, м 2 .с. /кг,
ΔY – разность между равновесной и рабочей /или наоборот/ концент-рациями для одной из фаз, кг А/кг В – относительные массовые доли, или кмоль А/кмоль В – относительные мольные доли.
Например, если для растворения сахара при 100 °С принимается чистая вода /Y=0/, то в начальный момент времени движущая сила процесса растворения составит:
ΔY = Y нас. – Y = 487/100 – 0 = 4,87 отн. мас. долей.
^ 5. ОСНОВНОЙ РАЗМЕР АППАРАТА
Определяется из интегрального вида уравнений /3, 5, 6/, например, из уравнения /5/, т.е. из основного уравнения теплопередачи:
/7/
Δt ср – средняя разность температур между теплоносителями, К или °С.
По основному размеру аппарат принимается по каталогу /стандарт-ный/ или разрабатывается конструктивно /нестандартный/.
^ 6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Расчеты по этой теме обычно бывают очень громоздкими, поэтому проводятся с применением ЭВМ. Так, для расчета теплообменника возможны 264 варианта.
Прежде всего принимается критерий оптимальности. Таких крите-риев может быть несколько: экономические /удельная себестоимость продукции, прибыль производства и др./, производственные /произво-дительность, качество продукта и др./ и т.д. Оптимальный вариант принимается по максимуму или минимуму критерия оптимальности. При выборе вариантов, помимо всего прочего /например, тип теп-лоносителя, его начальная температура и др./, учитываются:
А/ материал аппарата должен соответствовать требованиям техники безопасности – почность, антикоррозийность, безвредность;
Б/ адаптация человека /эргономика/;
В/ эстетические требования;
Г/ экологические требования.
МАТЕРИАЛЫ
А. Металлы
Следует избегать контакта с пищевыми продуктами таких металлов, как Fe, Аl, Сu, Zn, Cd, Ni, Ti, которые используются до сих пор самостоятельно или в виде покрытий.
Токсичность указанных выше металлов.
/Грушко Я.M., Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах в атмосферу. Справ. изд. – Л.: Химия, 1987. – 192 с./
Al – алюминий /температура плавления 660,4 °С, плотность 2699 кг/м 3 /.
Перед такой "перспективой" возникает желание собрать всю домашнюю алюминиевую посуду и сдать ее в металлолом.
Fe – железо /1539 °С, 7870 кг/м 3 /.
Сd – кадмий / 321,1 °С, 8650 кг/м 3 /.
Сu – медь /1084,5 °С, 8960 кг/м 3 /.
Ag – серебро /261,9 °С, 10500 кг/м 3 /.
Zn – цинк /419,5 °С, 7130 кг/м 3 /.
Ni – никель /1455 °С, 8900 кг/м 3 /.
Ti – титан /1665 °С, 4320 кг/м 3 /.
/Малахов А.И., Андреев Н.Х. Конструкционные материалы химической аппаратуры. – М.: Химия, 1978. – 224 с./
А/ Коррозионно-стойкие /нержавеющие/ конструкционные стали.
Например, сталь 2Х13 /0,2% углерода, 13% хрома/, термостойкость до 600 °С, предел прочности 850 МПа.
Б/ Обычные углеродистые стали ст.2 и ст.З с покрытием:
– оловом, Sn, /231,9 °С, 5850 кг/м 3 /, жесть, консервные банки.
– эмалями на основе кремнийорганических соединений /плотность эмалей 2100-2500 кг/м 3 , термостойкость до 300 °С, предел прочности на сжатие 600 МПа.
– тефлоном /полимер CF 2 =CFCl или фторопласт 3/, плотность 2100-2160 кг/м 3 , термостойкость до 210 °С, предел прочности при растяжении 35-40 МПа.
Б. ^ Силикатные материалы
Данные сведены в таблицу 1.
Таблица 1.
Следует обратить особое внимание на ситаллы – материалы будущего. Ситалл – прозрачный, коррозионно-стойкий материал, по прочности превосходящий обычную углеродистую сталь, а по плотности гораздо легче ее /на уровне алюминия/. В последнее время из ситалла изготовляют аппаратуру /включая трубопроводы/ для цеха по переработке молока, ректификационные колонны /пока небольшой производительности/ и др.
В. ^ Полимерные материалы
Фторопласт 4 – полимер тетрафторэтилена, плотность 2160-2260 кг/м 3 , предел прочности при растяжении 14-25 MПa, предельная температура 327 °С /трубы, арматура, прокладки и др./.
Фторкаучук /условное название резины, содержащей фторкаучук и до 30% мас. наполнителя – кремнекислота, вулканизация проводится с применением диаминов/ – плотность 1800-1900 кг/м 3 , предел прочности на растяжение 20-25 МПа, предельная температура 200-250 °С /шланги, ленты, прокладки и др./.
Г. ^ Другие материалы
В этой рубрике следует отметить материалы, которые не являются конструкционными для промышленности, но очень широко используются в артельных производствах /виноделие, квашение и др./, а также для изготовления бытовой утвари.
Дерево – плотность сырой древесины 300-900 кг/м 3 , предел прочности на сжатие: пихта – 47, дуб – 65 МПа; термостойкость до 150 °C, температура вспышки /при внесении огня/ 230-260 °С, температура самовоспламенения: /нагревание без огня/ около 400 °С.
Керамика /фаянс/ – обожженная смесь гончарной глины, кварцевого песка, полевого шпата и др., покрытая глазурью. Температура обжига 1250-1300 °С, плотность 1800-1900 кг/м 3 , предел прочности при сжатии 100-130 МПа.
^ РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
Для аппаратов, работающих под внутренним избыточным давлением, должен быть представлен расчет на прочность по формуле Госгортехнадзора. Толщина стенки аппарата:
мм /8/
Где D в – внутренний диаметр аппарата, мм,
P – расчетное давление, МПа /1,03-1,1 от номинального/,
φ – поправочный коэффициент прочности сварного шва /1,0-0,8/,
С – прибавка на коррозию, мм,
σ доп – допустимое напряжение, МПа.
Для аппаратов, расположенных на открытом воздухе, проводится расчет на ветровую нагрузку. Скорость ветра принимается 45 м/с /скорость урагана 33 м/с/. Для вращающихся барабанов, имеющих две опоры, осуществляется расчет на изгиб. Для решеток, работающих под нагрузкой, представляется расчет на срез.
^ ЭРГОНОМИКА, ЭСТЕТИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Эргономика – наука, занимающаяся изучением взаимной адаптации человека и машины. Эргономические показатели отражают взаимодей-ствие человека с техникой в комплексе гигиенических, антропометрических, физиологических и психологических свойств человека.
Эргономика непосредственно связана с техникой безопасности, собственно, вышла из нее. При выборе вариантов аппаратуры, например, нужно предусматривать ограждения вращающихся деталей, удобство фор-мы и расположение рукояток управления, небольшие усилия для приведения их в действие. Между аппаратами должны быть достаточные проходы для удобства обслуживания и ремонта. Если аппараты располагаются на откры-том воздухе /выпаривание, ректификация/, то рабочее место оператора должно быть организовано рядом в помещении. Освещенность, температура и влажность воздуха на рабочем месте должны соответствовать стандарту /кондиционер/. Рабочее место должно быть защищено от запыленности, шума, вибрации, излучения, действия вредных веществ, иметь запасной выход для срочной эвакуации. Персонал снабжается спецодеждой /каска, куртка, брюки, сапоги, рукавицы, очки и др./, питьевой водой /допус-каются чай и кофе/, горячим душем и т.д.
Эстетические показатели характеризуют информационную выразитель-ность, рациональность формы, целостность композиции, совершенство исполнения аппаратов и машин. Немаловажное значение имеет цветовое оформление аппаратов и рабочего места.
По технике безопасности принимается следующая окраска трубопро-водов:
Водяной пар – красный,
Вода очищенная – зеленый,
Пожарный трубопровод – оранжевый,
Техническая вода – черный.
^ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Экология – отношение организмов между собой и с окружающей средой.
Экологические показатели – это уровень вредных воздействий на окружающую среду, которые возникают при эксплуатации оборудования, например, содержание вредных примесей, вероятность выбросов вредных частиц, газов, излучений и др.
В условиях платности природных ресурсов возникает и платность за загрязнение окружающей среды. В зависимости от величины загрязне-ния взимаются платежи за сбросы загрязняющих веществ. Величина пла-тежей устанавливается на основании проекта норм предельно допустимых сбросов /ПДС/ и выбросов /ПДВ/.
Интегральный показатель выбросов
/9/
К – коэффициент выполнения нормативов,
А – коэффициент значимости,
Р б – базовые показатели,
P i – фактическое значение показателей ПДВ и ПДС.
При K i < 1 наблюдается низкий уровень работы предприятия и оно должно быть остановлено.
Зоологическая экспертиза проекта установки, цеха или предприятия проводится по Закону РФ "0б охране окружающей природной среды". Экспертиза проводится Министерством охраны окружающей среды, Минздравом, Санэпиднадзором.
Проект должен обеспечивать улавливание, утилизацию, обезвреживание вредных веществ и отходов, либо полное исключение выбросов загрязняющих веществ.
^ МАСШТАБНЫЙ ПЕРЕХОД И МОДЕЛИРОВАНИЕ
Различают три основных вида моделирования процессов:
1/ физическое,
2/ математическое,
3/ элементное.
1/ ^ Физическое моделирование
По этому методу исследование процесса с обработкой опытных данных последовательно проводят на физических моделях: лабораторная /стекло, емкость до 1 л/, пилотная /металл, до 100 л/, полупромышлен-ная /до 0,5 м 3 /, промышленная /5 м 3 и более/. Метод очень громоздкий и длительный, но обеспечивает надежные результаты.
Физическое моделирование основано на теории подобия.
Определение. Явлениями, подобными друг другу, называются системы тел,
А/ геометрически подобные друг другу;
Б/ в которых протекают процессы одинаковой природы;
В/ в которых одноименные величины, характеризующие явления, относятся между собой как постоянные числа
X´ = a x · x´´ /10/
Где a x – константа подобия.
Сам по себе принцип "подобия" был известен человечеству в глу-бокой древности /наглядный пример – египетские пирамиды/. Однако теория подобия сформировалась только в 20 веке. Основу теории сос-тавляют три теоремы.
/Брайнес Я.M. Подобие и моделирование в химической и нефтехимической технологии. – М.: Гостоптехиздат, 1961. – 220 с./
^ 1-я теорема. Жозеф Бертран, французский математик, 1848 г.
– У подобных явлений индикаторы подобия равны единице или критерии подобия численно одинаковы.
/Индикатор подобия – комплекс констант подобия, критерий подобия – безразмерный комплекс величин/.
^ 2-я теорема. Т.А. Афанасьева-Эренфест, 1925 г., отеч. математик.
– Система уравнений, буквенно одинаковая для группы подобных явлений, может быть преобразована в критериальное уравнение.
^ 3-я теорема. М.В. Кирпичев, А.А. Гухман, 1930 г., отеч. ученые.
– Для подобных явлений критерии подобия, составленные из условий однозначности, численно одинаковы.
^ Условия однозначности включают:
а/ геометрические размеры системы;
Б/ физические константы веществ;
В/ характеристика начального состояния системы;
Г/ состояние системы на ее границах /граничное условие/.
Таким образом, применение теории подобия к исследованию и раз-работке процесса состоит в следующем.
Составление полного математического описания процесса, т.е. вывод дифференциального уравнения и постановка условий однозначности.
Проведение подобного преобразования дифференциального уравнения и условий однозначности, определение критериев подобия и об-щего вида критериального уравнения /метод анализа уравнений /.
Определение опытным путем на моделях конкретного вида критериального уравнения /физическое моделирование/.
Для сложных процессов, когда невозможно пока составить дифферен-циальное уравнение, критерии подобия получают на основе метода ана-лиза размерностей величин, влияющих на процесс /теоремы Бертрана и Букингэма/. Таким методом были, например, получены критерии меха-нического перемешивания.
Различают геометрическое, гидродинамическое, тепловое, диффузионное и химическое подобие.
^ Геометрическое подобие учитывается симплексами "Г", например, отношение длины трубопровода к диаметру.
Гидродинамическое подобие изучается в курсе гидравлики на примере подобного преобразования уравнения Навье-Стокса. Тепловое и диффузионное подобия рассматриваются в дисциплине ПАПП.
Вспомним критериальное уравнение гидродинамики:
где 
– критерий гомохронности, учитывает неустановившееся движение жидкости;
– критерий Фруда, учитывает силы тяжести;
– критерий Эйлера, учитывает силы гидростатического давления;
– критерий Рейнольдса, учитывает силы внутреннего трения.
2/ ^ Математическое моделирование
Методы теории подобия применяются и при использовании других видов моделирования, в которых моделирующие процессы отличаются от моделируемых по физической природе. Важнейшим из них является математическое моделирование , при котором различные процессы воспро-изводятся на электрических моделях – электронных вычислительных машинах /ЭВМ/.
По Р. Фрэнксу общая схема математического моделирования включает семь стадий /Фрэнкс Р. Математическое моделирование в химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 272 с./.
Постановка задачи.
Определение фундаментальных законов, которым подчиняется механизм явлений, лежащих в основе проблемы.
На основе выбранной физической модели применительно к реша-емой задаче записывается система соответствующих математических уравнений.
Проводится естественное расположение уравнений с помощью
построения блочной поточно-информационной диаграммы. Диаграмма
отражает схему связей отдельных стадий технологического процесса.
Выбирается один из нескольких возможных способов решения системы уравнений /модели/, например, логический, аналитический, численный с применением ЭВМ.
Решение /анализ модели/.
Изучение и подтверждение результатов, полученных при решении математической модели /проверка адекватности модели/.
Математическое моделирование гораздо дешевле физического моде-лирования, позволяет решать вопросы автоматического регулирования и оптимизации процессов, исследовать процесс при неполном математи-ческом описании /кибернетическая задача/.
3/ ^ Элементное моделирование
При этом моделировании процесс исследуется на элементарной ячейке промышленного аппарата, а сам аппарат принимается затем состоящим из сотен и тысяч таких ячеек. Например, исследуется теп-лообмен на одной трубке аппарата, а теплообменник будет состоять из 1000 таких труб. Метод применяется для процессов фильтрования, теплообмена, каталитического крекинга и др., позволяет в кратчайшие сроки перевести лабораторные данные в промышленность.
^ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В пищевых производствах многие процессы приводят к образованию неоднородных смесей, которые в дальнейшем подлежат разделению /кристаллизация, сушка и др./.
Часто встречается задача противоположного характера: из веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях, оказывается необходимым получить смесь /смешение, перемешивание/.
Решение как первой, так и второй задачи относится к области гидромеханических процессов.
Классификация
В гидромеханических процессах применяются неоднородные системы. Последние по меньшей мере состоят из двух фаз:
А/ внутренней или дисперсной фазы, находящейся в тонко раздробленном состоянии;
Б/ внешней фазы или дисперсионной среды, окружающей частицы внутренней дисперсной фазы.
Различают системы.
Газ – твердое тело: а/ пыль, диаметр частиц 5-50 мкм,
/Для сравнения: размер космической пыли 0,1–1 мкм/.
Газ – жидкость: а/ туман 0,3–3 мкм; б/ пена.
Жидкость – твердое тело: а/ грубые суспензии, > 100 мкм,
В/ коллоидные растворы, < 0,1 мкм.
Жидкость – жидкость; а/ эмульсии.
1/ Разделение газовых неоднородных систем.
2/ Разделение жидких неоднородных систем.
3/ Псевдоожижение.
4/ Перемешивание.
Во всех гидромеханических процессах имеет место движение частиц в газовой или жидкой среде. Изучение закономерностей этого движения составляет важную задачу гидродинамики. Некоторые общие понятия и закономерности движения частиц рассматриваются ниже.
^ Движение тел в жидкостях
Определяющий размер
За определяющий размер твердой частицы произвольной формы принимается эквивалентный диаметр шаровой частицы, имеющей ту же массу /М/ и объем /V/.
/12/
Где 
– плотность твердой частицы, кг/м 3 .
Режимы обтекания
Для оценки режима обтекания твердой частицы внешним потоком применяют число Рейнольдса:
/13/
Где 
– плотность и вязкость среды.
Различают области.
Ламинарное обтекание, Re < 2 /0,1 по другим данным/.
Переходная область, 2 /0,1/ < Re < 500.
Турбулентное обтекание, Re > 500.
Осаждение частиц в поле силы тяжести
При осаждении частицы в неподвижной среде через короткий промежуток времени /от секунды до долей секунды/ устанавливается равновесие сил и движение частицы становится равномерным.
– Скорость равномерного движения частицы при балансе сил, действующих на нее, называется скоростью осаждения .
В идеальном случае действие сил на одиночную частицу шаровой формы при осаждении в неподвижной среде представлено на рис. 1.
Министерство сельского хозяйства и продовольствие Республики Беларусь УО «Гродненский государственный аграрный университет»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ОТРАСЛИ (МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ)
Курс лекций для студентов по специальности 1-49 01 02 «Технология хранения и
переработки животного сырья», специализация 1-49 01 02 02 «Технология молока и молочных продуктов»
Гродно, 2011
УДК 637.02 (075.8) ББК 36.92 Я73 М 54
Технологическое оборудование отрасли (молочной промышлен6ности) Курс лекций для студентов по специальности 1-49 01 02 «Технология хранения и переработки животного сырья» специализация 1-49 01 02 02 «Технология молока и молочных продуктов», Г.Е. Раицкий. – Гродно, ГГАУ,
2011, 607 с, ил».
Протокол № ___ от ________2011г.
Технологическое оборудование отрасли (молочной промышленности)
1. Курочкин А.А., Лященко В.В.. Технологическое оборудование для переработки продукции животноводства. – М.: Колос С, 2001, - 440с.: ил.
2. Бредихин С.А., Космодемьянский Ю.В., Юрин В.Н. Технология и техника переработки молока. – М.: Колос С, 2001, - 400с.: ил.
3. Золотин Ю.П. и др. Оборудование предприятий молочной промышленности. – М.: Агропромиздат, 1985. – 270с.
4. Крусь Г.Н. и др Технология молока и молочных продуктов. – М.:
Колос С, 2004, - 455с.: ил.
5. Машины и аппараты пищевых производств: учебник для вузов в 3 кн: С.Т. Антипов и др. = Минск: БГАТУ, 2008.
6. Бредихин С.А., Юрин В.Н. Техника и технология производства сливочного масла и сыра. – М.: Колос С, 2007. – 319с.: ил.
7. Малыгина А.М., Калинина Л.Е. Общая технология молока и молочных продуктов – М.: Колос С, 2006 – 199с.: ил.
8. Оленов Ю.А. и др. Справочник по производству мороженого. – М.: ДеЛиПринт, 2004. – 768с: ил.
9. Шингарева Т.И. Санатория и гигиена молока и молочных продуктов.
– Минск: ИВУ Минфина, 2007. – 330с.
10.Оборудование и автоматизации перерабатывающих производств /А.А. Курочкин и др./ - М.: Колос С, 2007. – 591с.: ил.
11. Шаманова Г.П., Киселева Р.М. Производство сухих молочных продуктов детского питания. – М.: Пищевая промышленность, 1978. – 103с.: ил.
12.Методы расчёта процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи) / Романков А.Т. и др/ - СПб: Химия. 1993496с.: ил.
13.Голубева Л.В., Пономарев А.Н. Современные технологии и оборудование для производства питьевого молока. – М.: ДеЛиПринт, 2004. – 179с.
14.Технологическое оборудование молочной отрасли. Курс лекций для студентов ГГАУ специальности Т.18.02.02. Раицкий Г.Е., Гродно, 2008. База библиотеки.
ЛЕКЦИЯ № 1 ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ МОЛОЧНОЙ ОТРАСЛИ
План лекции:
1. Цели и задачи дисциплины.
2. Общие сведения о технологическом оборудовании молочных предприятий.
ВОПРОС №1 Цели и задачи дисциплины
Дисциплина «Технологическое оборудование отрасли» является одной из основных для формирования специальных знаний инженера-технолога по специальности 1-49 01 02 02 «Технология молока и молочных продуктов», в соответствии с образовательным стандартом и квалификационной характеристикой. Целью изучения дисциплины является подготовка специалиста к производственно-технологической, проектно-конструкторской и исследовательской деятельности при создании и осуществлении технологий по переработке молока и их машинно-аппаратного оснащения.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
иметь представление:
о принципах действия основных видов оборудования;
о современном состоянии технологических машин и аппаратов молочных производств, опыте эксплуатации новейшего оборудования пищевых производств;
об особенностях эксплуатации оборудования, определяющего технологический процесс;
об основных признаках классификации оборудования для рационального его комплектования в технологических линиях;
о принципах взаимодействия деталей и узлов в технологическом оборудовании;
основные конструктивные элементы технологического оборудования; принципы работы основного технологического оборудования; правила высокопроизводительной и безопасной эксплуатации
основного технологического оборудования; основные технико-экономические показатели и режим работы
оборудования при комплектовании проектируемых и реконструируемых производств;
уметь использовать:
техническую литературу для определения оптимальных технологических параметров технологических линий;
компьютерную базу оборудования при проектировании технологических линий;
навыками определения исправности и работоспособности основного технологического оборудования;
методами определения и расчета кинематических параметров технологического оборудования;
методами расчета производительности технологического оборудования.
Целью преподавания дисциплины является изучение технологического оборудования и условий его рациональной эксплуатации при выработке продукции высокого качества, а также тенденций его дальнейшего совершенствования.
Дисциплина «Технологическое оборудование отрасли» базируется на знании учебных дисциплин: «Процессы и аппараты пищевых производств», «Гидравлика и гидравлические машины», «Теоретическая механика», «Теплотехника», «Электротехника».
Дисциплина «Технологическое оборудование отрасли» представляет собой основополагающую дисциплину в комплексе специальных знаний при подготовке инженера-технолога молочной промышленности и является базовой для изучения дисциплины «Технология молока и молочных продуктов» и вспомогательной для дисциплины «Автоматика, автоматизация
и АСУТП», «Проектирование предприятий отрасли и САПР», «Холодильная техника», «Экономика молочных предприятий».
Теоретические знания студенты получают в процессе лекций. Практические знания, навыки и умения приобретаются при отработке
лабораторно-практических занятий, в процессе исследовательской и самостоятельной работы, с использованием специальной литературы, пособий и оборудования учебных классов и действующего производства.
Дисциплина изучается на протяжении двух семестров, содержит 4 модуля, сформированных с учетом очередности технологических процессов производства. В каждом семестре студенты стационара сдают экзамен, включающий все плановые вопросы лекций, основные положения лабораторных и практических занятий. Во втором семестре разрабатывается курсовой проект по дисциплине, обобщающий и систематизирующий знания
и навыки студентов по техническому обеспечению всех технологических процессов современных молочных заводов. Экзаменационная оценка знаний студентов складывается из суммарной оценки предшествующих модулей.
При наличии у студента текущей оценки по модулям свыше «8» экзаменационная оценка может быть выставлена без процедуры собственно экзамена. По желанию студента. В другом случае в экзаменационной
ведомости выставляется осредненная оценка по сумме модульной и экзаменационной. Исходя из важности систематичности изучения дисциплины, модульная оценка складывается из оценок знания материала лекций, выставляемых в процессе опроса по специальным контрольным вопросам, входящим в структуру каждой лекции, оценок полученных студентами при сдаче отчетов по лабораторным и практическим занятиям.
Оценка по курсовому проекту учитывается наравне с модульными. В структуру модульных оценок преподавателями дисциплины включаются такие показатели как тщательность, логичность оформления отчетов, отсутствие пропусков занятий, своевременность отработки и сдачи всех заданий по курсу, участие в НИРС, оборудовании лабораторий и т.д. При этом определенное количество баллов добавляется или отнимается. Студенты получившие суммарную оценку по модулю ниже «4» к выполнению программы последующего модуля не допускаются до пересдачи предыдущего. Знания, фактический материал таблиц, схем, методов решения задач в последующим используются практически всеми студентами при разработке квалификационной работы – дипломного проекта и поэтому подлежат в процессе прохождения дисциплины постоянной систематизации и накоплению.
Вопрос 2. Общие сведения о технологическом оборудовании молочных предприятий
Уровень технического обеспечения современных молочных производств очень высок и имеет тенденцию к 100 процентной механизации даже традиционных процессов – выработки цельномолочной продукции и сыра. Процессы по производству новых видов продукции, концентрации, сгущению, сушке, обработке компонентов смесей на базе молока, дозирования смесей, фасования, розлива, внутрицехового транспорта не только полностью механизированы, но практически полностью работают в полуавтоматическом режиме.
В связи с этим, хотя само определение «технологическое оборудование» подразумевает, что к этому разряду оборудования относятся машины, аппараты, связующие их транспортные магистрали, непосредственно соприкасающиеся с молоком, следует расширить понятие на приборы контроля, устройства автоматического управления, которые могут рассматриваться как устройства КИПиА (контрольно – измерительные приборы и автоматика). Такие устройства могут представлять собой самодостаточные, обслуживаемые на заводах специализированными службами показывающие, регистрирующие приборы, системы автоматических узлов и агрегатов, показывающих и изменяющихся в процессе переключения мнемосхем пультов управления частью производства. И тогда эти узлы и агрегаты относят к компетенции, обслуживанию, наладке, ремонту специальными службами. Чаще всего службой КИП и А. На небольших предприятиях такая служба может быть
организована в виде участка отдела главного энергетика. На более развитых
– в виде отдела службы главного метролога, и на самых крупных, уровня ОАО «Беллакт», ОАО «Савушкин продукт» и др. в виде службы управления автоматизации и роботизации.
Вместе с тем приборы, элементы автоматики и робототехники любой степени сложности, входящие в технологические машины и аппараты, являются их составной частью рассматриваются в настоящем курсе как технологическое оборудование. Аналогично следует считать технологическим оборудованием электродвигатели, гидравлические и пневмотические приводы, вентиляционные установки и системы выполняющие задачи обеспечения количественных и качественных превращений продукта, перемещения его в пространстве производства.
Рассмотрим здесь поэтапно – по мере технологически обусловленного движения молока группы технологического оборудования и их привязку к основным и вспомогательным производствам молочных заводов.
1. Оборудование доставки сырья.
В условиях Республики Беларусь используется один вид транспорта – автомобильный. Как правило это специализированный транспорт в виде молочных цистерн, стационарно закрепленных на шасси автомобилей различного класса грузоподъемности, седельные тягачи с шарнирной системой сценки с цистернами большой суммарной емкости, одно – или двухосные прицепы, агрегатируемые с основными автомолцистернами с целью увеличения емкости. Как правило автомолцистерны являются имуществом самих молочных заводов или специализированных автобаз. В любом случае должны быть обеспечены технические возможности ремонтов подвижного состава, периодического тарирования емкости секций молочных цистерн, централизированно организованных мероприятий по прохождению периодических технических осмотров государственными контрольными предприятиями, ежедневного выпускного контроля исправности систем управления, тормозов, здоровья и наркологического состояния водителей. Непосредственно на молочных заводах устраиваются помещения и устройства мойки транспортных средств до въезда на территорию предприятия и внутренней мойки секций автомолцистерн после скачивания с них молока, обеспечивающие их надлежащее санитарное состояние.
2. Оборудование приемки, учета, первичной обработки и хранения молока.
Автомолцистерны опорожняются на специальных рампах, устроенных чаще всего внутри основных производственных помещений. Как правило находящихся не на периферии, а на стыке цехов, например цельномолочного и масло – сырцеха, консервного производства, цеха ЗЦМ и т.д.
Рампы предусматривают единовременное перемещение максимального количества автомолцистерн – 2,4,6, с тем, чтобы сократить сроки нахождения молока в них. Раскачивающие пункты оборудованы двумя центробежными
насосами, что позволяет опорожнять сразу две секции молцистерн. Количество таких пунктов определяется наличием оборудования учета молока по количеству. Это могут быть рычажные весы, оборудованные емкостями и устройствами оформления документации, механические счетчики, электромеханические устройства, емкостные весы с тензометрическими датчиками. Первичная обработка принятого по количеству и качеству молока состоит из таких возможных последовательностей операций: охлаждение до 4-8 °С, хранение в емкостях – центробежная очистка; очистка фильтрованием – охлаждение до 4-8 °С – хранение в емкостях.
Последняя схема не предполагает отсутствия центробежной очистки. Она при переработке молока будет начальной операцией. Фильтрование перед охлаждением и хранением позволяет очистить молоко от традиционных фермских загрязнений – насекомых, органических загрязнителей, и позволяет обеспечить требуемое качество продукции завода. Приведем здесь схему последовательности размещения оборудования.
Насосы раскачки молцистерн – устройства приемки молока по массе или объему – фильтры различных конструкций, работающие без разрыва струи проходящего через них молока, - теплообменники-охладители – емкости для хранения.
Крупные производства не могут хранить внутри помещений большие объемы молока, сопоставимые с суточной программой переработки. Как правило внутри помещений устанавливается такое количество емкостей, чтобы обеспечить 4-5 часовую производительность цеха. Остальное сырье, в том числе и продукты переработки, хранят в больших емкостях – термосах (50, 100 м3 ), расположенных рядом с основным производственным помещением.
3. Оборудование аппаратного цеха.
Аппаратный цех является обязательным подразделением молочного завода. Такой цех, в зависимости от специфики предприятия, может обеспечивать своей продукцией все производство завода или может быть в виде участка в отдельных цехах.
Задачи цеха – сепарирование молока – термообработка продукции сепарирования – гомогенизация некоторого количества продукции сепарирования.
В цеху работает следующее технологическое оборудование: сепараторымолокоочистители – сепараторы-сливкоотделители;
- установки пастеризации или стерилизации нормализованного по жиру молока, обезжиренного молока, сливок;
- установки стерилизации молока;
- сепараторы специальных конструкций: бактофуги, кларификсаторы, системы нормализации молока в потоке;
- гомогенизаторы различных систем;
- разветвленная система трубопроводов для внутрицехового перемещения цельного молока, продуктов его сепарирования, готовых кисломолочных напитков;
- емкостное оборудование для производства молока питьевого, кефира, сметаны, йогуртов, творога и т.д.
4. Оборудование производства творога и творожных изделий.
Как правило технологическое оборудование производства творога сблокировано с аппаратным цехом и включает в себя оборудование образования творожного сгустка, оборудование отделения творожного сгустка от сыворотки;
- оборудование охлаждения творога;
- оборудование механической обработки и внесения пищевых и вкусовых добавок;
- оборудование дозирования, фасовки творога и производства творожных изделий в виде зерненого творога, творожного сыра, сырков, тортов и т.д.
5. Оборудование производства сыра.
Включает собственно оборудование и сооружения для обработки и созревания сыра.
- сыроизготовители емкостные для составления смесей, постановки сырного зерна, отделения подсырной сыворотки;
- оборудование для формования сыров, от простейших емкостей-форм, до устройств непрерывного формования и автоматических агрегатов по формованию, прессовке сыра в закрытых формах, раскрытию форм, транспорту готовых сыров к местам хранения, созревания, обработки и подготовки к реализации;
- оборудование формования сыра в пласте с разрезанием последнего на куски для последующего прессования;
- собственно прессы разных конструкций;
- помещения для созревания сыров на специальных стеллажах;
- солильные бассейны;
- устройства для покрытия сыров парафином;
- устройства предпродажной подготовки, дозирования, вакуумной упаковки.
6. Оборудование производства масла сливочного.
Может включать в себя оборудование сепарирования, термовакуумной обработки сливок, емкости для созревания сливок, оборудование сбивания сливок и образования масляного зерна методами периодического и непрерывного сбивания, гомогенизации сливочного масла, упаковки в картонные ящики или дозирование и фасование в пергамент или кашированную фольгу. Нечасто масло производят методом преобразования
высокожирных сливок в составе поточной линии Милешина, включающую в себя сепаратор высокожирных сливок и маслообразователи различных конструкций.
7. Оборудование концентрации и сгущения молока (сыворотки).
Данные операции выполняются сложным, крупногабаритным оборудованием.
Это вакуум - выпарные установки различных принципов действия по понятиям периодичности циклов производства, методам движения сгущаемой массы в аппаратах, принципу действия и количеству корпусов вакуум – выпарной установки;
- концентраторы различных конструкций;
- устройства обеспечивающие повышение концентрации сыворотки до 32-36% методами мембранных технологий.
8. Оборудование сушки молока и компонентов молочных смесей.
Для сушки молока сгущенного или концентрированного используют как
правило сушилки распылительного типа, сложных конструкций и точных режимов функционирования.
Для сушки компонентов сухих молочных смесей используют вальцовые сушилки кондуктивного способа теплопередачи, оснащенные вспомогательным оборудованием в виде варочных котлов, дробилок сухой каши, пневмотранспорта всех компонентов и готовой смеси.
9. Оборудование дозирования, розлива, фасовки, упаковки готовой продукции.
Основную часть своей продукции молочные производства поставляют в торговую сеть в готовом для продажи виде – для торговли в розницу. В соответствии с этим продукция затаривается в мелкую фасовку из различных, чаще бумажно-полимерных материалов. Незначительная часть продукции, для поставки на перерабатывающие предприятия или экспорт, может быть упакована в короба (сливочное масло), в крафт-мешки (сухое молоко, белковый сухой концентрат). В соответствии с этим поточнотехнологические линии производства всякого продукта заканчиваются участком фасовки и упаковки, где используют специальные автоматы различных назначений и конструкций: автоматы для розлива питьевого молока и кисломолочных продуктов в различные виды тары и упаковки – полимерные бутыли, картонно – полиэтиленовые коробки разного исполнения; вязких продуктов – (масла сливочного и творога) в брикеты, упакованные в кашированную фольгу или специальную бумагу-пергамент; сметаны, йогуртов – в полимерные стаканчики с термосварной крышкой. Сухие молочные смеси являются продуктом длительного хранения, поэтому расфасовываются (кроме случаев расфасовки в крафт-мешки) в многослойную пленку, основой которой является алюминиевая фольга, покрытая с двух сторон различными полимерными составами,
Конспект лекций
По курсу «Общая технология пищевых производств и отрасли» по направлению 6.090220 «Инженерная механика»
Тема 1. Общие сведения о питании, пищевой ценности продуктов питания, о составе и свойствах пищевого сырья.
1.1 Предмет и содержание курса «Общая технология пищевых производств и отрасли».
Приводится классификация предприятия агропромышленного комплекса Украины по первичной переработке растительного и животного сырья и рыбы (первая группа предприятий) и производство на его основе разнообразной пищевой продукции (вторая группа предприятий). Даётся перечень вопросов, которые включены в программу курса: общие сведения о пищевых продуктах, характеристика сырья растительного и животного происхождения, микробиология консервирования пищевых продуктов, принципы консервирования сырья и продуктов от порчи. Кроме того будут рассматриваться технология консервирования всех видов перечисленного сырья холодом, включая способы охлаждения, использования модифицированной газовой атмосферы (МТА), способы замораживания. Применительно к обработке рыбного сырья будут изучаться способы посола, сушки, копчения производство консервов и кормовой рыбной муки.
В разделе «Технология консервирования сырья» будут рассмотрены способы подготовки полуфабрикатов к консервированию для всех видов сырья: растительного, животного происхождения и рыбы.
1.2 Химический состав сырья растительного, животного происхождения, рыбы.
Растительное сырье.
Оно различается большим разнообразием. Так колебание в содержании влаги в сырье от 14 до 90 и более процентов и в связи с этим принято делить его на отдельные группы: зерномучные, овощи, фрукты, ягоды. Овощи в свою очередь подразделяются на вегетативные формы, клубнекорневые растения, стебельные, плодовые, а фрукты – на семечковые и косточковые.
Основной составной частью сухих веществ растительного сырья являются углеводы, их количество достигает в большинстве случаев 70-75%, с резким колебанием в нативном состоянии от 2% (огурцы)до 65% (семена бобовых) и 70-80% (злаков).
Кроме того, в состав тканей растительного сырья входят ароматобразующие вещества, органические кислоты, минеральные элементы, пигменты, витамины, что и определяет их пищевую ценность.
Химический состав молока, %: влага – 85-88, липиды 3-5, белок – 3-4, лактон -5, минеральные вещества -0,7, витамины группы В, а также А, Д, Е. Белок молока характеризуется высокой пищевой ценностью, конкурирует с мясным протеином.
Химический состав мяса теплокровных животных, %:
Говядина: влага – 70-75, липиды – 4-8, белок – 20-22, минеральные вещества – 1-1,5.
Птица: влага – 65-70, липиды – 9-11, белок – 20-23, минеральные вещества – 1-1,5.
Свинина: влага – 70-75, липиды – 4-7, белок – 19-20, минеральные вещества – 1-1,5.
Баранина: влага – 72-74, липиды – 5-6, белок – 20, минеральные вещества – 1-1,5.
Белки имеют в своем составе полный набор незаменимых аминокислот и потому полноценны в пищевом отношении. Белки мышечной ткани делятся на водорастворимые, контрактильные и нерастворимые, в состав последних входят коллаген и эластин. В мышцах животных содержатся водорастворимые витамины.
Куриные яйца. Соотношение желтка к белку равно как 1:3. В белке яйца содержится, %: влага – 87-89, липиды – 0,03, белок – 9-10, минеральные вещества – 0,5. В желтке соответственно содержится: 48;32;15;1,1. Белки яйца признаны более полноценными в пищевом отношении даже в сравнении с белками мышц животных.
Химический состав тканей рыб, %: влага – 56-90, липиды – 2-35, белок – 10-26, минеральные вещества – 1-1,5. По содержанию жира и белка подразделяются соответственно на 4 группы. В состав белков мышц больше содержится небелковых азотистых веществ, чем в белках теплокровных животных, жиры более ненасыщенные и потому при комнатной температуре находятся в жидком состоянии, у теплокровных животных – в твердом состоянии.
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.
Загрузка...