экзамен / ответы на вопросы экзамен ПАПП

1. Классификация основных процессов и аппаратов перерабатывающих производств (ПиАПП).

Взависимости от закономерностей, характеризующих протекание, процессы пищевой технологии можно разделить на следующие группы. Механические процессы, скорость которых связана с законами физики твёрдого тела. К ним относятся: измельчение, классификация, дозирование и смешение твёрдых сыпучих материалов.

Гидромеханические процессы, скорость протекания которых определяется законами гидромеханики. К ним относятся: сжатие и перемещение газов, перемещения жидкостей, твердых материалов, осаждение, фильтрование, перемешивание в жидкой фазе, псевдоожижение и т. п.

Тепловые процессы, скорость протекания которых определяется законами теплопередачи. К ним следует отнести процессы: нагревания, выпаривания, охлаждения (естественного и искусственного), конденсации и кипения. Массообменные (диффузионные) процессы, интенсивность которых определяется скоростью перехода вещества из одной фазы в другую, т.е. законами массопередачи. К диффузионным процессам относятся: абсорбция, ректификация, экстракция, кристаллизация, адсорбция, сушка и др.

Всоответствии с перечисленным делением процессов пищевые аппараты классифицируют следующим образом: измельчающие и классифицирующие машины; гидромеханические, тепловые, массообменные аппараты.

По организационно-технической структуре процессы делятся на периодические и непрерывные.

Впериодическом процессе отдельные стадии (операции) осуществляются в одном месте (аппарате, машине), но в разное время. В непрерывном процессе отдельные стадии осуществляются одновременно, но в разных местах (аппаратах или машинах). Периодические процессы характеризуются тем, что все стадии (загрузка сырья, обработка и выгрузка готового продукта) осуществляются в одном аппарате, но в разное время.

Непрерывные процессы имеют значительные преимущества перед периодическими, состоящими в возможности специализации аппаратуры для каждой стадии, улучшения качества продукта, стабилизации процесса во времени, простоте регулирования, возможности автоматизации и т.п. Непрерывные процессы характеризуются тем, что все их стадии протекают одновременно, но разделены в пространстве, так как осуществляются либо в разных частях проточного аппарата, либо составляющих данную установку.

2. Основные механические и теплофизические параметры, характеризующие физико-химические свойства молока, мяса, зерна и др. сельскохозяйственных продуктов.

Физико-химические свойства молока.

Плотность – масса молока при 200С, заключенная в единице объема (кг/м3). У коров она колеблется в пределах 1027-1033. Данное свойство молока обусловливается плотностями его компонентов.

Зависит плотность молока от температуры (снижается с ее повышением) и химического состава. Сразу же после доения плотность молока ниже по сравнению с плотностью, определенной через несколько часов, за счет повышенного содержания газов в молоке и понижения плотности жира и белков в результате температурного расширения. Поэтому плотность следует контролировать через 2 часа после дойки.

На плотность может влиять кормление животных, болезни их и др. Она изменяется при фальсификации – понижается при добавлении воды (каждые 10% добавленной воды способствует уменьшению плотности на 0,003 кг/м3), повышается при подснятии сливок или разбавлении обезжиренным молоком. По величине плотности судят о натуральности молока.

Температура замерзания - температура, при которой молоко превращается в твердое состояние. Этот показатель для молока находится в пределах 0,51— 0,59°С. Он изменяется при разбавлении молока водой, при добавлении к нему соды, при повышении кислотности, при изменении химического состава молока, при заболеваниях животных.

Температура кипения при давлении 760 мм рт. ст. составляет 100,2—100,5

°С.

Вязкость (внутреннее трение) — свойство среды оказывать сопротивление относительному смещению ее слоев. В среднем вязкость составляет 1,8 х 10- 3 (колебания от 1,3 до 2,2) сантипуазы (Па. С - Паскальсекунда) при 20°С. Обусловлена она в основном содержанием белков, жира и их агрегатного состояния. Измеряют специальным прибором – вискозиметром. Поверхностное натяжение — сила, действующая вдоль поверхности жидкости. Оно обусловлено тем, что молекулы, находящиеся на границе

раздела двух фаз (газ и жидкость), испытывают притяжение со стороны жидкости и очень слабое притяжение со стороны газовой фазы. Молекулы жидкости, находящиеся на поверхности, притягиваются нижележащими молекулами и стремятся уйти с поверхности внутрь. Поверхностное натяжение молока в среднем составляет 44. 10-3 Н/м.

Коэффициент преломления отражает преломление света (изменение направления) при прохождении через границу раздела двух сред. У коровьего молока этот показатель колеблется от 1,3440 до 1,3485. Коэффициент преломления молока обусловлен показателями преломления воды, лактозы, казеина, сывороточных белков, солей, небелковых азотистых соединений.

По значению показателя преломления молока и молочной сыворотки, измеренной с помощью рефрактометров (АМ-2, РПЛ-3 и др.), можно установить содержание в молоке сухого обезжиренного остатка, белков и лактозы. При добавлении к молоку воды показатель преломления молочной сыворотки понижается в среднем на 0,2 единицы на каждый процент добавленной воды.

Электропроводность молока обусловливается главным образом ионами Cl-,

Na+, K+, Н+, Ca2+, Mg2+ и другими и составляет 39,5 х 10-4 Ом (0,46

электрических импульсов в минуту). Она зависит от состояния здоровья животных, периода лактации, породы и др. При маститах электропроводность молока животных повышается, при фальсификации молока водой — понижается.

Окислительно-восстановительный потенциал (Е) характеризует окисляющевосстанавливающую способность молока. К веществам, способным к окислению или восстановлению, относят витамин С, кислород, лактофлавин, токоферол, цистин, пигменты, ферменты, продукты жизнедеятельности микроорганизмов. В свежем сыром молоке окислительно-восстановительный потенциал составляет 250—350 мВ. Снижается он при развитии в молоке микроорганизмов, при нагревании молока и связанным с этим улетучиванием кислорода и разрушением витамина С.

Удельная теплоемкость молока – количество тепла, выраженное в кДж, необходимое для нагревания 1 кг молока на 10 С. Она составляет 3,81 – 3,88 кДж\кг (или — 0,910—0,925 ккал/кг). Обусловлена она химическим

составом. Данный показатель необходим для определения затрат тепла и холода для нагревания и охлаждения молока. Теплопроводность – характеризует свойство продукта передавать тепло. За единицу измерения теплопроводности принят Ватт на метр-Кельвин (Вт/м . К). Теплопроводность молока увеличивается с повышением

температуры и незначительно уменьшается с увеличением содержания в нем жира. При 200С среднее значение составляет 0,5 Вт/м . К.

Титруемая кислотность выражается в градусах Тернера (°Т) —количество миллилитров 0,1 н. раствора гидроокиси натрия (калия), необходимое для нейтрализации 100 мл или 100 г продукта (1°Т соответствует 0,009% молочной кислоты). Кислотность свежевыдоенного молока 16—18 °Т. Титруемая кислотность молока обусловливается наличием белков (4—50 Т), кислых солей (около 11 °Т) и двуокиси углерода (1—2°Т). Данный

показатель зависит от состояния здоровья, кормового рациона, породы, периода лактации и др. Он является критерием оценки свежести и натуральности молока.

рН (активная кислотность) — концентрация свободных ионов водорода в молоке (моль/л). Отражает степень диссоциации кислот и кислых солей.

рН цельного молока — в среднем 6,7 (при активности ионов водорода 2 х 10- 7 моль/л) и колеблется от 6,6 до 6,8. По величине рН оценивают качество сырого молока и молочных продуктов.

Между титруемой и активной кислотностью молока прямой взаимозависимости нет. Свежевыдоенное молоко может иметь высокую титруемую кислотность, но малую активную. При хранении сырого молока титруемая кислотность изменяется значительно быстрее, чем активная. Несовпадение активной и титруемой кислотности объясняется буферностью молока.

Буферная емкость молока определяется количеством мл щелочи или кислоты, которое необходимо добавить к 100 мл молока, чтобы изменить величину рН на единицу.

Физические свойства мяса.

Цвет мяса– один из основных показателей качества, который оценивается потребителем и по которому судят о товарном виде продукта. Цвет мышечной ткани красный различных оттенков.

У лошадей мясо темно-красного цвета, у мелкого рогатого скота – кирпичнокрасного, у крупного рогатого скота – малиново-красного, у свиней – светлокрасного.

Красный цвет мышечной ткани обусловлен содержанием в ней белка миоглобина (90%) и гемоглобина (10%).

Вкус и аромат мяса формируется за счет содержания и определенного соотношения экстрактивных веществ. Вкус и аромат косвенным путем влияют на пищевую ценность продукта, на его усвояемость. Продукт с приятным вкусом, запахом и внешним видом повышает аппетит, что способствует лучшему усвоению.

Специфический вкус мяса животных различных видов объясняется содержанием жирорастворимых соединений.

Привкус мяса зависит от кормового рациона. Консистенция мяса.

К основным положительным качественным показателям консистенции мяса относятся нежность, мягкость, сочность.

Установлено, что эти показатели зависят от влагосвязывающей способности мяса, т.е. от способности продукта удерживать воду.

Жесткость мяса зависит от его структуры и состава. В интенсивно работающих мышцах содержание эластина больше, чем в мышцах, мало работающих. Содержание соединительно-тканных белков может служить индексом нежности мяса.

Пищевая ценность мяса зависит от полноты содержания в нем белков, жиров, углеводов, минеральных и экстрактивных веществ, витаминов и др. Биологическая ценность мяса зависит от качества белковых компонентов, их перевариваемости, а также сбалансированности аминокислотного состава.

Энергетическая ценность мяса определяется долей энергии, которая высвобождается из продукта в процессе биологического окисления и обеспечивает физиологические функции организма (выражается в килоджоулях – кДж).

Физические свойства зерна и зерновых продуктов.

Сыпучесть зависит от угла естественного откоса, чем выше угол естественного откоса, тем ниже сыпучесть (и наоборот) Угол естественного откоса-угол, который образуется при свободном падении зерна между образующей конуса и основанием. Сыпучесть зависит от влажности, засорённости, формы зерна, поверхности зерна и состояния поверхности по которой перемещается зерно. Чем выше влажность, сыпучесть ниже. Высокая сыпучесть у зерна чистого, шаровидной формы и гладкой поверхностью зерна.

Самосортирование зерновой массы — это перераспределение зерновой массы в процессе перемещения (перевозки, транспортёрная лента, опорожнение и заполнение силосов). При перемещении зерна крупные зёрна и примеси оседают на дно, а мелкие, щуплые зёрна остаются на поверхности, вследствие этого происходит послойное распределение зерновой массы и примесей.

Скважистость наличие промежутков между зёрнами, заполненные воздухом; скважистость-отношение объёма занимаемого промежутками между твёрдыми частицами зерновой массы к общему объёму занимаемой зерновой массы. Скважистость зависит от формы, упругости зерна, размеров и состояния поверхности зерна, от количества и состава примесей, от влажности зерна, от вместимости зернохранилищ.

Сорбционные свойства способность поглощать или выделять(десорбция) влагу. Существуют 2 причины, по которым объясняется значительная сорбционная ёмкость: 1) капиллярно-пористая структура каждого зерна; 2) скважистость зерновой массы. Зерно является хорошим сорбентом. Режимы сушки и активного вентилирования подбирают с учётом сорбционных свойств зерна. Явление сорбции можно разделить на 2 группы: 1) сорбция и десорбция газов и паров; 2) сорбция и десорбция паров воды. Теплофизические и тепломассообменные свойства из них наибольшее значение имеет теплопроводность, температуропроводность и термовлагопроводность. Теплопроводность-зерновая масса обладает низкой теплопроводностью, т.к. воздух межзернового пространства плохой проводник тепла. С увеличением влажности зерна теплопроводность незначительно возрастает. Температуропроводность-скорость изменения t в исследуемом материале, т.е. его теплоинерционные свойства. Зерновая масса характеризуется низким коэффициентом теплопроводности и обладает большой тепловой инерцией. Тепловлагопроводность перемещение влаги в зерновой массе вместе с потоком тепла. Перемещение влаги по направлению потока тепла сопровождается образованием в отдельных местах значительного количества капилярной влаги.

3. В чем заключается принцип моделирования физико-технологических процессов?

Модель — это некоторая система, сохраняющая существенные свойства оригинала и допускающая исследование определенных свойств последнего физическими или математическими методами. Иными словами, модель — это отображение, описание технологического объекта (процесса или оборудования) с помощью некоторого языка, разработанное для достижения определенной цели. К настоящему времени разработана общая теория моделирования сложных систем, которая указывает на возможность использования различных видов моделей для описания технических и технологических объектов.

Модель играет активную роль в исследовании ТП: с ее помощью можно с минимальными затратами и в сжатые сроки определять различные характеристики ТП, такие как затраты энергии, расход сырья и выход готового продукта, показатели качества этого продукта, количество отходов, бракованных изделий, конструктивные параметры элементов оборудования. Можно наметить и апробировать эффективную стратегию управления технологией, произвести процедуру оптимизации и т. д.

Целесообразность моделирования ТП определяется двумя основными условиями:

—исследование на модели дешевле, проще, безопаснее, быстрее, чем на объекте-оригинале;

—известно правило пересчета характеристик и параметров модели в соответствующие величины оригинала, т. к. в противном случае моделирование теряет смысл.

Цель, поставленная при разработке модели, определяет ее вид, информативность и степень соответствия реальному объекту, т. е. при формулировке цели необходимо тщательно отобрать те существенные свойства, которые в полной мере характеризуют рассматриваемый объект, определить требуемую степень соответствия модели реальному объекту (точность модели). Это позволяет в ряде случаев упростить модель, устранить из рассмотрения малозначимые, несущественные взаимосвязи между величинами, снизить затраты на моделирование.

При описании технологических процессов чаще используются натурное, физическое и математическое моделирование.

Натурное моделирование предполагает проведение экспериментального исследования реального технологического объекта и последующую обработку результатов с применением теории подобия, регрессионного анализа, таблиц соответствия. Это позволяет получить качественные или количественные зависимости, описывающие с той или иной точностью функционирование объекта. Однако эмпирические зависимости, основанные на представлении процесса в виде «черного ящика», хотя и позволяют решить частные технологические задачи, обладают существенными недостатками:

—эмпирические зависимости нельзя распространять на весь возможный диапазон изменения параметров режима - они справедливы лишь при тех условиях и ограничениях, при которых проводился натурный эксперимент;

—такие зависимости отображают прошлый опыт, поэтому на их основе не всегда возможно выявить и обосновать пути повышения эффективности соответствующих технологий.

Физическое моделирование также предполагает проведение экспериментальных исследований с последующей обработкой результатов. Однако такие исследования проводятся не на реальном технологическом объекте, а на специальных лабораторных установках, которые сохраняют природу явлений и обладают физическим подобием. Таким образом, физическое моделирование основано на подобии процессов одной природы, протекающих в объекте-оригинале и в физической модели, и заключается в следующем:

—устанавливают основные, подлежащие численному определению параметры технологического процесса, характеризующие его качество;

—рассчитывают и изготавливают одну или несколько физических моделей в виде лабораторных или полупроизводственных (опытных, пилотных) установок. Расчет этих установок производят на основе теории подобия, что гарантирует возможность переноса результатов на реальный объект;

—в результате эксперимента на модели получают численные значения и взаимосвязи выделенных параметров и пересчитывают их для оригинала. При физическом моделировании удается получить обширную информацию об отдельных процессах, определяющих структуру данной технологии. Аналоговое моделирование связано с подобием процессов различной природы и основано на том факте, что для различных физических явлений существуют одинаковые закономерности их описания. Аналогичными считаются объекты или процессы, описываемые одинаковыми по форме уравнениями. Для аналогового моделирования используют как экспериментальные методы, так и аналоговые вычислительные машины. Аналитическое моделирование дает наиболее мощный инструмент для их исследования и предполагает получение и исследование различных математических моделей. Так, структурные модели используются для общего или предварительного описания объекта и позволяют выявить и определить его элементы, их свойства и взаимосвязи между элементами и свойствами элементов. Обычно для построения структурной модели используют аппарат теории множеств.

4.Классификация способов дробления и резания.

Крупное, среднее и мелкое дробление твердых (прочных) и хрупких природных материалов целесообразно производить раздавливанием, а твердых и вязких материалов - раздавливанием с участием истирания. Крупное дробление мягких и хрупких природных материалов целесообразно выполнять раскалыванием, а среднее и мелкое - ударом. Все природные материалы измельчают ударом с участием истирания.

Крупное, среднее и мелкое дробление обычно является сухим. Мокрое дробление применяют только в тех случаях, если дробимый материал содержит глину, которую и стараются отмыть одновременно с дроблением. Промывка, например, производится при дроблении глинистых железных и марганцевых руд. Вода для промывки подается в рабочее пространство дробилок. В некоторых случаях вода подается в небольшом количестве из

брызгал в завалочную воронку дробилки крупного дробления. Назначение этой воды - увлажнить дробимый материал и тем самым уменьшить пылеобразование.

Некоторые природные материалы измельчаются с водой. Мокрое измельчение более производительно, оно осуществляется без пылеобразования и позволяет легко транспортировать измельченные продукты. Сухое измельчение применяется только в тех редких случаях, когда нельзя допускать контакта дробимого материала с водой или если измельчаемый материал обрабатывается в сухом состоянии.

Для крупного дробления применяют конусные дробилки и щековые дробилки. Для среднего дробления используют в основном конусные дробилки, а для мелкого молотковые и роторные дробилки.

Валковые, молотковые, роторные дробилки и дезинтеграторы применяют для дробления углей, солей, бокситов, марганцевых руд, известняков. Существенным отличием дробилок от мельниц является то, что у дробилок нет непосредственного соприкосновения между рабочими (дробящими) деталями. Между ними всегда имеется зазор, заполняемый при работе дробимым материалом. Дробящие детали мельниц имеют непосредственное соприкосновение между собой при холостом ходе.

Под резанием понимают разделение первоначального продукта на части, в большинстве случаев имеющие определенную форму, размеры и качество среза. Применительно к пищевым продуктам резание должно осуществляться без образования отходов. Резание можно подразделить на три основных вида: резание пуансоном, резание резцом и резание ножом.

Машины для резания можно классифицировать по следующим признакам:

•конструкция и форма режущего инструмента (рис. 8.2): ножи пластинчатые, дисковые, роторные, цилиндрические, конусные, серповидные, струнные, винтовые;

•форма режущей поверхности (рис. 8.3): гладкая, зубчатая, волнообразная; односторонняя; двусторонняя;

•вид резания (рис. 8.4): давление, строгание, стесненное резание, свободное резание;

•движение режущего инструмента: неподвижное (стационарное, закрепленное), поступательное, вращательное или колебательное. Формы ножей:

а— зубчатый дисковый; 6 — гладкий дисковый; в—е — серповидные; ж, з — гладкий пластинчатый; и — зубчатый пластинчатый.

Основные формы лезвий:

а— острая зубчатая; б, в — дугообразная зубчатая; г — гладкая односторонней заточки; д — гладкая двусторонней заточки. Виды резания:

а— давлением против прочной основы; б — контрножами; в — свободное.

5. Методика расчета теплообменных аппаратов.

Расчет теплообменных аппаратов производится в следующей последовательности:

-выбор конструкции теплообменного аппарата;

-тепловой расчет аппарата;

-гидравлический расчет аппарата;

-конструктивный расчет аппарата;

-технико-экономический расчет;

-анализ полученных результатов и выбор оптимального варианта. Уравнение теплопередачи имеет следующий вид:

Q = F k Δt, где:

Q – размер теплового потока, Вт;

F – площадь рабочей поверхности, м2; k – коэффициент передачи тепла;

Δt – разница между температурами носителей на выходе в аппарат и на выходе из него. Также величина называется температурным напором. Уравнение теплового баланса учитывает конструкцию самого аппарата. Рассматривая его можно определить значения t1 и t2 для дальнейшего вычисления F. Уравнение выглядит следующим образом:

Q = G1cp1(t1вх-t1вых) = G2cp2(t2вых-t2вх), где:

G1 и G2 – расходы масс греющего и нагреваемого носителей соответственно, кг/ч;

cp1 и cp2 – удельные теплоемкости (принимаются по нормативным данным), кДж/кг ºС.

Исходные данные:

Температура греющего носителя при входе t1вх = 14 ºС; Температура греющего носителя при выходе t1вых = 9 ºС; Температура нагреваемого носителя при входе t2вх = 8 ºС; Температура нагреваемого носителя при выходе t2вых = 12 ºС; Расход массы греющего носителя G1 = 14000 кг/ч;

Расход массы нагреваемого носителя G2 = 17500 кг/ч; Нормативное значение удельной теплоемкости ср =4,2 кДж/кг ºС; Коэффициент теплопередачи k = 6,3 кВт/м2.

1)Определим мощность теплообменного аппарата с помощью уравнения теплового баланса:

Qвх = 14000 4,2 (14 – 9) = 294000 кДж/ч Qвых = 17500 4,2 (12 – 8) = 294000 кДж/ч

Qвх = Qвых. Условия теплового баланса выполняются. Переведем полученную величину в единицу измерения Вт. При условии, что 1 Вт = 3,6

кДж/ч, Q = Qвх = Qвых = 294000/3,6 = 81666,7 Вт = 81,7 кВт.

2)Определим значение напора t. Он определяется по формуле:

3)Определим площадь поверхности теплообмена с помощью уравнения теплопередачи:

F = 81,7/6,3 1,4 = 9,26 м2.