Слайд 1Тема 1.4
Закономерности функционирования технологических
процессов
Слайд 2Содержание
1. Естественные процессы, их сущность и классификация
2. Механические процессы
3.
Гидромеханические процессы
4. Тепловые процессы
5. Массообменные процессы
6. Химические процессы
7. Биологические процессы
Слайд 3Литература
Производственные технологии: Учебник / Под ред. В. В. Садовского. –
Мн.: БГЭУ, 2007.
Производственные технологии: учебное пособие для вузов / В.
В. Садовский [и др.]; под общ. ред. В. В. Садовского, – Мн.: Дизайн ПРО, 2002. – 528 с.
Сычев, Н.Г. Производственные технологии: учебное пособие для вузов / Н.Г. Сычев. – Мн.: ОДО «Равноденствие», 2004. – 153 с.
Слайд 4
ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ, ИХ СУЩНОСТЬ, КЛАССИФИКАЦИЯ.
Слайд 5
Естественный процесс - это последовательные и закономерные изменения в системе
(продукте, материале), приводящие к возникновению в ней новых свойств.
Слайд 6
Технологические процессы могут быть разделены на общие (основные) и специфические
Слайд 7Естественные процессы можно подразделить
на классы: механические, гидромеханические, тепловые, массообменные, химические,
биологические.
на подклассы, различающиеся по физико-химической (или физической) сущности процессов,
на группы процессов, отличающиеся способом осуществления или целенаправленности.
на подгруппы по способу осуществления: или отличию агрегатного состояния вещества в начале либо в конце процесса.
на виды по условиям проведения процесса или различию его аппаратурного оформления.
Слайд 8Механические процессы
механическое воздействие на твердые материалы:
измельчение,
резание,
прессование,
смешивание,
сортирование (разделение
неоднородных сыпучих систем).
Слайд 9
Механические процессы происходят с изменением формы материалов,
но без изменения
физико-химическим свойств
Слайд 10
Гидромеханические процессы происходят в жидкостных или газовых системах под влиянием
внешних воздействий
Слайд 11Основа гидромеханических процессов
гидростатическое или гидромеханическое воздействие на сырье, материалы:
перемешивание,
диспергирование,
пенообразование и псевдоожижение,
отстаивание,
фильтрование,
центрифугирование,
сепарирование,
разделение жидкостных
и газовых систем.
Слайд 12Основа тепловых процессов
изменение теплового состояния взаимодействующих сред:
нагревание,
охлаждение,
выпаривание,
конденсация,
фрезерование,
закаливание, замораживание,
размораживание,
экструзия.
Слайд 13
К тепловым процессам относятся процессы передачи тепла от более нагретого
тела к мене нагретому.
Движущей силой тепловых процессов является разность температур.
Слайд 14Основа массообменных процессов
теплопередача, переход вещества из одной фазы в другую:
абсорбция,
адсорбция,
экстракция,
ректификация,
перегонка,
сушка,
кристаллизация,
растворение.
Слайд 15
Движущая сила разнообразных массообменных процессов представляет собой разность концентраций вещества
в различных фазах
Слайд 16
Химические процессы подчиняются законам химической кинетики
Слайд 17
Биологические процессы осуществляются с помощью живых микроорганизмов, подчиняются биологическим законам
жизнедеятельности микроорганизмов
Слайд 182. Механические процессы
измельчение, прессование, сортировка (классификация).
Происходят с изменением формы
материала, но без изменения физико-химических характеристик.
2. Механические процессы
Слайд 19Измельчение – дробление, резание, измельчение тонким протиранием.
процесс увеличения поверхности
твердых материалов путем их раздавливания, раскалывания, истирания, удара.
Метод измельчения
выбирают в зависимости от размеров и физико-механических свойств измельчаемых материалов или применяют комбинированные методы.
Слайд 20
Дробят яблоки, ягоды при производстве соков, вин, солод, какао бобы,
зерно и др. и проводят на дробилках - молотковых, щековых,
валковых, ножевых, дисковых, мельницах.
Слайд 21
Резание применяют для уменьшения размера кусков и придания им определенной
формы на резательных машинах, дисковых овощерезках, корнерезках и др..
Слайд 22
Протирание осуществляют протирочные машины с различными диаметрами отверстий сетчатого барабана
( 1,2; 0,8 и 0,4 мм).
Используют гомогенизаторы, дезинтеграторы (коллоидные
мельницы), куттеры.
Слайд 23Классификация (сортировка)
зернистых материалов используется для разделения смеси на
фракции с заданными размерами.
Применяют три вида сортировки:
механическая (грохочение)
гидравлическая
воздушная
(сепарация)
Слайд 24Прессование
применяется для обезвоживания, брикетирования твердых материалов, гранулирования и формирования
пластичных материалов.
Слайд 25Обезвоживание под давлением
применяется для выделения жидкости, когда она является ценным
продуктом или когда с обезвоживанием увеличивается ценность продукта.
Слайд 26Брикетирование
применяется для получения брикетов (брусков прямоугольной или цилиндрической формы), проводится
в специальных прессах до плотности,
при которой брикет
не может самопроизвольно разрушиться.
Слайд 27Формование
пластичных материалов используют для придания изделиям определенной формы. Используют прессы:
гидравлические, шнековые
Слайд 283. Гидромеханические процессы
Гидромеханика изучает равновесие, движение и взаимодействие жидкости
с погруженными в нее или движущимися в ней телами.
Гидромеханические процессы:
разделение неоднородных систем, осаждение, фильтрование, центрифугирование, перемешивание, псевдоожижение, обратный осмос и др.
Слайд 29
Неоднородные системы, состоят как минимум из двух фаз:
дисперсной, находящейся в
тонкораздробленном состоянии,
дисперсионной, окружающей частицы дисперсной фазы
Слайд 30
К таким системам относятся:
суспензии - состоят из жидкой дисперсионной и
твердой дисперсной фаз,
эмульсии - две жидкие фазы, не растворяющиеся
одна в другой – водоэмульсионные краски, майонез.
пены - состоят из жидкой дисперсионной и газовой дисперсной (пенка для волос).
аэрозоли состоят из состоят из газовой дисперсионной фазы и твердой дисперсной.
Слайд 31
Методы разделения неоднородных систем - осаждение или отслаивание, фильтрование и
центрифугирование.
Слайд 32
Отслаиванием называется осаждение под действием собственного веса твердых частиц, находящихся
во взвешенном состоянии в жидкой среде.
Слайд 33
Отстаивание применяют для глубокого разделения суспензий, эмульсий, пыли и характеризуются
низкой скоростью процесса, но полностью разделить неоднородную систему на две
фазы не удастся.
Слайд 34
Отстойники бывают периодического, непрерывного и полунепрерывного действия
Слайд 35Процесс центрифугирования
(- сепарирование).
во вращающемся потоке на взвешенную частицу действует
центробежная сила, под действием которой она движется от центра к
стенке аппарата со скоростью, равной скорости осаждения
Слайд 36Фильтрование
Процесс разделения суспензий, пылей и туманов через пористую перегородку, пропускающую
жидкость или газ, но задерживающую взвешенные частицы. Фильтрование осуществляется под
действием разности давлений над перегородкой и под ней, или в поле центробежных сил
Процесс фильтрации может быть очистным или продуктовым.
Слайд 37Обратный осмос и ультрафильтрация.
При разделении растворов обратным осмосом происходит самопроизвольный
переход растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор.
Слайд 38При ультрафильтрации
исходный раствор разделяют на два принципиально новых продукта: низкомолекулярный
(фильтрат) и высокомолекулярный.
Слайд 39Для очистки газовых потоков используют :
1. Гравитационное осаждение - используют
пылеосадительные камеры, где твердые частицы оседают на поверхности колонн.
2. Осаждение
под действием инфузионных (в отстойных газоходах) и центробежных сил (в циклонах) для очистки от крупных частиц.
3. Фильтрование через пористые перегородки, используют фильтры: с мягкими фильтровальными перегородками - рукавные; мешочные с полужесткими, с жесткими фильтровальными перегородками
4. Мокрая очистка применяется, когда допустимы увлажнение и охлаждение газов, а взвешенные частицы имеют незначительную ценность.
5. Осаждение под действием электрического тока. В электрическом поле тонкодисперсным частицам сообщается электрический заряд, под действием которого происходит осаждение.
Слайд 40Перемешивание (смешивание)
Используется в жидкой среде для получения суспензий и эмульсий
способами:
1. Пневматическим – с помощью сжатого воздуха пропускаемого через слой
перемешиваемой жидкости через барбатер (трубы с отверстиями, расположенного у днища смесителя).
2. Циркуляционным – жидкость перекачивается из замкнутой системы с помощью насоса.
3. Статическим – для жидкостей невысокой вязкости или газа с жидкостью за счет кинематической энергии жидкостей или газов.
4. Механическим – при помощи мешалок разных конструкций комбинаций лопастей, насаженных на вращающийся вал.
Слайд 41Псевдоожижение
состояние двухфазной системы при котором твердые частицы в среде -
газ (или жидкость) перемещаются относительно друг друга за счет подвода
энергии от какого-либо источника.
Слайд 424. Тепловые процессы
Теплообменные процессы – это процессы, связанные с
переносом тепла от более нагретых тел к менее нагретым.
Слайд 43
Нагревание – процесс повышения температуры материалов путем подвода к ним
теплоты.
Применяется циркуляционный способ обогрева естественный (за счет разности плотностей
горячего и холодного теплоносителей) и принудительный (с помощью насоса, более эффективна).
Слайд 44
Обогрев с помощью обогревательных бань:
нагревание водяным насыщенным паром:
«глухим»
паром, когда теплота от конденсирующегося пара передается через разделяющую стенку,
«острым» паром – пар вводится непосредственно в жидкость через барбатер (трубу с отверстиями).
Слайд 45
Нагревание электрическим током осуществляется в электрических печах прямого и косвенного
действия.
Слайд 46Испарение -
процесс превращения жидкости в пар путем подвода к ней
теплоты:
при кипении жидкостей.
Испарение происходит в испарителях
Слайд 47Охлаждение -
процесс понижения температуры материалов путем отвода от них теплоты
используют
воду и воздух
хладоагенты (фреоны, аммиак, жидкий азот, холодильные рассолы и
др.).
Слайд 48Конденсация –
переход вещества из паро- или газообразного состояния в жидкое
путем отвода от него теплоты; осуществляется в конденсаторах для ожижения
различных веществ
Слайд 49Кристаллизация –
процесс выделения в виде кристаллов твердой фазы из растворов
и расплавов, используется для получения сахарозы, глюкозы, соли и др.
Процесс кристаллизации состоит из:
1. образования центров кристаллизации;
2. роста кристаллов
Слайд 50Выпаривание -
процесс сгущения растворов при кипении, выпаривают свекловичные соки, сиропы,
молоко.
Выпаривание происходит в испарителях (выпарных аппаратах), а под вакуумом
– вакуум-аппаратах.
Слайд 515. Массообменные процессы
– технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью
переноса вещества из одной фазы в другую конвективной и молекулярной
диффузией: сорбция, перегонка и ректификация, экстракция, сушка, абсорбция.
Аппараты – массообменники.
Слайд 52Сорбционные процессы:
Абсорбция – селективное (выборочное) поглощение газов или паров
жидкими поглотителями – абсорбентами, т.е. переход веществ из газовой фазы
в жидкую.
Адсорбция – избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкостях веществ твердыми поглотителями – адсорбентами, способными поглощать один или несколько компонентов из смеси.
Слайд 53Перегонка и ректификация
методы разделения жидких однородных смесей
переход веществ из
жидкой фазы в паровую,
из паровой в жидкую.
Применяется при
получении спирта, ароматических веществ.
Слайд 54
Перегонку применяют для грубого разделения смесей, ректификацию – для более
полного.
Процессы основаны различной летучести компонентов смеси.
Слайд 55
Перегонка – процесс однократного испарения и конденсации.
Простую перегонку могут
проводить с отбором фракций, с дефлегмацией, с водяным паром или
под вакуумом
Слайд 56
Ректификация – разделение смеси на составляющие ее компоненты в результате
многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров, встречаются случаи разделения
исходной смеси на три и более части.
Слайд 57Сушка –
процесс удаления влаги из материалов путем ее испарения и
отвода образовавшихся паров.
Сушке подвергаются гранулированные, формованные и зернистые материалы,
пасты, растворы и суспензии.
Слайд 58Методы сушки:
конвективная (воздушная) – подвод теплоты осуществляется при непосредственном контакте
сушильного агента с материалом;
контактная (кондуктивная) – путем передачи теплоты от
теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;
радиационная – путем передачи теплоты ИК-излучателями;
СВЧ-сушка – нагреванием в поле токов высокой частоты;
сублимационная - в глубоком вакууме в замороженном состоянии.
Слайд 59Экстракция -
это извлечение из сложного по составу вещества одного или
нескольких компонентов с помощью растворителя, способного растворить только вещество, подвергшееся
экстракции.
В качестве растворителей используется:
- вода (для экстрагирования сахара из свеклы, кофе, чая);
- спирт и водно-спиртовая смесь (для получения настоев в ликеро-водочном и пиво-безалкогольном производстве);
- бензин, трихлорэтилен, гексан (в маслоэкстракционном и эфиромасличном производствах).
Слайд 606. Химические процессы
Получение и хранение пищевых продуктов связано с самыми
различными химическими процессами.
Слайд 61Гидролиз –
разложение белков, жиров, углеводов до более простых под действием
кислот, щелочей с присоединением молекул воды.
На основе гидролиза крахмала происходит
осахаривание крахмалосодержащего сырья (картофеля, зерна) при производстве спирта.
Слайд 62Меланоидинообразование –
процесс, взаимодействия продуктов распада белков с сахарами.
образуется
темноокрашенные продукты – меланоидины в процессе сушки и хранения.
Слайд 63Дегидратация-
(отнятие воды) при воздействии высоких температур на сахара, вызывая их
превращения.
Подвергаются - фруктоза, патока, инвертный сироп при производстве сахара и
карамели, повышая их цветность и гигроскопичность.
Слайд 64Сульфитация -
Для предотвращения потемнения пищевые продукты сульфитируют, т.е. обрабатывают SO2
или H2SO3 и SO2 вызывает обесцвечивание многих растительных красящих веществ
и может быть использован для улучшения внешнего вида готового продукта
Слайд 65
Сульфитация является одним из способов консервирования. SO2, H2SO3 и ее
соли выполняют роль антисептика
Слайд 66
Жиры при хранении приобретают неприятный вкус под действием света и
кислорода воздуха и ферментов.
В жирах сначала образуются перекиси и
гидроперекиси, а потом – альдегиды и кетоны они придают продукту неприятный вкус и запах.
В вакууме окисление тормозится.
Слайд 677. Биологические
Микробиологический синтез (ферментация) осуществляется с помощью живых микроорганизмов, которые
потребляют из субстрата питательные вещества – сахарозу, глюкозу, мальтозу.
Слайд 68Микробиологический синтез -
используется при получении ряда ценных продуктов:
получение витаминов, ферментов,
антибиотиков
в пивоварении, виноделии, производстве спирта, кислот (лимонной, уксусной, молочной), дрожжей,
хлебопечении и молочной промышленности и др.
Слайд 69Ферменты –
особые органические вещества, которые вырабатываются клеткой и регулируют обмен
веществ, являются природными катализаторами
лежат в основе созревания рыбы при
посоле, получения спирта, хлеба, созревания сыров, ферментации чая, кофе, а также в основе процессов при хранении.
Слайд 70
Процессу ферментации предшествуют подготовительные стадии:
- приготовление посевного материала;
- приготовление и
стерилизация питательной среды;
- выращивание посевного материала в инокуляторах (обычно он
составляет 5÷10 % от объема питательной среды).
Слайд 71Брожение -
расщепление безазотистых органических веществ микроорганизмами.
образуется энергия, необходимая для
обмена веществ
используются углеводы, молочная кислота, С2Н5ОН (этиловый спирт), в
качестве продуктов исходных для их образования молочная, масляная, уксусная кислоты и др. соединения.
Слайд 72Спиртовое брожение -
осуществляется под действием дрожжей и лежит в основе
получения спирта, вина, пива, кваса, хлебопечения.
Под действием диких дрожжей
происходит спонтанное брожение, которое вызывает порчу продуктов.
Слайд 73Молочнокислое брожение -
способствует превращению углеводов в молочную кислоту с участием
молочнокислых бактерий
при квашении, получении кисломолочных продуктов, сыра, ржаного хлеба
вызывает прокисание
молока, мяса, вина, пива.
Слайд 74Маслянокислое брожение –
процесс превращения глюкозы в масляную кислоту при участии
маслянокислых бактерий
Образуются: масляная кислота, бутиловый и этиловый спирты, ацетон, уксусная
кислота.
Причина порчи картофеля, молока, квашенной капусты, бомбажа консервов, вспучивания сыров.
Слайд 75Уксуснокислое брожение –
образование уксусной кислоты из этилового спирта под действием
уксуснокислых бактерий.
При порчи вин, пива, кваса, напитки мутнеют, приобретают
кислый вкус, осмуняются.
Слайд 76Пропионовокислое брожение –
превращение сахара или молочной кислоты и ее солей
пропионовокислыми бактериями в пропионовую и уксусную кислоты с выделением углекислого
газа и воды.
Играет положительную роль при созревании сыра (образует рисунок).