ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Большинство технологических процессов в перерабатывающих производствах осуществляется в условиях подвода или отвода теплоты. В таких процессах тепловой поток направлен от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. При переработке сырья растительного или животного происхождения широкое распространение получили такие теплообменные процессы, как нагревание, выпаривание, охлаждение и др.

В некоторых случаях пищевые среды обрабатывают для повышения концентрации их отдельных компонентов. Для этой цели служат массообменные процессы, в основе которых лежит избирательный обмен отдельными компонентами между фазами многокомпонентных систем посредством поверхностного контакта фаз. К массообменным процессам относятся: экстракция, кристаллизация, абсорбция, адсорбция и др.

Совмещенные процессы переносы теплоты и массы в капиллярно-пористых телах получили название тепломассообменных. Характерная черта таких процессов заключается в том, что они протекают с изменением физического состояния распределяемого компонента и сопровождаются поглощением или высвобождением значительного количества теплоты.

В перерабатывающих производствах широкое распространение получили такие тепломассообменные процессы, как варка, сушка, выпечка, ректификация и др. Они реализуются с разными параметрами и на различном оборудовании.

Нагревание сырья интенсифицирует многие технологические операции.

Пастеризация сырья и полуфабрикатов служит для подавления жизнедеятельности микроорганизмов, находящихся в вегетативной форме. В некоторых случаях пастеризация жидких пищевых продуктов осуществляется не за счет их нагревания до необходимой температуры, а с помощью обработки ультрафиолетовыми лучами на специальных установках.

Уничтожение не только вегетативных, но и споровых форм микроорганизмов обеспечивается стерилизацией пищевых продуктов, что позволяет значительно увеличить срок их хранения. Для удаления из жидких пищевых продуктов посторонних запахов и привкусов применяется вакуум-термическая обработка.

Одной из основных технологических операций производственных процессов на мукомольных и крупяных заводах является гидротермическая обработка (ГТО), или кондиционирование зерна. Сущность ГТО заключается в целенаправленном изменении влажности и температуры зерна, что улучшает его технологические свойства.

Варка — один из основных и наиболее распространенных процессов термической обработки пищевых продуктов. Варка осуществляется путем погружения в жидкость, орошения горячей жидкостью, а также за счет обработки паром, пароводяной и паровоздушной смесями. Наибольшее распространение получили первые три способа варки, которые не требуют сложного оборудования и позволяют обрабатывать большое количество продукции.

Самым простым по выполнению и техническому оснащению является способ конвективной обработки продукта — погружение в предварительно нагретую воду, температуру которой поддерживают путем нагрева стенки варочного котла.

Выпаривание — концентрирование растворов при кипении за счет превращения в пар части растворителя. В перерабатывающей промышленности обычно выпаривают водные растворы: молоко, свекловичный сок и др.

Сушка — процесс удаления влаги из сырья или пищевых продуктов путем ее испарения и отвода образовавшихся паров. По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу различают следующие методы сушки:

  • • конвективный (воздушная сушка) — подвод теплоты осуществляется при непосредственном соприкосновении сушильного агента с обрабатываемым материалом;
  • • кондуктивный (контактный) — путем передачи теплоты от сушильного агента к материалу через разделяющую их стенку;
  • • диэлектрический (СВЧ-сушка) — путем нагревания обрабатываемого материала в электромагнитном поле;
  • • сублимационный — сушка обрабатываемого материала при глубоком вакууме и в замороженном состоянии.

Выпечка является заключительной операцией технологического процесса получения хлеба. В результате интенсивного прогрева (выпечку ведут при температуре 200...280 °С) тесто постепенно превращается в хлеб с достаточно устойчивой формой благодаря образованию по периметру изделия прочной корки, а под ней — упругого эластичного мякиша. Помимо физических явлений (прогрев, тепломассообмен, изменение влажности и др.) выпечка сопровождается микробиологическими, коллоидно-химическими и биохимическими процессами, играющими важную роль в превращении теста в хлеб и обусловливающими его пищевые и вкусовые достоинства.

Экстракцией называется процесс извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). В перерабатывающей промышленности этот процесс нашел достаточно широкое применение при производстве растительных масел.

Экстракцию растительных масел в настоящее время выполняют двумя основными способами: погружением экстрагируемого материала в противоточно движущийся растворитель и ступенчатым орошением материала в противотоке с растворителем. Известны комбинации этих двух способов.

При производстве растительных масел методом экстракции мис-целла, выходящая из экстрактора, представляет собой раствор двух жидкостей: летучей (растворителя) и нелетучей (масла). Их разделение осуществляется путем отгонки растворителя из мисцеллы.

В спиртовой промышленности для выделения спирта-ректификата из бражки применяют ректификацию — разделение жидких летучих смесей на компоненты или группы компонентов путем многократного двустороннего тепло- и массообмена между противоточно движущимися паровым и жидкостным потоками.

Охлаждением называется процесс понижения температуры сырья или готовой продукции путем отвода от них теплоты. Технологические параметры охлаждения зависят от его цели, вида обрабатываемых пищевых продуктов и их свойств. Например, охлаждение мяса — это доведение его до температуры 4 °С. В этом случае оно выдерживает кратковременное хранение и сохраняет все питательные и вкусовые качества свежего мяса.

Цель охлаждения молока — ухудшение условий жизнедеятельности микроорганизмов, вызывающих его порчу, что, в свою очередь, увеличивает срок хранения данного продукта в свежем виде. Охлаждение молока до температуры 4 °С в течение не более 40 мин после его получения позволяет увеличить срок хранения без дополнительной обработки в 2,0—2,5 раза.

Замораживание — один из наиболее распространенных методов консервирования мяса, позволяющий сохранить питательные и большую часть вкусовых качеств свежего мяса в процессе длительного хранения продукта. Температура замороженного мяса —20 °С.

Применяемое в перерабатывающей промышленности оборудование для тепловой обработки представляет собой либо отдельные аппараты, либо входит в состав комбинированных очистительно-охладительных, пастеризационно-охладительных или стерилизационных установок. Это оборудование классифицируют по характеру соприкосновения продукта и окружающего воздуха — открытые и закрытые; по форме рабочих органов — плоские и круглые; по профилю поверхности рабочих органов — трубчатые и пластинчатые; по конструкции — однорядные и многорядные (пакетные); по числу секций — односекционные и многосекционные; по направлению движения охлаждающей жидкости по отношению к охлаждаемому продукту — прямоточные и противоточные.

Кроме того, оборудование для пастеризации и стерилизации пищевых продуктов в зависимости от структуры рабочего цикла подразделяется на аппараты непрерывного и периодического действия. Источник энергии, необходимой для выполнения этих технологических процессов, является основанием для деления аппаратов на паровые, электрические и комбинированные.

Нагрев молока в процессе приготовления некоторых молочных продуктов осуществляется с помощью резервуарных теплообменных аппаратов различного назначения (резервуары для созревания сливок и производства кисломолочных напитков, ванны длительной пастеризации молока и т.д.).

Консервы стерилизуют в автоклавах — аппаратах периодического действия и гидростатических стерилизаторах, имеющих непрерывный рабочий цикл. Автоклавы подразделяются на вертикальные аппараты для обработки продукта в жестяной и стеклянной таре паром или в воде и горизонтальные для стерилизации консервов в жестяной таре паром, а также обыкновенные и ротационные. В последних продукт в процессе стерилизации непрерывно перемещается во вращающемся барабане, что значительно улучшает теплообмен, а следовательно, и эффективность всей операции.

Аппараты для гидротермической и тепловой обработки зерна по виду обрабатываемого сырья подразделяются на аппараты для обработки зерна злаковых культур, крупяных культур и компонентов комбикормов; по назначению — на подогреватели, кондиционеры, пропари вател и.

Подогреватели зерна служат для повышения температуры сырья, поступающего на переработку с минусовой температурой и подразделяются на аппараты для подогрева зерна с пониженной температурой и аппараты для изменения структурно-механических и биохимических свойств зерна.

Кондиционеры используют для тепловой обработки сырья, а также для изменения (обычно уменьшения) его влажности, а при необходимости — и температуры. Основной классификационный признак кондиционеров — вид используемого теплоносителя. Различают воздушные, водяные, воздушно-водяные и скоростные кондиционеры. В скоростных кондиционерах в качестве теплоносителя используют пар.

Пропариватели бывают непрерывного и периодического действия.

Для варки пищевых продуктов применяют варочные котлы, различающиеся способом установки и обогрева, а также вместимостью и формой варочных сосудов. В зависимости от давления в варочном сосуде все котлы подразделяются на пищеварочные, работающие при атмосферном или незначительном избыточном давлении, и автоклавы, работающие при повышенном давлении (250 кПа), а в зависимости от источника теплоты — на твердотопливные, газовые, электрические и паровые.

По способу установки котлы классифицируют на неопрокиды-вающиеся и опрокидывающиеся со съемным варочным сосудом. Первые оборудуют варочным сосудом вместимостью более 100, вторые — менее 100 л. Вместимость котлов со съемным варочным сосудом менее 60 л.

В зависимости от способа обогрева различают котлы с непосредственным и косвенным обогревом. Котлы с косвенным обогревом работают при повышенном давлении в греющей рубашке (до 150 кПа). В качестве промежуточного теплоносителя используют воду.

Аппараты, в которых сгущают продукты, называются выпарными. Они бывают атмосферными и вакуумными. По сравнению с атмосферными аппаратами вакуум-выпарные установки имеют следующие преимущества:

  • • возможность сгущать жидкости, кипение которых при атмосферном давлении ведет к изменению физико-механических свойств и потере питательной ценности продукта;
  • • использование в рабочем цикле отработавшего и вторичного пара;
  • • эффективное использование пара ввиду значительного перепада температур между теплоносителем (паром) и выпариваемой жидкостью.

Указанные преимущества вакуум-выпарных установок обусловили их широкое применение при переработке молока.

В перерабатывающей промышленности применяют выпарные установки одно- и многокорпусные; периодического и непрерывного действия; циркуляционные и пленочные; трубчатые и пластинчатые; с поверхностным и барометрическим конденсаторами; с использованием водяного пара, паров аммиака и фреона; с использованием и без использования вторичного пара.

К одной из наиболее обширных групп оборудования перерабатывающей промышленности относятся сушилки. По способу подвода теплоты различают сушилки конвективные, кондуктивные (контактные), диэлектрические, радиационные; по виду используемого теплоносителя — воздушные, газовые и паровые; по давлению воздуха в сушильной камере — атмосферные и воздушные; по состоянию слоя обрабатываемого материала — плотный неподвижный, плотный малоподвижный, взвешенный, кипящий, падающий, комбинированный; по взаимному направлению движения материала и теплоносителя в конвективных сушилках — прямоточные, противоточные и с перекрестным движением; по характеру движения обрабатываемого материала при сушке — прямоточные и рециркуляционные; по структуре рабочего цикла — периодического и непрерывного действия; по характеру использования — стационарные и передвижные.

Печи, применяемые в первую очередь для выпечки хлеба и хлебобулочных изделий, классифицируют по следующим признакам:

  • • технологический — универсальные (для выработки широкого ассортимента хлебобулочной, кондитерской, бараночной продукции) и специализированные (для производства ограниченного ассортимента продукции);
  • • способ обогрева пекарной камеры — с канальным обогревом, теплоносителем здесь являются продукты сгорания, проходящие по системе каналов, через поверхность которых теплота передается в пекарную камеру; с пароводяным обогревом, при этом теплоносителем является пароводяная смесь высокого давления, циркулирующая в толстостенных нагревательных трубках; с газовым обогревом — газ сжигается в пекарной камере; с электрообогревом, при котором используют трубчатые электронагреватели, токи высокой частоты и т.д.;
  • • конструкция пекарной камеры — тупиковые, в которых посадка тестовых заготовок и выгрузка готовой продукции производятся через одно и то же посадочное отверстие; сквозные (тоннельные), в которых эти операции осуществляются с противоположных сторон печи;
  • • производительность — малая производительность с площадью пода до 8 м2; средняя — до 25 м2 и большой — свыше 25 м2;
  • • степень механизации — со стационарным подом, с выдвижным подом, с конвейером подачи и электроприводом.

К аппаратам для экстракции относятся колонные шнековые, ленточные и роторные карусельные экстракторы, а для перегонки и ректификации — дистилляпионные и ректификационные установки.

Ректификационные установки подразделяют на брагоперегонные для получения из бражки спирта-сырца (одноколонные и двухколонные), ректификационные для получения спирта-ректификата из спирта-сырца (периодического и непрерывного действия), брагоректификационные непрерывного действия и установки для получения абсолютного спирта (из бражки или спирта-ректификата).

Брагоректификационные установки бывают прямого, полупря-мого и косвенного действия.

Холодильное оборудование, применяемое на перерабатывающих предприятиях, условно можно разделить на две большие группы: универсальное и специальное.

К универсальному, позволяющему охлаждать продукцию и хранить ее, относятся охладители резервуарного типа, холодильные шкафы и сборные холодильные камеры.

Группу специального оборудования составляют трубчатые и пластинчатые охладители, скороморозильные воздушные, морозильные плиточные аппараты и криогенные морозильные агрегаты. Это оборудование не предназначено для хранения продукции, а осуществляет только ее холодильную обработку.

По другой классификации оборудование и способы замораживания пищевых продуктов подразделяются на три класса: с помощью хладагента, в жидкости и в воздухе. В зависимости от наличия промежуточного передатчика теплоты между продуктом и охлаждающей средой каждый из указанных классов, в свою очередь, подразделяются на два подкласса: контактное и бесконтактное замораживание.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >