Пищевые продукты как системы классифицируют по сочетанию агрегатных состояний ингредиентов. Для разделения систем на ингредиенты используют характерные признаки. Для однородных систем это различия температур фазовых переходов, растворимости, сорбционной способности, влажности сушильных агентов и др. Для неоднородных систем это различия плотности ингредиентов и др.

Параметры гомогенных систем изменяются монотонно. В гетерогенных системах они претерпевают скачок при переходе через границу раздела фаз.

Процессы разделения также классифицируют по указанным признакам. Методы разделения систем включают: выбор признака разделении; создание условий, при которых разделяемые ингредиенты существенно различаются по выбранному признаку; непосредственное разделение в пространстве под воздействием сил, возникающих из-за различий по выбранному признаку.

Закономерности процессов разделения формулируют на основании законов сохранения вещества и энергии при использовании феноменологического подхода к изучению каждого процесса в отдельности.

00:00 Процессы разделения: общие сведения

01:35 Пищевые продукты как системы для разделения

06:13 Агрегатные состояния и дисперсность

16:32 Признаки, используемые для разделения системы

26:54 Феноменологический подход к изучению процессов разделения

28:33 Материальные балансы процессов разделения

30:10 Заключение и прощание

Осаждение — это разделение неоднородной системы по признаку различия плотностей, заключающееся в опускании более плотных частиц на твердые ограничивающие поверхности или во всплывании менее плотных частиц на поверхность жидкости под действием массовых сил — тяжести или инерции. 

В процессе осаждении твердые частицы приобретают ускорение в направлении действия массовых сил. Возникающая при этом инерционная сила уравновешивается сопротивлением окружающей среды, и частица приобретает устойчивую скорость, являющуюся максимальной из всех возможных.

Расчетные формулы для осаждения, полученные из этих представлений, записываются в виде зависимости критерия Ньютона от критерия Рейнольдса или в виде зависимости критерия Архимеда от размерных факторов. По этим зависимостям рассчитывают максимальную скорость осаждения.

Производительность отстойника определяется площадью его поперечного сечения и не зависит от глубины.

Применяют отстойники периодического, полунепрерывного и непрерывного действия.

Центробежная сила используется для интенсификации разделения неоднородной системы (эмульсий, суспензий, дымов) по разнице плотностей.

00:00 Основные положения

01:45 Общие сведения

04:01 Центрифуги

12:03 Сепараторы

16:34 Циклоны

20:39 Гидроциклоны

23:14 Заключение и прощание

Осаждение в поле массовых сил -- это разделение неоднородной системы по признаку различия плотностей ингредиентов под действием сил инерции или электростатических сил.

Расчеты разделения ингредиентов под действием массовых сил можно выполнять по формулам для разделения в поле силы тяжести с последующим умножением скорости осаждения на фактор разделения -- отношение центробежного ускорения к ускорению свободного падения.

Осаждение в поле центробежных сил осуществляется в отстойных центрифугах -- периодического или непрерывного действия. Из последних наиболее распространена шнековая центрифуга.

Для разделения эмульсий применяют сепараторы. В настоящее время сепараторы изготовляют исключительно тарелочными. В них разделяемая эмульсия течет в малом зазоре между тарелками. Это уменьшает критерий Рейнольдса при течении и блокирует перемешивание осадка с декантатом путем реализации только ламинарного течения.

Пыли и суспензии разделяют в циклонах. циклоны для раз-деления суспензий называют гидроциклонами. С уменьшением диаметра цилиндрической Камеры циклона увеличивается его разделяющая способность, но уменьшается производительность. Особенно ярко это проявляется в гидроциклонах, и потому их устанавливают батареями из нескольких десятков штук.

Перемешивание применяют для образования эмульсий, суспензий и однородных смесей сплошных сред, а также для интенсификации процессов тепло- и массообмена. заключается в измельчении элементов сред и их равномерном перераспределении в пространстве. 

Гомогенизация (от греч. homagenes - однородный) - создание однородной гомогенной структуры , не содержащей частей, различающихся по составу и свойствам и отделенных друг от друга поверхностями раздела.

00:00 Основные положения

02:22 Коэффициент неоднородности смеси

09:02 Блок-схема процесса перемешивания (первый подход)

13:03 Перемешивание с учётом сегрегации частиц (второй подход). Графики однородности

16:29 Исследования процесса перемешивания сыпучих материалов. Кривые смешения сухих компонентов

18:11 Критерии интенсификации процесса перемешивания сыпучих материалов

22:27 Оценка качества процесса перемешивания

23:30 Смесители сыпучих пищевых продуктов

28:31 Математические модели процесса перемешивания сыпучих сред

37:36 Зависимость неоднородности смеси в зависимости от диаметра и насыпной плотности перемешиваемых компонентов

41:12 Смесители жидких продуктов

46:43 Расход энергии на перемешивание

54:09 Гомогенизация: сущность процесса

56:23 Физические явления при гомогенизации

01:06:26 Заключение и прощание

Полнота и завершенность перемешивания называется эффективностью данного процесса и характеризуется коэффициентом неоднородности перемешивания.

По физическому смыслу он является относительным средним отклонением концентрации одного из ингредиентов смеси от ее математического ожидания.

Важнейшее влияние ка эту величину оказывает масштаб оценок. Масштаб оценок - мерный объем, в котором измеряют фактические значения концентраций. Поэтому для полной характеристики перемешивания кроме коэффициента неоднородности смеси необходимо указывать масштаб, в котором выполняются оценки.

Равномерность перемешивания экспоненциально увеличивается во времени в результате механического либо диффузионного выравнивании концентраций по пространству.

Основные способы перемешивания: механический, поточный пневматический.

Критерий мощности, потребляемой смесителем, - критерий Эйлера. Расчет мощности, потребляемой смесителем, сводится к выбору его конструкции из набора стандартных, заданию режимов работы с вычислением безразмерной скорости движения смешивающего органа (критерия Рейнольдса), определению по справочным данным критерия Эйлера и по нему -- мощности, затрачиваем мой на перемешивание.

Физические явления, используемые для гомогенизации эмульсий: дробление частиц жидкости в коллоидной мельнице; дросселирование жидкости в зазорах клапанов; кавитация; движение ультразвуковых волн в жидкой среде; взаимодействие частиц с ударными волнами.

В лекции рассмотрен процесс приготовления теста, три стадии замеса, анализ замеса, расчёт энергии на замес, консистограммы замеса.  

Замес теста длится от 3 до 20 мин и зависит от свойств муки, рецептуры, технологических особенностей ассортимента и конструкции тестомесильной машины. При замесе происходит насыщение массы воздухом и белки муки интенсивно поглощают влагу (набухают).

Тесто из сильной муки упругое с высокой газо- и формоудерживающей способностью. При замесе и дальнейшем брожении тесто из сильной муки меньше расслабляется.

Степень механической проработки теста при замесе оказывает значительное влияние на физические свойства теста и дальнейший ход его созревания в процессе брожения, что в конечном итоге влияет на качество хлеба.

Образование связей сопровождается упрочением структуры теста и снижением его липкости. Чрезмерно длительный замес приводит к разрушению структуры и повышению липкости теста.

Количество энергии, потребляемой тестомесильной машиной, зависит от ее конструкции и от свойств муки. Для определения общих закономерностей потребления энергии в процессе замеса можно воспользоваться консистограммой - диаграммой расхода энергии в процессе замеса теста на специальной месилке. Консистограф позволяет определить динамику расхода энергии замеса по величине сопротивления, которое испытывает лопасть специальной тестомесильной машины.

Экстрагирование - разделение неоднородной системы типа Т-Ж путем извлечения из сложного по составу вещества одного или нескольких компонентов с помощью растворителя, обладающего избирательным действием. Если вещество извлекают из жидкостко-жидкостной системы, процесс называют экстракцией.

При экстрагировании последовательно протекают четыре простых процесса: проникновение растворителя в поры сырья; растворение извлекаемого компонента; перенос его внутри частицы к ее поверхности; перенос от поверхности вещества в объем экстрагента.

Распределение концентраций в твердой пластине соответствует функции синуса; по времени в каждой точке пластины концентрация изменяется зкспоненциально.

Факторы, существенно влияющие на процесс экстракции: температура, размеры частиц и использование перемешивания.

Экстракторы классифицируются на периодические и непрерывные, прямоточные и противоточные. Существует также классификация по конструктивным признакам. Различают экстракторы: колонные, с цепным транспортером, барабанный, ленточный, вертикальный ковшовый, наклонный двухшнековый, перколяторы, с кипящим слоем и др.

Установки для экстрагирования сжиженными газами включают устройства ожижения газов, контактный чан непосредственного экстрагирования и разделитель газов и экстрагируемоro продукта, которым обычно выступает испаритель.

Экстракция из жидких растворов осуществляется вводам в них более сильного растворителя, выделением его вместе с растворенным веществом и последующим разделением. Процессы растворения для трехкомпонентных систем изображают в треугольных диаграммах.

Различают шламовое и закупорочное фильтрование.

Шламовое реализуется в случае маловязких жидкостей, содержащих большое количество взвешенных частиц. В этом случае слой шлама на поверхности фильтрующего материала быстро нарастает.

Закупорочное фильтрование реализуется при малом размере частиц и их небольшом количестве. В связи с малым количеством частиц шлам на поверхности фильтрующего материала не образуется в течение длительного времени. В этом случае единственно эффективным является задерживание частиц внутри пор фильтрующего материала.

00:00 Основные положения

03:10 Общие сведения

05:26 Основные закономерности

07:14 Уравнение Навье-Стокса

08:27 Уравнение Пуазейля

10:04 Уравнение Дарси

10:30 Уравнение Эргуна

12:40 Коэффициент сопротивления фильтра

14:55 Особенности закупорочного фильтрования

23:05 Перепад давления на фильтре

24:35 Виды течения жидкости в фильтре

26:51 Расчет количества осадка

28:14 Заключение и прощание

Закономерности фильтрования выявляются на основании анализа течения жидкости через фильтр. Эти закономерности, изучаемые рядом авторов (Стокс, Пуазейль, Дарси, Эргун и др.), несколько различаются.

Для осадков, сопротивление которых растет с увеличением перепада давлений, т. е. для сжимаемых осадков, коэффициенты сопротивления Дарси зависят от р и увеличиваются с его ростом.

Существуют три разных течения жидкости по трубам: ньютоновское, при котором скорость пропорциональна корню квадратному из перепада давлений; пуазейлевское, при котором скорость течения пропорциональна перепаду давлений в первой степени; фильтрационное, при котором скорость течения через сжимаемый осадок пропорциональна перепаду давлений в степени, меньшей единицы.

Для закупорочного фильтрования важен выбор фильтрующего материала. Материал должен иметь такие поперечные размеры пор, которые согласуются с размерами задерживаемых частиц. важен также правильный выбор объемов фильтрующего материала, занятых соответствующими порами.

Повышение давления со стороны фильтруемой суспензии сжимает частицы осадка, В результате расход фильтрата уменьшается вплоть до нуля. При воздействии вакуума со стороны фильтрата деформация сжатия частиц заменяется деформацией растяжения. В результате поры осадка в процессе фильтрования не закрываются и расход фильтрата не уменьшается. Эта особенность сжимаемых осадков определяет большую производительность вакуумных фильтров.

В расчетах фильтрования используют эмпирические данные, связывающие количество осадка, отложившегося на фильтре со временем фильтрования.

К фильтровальным аппаратам относятся песочные фильтры, фильтровальные чаны, фильтры-прессы, барабанные фильтры, работающие под давлением или под вакуумом, дисковые и ленточные вакуум-фильтры, ультрафильтрационные аппараты.

К аппаратам для центробежного фильтрования относятся фильтрующая центрифуга, центрифуги с центробежной разгрузкой и с выгрузкой осадка пульсирующим поршнем.

00:00 Приветствие и введение

00:53 Классификация фильтровальных аппаратов

01:38 Песочные фильтры

03:39 Фильтрационные чаны

05:37 Автоматический камерный фильтр-пресс

08:12 Барабанный вакуум-фильтр

09:51 Дисковый вакуум-фильтр

11:51 Ленточный вакуум-фильтр

13:00 Барабанный фильтр, работающий под давлением

14:00 Установка ультрафильтации для опреснения воды

14:30 Аппараты для центробежного фильтрования

15:53 Подвесная саморазгружающаяся центрифуга полунепрерывного действия

16:47 Центрифуга непрерывного действия с центробежной разгрузкой

19:13 Центрифуга непрерывного действия с выгрузкой пульсирующем поршнем

20:10 Расчёт центрифуг

22:46 Заключение и прощание

Сложный процесс выпечки хлеба включает большой комплекс более простых процессов: перенос теплоты и влаги в тестовых заготовках, физические, биохимические, микробиологические, коллоидные и другие процессы.

Общая скорость перечисленных процессов определяется интенсивностью переноса теплоты и влаги. Другие процессы протекают ка их фоне практически квазистационарно. Это значит, что их скорости в каждый момент времени определяются сложившимися условиями и практически не влияют на процессы переноса. Как следствие, параметры пекарских печей можно рассчитывать на основании анализа процессов переноса теплоты и влаги в тесте-хлебе.

00:00 Приветствие и введение

00:47 Составляющие процесса выпечки хлеба

13:12 Перенос теплоты при выпечке хлеба

23:07 Физическая и математическая модели

30:23 Требования к температуре в рабочей камере