Файл: Конспект лекций для студентов направления подготовки 15. 04. 02 Технологические машины и оборудование.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 308
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
40 током воды на водород и кислород и выделении их в виде очень мелких пузырьков, осаждающихся на поверхности твердой фазы и увлекающих ее вверх. Для флотации используют в основном пузырьки водорода, выделяющиеся на катоде, так как он обладает большей подъемной силой и количество их в 2 раза больше. Кроме того, пузырьки водорода пронизывают весь объем флотируемой жидкости, вытесняют кислород, тем самым снижая уровень окислительно-восстановительного потенциала, т.е. в электрофлотаторе наряду с разделением фаз происходит эффективная деаэракция продукта.
Электрофлотация широко используется в промышленности:
в мясной – для очистки сточных вод, позволяет извлекать до 90-95 % жира;
для очистки виноградного сока и др.
Аппараты, которые применяются для электрофлотации, принято называть
электрофлотаторами.
По конструкции электрофлотаторы делятся на 3 типа:
1. Аппарат с горизонтальным расположением дна и катодом и вертикально установленным анодом (рисунок 4.3).
2. Однокамерные аппараты с наклонным расположением дна и электродов.
3. Многосекционные аппараты разных конструкций.
В сосуд заливают сточную воду, подается электрический ток на катод и анод, в результате быстрого разложения воды на водород и кислород к грязным частицам налипают пузырьки водорода, они поднимаются наверх и образуют пену. Далее пена снимается, и очищенная вода сливается.
Анодом является графит. В процессе эксплуатации он подвергается износу, и его необходимо заменять на новый. Многосекционные аппараты и различные модификации этого типа с наклонно расположенным днищем и электродами. Каждая секция такого аппарата является самостоятельной камерой для электрофлотации при последовательном перемещении продукта через них.
Рисунок 4.3 – Электрофлотатор с горизонтальным расположением дна и катодом и вертикально установленным анодом:
1 - вертикальный сосуд; 2 - катод; 3 - анод; 4 - трубы для подачи сточной воды;
5 - патрубок для слива чистой воды; 6 - пузырьки водорода; 7 - пузырьки кислорода; 8 - пена; 9 – подставка
41
Электрофлотационные аппараты обладают рядом специфических достоинств: простотой конструкции аппарата в изготовлении и обслуживании и малым расходом электроэнергии; возможностью ведения процесса разделения в непрерывном режиме и планового регулирования скорости процессов в широких пределах; отсутствием вращающихся частей, интенсивного перемешивания и перетирания твердых частиц; возможностью флотации инертным газом и одновременной деаэрации обрабатываемой жидкости. В то же самое время имеются и недостатки: потеря некоторой части продукта с пенной
«шапкой»; недолговечность диафрагмы; затруднительность использования аппаратуры при разделении систем с крупными взвесями.
Несмотря на недостатки, метод электрофлотации перспективен и может быть с успехом использован в целом ряде технологических процессов.
Рисунок 4.4 – Электрофлотационная установка с растворимыми анодами:
1-5 - секции; 6 - пенный продукт; 7 - трубопровод; 8 и 10 - сетки;
9 и 11 - пластины; 12 - катод; 13 – анод
Электрофлотационная установка с растворимыми анодами состоит из пяти секций (рисунок 4.4). В нижней части секции 2 укреплены алюминиевые или железные электроды в виде двух наборов вертикально расположенных пластин. На дне секций 3 и 4 расположены графитовые пластины и проволочные сетки, выполняющие соответственно роли анодов и катодов.
Обрабатываемая жидкость поступает в приемную секцию и последовательно переходит из секии в секцию, совершая зигзагообразный путь. Очищенная жидкость из секции 4 по специальному трубопроводу 7 переливается в секцию
5, из которой самотеком переходит в сборную емкость. Производительность установки регулируют изменением скорости поступления жидкости на входе в приемную секцию.
Следующим перспективным направлением использования непосредственного подвода электроэнергии к обрабатываемому продукту является применение в пищевой промышленности процессов с использованием
ЭК-нагрева (при тепловой обработке, размораживании).
ЭК-нагрев обладает специфической особенностью. Быстрое возрастание температуры по всему объему изделия позволяет создать новый
42 промежуточный процесс - электростимуляцию - кратковременный процесс (15-
60 секунд) нагрева продукта (колбасного фарша) в диэлектрической форме до температуры 50-70 С. Полученные изделия обладают упругой консистенцией и хорошо сохраняют форму при дальнейшей обработке.
Сущность ЭК-нагрева состоит в том, что электрический ток, проходя через продукт, обладающий сопротивлением, вызывает его нагрев. Мясо и другие продукты ввиду своей электрической природы способны проводить электрический ток, одновременно они являются частично и диэлектриками, способными оказать сопротивление движению частиц. Поэтому в результате прохождения электрического тока через продукты такого вида, в них в результате диэлектрических потерь часть электрической энергии превращается в тепло. Этот способ называют ЭК-нагревом. Серьезную проблему представляет выбор частоты тока. Электрохимические исследования показали, что приемлемой может быть признана частота 8-10 Гц.
Рисунок 4.5 – Схема формования и коагуляции сосисок:
/ - исходное положение устройства; // - заполнение формы фаршем; /// - начало процесса термообработки; 1 - тефлоновая гильза; 2 - металлический кожух;
3 - цевка; 4 - неподвижный вогнутый электрод; 5 - питающее устройство;
6 - привод; 7 - стержень клапана; 8 - электрод-насадка
На рисунке 4.5 показана установка для производства безоболочных сосисок. При работе агрегата фарш из бункера питателем подается на устройство для формования и коагуляции (рис. 4.5, а), которое работает следующим образом. Тефлоновая гильза (рис. 4.5, б), помещенная в кожухе, с помощью гидравлической системы отводится на цевку, которая соединена с питающим устройством. В левой части тефлоновой трубки находится неподвижный вогнутый электрод, в который при крайнем правом положении
43
(позиция //) упирается стержень клапана, перекрывающий отверстие в электроде-насадке. При достижении механизмом крайнего правого положения в стержне клапан выводится из отверстия в насадке, при этом фарш начинает заполнять форму. Одновременно с этим тефлоновая гильза перемещается влево до рабочего положения (позиция ///). После заполнения фаршем в форме соз- дается остаточное давление, обеспечивающее хороший контакт продукта с электродами.
Скоагулированные при температуре 54-55 С сосиски попадают с кон- вейера формующего устройства в первую секцию печи. Здесь они обрабатываются смесью горячего воздуха и дымовых газов. Наиболее высокая температура достигается во второй секции печи. Затем сосиски промываются водой и осушаются сжатым воздухом. При необходимости их можно под- красить. Затем, пройдя последовательно секцию охлаждения и накопления, сосиски упаковываются. Поскольку термические процессы, связанные с использованием электронагрева, проходят быстро, то для образования устойчивого розового цвета сосисок рекомендуется добавлять в фарш аскорбинат натрия.
На рисунке 4.6 приведена принципиальная схема установки для размораживания брикетов рыбы током промышленной частоты. Питание установки осуществляется непосредственно от сети. Установлено, что при хорошем качестве рыбы процесс удается ускорить в 10-15 раз.
Рисунок 4.6 – Принципиальная схема размораживания брикетов рыбы током промышленной частоты
При электроконтактном нагреве мясопродуктов отмечено улучшение биологической ценности готового продукта
(усвояемость белков).
Гистологические исследования показали лучшее бактерицидное действие ЭК- нагрева по сравнению с другими методами нагрева (ИК). То есть в целом качество готовой продукции, полученной электроконтактным методом, отвечает современным требованиям.
44
Вопросы для самоконтроля по теме 4:
1. Как обрабатываются продукты электроконтактным способом?
2. С помощью какого оборудования производится обработка продуктов злектроконтактным способом?
3. Чем доказывается интенсификация различных технологических процессов использования электроконтактных методов?
4. Что свойственно лектроконтактных методов?
5. Постоянный или переменный ток может применяться для ЭК?
6. Что такое электростимуляция парного мяса?
7. Что называют интенсивной холодильной обработкой?
8. Что требует промышленная переработка в больших масштабах с использованием данного метода?
9. Что понимают под созреванием мяса?
10. В результате чего парное мясо подвергается размягчению?
11. Для чего разработаны различные генераторы для электроконтактного метода?
12. Что подтверждают морфологические исследования продуктов?
13. Что такое электромассирование и с чем оно сочетается?
14. Что такое электроплазмолиз?
15. Каково содержание сока в плодах и овощах и сколько удается получить при переработке?
16. От каких факторов зависит эффективность электроплазмолиза?
17. Какие аппараты называют электроплазмолизаторами?
18. Назовите преимущества валкового электроплазмолизатора.
19. В чем преимущество и недостатки ленточного плазмолизатора?
20. Что такое электрофлотация?
21. Для чего применяется электрофлотация в мясной и в овощной промышленностях?
22. Какие типы электрофлотаторов Вы знаете?
23. Чем отличается электрофлотационная установка с растворимыми анодами от электрофлотатора с горизонтальным разположением дня и катода?
24. Что такое ЭК нагрев и какова его температура?
25. Какую приемлемую частоту тока для ЭК нагрева показали электрохимические исследования?
26. Поясните схему формирования и коагуляции сосисок?
27. При какой температуре происходит процесс коагуляции?
28. Поясните принципиальную схему установки для размораживания брикетов рыбы током промышленной частоты.
29. Какое улучшение биологической ценности готового продукта отмечается при электроконтактном нагреве?
30. Что показали гистологические исследования относительно лучшего бактерицидного действия ЭК-нагрев по сравнению с другими источниками нагрева (ИК- награва)?
Рекомендованная литература: [2, 4, 6, 8, 9].
45
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
5 ОБРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ИНФРАКРАСНЫМ
ИЗЛУЧЕНИЕМ
Инфракрасное (ИК) излучение нашло достаточно широкое применение в самых различных отраслях промышленности – мясной, молочной, хлебопекарной и т.д. При процессах обжарки, варки, запекании, дезинфекция и пр. Поток ИК-излучения, взаимодействуя с материалом, преобразуется в теплоту. Способность материала поглощать ИК-лучи зависит от его оптических свойств и длины волны излучения, легко изменяемой в необходимых пределах.
ИК-излучению в спектре электромагнитных волн соответствует диапазон длин волн 0,76-750 мкм, который условно делится на три группы:
длинноволновый - 750-25 мкм;
средневолновый - 25-2,5 мкм;
коротковолновый - 2,5-0,76 мкм.
Для технических целей верхний предел используемых длин волн можно ограничить 15 мкм. ИК-излучение представляет собой результат сложных внутримолекулярных процессов, связанных с поглощением веществом энергии, и ее непрерывным преобразованием в излучение. ИК-излучение возникает в результате перехода электронов атомов с более высокого на более низкий энергетический уровень.
ИК-излучения характеризуются как колебательный процесс, для которого длина волны излучения ( ) связана с частотой ( ) и периодом колебаний (Т) следующим соотношением:
= с Т = с / ,
(5.1) где с - скорость света (с = 300 000 км/с).
В общем случае поток излучения (Ф, Вт), произвольно падающий на поверхность материала, претерпевает ряд изменений, которые зависят как от свойств материала, так и от параметров источника излучения:
Ф = Ф
0
+ Ф
п
+ Ф
пр
,
(5.2) где Ф
0
- отражательная способность (поток отражения);
Ф
п
- поток, поглощаемый материалом;
Ф
пр
- поток излучения, проникающий через материал.
Взаимодействие материала с лучистым потоком характеризует ряд коэффициентов:
коэффициент отражения R = Ф
0
/ Ф (доли, %);
коэффициент поглощения А = Ф
п
/ Ф (доли, %);
коэффициент пропускания Т = Ф
пр
/ Ф (доли, %).
Отсюда: R + А + Т = 1. Излучение представляет собой поток частиц.
Способностью полностью поглощать лучистый поток обладает только абсолютно черное тело.
46
При этом Планком установлено, что тела поглощают излучение дискретно в виде определенных порций – квантов. Энергию кванта (Е, Дж) определяют из выражения:
Е = h ,
(5.3) где h – постоянная Планка; – частота электромагнитных колебаний, Гц.
Под оптическими свойствами материала понимают его пропускающую, поглощательную и отражающую способность. Эти характеристики зависят от ряда факторов, в том числе от структуры материала, влагоудержания, форм связи влаги, состояния и цвета поверхности.
Для практических целей в условиях конкретного излучателя и объема нагрева удобно пользоваться интегральными характеристиками, отражающими взаимодействие объема с лучистой энергией во всем используемом диапазоне длин волн. Интегральные характеристики относятся к длине волны, соответствующей максимальному излучению (
max
) излучателя.
Реальные пищевые продукты обладают четко выраженной селективностью к поглощению ИК-излучения в различных областях спектра.
Поэтому источник ИК-излучения следует выбирать с учетом спектральных характеристик материала.
Классификация пищевых продуктов по оптическим характеристикам, зависящим от наличия или отсутствия влаги в материале, приведена в таблице
5.1. Оптические показатели продукта зависят от температуры материала, особенно при наличии фазовых переходов. Так, проницаемость пищевых продуктов при повышении температуры уменьшается. Пропускательная способность вареного фарша по сравнению с сырым понижается.
Большой интерес представляет ИК-нагрев пищевых продуктов, упакованных в полимерные пленки. Однако рациональный выбор пленки, обладающей максимальной проницаемостью, затруднен ввиду отсутствия достаточных сведений в литературе.
Выявлена зависимость проницаемости пленки от max
, из которой следует, что проницаемость всех пленок наиболее высока для коротковолнового излучателя (
max
= 1,04 мкм) и уменьшается с увеличением max
При исследовании оптических свойств наиболее часто применяют ИК- спектрометры и спектрофотометры. Спектрометры предназначены для получения и регистрации
ИК-спектров однолучевым методом, спектрофотометры - для регистрации спектров поглощения различных веществ двухлучевым методом.
Принцип действия спектрофотометра при работе по двухлучевой схеме основан на нулевом методе. Радиация от источника излучения направляется по двум каналам: в одном канале помещается исследуемый образец, в другом - фотометрический клин и образец сравнения. С помощью прерывателя пучки света из каналов попеременно проходят в монохроматор, разлагаются в спектр и поступают на приемник радиации - болометр.
47
48
49
Когда интенсивность пучков в обоих каналах одинакова, на болометр попадает постоянная тепловая радиация и сигнал на входе усиленной системы не возникает. При наличии поглощающего образца на болометр попадают пучки различной интенсивности, в результате на входе в усилитель используется переменный сигнал, частота которого равна частоте прерывателя пучков. Этот сигнал после усиления и преобразования подается на обмотку электродвигателя отработки, который перемещает фотометрический клин, уменьшая до нуля возникающую разность интенсивностей пучков.
Фотометрический клин механически связан с пером записывающего устройства, величина перемещения пера пропорциональна величине перемещения клина, показывает величину поглощения исследуемого образца.
Определение спектральной отражательной способности продукта основано на сравнении ее с отражательной способностью эталона. Для определения отражательной способности диффузно отражающих или рассеивающих излучения материалов необходимо сфокусировать отраженное излучение на площадке приемника или входной щели монохроматора. Для этих целей в измерительной аппаратуре обычно применяют сферическое зеркало, полусферу, интегрирующий шар или зеркальный эллипсоид.
Методика измерения спектральной отражательной способности материалов сводится к следующему. Перед началом измерений в отверстие крышек полусфер вкладываются эталоны. После установки эталонов интенсивность излучения по обоим каналам выравнивается с помощью компенсирующего клина и записывается на спектр 100 % отражения. Затем на место эталона по каналу помещают исследуемый образец и произвольную запись спектра отражения.
Полученные относительные коэффициенты пересчитывают на абсолютные по формуле:
R a
= R u
R э
,
(5.4) где R u
- измеренный коэффициент отражения;
R э
- коэффициент отражения эталона.
Существует ряд способов определения величины интегральной пропускательной способности (и проницаемости) пищевых продуктов для ИК- излучения, отличающихся один от другого чувствительными элементами
(датчиками).
При измерении проницаемости материалов в качестве приемников интегральных лучистых потоков наиболее целесообразным является использование радиометров, которые имеют достаточно ровную чувствительность в широком диапазоне спектра ИК-излучения.
С помощью радиометра измеряют радиационную температуру, равную температуре абсолютно черного тела, излучение которого равно излучению данного серого тела:
С
0
Т
4
= С
0
Т
R
4
,
(5.5)