Загальні визначення та характеристика мембран.

Серед мембранних процесів, які можна віднести до фільтрувальних методів розділення рідинних систем відомі: зворотній осмос, ультрафільтрування і мікрофільтрування.

У всіх цих процесах в якості фільтрувальних перегородок використовують напівпроникні мембрани. Ці мембрани називають молекулярно-ситовими.

Застосовують три види напівпроникних мембран: пористі, непористі та рідкі. Для харчової промисловості та підприємств харчування використовують пористі мембрани.

Мембрани, які застосовують на практиці, не завжди мають ідеальну напівпроникність, в зв'язку з цим завжди спостерігається перехід з водою кількості розчиненої речовини.

Пристрій та принцип роботи апаратів для здійснення мембранних методів розділення.

Розглянемо найпростіші схеми двох типів установок (мал.4.1). Вихідна рідинна система надходить у внутрішню порожнину установки, проходить крізь напівпроникну мембрану, розташовану на підкладці. Підкладку виготовляють з міцного пористого матеріалу – кераміки, пористої нержавіючої сталі.

Мал. 4.1 Схема установок для мембранного розділення рідинних систем:

а – з плоским розташуванням мембран:

1 – нижня основа; 2 – герметизуючі прокладки;

3 – верхня основа; 4– напівпроникна мембрана;

5 – підкладка;

б – з циліндричним розташуванням мембран:

1 – циліндрична підкладка; 2 - напівпроникна мембрана; 3 – корпус установки.

 

На напівпроникній мембрані осідають частки або молекули, які потрібно виділити з вихідної рідини. Фільтрат проходить через мембрану та підкладку і виводиться з установки.

Принципова відміна зворотньоосмотичних, ультрафільтрувальних і мікрофільтрувальних установок від звичайних фільтрувальних установок полягає в тому, що в них недопустиме утворення осаду на поверхні фільтрувальної перегородки. У поверхні мембран із сторони розчину спостерігається підвищена його концентрація. Це явище називається концентраційною поляризацією, яке приводить до зниження селективності мембран, їх проникності та до істотного зниження їх терміну роботи.

Для того, щоб уникнути концентраційної поляризації або зменшити її негативний вплив на селективність та проникність мембран використовують магнітні мішалки, в промислових апаратах більшої продуктивності збільшують швидкість течії рідини та встановлюють різні турбулізатори течії.

Застосування. Промислові установки для мембранного розділення рідинних систем одержали застосування в харчових виробництвах лише 10- 15 років тому. Їх застосування безперервно розширюється. Їх застосовують у молочній та цукровій промисловості, у виробництві соків, сиропів, концентратів, екстрактів. Одержані цими методами продукти (згущене молоко, цукрові сиропи, концентровані фруктові і овочеві соки, згущені бульйони, екстракти чаю і кави) відрізняються більш високою якістю, ніж продукти, які одержані випаровуванням або виморожуванням. В них зберігаються всі вихідні цінні компоненти (білки, вітаміни, ферменти, імунні тіла). Вони мають кращі органолептичні показники.

Велику роль мембранні методи набули для очищення стічних вод промислових підприємств, в тому числі і підприємств харчування, що сприятливо відобразилося на охороні навколишнього середовища.

 

 

Самостійна робота №9

Тема. Апарати для подрібнювання

 

Машини і апарати для подрібнення характеризуються різними конструктивними формами.

Розглянемо типи машин і апаратів для подрібнювання. Щокова дробарка (мал. 5.1) працює за принципом роздавлювання. Матеріал, що піддається подрібнюванню, завантажують між щік. За рахунок зусиль на рухливій щоці, матеріал роздавлюється.

 

Мал.5.1.Схема щокової дробарки:

1-нерухома щока; 2-подрібнюючийся матеріал; 3-рухома щока.

 

У конусних дробарках (мал. 5.2) подрібнення здійснюється за рахунок роздавлювання і стирання. Вихідний матеріал завантажується в простір, утворений між зовнішнім нерухомим і внутрішньої обертовим конусами. Останній розташований ексцентрично відносно зовнішнього конуса. У багатьох конусних дробарках внутрішній конус має змінну вісь обертання, тобто привідний вал, який, обертаючись, описує конусоподібну поверхню.

У вальцьових або валкові дробарках (мал. 5.3) матеріал, що подрібнюється, захоплюється вальцями і, проходячи між ними, дробиться. Вальцьові дробарки працюють за принципом роздавлювання і стирання. Відомі вальцьові дробарки, у яких два вальця мають однакову частоту обертання, а також, у якій один з вальців обертається з меншою частотою, ніж другий. У цьому випадку ефект стирання посилюється.

Мал. 5.2 Схема конусної дробарки:Мал. 5.3.Схема вальцьової (валкової)

1-зовнішній нерухомий конус; 2-подріблювальний дробарки:

матеріал; 3- внутрішній рухомий конус. 1,3-вальця; 2-подріблювальний матеріал.

 

За принципом подрібнювання за рахунок стиснутого удару працюють молоткові дробарки (мал. 5.4). Через завантажувальний бункер подрібнений матеріал надходить у робочу камеру, де піддається впливанню молотків, насаджених на стержні, що обертаються навколо центральної осі. Подрібнений матеріал виходить з камери через перфороване днище.

Розглянуті машини й апарати призначені для великого, середнього і дрібного подрібнення. У деяких з них можна здійснювати грубий помел.

Мал. 5.4 Схема молоткової дробарки: 1-завантажувальний бункер; 2-подріблювальний матеріал; 3-робоча камера; 4-молотки 5-перфроване днище.	Мал. 5.5.Схема дискової дробарки: 1-розвантажувальний патрубок; 2-камера;3-обертаючийся диск; 4-пальці; 5-завантажувальний бункер; 6-привідний вал; 7-нерухомий диск.	Мал. 5.6. Схема переміщення куль в кульовому млині: 1-корпус; 3-кулі; 2-подрібнювальний матеріал;

 

 

Апарати, що використовують для грубого і середнього помелів працюють за принципом стиснутого удару і стирання завдяки дискових дробарок, що називаються дезінтеграторами (рис, 5.5). Із завантажувального бункеру матеріал, що подрібнюється, надходить у камеру дезінтегратора і потрапляє між пальцями нерухомого і рухомого дисків. У зазорах між пальцями відбувається подрібнення. Подрібнений продукт виходить через розвантажувальний патрубок. У деяких дезінтеграторах обертаються обидва диски з пальцями, обертання їхні здійснюється в різні сторони.

У промисловості широко застосовуються кульові млини. Принцип їх роботи полягає у використанні удару і стирання. Кульовий млин - це циліндр, що обертається навколо своєї осі (мал. 5.6). Внутрішня порожнина циліндра заповнена кулями, виготовленими з твердих матеріалів. Кулі разом з подрібнюючим матеріалом при обертанні корпусу піднімаються на висоту, а потім під дією сили тяжіння падають вниз та вдаряються по матеріалу укладеному між ними.

За принципом стирання працюють подрібнювачі, у яких використовують жорна

Мал. 5.7.Схема жорен: 1-верхнє жорно; 2-подрібнювільний матеріал; 3-нижнє жорно; 4-привідний вал.

Мал. 5.8. Схема протирочної машини для ягід і фруктів: 1-розвантажувальний патрубок; 2-корпус; 3-перфорований циліндр; 4-приймальний бункер; 5-робочі лопаті; 6-привідний вал.

 

Подрібнений матеріал через конічний отвір у верхньому жорні надходить у зазор між ним і нижнім жорном, в якому відбувається подрібнювання. Жорна обертаються в різні сторони.

Усі розглянуті вище апарати призначені для подрібнювання твердих матеріалів і продуктів. У харчуванні виникає необхідність подрібнювання сировини і продуктів, що складаються з твердих і м'яких компонентів. До такої сировини відносяться, наприклад, м’ясо-кісткова зокрема реберна, частина м'ясних туш, хребет риби.

Для подрібнювання м’ясокісної сировини застосовують його попереднє заморожування при температурах 30 - 20 °С. Заморожування сировини дозволяє подрібнити його до часток розміром 10-50 мкм. Таке тонке здрібнювання дозволяє використовувати м’ясокісну сировину у фаршах, особливо при виробництві деяких видів ковбас, котлет, люля-кебаба.

На виробництвах харчування тонкому подрібнюванню у великих кількостях піддають варені овочі, свіжі ягоди і фрукти. Для цієї мети використовують спеціальні подрібнюючі машини, що називаються протиральними. В даний час відомо багато різних типів протиральних машин і пристроїв.

Розглянемо їхню роботу на прикладі протиральної машини для ягід і фруктів (мал. 5.9). Продукт, що піддається протиранню, надходить з бункера в перфорований циліндр, у якому розташовані обертові робочі лопати. Відцентровою силою продукт притискається до перфорованого циліндра. Під впливом лопат відбувається його роздавлювання і стирання. Подрібнений до пастоподібного вигляду продукт через перфорацію циліндра надходить у корпус і в розвантажувальний патрубок.

Самостійна робота № 10

 

Тема. Процес різання

Різання. У зв’язку з тим, що різання займає харчуванні найбільш важливе місце серед інших процесів подрібнювання продуктів, розглянемо цей процес більш детально. Різанню піддається більшість видів сировини, напівфабрикатів і продуктів.

Основна мета процесу різання полягає в поділі продукту на частини.У багатьох випадках ці частини повинні мати визначену форму і розміри, а також необхідну якість поверхні зрізу.

Незважаючи на поширеність процесів різання в харчовій промисловості і багатьох інших галузях промисловості, немає загальновизначеної теорії різання. Різання можна поділити на три основних види: різання пуансоном (мал. 5.10, а), різання різцем (плоским клином рис 5 10 б), різання ножем (мал. 5.10, в).

Пуансон під дією сили F, спрямованої перпендикулярно до робочої грані, викликає зріз матеріалу. Різець впливає на матеріал і утворену стружку, як клин. При різанні здійснюється руйнування матеріалу в результаті впливу на нього крайкою ріжучого ножа. Застосування кожного виду різання має свої обмеження. Пуансоном ріжуть тверді харчові продукти, наприклад овочі. Різання різцем застосовується при обробці твердих і пластичних матеріалів. За допомогою лез (ножів) ріжуть м'які харчові продукти: м'ясо, рибу, хліб, овочі.

Ножі мають форму двогранного однобічного або двостороннього клина

(мал. 5.11). Грань А (однобічний клин) є робочим або лицьовим. Плоска грань Б називається опорною (мал. 5.11, а). У двосторонньому клині (мал. 5.11, б) обидві грані є робочими. Лінія перетину граней називається ріжучою кромкою або лезом. Слід також зазначити, що різання за допомогою ножів часто називають різанням лезом.

Мал.5.10 Види різання: а-пуансоном: 1-матриця; 2-матеріал; 3-паунсон; б-різцем: 1-опорна плита; 2-матеріал; 3-різець; в-ножем: 1-опорна плита; 2-матеріал; 3-ніж.

Мал. 5.11 Види ножів: а – двогранний односторонній клин; б – двогранний двосторонній клин.

Зображення на мал. 5.11 ножі можна вважати класичними і найбільш давніми. У громадському харчуванні і харчовій промисловості застосовують ножі найрізноманітніших форм - серповидні, дискові, лопаткові, стрічкові, хрестоподібні. Характер руху ножів також може бути різним: зворотно-поступальним, обертальним, коливальним. Відомі різальні машини, у яких ножі залишаються нерухомими.

Самостійна робота №11