Практичне заняття

ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН

№ з/п	Назва розділу, модуля, теми програми	Кількість годин
загальний обсяг	всього аудиторних занять	з них	самостійна робота студентів
лекції/ сем.	практичні заняття	лабораторні роботи
	Вступ				–	–
	Загальні положення
1.1	Основні закономірності				–	–
	протікання технологічних
	процесів і положення теорії
	подібності
1.2	Технічні властивості				–	–
	сировини і харчових
	продуктів
	Разом з розділу				–	–
	Механічні процеси
2.1	Подрібнювання матеріалів					–
2.2	Сортування матеріалів					–
2.3	Обробка матеріалів тиском					–
	(пресування)
	Разом з розділу					–
	Гідромеханічні процеси
3.1	Основи гідравліки					–
3.2	Переміщення рідин і газів				–	–
3.3	Поділ рідких неоднорідних					–
	систем
3.4	Очищення повітря і газів		–	–	–	–
3.5	Перемішування, змішування,				–	–
	одержання гетерогенних
	систем. Псевдозрідження
	Контрольна робота 1				–	–	–
	Разом з розділу					–
	Теплові процеси
4.1	Основи теплопередачі					–
4.2	Нагрівання, охолодження,					–
	пастеризація і стерилізація
4.3	Конденсація					–
4.4	Випарювання				–	–
	Разом з розділу					–

ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН

№ з/п	Назва розділу, модуля, теми програми	Кількість годин
загальний обсяг	всього аудиторних занять	з них	самостійна робота студентів
лекції/ сем.	практичні заняття	лабораторні роботи
	Масообміні процеси
5.1	Теоретичні основи				–	–
	масообмінних процесів
5.2	Абсорбція				–	–
5.3	Адсорбція				–	–
5.4	Екстрагування				–	–
5.5	Сушіння				–	–
5.6	Кристалізація				–	–
5.7	Електрофізичні методи		–	–	–	–
	обробки харчових продуктів
	Контрольна робота 2				–	–	–
	Залікове заняття				–	–	–
	Разом з розділу				–	–
	Разом з предмета					–

Зміст предмета

Вступ

Зміст і задачі предмета “Процеси та апарати харчових виробництв”, його зв’язок з іншими предметами. Роль вітчизняних і закордонних вчених у розвитку й удосконаленні предмета.

Класифікація і характеристика основних процесів та апаратів харчової технології. Подальше удосконалення процесів та апаратів харчових виробництв, їх автоматизація.

Заходи щодо охорони навколишнього середовища і раціонального використання природних і енергетичних ресурсів.

Методичні вказівки

При вивченні розділу необхідно ознайомитися з перспективами розвитку харчової промисловості, підвищенням якості продукції, економії сировинних і паливно-енергетичних ресурсів. Варто приділити достатню увагу питанням охорони природи при впровадженні в харчовій промисловості економічних і перспективних типів машин і апаратів та інтенсифікації процесів харчових виробництв.

Вивчаючи класифікацію основних процесів харчової технології, варто усвідомити сутність кожного процесу і законспектувати матеріал.

Література: [1] с. 5...7; 8...9; [5] с. 3...9.

Питання для самоперевірки

1. Охарактеризуйте основні напрямки розвитку харчової промисловості.

2. Які заходи намічені урядом щодо раціонального використання сировинних, паливно-енергетичних ресурсів?

3. Які заходи намічено з охорони навколишнього середовища?

4. Проведіть класифікацію основних процесів харчової технології.

1 Загальні положення

1.1 Основні закономірності протікання технологічних процесів

і положення теорії подібності

Загальні закони харчової технології. Матеріальний і енергетичний баланси. Умови рівноваги системи. Рушійна сила процесу. Швидкості протікання і кінетичні закономірності процесів.

Принципи оптимізації процесів. Основи теорії подібності і моделювання. Практичне застосування основних положень теорії подібності до дослідження і розрахунку процесів та апаратів. Вимоги масштабного переходу.

Методичні вказівки

Основні закони фізики і фізико-хімії - закони зберігання енергії і маси складають теоретичну основу предмета.

На підставі цих законів складаються матеріальні та енергетичні баланси процесів та апаратів. Варто засвоїти методику упорядкування цих балансів і виписати в конспект. Усвідомте, що є рушійною силою процесу, як визначається швидкість процесу. При вивченні теорії подібності і моделювання варто усвідомити фізичний зміст кожного критерію подібності. Варто занести в конспект [1] с. 13 табл. 1.1.

Література: [1] с. 7...8; 10...15; [3] с. 4...7; [5] с. 16...18; 26...37.

Питання для самоперевірки

1. Напишіть і поясніть рівняння матеріального та енергетичного балансу.

2. Що таке рушійна сила процесу?

3. Дайте визначення швидкості процесу.

4. Охарактеризуйте основні критерії подібності.

1.2 Технічні властивості сировини і харчових продуктів

Характеристика харчових середовищ. Структурно–механічні, теплофізичні і фізико-хімічні характеристики сировини, напівфабрикатів; основні розрахункові залежності.

Методичні вказівки

Необхідно знати визначення основних технічних властивостей продуктів, позначення, розмірності. Варто усвідомити, що властивості матеріалів, що переробляються, залежать від їх будови, якісного і кількісного вмісту в них окремих компонентів, температури і тиску, що на них впливають, і від інших чинників.

Необхідно вміти визначати технічні властивості сировини і продуктів у довідковій літературі.

Література: [1] с. 15...20; [3] с. 7...13; [5] с. 10...15.

Питання для самоперевірки

1. Назвіть і охарактеризуйте фізико-хімічні властивості матеріалів.

2. Назвіть і охарактеризуйте теплофізичні властивості харчових продуктів.

3. Назвіть і охарактеризуйте структурно-механічні властивості харчових продуктів.

4. Розв’яжіть задачі №№ 1; 2; 3; 4 [3] с. 13.

Література: [1] с. 20...22; [5] с. 18...26.

Питання для самоперевірки

1. Перерахуйте та охарактеризуйте основні вимоги, запропоновані до апаратів.

2. Наведіть розрахункові формули для визначення геометричних розмірів апарата.

3. Дайте характеристику основних матеріалів для апаратів харчових виробництв.

4. Охарактеризуйте ефективні засоби захисту металевих поверхонь харчових апаратів від корозії.

2 Механічні процеси

2.1 Подрібнювання матеріалів

Класифікація і характеристика засобів подрібнювання. Фізичні основи роздрібнення і різання. Ефективність подрібнювання. Принципові схеми дробарок, млинів, різок і терток. Розрахункові формули для визначення продуктивності подрібнюючих машин.

Регульовані параметри процесів подрібнювання. Шляхи інтенсифікації процесів і зниження енерговитрат на подрібнювання матеріалів.

Практичні заняття

Розрахунок продуктивності і витрат енергії подрібнюючих і терткових машин.

Методичні вказівки

Розгляньте основні способи подрібнювання: розколювання, удар, роздавлювання, розривання, стирання, зріз.

Вивчіть формулу П.А. Ребіндера для визначення загальної витрати енергії на подрібнювання матеріалу, проаналізуйте її.

Накресліть в конспект схеми вальцьових, молоткових, дискових дробарок, зазначте область застосування та умови роботи. Запишіть формули для визначення продуктивності.

При вивченні різальних і терткових машин зверніть увагу на конструкції ножів і різальних пристроїв. Зверніть увагу на регулювання параметрів процесу подрібнювання.

Література: [1] с. 23...30; [3] с. 14...18; [5] с. 390...404.

Питання для самоперевірки

1. Що називається ступенем подрібнювання?

2. Назвіть і охарактеризуйте види подрібнювання.

3. Як визначається витрата енергії на подрібнювання за формулою П.А. Ребіндера?

4. Як зменшити витрату енергії на подрібнювання?

5. Накреслите та опишіть будову вальцьової дробарки.

6. Накреслите та опишіть будову молоткової дробарки.

7. Як регулюється ступінь подрібнювання у вальцьових і молоткових дробар-

ках?

8. Розв’яжіть задачі №№ 1; 2; 6 [3] с. 18.

2.2 Сортування матеріалів

Загальна характеристика методів сортування частинок. Сита, їх характеристика. Ефективність просіювання.

Машини для сортування: плоскі і сита, що качаються і вібрують, барабанні гуркоти, трієри і розсіви, їх будова і принцип роботи.

Пневматичне і гідравлічне сортування, магнітна сепарація, оптимальні умови їх проведення.

Регульовані параметри процесу. Шляхи інтенсифікації процесу і зниження енерговитрат на його проведення.

Практичні заняття

Розрахунок продуктивності і витрат енергії машин для сортування.

Методичні вказівки

Усвідомте сутність процесу сортування, звернувши увагу, що при цьому переслідуються дві мети:

· одержання фракцій визначеної щільності або величини;

· виділення з матеріалу забруднюючих домішок.

Зверніть увагу на види і характеристики сит (номер сита, живий переріз, коефіцієнт корисної дії).

Накресліть машини для різноманітних видів сортування і дайте їх характеристику. Зверніть увагу на те як регулюються параметри процесу.

Література: [1] с.31...40; [3] с. 19...21; [5] с. 404...410.

Питання для самоперевірки

1. Що називається сортуванням і з якою метою його застосовують?

2. Дайте характеристику сит.

3. Накресліть схеми та опишіть будову ситових сортувальних машин.

4. Накресліть схему та опишіть будову бурату.

5. Накресліть схеми та опишіть будову магнітних сепараторів.

6. Розв’яжіть задачу № 5 [3] с. 21.

2.3 Обробка матеріалів тиском (пресування)

Класифікація засобів обробки матеріалів харчових виробництв пресуванням, їх характеристика.

Основи теорії обробки харчових середовищ пресуванням для віджаття рідин. Закон Пуазейля. Преси для віджаття рідини: шнековий, пневматичний і вальцьовий, їх принципові схеми і робота.

Преси для формування пластичних матеріалів: нагнітаючих і штампуючих, закатних, їх принципові схеми і робота.

Ущільнення сипучих матеріалів.

Регульовані параметри обробки матеріалів тиском. Шляхи інтенсифікації процесу і зниження енерговитрат на його проведення.

Практичні заняття

Розрахунок основних характеристик устаткування для обробки матеріалів тиском.

Методичні вказівки

При вивченні процесу обробки матеріалів тиском, варто усвідомити, що цей процес включає:

· віджаття рідини з твердих матеріалів;

· формування пластичних матеріалів;

· ущільнення сипучих матеріалів.

При розгляді процесу віджаття рідини варто усвідомити фізичну сутність процесу. Які чинники впливають на вихід рідини при віджатті. Накресліть та опишіть схеми пресів для віджаття (шнекового, пневматичного, вальцьового). Дайте їх порівняльну характеристику.

Накресліть та опишіть схему шнекового преса для формування макаронів і схеми закатних машин. Як регулюються параметри процесу?

Література: [1] с. 40...45; [3] с. 21...23; [5] с. 410...421.

Питання для самоперевірки

1. Дайте класифікацію засобів обробки матеріалів тиском.

2. Які чинники впливають на вихід рідини при віджатті?

3. Як обладнано та працює шнековий прес для віджаття рідини?

4. Як обладнано та працює вальцьовий прес для віджаття рідини?

5. Як обладнано та працює шнековий прес для формування макаронів?

6. Як обладнані та працюють закатні машини для тіста?

7. Розв’яжіть задачу № 4 [3] с. 23.

3 Гідромеханічні процеси

3.1 Основи гідравліки

Стисла характеристика гідравліки як науки. Рідина, її види.

Гідростатика. Гідростатичний тиск, його властивості. Основне рівняння гідростатики. Види гідростатичного тиску: повне (абсолютне), надлишкове (манометричне), вакуум.

Закон Паскаля, практичне застосування. Тиск рідини на плоску і криволінійну стінки. Тиск рідини на стінки труб і резервуарів.

Гідродинаміка. Основні визначення: гідродинамічний тиск, дійсна швидкість, елементарний струмок, потік, живий переріз, змочений периметр, гідравлічний радіус, витрата рідини і середньої швидкості потоку.

Види прямування рідини: стале, нестале, рівномірне, нерівномірне, що плавно змінюється.

Рівняння нерозривності. Рівняння Бернуллі, його енергетичний зміст, практичне застосування.

Режим прямування рідини. Число Рейнольдса. Поняття про гідравлічний удар, заходи щодо його зменшення.

Практичне заняття

Визначення гідростатичного тиску на дно і стінки апарата.

Методичні вказівки

При вивченні теми треба засвоїти поняття “гідростатичний тиск”, його розмірність, властивості і знати прилади для вимірювання тиску.

Необхідно запам'ятати основні одиниці тиску і співвідношення між ними.

Варто добре засвоїти основне рівняння гідростатики, його фізичний зміст, зрозуміти сутність абсолютного і надлишкового тиску. Принцип роботи гідростатичних машин заснований на застосуванні закону Паскаля. Особливу увагу треба звернути на формули для визначення сили тиску рідини на плоскі і криволінійні стінки.

Необхідно ознайомитися з основними визначеннями, що характеризують прямування рідини, вивчити види прямування, гідравлічні елементи потоку, засвоїти формули для визначення швидкості і витрати рідини.

Необхідно знати одне з основних рівнянь гідродинаміки – рівняння нерозривності потоку і його практичне застосування. Найбільш важливим для практичних розрахунків є рівняння Д. Бернуллі, що являє собою окремий випадок закону зберігання енергії. Варто звернути увагу на те, що всі члени цього рівняння віднесені до одиниці ваги рідини і мають лінійну розмірність, необхідно знати, що при розв’язанні багатьох технічних задач рівняння Бернуллі і рівняння нерозривності потоку використовуються спільно.

Вивчаючи розрахунок трубопроводів, основну увагу слід приділити визначенню втрат напору.

Варто розібрати основні задачі розрахунку трубопроводів, вихідні співвідношення для гідравлічного розрахунку трубопроводів, що працюють у різноманітних областях опорів.

Література: [2] с. 14...15; 17...59; 67...70.

Питання для самоперевірки

1. Напишіть співвідношення між основними одиницями виміру тиску.

2. Напишіть і дайте аналіз основного рівняння гідростатики.

3. Як формулюється закон Паскаля?

4. Як визначається сила тиску рідини на плоскі і криволінійні стінки?

5. Як визначається швидкість прямування рідини? Яка залежність між швидкостями прямування рідини і живих перерізів потоків?

6. Напишіть рівняння Д. Бернуллі. Який енергетичний і гідравлічний зміст мають члени рівняння, їх розмірність.

7. Приведіть формулу для визначення втрат напору по довжині. Від яких чинників залежить коефіцієнт опору?

8. Напишіть формулу для визначення місцевих втрат напору. Як визначаються коефіцієнти місцевих опорів?

9. Розберіть розв’язання задач [4] розділ 1.2, розв’яжіть задачі [4] с. 1...63.

3.2 Переміщення рідин і газів

Види трубопроводів, їх класифікація. Види гідравлічних опорів при прямуванні рідин по трубопроводах. Методика визначення витрати рідини і діаметра трубопроводу.

Класифікація насосів, вентиляторів, компресорів. Принципові схеми насосів, вентиляторів і компресорів. Параметри роботи.

Методичні вказівки

Вивчення теми варто почати з класифікації насосів і конструктивних особливостей.

Необхідно засвоїти принцип дії і конструкцію кожного типу насосів, навчитися визначати напір, продуктивність, корисну і споживану потужність, кпд насосів. При доборі по каталогах необхідно прагнути до того, щоб основні показники заданих режимів роботи знаходилися в області максимальних значень кпд, а висота всмоктування не перевищувала б припустимої межі для даного насоса. Приступаючи до вивчення компресорів, варто ознайомитися з призначенням, класифікацією компресорів. Варто зрозуміти відмінність роботи компресорів від роботи насосів. Варто вивчити будову і принцип дії поршневих, відцентрових, ротаційних компресорів та вакуум-насосів. При вивченні будови вакуум-насоса варто пам'ятати, що принцип дії вакуум-насоса аналогічний принципу дії компресорів.

З практичним застосуванням насосів і компресорів студентам необхідно ознайомитись на підприємстві за місцем роботи. Для закріплення пройденого матеріалу необхідно розібратися з розв’язанням задач [4] розділ 2.1.

Література: [2] с. 59...67; 70...74; 80...104; 390...399.

Питання для самоперевірки

1. Як визначається висота всмоктування насосів?

2. Що таке кавітація? Заходи боротьби з нею.

3. Як визначається повний напір насоса?

4. Як визначається корисна потужність і потужність електродвигуна для приводу насоса?

5. Принцип дії поршневих насосів простої, подвійної дії. Як визначається продуктивність?

6. Як улаштований і працює відцентровий насос?

7. Що таке робочі характеристики відцентрових насосів? Їх призначення.

8. Накресліть схеми одноступінчатого і двохступінчатого поршневих компресорів і поясніть принцип роботи.

9. Поясніть принцип роботи відцентрових і ротаційних компресорів.

3.3 Поділ рідких неоднорідних систем

Класифікація і характеристика рідких і газових неоднорідних систем, методів їх поділу.

Осадження. Основи теорії осадження частинок у полі сил ваги. Розрахунок швидкості осадження за формулою Стокса. Розрахунок швидкості щільного осадження кулеподібних частинок.

Відстійники, їх види, будова, принцип дії. Визначення продуктивності відстійників і площі осадження. Шляхи інтенсифікації процесу відстоювання.

Осадження частинок у полі дії відцентрової сили. Фактор поділу і швидкість відцентрового осадження. Пристрої для відцентрового осадження: гідроциклони, центрифуги для осадження і сепаратори, їх види, принцип роботи.

Флотація. Фізичні основи процесу. Принципові схеми пристроїв для флотації. Регульовані параметри процесу осадження.

Фільтрація. Загальні відомості про процес фільтрування. Види і характеристики фільтрувальних перегородок, допоміжних матеріалів і осадів. Фільтрування під дією перепаду тиску. Основи теорії процесу. Швидкість фільтрування, тривалість, промивання осаду, регенерація тканин. Фільтри періодичної і безупинної дії, їх принципові схеми і робота.

Відцентрове фільтрування. Теоретичні основи процесу. Швидкість і тривалість відцентрового фільтрування. Центрифуги періодичної і безупинної дії, їх принципові схеми і робота.

Обернений осмос і ультрафільтрація. Застосування напівпроникних мембран.

Шляхи інтенсифікації процесів для поділу рідких неоднорідних систем.

Практичні заняття

Вивчення будови відстійника, розрахунок його продуктивності і площі осадження.

Ознайомлення з конструкцією пристроїв для відцентрового осадження. Розрахунок продуктивності і витрат енергії цих пристроїв.

Методичні вказівки

При вивченні теми потрібно усвідомити основні поняття: система, фаза, суспензія, емульсія, пил, дим. Чітко усвідомити класифікацію рідких систем і методи їх поділи.

Розглядаючи процеси осадження в полі сил ваги та у полі відцентрових сил необхідно звернути увагу на фізичну сутність процесів. Необхідно накреслити в конспект схеми відстійників,

центрифуг і сепараторів, познайомитися з методикою їх розрахунку.

При вивченні фільтрації необхідно усвідомити класифікацію фільтрів, принцип дії фільтрів і умови вибору фільтра або центрифуги в залежності від фізичних властивостей осадів і концентрації твердої фази в осаді. Необхідно знати види перегородок, що фільтрують, і вимоги до них.

Варто усвідомити процеси оберненого осмосу та ультрафільтрації, область застосування напівпроникних мембран. Особливу увагу приділіть інтенсифікації процесів осадження і фільтрування.

Література: [1] с. 46...83; [3] с. 24...39; [5] с. 38...79; 118...129.

Питання для самоперевірки

1. Як визначається швидкість осадження частинок?

2. Принцип дії одноярусного відстійника безупинної дії.

3. Що таке чинник поділу і як він визначається?

4. Як улаштована і працює відстійна центрифуга безупинної дії?

5. Як улаштований і працює пісковий і патронний фільтри, барабанний вакуум-фільтр?

6. Види фільтруючих перегородок.

7. У чому полягає сутність осмосу та оберненого осмосу?

8. Розв’яжіть задачі № 5 [2] с. 27 і №№ 3; 4 [2] с. 31.

3.4 Очищення повітря і газів

Загальна характеристика процесів очищення повітря та газів. Механічне очищення. Мокре очищення. Скрубери і пінні апарати, їх будова і принцип дії.

Фільтрування. Фільтри (тканинні, масляні та ін.), їх будова і принцип дії.

Очищення газових неоднорідних систем в електричному полі. Фізичні основи процесу.

Шляхи вдосконалення процесів і апаратів для очищення повітря і газів.

Методичні вказівки

При вивченні теми варто приділити увагу питанням охорони навколишнього середовища від промислових викидів. Ознайомлення з засобами очищення необхідно почати з загальної характеристики процесів очищення, а потім розглянути будову і принцип роботи апаратів для відцентрового і мокрого очищення, фільтрування і електрофільтрування. Варто розглянути питання інтенсифікації процесу очищення газів.

Література: [1] с. 83...88; [3] с. 47...50; [5] с. 79...92; [6] с. 148...149.

Питання для самоперевірки

1. Як влаштований і працює циклон?

2. Як влаштований і працює батарейний циклон?

3. Як влаштований і працює пінний пиловловлювач?

4. Як влаштований і працює рукавний фільтр?

5. Як влаштований і працює електрофільтр?

3.5 Перемішування, змішування, одержання гетерогенних систем.

Псевдозрідження

Характеристика процесів перемішування. Ефективність перемішування.

Перемішування в рідких середовищах. Механічне перемішування. Типи мішалок.

Циркуляційне і потокове перемішування. Пневматичне перемішування. Перемішування і змішування сипучих матеріалів. Застосовувані пристрої.

Сутність процесу гомогенізації. Одержання гетерогенних систем, пристрої для цієї мети.

Псевдозріджений (“киплячий”) шар, його характеристика. Гідродинаміка ”киплячого шару”. Схема пристрою. Регульовані параметри процесу перемішування.

Методичні вказівки

Процеси перемішування і змішування широко застосовуються в харчовій про-

мисловості для рівномірного розподілу складових частин у сумішах рідких, сипучих і пластичних матеріалів, а також для інтенсифікації теплових, масообмінних і біохімічних процесів. Необхідно ознайомитися з типами і конструкціями мішалок, засвоїти методику визначення витрати енергії на перемішування. Варто усвідомити сутність циркуляційного, потокового і пневматичного перемішування і зрозуміти, що ці процеси здійснюються при багатократному перекачуванні і перемішуванні потоків за допомогою насосів, розсікачів і повітрерозподільних пристроїв.

Зверніть увагу, що для змішування сипучих матеріалів застосовують шнекові, лопастеві і барабанні змішувачі, а для перемішування пластичних матеріалів – різноманітні типи пристроїв складної конфігурації, що перемішують.

Розгляд процесів псевдозрідження варто почати з з'ясування фізичної сутності і роздивитися принцип роботи апаратів для псевдозрідження.

Література: [1] с.89...102; [3] с. 39...47; [5] с. 92...118.

Питання для самоперевірки

1. Назвіть основні засоби перемішування. Як оцінюється ефективність перемішування?

2. Опишіть будову механічних мішалок.

3. Як визначається витрата енергії на перемішування?

4. Накресліть і поясніть схеми пристроїв для циркуляційного та потокового перемішування.

5. Накресліть та опишіть схему ерліфта.

6. Як здійснюється змішування сипучих матеріалів?

7. Розв’яжіть задачу № 3 [3] с. 44.

4 Теплові процеси

4.1 Основи теплопередачі

Основні засоби передачі тепла: теплопровідність, конвективний та променевий теплообмін.

Теплопровідність. Закон Фур’є. Коефіцієнт теплопровідності.

Конвективний теплообмін. Закон Ньютона. Коефіцієнт тепловіддачі.

Променевий теплообмін. Основні закони теплового випромінювання.

Основне рівняння теплопередачі. Визначення теплових навантажень, середньої різниці температур, коефіцієнтів тепловіддачі і теплопередачі.

Методика розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі з критеріальних рівнянь і за допомогою монограм для різноманітних випадків теплообміну і агрегатного стану речовини.

Шляхи інтенсифікації теплообміну.