1. Тағам өндіру процестерінің классификациясы

Азық өндірісінің үрдістерін қарапайым және күрделіге бөлуге болады. Осымен бірге іс жүзінде өнімді өңдеудің кез келген үрдісі жеткілікті түрде күрделі болады. Ол өңдеуге тікелей қатысатын үрдістерді ғана емес, сонымен қатар дайындау-қорытынды операцияларды да (өнімді жұмыс зонасына әкелу және одан шығару қосады. Осылайша, әр қарапайым үрдісті одан да жай үрдіске бөлуге болады.

Процесс «үрдіс» деген түсініктің өзі кеңістікте және уақытта болатын материяның кейбір өзгертулерін болжайды. Ол түрткі факторлардың әсерімен болатын және бастапқы мен соңғы жағдайымен сипатталады. Өнімге түрткі фактор мен оның әсерінің әр кәдімгі көріну актісін бір жағынан, салыстырмалы түрде жай болып табылады, себебі өнімнің толық өзгеруіне әкелмейді, ал екінші жағынан әрі қарай жай құрамаларға бөлінуді жіберетін үрдіс сияқты қарастыруға болады.

Үрдістердің күрделілік дәрежесі туралы енгізілетінн ұсыныстарды қарастыру үшін және әрі қарай олардың керек кезінде өте күрделі комбинацияларды құрастыруға болатын модельдерін қолдануға ыңғайлы салыстырмалы түрде бөлуге мүмкіндік береді. Азық өндіріс үрдістерінің ыңғайлы бөлінулердің бірі – ғылыми пәндер бойынша классификациясы, олардың әдістер заңдылықтарды түсіндіру үшін негіз болып қызмет етеді.

Сәйкесінше осы «Өңдеу өндірісінің процестері мен аппараттары » курсының классификациясын бөлімдерден құралған жай үрдістердің әрқайсысының бөлек және олардың күрделі үрдіс құрудың комплекстерінің ерекшелігін зерттеуге бағытталған, сонымен қатар бөлімдерді біріктіретін етіп ұсынуға болады. Осы курста біріккен ретінде көптеген үрдістерде қолданатын көрсетілген пәндердің ортақ сұрақтары көрсетілген.

Гидравликалық үрдістер. Құбырлар және гидравликалық жүйелердің элементтері бойынша, сонымен қатар гидравликалық машиналарда – сорғыштарда және қозғалтқыштарда ньютондық сұйықтықтардың ағысы кезінде жүзеге асады. Бұл арнайы заңдылықтарға бағынатын өте жиі таралған үрдістердің класы. Гидравликалық үрдістерді зерттемей, азық өндірісіндегі көптеген үрдістерді дұрыс түсіну мүмкін емес. Осымен олардың классификацияға қосылуы түсіндіріледі.

Ньютондық емес сұйықтықтардың ағысына жататын көптеген азық өндірісінің өнімдері өз бетінше реология ғылым болып бөлінгенді зерттейді. Ньютондық емес сұйықтықтар көбінесе полимер болып табылады. Олардың механикасы – бұл өзіне тән заңдылықтардың механика мономерлерінде аналогы жоқ тұтас әлем. Олардың түсінігінсіз азық өндірісіндегі көптеген үрдістерді түсіну мүмкін емес.

Механикалық үрдістер. Оларға ұсақтау (кесу), іріктеу, пресстеу, дөңгелету және т.б. жатқызады. Олар механикалық күштердің әрекетімен істейді, ал олардың нәтижесі өнім бөлшектерінің өзгеруі болып табылады. Бұл үрдістер диірменді комплекстерде, уатқыштарда, жармабөлгіштерде, ұнтақтатқышта, волчоктарда, көкөніс пен тамыр жемістерді ұсатқышта, олардың беттерін тазартқыштарда, пияз және сарымсақ және басқа өнімдердің тазартқыштарда, илегіш машиналарда, триерларда, веалкаларда, пресстарда, штамптарда, ұсақ заттарды сепарирлеу құрылғыларында және т.б. жүзеге асады.

Гидромеханикалық үрдістер. Оларға сұйық және үгітілмелі өнімдерді араластыру, фильтрлеу, тұндыру, тамыр жемістерін жуу, пневмо- және гидротасымалдау, үгітілмелі өнімдерді псевдосұйылту және т.б. үрдістерді жатқызады. Олар механикалақ және гидромеханикалық әсерлердің жалпы санның ықпалымен болады, ал олардың нәтижесі өнімнің бөлек агломераттарының немесе қоспа өнімдердің кеңістіктегі орын ауыстыруы болып табылады. Бұл үрдістер пневматикалық және гидравликалық классификаторда, фильтрларда, тұндырмаларда, центрифугаларда, сепараторларда, циклондарда, пневмо-, гидро- және аэрозольды тасымалдаушы құрылғыларда, гидромеханикалық жуу машиналарда, сұйық және үгітілмелі өнімдерді араластырғышта, кептіргіште және т.б. жүзеге асады.

Жылу және массаалмасу үрдістері. Жылу үрдістеріне қыздыру, суыту, буландыру және конденсацияны, салмақалмасуға – кептіру, сорбциялау, айыру, кристализацияны, еруді, экстрагировалау, экстракциялау және т.б. жатқызады. Олар температуралардың ауытқуымен немесе заттардың концентрациялардың әсерімен болады. Олардың нәтижесі жылудың кеңістікте (жылу энергиясы) немесе заттардың бөлек компоненттердің қоспасында орын ауыстыруы болып табылады. Бұл үрдістер жытқыштарда, сутқыштарда, пісіргіште, абсорбераларда, адсорбераларда, айдатқыш құрылғыларда (кубтық құралдарда, ректификациондық калонналарда және т.с.с.), буландыру құралдарында, кептіргіштерде, конденсаторларда, кристализаторларда, еріткіштерде, экстракторларда және т.б. жүзеге асады.

Жылу үрдістеріне салқын ауаның үрдістері қосылады. Олар сол бір термодинамикалық тәуелділікті, жылутехникалық жағдайларды шешудің бірдей принциптерін қолданады; соларда қолданатын жылутехникалық құрылғылардың бөлігі бірдей болып табылады. Бірақ жылу және тоңазытқыш үрдістерді дәстүрлі түрде өз бетінше қолданады.

Химиялық үрдістер. Көптеген азық өндірісінің химиялық үрдістері биохимиялық және физико-химиялық үрдістерді қосатын өзіндік топқа бөлінген.

Биохимиялыққа ферментация, ашу, стерилдеу, пастерлеу, дезинфекциялау, ыдысты жуу және оны тазарту және т.б. үрдістерді жатқызады. Осы үрдістердің шешімі өнім көлемінің немесе ыдыс бетінің, қант концентрациясының, ашытқыш дақылдарының, бактериялар мен олардың әрекеттену өнімдерінің, споралардың, ластауыш заттардың және т.б. өзгерулері болып табылады.

Физико-химиялық үрдістерге жану және жарылуларды жатқызады. Олар терең арнайы ғылыми пәндермен оқылады. Берілген курста тек қана олармен жалпы танысады, жеке келгенде, ұн тартатын, қоспа жем және кейбір басқа өндірістердің жану және жарылу қауыпін алдын ала сауаттылығын ашуға мүмкіндік береді.

Периодты және үзіліссіз үрдістер. Азық технологиясының негізгі үрдістері ұйымның тәсілдеріне байланысты периодты және үзіліссіз болып бөлінеді.

Периодты үрдістер былай сипатталады, барлық сатылар (шикізатты арту, дайын өнімді өңдеу және түсіру) бір құралда, бірақ әр түрлі уақытта жүзеге асады.

Үзіліссіз үрдістер былай сипатталады, олардың барлық сатылары бір уақытта болады, бірақ кеңістікте бөлінген, себебі, осы құруды құрайтын ағынды құралдың әр түрлі бөліктерінде немесе әр түрлі құралдарда жүзеге асады.

Үзіліссіз үрдістің периодты үрдіспен салыстырғанда негізгі артықшылығы келесілерде:

- шығарылатын шикізаттың артуы мен дайын өнімнің түсірілуіне уақыт шығынның болмауы;

- режимді параметрлердің сапалы реттеу жүйесінің мүмкіндік беруі, ол дайын өнімнің өте жоғары тұрақтылығын қамтамасыздандыруға мүмкіндік береді;

- өндірістің қондырғының периодты әрекетімен бірдей кезінде қондырғының габариттері кіші болады, бұл оның дайындалуына, жөндеуіне, амортизациондық бөліктері, пайдалану мен монтаждауға жіберілген шығынды азайтады;

- пайдалы әрекеттің жылу коэффициенті жоғарлайды, себебі, жұмыс уақытында үзілістің болмау кезі оның жүргізілген жылу толығымен қолданады, өнімді түсірген кезде шығындар да болмайды;

- құралдардың қызмет көрсету шарттары оларды арту мен түсіру операциясының жоқтығынан жақсарады, қызмет көрсету персоналында да қажеттілік азаяды.

Үрдістер параметрлердің уақыттағы өзгерістерге (жылдамдық, температура, концентрация және т.с.с.) байланысты орнатылған (стационарлы) және орнатылмаған (стационарлы емес немесе өтетін) болып бөлінуі мүмкін.

Орнатылған үрдіс кезінде әр параметрдің маңыздылығы қарастырылатын құралдағы нүктенің жағдайына ғана байланысты, бірақ уақытқа байланысты емес.Орнатылмаған үрдісте параметрлер қарастырылатын құралдағы нүктенің жағдайына ғана байланысты емес, сонымен қатар уақытқа байланысты.

Үзіліссіз үрдістер үшін параметрлердің уақыттағы өзгеруі қондырғының жіберу периодында ғана орын алады.

2. Өңдеу процестерінің негізгі заңдары

Ле Шателье принципі. Тәжірибе жүзінде күрделі үрдістер қалай ұйымдастырылады, мысалы салмақ алмасу үрдістері. Күрделі үрдістерді ұйымдастыру және оларды басқару негізі – кез келген жүйенің тепе-теңдік жағдайына өз бетінше көшудің обьективті қабылданған табиғи заңдылықты қолдану. Жүйенің тепе-теңдік жағдайы деп, ол онда өз бетінше орнатылады және уақытқа байланысты өзгермейді. Егер қандай да бір сыртқы әсермен жүйені тепе-теңдіктен шығарса, онда өз бетінше оны жаңа тепе-теңдік жағдайына әкелетін сәйкесінше сыртқы шарттарға өзгертілген өзгерістер басталады. Бұл бекіту Ле Шателье принципінің маңызын құрайды. Осы принциппен ескертілген құбылыстары физика-химиялық табиғаттың жұмыс үрдістерін ұйымдастыру негізінде жатыр. Мысал 1. Суы бар цилиндрлік ыдыста және оның үстіндегі поршень судың үстіндегі буының тепе-теңдік қысымы өз бетінше ыдыстың температурасына сәйкес орнатылады. Егер поршеньді сыртқы әсермен орнын жаңа жерге ауыстырсақ судың үстіндегі будың қысымы үлкейеді. Бұл олардың өз бетінше болатын конденсацияны тудырады. Нәтижесінде біраз уақыттан кейін бу қысымы бастапқы мәнін алады, яғни поршеннің орны жаңа болса да, жүйе қайтадан тепе-теңдікте болады. Өз бетінше қайта орнатқан тепе-теңдік үрдістің біздің күшімізбен бұзылған будың конденсациясы жасанды ұйымдастырылған конденсация үрдісі сияқты қолданыла алады.

Гиббс фазаларының ережесі. Көп компонентті көпфазалы жүйеде параметрлердің бөлігі тәуелсіз өзгеруі мүмкін, яғни оларға туынды мәндерді беруге болады; олардың қалған бөлігі тәуелсіз болып қалады; олардың өзгерістері автоматты түрде өзгертілген тәуелсіз параметрлерге бағынады. S бос дәреже санының (туынды түрде өзгертуге болатын параметрлер саны), К компонент саны (жүйенің таза химиялық заттардың саны) мен F фазалардың саны (заттардың өзінің массасы бойынша физикалық біркелкі сандар) арасындағы байланыс Гиббс фазаларының ережесімен анықталады: S = К – F + 2

Жылусыйымдылық. Заттың температурасының өзгеру жерінің жылуының санына ара қатынасы. Есептерде массалық, көлемдік және мольдық меншікті жылусиымдылықтарды колданады.

Заттардың меншікті жылусиымдылығы келесі диапазондарда жатады: сүйықтардікі 0,8...4,19 кДж/(кг*К); газдардікі 0,5...2,2; қатты заттардыкі 0,13...1,8 кДж/(кг*К).

Геометрияда үш бірдей емес үшбұрыштардың бір біріне ара қатыстарын көрсетуге екі кез келген бұрыштық инварианталары қажет:

= = = I1 l=const, = = = I2 l=const

а', в', с' – үшінші үшбурыштың жақтары

Затқа жеткізілетін жылулық мөлшерін оның температурасының өзгеруіне апаратын қатынасын-жылусыйымдылық деп атайды . Жылусыйымдылық с заттың мөлшерінің бірлігін жылусыйымдылық деп атайды. Есептерде массалық, көлемдік және мольдік жылусыйымдылықты пайдаланады.

Жылусыйымдылық заттардың және қоршаған орта арасындағы энергия алмасуы қандай үрдіс (изобаралық, изохоралық, адиабаталық, политропикалық, изотермиялық ) кезінде байланысты болады.

Есептеу тәжірибесінде көбінесе изобаралық жылусыйымдылықты ср және изохоралық жылусыйымдылықты су, бір бірімен байланысқан ср – су = R теңдеуді қолданады, мұндағы R – универсалды газды тұрақтысы, Дж/(моль•К); Дж/(кг•К). ср /су = к қатынасын адиабатылық көрсеткіштер деп атайды.

Сұйықтыр мен газдардың жылусыйымдылығы температураға байланысты және оның жоғарлауымен ұлғаяды.. Азық өнімінің жылусыйымдылық тәжірибелік мәні сәйкес анықтамаларда кесте және эмпирикалық формула түрінде көрсетіледі.

Сұйықтық жылусыйымдылықтары 0,8 ден 4,19 кДж/(кг▪К) диапазонында, газдар – 0,5 тен 2,2 дейін, қатты заттар – 0,13 тен 1,8 кДж/(кг-К) дейінгі диапазонда өзгереді.

Жылуөткізгіштік. Дененің жоғары жылтылған үлескіннен жылылығы төмен үлескіге қуатты тасмалдау үрдісін атайды. Барлық материалдардың жылуөткізіштіктің күші жылуөткізгіштік коэффициентімен сипатталады – λ сүйық заттың жылуөткіздік коэффициентін келесі формуламен есептейді (30ºС);

λ=А1 ср3

А1 – ассоциациялық сүйықтардың коэффициенті, суға А1 = 3,58*10-8; с – сүйықтардың меншікті жылусиымдылығы, Дж/(кг*К); р – сүйықтың тығыздығы, кг/м3 ; М – молекулдық салмағы.

Жеміс шырындарының жылуөткіздік коэффициентін келесі формуламен анықтайды: λt =λ 20 + 0,00068 (t-20).

Жылу қозғалысы мен дене температурасын түзетуіне әкелетін микробөліктерінің өзара әрекет нәтижесінде энергияның өте қатты жылытылған дене бөліктерінен аз жылыған бөліктеріне ауысу үрдісін жылуөткізгіштік деп атайды.

Жылуөткізгіштің қатты, сұйық және газ материалдардағы интенсивтігі заттың физикалық қасиеті болып табылады. Ол бірге-ге тең перпендикулярлық изотермиялық беттің бағытымен, температуралардың градиентінің өзгеру кезінде уақыт бірлігі аралығында 1м2 беттің үстінен қанша жылу мөлшері өтетінін көрсетеді және h жылуөткізгіштік коэффициентімен сипатталады. Кей кездері h коэффициентін жылуөткізгіштік деп атайды.

Температура өткізгіштік. Температураның заттағы берілген нүктенің маңындағы өзгеруі осы көлемдегі температуралық өрістің (температураның бөлінуі) өзгеру кезіндегі үрдісті -температура өткізгіштік деп атайды.

Температураөткізгіштік процесі а температураөткізгіштік коэффициентімен сипатталады:

а = h/ (ср),

мұндағы, а – температураөткізгіштік коэффициенті, м2 /с; h – жылуөткізгіштік коэффициенті, Вт/(м-К); с – жылусыйымдылық, Дж/(кг К); р – тығыздық, кг/м3.

Соңғы теңдеуден жаңа теңдеуді шығаруға болады: аср = h. Температура өткізгіштік коэффициентінің физикалық мағынасы -жылу таратылудың негізгі теңдеуін қарастырғанда ғана түсіндіріледі, және ол мына түрде жазылады:

dТ/dt = а V2 Т

мұндағы, dТ/dt – берілген нүктенің маңындағы температураның өзгеру жылдамдығы, К/с; V2 Т – изометриялық бетке n нормальдың бағытына температура градиентінің жетілуі, К/м2; («V2» белгісі «набла квадрат» болып саналады).

Осы теңдеуден заттың берілген нүктесінде температура градиентінің тез кезде жетілуі температура өткізгіштіктің үлкен коэффициентімен сипатталады және ол заттар үшін суыту немесе жылыту температурасы тез өзгеретінін мәлімдейді

Беттік(үстіңгі) керу. Гидравликалық үрдістер заңдары бойынша барлық сұйық тардың түбінде орналасқан кез келген молекула көрші молекулалармен гравитация күштер арқылы тартылады. Осы тартылу күші өзара тепе-тең, сондықтан бірден білінбейді. Түбінде орналаспаған молекулалардың бөліну күші басқа болады. Олар төменнен және барлық жақтардан тартылады, себебі онда сұйықтық емес басқа орталардың орналасқандықтан. Нәтижесінде беткі қабат серпінді қабыршақ сияқты тартылған жағдайға ұқсас болады.Беттік керу табиғи сұйықтықпен анықталады.

Беттік керу әрекетін көру үшін келесі тәжірибені өткізіңіз. Шайды ішіп, түбінде шамбасымен бірге кішкене сұйық қалдырыңыз. Шайды қасықпен немесе шірпімен сұйықтық бетін ақырындап қозғаңыз. Ол сол бетте жоғары қарай ( шамба бөлшектерін өзімен ерітіп )ұмтылады. Бұл –беттік( үстіңгі) керу әрекетінің нәтижесі.

Егер екі құрғақ шыны пластинаны бір-біріне қойсақ, олар жеңіл бөлінеді. Ал егер бір шыныны суласақ, онда оларды бөлу қиынға түседі. Бұл да беттік (үстіңгі) керу әрекет нәтижесі.

Сұйықтардың үстіңгі қабаты астында қалған барлық сұйықтық массасына қысым көрсетеді. Бұл молекулярлық қысым құбылысы. Мысалы, эфир үшін ол 140, спирт үшін 240, су үшін 1100 құрайды. Бұл молекулярлық қысым құбылысының себептердің бірі- тамшы сұйықтықтары іс жүзінде мүлдем сығылмайды. Сығылмайтынның бір себебі – молекулалардың аралары өте кішкентай,ал сұйықтық бетінің жаңасын құрғақ кезінде ньютон метрмен өлшенетін беттік (үстіңгі) керу коэффициентімен сипатталатын ішкі қысым күшін жою үшін энергия қажет.

Беттік (үстіңгі) керу коэффициенті -сұйықтық бетінің ұзындық бірлігіне және онымен жанасатын ортамен әрекет ететін гравитация күшіне тең, сонымен қатар жаңа бетті құру үшін қажет жұмыс жұмсалады. Сұыйқтың температурасын жоғарлатқан сайын үстіңгі керу критикалық нүктенің мөлшері нөлге дейін тырысады (төмендейді).