Тема 2.1.

Классификация основных процессов. Движущая сила процесса

Технологии пищевых производств, изучающие способы переработки сырья в продукты питания, базируются на закономерностях фундаментальных наук — физики, химии, биологии и др.

В основе науки о технологических процессах лежат основные законы природы — закон сохранения массы и закон сохранения энергии.

Вместе с тем этой науке присущи свои специфические понятия и законы, которым подчиняются технологические процессы.

В основе пищевых технологий лежит сложный комплекс физико-химических, биохимических и микробиологических процессов.

В настоящем разделе изложены теоретические основы технологических процессов пищевых производств.

Таблица 5. Классификация основных процессов.

Тип переноса	Движущая сила	Процессы	Технологические операции
Перенос количества движения	Механическая сила, давление	Механические, гидродинамические	Дробление , резание, сортирование, прессование, отстаивание, фильтрование
Перенос теплоты	Разность температур	Тепловые	Нагревание , охлаждение, выпаривание, конденсация
Перенос массы	Разность концентраций	Массообменные	Сушка, экстракция, адсорбция, абсорбция, кристаллизация, растворение, перегонка

Сюда не вошли процессы, характерные для отдельных отраслей, например химические, биохимические, микробиологические и т.д., которые изучаются в разделах специальной технологии.

Изучение многих технологических процессов позволило выявить нечто общее, характерное для всех производств. Этим общим является наличие по крайней мере одного из двух возможных видов переноса на каждой стадии превращения сырья в полуфабрикат или конечный продукт. Это перенос энергии или перенос массы.

Фундаментальные законы сохранения массы и энергии, на которых основаны любые наши представления о процессах, подтверждают справедливость такого предположения. Для наглядности рассмотрим следующий пример. Возьмем какой-либо аппарат, в котором осуществляется технологический процесс . В аппарат подаются сырье в количестве Ма и Мв и технологические добавки в количестве Мс, а из аппарата выходят готовый продукт в количестве МD и отходы производства МЕ. Воспользовавшись законом сохранения массы, получим

Ма + Мв +Мс= МD +МЕ. (5)

Это уравнение будем называть материальным балансом. Из уравнения видно, что в процессе производства происходит перенос массы из одних компонентов, входящих в аппарат, в другие.

Каждый компонент, входящий в аппарат и выходящий из него, вносит или выносит определенное количество энергии. Это теплота материалов, нагретых до определенной температуры (так называемая внутренняя энергия, или энтальпия) кинетическая энергия движущихся потоков

Закон сохранения энергии в этом случае выразится следующим

уравнением:

Еа + Ев +Ес+Епр= ЕD +Еf+Епот+Етр (6)

Уравнение получило название энергетического баланса аппарата. Очень часто при расчетах реальных аппаратов рассчитывают количество расходуемой теплоты. Поэтому уравнение называют еще тепловым балансом аппарата. Заметим, что наиболее часто технологические процессы сопровождаются переносом тепловой энергии — теплоты или переносом кинетической энергии — количества движения.

Всякий перенос вещества или энергии не совершается сам по себе Причиной переноса является наличие в системе неравновесия Дня характеристики этого неравновесия воспользуемся известными из физики (раздел «Электричество») понятиями поля и потенциала.

Подобно электрическому полю, образующемуся вокруг точечного заряда в пространстве, точечный источник теплоты образует тепловое температурное поле. Это справедливо для точечного источника любого вида энергии и массы. Полем будем называть совокупность значений какой-либо величины в каждой точке рассматриваемого пространства.

Если речь идет об источнике теплоты, то температура в пространстве вокруг него зависит от положения точки и от времени.

Если изменений температуры во времени нет, то выражение упрощается и мы говорим о стационарном поле в отличие от первого, нестационарного.

Каждая точка электрического поля характеризуется своим потенциалом. Ток возникает между двумя точками поля, если потенциалы в них различны, Таким образом, движущая сила процесса — разница потенциалов в двух точках рассматриваемого пространства.

Разность потенциалов в двух точках температурного поля есть разность температур. Аналогично з качестве движущей силы других технологических процессов выступает например, разность концентраций или разность химических потенциалов. В целом ряде процессов движущей силой является механическая сила.

Контрольные вопросы

1. В чём проявляется аналогия в переносах теплоты и массы?

2. Назовите три формы связи влаги с материалом. Какая влага удаляется в процессе сушки?

3. Какие факторы влияют на скорость химических реакций?

4. Что такое дисперсная система?

5. Как классифицируются дисперсные системы?

6. Что такое коллоидные системы?