Существует целый ряд способов, позволяющих измельчить сырье. Наиболее известные из них - это удар, истирание, замораживание с ударом, комбинация удара с истиранием и аналогичные, а также резание. За исключением последнего способа, все предыдущие дают фракционный состав более мелкий, чем это необходимо для большинства случаев измельчения, описанных выше. Способ же резания, который и будет рассмотрен в данной статье позволяет получать фракции размером 2?20 мм, что и требуется для описанных выше технологических процессов. Осуществляется этот способ резки в машинах, называемых измельчителями.

Измельчение резанием, в отличие от других традиционно применяемых методов, позволяет на порядок снизить скорости механического воздействия на материал и сосредоточить зону разрушения в локальной области режущей кромки ножа. При этом измельчаемый материал минимально подвергается механико-термическим и механико-химическим воздействиям в процессе переработки.

Рассмотрим ряд измельчителей, ограниченных производительностью 50х250кг/ч. Эти машины компактны. Могут быть установлены в любом помещении, не требуют дополнительных фундаментов и кабелей. В то же время их производительность достаточна для того, чтобы обеспечить потребность мелких, средних и в ряде случаев даже крупных производств.

Рынок таких измельчителей достаточно разнообразен, но независимо от фирм-производителей данного оборудования принцип действия этих машин и даже внешнее оформление практически одинаковы.

Рассмотрим это на примере универсального (позволяющего работать с большим разнообразием видов сырья) измельчителя «Корсар Р-190» фирмы «Укр.Агро-сервис» г. Харьков, Украина.

Универсальный измельчитель состоит из станины, на которой размещено сердце измельчителя - корпус с ротором внутри. Над приемным отверстием корпуса установлен бункер, в который загружается исходный продукт. Электропривод соединен с ротором посредством ременной передачи. Шкаф управления оснащен всеми элементами защиты.

Принцип работы измельчителя следующий.

Исходное сырье из приемного бункера (конструкция которого зависит от характеристик сырья), через входное отверстие в корпусе попадает в рабочую зону, где при вращении ротора происходит измельчение продукта между подвижными и неподвижными ножами. Неподвижные ножи размещены на внутренней поверхности корпуса. На роторе жестко закреплены три ответных ножа. Зазор между ножами может изменяться за счет перемещения ножей, закрепляемых в корпусе. Измельченный продукт проходит через ячейки калибровочной решетки, размещенной в нижней части корпуса и поступает в разгрузочный лоток. Крупность частиц может изменяться при установке калибровочной решетки с требуемой для конкретного продукта ячейкой. Сменные ножи с различным углом заточки режущей кромки также подбираются под конкретный продукт.

Несмотря на общность конструктивных решений и внешнее сходство, измельчители отличаются как по степени универсальности, т.е. способности работать с различными продуктами, так и по техническим характеристикам. Это объясняется отработанностью технических решений, нюансами конструкции.

Есть еще один аспект, на который следует обратить внимание при выборе измельчителя. Это скорость вращения ротора. По имеющимся данным при обследовании работы измельчителей различных производителей, наиболее стабильно работают машины с окружной скоростью ножей 6х7 м/с. Дальнейшее увеличение скорости приводит к вибрации, устранение которой требует дополнительных приспособлений, а также резкому увеличению пылеобразования при измельчении большинства продуктов.

Важным аспектом при выборе измельчителя является его универсальность, т.е. возможность работать практически на всех видах неметаллического сырья. В частности, при работе на легком сырье, например, поролоне, полиэтиленовой пленке происходит зависание продукта при его выгрузке. В этом случае необходимо применять принудительную выгрузку измельченного сырья с использованием вентилятора и циклона. Такие системы пневморазгрузки предусмотрены в измельчителях «Корсар Р-190» ИРН 300х600 (Аурит 300) и ряде других.

Отдельным вопросом стоит переработка, например, лекарственных трав для дальнейшей экстракции или щепы для мясорыбопереработки. В этих случаях необходима система обеспыливания, позволяющая удалять мелкую пылеобразную фракцию. Но и это еще не все. При измельчении лекарственных трав пылеобразная фракция является также товарным продуктом, требующим бережного отношения и отдельного сбора. Все эти задачи должен решать универсальный измельчитель, который позволит в зависимости от конъюнктуры рынка заниматься переработкой сырья в различных отраслях и разнообразных видах деятельности.

В то же время рынок переработки сырья методом резки достаточно обширен, а по ряду позиций его можно считать неосвоенным. Например, сбором и переработкой ПЭТ тары, одноразовых шприцов, одноразовой посуды занимаются считанные фирмы. Список этот можно продолжать. Поэтому предприятие, представившее на рынок универсальный, надежный, сравнительно недорогой измельчитель будет в лидерах производителей оборудования для переработки сырья методом резки. [2, с.98-102]

9. Сущность и назначение процесса прессования. Основные способы процесса прессования и аппаратурное оформление

Сущность прессования заключается в том, что на продукт оказывают давление, под действием которого происходит изменение его характеристик.

В пищевых производствах процессы прессования подразделяются на следующие виды: отжатие, предназначенное для отделения жидкости от влагосодержащих продуктов; формование, экструзия и штамповка, предназначенные для придания продуктам, полуфабрикатам определенной геометрической формы; собственно прессование или брикетирование, предназначенные для уплотнения сыпучих материалов или каких-либо разрозненных частиц в плотные агрегаты.

Отжатие обеспечивает отделение жидкости от твердого продукта. В одних случаях -для отделения жидкости как более ценного компонента. Обычно таким образом получают различные соки для последующего приготовления из них киселей, муссов, соусов. В других случаях — для отделения жидкости как менее ценного компонента. Например, отделение сыворотки от творога при приготовлении из него некоторых кулинарных изделий.

Таким образом, отжатие - ипичный процесс разделения систем, содержащих жидкие фракции. Одновременно он является и процессом образования однородных систем, т. к. в результате получают однородную жидкость и однородный твердый остаток, который может иметь форму брикета.

Формование и штамповка применяются при изготовлении кондитерских изделий и продуктов из теста, а также при приготовлении котлет и т. п. При этом процессе не происходит разделения системы.

Собственно прессование или брикетирование применяют для производства, например, мясных формованных продуктов из отдельных кусков после их варки, а также брикетов из отходов сырья и остатков пищи. В результате этих процессов получают однородную массу в виде брикетов, плит, таблеток.

Экструзией называют процесс продавливания материала через профилирующие головки, в результате которого получают продукт требуемой формы. При этом необходимо, чтобы материал продавливался при соответствующих температурах и давлениях. Давление создается специальными прессующими устройствами: шнековыми, поршневыми и вальцовыми нагнетателями.

Значительная часть отходов лесопильной и деревообрабатывающей промышленности, включая отходы окорки, по той или иной причине не находит технологического применения. Одним из простейших и наиболее эффективных способов подготовки древесных отходов к утилизации является изготовление топливных брикетов методом прессования. Процесс прессования древесных отходов требует дополнительных теоретических разработок для оптимизации основных факторов влияющих на качество брикетов.

В процессе прессования измельченной древесины на штемпельных прессах в закрытых матрицах работа затрачивается на преодоление остаточной и упругой деформации частиц измельченной древесины соответствующего объема, сил внутреннего трения между отдельными частицами и внешнего трения о стенки матрицы, а так же на удаление воздуха из материала и матрицы.

При прессовании начальная высота слоя материала Н1 уменьшится до Н2, а сила на штемпеле возрастет от 0 до Р2. Давление при этом изменяется по кривой АВ. По окончании процесса прессования давление в объеме брикета меняется от р2 на штемпеле до р0 на упоре по кривой ВС, уравнение которой можно получить аналитически. Рассмотрим сечение брикета на расстоянии Н от упора, в котором давление равно р. В сечении, отстоящем от сечения Н на бесконечно малом расстоянии dH, давление равно р+dp. На брикет действуют следующие силы: силы бокового распора, направленные горизонтально к стенкам матрицы, силы трения материала о стенки матрицы, направленные вертикально вниз, сила сопротивления материала, направленная вертикально вверх и сила прессования, направленная вертикально вниз.

Растущие требования к повышению производительности и улучшению качества швейных изделий обуславливают автоматизацию технологических процессов влажно-тепловой обработки (ВТО).

При этом изучение характера протекания процесса прессования и конкретизация его показателей с учетом свойств обрабатываемых материалов позволяют создать предпосылки для управления качеством и автоматизации ВТО. [5, c.100-109]

10. Назначение и область применения процесса сортирования. Сущность ситового анализа

Сущность процесса сортировки заключается в разделении сыпучих материалов на группы (классы). Разделение может быть проведено как по размерам, так и по свойствам материалов, входящих в состав сыпучей системы.

Разделение частиц по их качеству принято называть собственно сортировкой, разделение по размерам - калибровкой, отделение от сыпучего продукта примесей - просеиванием. Сортировка применяется, например при подготовке зерна и различных круп к приготовлению пищи. В этом случае отсортировывают доброкачественное зерно и крупу от возможных примесей или неполноценных зерен. Калибровка осуществляется при подготовке овощей и плодов к дальнейшей переработке. Просеивание обязательно при подготовке к переработке таких продуктов, как мука, крахмал, сахарный песок, когда нужно от сыпучего продукта отделить инородные частицы.

Ситовой анализ

Метод основан на количественном определении остатка порошка на ситах после просева с последующим вычислением его содержания в процентах от общей массы навески, взятой для рассева. [3, c.134]

11. Способы переноса тепла и нагревания продуктов, применяемые в предприятиях общественного питания. Физическая сущность

Различные способы повышения скорости конвективного охлаждения, такие как дополнительное перемешивание, обеспечение равномерности обдува заготовок, испарение влаги с их поверхности, погружение упакованного продукта в холодную жидкость,  реализуемые при нормальном  давлении имеют естественные ограничения, т.к.  независимо от способа отвода тепла скорость охлаждения лимитируется  низкой теплопроводностью пищевых продуктов.  При этом перенос тепла молекулярной теплопроводностью аналогично молекулярной диффузии протекает очень медленно  и влияние условий внешнего теплообмена оказывается незначительным. Попытки применения вставок с высокой теплопроводностью, создающих эффект внутри объемного охлаждения, также ограничены.  Скорость охлаждения при их использовании увеличивается всего на 6-29%. 

Альтернативой конвективному является вакуумно-испарительное охлаждение, в котором свободная и равномерно распределенная в объеме продукта свободная влага сама по себе служит  легко регулируемым по температуре хладагентом.  Установка для реализации этого способа состоит из герметичной холодильной камеры и вакуум-конденсирующего агрегата.  При откачке воздуха и водяных паров, поступающих в камеру от охлаждаемых продуктов, внутри влажного пористого продукта создаются условия для изоэнтропного объемного испарения  и кипения жидкости. В отсутствии теплопритоков извне это приводит к одновременному охлаждению каждой частицы продукта в соответствии с ее влагосодержанием до температуры насыщения паров воды при достигнутом уровне разрежения.

При температурах кипения (100°С) большинство микробов быстро погибает. Правда, отмирают не все микроорганизмы, имеются весьма устойчивые виды бактерий, образующие в неблагоприятных условиях так называемые споры, которые выдерживают даже длительное кипячение. После охлаждения из них, хотя и не сразу, могут вырасти новые бактерии. Но если нагревать продукты до более высоких температур, например до 115-125°С, то можно добиться полного уничтожения и всех бактерий, и их спор, если, конечно, выдерживать продукты при таких высоких температурах достаточно длительное время. Именно на этом и основано консервирование продуктов способом тепловой стерилизации.

Слово «стерилизация» означает обеспложивание, т. е. уничтожение живых организмов. Применительно к консервированию это относится к бактериям и другим микроорганизмам, которые, будучи уничтожены, уже не смогут вызвать порчу продукта.

Но сама по себе стерилизация не является достаточным условием для обеспечения длительного хранения консервов. Ведь как только прогретый продукт остынет, на него немедленно попадут другие микробы из воздуха и сразу же начнут в нем развиваться и вызывать его порчу. Чтобы этого не случилось, при консервировании все продукты сразу же помешают в консервные банки, которые можно укупоривать герметически, т. е. так, чтобы воздух не мог проникнуть внутрь банок или выйти из них. Сам по себе воздух не опасен, важно чтобы вместе с воздухом в банки не попали новые микробы взамен уничтоженных при стерилизации.

Обычно температуру нагрева при стерилизации консервов доводят до 100°С или выше. Необходимая для уничтожения микробов температура нагрева зависит от свойств самих продуктов и от характера той микрофлоры, которая вызывает их порчу. Поскольку кислотная среда неблагоприятна для развития микробов, в продуктах с высокой кислотностью сопротивляемость микроорганизмов нагреву понижается, они как бы ослабевают, и их можно уничтожить простым кипячением. Для некоторых продуктов, например, ягод, кислых маринадов (с уксусом), можно применять и более низкие температуры стерилизации. Такое нагревание (т. е. ниже 100°С) условно принято называть пастеризацией, хотя принципиальной разницы между этими двумя названиями нет. [1, c.127]

12. Механизм конденсации пара. Критериальные уравнения, характеризующие теплообмен при конденсации

Конденсация пара может быть пленочной или капельной в зависимости от того, смачивает образующаяся жидкость поверхность или нет. При капельной конденсации интенсивность теплообмена высокая, так как термическое сопротивление между паром и стенкой минимальное. Если при конденсации на стенке образуется жидкая пленка, то она создает дополнительное термическое сопротивление и снижает интенсивность теплообмена. Поэтому с целью интенсификации теплообмена необходимо уменьшить толщину пленки конденсата.

Рассмотрим основные методы интенсификации теплообмена в конденсаторах поверхностного типа. Эффективными методами в данном случае являются: создание капельной конденсации, применение низкооребренных труб, вибрация поверхности, расположения трубного пучка под наклоном.

При капельной конденсацию теплоотдача в 5-10 раз выше, чем при пленочной. Капельную конденсацию можно создать путем периодической подачи жидкого стимулятора с греющим паром на поверхность конденсации либо использованием гидрофобной поверхности. В качестве стимуляторов могут применяться кремнийорганические жидкости ГКЖ-90, ГКЖ-16, ГКЖ-94, машинное масло, керосин и др. Действие стимуляторов не превышает несколько сот часов, что ограничивает их использование в промышленности. Гидрофобными пленками могут служить органические соединения, молекулы которых имеют несимметричное строение. Гидрофобная пленка может быть получена с использованием материалов на основе фторпроизводных этилена (фторопласты), кремнийорганических и фенолформальдегидных смол. При наличии в паре примесей продолжительность капельной конденсации резко падает из-за загрязнения поверхности.

Оребрение и накатка труб увеличивают поверхность на единицу длины и интенсифицируют теплоотдачу. В отличие от оребрения накатка позволяет интенсифицировать теплоотдачу как на наружной, так и внутренней поверхностях трубы.

Вибрация поверхности интенсифицирует теплоотдачу на обеих поверхностях трубы и предотвращает загрязнение поверхности. Однако вибрация может привести к разрушению труб.

Расположение трубного пучка под наклоном позволяет устранить заливание конденсатом части поверхности труб, уменьшить паровое сопротивление, улучшить деаэрацию конденсата.

В повышении теплопередачи в конденсаторах большую роль играет теплоотдача к охлаждающей воде и ее также необходимо увеличивать. Следует заметить, что пристенные турбулизаторы на внутренней поверхности конденсатора не только интенсифицируют теплоотдачу, но и уменьшают отложения на стенке.

Конденсация водяного пара в атмосфере, переход водяного пара, содержащегося в воздухе, в жидкое состояние (капли). В расширенном значении термин «Конденсация водяного пара» применяется к переходу водяного пара как в жидкое, так и в твёрдое состояние. В метеорологии переход водяного пара в твёрдое состояние (кристаллы, снежинки) называется сублимацией, в отличие от физики, где под сублимацией понимают обратный процесс.

  В атмосфере всегда имеется вода, которая может присутствовать одновременно в газообразном, жидком и твёрдом состояниях. Несмотря на то, что в нижних слоях атмосферы в каждом км³ воздуха содержатся сотни, а летом даже тысячи кг парообразной воды, К. в. п. в атмосфере возможна только в случае, если упругость пара е (или парциальное давление) превышает упругость насыщения Е. Е зависит главным образом от температуры, убывая с понижением последней, а также от наличия в воде растворённых примесей и от кривизны поверхности капель. Так, чем мельче капли воды, тем больше Е. Обычно в атмосфере е<Е, однако при определённых условиях воздушные массы могут охладиться настолько, что е превысит Е. Это происходит, например, когда температура воздуха понижается за счёт адиабатического расширения при его подъёме, а с ней понижается и Е, когда воздух охлаждается в результате контакта с более холодной земной поверхностью (так часто возникают туманы); когда вода испаряется с более тёплой земной поверхности, при этом упругость водяного пара е увеличивается до значений, превышающих Е (возникают так называемые туманы испарения).

  Известно, что для конденсации водяного пара в абсолютно чистом воздухе требуются огромные пересыщения. Однако в атмосфере всегда присутствуют пылинки, частички морской соли, продукты неполного сгорания и др., которые служат ядрами конденсации и благодаря которым конденсация водяного пара происходит при самых незначительных пересыщениях (доли процента). При отрицательных температурах в облаках большую роль могут играть процессы непосредственной конденсации водяного пара на облачных кристаллах. Для кристаллов Е существенно меньше, чем для переохлажденных капель при той же температуре, поэтому в смешанном облаке, состоящем из капель и кристаллов, происходит рост кристаллов и испарение капель. Конденсация водяного пара на самой земной поверхности и на наземных предметах приводит к образованию росы, инея, изморози и др.

Конденсация водяного пара, обеспечивая образование облаков и осадков, служит важным звеном влагооборота на земном шаре. Тепло, отбираемое у земной поверхности при испарении и выделяемое при конденсации водяного пара, играет огромную роль в теплообмене между землёй и атмосферой.

Среди тенденций дальнейшего прогресса современной холодильной техники заметная роль принадлежит уменьшению энергозатрат при получении искусственного холода и снижению потерь при его потреблении.

Для аппаратов холодильных систем характерно сравнительно медленное протекание процессов теплообмена. Основные направления решения этой проблемы - разработка методов и средств, интенсифицирующих теплообменные процессы, как на стадии производства искусственного холода, так и на стадии его потребления. Одним из таких наиболее эффективных направлений является совместное применение холода и электротехнологии.

Как показала практика, применение электротехнологии в холодильной промышленности позволяет осуществлять экологически чистые технологические процессы, снижая энергоемкость холодильного оборудования, повышает эффективность теплообменных аппаратов холодильных систем и т.д.

Скопление зарядов на стороне нитевидного кристалла, соприкасающегося с теплообменной поверхностью через неравномерный тонкий диэлектрический слой льда, вызывает силу зеркального отображения, которая совместно с силами адгезии удерживает нитевидный кристалл на поверхности теплообмена. Первоначально образованный диэлектрический слой льда на теплообменной поверхности до определённого момента сдерживает стекание зарядов. Затем по мере накопления зарядов происходит усиление средней напряжённости поля в диэлектрическом слое льда, способствующее началу прохождения тока и соответственно нейтрализации (стеканию) части зарядов на теплообменную поверхность. Нитевидный кристалл приобретает избыточный заряд, находящийся на противоположной его стороне, что приводит к отрыву его от теплообменной поверхности и движению в сторону генерирующего электрода со значительной скоростью. В зависимости от напряженности электрического поля происходит полный отрыв нитевидного кристалла от диэлектрического слоя льда или частичный в том месте, где его толщина минимальна, что наиболее часто наблюдается.

Результаты исследований нестационарного процесса инееобразования воздухоохладителей при переменной влажности паро-воздушной среды (Φ ~ 73...98%; Т = 273...271 К) условиях электроконвекции позволили выявить:

интенсивное снижение силы тока в начальный момент вызванное снижением подвижности ионов и значительной электропроводимостью капель конденсата с переходом в последующий момент возрастанием силы тока. Это объясняется уменьшением межэлектродного расстояния из-за нарастающего слоя инея на торцевых поверхностях ребер аппаратов. Кроме того, дополнительной причиной повышения силы тока является снижение скорости воздуха, поступающего к воздухоохладителям, вызванное увеличением аэродинамического сопротивления аппаратов из-за инееобразования в межреберном пространстве.

темп роста аэродинамического сопротивления в условиях электроконвекции за цикл работы воздухоохладителей снижается в 1,4 - 2,5 раза;

увеличение напряжённости поля приводит к снижению аэродинамического сопротивления в 1,2...2,0 раза.

Анализ работы приборов охлаждения в электроконвективной среде, позволил установить следующие закономерности инееобразования на их поверхности в зависимости от относительной влажности воздуха и температуры среды:

плотность на первых рядах теплообменника возрастает в 1,1 ...1,6 раза в зависимости от относительной влажности воздуха;

плотность теплового потока в электроконвективной среде при Т - 271-273 К на 9.. .30 % выше, чем в ее отсутствии;

продолжительность достижения максимального теплового потока с увеличением относительной влажности воздуха уменьшается; темп снижения теплового потока к концу цикла значительно выше при максимальной относительной влажности воздуха;

понижение температуры воздуха приводит к возрастанию плотности теплового потока.

коэффициент теплоотдачи, возрастает в 1,13... 1,7 раза в зависимости от напряжённости поля и относительной влажности воздуха. [4, c.45-47]

Разработаны приборы охлаждения с продольным оребрением труб, позволяющие значительно снизить энергозатраты (в 3...4 раза) на оттаивание за счёт сокращения продолжительности удаления льда с поверхности (в 8...10 раз) и увеличить наружный теплообмен на 27.. .37%.

Исследование процесса охлаждения воздушных конденсаторов в электроконвективной среде.

Экспериментальное исследование скорости воздушного потока показывает, что с увеличением подаваемого напряжения скорость воздушного потока возрастает до 2,5.. .3,5 м/с.

Использование электроконвекции позволяет снизить температуру теплообменной поверхности на 4.. .7 °С.

Критериальное уравнение теплообмена при естественном охлаждении конденсатора на интервале 88400 < Gr · Pr < 126100 имеет вид:

Nu = 0,095 · (Or -Pr)0,651

Критериальное уравнение теплообмена при охлаждении конденсатора с использованием электроконвекции на интервале 3870 < Re < 4170 имеет вид:

Nu = 1,98 · 10-12 · Re3,61

Рис. 1. Изменение температуры теплообменной поверхности конденсатора при различных способах охлаждения (температура окружающей среды +23 °С): 1 - естественная конвекция; 2 - электроконвекция.