МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«ЧЕЛЯБИНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ  ВПО «ЧГПУ»)

Профессионально-педагогический институт

Кафедра  пищевых технологий и предметных методик 

НАГРЕВАНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ, ПАСТЕРИЗАЦИЯ И СТЕРИЛИЗАЦИЯ

 

Контрольная работа по предмету: Процессы и аппараты пищевых производств 
 
 
 

     Выполнила: студентка 

                                                                          группы ПОП – 505

                    заочного отделения ППИ

                                                                       Подтихова Н.В

                         Проверила: Сидорова А.Ю. 

                                                                                      
 
 

Челябинск,   2011 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

НАГРЕВАНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ, ПАСТЕРИЗАЦИЯ И СТЕРИЛИЗАЦИЯ 3

1. ПРОЦЕССЫ ИСПОЛЬЗУЮЩИЕСЯ В ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ 3

2. АППАРАТЫ ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 6

3. ПАСТЕРИЗАЦИЯ И СТЕРИЛИЗАЦИЯ 8

СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 12

НАГРЕВАНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ, ПАСТЕРИЗАЦИЯ И СТЕРИЛИЗАЦИЯ

1. ПРОЦЕССЫ ИСПОЛЬЗУЮЩИЕСЯ В ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ

 

     В пищевых производствах используют многочисленные тепловые процессы: нагревание и охлаждение, конденсацию паров, кипение, выпаривание и др. Их можно разделить на простые процессы и сложные, состоящие из простых. К простым тепловым процессам относят: теплопроводность, конвекцию, тепловое излучение.

     Тепловые процессы реализуются в теплообменных аппаратах (теплообменниках).

     Теплопроводность  — перенос теплоты (внутренней энергии) при непосредственном соприкосновении тел( с различной температурой). Энергия беспорядочных (случайных) тепловых колебаний молекул при этом передается от одного тела другому или от одной части тела другим его частям путем непосредственных соударений молекул подобно передаче движения при соударении шаров. Хотя такое представление о взаимодействии молекул в значительной степени упрощено, его использование в описаниях процессов теплопередачи оправдано практикой.

     Конвекция — это перенос теплоты в  пространстве вместе с дви-жущимися объемами газа или жидкости. Каждый движущийся объем среды в этом процессе никуда свою энергию не передает, поток теплоты движется вместе с ним. Искусственная, или вынужденная, конвекция отождествляется с потоком среды, созданным вентилятором или насосом. Естественная, или тепловая, конвекция обусловлена архимедовыми силами, возникающими вследствие разности плотностей подогреваемых объемов среды.

     Тепловое  излучение (тепловая радиация) — это  явление переноса теплоты электромагнитными  волнами. При этом происходит двойное  преобразование энергии: вначале энергия теплового движения молекул преобразуется в энергию электромагнитного излучения (в соответствии с законом Стефана—Болъцмана энергия электромагнитного излучения пропорциональна четвертой степени температуры поверхности тела), а затем происходит поглощение электромагнитного излучения другим телом и превращение ее в энергию теплового движения молекул. Воздух, через который передается тепловое излучение, практически не нагревается, т. е. он диатермичен.

     Важная  особенность теплового излучения  — подвод теплоты не непосредственно  к поверхности, а в глубине высушиваемого материала. Это становится возможным благодаря проникающей способности электромагнитных волн в данном диапазоне их длин. Если изобразить на графике (рис. 24.1) спектр длин волн электромагнитных излучений, то в нем можно выделить диапазоны:

Y-излучение  (Л = 0,5 10-2...10-4 нм и менее);

рентгеновское излучение (А. = 0,5 10-...1,5нм);

ультрафиолетовое излучение (X = 0,5 10  ...0,4 мкм);

видимое излучение (X = 0,40...0,76 мкм);

инфракрасное  излучение (X = 0,77...340 мкм);

радиоволновое излучение (от X = 340 мкм и до нескольких тысяч метров).

     Теплоту переносят волны длиной 0,6...104 мкм. Этот диапазон охватывает красное, инфракрасное и сверхвысокочастотное (СВЧ) радиоволновое  излучение.

     Инфракрасное  излучение разделяют на коротковолновое (X = 0,77...15 мкм), средневолновое (А, = 15... 100 мкм) и длинноволновое (X = 100...340 мкм). При температуре излучающей поверхности 700...2500 ⁰С излучаются волны длиной 1,55...2,55 мкм. Излучатели с такими температурами поверхности называют светлыми. При более низких температурах поверхности излучатели называют темными.

     По  проникающей способности эти волны характеризуются таким образом: полностью поглощаются или отражаются поверхности.

  Сложный тепловой процесс — это совокупность двух или более простых. Любой перенос теплоты в пространстве называют теплопереносом, а любой обмен теплотой между физическими телами — теплообменом.

     Теплопередача — сложный теплообмен между средами, разделенными поверхностью контакта фаз этих сред или твердой стенкой

     Тепловой  поток Q (Вт) — количество теплоты, проходящей в единицу времени через произвольную поверхность.

2. АППАРАТЫ  ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

     Нагревание  и охлаждение продуктов осуществляется в теплообменных аппаратах (теплообменниках), в которых теплота передается от одного теплоносителя другому. Аппараты для нагревания и охлаждения могут быть простыми теплообменниками, выпарными аппаратами, конденсаторами, пастеризаторами, испарителями, деаэраторами, экономайзерами и т. п. Их можно разделить на собственно теплообменники, в которых теплообмен — основной технологический процесс, и реакторы, в которых он имеет вспомогательное, хотя и необходимое назначение.

     Теплообменники  классифицируют по следующим признакам:

по технологической  схеме — на прямоточные, противоточные и с поперечным током теплоносителей;

по режиму работы — на теплообменники периодического и непрерывного действия;

по способу  передачи теплоты — на теплообменники смещения, или контактные, в которых  теплоносители перемешиваются (т. е. осуществляется их контакт), и поверхностные, в которых теплоносители разделены твердыми стенками;

по основному  назначению — на подогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы (конденсоры);

по сочетанию фазовых состояний рабочих сред -на жидкостно-жидкостные, парожидкостные и газожидкостные;

по конструктивным признакам.

     В качестве теплоносителя в пищевой промышленности наиболее широко применяют насыщенный или перегретый водяной пар. В поверхностных теплообменниках из него выпадает стекающая по стенкам влага. Высокая теплота фазового перехода воды обусловливает высокую эффективность этого теплоносителя. В сравнении с ним обогрев горячей водой существенно менее эффективен и неизбежно связан с изменением температуры перегретого водяного пара. Для его перегрева необходимо повышение давления. Например, для достижения температуры 115 "С необходимо избыточное давление пара 0,07 МПа (~0,7 кгс – см²), а темпе-ратуры 150... 160 °С — давление 0,5...0,7 МПа.

     Минеральное масло, используемое в качестве теплоносителя, позволяет работать при температурах до 200⁰С.

     Обогрев горячими газами и воздухом в печах и сушильных установках позволяет работать при температурах 300... 1000 ⁰ С. Интенсивность теплообмена при этом невелика, а поверхности, соприкасающиеся с топочными газами, сильно загрязняются.

     В холодильной технике в качестве теплоносителей используют хла-дагенты: воздух, рассолы, аммиак, диоксид углерода, фреоны и др.

3. ПАСТЕРИЗАЦИЯ  И СТЕРИЛИЗАЦИЯ

 

     Пастеризация  — тепловая обработка продукта с целью уничтожения болезнетворных микроорганизмов, в частности неспорообразующих патогенных бактерий, или снижения общего их количества.

     Стерилизация  — тепловая обработка, предназначенная  для уничтожения всех микроорганизмов и их спор. В пищевой промышленности стерилизацией называют уничтожение микроорганизмов, способных развиваться в продуктах.

 Микроорганизмы  начинают развиваться при достижении температуры начала активации, их развитие замедляется при достижении температуры начала инактивации, перестают развиваться при достижении максимальной температуры роста, или летальной температуры, и гибнут в области, температура в которой выше летальной.

     На  жизнеспособность бактерий влияет кислотность  среды. В кислой среде (при рН < 4) практически никакие бактерии не развиваются. Такая среда соответствует кислым продуктам: лимонам — рН 2,3...2,6; уксусу — рН 2,4...2,8; вину — рН 2,8...3,2; яблокам — рН 3,0...3,3; полуконсервам в маринаде — рН 3,0...3,3; клубнике — рН 3,3...3,4; вишне — рН 3,4...4,0; квашеной капусте —рН 3,5...4,0.

     При достижении летальной температуры Тт скорость разрушения микроорганизмов dN/dx пропорциональна концентрации микроорганизмов N: 

^dN_dt = -kN; к = const; N = N0zxp(-kx), dx

     В полученном выражении константа к — характеристика скорости стерилизации, скорости гибели бактерий после достижения летальной температуры. Она имеет физический смысл. Величина

      Ln10/k= D — время, в течение которого количество микроорганизмов в среде уменьшается в 10 раз. В справочной литературе обычно приводят значение D для различных микроорганизмов при t = 121,1 °С. В частности, при кислотности среды рН 7 для бактерий Clostridium botulinum D = 6...12 с, Clostridium sporogenes D = 100 с, для Stearothermophilus D = 250 с.

     Эту же характеристику для неспорообразуюших бактерий, дрожжей и плесеней относят обычно к 65 °С. Для них значения D не превышают 30 с, хотя для некоторых бактерий, например для термофильных, температура 65 °С не является летальной. Присутствие жира в среде значительно увеличивает значения D. Ввод некоторых специй, наоборот, сильно уменьшает D.

     Влияние температуры на значение D существенно. С повышением температуры на 10 ⁰С в диапазоне 90... 130 °С время D уменьшается примерно в 10 раз. Допустив, что стерилизацию можно считать завершенной при уменьшении обсемененности бактериями в 1010 раз, определим необходимое время стерилизации х = 10 при соответствующей температуре.

     Оценивая  эквивалентное значение энергии  активации реакции стерилизации спор при 100 ⁰С, получают большие ее значения (257 107 Дж/кмоль), что соответствует медленному протеканию этой реакции.

     Одновременно  со стерилизацией продуктов происходит их разрушение. Поэтому температуру и время стерилизации необходимо выбирать с учетом обоих этих факторов. На рисунке 41.5 даны совмещенные зависимости потери тиамина в продукте и уменьшения числа микроорганизмов культуры Clostridium при изменении температуры и времени выдержки.

     В частности, при температуре выше 120 °С происходит быстрая стерилизация при небольшом разрушении самого продукта; понижение температуры стерилизации до 90 °С меняет картину на противоположную. При кратковременной стерилизации при высокой температуре лучше сохраняются биологически ценные компоненты продукта, чем при длительной при малой температуре. Однако необходимо учитывать трудности быстрого прогрева продукта, упакованного в банки, что приводит к большему разрушению продукта вблизи стенок банки и мень¬шей эффективности стерилизации в их центре. Для выбора режимов нагревания и охлаждения с учетом этих факторов используют решения нестационарных уравнений теплопроводности для банки с продуктом, которые подробно рассмотрены нами выше.