1
1
1: Ознайомлення з загальними характеристиками харчових виробництв в Україні. Вивчення основних принципів та методів удосконалення харчових виробництв.
Завдання: 1. Ознайомитись з з загальними характеристиками харчових виробництв в Україні.
2. Вивчення основних принципів та методів удосконалення харчових виробництв.
1. Ознайомитись з з загальними характеристиками харчових виробництв в Україні.
Вся сукупність вітчизняних харчових виробництв (близько 30) входить до складу
1. Хлібопродуктовий, до складу якого входять борошномельне, круп’яне, макаронне виробництва та хлібопечення.
2. М’ясомолочний включає виробництва з переробки худоби, свиней та птиці, м’ясопереробні підприємства, молочне, масло – та сиропереробне виробництва, молочно-консервні підприємства.
3. Олієжировий підкомплекс утворюють підприємства з виробництва олії та маргаринів, кулінарних та інших і жирових продуктів.
4. Плодоовочевий об’єднує виробництва цукру, крохмалів, патоки, плодоовочевих консервів та сушених плодів і овочів.
5. Підкомплекс бродильних виробництв охоплює такі виробництва, як пивоваріння, спиртове, дріжджове, виноробне, лікеро-горілчане, слабо – та безалкогольних напоїв.
6. Харчосмаковий підкомплекс складається з кондитерського, харчоконцентратного, соляного, чайного, кофейного та тютюнового виробництв.
7. Яйцепродуктовий підкомплекс включає підприємства, що займаються переробкою свіжих яєць свійської птиці та сушені або заморожені яєчні продукти.
8. Підприємства рибопродуктового підкомплексу займаються розведенням, вирощуванням, виловом і переробкою рибної та іншої водної сировини.
2. Вивчення основних принципів та методів удосконалення харчових виробництв.
Крім вирішення головного завдання технології — максимального виробництва продукції заданого призначення і якості при мінімальних витратах, при організації харчових виробництв необхідно виконувати також низку обов’язкових обмежень, а саме: безпечність продукції для споживача, безпечність виробництва для довкілля та працюючих на ньому, суспільна доцільність та економічна ефективність, тобто одержання для виробника максимального прибутку. Частіше всього про оптимальність варіанту технічного і технологічного рішення процесу роблять висновок з розміру інтегрального показника ефективності виробництва — собівартості одиниці продукції. Особливістю більшості харчових виробництв є те, що основною, іноді домінуючою, складовою (до 60—80 %) собівартості продукції є вартість сировини. Тому ж природно, що її ефективне використання є надто важливим в харчовій технології.
Раціональне використання сировини і матеріалів харчового виробництва залежить від багатьох факторів, в першу чергу, від їх відповідності меті виробництва, від їх якості і безпеки, від ступеню переробки, від стану технологічного обладнання, рівня технології та інших. Відповідність сировини меті виробництва означає її придатність для ефективної переробки в певні (завдані) види продукції певного призначення та рівня якості. Наприклад, якщо завданням консервного виробництва є виготовлення маринованих томатів, то до сировин вирішальними вимогами будуть однорідність томатів з розміром, формою, забарвленням, ступенем стиглості. Якщо ж виробничим завданням передбачений випуск томатної пасти або пюре, то вирішальними показниками стають вже не розмір і форма, а вміст сухих речовин, кількість насіння та ступінь стиглості. При недотриманні цих вимог вихід готової продукції буде зменшуватись, а собівартість зростати. Тому при формуванні виробничих планів і виборі номенклатури продукції необхідно обов’язково виходити з наявності відповідної для цього сировини, а при обмеженостях вибору номенклатури — формувати сировинну базу саме під задану номенклатуру.
Суттєвою характеристикою якості продовольчої сировини є наявність і характер сторонніх домішок: землі, піску, органічних (бадилля, солома, листя та ін.), металевих, сировини інших видів тощо. На якість сировини також впливає наявність і кількість нестандартної (некондиційної) сировини. До такої відноситься сировина, що не відповідає вимогам за формою, розміром, забарвленням, а також сировина з механічними ушкодженнями, уражена шкідниками або хворобами. Така сировина потребує сортування, додаткової обробки; вона нестійка в зберіганні, а тому збільшуються її втрати і зростає кількість відходів. Все це негативно впливає на організацію та ефективність виробництва.
При виготовленні деяких харчових продуктів з особливими вимогами до смаку, аромату, вмісту біологічно активних речовин тощо вимоги до сировини стосуються не тільки її хімічного складу (вміст цукрів, кислот, незамінних факторів, БАР), однорідності та кондиційності, а й її здатності зберігати свої показники протягом певного часу, наявності шкідливих забруднень, ступеня зараженості мікроорганізмами. Так, при виробництві продуктів для дитячого та дієтичного харчування, лікувального та спеціального призначення, натуральних вин, плодових та овочевих соків, деяких натуральних консервів і молочних продуктів вимоги до сировини більш жорсткі й чітко визначені.
Раціональне використання сировини означає також її комплексну глибоку переробку, під якою розуміється найбільш повне, безвідходне використання всіх потенційних можливостей сировини. Для харчових виробництв це важлива проблема. Так, тільки в консервній промисловості при переробці плодів і овочів відходи становлять щорічно близько 700-800 тис. т, що створює не тільки виробничі, а й екологічні проблеми. До них відносяться вичавки з плодів, овочів і ягід, насіння кісточки, грона, шкірки, кочериги, бадилля, плодоніжки. Але ці відходи містять значну кількість поживних та інших цінних речовин і можуть бути ефективно перероблені на потрібну продукцію. Наприклад, при виробництві соків з яблук відходи у вигляді вичавок складають 20-40%. Здебільшого ці відходи вивозять на звалища, в кращому випадку використовують на кормові цілі. Однак їх можна переробляти для одержання пектину, яблучно-пектинової пасти, сухих фруктових порошків, натуральних ароматизаторів та інших продуктів, які наша харчова промисловість вимушена імпортувати з-за кордону. Аналогічним прикладом можуть бути відходи томатного виробництва у вигляді шкірки і насіння. З цих відходів виробляють високоякісну олію, харчові рослинні білки, барвники та кормове борошно. Подібне становище з відходами спостерігається і в інших галузях АПК.
Упровадження в харчових виробництвах глибокої комплексної переробки сировини на основі безвідходних технологій дозволить значно розширити асортимент продукції, зменшити витрати сировини, частково вирішити екологічні проблеми виробництв, а в кінцевому рахунку підвищити економічну ефективність роботи підприємств.
Найбільш поширеним способом оцінки раціональності використання сировини є складання матеріального балансу технологічних операцій та продуктових розрахунків руху сировини по операціях технологічного процесу. При складанні матеріального балансу операцій враховують всі компоненти складу та їх теоретично можливий вихід на всіх технологічних операціях. Продуктові розрахунки дозволяють враховувати всі можливі відхилення виходу продукту від теоретичного, що спричиняється дією термодинамічних, кінетичних та інших факторів технологічного процесу.
Основою продуктових розрахунків є рівняння матеріального балансу, що відображає Закон збереження маси. Відповідно цього закону маса сировини, яка поступає на переробку, дорівнює масі вихідних продуктів, відходів і втрат у виробництві.
З метою підвищення ефективності використання сировини перед технологічною наукою і практикою постає завдання чіткого визначення технологічних вимог до сировини: її хімічного складу, фізичних та споживчих властивостей, стійкості до факторів транспортування, зберігання та переробки. Це дасть можливість спрямувати селекційну роботу на створення нових, більш ефективних її видів і сортів, на пошук замінників імпортної та дорогої сировини, на розробку технологій використання місцевої, нетрадиційної та малоцінної сировини.
Принцип раціонального використання енергоресурсів та устаткування
Харчові виробництва відносяться до енерговитратних. В якості енергоресурсів частіше всього використовуються гаряча водяна пара, гаряча вода, електричний струм, природний газ, тверде та рідке паливо. Гаряча пара і вода є основними теплоносіями в технологічних процесах нагрівання, пастеризації, стерилізації, уварювання, випарювання, дистиляції, сушіння та інших. Електрична енергія використовується у приводах технологічних машин і механізмів, у транспортних пристроях, у холодильних установках, сушарках тощо. При випіканні, обжарюванні, коптінні, сушінні застосовують природний газ, тверде та рідке паливо або топкові гази, що утворюються при їх спалюванні в термоагрегатах. Гаряча вода і пара широко застосовуються також для миття та стерилізації тари, обладнання, для санітарної обробки технологічного устаткування, виробничих приміщень.
Частка вартості енергоресурсів у собівартості одиниці харчової продукції може сягати 20-25%. Так, при виробництві однієї тонни м’яса витрачається 50-80 кВт годин електричної енергії та 20—35 тонн пари, а на одну тисячу умовних банок консервів відповідно — 7—34 кВт-годин та 160—1090 тонн пари. У зв’язку з цим великі переробні підприємства мають власні джерела енергопостачання (котельні, електричні підстанції).
Як і у випадку з сировиною, основним способом оцінки раціональності використання енергоресурсів є складання енергетичного балансу. Оскільки, згідно з Законом збереження енергії, Сума всіх видів енергії в замкнутій системі є постійною.
У харчових виробництвах переважним видом енергії є теплова, тому частіше за все складається Тепловий баланс.
Щоб підвищити ККД та досягти економії матеріальних і енергоресурсів, у харчових виробництвах запроваджуються прогресивні ресурсо – і енергозберігаючі технології та устаткування, які розроблені вітчизняною й світовою технологічною наукою. Необхідно підкреслити, що на вітчизняних виробництвах зміна технологій і обладнання відбувається вкрай повільно. Значна частина технологій і технологічного обладнання застарілі, не відповідають сучасним вимогам. Наслідком цього є витрати енергоресурсів на одиницю продукції в декілька разів більші, ніж при використанні прогресивних технологій і обладнання.
Метою принципу раціонального використання технологічного устаткування ставиться збільшення виходу продукції з одиниці площі або об’єму робочої зони апарата (агрегату), тобто збільшення ступеня використання, завантаження машини. Реалізація цього принципу дає можливість зменшити кількість одиниць обладнання при постійному обсязі випуску продукції. Тим самим зменшується амортизаційна частка собівартості. Або, навпаки, при одній і тій самій чисельності парку обладнання можна збільшити випуск продукції, собівартість якої буде знижуватися.
Один з найпоширеніших заходів раціонального використання енергоресурсів і устаткування – організація руху технологічних потоків за протиточними або перехресними схемами, коли вхідний потік сировини чи проміжного продукту до агрегату підігрівається теплом вихідного потоку, температуру якого необхідно знизити. Такі схеми широко застосовуються в конструкціях проточних підігрівачів, пастеризаторів, сушарок, ректифікаційних колон тощо. Другим ефективним способом економії теплової енергії є використання вторинних теплоносіїв у вигляді сокової пари, конденсату або інших відпрацьованих теплоагентів на тих технологічних операціях, на яких їхня температура ще достатня. За цим принципом працюють багатокорпусні вакуум-випарні установки при виробництві концентрованих томатопродуктів.
Суттєвим фактором раціонального використання енергоресурсів та устаткування є також суворе дотримання технологічного режиму для запобігання "холостої" роботи агрегатів або, навпаки, затримки сировини чи проміжного продукту в агрегаті більше потрібного часу, для виключення неузгодженостей параметрів вихідних і вхідних потоків, що призводять до порушення стабільності процесу, необхідності операції зберігання.
Важливим заходом для економії енергії на виробництві є зменшення її втрат в оточуюче середовище шляхом ретельної ізоляції паро – та водопроводів, зони нагріву термоагрегатів, теплоізоляції виробничих приміщень і т. ін.
До наднормативних витрат енергоресурсів та неефективного використання обладнання може призводити застосування неякісної або некондиційної сировини, періодичного режиму роботи устаткування, застарілих технологій та технологічного обладнання. Виходячи з вимог принципів раціонального використання енергії та устаткування, витікають основні завдання проектувальників технологічних процесів та конструкторів технологічного обладнання: забезпечення стабільності роботи агрегатів і всього процесу в цілому, впровадження ресурсо – та енергозберігаючих технологій, досягнення оптимальної продуктивності кожного агрегату, максимальна автоматизація управління процесом, безпечні умови роботи, низька вартість і матеріаломісткість обладнання, його ремонтоздатність та надійність в роботі, легкість в управлінні та зміні режимів роботи (перепрограмуванні).
Принцип інтенсифікації технологічних процесів
Під Інтенсифікацією технологічного процесу розуміється збільшення швидкості його перебігу наслідком чого є зростання продуктивності за одиницю часу. Згідно з загальним кінетичним законом цього можна досягти збільшенням потенціалу процесу, збільшенням кінетичного коефіцієнту або одночасним збільшенням обох факторів. В практиці харчових виробництв використовуються окремі або всі ці способи інтенсифікації в залежності від особливостей конкретного процесу.
При використанні в якості фактора інтенсифікації потенціалу процесу необхідно мати на увазі, що поведінка рівноважної системи обумовлюється не тільки значенням потенціалу, а й значенням рушійної сили — віддаленістю системи від стану рівноваги:
Виходячи з рівняння, збільшити рушійну силу можна трьома шляхами: збільшенням поточного потенціалу Хт, зниженням потенціалу рівноваги Хр або одночасною зміною обох потенціалів. На практиці частіше використовується спосіб, що полягає в максимально можливому збільшенні початкового потенціалу (Х0) при т = 0 – Це досягається за рахунок збільшення градієнтів переносу — градієнту температури, тиску, концентрації, напруги струму або іншої переносимо субстанції.
Згідно з молекулярно-кінетичною теорією взаємодії підвищення температури в зоні реакції призводить до збільшення швидкості руху молекул (іонів, атомів), через що зростає ймовірність їх зіткнення і взаємодії. Крім того, підвищення температури збільшує внутрішню енергію взаємодіючих часток, а це збільшує кількість ефективних контактів між ними. За правилом Ареніуса – Банг-Гоффа підвищення температури в зоні реакції на 10°С збільшує швидкість реакції в 2-4 рази. Таким чином, вплив підвищення температури на швидкість процесу має комплексний характер. Воно впливає як на потенціал, так і на кінетичний коефіцієнт. Проявом останнього є зростання коефіцієнтів дифузії, тепло – та масообміну й ін.
Шляхом підвищення температури інтенсифікують процеси термічного сушіння, уварювання, випарювання, розчинення, десорбції та інших. Для цього підвищують температуру в робочій зоні або попереднім нагрівом продуктів, або підігрівом робочої зони за допомогою барботування гарячої пари, змійовиків або обігрівальних кожухів. У випадку зворотних процесів – конденсації, кристалізації, абсорбції, адсорбції, сублімації збільшення швидкості процесу досягають зниженням температури в робочій зоні. Це можливо шляхом попереднього охолодження продукту або безпосереднім охолодженням робочої зони апарата.
Значно більшого ефекту інтенсифікації можна досягнути шляхом одночасного поєднання впливу температури і тиску. Найчастіше таке поєднання використовується при проведенні процесів, частина або всі компоненти яких знаходяться в газовій фазі. Наслідком збільшення тиску є підвищення парціальних тисків газових компонентів, що рівнозначно збільшенню їх концентрації.
Поєднання зміни температури і тиску широко використовується в харчових технологіях при проведенні сорбційних, хімічних, гідромеханічних та інших процесів. Так, наприклад, у цукровій промисловості, вино – і пиворобному, безалкогольному виробництвах для прискорення насичення розчинів вуглекислотою підвищують її тиск та знижують температуру рідкої фази. Для інтенсифікації процесів сушіння, випарювання, уварювання поєднують підвищення температури до найбільш можливої межі зі зниженням тиску (вакуумуванням). У процесах конденсації, навпаки, знижують температуру і підвищують тиск. Для прискорення фільтрування та мембранних процесів тиск або збільшують над мембраною, або зменшують під нею.
Але найбільш поширеним у харчових технологіях способом інтенсифікації є зміна концентрацій взаємодіючих компонентів, її забезпечують або підвищенням початкової концентрації вихідних компонентів, або зменшенням рівноважної за рахунок відведення цільового продукту з робочої зони. Для підвищення початкової концентрації, в залежності від агрегатного стану компонентів, проводять сортування, очищення, збагачення твердих видів сировини, а у випадку рідин або газів — концентрування, очищення від шкідливих домішок, підвищення тиску. Відведення цільового продукту також можна здійснювати різними способами в залежності від його агрегатного стану: твердого – осадженням, фільтруванням, центрифугуванням; газо – або пароподібного — видаленням, конденсацією, вибірковою адсорбцією або абсорбцією; рідкого — кристалізацією, діалізом, відсмоктуванням тощо.
В гетерогенних процесах збільшенню рушійної сили сприяє зростання або оновлення поверхні фазових контактів реагуючих речовин. Це призводить до збільшення ймовірності контактів та взаємодії реагентів, що рівнозначно підвищенню концентрації. Збільшення поверхні фазових контактів в гетерогенній системі "газ — рідина" зазвичай досягають такими засобами, як:
♦ утворення тонкого шару або плівки рідини шляхом її розподілу на поверхні насадок або інших носіїв (барабанні сушарки, насадкові абсорбери, плівкові випарні апарати);
♦ створення рідкого аерозолю шляхом розпилювання, розбризкування рідини в певному робочому об’ємі газу (розпилювальні сушарки, льодогенератори, коптильні агрегати з рідкими аерозолями);
♦ диспергування газової фази в рідині (реактори-барботери, тарілчасті ректифікаційні апарати, сатуратори, пінні апарати з завислим шаром).
В гетерогенних сисх "газ — тверде тіло" або "рідина — тверде тіло" збільшення поверхні фазових контактів забезпечується такими засобами:
♦ зменшенням розміру часток твердої фази та рівномірним її розподілом в робочому об’ємі рідини або газу;
♦ інтенсивним механічним перемішуванням подрібненої твердої фази у робочому об’ємі;
♦ створення завислого ("киплячого") шару подрібненої твердої фази шляхом продування через нього газу або пропусканням потоку рідини.
Ці засоби збільшення або оновлення поверхні фазових контактів широко використовуються в конструкціях багатьох технологічних машин та агрегатів для сушіння, коптіння, соління, очищення, освітлення харчових продуктів.
Інтенсифікацію технологічних процесів можна, як зазначено вище, забезпечити також шляхом збільшення кінетичних коефіцієнтів. Розроблено велику кількість таких способів прискорення перебігу перетворень. В їх основу покладено руйнування або зменшення товщини прикордонного рівноважного шару, зміну властивостей або структури взаємодіючих у процесі компонентів. Для руйнації чи зменшення рівноважного шару, що утворюється на межі розділення фаз, використовують різні методи збуджень: вібрацію, турбулізацію, активацію поверхні, імпульсні зміни (пульсацію) температури, тиску, напруги тощо.
Питання для закріплення та самоконтролю:
1. Визначення матеріального балансу.
2. Визначення енергетичного балансу.
3. Чому продуктивність виробництва є головною економічною характеристикою?
4. Які ви знаєте види автоматизації?
5. Які ви знаєте основні технологічні поняття?
6. Наведіть класифікацію сировини.
7. Наведіть класифікацію харчових виробництв.
8. Дайте характеристику різним видам сировини.
Реферати
Читати далі