Классификация методов измерения физико-механических свойств продуктов и их характеристики.

Физико-механические свойства пищевого сырья и готовой продукции

Задачи и способы измельчения пищевого сырья.

Измельчение — процесс механического воздействия на продукт рабочими органами, который приводит к преодолению сил взаимного сцепления и разрушению продукта под действием внешних нагрузок, а также к увеличению поверхности твердых материалов.

В пищевой промышленности измельчение применяют в следующих целях: для подготовки сырья к приготовлению пищи, придания продукту требуемой консистенции, порционирования продукта, утилизации отходов сырья и остатков пищи. Измельчение широко используют в мукомольном, мясном, свеклосахарном, спиртовом, пивоваренном, консервном и других производствах.

Способы измельчения подразделяют на следующие: раздавливание, раскалывание, разламывание, резание, распиливание, истирание, измельчение с помощью удара. В каждой измельчающей машине реализуются, как правило, все способы измельчения, но главную роль играет тот, для которого она создана.

При раздавливании под действием статической нагрузки, создаваемой силой на нажимную плиту, определяющими являются напряжения сжатия. Под их действием материал деформируется по всему объему. При этом внутреннее напряжение в нем постепенно повышается и по достижении внутреннего напряжения выше предела прочности сжатия материал разрушается. При этом образуются частицы различного размера и различной формы. В чистом виде раздавливание реализуется очень редко: только в щековых дробилках. В ряде других типов измельчителей оно сопровождается истиранием.

При раскалывании в материале возникают в основном изгибающие напряжения. Процесс раскалывания осуществляется за счет создания больших концентраций нагрузок в местах контакта материала с клинообразным рабочим элементом, на который воздействует сила. Этот способ используется, например, в дискозубых дробилках, предназначенных для измельчения достаточно крупных вязких материалов.

Процесс разламывания совершается за счет воздействия изгибающих сил. Размеры и форма получаемых частиц примерно такие же, как и при раскалывании.

Процесс резания осуществляется лезвиями (ножами), под действием которых создается усилие, направленное под определенным углом к измельчаемому материалу. Кроме того, ножи совершают движение в плоскости, параллельной плоскости разделения материала. При резании в материале возникают напряжения сдвига.

Распиливание осуществляется за счет использования пил, зубья которых представляют собой ножи. Измельчение материала происходит при нажиме на пилу и ее перемещении в плоскости измельчения. Процесс распиливания позволяет получить куски требуемых размеров.

Процесс истирания применяется при тонком и коллоидном помолах. При истирании разрушение происходит главным образом от напряжений сдвига. На материал действуют силы, возникающие при перемещении опорной и нажимной плит в противоположные стороны.

Процесс дробления за счет удара осуществляется под действием динамических нагрузок на продукт, в результате которых возникают динамические напряжения, приводящие к его разрушению. Различают свободный и стесненный удары. При стесненном ударе тело разрушается между двумя рабочими органами измельчителя, при свободном — в результате столкновения с рабочим органом или другим измельчаемым телом. Измельчение ударом имеет место в роторных и молотковых дробилках, молотковых и струйных мельницах, дисмембраторах, дезинтеграторах, а также частично в барабанных мельницах.

Поверхностная энергия и поверхностные явления

Поверхностные явления, физико-химические явления, которые обусловлены особыми (по сравнению с объемными) свойствами поверхностных слоев жидкостей и твердых тел. Наиболее общее и важное свойство этих слоев - избыточная энергия. Поверхностные явления протекают наиболее выражено в гетерогенных системах с сильно развитой поверхностью раздела фаз, т.е. в дисперсных системах. Изучение закономерностей поверхностные явления является составной частью коллоидной химии и чрезвычайно важно для всех ее практических приложений.

Самопроизвольные поверхностные явления происходят вследствие уменьшения поверхностной энергии системы. Они обусловлены уменьшением общей поверхности системы либо уменьшением поверхностного натяжения на границе раздела фаз. К поверхностным явлениям связанным с уменьшением общей поверхности, относят:

1) капиллярные явления, в частности приобретение каплями (в туманах) и газовыми пузырьками (в жидкой среде) сферической формы, при которой поверхность капли (пузырька) минимальна.

2) Спекание мелких твердых частиц в порошках

3) Изотермическая перегонка - увеличение объема крупных капель за счет уменьшения мелких.

При этом вследствие повышения давления паров жидкости с более высокой кривизной поверхности происходит испарение мелких капель и последующая их конденсация на более крупных каплях. Для жидкости, находящейся на твердой подложке, существующая роль в переносе вещества от мелких капель к крупным играет поверхностная диффузия.

При определенных условиях в системе могут происходить самопроизвольные поверхностные явления, сопровождающиеся увеличением общей поверхности раздела фаз. Так, самопроизвольное образование устойчивых лиофильных коллоидных систем происходит в условиях, когда увеличение поверхностной энергии, вызываемое измельчением частиц, компенсируется их вовлечением в тепловое движение и соответствующим возрастанием энтропии. Критические размеры зародышей, при превышении которых выделение новой фазы идет самопроизвольно, зависят от поверхностного натяжения, а также от величины перегрева. Связь между этими параметрами определяется уравнением Гиббса.

Самопроизвольные поверхностные явления, в которых изменяется поверхностное натяжение:

1) образование огранки (равновесной формы) кристаллов. Равновесной форме соответствует минимум поверхностной энергии (принцип Гиббса-Кюри – Вульфа.

2) Коагуляция-слипание мелких твердых частиц в золях, суспензиях в крупные агрегаты с последствии разрушением системы и образованием осадков различной структуры. Слипание происходит вследствие снижения межфазного натяжения в месте контакта частиц. Самопроизвольный обратный процесс - пептизация, т.е. распад агрегатов - происходит в том случае, если образование участков поверхности с повышенным значением поверхностного натяжения компенсируется вовлечением образующихся частиц в тепловое движение и соответствующим увеличением энтропии системы.

3) Адгезия - прилипание жидкости к твердому телу вследствие понижения поверхностной энергии.

4) Гетерогенное образование зародышей новой фазы - конденсация паров на твердой поверхности, образование на стенках паровых пузырьков при кипении, рост кристаллов на затравках. В этих поверхностные явления существенную роль играют микронеоднородности твердой поверхности.

5) Растекание жидкости с меньшим поверхностным натяжением по поверхности жидкости.

6) Адсорбция - концентрирована в поверхностном слое или на поверхности жидкостей и твердых тел, понижающих их поверхностное натяжение.

Поверхностные явления при деформировании и разрушении происходят не самопроизвольно, поскольку требуют затраты работы на образование и развитие новых поверхностей. Закономерности этих поверхностных явлений изучает физико-химическая механика. Одно из основных поверхностных явлений при деформации и разрушении - эффект Ребиндера (понижение прочности). Оно заключается в изменении прочности и пластичности твердых тел вследствие снижения поверхностной энергии во время деформации и развития трещины. Эффект Ребиндера происходит при нагружении материалов в определенных ПАВ или в контакте с жидкостями.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 Следующая ⇒