PROCES TECHNOLOGICZNY

I PROCES

PRODUKCYJNY

Procesem technologicznym nazywa się

ciąg operacji i procesów

jednostkowych,

następujących w określonej sekwencji

czasowej, począwszy od chwili odbioru

surowca do chwili otrzymania

gotowego

produktu.

Proces produkcji – zespół czynności
organizacyjnych i technicznych,
koniecznych dla zapewnienia
niezakłóconego procesu
technologicznego.

Proces produkcji składa się z

następujących elementów:

• zaopatrzenia materiałowego (surowce,

materiały pomocnicze, źródła energii),

• transportu wewnętrznego

(przemieszczanie surowców,

półproduktów i wyrobów gotowych)

• kontroli jakości surowców, półproduktów

i wyrobów gotowych,

• utylizacji odpadów i oczyszczania ścieków

oraz gospodarki wodnej i energetycznej,

• magazynowania i dystrybucji gotowych

wyrobów.

Czynności produkcyjne można

podzielić na:

-

czynności zasadnicze

, dokonywane

bezpośrednio na surowcu i wpływające

w sposób celowy na zmianę

właściwości oraz na postać surowca,

-

czynności pomocnicze

, jak

przemieszczanie, magazynowanie

i kontrola materiału podlegającego

przetwarzaniu;

-

czynności usługowe

, polegające np.

na dostarczaniu czynników

energetycznych czy utrzymaniu

higieny produkcji.

Czynności zasadnicze

, z uwagi na

charakter wywoływanych zmian można

podzielić na:

-

operacje jednostkowe

-jeżeli

zachodzące

w nich zmiany mają charakter fizyczny

(np. rozdrabnianie, przesiewanie,

mieszanie itp.),

-

procesy jednostkowe

-jeżeli zmiany

mają charakter chemiczny,

biochemiczny lub biologiczny.

Operacje jednostkowe

1)

operacje mechaniczne

(albo dynamiczne)

rządzące się prawami mechaniki ciał
stałych i płynnych;
2)

operacje cieplne

związane z ruchem

(przenoszeniem) ciepła;
3)

operacje dyfuzyjne

, podlegające prawom

przenikania i wymiany mas;
4)

operacje fizykochemiczne

, polegające

głównie na zmianie stanu skupienia lub
rozproszenia;

Procesy jednostkowe

1)

procesy chemiczne

, których istotę

stanowią reakcje chemiczne
wymagające zastosowania określonych
reagentów chemicznych i zachodzące
bez udziału czynników biologicznych;
2)

procesy biochemiczne

, związane z

zastosowaniem czynników
biologicznych w postaci żywych
organizmów (głównie drobnoustrojów)
lub enzymów.

PODSTAWOWE ZASADY

TECHNOLOGICZNE

W procesach technologicznych

działają podstawowe prawa
natury:

• prawo zachowania masy i energii,
• prawa rządzące przenoszeniem

masy
i ciepła.

PODSTAWOWE ZASADY

TECHNOLOGICZNE c.d.

Prawo zachowania masy znalazło praktyczne

zastosowanie do obliczania bilansu

materiałowego.

Bilans materiałowy można, więc przedstawić

w postaci równania

G=G

1

+ G

2

gdzie;
G- masa materiału (surowca) podlegającego

przetworzeniu,

G

1

– masa materiału po przetworzeniu (masa

gotowego produktu),

G

2

– strata materiału podczas przetwarzania

(produkty odpadowe).

PODSTAWOWE ZASADY

TECHNOLOGICZNE c.d.

Prawo zachowania energii przyjmuje, że

suma wszystkich rodzajów energii w

układzie zamkniętym jest stała i że

zmiany jednej jej postaci w inną nie

zmieniają tej sumy.

 Q

p

=  Q

k

przykład prawa zachowania energii:

Q

r

+ Q

p

= Q

sk

+Q

w

+ Q

k

+ Q

st

gdzie

Q

r

+ Q

p

- ciepło dostarczone z

roztworem i parą

grzejną,

Q

sk

+Q

w

+ Q

k

+ Q

st

- ciepło

odprowadzone ze skroplinami, wodą

chłodzącą, roztworem zatężonym i

stratami do otoczenia.

Z bilansem energetycznym wiąże się

zasada oszczędności energii.

PODSTAWOWE ZASADY

TECHNOLOGICZNE c.d.

Z prawa zachowania masy i energii

wynikają następujące zasady:

• zasada najmniejszego zużycia

energii (oszczędności energii),

• zasada kołowego obiegu energii i

masy,

• zasada ciągłości produkcji.

ZASADA OSZCZĘDNOŚCI ENERGII

Oszczędność [%]

- wyparka jednodziałowa 1 -
- wyparka dwudziałowa

0,5 50

- wyparka trójdziałowa 0,33 66
- wyparka czterodziałowa 0,25 72
- wyparka pięciodziałowa 0,20 76

PODSTAWOWE ZASADY

TECHNOLOGICZNE c.d.

Zasada kołowego obiegu masy jest
powszechnie stosowana w
nowoczesnym przemyśle spożywczym i
chemicznym np. obieg wody
technologicznej.

PODSTAWOWE ZASADY

TECHNOLOGICZNE c.d.

Z praw rządzących przenoszeniem
masy
i energii wynikają kolejne zasady:

• zasada prądów naturalnych,
• zasada przeciwprądu materiałowego

i cieplnego,

• zasada optymalnego rozwinięcia

powierzchni.

ZASADA PRĄDÓW

NATURALNYCH

Oznacza, że kierunek przypływu płynów o
różnej gęstości odbywa się zgodnie z
kierunkiem sił grawitacji.

Przykłady występowania tej zasady

technologicznej:

• mieszanie płynów o różnej gęstości,
• w wymiennikach ciepła i skraplaczach,
• np. w procesach dyfuzji.

Z obydwu praw (zachowania masy
i energii oraz przenoszenia masy
i ciepła) równocześnie wynika
zasada optymalnego prowadzenia
procesu (zasada kompromisu
technologicznego).

CZYSZCZENIE SUROWCÓW

ŻYWNOŚCIOWYCH

Ogólnie zanieczyszczenia można podzielić

na:

• mineralne, np. ziemia, piasek,

kamienie;

• roślinne, np. słoma, plewy, nasiona

chwastów itp.;

• zwierzęce, np. sierść, pierze, cząstki

kału, szkodniki zwierzęce;

• chemiczne, jak: pozostałości środków

chemicznych używanych do zwalczania

chwastów, szkodników, chorób itp.;

• mikrobiologiczne, spowodowane

zakażeniem mikroorganizmami różnego

typu i w różnej ilości zależnej głównie

od uszkodzeń tkanek roślinnych

i zwierzęcych oraz od czasu

przebywania

w warunkach sprzyjających rozwojowi

mikroorganizmów.

Skuteczne czyszczenie

powinno:

• efektywnie oddzielać

zanieczyszczenia od zabrudzonego

surowca;

• usuwać zanieczyszczenia poza

czyszczony materiał;

• pozostawiać oczyszczony surowiec

w dobrym stanie (bez zbytecznych

uszkodzeń);

• ograniczać rekontaminację

(zakażenie wtórne),

• dążyć do otrzymania jak

najmniejszej objętości i stężenia

ścieków.

Czyszczenie surowców jest

podyktowane nie tylko względami

higienicznymi, lecz także

technologicznymi i technicznymi.

Można je podzielić na:

- czyszczenie wstępne przed

magazynowaniem surowca,

- zasadnicze, po przejściu

surowca

z magazynu na linię produkcyjną.

Czyszczenie surowców jest

zespołem różnego typu operacji

i procesów jednostkowych, wśród

których przeważają operacje typu

mechanicznego.

Do czyszczenia stosuje się wiele
metod, które generalnie można
podzielić na:

• metody czyszczenia na sucho –

przesiewanie, szczotkowanie,
ocieranie, aspiracja, magnetyczne
rozdzielanie,

• metody czyszczenia na mokro – mycie,

czyszczenie ultrasoniczne, filtracja.

METODY USUWANIA CZĘŚCI

NIEJADALNYCH

OBIERANIE

MECHANICZNE

Obieranie mechaniczne stosuje się
głównie do usuwania części
niejadalnych z powierzchni
ziemniaków, niektórych warzyw i
owoców.

W metodzie tej wykorzystywane są:

- obieraczki,
- urządzenia cierne.

OBIERANIE TERMICZNE

(OBWARZANIE)

Polega ono na zanurzaniu

owoców
w czasie od 1/2 do kilku
minut we wrzącej wodzie lub na
traktowaniu wrzącą wodą
surowców (np. pomidorów)
przesuwających się na taśmie,
co ułatwia usuwanie skórek.

OBIERANIE TERMICZNO-

CHEMICZNE

Zanurzanie owoców (np. brzoskwiń

i śliwek) w prawie wrzącym 1-2%
roztworze wodorotlenku sodowego
przyspiesza hydrolizę pektyn i przez
to odstawanie skórki, którą
natychmiast spłukuje się wraz z
resztką ługu za pomocą silnego
strumienia wody. Metoda termiczno-
chemiczna może być połączona
z wodno-szczotkowym usuwaniem
skórki.

TRAKTOWANIE PARĄ

WODNĄ

Ziemniaki, marchew lub inne

surowce przesuwają się np. na

taśmie siatkowej

w tunelu, gdzie obustronnie są

traktowane

w ciągu krótkiego czasu parą o

ciśnieniu

0,6-0,7 MPa i o temperaturze ok.

160°C,

co wystarcza do zhydrolizowania

pektyn

i rozluźnienia łupiny lub skórki.

Ilość odpadów jest tu wyjątkowo

mała.

OPALANIE (OBŻARZANIE)

POWIERZCHNIOWE

Polega ono na powierzchniowym

opalaniu surowców, np. ziemniaków,
za pomocą gazów spalinowych (piece
ropne) w temperaturze
ok. 1200°C, a następnie na
spłukiwaniu nadwęglonych części za
pomocą strumienia wody o ciśnieniu
2,0-3,0 MPa.

• Przy wyborze metody obierania
surowców ze skórki trzeba mieć na
względzie przede wszystkim
efektywność operacji z punktu
widzenia dokładności jej wykonania
przy minimalnym nakładzie pracy
ludzkiej.

We wszystkich jednak metodach,

mimo mechanicznego usunięcia
skórki, jest potrzebne albo końcowe
ręczne poprawienie niedokładności
pracy urządzeń mechanicznych
(obieraczek), albo co najmniej
końcowa staranna kontrola obranych
surowców, przesuwających się wolno
na taśmie.

Odpady

i

strat

y

ziem

niak

ów

[%]

METODA OBIERANIA ZIEMNIAKÓW

ługowa

parowa

mechaniczna

ziemniaki

świeże

Ziemniak

i

przech

owywa

ne

ziemnia

ki

śwież

e

ziemnia

ki

przec

howy

wane

ziemnia

ki

śwież

e

ziemnia

ki

przec

howy

wane

przy

obier

aniu

16,7

20,4

15,3

21,2

12,0

15,6

przy

docz

yszcz

aniu

4,6

5,7

7,4

12,6

15,3

20,6

razem

21,3

26,1

22,7

33,8

27,3

36,2

średnio

23,7

28,1

31,7

Porównanie odpadów i strat

ziemniaków

Zapotrzebowanie wody, pary

i energii elektrycznej na jednostkę

produktu

Metoda

obierania

Woda

[m

3

]

Para

[kg]

Energia

elektryczn

a

[kWh]

parowa

2,5

165

1,8

mechaniczna

16,9

0

3,8

ługowa

24,77

293

5,5

INNE METODY

USUWANIA

CZĘŚCI NIEJADALNYCH

• Odszypułczanie,
• Drylowanie,
• Obcinanie końców fasoli,
• Odkiełkowywanie,
• Łuszczenie i szczotkowanie,
• Odpierzanie drobiu (oparzenie i

skubanie),

• Usuwanie szczeciny i skóry,
• Odkostnianie mięsa

ROZDRABNIANIE

MATERIAŁÓW

Rozdrabnianie – operacja
jednostkowa polegająca na
dzieleniu ciała na części pod
wpływem działania sił
mechanicznych.

W technologii żywności
rozdrabnianie stosuje się przede
wszystkim w odniesieniu do ciał
stałych (zboża, owoce, warzywa,
mięso), rzadziej w stosunku do

ciał płynnych

(np. emulgowanie)

i

gazowych

(napowietrzanie

środowiska czy nasycanie CO

2

.

W procesie rozdrabniania ciał stałych
wykorzystuje się zwykle trzy typy sił,
a mianowicie:

• ściskające

- działające prostopadle do

powierzchni i o kierunku
powodującym zgniatanie,

• rozciągające

– działające prostopadle

do powierzchni, ale o kierunku
przeciwnym do kierunku działania sił
ściskających ,

• ścinania

– o kierunku działania

stycznym do powierzchni.

Rozdrabnianie, czyli zmniejszanie cząstek

ciał stałych, stosuje się w przemyśle
spożywczym

w różnych celach, np.:

-

do otrzymywania gotowego produktu

w postaci sproszkowanej, np. cukru pudru,

-

do wydobywania składników z wnętrza

złożonych
struktur, np. soku z owoców, krochmalu
z ziemniaków, mąki z ziarna

,

-

do zwiększania powierzchni ciał stałych

i przyspieszenia w ten sposób wymiany
ciepła (skrócenie czasu suszenia,
gotowania, sterylizacji, oziębienia) lub masy w
procesie dyfuzji

(ekstrakcja, absorpcja),

- w celu ułatwienia wymieszania składników,
np. w produkcji koncentratów zbożowych,
odżywek.

Zależnie od konstrukcji części
roboczych urządzeń rozdrabnianie
może następować przez:

- cięcie,
- rozrywanie,
- rozcieranie,
- zgniatanie,
- łupanie,
- zginanie – łamanie.

Zastosowanie odpowiedniego rodzaju siły,

a więc wybór urządzenia i sposobu

przeprowadzenia rozdrabniania zależy od

właściwości surowca i celu jaki ma zostać

osiągnięty.
Do najważniejszych właściwości surowca

należą:

• wielkość cząstek,

• twardość i właściwości ścierne,

• mechaniczna struktura (krystaliczna,

bezpostaciowa, tkankowa, włóknista,

zwarta),

• zawartość wody,

• wrażliwość na podwyższoną temperaturę.

Wpływ rozdrabniania na

jakość produktów

spożywczych

• rozdrobnienie może być przyczyną

zwiększonego kontaktu produktu z

destrukcyjnymi czynnikami

zewnętrznymi np. tlenem z

powietrza,

• rozdrabnianie połączone z

rozrywaniem struktury tkankowej

może powodować zmiany

mikrobiologiczne, chemiczne,

enzymatyczne,

• rozdrobniony materiał łatwiej

adsorbuje zapachy

i wodę, jak również szybciej traci

substancje aromatyczne.

MIESZANIE CIAŁ STAŁYCH

I CIECZY

Mieszanie - operacja
jednostkowa,
w której otrzymuje się
jednorodną mieszaninę z dwóch
lub więcej składników przez
dyspersję jednego z drugim
(z drugimi).

Proces mieszania w zależności od
stanu skupienia składnika
tworzącego fazę zwartą można
podzielić na:

• mieszanie w fazie gazowej,

• mieszanie w fazie ciekłej,
• mieszanie w fazie stałej.

W przemyśle spożywczym występują
ostatnie dwa przypadki.

Mieszanie w technologii żywności ma na celu:

1) zapewnienie możliwie jednolitego składu

produktów ciekłych lub stałych, szczególnie

tam, gdzie się stosuje kilka składników;

2) zabezpieczenie przed rozdzielaniem się

komponentów,

3) zapobieżenie przegrzewaniu się i w

następstwie przypalaniu się produktów;

4) ułatwienie wymiany ciepła tak przy

ogrzewaniu,

jak i przy chłodzeniu systemem przeponowym;

5) niekiedy w celu wywołania pewnych zjawisk

fizycznych (np. zmaślenia się śmietany,

zapoczątkowania krystalizacji, wytworzenia

emulsji).

6) nasycanie roztworów CO

2

, O

2.

Ogólnie rozróżnia się:

• 1) mieszalniki - urządzenia służące

do mieszania ciał ciekłych z ciekłymi,

• 2) mieszarki - do mieszania

materiałów sypkich z ewentualnymi

dodatkami stałymi lub ciekłymi,

• 3) zagniatarki, wygniatarki i

ugniatarki do mieszania materiałów

plastycznych

z ewentualnym częściowym

oddzieleniem części fazy ciekłej, jak

w przypadku wygniatania masła.

Główne elementy wywołujące zjawisko
mieszania, czyli mieszadła mogą mieć
bardzo różnorodną konstrukcję.
Rozróżnia się np. mieszadła:

1) łapowe - z łapami pionowymi, poziomymi,

ramowymi, kotwicznymi, planetarnymi i in.,

2) śmigłowe,
3) śrubowe,
4) sigmoidalne,
5) odśrodkowe
6) turbinowe,

MIESZANIE UKŁADÓW O BARDZO

DUŻEJ LEPKOŚCI

W urządzeniach typu zagniatarek do
mieszania materiałów plastycznych
są stosowane wytrzymałe
konstrukcyjnie mieszadła,
wykonujące ruch obrotowy dookoła
własnej osi lub ruch złożony.